JP6392539B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムに関するものである。

従来より、燃料電池として、例えば固体電解質層（固体酸化物層）を備えた固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ；ＳＯＦＣ）が知られている。この燃料電池は、燃料ガスに接する燃料極と酸化剤ガスに接する空気極とが固体電解質層の両側に配置された単セルを備えている。なお、単セルの燃料極及び空気極に、それぞれ燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気中の酸素）とを供給し、水素と酸素とを固体電解質層を介して反応（発電反応）させることにより、空気極を正極、燃料極を負極とする直流の電流が発生するようになっている。

一般に、上記のような燃料電池は、筐体に収容された状態で使用される。また、筐体には、発電に寄与する処理を行う補機類（例えば、電子部品を有して構成される機器）が収容されている。従って、燃料電池の稼働時において、燃料電池の温度が上昇したり補機類が発熱したりすると、これに伴って筐体内の温度が上昇するようになる。ところが、夏場の高温時には、筐体内の温度が補機類の許容使用温度を上回る可能性が高いため、補機類が故障するおそれがある。よって、従来では、換気用の吸気口と排気口とを筐体に設けることにより、筐体内における過昇温を防止している。

しかしながら、冬場の低温時には、燃料電池を停止した際に筐体内の温度が低下し、筐体内の水が凍結する可能性がある。詳述すると、水素と酸素との発電反応では水が生成されるため、燃料電池から排出されるオフガスは水蒸気を含んでいる。この燃料電池のオフガスは、排熱交換器において凝縮水とガスとに分離され、凝縮水は凝縮水タンクに一旦貯えられる。また、凝縮水タンクの凝縮水は、水フィルタで浄化された後、発電に必要な改質ガスを生成するための改質水として使用される。このように、燃料電池では、水を扱う部材（凝縮水タンク、水フィルタ、それらを接続する水配管などの部材）が設けられている。従って、外気温度が低くなる場合、凝縮水タンクや水フィルタなどにおいて凝縮水が凍結してしまうといった問題が生じる。そこで、筐体の床部を構成する底板と地面（筐体の設置面）との間に断熱部材を設置するとともに、底板の上に凍結防止ヒータを設置することにより、凍結を予防する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１３−６９５２０号公報（図１等）

ところが、特許文献１に記載の従来技術では、断熱部材を底板の下側に配置することによって床部と地面との距離が短くなっているため、地面からの熱引きの影響を受けやすい。しかも、断熱部材は、底板の下側において筐体の外側に配置されるため、例えば、積雪時において、積雪が少量であったとしても、断熱部材に雪が触れることによって熱引きが大きくなってしまう。その結果、筐体内の水が凍結しやすくなる。また、断熱部材が筐体の外側にあると、湿気や雨水の影響を受けて断熱部材が劣化しやすいという問題もある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、断熱部材によって筐体内の凍結を確実に防止することにより、信頼性を向上させることが可能な燃料電池システムを提供することにある。

そして、上記課題を解決するための手段（手段１）としては、断熱容器内に収容され、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、発電に寄与する処理を行う機器であり、前記断熱容器の外側に配置される補機類と、前記燃料電池及び前記補機類を収容する筐体とを備える燃料電池システムであって、前記筐体は、床部と壁部と天井部とによって前記筐体の内側面が構成されるとともに、前記床部を前記筐体の設置面から離間した状態に支持する脚部を備え、前記筐体内における前記床部の上に断熱部材を配置し、かつ、前記壁部または前記天井部の内側面の少なくとも一部を露出させ、前記断熱部材は、一部が前記壁部の内側面のうち下部のみを覆っていることを特徴とする燃料電池システムがある。

従って、手段１に記載の発明によると、筐体内における床部の上に断熱部材が配置され、かつ、脚部によって床部が設置面から離間した状態に支持されるため、床部と設置面との距離が十分に確保される。その結果、断熱部材を床部と設置面との間に設置する場合に比べて、設置面からの熱引きの影響が小さくなる。しかも、断熱部材が筐体内に配置されているため、積雪時において雪が断熱部材に触れる可能性が小さくなり、熱引きの影響がよりいっそう小さくなる。従って、断熱部材の断熱性能を十分に発揮することができるため、冬場の低温時においても、断熱部材によって筐体内の凍結を確実に防止することができる。また、断熱部材が筐体の床部の上に配置されているため、湿気や雨水の影響を受けにくくなり、断熱部材の劣化が抑制される。ゆえに、燃料電池システムの信頼性を向上させることができる。

また、筐体内における床部の上に断熱部材を配置し、かつ、壁部または天井部の内側面の少なくとも一部を露出させている。よって、筐体内の熱を、断熱部材に遮られることなく、断熱部材が配置されていない箇所から放出できるため、夏場の高温時であっても、筐体内における過度な温度上昇を抑制することができる。その結果、補機類として電子部品を有して構成される機器を用いたとしても、補機類へのダメージ（オーバーヒート等）が軽減されるため、年間を通して燃料電池システムの信頼性を向上させることができる。

さらに、筐体内における床部の上のみに断熱部材が配置される場合には、床部以外の筐体の内側面が断熱部材によって覆われることはない。よって、筐体内の熱を、断熱部材に遮られることなく、筐体の壁部や天井部から確実に放出できるため、夏場の高温時であっても、筐体内における温度上昇をより効果的に抑制することができる。その結果、補機類として電子部品を有して構成される機器を用いたとしても、補機類へのダメージ（オーバーヒート等）がよりいっそう軽減されるため、燃料電池システムの信頼性を向上させることができる。

なお、断熱部材は、一部が壁部の内側面のうち下部のみを覆っている。この場合であっても、筐体内の熱を、断熱部材が配置されていない箇所から放出できるため、夏場の高温時であっても、筐体内における過度な温度上昇を抑制することができる。また、断熱部材が、雪が断熱部材に触れる可能性が小さい箇所である筐体内に配置されることにより、断熱部材の断熱性能を十分に発揮することができるため、冬場の低温時においても、断熱部材によって筐体内の凍結を確実に防止することができる。ゆえに、年間を通して燃料電池システムの信頼性を向上させることができる。

上記燃料電池システムを構成する燃料電池としては、例えば、ＺｒＯ_２系セラミックなどを電解質とする固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、高分子電解質膜を電解質とする固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、Ｌｉ−Ｎａ／Ｋ系炭酸塩を電解質とする溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、リン酸を電解質とするリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）などの燃料電池が挙げられる。なお、燃料電池の稼働温度（即ち、イオンが電解質中を移動可能となる温度）は、燃料電池の種類ごとに異なっている。具体的に言うと、ＳＯＦＣの稼働温度は７００℃〜１０００℃程度、ＰＥＦＣの稼働温度は常温〜９０℃程度、ＭＣＦＣの稼働温度は６５０℃〜７００℃程度、ＰＡＦＣの稼働温度は１５０℃〜２００℃程度である。

上記燃料電池システムを構成する補機類としては、燃料・改質系設備、空気系設備、水・蒸気系設備、及び電力変換系設備のうち少なくとも１つを構成する機器を挙げることができる。具体的には、燃料・改質系設備として、脱硫器（水添脱硫器、吸着脱硫器など）、改質触媒、改質管、改質器（触媒燃焼式改質器、バーナー加熱式改質器など）、一酸化炭素変成器、一酸化炭素変成触媒、一酸化炭素除去器、原燃料ガス予熱器、蒸気予熱器、改質器バーナー燃料予熱器、改質器バーナー空気予熱器、改質ガス冷却器、燃料ガス予熱器、燃料極出口ガス予熱器、原燃料ガス圧縮機、起動用循環ブロワ、スチームエゼクタ、燃料極出口ガス再循環ブロワなどがある。空気系設備としては、空気圧縮機、空気ブロワ、補助燃焼器、空気極出口ガス再循環ブロワ、換気装置などがある。水・蒸気系設備としては、排熱回収装置、気液分離器、水処理装置、電池冷却水循環ポンプ、給水ポンプなどがある。電力変換系設備としては、電力変換装置、インバータ、パワーコンディショナーなどがある。さらに、補機類として、燃料ガスに水分を加える加湿器などの装置や各種制御に用いるセンサ、設備全体を統括的に制御する制御装置などの機器を挙げることができる。

なお、補機類は、発電後のオフガスに含まれる水蒸気を凝縮させた凝縮水を貯える凝縮水タンクと、凝縮水を浄化するためのフィルタとを含み、凝縮水タンク及びフィルタは、少なくとも一部が断熱材で覆われていてもよい。このようにした場合、筐体内において水が存在しうる箇所（凝縮水タンク及びフィルタ）が、断熱材で覆われるため、断熱部材と断熱材との両方によって、筐体内の低温化に起因する、発電に必要な水の凍結をより確実に防止することができる。

上記燃料電池システムを構成する筐体は、燃料電池及び補機類を収容するものである。ここで、筐体の形成材料の好適例としては、アルミニウム、鉄（具体的には、ＳＰＣＣ、ＳＥＣＣなどの鋼材）、ステンレスなどの金属材料が挙げられる。なお、ＳＰＣＣ、ＳＥＣＣとは、板金用の鋼材であり、耐雨性を考慮して亜鉛めっきや焼付塗装が表面に施されている。

また、筐体内における床部の上に断熱部材を配置し、かつ、天井部または壁部の内側面の少なくとも一部を露出させている。言い換えれば、床部の内側面以外の内側面を全て覆わないように断熱部材が配置されている。ここで、「断熱部材」とは、筐体の形成材料よりも断熱性に優れる材料からなる部材のことである。断熱部材の形成材料の好適例としては、発泡ウレタン、発泡ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、発泡ポリスチレン（いわゆる発泡スチロール）、発泡ポリエチレン、発泡フェノール、グラスウール、ロックウール、発泡ガラスなどが挙げられる。なお、筐体を屋外に設置することや使用環境の温度を考慮すると、耐候性に優れた発泡ＥＰＤＭを断熱部材として用いることが好適である。

また、筐体内において床部の上に配置された断熱部材の上に、補機類が載置される台座が設けられていてもよい。このようにすれば、断熱部材が台座と床部との間に挟み込まれた状態となるため、断熱部材を容易に固定することができる。また、補機類が、断熱部材に直接載置されるのではなく、補機類を載置するための部材である台座に載置されるため、補機類を容易に固定することができる。さらに、断熱部材が軟らかい材料からなる場合、台座と床部との間に断熱部材を介在させることにより、補機類の稼働時に発生する振動が筐体や燃料電池に伝わりにくくなり、振動による発電効率や耐久性の低下等を防止することができる。

また、筐体内において床部と台座との間に生じる空間は、断熱部材と空気層とからなっていてもよい。このようにすれば、空気層が断熱層となり、断熱部材と空気層との両方で熱を遮断するようになるため、断熱性能をさらに向上させることができる。この場合、空気層は、断熱部材と台座との間に位置していてもよいし、断熱部材と床部との間に位置していてもよいし、断熱部材と台座との間、及び、断熱部材と床部との間の両方に位置していてもよい。特に、空気層が断熱部材と台座との間に位置している場合には、台座が断熱部材から浮いた状態で筐体に取り付けられるため、断熱部材を傷付けることなく、台座の上に補機類を固定することができる。

本実施の形態における燃料電池システムの概略構成を示す断面図。 他の実施の形態における燃料電池システムを示す要部断面図。 他の実施の形態における燃料電池システムを示す要部断面図。 他の実施の形態における燃料電池システムを示す要部断面図。 他の実施の形態における燃料電池システムを示す要部断面図。

以下、本発明を燃料電池システムに具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１に示されるように、燃料電池システム１は、断熱容器２内に収容される燃料電池３、及び、燃料電池３を収容する筐体５を備えている。本実施の形態の燃料電池３は、固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ；ＳＯＦＣ）である。燃料電池３は、燃料電池スタック８、気化器９及び改質器１０等を備え、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う。

燃料電池スタック８は、単セル１１を複数個（例えば２０個）積層してなる。断熱容器２内において、燃料電池スタック８の下方には気化器９及び改質器１０が配置される。気化器９は、改質水を気化して水蒸気を生成し、その水蒸気と原燃料ガス（例えば、メタンガスや都市ガス）とを混合して改質器１０に供給する。改質器１０は、原燃料ガスと水蒸気とを反応させて水素濃度の高い燃料ガスに改質し、その燃料ガスを燃料電池スタック８に供給する。

各単セル１１は、空気極、燃料極及び固体電解質層を有し、反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）の発電反応により電力を発生する。具体的に言うと、固体電解質層は、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などのセラミック材料（酸化物）によって略矩形板状に形成されている。固体電解質層は、酸素イオン伝導性固体電解質体として機能するようになっている。また、固体電解質層の上面には、燃料電池スタック８に供給された酸化剤ガスに接する空気極が貼付され、固体電解質層の下面には、同じく燃料電池スタック８に供給された燃料ガスに接する燃料極が貼付されている。即ち、空気極及び燃料極は、固体電解質層の両側に配置されている。単セル１１において、空気極はカソード層として機能し、燃料極はアノード層として機能する。

図１に示されるように、筐体５は、コンクリートなどで固められたほぼ水平な設置面６に設置され、アンカーボルト（図示略）などで固定されている。筐体５は、ＳＰＣＣやＳＥＣＣ等の板金用の鋼材に対して亜鉛めっきや焼付塗装を施すことによって形成され、幅５００ｍｍ程度×奥行３３０ｍｍ程度×高さ９００ｍｍ程度の略直方体状をなしている。また、筐体５の内側面は、床部を構成する底板１５と、壁部を構成する側板１６と、天井部を構成する天板１４とによって構成されている。さらに、筐体５は、底板１５を設置面６から離間した状態に支持する複数（本実施の形態では４つ）の脚部１７を備えている。各脚部１７は、底板１５の四隅に配置されている。各脚部１７の高さは、互いに等しくなっており、本実施の形態では５０ｍｍ程度となっている。

また、筐体５は、筐体吸気口１８及び筐体排気口１９を有している。詳述すると、筐体５において対向配置される２つの側板１６のうち、一方の側板１６（図１では左側の側板１６）に複数の筐体吸気口１８が設けられ、他方の側板１６（図１では右側の側板１６）の上端部に筐体排気口１９が設けられている。そして、筐体排気口１９には、筐体５内の空気Ａ１を排出するためのファン２０が設けられている。なお、本実施の形態では、筐体排気口１９にファン２０を設けたが、筐体吸気口１８にファン２０を設けるようにしてもよい。

図１に示されるように、筐体５内には、排熱交換器３０、凝縮水タンク３１、水フィルタ３２、エアポンプ３３、回収水ポンプ３４、燃料ポンプ３５、改質水ポンプ３６、電力変換器３７、制御基板３８，３９等の補機類が収容されている。これらの補機類は、発電に寄与する処理を行う機器であり、断熱容器２の外側に配置されている。詳述すると、排熱交換器３０は、配管４５を介して断熱容器２に接続されており、断熱容器２内の燃料電池３から配管４５を介して排出された発電後のオフガスを、熱交換によって気液分離する機器である。オフガスは水蒸気を含んでおり、熱交換によって水蒸気が凝縮される結果、凝縮水とガスとに分離される。また、配管４５の表面全体、及び、排熱交換器３０の表面全体は、シート状の断熱材４６，４７で覆われている。なお、本実施の形態の断熱材４６，４７は、グラスウール等の耐熱性の高い材料によって形成されている。

凝縮水タンク３１及び水フィルタ３２は、水処理装置を構成する機器である。具体的に言うと、凝縮水タンク３１は、水配管４１を介して排熱交換器３０に接続されており、水配管４１を介して排熱交換器３０から供給されてきた凝縮水を貯えるようになっている。そして、凝縮水タンク３１内の凝縮水は、水フィルタ３２によって浄化される。この結果、原燃料から改質ガス（燃料ガス）を生成するために必要な改質水が生成される。この改質水は、改質水ポンプ３６、水配管４２及び流量センサ（図示略）等からなる改質水供給部によって、燃料電池３（断熱容器２内の気化器９）に供給されるようになっている。

なお、凝縮水タンク３１の下面には、所定温度でオンオフする第１凍結防止ヒータ４３が貼付されている。凝縮水タンク３１及び第１凍結防止ヒータ４３は、シート状の断熱材４８で覆われている。また、水フィルタ３２の側面には、所定温度でオンオフする第２凍結防止ヒータ４４が貼付されている。水フィルタ３２及び第２凍結防止ヒータ４４は、シート状の断熱材４９で覆われている。なお、本実施の形態の断熱材４８，４９は、発泡ＥＰＤＭ等の耐熱性の高い材料によって形成されている。

エアポンプ３３は、燃料電池３に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給部を構成する機器である。なお、酸化剤ガス供給部は、エアポンプ３３に加えて、図示しないエアフィルタ、流量センサ及び配管などを備えている。また、燃料ポンプ３５は、燃料電池３に燃料ガスを供給するための燃料供給部を構成する機器である。燃料供給部は、燃料ポンプ３５に加えて、図示しない電磁弁や流量センサなどを備えている。

回収水ポンプ３４は、熱交換用の液体（具体的には水）を排熱交換器３０に供給するための熱交換水供給部を構成する機器である。熱交換水供給部は、回収水ポンプ３４及び配管（図示略）によって構成されている。電力変換器３７は、燃料電池３で発電した電力を変換して燃料電池システム１の外部に供給するための機器である。制御基板３８，３９は、各ポンプ３３〜３６や各センサ等を制御するための制御部（コントローラ）を構成する機器である。制御基板３８，３９には、制御部を構成する複数の電子部品（ドライバなどの回路部品）が搭載されている。

図１に示されるように、筐体５内には、内部空間Ｓ０を４つの領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に仕切る４枚の棚板２１，２２，２３，２４が多段状に設けられている。各棚板２１〜２４は、それぞれ水平に配置されるとともに、互いに平行となるように所定の間隔をあけて配置されている。また、棚板２１〜２３は、垂直方向に延びる支持枠２５によって固定されている。そして、筐体５の側板１６には、各領域Ｒ１〜Ｒ４に対応する位置に筐体吸気口１８がそれぞれ設けられている。各棚板２１〜２４は、燃料電池３や補機類を支持する機能に加えて、各筐体吸気口１８から導入された空気Ａ１を水平方向に流す流路を形成する機能も有している。

なお、本実施の形態では、最上段の棚板２１に、燃料電池３を収容した断熱容器２が載置され、最上段の棚板２１とは別の棚板２２〜２４に、補機類が載置されている。具体的に言うと、上から２段目の棚板２２には電力変換器３７が載置され、上から３段目の棚板２３には複数の制御基板３８，３９が載置されている。さらに、上から４段目（最下段）の棚板２４には、凝縮水タンク３１、水フィルタ３２、エアポンプ３３、回収水ポンプ３４、燃料ポンプ３５及び改質水ポンプ３６が載置されている。

図１に示されるように、筐体５内における底板１５の上面上には、断熱部材５１が配置されている。断熱部材５１は、底板１５の上面の略全体に接触する一方、側板１６の内面からは離間している。即ち、断熱部材５１は、筐体５内における底板１５の上のみに配置されている。また、側板１６の内側面全体、及び、天板１４の内側面全体は、断熱部材５１によって覆われずに露出している。そして、断熱部材５１の下面と設置面６との距離は、５０ｍｍとなっている。また、本実施の形態の断熱部材５１は、縦（奥行）３２５ｍｍ×横（幅）４８０ｍｍの矩形板状をなしている。さらに、断熱部材５１の厚さは、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下（本実施の形態では１０ｍｍ）に設定されている。なお、本実施の形態の断熱部材５１は、発泡ＥＰＤＭからなる複数層の断熱層を積層した構造を有している。即ち、断熱部材５１は、断熱材４６〜４９とは異なる耐候性の高い材料からなっている。

また、筐体５内において底板１５の上に配置された断熱部材５１の上には、補機類（凝縮水タンク３１、水フィルタ３２、エアポンプ３３、回収水ポンプ３４、燃料ポンプ３５及び改質水ポンプ３６）が載置される台座６１が設けられている。本実施の形態では、最下段の棚板２４が台座６１となっている。台座６１は、例えばアルミニウム板を折り曲げることによって断面コ字状に形成されている。また、台座６１は、支持板６２と、一対の延出部６３とを備えている。支持板６２は、断熱部材５１の上面全体に接触するとともに、補機類の下面を支持するようになっている。本実施の形態の支持板６２は、断熱部材５１よりもやや大きく、縦（奥行）３９０ｍｍ×横（幅）４９０ｍｍの平面視矩形状をなしている。両延出部６３は、支持板６２の外周部から下方に延出し、下端部が底板１５に当接している。なお、支持板６２の下面からの両延出部６３の突出量は、それぞれ１０ｍｍとなっている。

次に、上記のように構成した燃料電池システム１の動作について説明する。

燃料電池システム１の運転が開始されると、制御基板３８，３９の制御により、エアポンプ３３、回収水ポンプ３４、燃料ポンプ３５、改質水ポンプ３６、ファン２０等の各機器が駆動される。このとき、改質水ポンプ３６の駆動により、凝縮水タンク３１の凝縮水は、水フィルタ３２に送られて浄化された後、改質水として断熱容器２内の気化器９に送られる。また、燃料ポンプ３５の駆動により、原燃料が断熱容器２内に送られる。そして、改質水が気化器９によって気化されて水蒸気となり、気化された水蒸気が原燃料と混合された後、改質器１０に送られる。この結果、発電に必要な改質ガス（燃料ガス）が生成され、その燃料ガスが燃料電池スタック８（各単セル１１）に供給される。

さらに、エアポンプ３３の駆動により、酸化剤ガス（空気）が燃料電池スタック８（各単セル１１）に供給される。そして、各単セル１１において、燃料ガスの水素と酸化剤ガスの酸素とが反応することにより、空気極を正極、燃料極を負極とする直流の電力が発生する。この燃料電池３の電力は、電力変換器３７で所定規格の電圧に変換された後、電力変換器３７から燃料電池システム１の外部の装置に出力される。

なお、本実施の形態の燃料電池システム１では、燃料電池３の運転が開始されると、補機類（排熱交換器３０、エアポンプ３３、回収水ポンプ３４、燃料ポンプ３５、改質水ポンプ３６、電力変換器３７、制御基板３８，３９）が発熱したり、燃料電池３が発熱したりするために、筐体５内の温度が上昇していく。特に、夏場の高温時においては、筐体５内の温度が補機類の許容使用温度を上回る可能性が高いため、補機類が故障するおそれがある。そこで、本実施の形態では、ファン２０を駆動させることにより、高温となった空気Ａ１を筐体排気口１９から外部に排出するとともに、筐体吸気口１８から空気Ａ１を導入することにより、筐体５内を冷却している。その結果、筐体５内における過昇温が防止される。なお、断熱部材５１は、底板１５の上のみに配置され、側板１６には配置されないものであるため、筐体吸気口１８及び筐体排気口１９を通過する空気Ａ１の流れが断熱部材５１に遮られることはない。

一方、冬場の低温時においては、設置面６からの熱引きなどによって、筐体５内の温度が低下して、筐体５内の水が凍結する場合がある。特に、凝縮水タンク３１、水フィルタ３２及び配管４２のような凝縮水が通過する箇所において、凍結が生じる可能性が高い。そこで、本実施の形態では、筐体５内における底板１５の上に断熱部材５１を設けている。その結果、設置面６からの熱引きが断熱部材５１によって遮断されるため、凝縮水の凍結が防止される。

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施の形態の燃料電池システム１では、筐体５内における底板１５の上に断熱部材５１が配置され、かつ、脚部１７によって底板１５が設置面６から離間した状態に支持されるため、筐体５の床部と設置面６との距離が十分に確保される。その結果、断熱部材５１を底板１５と設置面６との間に設置する場合に比べて、設置面６からの熱引きの影響が小さくなる。しかも、断熱部材５１が筐体５内に配置されているため、積雪時において雪が断熱部材５１に触れる可能性が小さくなり、熱引きの影響がよりいっそう小さくなる。従って、断熱部材５１の断熱性能を十分に発揮することができるため、冬場の低温時においても、断熱部材５１によって筐体５内の凍結を確実に防止することができる。また、断熱部材５１が湿気や雨水の影響を受けにくくなるため、断熱部材５１の劣化を抑制することができる。ゆえに、燃料電池システム１の信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態では、筐体５内における底板１５の上“のみ”に断熱部材５１が配置され、底板１５とは別の箇所（側板１６など）には断熱部材５１が配置されていない。よって、筐体５内の熱を、断熱部材５１に遮られることなく、側板１６に設けられた筐体排気口１９から確実に放出できるため、夏場の高温時であっても、筐体５内における温度上昇を抑制することができる。その結果、補機類として電子部品を有して構成される機器（電力変換器３７、制御基板３８，３９など）を用いたとしても、補機類へのダメージ（オーバーヒート等）が軽減されるため、燃料電池システム１の信頼性を向上させることができる。

（２）本実施の形態では、筐体５内において底板１５の上に配置された断熱部材５１の上に、補機類が載置される台座６１が設けられている。この場合、断熱部材５１が台座６１と底板１５との間に挟み込まれた状態となるため、断熱部材５１を容易に固定することができる。また、補機類が、断熱部材５１に直接載置されるのではなく、補機類を載置するための部材である台座６１に載置されるため、補機類を容易に固定することができる。さらに、断熱部材５１が比較的軟らかい発泡材（発泡ＥＰＤＭ）からなり、断熱部材５１上に台座６１が載置され、台座６１上に補機類が載置されている。その結果、補機類（具体的には、ポンプ３３〜３６）の稼働時に発生する振動が筐体５や燃料電池３に伝わりにくくなるため、振動による発電効率や耐久性の低下等を防止することができる。さらに、補機類として複数の機器をまとめて台座６１に固定することができるため、各機器を個別に固定する場合と比較して機器の組み付け性が向上する。

（３）本実施の形態では、筐体吸気口１８と凝縮水タンク３１とをつなぐ流路が棚板２３，２４によって形成され、その流路上に複数のポンプ３３〜３６が配置されている。この場合、最も下側に位置する筐体吸気口１８から筐体５内に導入された空気Ａ１は、ポンプ３３〜３６によって暖められて温風となる。その結果、温風によって筐体５が温められるため、筐体５内の凝縮水の凍結が回避される。

（４）本実施の形態では、凝縮水タンク３１に第１凍結防止ヒータ４３が貼付され、凝縮水タンク３１及び第１凍結防止ヒータ４３が断熱材４８で覆われている。また、本実施の形態では、水フィルタ３２に第２凍結防止ヒータ４４が貼付され、水フィルタ３２及び第２凍結防止ヒータ４４が断熱材４９で覆われている。即ち、筐体５内において凝縮水が存在しうる箇所が、凍結防止ヒータ４３，４４で加熱されるとともに、断熱材４８，４９で覆われるため、凝縮水の凍結をより確実に防止することができる。

（５）本実施の形態では、筐体５に脚部１７を設けることにより、底板１５を設置面６から離間させている。その結果、底板１５と設置面６との間にリフトの棒状支持部材を挿入し、挿入した棒状支持部材を上昇させることにより、筐体５全体を持ち上げることが可能となるため、リフトでの運搬が容易になる。また、底板１５の下面全体を設置面６に接触させることも考えられるが、設置面６に少しでも凹凸があると、筐体５にガタツキが生じるため、筐体５を強固に固定できないという問題がある。一方、本実施の形態では、底板１５を設置面６に接触させるのではなく、筐体５に設けた脚部１７を設置面６に接触させている。この場合、筐体５と設置面６との接触面積が小さくなるため、設置面６に多少の凹凸があったとしても、筐体５にガタツキが生じにくい。よって、筐体５を強固に固定することが可能となる。

なお、本実施の形態を以下のように変更してもよい。

・上記実施の形態では、筐体５内における底板１５の上のみに断熱部材５１が配置されていた。しかし、図２の燃料電池システム１０１に示されるように、筐体１０２の内側面の一部が露出するのであれば、断熱部材１０４は、底板１０３の上に加えて、底板１０３とは別の部分を覆っていてもよい。具体的に言うと、断熱部材１０４の一部が、側板１０５の内側面の下部（図２参照）を覆っていてもよいし、天板（図示略）の内側面を覆っていてもよい。

・上記実施の形態では、筐体５内において底板１５の上に配置された断熱部材５１の上に、補機類が載置される台座６１が設けられていた。しかし、図３の燃料電池システム７１に示されるように、台座６１を省略し、断熱部材７２の上に直接補機類（図示略）を載置してもよい。なお、この場合、断熱部材７２は、両面テープや接着剤などの接着層７３を介して底板７４に貼付される。

・図４の燃料電池システム８１に示されるように、底板８２に複数のボルト８３を突設するとともに、断熱部材８４及び台座８５を貫通する貫通穴８６を形成してもよい。そして、貫通穴８６にボルト８３を挿通させ、ボルト８３の先端部にナット８７を螺着させることにより、断熱部材８４を筐体８８に固定してもよい。なお、ナット８７の締付度合を変更して、台座８５と底板８２との隙間の大きさを調節することにより、断熱部材８４を潰すように固定したり、逆に断熱部材８４を潰さずに固定したりすることが可能になる。断熱部材８４を潰すように固定する場合、断熱部材８４が薄くなって断熱効果も減少するが、断熱部材８４を強固に固定することができる。一方、断熱部材８４を潰さないように固定する場合は、断熱性能を損なうことなく断熱部材８４を設置できるため、好適である。

・図５の燃料電池システム９１に示されるように、筐体９２内において底板９３と台座９４との間に生じる空間が、断熱部材９５と空気層９６とからなっていてもよい。なお、空気層９６は、断熱部材９５と台座９４との間に位置している。このようにすれば、空気層９６が断熱層となり、断熱部材９５と空気層９６との両方で熱を遮断するようになるため、断熱性能をさらに向上させることができる。また、台座９４が断熱部材９５から浮いた状態で筐体９２に取り付けられるため、断熱部材９５を傷付けることなく、台座９４の上に補機類（図示略）を固定することができる。ここで、台座９４は、断熱部材９５を貫通する貫通穴９７、及び、台座９４を貫通する貫通穴９８にボルト９９を挿通させ、ボルト９９の先端部にナット１００を螺着させることにより、筐体９２に固定される。

なお、空気層９６は、断熱部材９５と底板９３との間に位置していてもよいし、断熱部材９５と台座９４との間、及び、断熱部材９５と底板９３との間の両方に位置していてもよい。また、断熱部材９５及び空気層９６の層数は、特に限定されず任意に設定することが可能である。

・上記実施の形態の断熱部材５１は、発泡ＥＰＤＭからなる複数層の断熱層を積層した構造を有していたが、１層の断熱層からなるものであってもよい。

・上記実施の形態では、筐体５の底板１５を設置面６から離間した状態に支持する手段として脚部１７が用いられていたが、車輪などの別の手段を脚部として用いてもよい。

・上記実施の形態において、筐体５は、１枚の天板１４、１枚の底板１５、複数枚の側板１６からなる略直方体状の箱体であった。しかし、床部を構成する底板と、１枚の側板によって略円筒状に形成された壁部と、ドーム状の天井部とからなる筐体としてもよい。なお、天井部は、複数枚の天板によって多角錘状に形成されていてもよい。また、床部を構成する底板を備えるとともに、壁部の表面と天井部の表面とが曲面をなすように接続されたドーム形状の筐体としてもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）上記手段１において、前記筐体内において前記床部の上に配置された前記断熱部材の上に、前記補機類が載置される台座が設けられ、前記台座は、前記補機類の下面を支持する支持板と、前記支持板から下方に延出しその下端部が前記床部に当接する延出部とを備えることを特徴とする燃料電池システム。

（２）上記手段１において、前記断熱部材は、接着層を介して前記床部に貼付されることを特徴とする燃料電池システム。

（３）上記手段１において、前記筐体内において前記床部の上に配置された前記断熱部材の上に、前記補機類が載置される台座が設けられ、前記床部にボルトが突設されるとともに、前記断熱部材及び前記台座に貫通穴が形成され、前記貫通穴に前記ボルトを挿通させ、前記ボルトの先端部にナットを螺着させることにより、前記断熱部材が前記筐体に固定されることを特徴とする燃料電池システム。

（４）上記手段１において、前記補機類は、発電後のオフガスに含まれる水蒸気を凝縮させた凝縮水を貯える凝縮水タンクと、前記凝縮水を浄化するためのフィルタとを含み、前記凝縮水タンク及び前記フィルタは、少なくとも一部が断熱材で覆われており、前記断熱部材と前記断熱材とが異なる材料からなることを特徴とする燃料電池システム。

（５）上記手段１において、前記筐体内において前記床部の上に配置された前記断熱部材の上に、前記補機類が載置される台座が設けられ、前記補機類は、発電後のオフガスに含まれる水蒸気を凝縮させた凝縮水を貯える凝縮水タンクと、前記凝縮水を浄化するためのフィルタとを含み、前記筐体の内部空間を複数の領域に仕切る複数の棚板が多段状に設けられ、最下段の前記棚板が、前記凝縮水タンク及び前記フィルタが載置される前記台座であることを特徴とする燃料電池システム。

（６）上記手段１において、前記補機類は、前記酸化剤ガスを供給するためのエアポンプを含むことを特徴とする燃料電池システム。

（７）上記手段１において、前記補機類は、前記燃料電池で発電した電力を変換する電力変換器を含むことを特徴とする燃料電池システム。

（８）上記手段１において、前記補機類は、複数の電子部品を搭載した制御基板を含むことを特徴とする燃料電池システム。

（９）上記手段１において、前記補機類は、燃料・改質系設備、空気系設備、水・蒸気系設備及び電力変換系設備のうちの少なくとも１つを構成する機器であることを特徴とする燃料電池システム。

（１０）上記手段１において、前記補機類は、電子部品を有して構成される機器であることを特徴とする燃料電池システム。

１，７１，８１，９１，１０１…燃料電池システム
２…断熱容器
３…燃料電池
５，８８，９２，１０２…筐体
６…設置面
１４…天井部を構成する天板
１５，７４，８２，９３，１０３…床部を構成する底板
１６，１０５…壁部を構成する側板
１７…脚部
３０…補機類としての排熱交換器
３１…補機類としての凝縮水タンク
３２…補機類及びフィルタとしての水フィルタ
３３…補機類としてのエアポンプ
３４…補機類としての回収水ポンプ
３５…補機類としての燃料ポンプ
３６…補機類としての改質水ポンプ
３７…補機類としての電力変換器
３８，３９…補機類としての制御基板
４８，４９…断熱材
５１，７２，８４，９５，１０４…断熱部材
６１，８５，９４…台座
９６…空気層

Claims (4)

1. 断熱容器内に収容され、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、
   発電に寄与する処理を行う機器であり、前記断熱容器の外側に配置される補機類と、
   前記燃料電池及び前記補機類を収容する筐体と
   を備える燃料電池システムであって、
   前記筐体は、床部と壁部と天井部とによって前記筐体の内側面が構成されるとともに、前記床部を前記筐体の設置面から離間した状態に支持する脚部を備え、
   前記筐体内における前記床部の上に断熱部材を配置し、かつ、前記壁部または前記天井部の内側面の少なくとも一部を露出させ、
   前記断熱部材は、一部が前記壁部の内側面のうち下部のみを覆っている
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記筐体内において前記床部の上に配置された前記断熱部材の上に、前記補機類が載置される台座が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記筐体内において前記床部と前記台座との間に生じる空間は、前記断熱部材と空気層とからなることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記補機類は、発電後のオフガスに含まれる水蒸気を凝縮させた凝縮水を貯える凝縮水タンクと、前記凝縮水を浄化するためのフィルタとを含み、
   前記凝縮水タンク及び前記フィルタは、少なくとも一部が断熱材で覆われている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。

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