JP5810257B2

JP5810257B2 - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP5810257B2
Application number: JP2011060207A
Authority: JP
Inventors: 直久田邉
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2031-03-18
Also published as: JP2012195258A

Description

本発明は、水素と酸素を反応させ発電する燃料電池システムに関するものである。

従来の燃料電池システムは、本体パッケージ内に燃料ガスである天然ガスなどから水素ガスを生成する改質器と、この水素ガスと酸化剤（例えば、空気）としての酸素との電気化学的反応により発電を行う燃料電池（以下、適宜「スタック」という）と、スタックで発生した電気エネルギーを商用電圧・周波数に変換する電力変換回路（以下、適宜「インバータ」という）と、本体パッケージ内の温度上昇を防ぎ、かつ本体パッケージ内の換気を行う換気装置と、スタックや改質器を円滑に作動させるための補助機器とを備えており、本体パッケージ内に隔壁を設けて、改質器、スタックを配置したガス使用エリアと、インバータを配置した非ガスエリアに分離している。（例えば、特許文献１参照）。

図５は、前記特許文献に記載された従来の燃料電池システムを示すものである。図５に示すように、本体パッケージ１００内を隔壁１０１により分離することにより設けられた第１室１０２および第２室１０３と、第１室の内部に配置された改質器１０４と、第１室の内部に配置されたスタック１０５と、改質器１０４およびスタック１０５を制御する第２室の内部に配置された制御装置１０６と、スタック１０５で発生した電気エネルギーを商用電圧・周波数に変換するインバータ１０７と、スタック１０５や改質器１０４を円滑に作動させるための補助機器１０８と、第１室１０２に外気を取り入れる吸気口１０９と、第２室１０３に外気を取り入れる吸気口１１０と、本体パッケージ１００内の空気を外部に排出する排気口１１１とを備えた構成となっており、第２室１０３の換気は、吸気口１１０から取り入れられた空気がインバータ１０７を通過して、排気口１１１から排出される。

国際公開第２００９／０７２２８４号

インバータ１０７を構成する部品には、一般に発熱部品が多く、かつ半導体素子など部品の耐熱温度が低いため冷却する必要がある。燃料電池システムの発電能力を更に向上させる場合には、インバータ１０７の発熱も増え、より効率良く冷却できる換気性能が求められる。

しかしながら、前記従来の構成では、吸気口１１０から第２室１０３内に取り入れられた空気の一部が、インバータ１０７を通過するだけで、その他の取り入れられた空気は、インバータ１０７を製造工程で取り付ける際やメンテナンスでの着脱の際に作業者の手が入りやすいように設けられたインバータ１０７の周囲の隙間、つまりインバータ１０７の側面と本体パッケージ１００との隙間１１２や隔壁１０１との隙間１１３を通って、排気口１１１から排出されてしまい、更なるインバータ１０７の冷却が必要な場合には、排気口１１１に設けられた換気ファンの回転数を上げる等の対策が必要になり、換気ファンでの消費電力が増えることにより、燃料電池システム全体の発電効率に影響を及ぼすことや、排気口１１１の換気ファンの回転数が増えることにより、騒音が大きくなるという課題を有していた。

また、燃料電池システムを設置する際には、メンテナンスする面の周囲に作業用のスペースを確保して設置する必要があるが、燃料電池システムの設置に必要なスペースを小さくするために、メンテナンスする面を、本体パッケージ１００の前面部のみとし、前面部の外装を外すだけでメンテナンスを行える構成が求められている。メンテナンス面を前面部のみの構成にする場合、インバータ１０７も前面方向から容易に着脱できるようにする必要がある。

しかしながら、インバータ１０７は本体パッケージ１００と隔壁１０１に挟まれた空間にあるため、着脱の為の作業スペースは限られており、また、インバータ１０７は、重量の大きいプリント基板を収納しており、重量が大きく、特に、本体パッケージ１００内の上方にインバータ１０７を配置する場合には、インバータ１０７を取り付けるときの位置決めが難しく、着脱の作業性が悪くなるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、第２室内のインバータの冷却を効率良く行うことができ、且つ、インバータの本体パッケージへの着脱の作業性を向上でき、メンテナンス性を向上できる燃料電池システムを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、
燃料電池を収納する本体パッケージと、
本体パッケージ内に配置され、燃料電池が発電した直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を収納するインバータ筐体と、
本体パッケージ内で、インバータ筐体を収納するインバータ筐体収納空間と燃料電池を収納する空間とを仕切る隔壁と、
インバータ筐体収納空間に本体パッケージの外部から空気を取り入れる吸気口と、
インバータ筐体収納空間から空気を排出する排気口と、
本体パッケージ内面の側面と隔壁の少なくとも何れか一方に、インバータ筐体の左右の側面との隙間を遮蔽することにより、インバータ筐体内を通過することなく吸気口から排気口へと流れる空気を少なくするための遮蔽板と、
を備え、
遮蔽板は、吸気口よりも上方で排気口よりも下方に位置し、
吸気口からインバータ筐体収納空間に取り入れられた空気の多くが、インバータ筐体の内部に吸入され、
吸気口からインバータ筐体収納空間に取り入れられた空気の一部が、インバータ筐体の前面に取り付けられた電気回路基板を冷却しながら移動して排気口から排出されるものである。

これによって、インバータ回路を収納したインバータ筐体の側面と本体パッケージ内の側面との隙間やインバータ筐体の側面と隔壁との隙間に遮蔽板を構成することで、インバータ収納空間内に取り入れられた空気が、インバータ筐体の横の隙間を通過することをほぼ遮蔽することができる。そのため、より多くの空気をインバータ回路に送り込む空気の流れをつくることで、インバータ筐体を冷却する専用の空気経路を設けることなく、効率良くインバータ回路を冷却することができるようになり、換気ファンの回転数を下げて、換気ファンの騒音を低下させることや換気ファンでの消費電力を下げることで燃料電池システムの発電効率を向上できる。また、インバータ回路を収納し前面に電気回路基板を取り付けたインバータ筐体を、本体パッケージに着脱する際に、本体パッケージの前面から、着脱を行うことができ、インバータ筐体の着脱作業性を向上することができ、メンテナンス性を向上することができる。

本発明の燃料電池システムは、インバータ回路の冷却を効率良く行うことができ、燃料電池システムの発電効率を向上することや騒音を小さくすることができ、且つ、インバータ筐体の本体への着脱作業性を向上することでメンテナンス性を向上することができる。

本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図（ａ）同燃料電池システムのインバータ筐体の取り付けの取付途中図、（ｂ）同燃料電池システムのインバータ筐体の取り付けの取付完了図同燃料電池システムのインバータ筐体の取り付けガイド部の構成図（ａ）同燃料電池システムのインバータ筐体収納空間内部の空気の流れの正面図、（ｂ）同燃料電池システムのインバータ筐体収納空間内部の空気の流れの側面断面図従来の燃料電池システムの構成図

第１の発明は、
燃料電池を収納する本体パッケージと、
本体パッケージ内に配置され、燃料電池が発電した直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を収納するインバータ筐体と、
本体パッケージ内で、インバータ筐体を収納するインバータ筐体収納空間と燃料電池を収納する空間とを仕切る隔壁と、
インバータ筐体収納空間に本体パッケージの外部から空気を取り入れる吸気口と、
インバータ筐体収納空間から空気を排出する排気口と、
本体パッケージ内面の側面と隔壁の少なくとも何れか一方に、インバータ筐体の左右の側面との隙間を遮蔽することにより、インバータ筐体内を通過することなく吸気口から排気口へと流れる空気を少なくするための遮蔽板と、
を備え、
遮蔽板は、吸気口よりも上方で排気口よりも下方に位置し、
吸気口からインバータ筐体収納空間に取り入れられた空気の多くが、インバータ筐体の内部に吸入され、
吸気口からインバータ筐体収納空間に取り入れられた空気の一部が、インバータ筐体の前面に取り付けられた電気回路基板を冷却しながら移動して排気口から排出される燃料電池システムである。

この構成により、インバータ回路を収納したインバータ筐体の側面と本体パッケージ内の側面との隙間やインバータ筐体の側面と隔壁との隙間に遮蔽板を構成することで、インバータ収納空間内に取り入れられた空気が、インバータ筐体の横の隙間を通過することをほぼ遮蔽することができる。そのため、より多くの空気をインバータ回路に送り込む空気の流れをつくることで、インバータ筐体を冷却する専用の空気経路を設けることなく、効率良くインバータ回路を冷却することができ、換気ファンの回転数を下げることも可能になり、換気ファンの騒音低下や換気ファンでの消費電力を下げることで燃料電池システムの発電効率を向上できる。また、インバータ回路を収納し前面に電気回路基板を取り付けたインバータ筐体を、本体パッケージに着脱する際に、本体パッケージの前面から、着脱を行うことができ、インバータ筐体の着脱作業性を向上することができ、メンテナンス性を向上することができる。

また、遮蔽板はインバータ筐体を本体パッケージに取り付ける際のガイド部となるようにインバータ筐体の側面に沿って配置されるように構成してもよい。

この構成により、製造工程やメンテナンス時に、インバータ回路を収納したインバータ筐体を、本体パッケージに着脱する際に、本体パッケージの前面から、インバータ筐体の側面を遮蔽板に沿わせて位置決めしながらスライドさせて着脱を行うことができ、インバータ筐体の着脱作業性を向上することができ、メンテナンス性を向上することができる。

さらに、本体パッケージ内面の背面上部に形成された第１係合部と、インバータ筐体外面の背面上部に形成された第２係合部と、を備え、インバータ筐体は、遮蔽板に沿ってスライドして固定位置近くに案内された後に、第１係合部と第２係合部とが係合して固定されるように構成されてもよい。

この構成により、インバータ筐体を遮蔽板に沿って、スライドさせて固定位置近くまで移動した後、インバータ筐体の背面上部の係合部を本体パッケージ内部の背面上部に引掛けて取り付ける構成にすることができる。この構成により、特に本体パッケージの前面のみをメンテナンス面として構成した場合には、本体パッケージ背面の奥まった場所でのビス締め作業が不要となり、インバータ筐体の着脱の作業性を向上させることができる。また、重量の大きいインバータ筐体を本体パッケージ背面に引掛けて取り付けることで、本体パッケージの背面でインバータ筐体の重量の大部分を保持することになり、インバータ筐体を載せる隔壁にかかる荷重が小さくなるため、隔壁の板厚を薄くして隔壁の強度を下げることが可能となり、コストを低減できる。

また、本体パッケージにインバータ筐体を取り付ける際のガイド部として、インバータ筐体を載せてスライドさせる隔壁上面に本体パッケージの前面から背面方向へインバータ
筐体の側面に沿ったリブ状のガイドを備えてもよい。

この構成により、隔壁の上面に本体パッケージの前面から背面方向へインバータ筐体の側面に沿うようにリブ状のガイドを設けることで、本体パッケージにインバータ筐体を取り付ける際に、隔壁の上面にインバータ筐体を載せて、隔壁上面のリブ状のガイドに沿って本体パッケージの前面から背面方向にスライドさせることができる。したがって、インバータ筐体の背面上部に構成された係合部を本体パッケージの背面上部に構成された係合部に係合させる際の位置決めをより精度良く行うことができ、係合をスムーズに行うことができ、インバータ筐体の着脱の作業性を向上させることができる。

さらに、本体パッケージの背面に、インバータ筐体を取り付ける際にインバータ筐体の側面方向の位置を規制する規制壁部を備えてもよい。

この構成により、本体パッケージの背面にインバータ筐体の側面方向の位置を規制する規制壁部を設けることで、インバータ筐体の背面上部の係合部を本体パッケージ内部の背面上部の係合部に引掛けて取り付ける際に、インバータ筐体の側面が規制壁部で規制されるように構成することができる。これにより、インバータ筐体の係合部と本体パッケージの係合部の係合時の位置決めがより精度良く行え、係合をスムーズに行うことができ、インバータ筐体の着脱の作業性を向上させることができる。また、インバータ筐体の側面が規制壁部で規制された状態で本体パッケージに取り付けられることで、燃料電池システムの搬送中など、燃料電池システムが振動を受ける際に、インバータ筐体の側面方向の振れが規制壁によって規制され、振動によるインバータ筐体への影響を小さくでき、インバータ筐体や係合部の強度を下げることができ、インバータ筐体や係合部の材料の板厚を小さくする等により、コストを低減できる。

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、本発明の第１の実施の形態における燃料電池システムの構成図を示すものである。図２は、本発明の第１の実施の形態における燃料電池システムのインバータ筐体の取り付け構成図を示すもので、（ａ）は燃料電池システムのインバータ筐体の取り付けの取付途中図、（ｂ）は燃料電池システムのインバータ筐体の取り付けの取付完了図を示す。図３は、本発明の第１の実施の形態における燃料電池システムのインバータ筐体の取り付けガイド部の構成図を示すものである。

図１から図３を用いて、本発明の第１の実施の形態の燃料電池システムの構成を説明する。

本体パッケージ１は、燃料電池システム本体の外郭を形成するパッケージで、改質器２やスタック３やインバータ筐体４とその周辺の構成要素を内部に収納するものであり、例えば、金属製の板と梁で構成される。本体パッケージ１の天面には天板５が取り付けられている。

本体パッケージ１の内部は、隔壁６によって、改質器２やスタック３などの可燃性ガスが流通する部品が収納されるガス経路空間７と、インバータ筐体４などの可燃性ガスが流通しない部品が収納されるインバータ筐体収納空間８に仕切られている。

隔壁６は、本体パッケージ１内においてガス経路空間７とインバータ筐体収納空間８との気体の流れを抑制するために形成されている。ただし、気体の流れを完全に遮蔽するわ
けではない。隔壁６は、万が一、改質器２やスタック３で可燃性ガスが漏れたときに、漏れた可燃性ガスがインバータ筐体４に触れないようにするために形成されている。隔壁６は、例えば、金属製や樹脂製の板で構成される。

改質器２は、触媒からなる改質部とこの改質部を加熱するバーナーにより構成され、本体パッケージ１内の下方に配置される。スタック３は、固体高分子電解質膜の両側に触媒を担持した燃料極と空気極を形成して一体化された触媒層を、水素ガスや空気を送り込むための流路を形成したセパレータで挟持してセルを構成し、セルを集合化して構成される。

スタック３は、後述するインバータ筐体４の下方に配置される。

インバータ筐体４は、電気回路を収納する筐体であり、例えば、金属製の板で箱型に構成される。インバータ筐体４に収納される電気回路は、１００Ｖ以上を扱う高電圧回路と低電圧回路から構成されている。高電圧回路は、本体パッケージ１の外部の商用電源に接続され、スタック３で発電される直流電力を交流電力に変換して商用電源に接続された負荷に供給するインバータと交流商用電源を直流低電圧に変換する電源回路で構成されている。低電圧回路は、本体パッケージ１内の各部を制御する制御手段であり、例えば、商用電源に接続された負荷の消費電力に基づいて原料ガス配管から改質器２に供給される原料ガスの流量を調整することで燃料電池システムにおける発電電力の制御や、改質器２やスタック３の温度制御を行っている。

補助機器９は、改質器２やスタック３を円滑に作動させるための装置や配管で構成される。例えば、ガス配管や空気配管、水配管、制御弁、ポンプ、タンク、熱交換器で構成される。補助機器９は、本体パッケージ１の外部に設けられる貯湯槽（図示せず）と、貯湯槽から水を供給される配管と貯湯槽へ湯を排出する配管により接続されている。また、補助機器９は、本体パッケージ１の外部と原料ガスを供給される配管で接続されている。

ガス経路吸気口１０は、ガス経路空間７内部の換気を行うために外気を吸入するための開口部で、ガス経路空間７内の下部に設けられる。

ガス経路排気口１１は、ガス経路空間７内部の空気を外部に排気するための開口部で、ファンにより構成されており、ガス経路空間７内の上部に設けられる。

なお、ガス経路吸気口１０に、ファンを取り付けてもよい。この場合は、ガス経路排気口１１は、ファンを無くして開口部だけで構成してもよい。

インバータ筐体吸気口１２は、インバータ筐体収納空間８内部の換気を行うために外気を吸入するための開口部で、ファンにより構成されており、インバータ筐体収納空間８内の下部に設けられる。

インバータ筐体排気口１３は、インバータ筐体収納空間８内部の空気を外部に排気するための開口部で、インバータ筐体収納空間８内の上部に設けられる。

なお、インバータ筐体排気口１３に、ファンを取り付けてもよい。この場合は、インバータ筐体吸気口１２は、ファンを無くして開口部だけで構成してもよい。

遮蔽板１４は、インバータ筐体４の側面に沿う形状で本体パッケージ１の前面から背面にかけて、インバータ筐体４の側面と本体パッケージ１の側面の隙間、及びインバータ筐体４の側面と隔壁６の隙間を遮蔽する形状に構成され、本体パッケージ１内の側面や隔壁
６に取り付けられる。遮蔽板１４は、例えば、金属製や樹脂製の板で構成される。

第１係合部１５は、本体パッケージ１の背面上部に設けられ、インバータ筐体４を引掛けて取り付けるための係合部で、例えば、本体パッケージ１の天面方向への板金の曲げ起こし部で引掛け爪部として構成される。第２係合部１６は、インバータ筐体４の背面上部に設けられ、本体パッケージ１の第１係合部１５に引掛けるための係合部で、例えば、インバータ筐体４の外郭の板金に穴を開けて、引掛け穴部として構成される。本実施例では第１係合部１５および第２係合部１６は、左右の２箇所設けている。なお、第１係合部１５と第２係合部１６は、１箇所のみ設けても良いし、３個以上設けても良い。また、第１係合部１５を穴とし、第２係合部１６を引掛け爪部で構成してもよい。

規制壁部１７は、本体パッケージ１の背面に設けられ、インバータ筐体４の左右の側面に近接して、左右の側面の両側に構成された壁部である。規制壁部１７は、例えば、金属製の板または、樹脂で構成される。インバータ筐体４を本体パッケージ１に取り付ける際に規制壁部１７がインバータ筐体４の左右の側面を規制して、インバータ筐体４の第２係合部１６を第１係合部１５へ係合する際の位置決めを行う。本実施例では、規制壁部１７は、第１係合部１５を構成した部品の一部で構成しており、規制壁部１７と第１係合部１５の位置寸法が同一部品内で決まることで、寸法精度を向上でき、第１係合部１５への位置決めの精度を向上できる。なお、規制壁部１７と第１係合部１５を別々の部品で構成してもよい。

インバータ筐体４のビス固定部１８は、インバータ筐体４の下部の左右に設けられ、インバータ筐体４が第２係合部１６が第１係合部１５に引掛けられた後、インバータ筐体４を隔壁６上面に設けられたビス止め部にビス止めするためのビス穴部であり、本体パッケージ１の前面から取り外しできる方向に設けられる。なお、ビス固定部１８は、インバータ筐体４下部の中央部に１箇所だけ設けてもよいし、ビス固定部１８を設けずに、第１係合部１５と第２係合部１６の引掛けだけで取り付けてもよい。

取り付けガイド部１９は、隔壁６のインバータ筐体４を載せる面の上面に、インバータ筐体４の左右の側面に沿う位置に本体パッケージ１の前面から背面方向に設けられたものである。取り付けガイド部１９は、隔壁６が板金で構成される場合は、凸形状の板金の絞りで形成され、隔壁６が樹脂で構成される場合は、凸形状のリブで形成される。隔壁６が板金で構成される場合は、取り付けガイド部１９を板金の絞り部で構成することにより、隔壁６の板金の強度も向上することができ、隔壁６の板厚を小さくすることができ、コストを削減することができる。また、取り付けガイド部１９は、隔壁６とは別部品として、隔壁６の上面に取り付けて構成してもよい。また、取り付けガイド部１９は、インバータ筐体４の左右の側面に沿うように２箇所設けられているが、左右どちらか１箇所のみ設けてもよい。

次に、各部の接続について説明する。

改質器２は補助機器９と原料ガス配管（図示せず）で接続され、本体パッケージ１外部から原料ガスの供給を受ける。スタック３は、改質器２と水素ガス配管（図示せず）により接続され、改質器２から水素ガスの供給を受ける。また、スタック３は、補助機器９と空気配管（図示せず）で接続され、空気の供給を受ける。インバータ筐体４に収納される電気回路は、スタック３と電気ケーブルで接続され、スタック３で発電された直流電力が電気回路に伝達される。改質器２及び補助機器９はインバータ筐体４に収納される電気回路と電気ケーブルで接続され、動作を制御される。

次に、本体パッケージ１にインバータ筐体４を取り付ける方法について説明する。

まず、図２（ａ）に示すように隔壁６の上にインバータ筐体４を載せる。この時、隔壁６の上面に設けられた２つの取り付けガイド部１９の間にインバータ筐体４が入るように載せる。次に、インバータ筐体４を本体パッケージ１の背面方向にスライドさせて移動させる。インバータ筐体４のスライド中は、インバータ筐体４の側面上部は、遮蔽板１４にガイドされ、インバータ筐体４の側面下部は、取り付けガイド部１９にガイドされて移動する。インバータ筐体４の背面が本体パッケージ１の背面に近くまでスライドされると、インバータ筐体４の側面は、規制壁部１７によって左右方向の動きを規制される。インバータ筐体４のスライド移動は、インバータ筐体４の背面が、本体パッケージ１に設けられた第１係合部１５に当たって止まるまで行う。インバータ筐体４の背面が、第１係合部１５に当たった後、インバータ筐体４を上方に少し持ち上げて、本体パッケージ１の背面方向に動かしてから下ろすと、インバータ筐体４の背面上部に設けられた第２係合部１６である引掛け穴部が、第１係合部１５の引掛け爪部に引掛かり固定される。最後に、インバータ筐体４は、左右２箇所に設けられたビス固定部１８で、隔壁６にビス止め固定される。

メンテナンス時など、本体パッケージ１からインバータ筐体４を取り外す際には、本体パッケージ１に取り付けた順序とは逆の順序で取り外す。つまり、まず、ビス固定部１８のビスを取り外し、次にインバータ筐体４を上方に少し持ち上げて、本体パッケージ１の前面方向に動かしてから下ろすと、第２係合部１６が第１係合部１５の引掛け爪部から外れる。その後、インバータ筐体４を本体パッケージ１の前面方向にスライド移動させていくことで取り外すことができる。

次に、本実施例の燃料電池システムのインバータ筐体収納空間８内部の空気の流れについて図４を用いて説明する。図４（ａ）は本発明の実施の形態１における燃料電池システムのインバータ筐体収納空間８内部の空気の流れを示す正面図、（ｂ）は側面断面図である。インバータ筐体４の内部は、側面断面図で示すように２層に分けられており、１層目と２層目にそれぞれ電気回路基板２０が取り付けられる。また、インバータ筐体４の前面にも電気回路基板２０が取り付けられる。インバータ筐体４の底面部は吸気口２１が設けられ、ファンで構成されており、インバータ筐体４の内部に空気を吸入するように構成される。インバータ筐体４の天面部は開口しており、空気が通過するように構成される。

燃料電池システムの動作中、インバータ筐体吸気口１２に設けられたファンは、回転動作して、インバータ筐体吸気口１２から外気をインバータ筐体収納空間８内に取り入れる。インバータ筐体吸気口１２のファンは、回転動作して、インバータ筐体吸気口１２から取り入れられた外気をインバータ筐体４の内部に吸入する。インバータ筐体４の内部に吸入された空気は、電気回路基板２０の表面を冷却しながら移動し、インバータ筐体４の天面部から排出される。インバータ筐体４から排出された空気は、インバータ筐体排気口１３から本体パッケージ１の外部に排出される。また、インバータ筐体吸気口１２から取り入れられた外気の一部は、インバータ筐体４の前面に取り付けられた電気回路基板２０を冷却しながら移動し、インバータ筐体排気口１３から排出される。

インバータ筐体４に収納される電気回路およびインバータ筐体４の前面に取り付けられる電気回路を構成する部品は、発熱部品が多く、かつ半導体素子など部品の耐熱温度が低いため冷却する必要がある。燃料電池システムの発電能力を増やす場合など、発熱量も増えるため、より冷却能力を上げることが必要になる。冷却能力を上げるためにはインバータ筐体吸気口１２のファンの回転数を上げることが考えられるが、ファンの回転音が大きくなり、騒音が大きくなることや、ファンでの消費電力が増えることにより燃料電池システムの発電効率が悪くなる等の悪影響が発生する。従って、ファンの回転数を上げずに、効率よく冷却する構成にすることが必要になる。効率よく冷却するためには、インバータ
筐体吸気口１２から取り入れられた外気をできるだけ多くインバータ筐体４の吸気口２１から吸気させること、及びインバータ筐体４の前面を通す構成にすることが望ましい。

本実施の形態では、遮蔽板１４を設けることによって、インバータ筐体４の側面と本体パッケージ１の側面の隙間、及びインバータ筐体４の側面と隔壁６の隙間が遮蔽される。よって、インバータ筐体４の側面と本体パッケージ１の側面の隙間、及び、インバータ筐体４の側面と隔壁６の隙間を通過して、インバータ筐体４の底面から天面方向へ流れる空気の流れを少なくすることができ、インバータ筐体吸気口１２から取り入れられた外気がより多く、インバータ筐体４の内部に吸気され、また、インバータ筐体４の前面を通過する空気の流れをつくることができる。

以上のように構成された燃料電池システムについて、以下その動作、作用を説明する。

まず、本体パッケージ１外部の都市ガス配管やＬＰＧが供給される配管などと接続された原料ガス配管から補助機器９を介して改質器２にメタンなどの原料ガスが供給される。改質器２では、改質反応を起こし原料ガスを水素ガスに変換し、生成された水素ガスは水素ガス配管を通ってスタック３へ供給される。また、スタック３には補助機器９から空気配管を通って空気も供給される。スタック３では、供給された水素ガスと空気中の酸素を化学反応させて直流電力を発電する。発電された直流電力は、インバータ筐体４に収納された電気回路により交流電力に変換され商用電源に供給される。

なお、本実施の形態では、インバータ筐体４の底面部の吸気口２１をファンで構成しているが、ファンを無くして、開口させるのみの構成にしてもよい。また、本実施の形態１では、インバータ筐体排気口１３は、本体パッケージ１の外部に排気するように構成しているが、ガス経路空間７内に排出する構成にしてもよい。

以上のように、本実施の形態においては、インバータ筐体吸気口１２とインバータ筐体排気口１３を設けたインバータ筐体収納空間８に収納されたインバータ筐体４の側面と本体パッケージ１の側面の隙間、及びインバータ筐体４の側面と隔壁６の隙間を遮蔽するための遮蔽板１４を設けることにより、インバータ筐体吸気口１２によりインバータ筐体収納空間８内に取り入れられた外気がインバータ筐体４の横の隙間を通過する流れを少なくすることができ、より多くの外気をインバータ筐体４の吸気口２１に送り込む空気の流れをつくることができ、効率良くインバータ筐体４の電気回路２０を冷却することができる。よって、インバータ筐体吸気口１２から取り入れる外気の量を減らしても、冷却効果を得ることができるようになり、インバータ筐体吸気口１２のファンの回転数を下げることができ、ファンでの消費電力が下がることで、燃料電池システムの発電効率を向上でき、また、ファンの回転音も下がることで、燃料電池システムの騒音も下げることができる。

また、遮蔽板１４を本体パッケージ１の前面から背面方向にインバータ筐体４の側面に沿わせる形状に構成することで、製造工程やメンテナンス時に、インバータ筐体４を本体パッケージ１に着脱する際に、本体パッケージ１の前面から、インバータ筐体４の側面を遮蔽板１４に沿わせて位置決めしながらスライドさせて着脱を行うことができ、インバータ筐体４の着脱作業性を向上することができ、メンテナンス性を向上することができる。

また、本体パッケージ１の背面上部に第１係合部１５を備え、インバータ筐体４の背面上部に第２係合部１６を備えることで、インバータ筐体４を本体パッケージ１に取り付ける際には、インバータ筐体４を遮蔽板１４に沿って本体パッケージ１の背面方向にスライドして固定位置近くに移動した後、第２係合部１６を第１係合部１５に引掛かけて取り付ける構成にすることにより、特に本体パッケージ１の前面のみをメンテナンス面として構成した場合には、本体パッケージ１背面の奥まった場所でのビス締め作業が不要となり、
インバータ筐体４の着脱の作業性を向上させることができる。また、重量の大きいインバータ筐体４を本体パッケージ１背面に引掛けて取り付けることで、本体パッケージ１の背面でインバータ筐体４の重量の大部分を保持することができ、インバータ筐体４を載せる隔壁６にかかる荷重が小さくなるため、隔壁６の板厚を薄くして隔壁６の強度を下げることが可能となり、コストを低減できる。

また、隔壁６の上面に取り付けガイド部１９を設けることにより、本体パッケージ１にインバータ筐体４を取り付ける際に、隔壁６の上面にインバータ筐体４を載せて取り付けガイド部１９に沿って本体パッケージ１の前面から背面方向にスライド移動させることで、インバータ筐体４の第２係合部１６を第１係合部１５に引掛ける際の位置決めを精度良く行うことができ、第１係合部１５と第２係合部１６の係合をスムーズに行うことができ、インバータ筐体４の着脱の作業性を向上させることができ、メンテナンス性を向上することができる。

また、本体パッケージ１の背面に規制壁部１７を設けることにより、インバータ筐体４の第２係合部１６を第１係合部１５に引掛ける際に、インバータ筐体４の側面が規制壁部１７で規制されることで、第２係合部１６を第１係合部１５に引掛ける際の位置決めを精度良く行うことができ、第１係合部１５と第２係合部１６の係合をスムーズに行うことができ、インバータ筐体４の着脱の作業性を向上させることができ、メンテナンス性を向上することができる。また、インバータ筐体４の側面が規制壁部１７で規制された状態で本体パッケージ１に取り付けられることで、燃料電池システムの搬送中など、燃料電池システムが振動を受ける際に、インバータ筐体４の側面方向の振れが規制壁部１７によって規制され、振動によってインバータ筐体４に作用する負荷を小さくでき、インバータ筐体４や第１係合部１５の強度を下げることができ、インバータ筐体４や第１係合部１５を構成する材料の板厚を小さくすることができ、コストを低減できる。

なお、本実施の形態では遮蔽板１４をインバータ筐体４の左右の側面の両方に設けているが、インバータ筐体４の冷却作用が満足できれば、インバータ筐体４の左右の側面のどちらか一方のみを設ける構成としても良い。

また、本実施の形態では、規制壁部１７と取り付けガイド部１９を設けているが、遮蔽板１４のみでインバータ筐体４のスライド移動の位置決めを行うようにして、規制壁部１７と取り付けガイド部１９を設けない構成としても良い。また、規制壁部１７と取り付けガイド部１９のどちらか一方のみを設ける構成としても良い。

以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、インバータ回路の冷却を効率良く行うことで、燃料電池システムの発電効率を向上することや騒音を小さくすることができ、且つ、インバータ筐体のメンテナンス性を向上することが可能となるので、様々な形態の本体パッケージの燃料電池システムや貯湯槽一体型燃料電池システムに適用できる。

１、１００本体パッケージ
２、１０４改質器
３、１０５スタック
４インバータ筐体
５天板
６、１０１隔壁
７ガス経路空間
８インバータ筐体収納空間
９、１０８補助機器
１０ガス経路吸気口
１１ガス経路排気口
１２インバータ筐体吸気口
１３インバータ筐体排気口
１４遮蔽板
１５第１係合部
１６第２係合部
１７規制壁部
１８ビス固定部
１９取り付けガイド部

Claims

燃料電池を収納する本体パッケージと、
前記本体パッケージ内に配置され、前記燃料電池が発電した直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を収納するインバータ筐体と、
前記本体パッケージ内で、前記インバータ筐体を収納するインバータ筐体収納空間と前記燃料電池を収納する空間とを仕切る隔壁と、
前記インバータ筐体収納空間に前記本体パッケージの外部から空気を取り入れる吸気口と、
前記インバータ筐体収納空間から空気を排出する排気口と、
前記本体パッケージ内面の側面と前記隔壁の少なくとも何れか一方に、前記インバータ筐体の左右の側面との隙間を遮蔽することにより、前記インバータ筐体内を通過することなく前記吸気口から前記排気口へと流れる空気を少なくするための遮蔽板と、
を備え、
前記遮蔽板は、前記吸気口よりも上方で前記排気口よりも下方に位置し、
前記吸気口から前記インバータ筐体収納空間に取り入れられた空気の多くが、前記インバータ筐体の内部に吸入され、
前記吸気口から前記インバータ筐体収納空間に取り入れられた空気の一部が、前記インバータ筐体の前面に取り付けられた電気回路基板を冷却しながら移動して前記排気口から排出される燃料電池システム。
前記遮蔽板は前記インバータ筐体を前記本体パッケージに取り付ける際のガイド部となるように前記インバータ筐体の側面に沿って配置されている、
請求項１に記載の燃料電池システム。
前記本体パッケージ内面の背面上部に形成された第１係合部と、
前記インバータ筐体外面の背面上部に形成された第２係合部と、
を備え、
前記インバータ筐体は、前記遮蔽板に沿ってスライドして固定位置近くに案内された後に、前記第１係合部と前記第２係合部とが係合して固定されるように構成されている、
請求項１または２に記載の燃料電池システム。
前記本体パッケージに前記インバータ筐体を取り付ける際のガイドとして、前記インバータ筐体を載せてスライドさせる前記隔壁上面に前記本体パッケージの前面から背面方向へ前記インバータ筐体の側面に沿ったリブ状のガイドを備えている、
請求項３に記載の燃料電池システム。
前記本体パッケージの背面に、前記インバータ筐体を取り付ける際に前記インバータ筐体の側面方向の位置を規制する規制壁部を備えている、
請求項３または４に記載の燃料電池システム。