JP5256858B2 - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、集合住宅のパイプシャフト（ＰＳ）や一般家庭や事業所などの敷地に設置する定置用コージェネレーションシステムに使用される燃料電池発電装置に関するものである。

従来から、高効率な小規模発電が可能である燃料電池発電装置は、発電の際に発生する熱エネルギーを利用するためのシステム構築が容易であるため、高いエネルギー利用効率を実現可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。

燃料電池発電装置では、発電運転の際、その発電部の本体として配設される燃料電池本体（以降、セルスタックと称する）に、燃料ガスと酸化剤ガスとが各々供給される。すると、セルスタックでは、その供給される燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とが用いられて、所定の電気化学反応が進行する。この電気化学反応の進行により、水素及び酸素が有する化学的なエネルギーが、電気的なエネルギーと熱的なエネルギーに変換される。

電気的なエネルギーは発生する直流を交流に変換し、家庭などで電力として利用される。

熱的なエネルギーは有効利用するために、貯湯タンクでお湯などの形で貯えられ、家庭などで使用するお湯などの熱として利用される。

このため燃料電池発電装置は図８に示すようにセルスタックなどの発電をおこなう燃料電池パッケージ３０１と熱をお湯として保持し、さらにお湯が無いときなどに湯沸かしを行う、補助熱源を含む貯湯パッケージ３０２を別パッケージとして配置するものがあった（例えば特許文献１参照）。

また、セルスタックを含む燃料電池パッケージと、補助熱源を含む貯湯パッケージを搭載した共通台板を備えた燃料電池コージェネレーションシステムが提案されていた（例えば特許文献２参照）。
特開２００４−１１１２０８号公報 特開２００５−３２４６１号公報

しかし、２つのパッケージを別々に配置すると非常に多くの面積を占有するため、設置できる場所が非常に制限される課題があった。

また、設置性を向上させるために、共通台板上に部品を固設し現場での接続作業をなくし一体化したものは、本体の設置面積は小さくなるが、排気の吹き出し方向が定まらない、それにも関わらず排気の吹き出し面に排気の吹き出しの邪魔になる壁や物を配置することができないため、実質的に占有する面積が非常に多く必要になると言う課題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされてものであり、燃料電池ユニットの燃焼排ガスの吹き出し口と、前記補助熱源機の熱源機排ガスの吹き出し口を同一面に位置させ、設置占有面積の小さな燃料電池発電装置を提供することを目的としている。

上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池発電装置は原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部、定期交換が必要な部品である浄化部、および、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させるセルスタックを有する燃料電池ユニットと、補助熱源機と、を備え、廊下側壁及び建物側壁の間の空間に設置される燃料電池システムであって、前記燃料電池ユニットの燃焼排ガスの吹き出し口、及び、前記補助熱源機の熱源機排ガスの吹き出し口が、前記廊下側に配置される同一の排気面に位置し、前記浄化部は、前記燃料電池ユニットの前記排気面側に配置される燃料電池発電装置である。この構成により、排気のために確保しなければならない空間を最小にすることができ、設置スペースが小さくなり、狭いところにも設置可能とし、燃料電池ユニットのメンテナンスを容易とすることができるのである。

本発明の燃料電池発電装置は、燃焼排ガスの吹き出し口と、補助熱源機の熱源機排ガスの吹き出し口が同一の排気面に位置する燃料電池発電装置とすることにより、狭いところにも設置ができ、燃料電池ユニットのメンテナンスを容易にできる。

第１の発明は、原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部、定期交換が必要な部品である浄化部、および、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させるセルスタックを有する燃料電池ユニットと、補助熱源機と、を備え、廊下側壁及び建物側壁の間の空間に設置される燃料電池システムであって、前記燃料電池ユニットの燃焼排ガスの吹き出し口、及び、前記補助熱源機の熱源機排ガスの吹き出し口が、前記廊下側に配置される同一の排気面に位置し、前記浄化部は、前記燃料電池ユニットの前記排気面側に配置されるものである。この構成により、排気に確保しなければならない空間を共通化できるため、設置専有面積を少なくすることができ、狭い場所でも設置でき、燃料電池ユニットのメンテナンスを容易にできる燃料電池発電装置を提供することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、燃料電池ユニットで回収された熱を貯蔵する貯湯タンクを有する貯湯ユニットを設け、燃料電池ユニットは第１のフレームで保持され、貯湯ユニットは第２のフレームで保持され、燃料電池ユニットと貯湯ユニットは少なくとも一部が共通となる外装板で構成されているものであり、より設置専有面積を少なくでき、狭い場所でも設置できる燃料電池発電装置を提供することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明において、燃料電池ユニットで回収された熱を貯蔵する貯湯タンクを有する貯湯ユニットを設け、燃料電池ユニットは第１の外装で覆われ、貯湯ユニットは第２の外装で覆われ、燃料電池ユニットと貯湯ユニットを接続させるユニット接続部を設けたものであり、より設置専有面積を少なくでき、狭い場所でも設置できる燃料電池発電装置が実現できるのである。

第４の発明は、特に第１〜３のいずれか一つの発明において、排気面側に燃料電池ユニットと補助熱源機を配置し、補助熱源機の排気面と反対側に貯湯ユニットを配置したものであり、排気可能な面が一つでさらに幅が狭い場所でも設置できる燃料電池発電装置が実現できるのである。

第５の発明は、特に第１〜３のいずれか一つの発明において、排気面側に燃料電池ユニットと補助熱源機を配置し、燃料電池ユニットの排気面と反対側に貯湯ユニットを配置したものであり、排気可能な面が一つでさらに幅が狭い場所でも設置できる燃料電池発電装置が実現できるのである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の外観を表す斜視図であり、図１（ａ）は正面右斜め上から見た斜視図、図１（ｂ）は背面左斜め上から見た斜視図である。

図１に示すように、燃料電池発電装置１の正面には正面外装板２が設けられ、側面には左側面外装板３と右側面外装板４が設けられ、背面には背面外装板５が設けられ、天井には天井外装板６が設けられ、底面には底面外装板（図示せず）が設けられている。

正面外装板２には、換気または給排気を行うスリッド７と燃料電池排気口４１と、補助熱源機排気口４２が設けられている。燃料電池発電装置１は１つのユニットから構成されており、従来のものに比べて設置面積が非常に小さい。

次に図２および図３を用いて内部構成を説明する。図２は図１に示す燃料電池発電装置１の各外装板を取り外した内部の主な部品の構成を表す正面右斜め上から見た斜視図であり、図３は図１に示す燃料電池発電装置１の外装板を取り外した内部の主な部品の構成を表す上面外観図である。

内部は第１のフレーム１１と第２のフレーム１２とより構成されている。第１のフレーム１１と第２のフレーム１２は燃料電池貯湯フレーム連結部材１３で接続され、一体化している。

燃料電池ユニットは、空気などを供給する酸化剤ガス供給部２１と、都市ガスなどの原料ガスから水素を含む燃料ガスを生成する燃料生成器２２と、酸素と水素から電力を発生するセルスタック２３と、少なくともセルスタック２３で発生する熱を回収する冷却水を貯める冷却水タンク２４と、空気、水および原料ガス中の不純物を取り除く浄化部２６と、燃料電池発電装置の制御およびセルスタック２３で発生する直流を交流に変換する回路部２７と、補機部２８で構成されている。補機部２８は燃料電池ユニットが動作するためのポンプや弁などのことである。また、燃料電池ユニットで発生する熱を回収するのは熱交換部３０である。

燃料電池排気口４１は、燃料生成器２２で原料ガスまたは水素を含むガスを燃焼した後の排気や、セルスタック２３で発電のために酸素を消費した後の空気、および燃料電池ユニット内部の換気の空気などを燃料電池発電装置１の外部に排出するものである。

なお、燃料生成器２２で原料ガスまたは水素を含むガスを燃焼した後の排気、セルスタック２３で発電のために酸素を消費した後の空気、および燃料電池ユニット内部の換気の空気の出口はそれぞれバラバラであっても、いくつかを組み合わせても良いが、本実施の形態１では全てを同一とした。

本実施の形態１では燃料電池ユニットの各部品と熱交換部３０と燃料電池排気口４１を第１のフレーム１１で保持した。燃料電池ユニットで発生した熱は最終的に貯湯タンク３１でお湯として貯蔵され、貯湯タンク３１のお湯は混合弁３２で水道水などと混合されて適切な温度に調節されたのち利用される。貯湯ユニットは貯湯タンク３１と混合弁３２とより構成され、本実施の形態１では第２のフレーム１２で保持した。

第１のフレーム１１と第２のフレーム１２に跨って補助熱源機３３が設けられており、貯湯タンク３１の水温が低いときには、補助熱源機３３で加熱し、給湯などにお湯を使用する。

補助熱源機排気口４２は補助熱源機３３内部のバーナーが燃焼した際の排ガスを排出する口であり、燃料電池排気口４１と同一の方向に向かって排気し排気面を構成している。本実施の形態１では燃料電池排気口４１と補助熱源機排気口４２の排気が燃料電池発電装置１の正面に向かって行われる。

第１のフレーム１１には燃料電池側接続部３５が設けられ、第２のフレーム１２には貯湯側接続部３６が設けられており、燃料電池側接続部３５と貯湯側接続部３６は燃料電池貯湯接続部材３７により接続されている。

次に燃料電池発電装置１の動作の概略を説明する。燃料電池発電装置１の外部より、メタンやプロパンなどの炭化水素系の原料ガスを導入する。本実施の形態１においては、都市ガスである１３Ａガスを使用した。

導入された原料ガスは、燃料生成器２２で触媒反応として（化１）で示される反応を起こすが、本化学反応は吸熱反応であるため反応中も熱を与える必要がある。

（化１）に示す反応が発生すると、水素と二酸化炭素が生成されるが、同時に（化２）に示す反応により発生する一酸化炭素は、（化３）に示されるようなシフト化反応により濃度が低減され、（化４）に示されるような一酸化炭素選択酸化反応により、例えば２０ｐｐｍ以下であるような微量となるまで除去される。

このようにして原料ガスから生成した水素、二酸化炭素と水蒸気の他に、微量な一酸化炭素を含む燃料ガスはセルスタック２３に送られる。また、空気ブロワやコンプレッサーなどの酸化剤ガス供給部２１より、空気が浄化部２６の空気浄化部分に送られ、さらにセルスタック２３に送られる。

なお、本実施の形態１では空気が酸化剤ガス供給部２１から浄化部２６に送られたが、浄化部２６を通った空気を、酸化剤ガス供給部２１を介してセルスタック２３に導いても良い。セルスタック２３では、送られてきた空気と水素により、（化５）に示す反応によって水を生成し、同時に熱と電気も発生させる。

電気は回路部２７で直流から交流に変換されたのち、燃料電池発電装置１外でも電力として利用される。熱は冷却水タンク２４に保持されている冷却水がセルスタック２３を流れることによりセルスタック２３から持ち運ばれ、冷却水タンク２４に再び水は戻り循環する。

この循環する経路中に配置された熱交換部３０で貯湯タンク３１につながる水と熱交関されることにより、冷却水の温度はほぼ一定に保たれる。セルスタック２３で消費されなかった燃料ガスはオフガスとして燃料生成器２２のバーナー部分に流され燃焼される。燃焼により発生した熱は、（化１）の吸熱反応で必要とされる熱として有効に利用される。

本実施の形態１では、燃料電池ユニットで発生する熱のうち、セルスタック２３で発生する熱のほか、セルスタック２３で使用されず排出される空気と燃料生成器２２のバーナーで発生した燃焼排ガスも熱交換機によって回収し、冷却水の温度上昇に使用した。本実施の形態１では燃料電池ユニットを動作させるポンプや熱交換機などの補機は補機部２８に収納してあるが、燃料電池ユニットを構成する燃料生成器２２やセルスタック２３などに関係する各補機を配置し、全体に分割しても良い。

燃料電池ユニットで発生した熱により加熱された冷却水と熱交換部３０で交換し、温度が上昇した水は貯湯タンク３１に貯められる。貯湯タンク３１の底部から水が取り出され、貯湯側接続部３６の配管部分を通り、燃料電池貯湯接続部材３７を介して、燃料電池側接続部３５に水が流れ込み、熱交換部３０に導かれる。熱交換部３０で温度が上昇した水は、燃料電池側接続部３５から、燃料電池貯湯接続部材３７を介して、貯湯側接続部３６に流れ込んだ後、貯湯タンク３１の上部から水が戻される。

つまり貯湯タンク３１の水は底部から取り出され、加熱された後、上部に戻ることになり、貯湯タンク３１の水温は底部では低いが、上部では高温となり給湯などに利用できる。

本実施の形態１では、貯湯タンク３１の上部には６０℃以上の水が溜まるように循環する水の量を調整することにしたが、４０℃以上１００℃未満であれば良い。家庭などで燃料電池発電装置のお湯を利用するときは、貯湯タンク３１の上部からの温度の高い水（つまりお湯）が混合弁３２に流れ込むようになる。

混合弁３２では利用者が要求した水の温度になるように、貯湯タンク３１からのお湯に外部から接続されている水道配管などの水を混合し、利用者の要求する温度にした後に、風呂や台所などの利用者の要求した場所で要求した温度の水が利用できるようにしている。

燃料電池発電装置１の動作開始時や貯湯タンク３１に貯められているお湯の量を超えるお湯の需要が有った場合には、貯湯タンク３１の上部であっても利用者の要求する温度のお湯を供給できない場合もある。

このときは混合弁３２が必要により外部の水を混合した後、補助熱源機３３で加熱し利用者の要求温度にした後に利用される。本実施の形態１では、燃料電池ユニットと貯湯ユニットの水などの接続・輸送および電気信号の受け渡しは、燃料電池貯湯接続部材３７によりおこなったが、燃料電池ユニットから貯湯ユニットへの水の流れ、貯湯ユニットから燃料電池ユニットへの水の流れおよび燃料電池ユニットと貯湯ユニットとの電気および信号の流れを別々の部品で行なっても良い。

次に燃料電池発電装置の設置について説明する。燃料電池発電装置は貯湯ユニットと燃料電池ユニットがあり、これらのユニットが別々の機体になっているものがあったが、２つのユニットが存在するとユニット間のエリアを別用途に使用することは非常に困難となり、実質的に利用できない場合が多い。結果として燃料電池発電装置の占有面積は非常に大きなものとなっていた。

また、２つのユニットを接続する場合は現場の状況により、配管・配線の処理の方法が異なるため、現場での施工に非常に時間と労力のかかるものとなっていた。また、燃料電池ユニットと貯湯ユニットをそのまま一体化したものは、非常に重くまた大きくなるため、搬入などが非常に困難であった。

本実施の形態１では、第１のフレーム１１と第２のフレーム１２および補助熱源機３３を別々に搬入した後、設置場所で組み合わせ一体化し、少なくとも一部が共通となる外装板で構成するのである。２つのユニットを別々に搬入することにより、軽量化とコンパクト化が図れ、非常に設置のしやすい構成とすることができる。

少なくとも一部が共通となる外装板で構成することにより、外装板の数を少なくすることができるので、外装板を取り付ける手間が少なくなり設置がより容易になることや、重量が少なくなるために重量制限があるところに運ぶ際など運搬がより容易になるのである。

設置の際は、第１のフレーム１１と第２のフレーム１２を燃料電池貯湯フレーム連結部材１３で接続した後、ユーティティとの接続と正面外装板２以外の外装板の取り付けを適宜行なって行く。

燃料電池ユニットと貯湯ユニットの接続は第１のフレーム１１の燃料電池側接続部３５と、第２のフレーム１２の貯湯側接続部３６とを燃料電池貯湯接続部材３７により接続する。本実施の形態１では、燃料電池発電装置１の正面から燃料電池貯湯接続部材３７を押し込むことにより、両ユニットを接続できるようになっている。

なお、本実施の形態１の燃料電池発電装置１は設置面積を小さくするために、燃料電池ユニットも貯湯ユニットも縦に長い構成をとっている。設置面積を小さくするために、構成部品を上下に配置するのは特段の工夫を必要としないが、燃料電池ユニットにおいては、設置面積を少なくするために燃料生成器２２の上にセルスタック２３を配置し、セルスタック２３のさらに上に冷却水タンク２４を配置する構成としている。

セルスタック２３で使用されなかった燃料ガスは燃料生成器２２のバーナーで燃焼され熱として利用されるが、セルスタック２３から排出される燃料ガスには多くの水分を含んでいる。

セルスタック２３よりも燃料生成器２２が上部にあると配管の途中で結露した水分が経路を閉塞させることが僅かな時間でも発生し、バーナーの火が消えてしまうなどのトラブルが発生する可能性がある。セルスタック２３が燃料生成器２２の上部にあると、結露が発生しても、順次バーナー部分に送られるため、水分による閉塞などが無く、バーナー燃焼が安定して起こる。

また、冷却水は冷却水タンク２４に貯められ、セルスタック２３の内部を通り、熱交換されるのであるが、加熱等により気泡が発生することがある。

経路内部で発生した気泡は水の流れまたは上部に移動するが、セルスタック２３が上部に配置されると、冷却水経路で発生した気泡はセルスタック２３の冷却水経路にとどまり、水の流れを妨害するなどの問題が発生するが、セルスタック２３よりも、冷却水タンク２４を上部にすることにより、気泡が容易に抜け、セルスタック２３の温度調整が精密にできるだけでなく、熱交換がスムースにおこなわれるので、排熱回収の高い燃料電池発電装置が実現できるのである。

さらに、燃料電池発電装置の正面から見たとき、燃料電池ユニットを前に配置し、貯湯ユニットを後ろに配置した。また、補助熱源機３３は燃料電池ユニットの横になるように配置し、燃料電池排気口４１と補助熱源機排気口４２のいずれもが燃料電池発電装置１の正面に位置するように配置している。燃料電池排気口４１と補助熱源機排気口４２の前は排気が吹き出すため例えば３０ｃｍ程度の一定の空間を確保する必要があるので、ここをメンテナンスの作業空間にすると無駄がない。

燃料電池ユニットには、浄化部２６など定期的な交換が必要な部品があるので、正面に燃料電池ユニットを配置することはメンテナンスが容易になる利点がある。また、貯湯タンク３１は定期的にメンテナンスが必要な部品がない又は非常に少ないため、奥に設置しても比較的問題が少ない。

次に、燃料電池発電装置１の設置の一例を図４に示す。図４は集合住宅に燃料電池発電装置１を設置した図である。廊下側壁５１と建物側壁５２の間にパイプシャフト（ＰＳ）やメーターボックス（ＭＢ）と呼ばれるユーティリティ収納空間５３がある。

ユーティリティ収納空間５３の内部には、ガス配管５４、水配管５５およびメーター５６が設置されている。ユーティリティ収納空間５３の廊下側には扉５７が設けられており、必要により施錠ができるようになっている。燃料電池発電装置１は燃料電池置き場５８に設置されている。

本実施の形態１では、燃料電池置き場５８とユーティリティ収納空間５３の間は壁５９で区切られているが、壁５９が無くとも、本発明の効果には相違がない。燃料電池置き場５８は必要により扉５７が設けられ、本実施の形態１では扉５７に切り欠きがあり、燃料電池発電装置１の正面外装板２が直接廊下に面するようにした。

一般に集合住宅は空間、床を無駄にしないように設計されており、ユーティリティ収納空間５３や燃料電池置き場５８はできるだけ小さい方が、住居などの空間を多く割くことができ、効率的になる。一方、ユーティリティ収納空間５３などは小さすぎる場合や、狭すぎる場合は、ユーティリティのメンテナンスが困難になる不都合がある。

財団法人ベターリビングではパイプシャフト（ＰＳ）にガス給湯機を設置する際には、パイプシャフト（ＰＳ）のサイズが合理的であり、機器交換時にも汎用性を持たせるため、優良住宅部品評価基準及び付加認定基準の評価基準（ＢＬＥ ＧＨ：２００６（２））の別図１−４などで、パイプシャフト設置型（扉内設置型）の取り付け金枠図及び給排気部寸法などで、いくつかの標準寸法を挙げている。

幅の最大として６６０ｍｍが記されており、扉５７は６６０ｍｍより幾分大きい程度のサイズのものが、汎用性があると言える。

よって、ユーティリティ収納空間５３や燃料電池置き場５８の横幅は６６０ｍｍより幾分大きい程度となり、ユーティリティ収納空間５３や燃料電池置き場５８を上面から見た形は、正方形に近い形が多くなる。一方、燃料電池発電装置１は燃料電池ユニットと貯湯ユニットの他に、補助熱源機３３を有している。

燃料電池発電装置１を、横幅は６６０ｍｍより幾分大きい程度であり、上面から見た形は、正方形に近い形とすると、集合住宅に設置する際には設置がしやすいと言える。本実施の形態１では、燃料電池発電装置１を上面から見たとき、燃料電池発電装置１の正面（前側）を廊下側に向け、燃料電池ユニットおよび補助熱源機３３を廊下側に配置した。

本実施の形態１では、補助熱源機３３として、スリム型と呼ばれ横幅が２５０ｍｍ程度のものを利用した。このように燃料電池発電装置１の内部の配置を取ることにより、横幅は６６０ｍｍより幾分大きい程度であり、上面から見た形は、正方形に近い形とすることができるので、集合住宅などの狭い場所に設置がしやすいものとすることができる。

また、燃料電池排気口４１と補助熱源機排気口４２がいずれも同一の排気面である燃料電池発電装置１の正面に設けられているため、ユーティリティ収納空間５３や燃料電池置き場５８の内部に燃料電池発電装置１の排ガス・排空気が滞留することがないため、燃料電池発電装置１およびユーティリティ収納空間５３や燃料電池置き場５８の構造物や部品・配管などに悪影響を及ぼすことが無く、より狭い空間や特別な装置を必要としなくとも設置できる。
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置の外観を表す斜視図であり、図５（ａ）は正面左斜め上から見た斜視図、図５（ｂ）は背面右斜め上から見た斜視図である。

図５に示すように、燃料電池発電装置１００は燃料電池パッケージ１０１と貯湯パッケージ１１１のそれぞれ独立した外装を持つ２つのパッケージから構成されている。

燃料電池パッケージ１０１の正面には燃料電池正面外装板１０２が設けられ、側面には燃料電池左側面外装板１０３と燃料電池右側面外装板（図示せず）が設けられ、背面には燃料電池背面外装板１０４が設けられ、天井には燃料電池天井外装板１０５が設けられている。

燃料電池正面外装板１０２には給排気または換気を行う燃料電池スリッド１０６と、燃料電池排気口１４１が設けられている。

貯湯パッケージ１１１の正面には貯湯正面外装板１１２が設けられ、側面には貯湯右側面外装板１１３と貯湯左側面外装板（図示せず）が設けられ、背面には貯湯背面外装板１１４が設けられ、天井には貯湯天井外装板１１５が設けられている。貯湯正面外装板１１２には、換気または給排気をおこなう貯湯スリッド１１６と、補助熱源機排気口１４２が設けられている。

燃料電池パッケージ１０１と貯湯パッケージ１１１は外装が隣接するように接近して配置され燃料電池貯湯パッケージ連結部材１２０で接合されている。燃料電池発電装置１は２つのユニットから構成されているが、燃料電池貯湯パッケージ連結部材１２０で接合されるように隣接設置しているので、２つのパッケージ間の隙間はなく、設置面積が非常に小さいものである。

次に図６および図７を用いて内部構成を説明する。図６は図５に示す燃料電池発電装置１００を構成する２つのパッケージのそれぞれの外装板を取り外した内部の主な部品の構成を表す正面左斜め上から見た斜視図であり、図７は各外装板を取り外した内部の主な部品の構成を表す上面外観図である。

燃料電池パッケージ１０１の内部は第１のフレーム２１１に部品が搭載された燃料電池ユニットにより構成され、貯湯パッケージの内部は第２のフレーム２１２に部品が搭載された貯湯ユニットより構成されている。

図６、図７に示す燃料電池発電装置１００には、実施の形態１の場合と同じように、酸化剤ガス供給部２１、燃料生成器２２、セルスタック２３、冷却水タンク２４、浄化部２６、回路部２７、補機部２８、熱交換部３０、貯湯タンク３１、混合弁３２、補助熱源機３３、燃料電池側接続部３５、貯湯側接続部３６および燃料電池貯湯接続部材３７が設けられている。

さらに、燃料生成器２２で原料ガスまたは水素を含むガスを燃焼した後の排気や、セルスタック２３で発電のために酸素を消費した後の空気、および燃料電池ユニット内部の換気の空気などを燃料電池発電装置１の外部に排出する燃料電池排気口１４１、および補助熱源機３３内部のバーナーが燃焼した際の排ガスを排出する補助熱源機排気口１４２が設けられている。

次に燃料電池発電装置の設置について説明する。燃料電池発電装置１００は貯湯パッケージ１１１と燃料電池パッケージ１０１があり、これらの２つのユニットを離れて設置し、２つのパッケージの間を配管で接続するものがあった。２つのパッケージを離れて設置すると、パッケージ間のエリアの別用途による使用は非常に困難となり、実質的に利用できない場合が多く、結果として燃料電池発電装置の占める面積は非常に大きなものとなっていた。

また、離れた２つのパッケージを接続する場合は現場の状況により、配管・配線の処理の方法が異なるため、現場での施工に非常に時間と労力のかかるものとなっていた。また、燃料電池ユニットと貯湯ユニットをそのまま一体化したものは、非常に重くまた大きくなるため、搬入などが非常に困難であった。

本実施の形態２では、２つのパッケージを別々に搬入した後、設置場所で燃料電池貯湯パッケージ連結部材１２０を用いて接合するのである。

工場で予め作られた２つの独立したパッケージを別々に運搬・搬入することにより、運搬や設置の途中で内部にゴミや雨などの混入の可能性を小さくすることができるので、非常に信頼性の高い燃料電池発電装置とすることができるのである。

設置の際は、燃料電池パッケージ１０１と貯湯パッケージ１１１を燃料電池貯湯パッケージ連結部材１２０で接続した後、２つのパッケージの正面の外装板、すなわち燃料電池正面外装板１０２および貯湯正面外装板１１２を開け、２つのユニットの機能的な接続として、燃料電池側接続部３５と貯湯側接続部３６を、燃料電池貯湯接続部材３７により接続する。

本実施の形態２では、燃料電池発電装置１００の正面から燃料電池貯湯接続部材３７を押し込むことにより、両ユニットを接続できるようになっている。その後、ユーティティの接続を行ってゆく。

なお、本実施の形態２の燃料電池発電装置１００は設置面積を小さくするために、燃料電池パッケージ１０１も貯湯パッケージ１１１も縦に長い構成をとっている。さらに、燃料電池発電装置の正面から見たとき、燃料電池ユニットと補助熱源機３３は正面に障害物が無いように配置し、貯湯ユニットは補助熱源機３３の後ろに配置した。

燃料電池排気口１４１と補助熱源機排気口１４２のいずれもが燃料電池発電装置の正面に位置するように配置している。燃料電池排気口１４１と補助熱源機排気口１４２の前は排気が吹き出すため例えば３０ｃｍ程度の一定の空間を確保する必要があるので、ここをメンテナンスの作業空間にすると無駄がない。

燃料電池ユニットには、浄化部２６など定期的な交換が必要な部品があるので、正面に燃料電池ユニットを配置することはメンテナンスが容易になる利点がある。また、タンクは定期的にメンテナンスが必要な部品がない又は非常に少ないため、奥に設置しても比較的問題が少ない。

また、設置は実施の形態１で示したように、集合住宅などに設置する場合の置き場は、横幅が６６０ｍｍより幾分大きい程度で、上面から見た形は、正方形に近い形が多いので、燃料電池発電装置１は、横幅が６６０ｍｍより幾分大きい程度であり、上面から見た形は、正方形に近い形とすると、集合住宅に設置する際には設置がしやすいと言える。

本実施の形態では、燃料電池発電装置を上面から見たとき、燃料電池発電装置１の正面（前側）を廊下側に向け、燃料電池パッケージ１０１および貯湯パッケージ１１１のいずれもが正面、廊下側に接するように配置し、貯湯パッケージ１１１は補助熱源機３３が正面、廊下側になるような向きとした。

本実施の形態２では、補助熱源機３３として、一般的な型のものを使用したので、横幅が約４８０ｍｍ程度のものが標準である。そのため、燃料電池パッケージ１０１は正面から見たときに、幅が短く、奥深い形状になるように配置している。燃料電池パッケージ１０１の内部は、浄化部２６などの定期的な交換が必要な部品を正面、廊下側に配置した。

なお、燃料電池パッケージ１０１は第１のフレーム２１１で構成されているため、燃料電池パッケージのみを、正面、廊下側に引き出してメンテナンスを行っても良い。このように内部の配置を取ることにより、燃料電池発電装置１の横幅は６６０ｍｍより幾分大きい程度であり、上面から見た形は、正方形に近い形とすることができるので、集合住宅などの狭い場所に設置がしやすいものとすることができる。

また、燃料電池排気口１４１と補助熱源機排気口１４２がいずれも同一方向である燃料電池発電装置１の正面に設けられているため、図４に示すユーティリティ収納空間５３や燃料電池置き場５８の内部に燃料電池発電装置１の排ガス・排空気が滞留することがないため、燃料電池発電装置１およびユーティリティ収納空間５３や燃料電池置き場５８の構造物や部品・配管などに悪影響を及ぼすことが無く、より狭い空間や特別な装置を必要としなくとも設置できるようになるのである。

本発明の燃料電池発電装置は、搬入・施工が容易で狭い場所でも設置できるので様々な定置用燃料電池コージェネレーションシステムなどに有用である。

（ａ）本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の正面右斜め上から見た外観を示す斜視図（ｂ）同燃料電池発電装置の背面左斜め上から見た外観を示す斜視図 同燃料電池発電装置の内部構造を示す正面右斜め上から見た斜視図 同燃料電池発電装置の内部構造を示す上面図 同燃料電池発電装置の設置状態を示す一部切欠上面図 （ａ）本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置の正面左斜め上から見た外観を示す斜視図（ｂ）同燃料電池発電装置の背面右斜め上から見た外観を示す斜視図 同燃料電池発電装置の内部構造を示す正面左斜め上から見た斜視図 同燃料電池発電装置の内部構造を示す上面図 従来の燃料電池発電装置を示す外観斜視図

符号の説明

１，１００ 燃料電池発電装置
２ 正面外装板
３ 左側面外装板
４ 右側面外装板
５ 背面外装板
６ 天井外装板
７ スリッド
１１，２１１ 第１のフレーム
１２，２１２ 第２のフレーム
１３ 燃料電池貯湯フレーム連結部材
２１ 酸化剤ガス供給部
２２ 燃料生成器
２３ セルスタック
３１ 貯湯タンク
３３ 補助熱源機
４１，１４１ 燃料電池排気口
４２，１４２ 補助熱源機排気口
１０１ 燃料電池パッケージ
１０２ 燃料電池正面外装板
１０３ 燃料電池右側面外装板
１０４ 燃料電池背面外装板
１０５ 燃料電池天井外装板
１０６ 燃料電池スリッド
１１１ 貯湯パッケージ
１１２ 貯湯正面外装板
１１３ 貯湯左側面外装板
１１４ 貯湯背面外装板
１１５ 貯湯天井外装板
１１６ 貯湯スリッド
１２０ 燃料電池貯湯パッケージ連結部材

Claims (5)

1. 原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部、定期交換が必要な部品である浄化部、および、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させるセルスタックを有する燃料電池ユニットと、補助熱源機と、を備え、廊下側壁及び建物側壁の間の空間に設置される燃料電池システムであって、
   前記燃料電池ユニットの燃焼排ガスの吹き出し口、及び、前記補助熱源機の熱源機排ガスの吹き出し口が、前記廊下側に配置される同一の排気面に位置し、
   前記浄化部は、前記燃料電池ユニットの前記排気面側に配置される燃料電池発電装置。
2. 前記燃料電池ユニットで回収された熱を貯蔵する貯湯タンクを有する貯湯ユニットを備え、前記燃料電池ユニットは第１のフレームで保持され、前記貯湯ユニットは第２のフレームで保持され、前記燃料電池ユニットと前記貯湯ユニットは少なくとも一部が共通となる外装板で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
3. 前記燃料電池ユニットで回収された熱を貯蔵する貯湯タンクを有する貯湯ユニットを備え、前記燃料電池ユニットは第１の外装で覆われ、前記貯湯ユニットは第２の外装で覆われ、前記燃料電池ユニットと前記貯湯ユニットを接続させるユニット接続部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
4. 前記排気面側に前記燃料電池ユニットと前記補助熱源機を配置し、前記補助熱源機の前記排気面と反対側に前記貯湯ユニットを配置したことを特徴とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
5. 前記排気面側に前記燃料電池ユニットと前記補助熱源機を配置し、前記燃料電池ユニットの前記排気面と反対側に前記貯湯ユニットを配置したことを特徴とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。