JP5252901B2 - Fuel cell device - Google Patents
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Description
本発明は、外装ケース内に、複数の燃料電池セルを収納してなる燃料電池モジュールを収納するとともに、外装ケース内の空気を換気するための換気手段を具備する燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell device that houses a fuel cell module in which a plurality of fuel cells are housed in an exterior case, and includes ventilation means for ventilating air in the exterior case.
近年、次世代エネルギーとして、水素含有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を収納容器内に複数個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類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。 In recent years, as a next-generation energy, a fuel cell module in which a plurality of fuel cells that can obtain electric power using a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas (usually air) are housed in a housing container, Various fuel cell devices have been proposed in which auxiliary equipment for operating the fuel cell module is housed in an outer case.
このような燃料電池装置においては、燃料電池装置を構成する外装ケースに換気ファンを設け、燃料電池モジュールの発電により生じる輻射熱を外部に放出し、外装ケースの温度上昇を抑制させることが知られている。 In such a fuel cell device, it is known that a ventilation fan is provided in the outer case constituting the fuel cell device, and radiant heat generated by the power generation of the fuel cell module is released to the outside to suppress the temperature rise of the outer case. Yes.
また、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(水素含有ガス)を得るにあたり、改質器にて中でも特に改質効率の高い水蒸気改質を行なう燃料電池装置においては、外装ケース内に、例えば水ポンプや水タンク等の水蒸気改質を行なうための装置や水供給管等の補機が収納される。 Further, in obtaining a fuel gas (hydrogen-containing gas) used for power generation of a fuel cell from a raw fuel such as natural gas, in a fuel cell device that performs steam reforming with particularly high reforming efficiency in a reformer. In the exterior case, for example, an apparatus for performing steam reforming such as a water pump or a water tank and an auxiliary machine such as a water supply pipe are accommodated.
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、水ポンプや水タンク等の水蒸気改質を行なうための装置や水供給管等の補機が凍結するおそれがあり、これらの補機が凍結した場合には、燃料電池装置の発電が困難になるおそれがある。 By the way, when such a fuel cell device is used in a cold region, there is a risk that a device for performing steam reforming such as a water pump or a water tank or an auxiliary device such as a water supply pipe may freeze. If the auxiliary machine is frozen, it may be difficult to generate power from the fuel cell device.
それゆえ、例えば燃料電池装置内にヒータを設け、換気ファンを用いてヒータ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の提案がされている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)
ところで、改質器にて水蒸気改質を行なうための装置や水供給管等の補機の凍結を抑制(防止)する目的でヒータを用いる場合においては、燃料電池セルの発電により生じた電流を、ヒータを稼動させるために使用するため、負荷に供給できる電力が低減するという問題がある。 By the way, when using a heater for the purpose of suppressing (preventing) freezing of auxiliary equipment such as an apparatus for performing steam reforming in a reformer and a water supply pipe, the current generated by the power generation of the fuel cell Since it is used for operating the heater, there is a problem that the power that can be supplied to the load is reduced.
また、例えば燃料電池モジュールと補機とをそれぞれ区分けした場所に収納してなる燃料電池装置においては、例えば寒冷地に燃料電池装置を設置した場合に、燃料電池装置の稼動時であっても、補機を収納する場所が低温となり、補機が凍結するおそれがあった。 Further, for example, in the fuel cell device that is stored in a place where the fuel cell module and the auxiliary machine are separated, for example, when the fuel cell device is installed in a cold region, even when the fuel cell device is in operation, There was a possibility that the place where the auxiliary machine is stored became low temperature and the auxiliary machine was frozen.
したがって、本発明の目的は、水蒸気改質を行なうための装置や水供給管等の補機を収納してなる燃料電池装置において、補機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。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell device capable of suppressing the freezing of the auxiliary device in a fuel cell device containing an auxiliary device such as a device for performing steam reforming and a water supply pipe. There is.
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かつ空気流通口または隙間を有し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に区画され、前記モジュール収納室を構成する前記外装ケースの一部に前記モジュール収納室内の空気を吸排気するためのモジュール収納室吸排気口を備え、前記補機収納室を構成する前記外装ケースの一部に前記補機収納室内の空気を吸排気するための補機収納室吸排気口を備えてなるとともに、前記モジュール収納室および前記補機収納室のうちいずれか一方の空気を前記空気流通口または前記隙間を介して他方へ流通させる換気手段と、外気温が前記補機の凍結を効果的に抑制できる温度以上の場合には前記補機収納室吸排気口より吸気した空気を前記空気流通口または前記隙間を介して前記モジュール収納室吸排気口より排気するとともに、外気温が前記補機の凍結を効果的に抑制できる温度未満の場合には前記モジュール収納室吸排気口より吸気した空気を前記空気流通口または前記隙間を介して前記補機収納室吸排気口より排気するように前記換気手段を制御する制御装置と、を具備することを特徴とする。
The fuel cell device of the present invention includes a fuel cell module in which a plurality of fuel cells are housed in an outer case, and an auxiliary device for operating the fuel cell module, and is provided in the outer case. In addition, the exterior case which is partitioned into a module storage chamber in which the fuel cell module is stored and an auxiliary device storage chamber in which the auxiliary device is stored is constituted by a partition member having an air circulation port or a gap, and which constitutes the module storage chamber A module storage chamber intake / exhaust port for sucking and exhausting air in the module storage chamber in a part of the housing, and sucking and exhausting air in the accessory storage chamber in a part of the exterior case constituting the auxiliary device storage chamber together becomes comprise auxiliary housing chamber intake and exhaust ports for, via the air flow port or the gap of one of the air out of the module housing chamber and the auxiliary housing chamber Te and ventilation means for flowing to the other, said air flow port or the gap air was air from the auxiliary storage chamber intake and exhaust ports when the outside air temperature is equal to or higher than a temperature that can effectively suppress freezing of the auxiliary When the outside air temperature is lower than a temperature at which freezing of the auxiliary equipment can be effectively suppressed, the air flowing into the module storage chamber intake / exhaust port is exhausted from the module storage chamber intake / exhaust port. or characterized by comprising a control device for controlling the ventilator to evacuate from the auxiliary storage chamber intake and exhaust ports through said gap.
このような燃料電池装置においては、外気温が所定の温度未満の場合には、モジュール収納室吸排気口より吸気された空気は、燃料電池モジュールの輻射熱により温められ補機収納室へ流通し、補機収納室内に流通した空気(モジュール収納室にて温められた空気)は、補機収納室吸排気口より排気されることとなる。それゆえ、外気温が所定の温度未満の場合に、燃料電池モジュールの輻射熱により温められた空気が補機収納室内を流れることから、燃料電池モジュールの輻射熱を有効利用して補機収納室内の温度を上昇させることができ、補機の凍結を抑制するもしくは防止することができる。 In such a fuel cell device, when the outside air temperature is lower than a predetermined temperature, the air sucked from the module storage chamber intake / exhaust port is warmed by the radiant heat of the fuel cell module and circulates to the auxiliary device storage chamber, The air circulated in the auxiliary equipment storage room (air heated in the module storage room) is exhausted from the auxiliary equipment storage room intake / exhaust port. Therefore, when the outside air temperature is lower than the predetermined temperature, the air heated by the radiant heat of the fuel cell module flows in the auxiliary equipment storage room. Therefore, the temperature in the auxiliary equipment storage room is effectively utilized by using the radiant heat of the fuel cell module. And the freezing of the auxiliary equipment can be suppressed or prevented.
一方、外気温が所定の温度以上の場合には、補機収納室吸排気口より吸気された空気は、補機収納室を流れたのちモジュール収納室へ流通し、モジュール収納室内に流通した空気は、モジュール収納室吸排気口より排気されることとなる。それゆえ、外気温が所定の温度以上の場合には、モジュール収納室内の温度を下げるもしくは温度上昇を抑制することができる。 On the other hand, when the outside air temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, the air sucked from the auxiliary machine storage room intake / exhaust port flows through the auxiliary machine storage room, then flows into the module storage room, and flows into the module storage room. Is exhausted from the module storage chamber intake / exhaust port. Therefore, when the outside air temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, the temperature in the module housing chamber can be lowered or the temperature rise can be suppressed.
また、本発明の燃料電池装置は、前記換気手段が、正逆回転可能な換気ファンであることが好ましい。 In the fuel cell device of the present invention, it is preferable that the ventilation means is a ventilation fan that can rotate forward and backward.
このような燃料電池装置においては、モジュール収納室吸排気口および補機収納室吸排気口の吸排気を容易に切り替えることができ、燃料電池装置を安価なものとすることができる。 In such a fuel cell device, the intake and exhaust of the module storage chamber intake / exhaust port and the auxiliary device storage chamber intake / exhaust port can be easily switched, and the fuel cell device can be made inexpensive.
また、本発明の燃料電池装置は、前記換気ファンが、前記モジュール収納室吸排気口および前記補機収納室吸排気口のうち少なくとも一方に設けられていることが好ましい。 In the fuel cell device of the present invention, it is preferable that the ventilation fan is provided in at least one of the module storage chamber intake / exhaust port and the auxiliary device storage chamber intake / exhaust port.
このような燃料電池装置においては、換気ファンを制御することにより、モジュール収納室の空気を補機収納室へ流通させることができるとともに、補機収納室の空気をモジュール収納室へ流通させることができる。それにより、燃料電池モジュールの輻射熱を有効利用して補機の凍結を抑制するもしくは防止することができる。また、モジュール収納室内の温度を下げるもしくは温度上昇を抑制することができる。 In such a fuel cell device, by controlling the ventilation fan, air in the module storage chamber can be circulated to the accessory storage chamber, and air in the accessory storage chamber can be circulated to the module storage chamber. it can. Thereby, freezing of the auxiliary machine can be suppressed or prevented by effectively using the radiant heat of the fuel cell module. Further, the temperature in the module housing chamber can be lowered or the temperature rise can be suppressed.
また、本発明の燃料電池装置は、前記換気ファンが、前記仕切部材に設けられていることが好ましい。 In the fuel cell device of the present invention, it is preferable that the ventilation fan is provided on the partition member.
このような燃料電池装置においては、モジュール収納室内の空気を容易に補機収納室へ流通させることができるとともに、補機収納室内の空気を容易にモジュール収納室へ流通させることができる。それにより、燃料電池モジュールの輻射熱を有効利用して補機の凍結を抑制するもしくは防止することができる。また、モジュール収納室内の温度を下げるもしくは温度上昇を抑制することができる。 In such a fuel cell device, air in the module storage chamber can be easily circulated to the accessory storage chamber, and air in the accessory storage chamber can be easily circulated to the module storage chamber. Thereby, freezing of the auxiliary machine can be suppressed or prevented by effectively using the radiant heat of the fuel cell module. Further, the temperature in the module housing chamber can be lowered or the temperature rise can be suppressed.
また、本発明の燃料電池装置は、前記外装ケースの上方に前記モジュール収納室が配置され、前記外装ケースの下方に前記前記補機収納室が配置されているとともに、前記補機収納室を構成する外装ケースの外面に、前記外気温を測定するための温度センサが設けられていることが好ましい。 In the fuel cell device of the present invention, the module storage chamber is disposed above the outer case, the auxiliary device storage chamber is disposed below the outer case, and the auxiliary device storage chamber is configured. It is preferable that a temperature sensor for measuring the outside air temperature is provided on the outer surface of the outer case.
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、外気温を容易に測定することができる。そして、制御装置は、その測定された外気温に基いて換気ファンを制御することにより、燃料電池装置内の空気の流れを容易に変更することができることから、補機の凍結を抑制することができる。また、モジュール収納室内の温度を下げるもしくは温度上昇を抑制することができる。 In such a fuel cell device, for example, when the fuel cell device is installed outdoors, the outside air temperature can be easily measured. Then, the control device can easily change the air flow in the fuel cell device by controlling the ventilation fan based on the measured outside air temperature. it can. Further, the temperature in the module housing chamber can be lowered or the temperature rise can be suppressed.
本発明の燃料電池装置は、モジュール収納室を構成する外装ケースにモジュール収納室吸排気口を備え、補機収納室を構成する外装ケースに補機収納室吸排気口を備え、モジュール収納室および補機収納室のうちいずれか一方の空気を他方へ流通させる換気手段を具備するとともに、外気温に基いて換気手段を制御する制御装置を具備することから、燃料電池モジュールの輻射熱を有効利用して補機収納室内に収納される補機の凍結を抑制できるとともに、モジュール収納室内の温度を下げるもしくは温度上昇を抑制することができる燃料電池装置を提供することができる。 The fuel cell device of the present invention includes a module storage chamber intake / exhaust port in an outer case constituting the module storage chamber, and an auxiliary case storage chamber intake / exhaust port in the outer case constituting the auxiliary device storage chamber. Since it has ventilation means for circulating air from one of the auxiliary equipment storage chambers to the other and a control device that controls the ventilation means based on the outside air temperature, it effectively utilizes the radiant heat of the fuel cell module. Thus, it is possible to provide a fuel cell device capable of suppressing freezing of the auxiliary equipment stored in the auxiliary equipment storage chamber and reducing the temperature in the module storage chamber or suppressing the temperature rise.
図1は、燃料電池装置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ポンプおよび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。なお、図1の説明においては、発電ユニットと貯湯ユニットとをあわせて燃料電池システムと称して説明する。 FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a configuration of a fuel cell device system. The fuel cell device of the present invention corresponds to a power generation unit that generates power in FIG. 1, and includes a hot water storage unit that stores hot water after heat exchange, a circulation pump and a circulation pipe for circulating water between these units. Thus, a fuel cell system is configured. In the description of FIG. 1, the power generation unit and the hot water storage unit are collectively referred to as a fuel cell system.
図1に示す燃料電池システムは、燃料電池(セル)1の発電に用いる燃料ガスを得るにあたり、改質器にて改質効率の高い水蒸気改質を行なう燃料電池システムの一例を示しており、燃料電池1、天然ガスや灯油等の被改質ガスを供給する被改質ガス供給手段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、被改質ガス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。 The fuel cell system shown in FIG. 1 shows an example of a fuel cell system that performs steam reforming with high reforming efficiency in a reformer when obtaining fuel gas used for power generation of the fuel cell (cell) 1. A fuel cell 1, a reformed gas supply means 2 for supplying a reformed gas such as natural gas or kerosene, an oxygen-containing gas supply means 3 for supplying an oxygen-containing gas to the fuel cell 1, a reformed gas and water vapor A reformer 4 for steam reforming is provided.
また、図1に示す燃料電池システムにおいては、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貯水する凝縮水タンク19、熱交換器13で生成された凝縮水を凝縮水タンク19に回収(供給)するための凝縮水回収流路21が設けられており、凝縮水タンク19に貯水された凝縮水が改質器4に供給される。なお、凝縮水タンク19に貯水される凝縮水を純水にするように処理するための凝縮水処理手段(例えば、イオン交換樹脂が挙げられ、図1においては図示せず。)は、凝縮水回収流路21、凝縮水タンク19中、さらには凝縮水供給管20に適宜設けることができる。
Further, in the fuel cell system shown in FIG. 1, a
一方、凝縮水タンク19に貯水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純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に供給することが好ましく、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水処理装置Xを具備している。 On the other hand, when the amount of condensed water stored in the condensed water tank 19 is small or when the purity of pure water after being treated by the condensed water treatment means is low, water (such as tap water) supplied from outside is used. It is preferable to treat it with pure water and supply it to the reformer 4. In FIG. 1, a water treatment device X is provided as means for treating the water supplied from the outside into pure water.
ここで、水処理装置X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(以下、RO膜装置とする)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の各装置の全てもしくはいずれか(少なくともイオン交換樹脂装置9を具備することが好ましい)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Xとして、上記各装置全てを具備し、水道水等の外部から供給される水と凝縮水とを併用して用いる場合の例を示しており、凝縮水タンク19と水タンク10とが凝縮水供給管(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、凝縮水タンク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。
Here, the water treatment device X includes an activated carbon filter device 7 for purifying water, a reverse osmosis membrane device 8 (hereinafter referred to as RO membrane device), and an ion exchange resin device for converting purified water into pure water. 9 or all of the apparatuses (preferably including at least the ion exchange resin apparatus 9). The pure water generated by the ion
すなわち、図1に示す燃料電池システムにおいて、凝縮水処理手段にて処理された純水を貯水する水タンクとしては、凝縮水を直接改質器4に供給する場合は凝縮水タンク19に相当し、水道水等の外部から供給される水を処理した純水と凝縮水を処理した純水とを併用する場合には水タンク10に相当する。
That is, in the fuel cell system shown in FIG. 1, the water tank for storing the pure water treated by the condensed water treatment means corresponds to the condensed water tank 19 when the condensed water is supplied directly to the reformer 4. In the case where pure water that has been treated with water supplied from outside such as tap water and pure water that has been treated with condensed water are used in combination, it corresponds to the
また、図1に示す燃料電池システムにおいては、活性炭フィルタ装置7、RO膜装置8、イオン交換樹脂装置9および水タンク10をこの順で接続する水供給管5が設けられており、水供給管5には、水供給管5に供給される水量を調整するための給水弁6が設けられている。なお図1においては、これら改質器4に水を供給するための手段を、一点鎖線により囲って示している。
Further, in the fuel cell system shown in FIG. 1, a water supply pipe 5 that connects the activated carbon filter device 7, the
なお、図1に示した燃料電池システムは、さらに燃料電池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、パワーコンディショナ12等を制御する制御装置14を備えており、これらの各装置により発電ユニットが構成されている。
The fuel cell system shown in FIG. 1 further includes a
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。
The hot water storage unit includes a hot
さらに、熱交換器13と貯湯タンク18との間で水を循環させるための循環ポンプ16、循環配管17が設けられており、発電ユニット、貯湯ユニット、循環ポンプ16、循環配管17をあわせて燃料電池装置システムが構成される。
Furthermore, a
ここで、図1に示した燃料電池システムを用いて、燃料電池システムの運転方法について説明する。 Here, a method for operating the fuel cell system will be described using the fuel cell system shown in FIG.
燃料電池1の発電により生じた排ガス(排熱)は、熱交換器13に供給された後、熱交換器13内を通水(循環)する水(循環配管17を流れる水)とで熱交換される。
Exhaust gas (exhaust heat) generated by the power generation of the fuel cell 1 is supplied to the
ここで、排ガスと水とでの熱交換により生成される凝縮水は、凝縮水回収流路21を流れて凝縮水タンク19に貯水される。凝縮水タンク19に貯水された凝縮水は、凝縮水タンク19に備えられた凝縮水処理手段(図1においては図示せず)にて純水に処理された後、凝縮水供給管20(タンク連結管20ともいう)を流れて水タンク10に供給される。水タンク10に貯水された水は、改質器4で必要となる水の量に応じて、水ポンプ11により改質器4に供給される。なお、凝縮水タンク19に貯水された凝縮水のみを改質器4に供給する場合においては、凝縮水供給管20を水ポンプ11に接続すればよい。
Here, the condensed water generated by heat exchange between the exhaust gas and water flows through the condensed
改質器4においては、水ポンプ11により供給された水と、被改質ガス供給手段2より供給される被改質ガス(燃料ガス)とにより水蒸気改質を行なう。改質器4にて生成された改質ガス(水素ガス)は、燃料電池1に供給され、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反応して、燃料電池1の発電が行なわれる。そして、燃料電池1の発電で生じた電力は、パワーコンディショナ12を通じて外部負荷に供給される。
In the reformer 4, steam reforming is performed using water supplied by the
一方、改質器4に対して外部より供給される水(水道水等)を供給する場合には、給水弁6が開放され、水供給管5を通して、外部から供給される水が活性炭フィルタ装置7に給水される。活性炭フィルタ装置7にて処理された水は、続いてRO膜装置8に給水される。RO膜装置8にて処理された水は、続いてイオン交換樹脂装置9に供給・処理され純水が生成される。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に供給され、凝縮水を改質器4に供給する場合と同様に、改質器4で必要となる水の量に応じて、水ポンプ11により改質器4に供給される。
On the other hand, when supplying water (tap water or the like) supplied from the outside to the reformer 4, the water supply valve 6 is opened, and the water supplied from the outside through the water supply pipe 5 is activated carbon filter device. 7 is supplied with water. The water treated by the activated carbon filter device 7 is subsequently supplied to the
ここで、図1に示した燃料電池システムのうち、発電ユニットに相当する各装置を必要に応じて外装ケース内に収納することにより、本発明の燃料電池装置が構成される。 Here, in the fuel cell system shown in FIG. 1, each device corresponding to the power generation unit is housed in the outer case as necessary, so that the fuel cell device of the present invention is configured.
しかしながら、例えばこれらの各装置を外装ケースに収納してなる燃料電池装置を寒冷地の屋外に設置する場合に、水タンク10、水ポンプ11、水処理装置X、凝縮水タンク19等の各装置や凝縮水供給管20、凝縮水回収流路21等の水供給管などの特に改質器4に水を供給するために設置された補機が凍結するおそれがある。そして、改質器4へ水を供給するために設置された補機が凍結した場合には、改質器4にて水蒸気改質を行うことができず燃料電池1の発電が困難になる場合や、改質器4や燃料電池1が破損するといったおそれがある。それゆえ、これらの水供給手段の凍結を効果的に抑制(防止)できることが好ましい。
However, for example, when a fuel cell device in which these devices are housed in an outer case is installed outdoors in a cold region, each device such as a
図2は、本発明の燃料電池装置22を構成する外装ケース23の一例を示した分解斜視図であり、外装ケース23は、外装ケース23内に設けられた仕切部材24により、燃料電池モジュール25(以下、モジュールと略す)が収納されるモジュール収納室26とモジュール25を動作させるための補機(図示せず)が収納される補機収納室27とに区画されている。それにより、燃料電池装置22をコンパクトなものとすることができる。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing an example of an
なお、図2においては、仕切部材24を介して、外装ケース23の上方にモジュール収納室26が配置され、外装ケース23の下方に補機収納室27が配置されている燃料電池装置22を示している。
2 shows the
このような燃料電池装置22においては、外装ケース23の上方にモジュール25を収納し、下方にモジュール25を作動させるための補機を収納することから、燃料電池装置22をコンパクトなものとすることができる。
In such a
図3は、図2において点線で示した部分に配置されるモジュール25を示す外観斜視図である。モジュール25は、直方体状の収納容器28の内部に、内部にガスが流通するガス流路を有する燃料電池セル29を立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル29間に集電部材(図示せず)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29の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材(図示せず)でマニホールド30に固定してなる燃料電池セルスタック31(以下、セルスタックという場合がある。)を収納して構成されている。なお、図3においては、燃料電池セル29として、燃料電池セル29の内部に設けられたガス流路を長手方向に燃料ガスが流れる中空平板型で、支持体の表面に、燃料側電極、固体電解質及び酸素側電極を順に設けてなる固体酸化物形燃料電池セル29を例示している。
FIG. 3 is an external perspective view showing the
また、燃料電池セル29にて使用する水素ガスを得るために、天然ガスや灯油等の燃料を改質して燃料ガス(水素含有ガス)を生成するための改質器32をセルスタック31の上部に配置している。そして、改質器32で生成された燃料ガスは、ガス流通管33によりマニホールド30に供給され、マニホールド30を介して燃料電池セル29の内部に設けられたガス流路に供給される。そして、これらの構成により燃料電池セルスタック装置34が構成されている。
Further, in order to obtain hydrogen gas used in the
なお、図3においては、収納容器28の一部(前後面)を取り外し、内部に収納されている燃料電池セルスタック装置34を後方に取り出した状態を示している。ここで、図3に示したモジュール25においては、燃料電池セルスタック装置34を、収納容器28内にスライドして収納することが可能である。
FIG. 3 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the
図4は、本発明の燃料電池装置22の一例を模式的に示した断面図であり、外装ケース23の上方にモジュール25を収納するモジュール収納室26が配置され、外装ケース23の下方に補機を収納する補機収納室27が配置されている。なお、図4においては、燃料電池装置22が地面上に設置されている状態を示しており、以降の図においても同様である。
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of the
ここで、モジュール収納室26を構成する外装ケース23の一部にモジュール収納室26内の空気を吸排気するためのモジュール収納室吸排気口35が設けられており、補機収納室27を構成する外装ケース23の一部に補機収納室27内の空気を吸排気するための補機収納室吸排気口36が設けられている。
Here, a module storage chamber intake /
なお、仕切部材24は、モジュール収納室26と補機収納室27とを区画することができればよく、例えば、内部に空気が流通することが可能な空洞部を有する板状の部材や、モジュール25を載置するためのモジュール載置台を枠状の部材の一部に接続してなる形状が挙げられる。
The
ここで仕切部材24が、内部に空気が流通することが可能な空洞部を有する板状の部材からなる場合には、モジュール収納室26内の空気および補機収納室27内の空気のうちいずれか一方の空気を他方へ流通させるための空気流通口38を適宜設けることが好ましく、以降の図においては、この形状の仕切部材24を用いて説明する。
Here, when the
また、仕切部材24が、モジュール25を載置するためのモジュール載置台を枠状の部材の一部に接続してなる形状である場合には、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ることとなる場合があり、その場合には、仕切部材24に空気流通口38を設けなくてもよい場合がある。
When the
ここで、図4においては、モジュール収納室吸排気口35に換気ファン37が設けられている例を示している。
Here, FIG. 4 shows an example in which a
燃料電池セル29が固体酸化物形燃料電池セルの場合においては、燃料電池セル29の発電における温度が高温となるため、モジュール25からの輻射熱も高温となる。それにより、モジュール収納室26内の温度が高温となり、それに伴い、外装ケース23の温度が上昇するおそれがあるため、モジュール収納室26内の空気を換気することが好ましい。
In the case where the
それゆえ、燃料電池装置22の稼動時(特には燃料電池セル29の発電時)には、換気ファン35を作動させ、モジュール収納室26内の空気を換気することが好ましい。ここで、モジュール収納室吸排気口35に設けられた換気ファン37を作動させることにより、補機収納室吸排気口36より空気(外気)が補機収納室27内に取り込まれ、その取り込まれた空気は、空気流通口38を通じてモジュール収納室26内を流れて、モジュール収納室吸排気口35より排気されることとなる。それにより、モジュール収納室26内の温度を下げることができ、外装ケース23の温度が上昇することを抑制できる。
Therefore, it is preferable to ventilate the air in the
一方、図4に示したように、モジュール収納室26と補機収納室27とを上下に区画して配置した燃料電池装置22においては、燃料電池装置22を寒冷地の屋外に設置し、外気温が低い場合に水ポンプや水供給管等の改質器4に水を供給するために補機収納室27内に設置された補機が凍結するおそれがある。
On the other hand, as shown in FIG. 4, in the
それゆえ、本発明の燃料電池装置22においては、外気温が所定温度未満となった場合には、モジュール25により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に流通させることを特徴とする。それにより、改質器4に水を供給するために設置された補機の凍結を抑制(防止)することができるとともに、モジュール25の輻射熱を有効利用することができる。
Therefore, in the
ここで、換気ファン37をモジュール収納室吸排気口35に設けるほか、換気ファン37を補機収納室吸排気口36にも設け、外気温にあわせていずれか一方の換気ファン37を作動させることもできる(詳細は後述する)が、換気ファン37として、正逆回転可能な換気ファン37を用いることにより、換気ファン37の数を減らすことができ、燃料電池装置22の構成が複雑な構成となることを抑制できるとともに、燃料電池装置22のコストを下げることができるため、換気ファン37としては正逆回転可能な換気ファン37を用いることが好ましい。
Here, in addition to providing the
また、図4に示した燃料電池装置22においては、補機収納室27を構成する外装ケース23の外面に温度センサ40を設け、温度センサ40が測定する外気温によって、制御装置39が正逆回転可能な換気ファン37の動作を制御することが好ましい。
Further, in the
すなわち、温度センサ40が測定した外気温が所定の温度以上の場合には、制御装置39は、補機収納室吸排気口36より外気を補機収納室27内に取り込み、その取り込まれた空気が、空気流通口28を通じてモジュール収納室26内を流れて、モジュール収納室吸排気口35より排気されるよう、換気ファン37の動作を制御する。
That is, when the outside air temperature measured by the
一方、温度センサ40が測定した外気温が所定の温度未満の場合には、制御装置39は、換気ファン37を逆回転させ、モジュール収納室吸排気口35より外気をモジュール収納室26内に取り込み、その取り込まれた空気が、モジュール収納室26内を流れる間に温められ、その温められた空気が、空気流通口38を通じて補機収納室27内に流通するよう、換気ファン37の動作を制御する。それにより、補機収納室27内を温めることができ、改質器4に水を供給するために設置された補機の凍結を抑制(防止)することができる。なお、補機収納室27内に流通した空気は、補機収納室吸排気口36より排気される。
On the other hand, when the outside air temperature measured by the
なお、外気温の所定の温度とは、水ポンプや水供給管等の改質器4に水を供給するために設置された補機の凍結を効果的に抑制できる温度とすればよく、補機収納室27内の温度と外気温との温度差も考慮し、例えば5℃以下として適宜設定することができる。
The predetermined temperature of the outside air temperature may be a temperature that can effectively suppress freezing of auxiliary equipment installed to supply water to the reformer 4 such as a water pump or a water supply pipe. Considering the temperature difference between the temperature inside the
また、補機収納室27を構成する外装ケース23の外面に設けられる温度センサ40は、外気温を測定することができれば、設置場所は特に限定されないが、燃料電池装置22が地面上に設置される場合には、地面に近い位置に設けることが好ましく、図4においては、補機収納室27を構成する外装ケース23の底面に設けた例を示している。
The
また、補機収納室27には、改質器4に水を供給するための補機以外の補機として、モジュール25に酸素含有ガスを供給するためのブロアー41と、モジュール25より排気される排ガスと水とで熱交換するための熱交換器42を示している。
The auxiliary
図5は、図4に示した燃料電池装置22において、正逆回転可能な換気ファン37を、補機収納室吸排気口36に設けた例を示している。
FIG. 5 shows an example in which a
この場合においても、温度センサ40が測定する外気温によって、制御装置39が正逆回転可能な換気ファン37を制御することにより、外気温が所定の温度以上の場合には、補機収納室吸排気口36より外気を吸気し、その吸気された空気は、空気流通口38を通じてモジュール収納室26を流通した後、モジュール収納室吸排気口35より排気される。それにより、モジュール収納室26内の温度を下げることができ、外装ケース23の温度が上昇することを抑制できる。
Also in this case, the
一方、温度センサ40が測定する外気温が所定の温度未満の場合には、制御装置39は換気ファン37を逆回転させる制御を行なうことにより、モジュール収納室吸排気口35より外気を吸気し、その吸気された空気は、モジュール収納室26内を流れる間に温められ、その温められた空気が、空気流通口38を通じて補機収納室27内に流通する。それにより、改質器4に水を供給するために補機収納室27に設置された補機を温めることができ、補機の凍結を抑制(防止)することができる。なお、補機収納室27内に流通した空気は、補機収納室吸排気口36より排気される。
On the other hand, when the outside air temperature measured by the
それにより、モジュール収納室26内の温度を下げることができ、外装ケース23の温度が上昇することを抑制できるとともに、モジュール25の輻射熱を有効利用し、改質器4に水を供給するために補機収納室27に収納された補機の凍結を抑制(防止)することができる。
Thereby, the temperature in the
図6は、正逆回転可能な換気ファン37を仕切部材24の空気流通口38に設けた燃料電池装置22の一例を示している。なお、図6においては、仕切部材24の補機収納室27側の空気流通口38に換気ファン37を設けている。
FIG. 6 shows an example of the
正逆回転可能な換気ファン37を設けることにより、モジュール収納室26内の温度を下げることができ、外装ケース23の温度が上昇することを抑制できるとともに、モジュール25の輻射熱を有効利用し、改質器4に水を供給するために補機収納室27に設置された補機の凍結を抑制(防止)することができるが、燃料電池装置22(外装ケース23)の大きさによっては、換気ファン37をモジュール収納室吸排気口35や補機収納室吸排気口36に設けた場合に、換気ファン37の送風力が十分ではなく、外装ケース23内の空気の流通を十分に行なうことが難しい場合が生じるおそれがある。
By providing the
ここで図6に示したように、正逆回転可能な換気ファン37を仕切部材24の空気流通口38に設けることにより、モジュール収納室26内の空気を容易に補機収納室27内に流通させることができるとともに、補機収納室27内の空気を容易にモジュール収納室26内に流通させることができる。
Here, as shown in FIG. 6, by providing a
それにより、モジュール収納室26内の温度を下げることができ、外装ケース23の温度が上昇することを抑制できるとともに、モジュール25の輻射熱を有効利用し、改質器4に水を供給するために補機収納室27に設置された補機の凍結を抑制(防止)することができる。
Thereby, the temperature in the
なお、仕切部材24を、モジュール25を載置するためのモジュール載置台を枠状の部材の一部に接続してなる形状とする場合においては、換気ファン37はモジュール載置台の補機収納室27側に設けることができる。この場合においては、モジュール収納室26および補機収納室37の空気を流通させるための空気流通管を設け、その空気流通管と換気ファン37とを接続することにより、モジュール収納室26および補機収納室37の空気を流通させることもできる。
In the case where the
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。 Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、本発明においては、外装ケース23に設けられた仕切部材24により、モジュール25を収納するモジュール収納室26と補機を収納する補機収納室27とを上下に区画して配置した燃料電池装置22を用いて説明したが、仕切部材24によりモジュール25を収納するモジュール収納室26と、補機を収納する補機収納室27とを左右に区画して配置した燃料電池装置22とすることもできる。
For example, in the present invention, a fuel cell in which a
また、仕切部材24の空気流通口28に換気ファン37を設ける場合にあたり、正逆回転可能な換気ファン37を用いない場合には、送風の方向が逆となるように複数の換気ファン37を仕切部材24(空気流通口38)に設け、温度センサ40の測定する外気温により、複数の換気ファン37のうち、同一方向に送風する(例えば、モジュール収納室26側から補機収納室27側に送風する)換気ファン37を作動させ、他方向に送風する(例えば、補機収納室27側からモジュール収納室26側に送風する)換気ファン37を停止し、また外気温によってはその逆となるように制御することもできる。
Further, when the
また、正逆回転可能な換気ファン37を用いる場合において、外気温が所定の温度未満となった場合に、モジュール収納室吸排気口35より外気を吸気し、モジュール収納室26を流通する間に温められた空気を補機収納室27側に供給するよう換気ファン27を制御するが、補機収納室27内に温度センサを設け、補機収納室27内の温度が所定の温度以上となった場合に、補機収納室吸排気口36より外気を吸引し、モジュール収納室26に供給するよう、換気ファン37を制御することもできる。その場合、改質器4に水を供給するための補機の凍結を抑制するもしくは防止することができるとともに、モジュール収納室26内の温度を下げるもしくは温度上昇を抑制することができる。
Further, in the case of using a
なお、モジュール収納室吸排気口35および補機収納室吸排気口36の両方に正逆回転可能な換気ファン37を設けることもできる。
A
また、本発明の燃料電池装置22を特に寒冷となる地域に設置する場合には、補機の凍結をより効果的に抑制(防止)すべく、ヒータを用いることもできるが、その場合は、外気温の所定の温度条件を、より低い温度に設定することが好ましい。それにより、ヒータの使用を極力抑制でき、負荷に供給できる電力が低減することを抑制することができる。
In addition, when the
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
35:モジュール収納室吸排気口
36:補機収納室吸排気口
37:換気ファン
38:空気流通口
39:制御装置
40:温度センサ
23: Exterior case 24: Partition member 25: Fuel cell module 26: Module storage chamber 27: Auxiliary storage chamber 35: Module storage chamber intake / exhaust port 36: Auxiliary storage chamber intake / exhaust port 37: Ventilation fan 38: Air distribution port 39: Control device 40: Temperature sensor
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