JP6224329B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
従来の燃料電池システムとして、特許文献1に示すものが知られている。この燃料電池システムでは、筐体がモジュール収納室及びパワーコンディショナー収納室に区画形成されている。また、パワーコンディショナー収納室に接する筐体に外気の吸気孔が設けられ、モジュール収納室に接する筐体に排気孔が設けられるとともに、パワーコンディショナー収納室とモジュール収納室とを連通する導風管が設けられている。そして、外気より導入した換気用空気をパワーコンディショナー周囲、モジュール周囲の順に流して、パワーコンディショナー、モジュールから発生した熱を除去することができる。また、特許文献2には、排熱回収システムを備えた燃料電池システムが記載されている。この燃料電池システムでは、筐体が仕切板により、上部のモジュール収納室と下部の補機類・パワーコンディショナー収納室の2つに分けられ、下部の補機類・パワーコンディショナー収納室と接する筐体に外気の吸気孔が設けられ、上部のモジュール収納室と接する筐体に排気孔が設けられると共に、下部の補機類・パワーコンディショナー収納室と上部のモジュール収納室とを連通する空気導入口が設けられている。また、モジュールの燃焼排ガス出口及び排気孔の手前に排熱回収用の熱交換器が設けられている。そして、外気より導入した換気用空気は補機類及びパワーコンディショナー周囲(下部収納室)、モジュール周囲(上部収納室)の順に流れて、補機類及びパワーコンディショナー、並びにモジュールから発生した熱を冷却することができる。
As a conventional fuel cell system, the one shown in
しかしながら、特許文献1に記載の燃料電池システムでは、外気を筐体内に導入し、パワーコンディショナー及びモジュール周囲を換気用空気で空冷することにより発生した熱を除去するものであり、これらの機器類の冷却は筐体内を流れる換気用空気に依存する。このような構造にあっては、筐体自体の気密性を保とうとした場合に、外気との給排気が出来なくなる(あるいは、換気用空気量が大幅に減少する)ことにより、換気用空気の温度が上昇するため筐体内の温度が上昇して、補機類やパワーコンディショナーが高温に曝される虞がある。また、特許文献2では、モジュールにより加熱された換気用空気が排熱回収システムの熱交換器により貯湯水に回収されることにより、筐体内部の温度上昇を防止する構造となっているが、換気用空気の流れにおいて、モジュールが熱交換器の上流に位置するため、換気用空気量が大幅に減少すると、モジュールの除熱が良好に機能しないことが想定され、モジュールからの熱により、仕切板を通して、補機類及びパワーコンディショナーの温度が上昇し、これらの動作に影響を与える虞がある。
However, the fuel cell system described in
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、筐体内の補機やパワーコンディショナー等が高温に晒されることを防止できる燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of preventing an auxiliary machine, a power conditioner, and the like in a casing from being exposed to high temperatures.
本発明に係る燃料電池システムは、水素含有ガスを用いて発電を行うセルスタックを含む発電部と、発電部を支持する支持体と、発電部で発電を行うための周辺機器としての補機と、発電部で発電した電力を調整する、又は発電部の動作を制御する制御部と、発電部と支持体と補機と制御部とを少なくとも収容する筐体と、を備え、支持体は、発電部と、補機及び制御部との間に配置され、発電部側に向けて開口する開口部と、補機及び制御部側に向けて開口する開口部とを有し、発電部からの熱を断熱すると共に、内部に流路を有し、当該流路内の空気を吸引する吸引部と接続されており、支持体は、隔壁によって、発電部側に向けて開口する開口部と吸引部とが接続される内部空間と、補機及び制御部側に向けて開口する開口部と吸引部とが接続される内部空間と、を有し、それぞれの内部空間が流路とされていることを特徴とする。
また、本発明に係る燃料電池システムは、水素含有ガスを用いて発電を行うセルスタックを含む発電部と、発電部を支持する支持体と、発電部で発電を行うための周辺機器としての補機と、発電部で発電した電力を調整する、又は発電部の動作を制御する制御部と、発電部と支持体と補機と制御部とを少なくとも収容する筐体と、を備え、支持体は、発電部と、補機及び制御部との間に配置され、発電部側に向けて開口する開口部と、補機及び制御部側に向けて開口する開口部とを有し、発電部からの熱を断熱すると共に、内部に流路を有し、当該流路内の空気を吸引する吸引部と接続されており、支持体は、内部に断熱材を有しており、該断熱材により、発電部側に向けて開口する開口部と吸引部とが接続され、かつ補機及び制御部側に向けて開口する開口部と吸引部とが接続された流路が設けられていることを特徴とする。
A fuel cell system according to the present invention includes a power generation unit including a cell stack that generates power using a hydrogen-containing gas, a support that supports the power generation unit, and an auxiliary machine as a peripheral device for generating power in the power generation unit. A control unit that adjusts the power generated by the power generation unit or controls the operation of the power generation unit, and a housing that houses at least the power generation unit, the support, the auxiliary device, and the control unit , The power generation unit is disposed between the power generation unit and the auxiliary device and the control unit, and has an opening portion that opens toward the power generation unit side, and an opening portion that opens toward the auxiliary device and the control unit side . Insulates heat and has a flow channel inside, and is connected to a suction unit that sucks air in the flow channel, and the support is sucked by an opening that opens toward the power generation unit side by a partition wall. Internal space to which the parts are connected, and openings and suction parts that open toward the auxiliary equipment and control part side But has an internal space which is connected to the respective inner space, characterized in that there is a flow path.
In addition, a fuel cell system according to the present invention includes a power generation unit including a cell stack that generates power using a hydrogen-containing gas, a support that supports the power generation unit, and a supplementary peripheral device for generating power in the power generation unit. A control unit that adjusts the electric power generated by the power generation unit or controls the operation of the power generation unit, and a housing that houses at least the power generation unit, the support, the auxiliary device, and the control unit. Is disposed between the power generation unit, the auxiliary machine and the control unit, and has an opening opening toward the power generation unit side and an opening opening toward the auxiliary machine and control unit side, and the power generation unit Insulating heat from the inside, and having a flow path inside, connected to a suction part that sucks air in the flow path, the support has a heat insulating material inside, the heat insulating material Thus, the opening that opens toward the power generation unit is connected to the suction unit, and the Wherein the flow path opening and the suction unit is connected to an opening is provided Te.
本発明に係る燃料電池システムによれば、筐体内の空気が発電部からの熱で温められる場合であっても、支持体を介して吸引部で吸引することで、筐体の内部空間から温められた空気を除去することができる。また、支持体は発電部からの熱を断熱する機能を有する。支持体は、筐体内において、熱を発生する発電部が配置されている領域と、他の領域とを当該支持体を介して熱的に分離することが可能となる。これによって、発電部が配置される領域と、補機やパワーコンディショナー等が配置される領域とを、熱的に分離することが可能となる。以上によって、筐体内の補機やパワーコンディショナー等が高温に晒されることを防止できる。また、支持体は、発電部が配置される領域と、補機及び制御部が配置される領域とを、熱的に分離することができる。また、発電部側に向けて開口する開口部は、発電部から発生した熱で温められた空気を効率よく吸引することができる。更に、補機及び制御部側に向けて開口する開口部は、補機や制御部にて発生した熱で温められた空気も効率よく吸引することができる。これによって、筐体内の補機やパワーコンディショナー等が高温に晒されることを効率よく防止することができる。
According to the fuel cell system of the present invention, even when the air in the housing is heated by the heat from the power generation unit, it is heated from the internal space of the housing by being sucked by the suction unit through the support. The removed air can be removed. The support has a function of insulating heat from the power generation unit. The support can thermally separate the region where the power generation unit that generates heat is disposed and the other region through the support in the housing. Thereby, it is possible to thermally separate the region where the power generation unit is disposed from the region where the auxiliary machine, the power conditioner, and the like are disposed. By the above, it can prevent that the auxiliary machine in a housing | casing, a power conditioner, etc. are exposed to high temperature. In addition, the support can thermally separate the region where the power generation unit is disposed from the region where the auxiliary machine and the control unit are disposed. Moreover, the opening part opened toward the power generation unit side can efficiently suck air warmed by the heat generated from the power generation unit. Furthermore, the opening that opens toward the auxiliary device and the control unit can efficiently suck air warmed by heat generated by the auxiliary device and the control unit. As a result, it is possible to efficiently prevent the auxiliary machine, power conditioner, and the like in the casing from being exposed to high temperatures.
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、流路は、支持体内に形成された内部空間によって構成されることが好ましい。支持体内に形成された内部空間は、空気層を構成することによって、断熱層としても機能することができる。これによって、断熱材などを用いなくとも、支持体の流路自体を断熱層として機能させることができる。 In the fuel cell system according to the present invention, the flow path is preferably constituted by an internal space formed in the support body. The internal space formed in the support body can also function as a heat insulating layer by constituting an air layer. Accordingly, the flow path itself of the support can function as a heat insulating layer without using a heat insulating material or the like.
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、吸引部は、吸引した空気をセルスタックのカソードへ供給することが好ましい。このように、筐体内の熱で温められた空気を発電に用いることにより、筐体内から除去した熱を有効に利用することができる。 In the fuel cell system according to the present invention, the suction unit preferably supplies the sucked air to the cathode of the cell stack. Thus, by using the air heated by the heat in the housing for power generation, the heat removed from the housing can be used effectively.
また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、吸引部は、吸引した空気を筐体の外部へ出すことが好ましい。このように筐体内から除去した熱を外部へ出すことで、筐体内が高温になることを効率的に防止することができる。 Moreover, in the fuel cell system according to the present invention, it is preferable that the suction unit discharges the sucked air to the outside of the housing. Thus, by releasing the heat removed from the inside of the housing to the outside, it is possible to efficiently prevent the inside of the housing from becoming high temperature.
本発明によれば、筐体内の補機やパワーコンディショナー等が高温に晒されることを防止できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can prevent that the auxiliary machine in a housing | casing, a power conditioner, etc. are exposed to high temperature.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを示す概略ブロック図である。図1に示すように、燃料電池システム1は、脱硫部2と、水気化部3と、水素発生部4と、セルスタック5と、オフガス燃焼部6と、水素含有燃料供給部7と、水供給部8と、酸化剤供給部9と、パワーコンディショナー10と、制御部11と、を備えている。
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
燃料電池システム1は、水素含有燃料及び酸化剤を用いて、セルスタック5にて発電を行う。燃料電池システム1におけるセルスタック5の種類は特に限定されず、例えば、固体高分子形燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)、固体酸化物形燃料電池(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)、リン酸形燃料電池(PAFC:Phosphoric Acid Fuel Cell)、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC:Molten Carbonate Fuel Cell)、及び、その他の種類を採用することができる。なお、セルスタック5の種類、水素含有燃料の種類、及び改質方式等に応じて、図1に示す構成要素を適宜省略してもよい。
The
水素含有燃料として、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料として、分子中に炭素と水素とを含む化合物(酸素等、他の元素を含んでいてもよい)若しくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料として、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のものを適宜用いることができる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、LPG(液化石油ガス)、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。 As the hydrogen-containing fuel, for example, a hydrocarbon fuel is used. As the hydrocarbon fuel, a compound containing carbon and hydrogen in the molecule (may contain other elements such as oxygen) or a mixture thereof is used. Examples of hydrocarbon fuels include hydrocarbons, alcohols, ethers, and biofuels. These hydrocarbon fuels are derived from conventional fossil fuels such as petroleum and coal, and synthetic systems such as synthesis gas. Those derived from fuel and those derived from biomass can be used as appropriate. Specific examples of hydrocarbons include methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), city gas, town gas, gasoline, naphtha, kerosene, and light oil. Examples of alcohols include methanol and ethanol. Examples of ethers include dimethyl ether. Examples of biofuels include biogas, bioethanol, biodiesel, and biojet.
酸化剤として、例えば、空気、純酸素ガス(通常の除去手法で除去が困難な不純物を含んでもよい)、酸素富化空気が用いられる。 As the oxidizing agent, for example, air, pure oxygen gas (which may contain impurities that are difficult to remove by a normal removal method), or oxygen-enriched air is used.
脱硫部2は、水素発生部4に供給される水素含有燃料の脱硫を行う。脱硫部2は、水素含有燃料に含有される硫黄化合物を除去するための脱硫触媒を有している。脱硫部2の脱硫方式として、例えば、硫黄化合物を吸着して除去する吸着脱硫方式や、硫黄化合物を水素と反応させて除去する水素化脱硫方式が採用される。脱硫部2は、脱硫した水素含有燃料を水素発生部4へ供給する。
The
水気化部(水気化器)3は、水を加熱し気化させることによって、水素発生部4に供給される水蒸気を生成する。水気化部3における水の加熱は、例えば、水素発生部4の熱、オフガス燃焼部6の熱、あるいは排ガスの熱を回収する等、燃料電池システム1内で発生した熱を用いてもよい。また、別途ヒータ、バーナ等の他熱源を用いて水を加熱してもよい。なお、図1では、一例としてオフガス燃焼部6から水素発生部4へ供給される熱のみ記載されているが、これに限定されない。水気化部3は、生成した水蒸気を水素発生部4へ供給する。
The water vaporization unit (water vaporizer) 3 generates water vapor supplied to the
水素発生部4は、脱硫部2からの水素含有燃料を用いて水素リッチガス(水素含有ガス)を発生させる。水素発生部4は、水素含有燃料を改質触媒によって改質する改質器を有している。水素発生部4での改質方式は、特に限定されず、例えば、水蒸気改質、部分酸化改質、自己熱改質、その他の改質方式を採用できる。なお、水素発生部4は、セルスタック5に要求される水素リッチガスの性状によって、改質触媒により改質する改質器の他に性状を調整するための構成を有する場合もある。例えば、セルスタック5のタイプが固体高分子形燃料電池(PEFC)やリン酸形燃料電池(PAFC)であった場合、水素発生部4は、水素リッチガス中の一酸化炭素を除去するための構成(例えば、シフト反応部、選択酸化反応部)を有する。水素発生部4は、水素リッチガスをセルスタック5のアノード12へ供給する。
The
セルスタック5は、水素発生部4からの水素リッチガス及び酸化剤供給部9からの酸化剤を用いて発電を行う。セルスタック5は、水素リッチガスが供給されるアノード12と、酸化剤が供給されるカソード13と、アノード12とカソード13との間に配置される電解質14と、を備えている。セルスタック5は、パワーコンディショナー10を介して、電力を外部へ供給する。セルスタック5は、発電に用いられなかった水素リッチガス及び酸化剤をオフガスとして、オフガス燃焼部6へ供給する。なお、水素発生部4が備えている燃焼部(例えば、改質器を加熱する燃焼器など)をオフガス燃焼部6と共用してもよい。
The
オフガス燃焼部6は、セルスタック5から供給されるオフガスを燃焼させる。オフガス燃焼部6によって発生する熱は、水素発生部4へ供給され、水素発生部4での水素リッチガスの発生に用いられる。
The off
水素含有燃料供給部7は、脱硫部2へ水素含有燃料を供給する。水供給部8は、水気化部3へ水を供給する。酸化剤供給部9は、セルスタック5のカソード13へ酸化剤を供給する。水素含有燃料供給部7、水供給部8、及び酸化剤供給部9は、例えばポンプによって構成されており、制御部11からの制御信号に基づいて駆動する。
The hydrogen-containing
パワーコンディショナー10は、セルスタック5からの電力を、外部での電力使用状態に合わせて調整する。パワーコンディショナー10は、例えば、電圧を変換する処理や、直流電力を交流電力へ変換する処理を行う。
The
制御部11は、燃料電池システム1全体の制御処理を行う。制御部11は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、及び入出力インターフェイスを含んで構成されたデバイスによって構成される。制御部11は、水素含有燃料供給部7、水供給部8、酸化剤供給部9、パワーコンディショナー10、その他、図示されないセンサや補機と電気的に接続されている。制御部11は、燃料電池システム1内で発生する各種信号を取得すると共に、燃料電池システム1内の各機器へ制御信号を出力する。
The
図2は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの要部を示す概略ブロック図である。図2に示すように、燃料電池システム1は、発電部21と、上記パワーコンディショナー10と、補機モジュール22と、中空台座(支持体)50と、ブロワ(吸引部)26と、を含み、これらが筐体23内に画設されるよう気密に収容されている。
FIG. 2 is a schematic block diagram showing the main part of the fuel cell system according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the
発電部21は、発電を行うモジュールであり、上記脱硫部2、上記水気化部3、上記水素発生部4、上記セルスタック5、上記オフガス燃焼部6を少なくとも有している。この発電部21は、箱体21aに収容されてモジュール化されている。
The
パワーコンディショナー10は、上述したように、発電部21のセルスタック5で発電した電力を調整するものである。パワーコンディショナー10は、発電部21の動作を制御する上記制御部11としての制御基盤を有している。このパワーコンディショナー10は、発電部21と同様に、箱体10aに収容されてモジュール化されていてよい(されていなくともよい)。補機モジュール22は、発電部で発電を行うための周辺機器である。この補機モジュール22は、発電部21及びパワーコンディショナー10と同様に、箱体22aに収容されてモジュール化されていてよい(されていなくともよい)。
As described above, the
中空台座50は、発電部21を載置して支持するための台座として機能する。筐体23内において、下側の領域にパワーコンディショナー10及び補機モジュール22が配置され、当該パワーコンディショナー10及び補機モジュール22の上側に中空台座50が配置され、当該中空台座50の上に発電部21が配置される。これによって、中空台座50は、発電部21と、パワーコンディショナー10及び補機モジュール22と、の間に配置される。
The
本実施形態における中空台座50は、発電部21からの熱を断熱する断熱部として機能する。すなわち、中空台座50は、発電部21と、パワーコンディショナー10及び補機モジュール22と、の間を断熱して熱的に分離することにより、発電部21で生じた熱によってパワーコンディショナー10及び補機モジュール22が高温に晒されることを防止する。また、中空台座50は、空気が流れる流路51を有している。この流路51は、筐体23の内部空間23aに向けて開口する開口部52を形成している。また、流路51は、ブロワ26へ向かって延びる接続配管27を介してブロワ26と接続されている。これにより、流路51は、一方で開口部52を形成し、他方でブロワ26と接続される構成となる。ブロワ26の吸引作用によって、筐体23の内部空間23a内の空気が、開口部52から中空台座50の流路51へ流れ込み、当該空気は流路51を流れてブロワ26に吸引される。
The
ブロワ26は、吸引した空気を筐体23の外部へ出すための、排気ラインL1に接続されている。この排気ラインL1は、発電に伴って発生する発電部21からの排ガスを排気する排ガスラインL2と合流し、排気管31と接続されている。このように、ブロワ26からの空気の排出経路を、システムの排ガス経路と共用することができる。ただし、排気ラインL1と排ガスラインL2は、合流せず、それぞれの管から排気されてもよい。なお、図2に示す実施形態では、熱交換効率を上げるため、排気管31の周りを給気管32で取り囲む構成とされているが、これに限定されず、別々の管として設けられていてもよい。あるいは、ブロワ26は、排気ラインL1に代えて、吸引した空気をセルスタック5のカソード13へ供給するための、供給ラインL3に接続されていてもよい。これによって、ブロワ26を酸化剤供給部9として機能させることができる。あるいは、排気ラインL1と供給ラインL3を両方備え、いずれか一方のラインに切り替え可能にしてもよい。
The
次に、図3及び図4を参照して、中空台座50の具体的な構成について説明する。中空台座50は、扁平な直方体形状をなした中空の箱体であって、上壁50a、下壁50b、側壁50c,50d、端壁50e,50fを有している。上壁50aの上面に発電部21が載置される。
Next, a specific configuration of the
上壁50aと側壁50cとの間の角部に開口部52が二つ形成されている。上壁50aと側壁50dとの間の角部に開口部52が二つ形成されている。下壁50bと側壁50cとの間の角部に開口部52が二つ形成されている。下壁50bと側壁50dとの間の角部に開口部52が二つ形成されている。端壁50eには、開口部53が形成され、当該開口部53は、ブロワ26に向かって延びる接続配管27と接続されている。これらの開口部52,53は、中空台座50内部の流路51と接続されている。開口部52は、筐体23の内部空間23aの空気を中空台座50内の流路51へ引き込む吸気口として機能する。上壁50a側の開口部52は、筐体23の内部空間23aのうち発電部21が配置されている上側の領域に向けて開口しており、発電部21に塞がれない位置に形成されている。下壁50b側の開口部52は、筐体23の内部空間23aのうちパワーコンディショナー10及び補機モジュール22が配置されている下側の領域に向けて開口しており、パワーコンディショナー10及び補機モジュール22などに塞がれない位置に形成されている。開口部53は、流路51内の空気をブロワ26側へ排出する排気口として機能する。
Two
中空台座50は、流路51を有すると共に、断熱機能を有するものであれば構成は特に限定されず、種々の構成を採用することができる。例えば、図4(a)では、中空台座50は、内部が完全に空洞とされ、内部空間61が形成されている。すなわち、中空台座50内部には、上壁50a、下壁50b、側壁50c,50d、端壁50e,50fで囲まれ内部空間61が形成される。筐体23内の空気は、開口部52から吸引されて内部空間61へ流入し、当該内部空間61を通過して開口部53を介してブロワ26に吸引される。このように、内部空間61は、流路51として機能する。また、内部空間61は、空気層を形成することによって、断熱層としても機能する。
As long as the
また、図4(b)の例では、中空台座50は、内部空間を仕切る隔壁71,72によって、複数層の内部空間62,63,64を有している。中空台座50内部には、上壁50a、側壁50c,50d、端壁50e,50f、隔壁71で囲まれる内部空間62と、下壁50b、側壁50c,50d、端壁50e,50f、隔壁72で囲まれる内部空間63と、側壁50c,50d、端壁50e,50f、隔壁72,73で囲まれる内部空間64と、が形成されている。筐体23内の空気は、上壁50aの開口部52から吸引されて内部空間62へ流入し、当該内部空間62を通過して、当該内部空間62と連通している開口部53を介してブロワ26に吸引される。また、筐体23内の空気は、下壁50bの開口部52から吸引されて内部空間63へ流入し、当該内部空間63を通過して、当該内部空間63と連通している開口部53を介してブロワ26に吸引される。このように、内部空間62,63は、流路51として機能する。また、内部空間62,63,64は、空気層を形成することによって、断熱層としても機能する。なお、図4(b)の例は三層であるが、二層でもよく、四層以上でもよい。また、内部空間62,63のそれぞれに対してブロワ26用の開口部53が形成されているが、各隔壁71,72に貫通孔を設けることで各内部空間62,63,64を連通し、開口部53を一つとしてもよい。
4B, the
また、図4(c)の例では、中空台座50は、内部に断熱材66が充填されると共に、各開口部52とブロワ26用の開口部53を連通する流路51が形成されている。例えば、各開口部52とブロワ26用の開口部53を連通する管を中空台座50の内部空間に設け、その他の空間に断熱材66を充填する。筐体23内の空気は、開口部52から吸引されて流路51へ流入し、当該流路51を通過して開口部53を介してブロワ26に吸引される。また、断熱材66が充填されることにより、中空台座50は断熱機能を備える。
In the example of FIG. 4C, the
次に、本実施形態に係る燃料電池システム1の作用・効果について説明する。
Next, the operation and effect of the
従来の燃料電池システムでは、発熱体である発電部からの熱により、当該発電部の支持用の台座の下部に設置されていた補機やパワーコンディショナー等が高温に晒されることで、誤作動や故障の可能性があった。これを防止するために、例えば、(パソコンのケースのように)燃料電池システムの筐体にガラリ等を設け、更にはファンを設置することで外気との給排気を行うことにより、筐体内部の温度上昇を防止する構造が考えられる。しかしながら、このような構造にあっては、筐体自体の気密性を保とうとした場合に、外気との給排気が出来なくなる(あるいは、換気量が大幅に減少する)ことにより、筐体内の温度上昇し、補機やパワーコンディショナーが高温に晒されてしまう。 In conventional fuel cell systems, the heat from the power generation unit, which is a heating element, exposes auxiliary equipment and power conditioners installed under the pedestal for supporting the power generation unit to high temperatures. There was a possibility of failure. In order to prevent this, for example, by providing a louver etc. in the casing of the fuel cell system (as in the case of a personal computer) and further supplying and exhausting air from the outside by installing a fan, A structure that prevents the temperature from rising is conceivable. However, in such a structure, when trying to maintain the airtightness of the casing itself, the supply and exhaust of the outside air cannot be performed (or the ventilation amount is greatly reduced), so that the temperature inside the casing is reduced. Ascending, the auxiliary equipment and power conditioner are exposed to high temperatures.
また、モジュールの燃焼排ガス出口及び排気孔の手前に排熱回収用の熱交換器が設けられる場合もある。このような構造により、モジュールにより加熱された換気用空気が排熱回収システムの熱交換器により貯湯水に回収されることで、筐体内部の温度上昇を防止することができる。しかしながら、このような構造では、換気用空気の流れにおいて、モジュールが熱交換器の上流に位置するため、換気用空気量が大幅に減少すると、モジュールの除熱が良好に機能しないことが想定され、モジュールからの熱により、筐体の上部と下部を仕切る仕切板を通して、補機類及びパワーコンディショナーの温度が上昇し、これらの動作に影響を与える虞がある。 In some cases, a heat exchanger for exhaust heat recovery may be provided in front of the combustion exhaust gas outlet and the exhaust hole of the module. With such a structure, the ventilation air heated by the module is recovered into the hot water storage by the heat exchanger of the exhaust heat recovery system, so that the temperature inside the housing can be prevented from rising. However, in such a structure, since the module is located upstream of the heat exchanger in the flow of ventilation air, it is assumed that the heat removal of the module does not function well if the amount of ventilation air is significantly reduced. The temperature of the auxiliary equipment and the power conditioner rises through the partition plate that partitions the upper part and the lower part of the housing due to the heat from the module, which may affect the operation thereof.
本実施形態に係る燃料電池システム1によれば、中空台座50は、発電部21からの熱を断熱すると共に、内部に流路51を有している。また、その流路51は、一方で筐体23の内部空間23aに向けて開口する開口部52を形成し、他方で当該流路51内の空気を吸引するブロワ26と接続されている。従って、ブロワ26が空気を吸引することにより、筐体23の内部空間23aの空気は、中空台座50の開口部52から流路51内に吸引され、当該流路51を通過してブロワ26に吸引される。これにより、筐体23内の空気が発電部21からの熱で温められる場合であっても、中空台座50を介してブロワ26で吸引することで、筐体23の内部空間23aから温められた空気を除去することができる。また、中空台座50は発電部21からの熱を断熱する機能を有する。中空台座50は、筐体23内において、熱を発生する発電部21が配置されている領域(本実施形態では、中空台座50より上側の領域)と、他の領域(本実施形態では、中空台座50より下側の領域)とを当該中空台座50を介して熱的に分離することが可能となる。これによって、発電部21が配置される領域と、補機モジュール22内の補機やパワーコンディショナー10等が配置される領域とを、熱的に分離することが可能となる。以上によって、筐体23内の補機モジュール22内の補機やパワーコンディショナー10等が高温に晒されることを防止できる。また、本実施形態に係る燃料電池システム1は、上述のような筐体にガラリ等やファンなどを設けて給排気する構成とは異なり、筐体内の気密性を確保しつつも、効率よく補機やパワーコンディショナー等が高温に晒されることを防止できる。
According to the
また、本実施形態に係る燃料電池システム1において、流路51は、中空台座50内に形成された内部空間61,62,63によって構成されることが好ましい。中空台座50内に形成された内部空間61,62,63は、空気層を構成することによって、断熱層としても機能することができる。これによって、断熱材などを用いなくとも、中空台座50の流路51自体を断熱層として機能させることができる。
In the
また、本実施形態に係る燃料電池システム1において、中空台座50は、発電部21と、補機モジュール22及びパワーコンディショナー10との間に配置され、中空台座50は、発電部21側(すなわち上方)に向けて開口する開口部52と、補機モジュール22及びパワーコンディショナー10側(すなわち下方)に向けて開口する開口部52と、を有する。このような配置によって、中空台座50は、発電部21が配置される領域(中空台座50より上側の領域)と、補機や制御部が配置される領域(中空台座50より下側の領域)とを、熱的に分離することができる。また、発電部21側に向けて開口する開口部52は、発電部21から発生した熱で温められた空気を効率よく吸引することができる。更に、補機モジュール22及びパワーコンディショナー10側に向けて開口する開口部52は、補機モジュール22やパワーコンディショナー10にて発生した熱で温められた空気を効率よく吸引することができる。これによって、筐体23内の補機モジュール22内の補機やパワーコンディショナー10等が高温に晒されることを効率よく防止することができる。
In the
また、本実施形態に係る燃料電池システム1において、ブロワ26は、供給ラインL3に接続されていた場合、吸引した空気をセルスタック5のカソード13へ供給することができる。このように、筐体23内の熱で温められた空気を発電に用いることにより、筐体23内から除去した熱を有効に利用することができる。
In the
また、本実施形態に係る燃料電池システム1において、ブロワ26は、排気ラインL1に接続されていた場合、吸引した空気を筐体23の外部へ出すことができる。このように筐体23内から除去した熱を外部へ出すことで、筐体23内が高温になることを効率的に防止することができる。
Further, in the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments. The present invention is modified without departing from the scope described in the claims or applied to others. It may be.
例えば、上述の実施形態では、上壁50aの角部と下壁50bの角部に矩形状の開口部52が各角部に二つずつ形成されているが、開口部52の位置、形状、数量は限定されない。また、上壁50a、下壁50bのいずれか一方のみに形成されていてもよい。また、上壁50a、下壁50bに限らず(または、上壁50aや下壁50bに加えて)、他の壁部に形成されていてもよい。例えば、図5に示す中空台座150のように、側壁150c,150d、端壁150fに開口部152が形成され(なお、これらの壁部のうち、一部にのみ開口部が形成されていてもよい)、当該開口部152から筐体23内の空気を吸引してもよい。このとき、開口部152は、発電部21が配置される上側の領域、及び補機モジュール22等が配置される下側の領域の両方から空気を吸引することができる。
For example, in the above-described embodiment, two
また、上述の実施形態では、発電部21の支持体として、扁平な直方体状の中空台座を例示したが、これに限られず、流路及び開口部を有し、断熱機能を有するものであれば、あらゆる形状のものを採用してよい。
Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the flat rectangular parallelepiped hollow base was illustrated as a support body of the electric
1…燃料電池モジュール、5…セルスタック、10…パワーコンディショナー(制御部)、11…制御部、21…発電部、22…補機モジュール(補機)、23…筐体、23a…(筐体の内部空間)26…ブロワ(吸引部)、50…中空台座(支持体)、51…流路、52,152…開口部、61,62,63…内部空間(流路)。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記発電部を支持する支持体と、
前記発電部で発電を行うための周辺機器としての補機と、
前記発電部で発電した電力を調整する、又は前記発電部の動作を制御する制御部と、
前記発電部と前記支持体と前記補機と前記制御部とを少なくとも収容する筐体と、を備え、
前記支持体は、前記発電部と、前記補機及び前記制御部との間に配置され、前記発電部側に向けて開口する開口部と、前記補機及び前記制御部側に向けて開口する開口部とを有し、前記発電部からの熱を断熱すると共に、内部に流路を有し、当該流路内の空気を吸引する吸引部と接続されており、
前記支持体は、隔壁によって、前記発電部側に向けて開口する開口部と前記吸引部とが接続される内部空間と、前記補機及び前記制御部側に向けて開口する開口部と前記吸引部とが接続される内部空間と、を有し、それぞれの前記内部空間が前記流路とされている
ことを特徴とする燃料電池システム。 A power generation unit including a cell stack that generates power using a hydrogen-containing gas;
A support for supporting the power generation unit;
An auxiliary machine as a peripheral device for generating power in the power generation unit;
A controller that adjusts the power generated by the power generation unit or controls the operation of the power generation unit;
A housing that houses at least the power generation unit, the support, the auxiliary device, and the control unit ;
The support is disposed between the power generation unit, the auxiliary device, and the control unit, and opens toward the power generation unit side, and opens toward the auxiliary device and the control unit side. and an opening, as well as insulating the heat from the power generation unit, which incorporates a flow channel, which is connected to a suction unit for sucking the air in those flow passage,
The support includes an internal space in which an opening that opens toward the power generation unit and the suction unit are connected by a partition wall, an opening that opens toward the auxiliary device and the control unit, and the suction. An internal space to which a section is connected, and each of the internal spaces serves as the flow path .
前記発電部を支持する支持体と、A support for supporting the power generation unit;
前記発電部で発電を行うための周辺機器としての補機と、An auxiliary machine as a peripheral device for generating power in the power generation unit;
前記発電部で発電した電力を調整する、又は前記発電部の動作を制御する制御部と、A controller that adjusts the power generated by the power generation unit or controls the operation of the power generation unit;
前記発電部と前記支持体と前記補機と前記制御部とを少なくとも収容する筐体と、を備え、A housing that houses at least the power generation unit, the support, the auxiliary device, and the control unit;
前記支持体は、前記発電部と、前記補機及び前記制御部との間に配置され、前記発電部側に向けて開口する開口部と、前記補機及び前記制御部側に向けて開口する開口部とを有し、前記発電部からの熱を断熱すると共に、内部に流路を有し、当該流路内の空気を吸引する吸引部と接続されており、The support is disposed between the power generation unit, the auxiliary device, and the control unit, and opens toward the power generation unit side, and opens toward the auxiliary device and the control unit side. And has an opening, insulates the heat from the power generation unit, has a flow channel inside, and is connected to a suction unit that sucks air in the flow channel,
前記支持体は、内部に断熱材を有しており、該断熱材により、前記発電部側に向けて開口する開口部と前記吸引部とが接続され、かつ前記補機及び前記制御部側に向けて開口する開口部と前記吸引部とが接続された前記流路が設けられているThe support body has a heat insulating material inside, the opening portion opening toward the power generation unit side and the suction unit are connected by the heat insulating material, and the auxiliary machine and the control unit side are connected. The flow path in which the opening that opens toward the opening and the suction portion are connected is provided.
ことを特徴とする燃料電池システム。A fuel cell system.
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