(第1実施形態)
発明者らは、図8の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、筐体116内で可燃ガスの漏洩が発生した場合の可燃ガス処理について鋭意検討し、以下の知見を得た。
この燃料電池コージェネレーションシステムでは、蓄熱が必要な蓄熱タンク111及び燃料電池ユニット110と放熱が必要なインバータ回路等の制御回路をはじめとする部材113と、が、区分して配置され、放熱が必要な部材113の近傍に空冷式の放熱器112が配置されている。放熱器112は空気を吸引し、筐体116内を排気する。排気に用いた空気はその後、換気器115により、燃料電池ユニット110の排ガスと合流して、換気器115の排気孔から筐体116外に排出される。
ここで、放熱器112のファンの風量が、換気器115のファンの風量より少ない場合、筐体116内が負圧状態となる。この場合、換気器115のファンにより、燃料電池ユニット110の排ガスを換気用の排気孔のみから排出できるので、換気器115のファン手前の近傍の筐体116内で最も低圧力となる位置に、適宜の可燃ガス検知器を設置すれば、可燃ガスの存否及び濃度等を適切に検知できる。よって、筐体116内で可燃ガスの漏れが発生し、本可燃ガスの濃度が所定値を超えた場合であっても、換気器115のファン風量を一時的に増やす方法、又は、燃料電池コージェネレーションシステムの運転を一時的に停止する方法等を取ることで、上記の可燃ガスを筐体116外へ放出する前に適切に処理できる。
しかし、放熱器112のファンの風量が、換気器115のファンの風量より多い場合、筐体116内が正圧状態となる。この場合、筐体116内のガスは、筐体116の隙間部分等、排気孔以外の想定外の部分から漏洩する可能性がある。そして、筐体116内で可燃ガスの漏れが発生し、本可燃ガスの濃度が所定値を超えた場合、このような可燃ガスが適切に処理されずに、筐体116外に排出される場合がある。つまり、図8の燃料電池コージェネレーションシステムでは、筐体116内で可燃ガスの漏洩が発生した場合の可燃ガスの処理については未だ改善の余地がある。
そこで、本実施形態の第1の態様の燃料電池コージェネレーションシステムは、水素含有ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池ユニットと、燃料電池ユニットの発電時に排出される熱を回収する熱媒体を蓄える蓄熱タンクと、燃料電池ユニット及び蓄熱タンクを収容する筐体と、筐体内を換気する換気器と、蓄熱タンクが満蓄であるとき、燃料電池ユニットの発電時に排出される熱を放熱する放熱器と、を備え、筐体内において、放熱器の空冷に用いる空気と換気器の換気に用いる空気とが分離するように、放熱器の空冷に用いる空気の流路が気密に構成されている。
かかる構成によると、筐体内で可燃ガスの漏洩が発生した場合、放熱器の空冷に用いる空気流路が筐体内で開放されている場合に比べ、可燃ガスを適切に処理し得る。つまり、放熱器のファンの風量に関係なく、可燃ガスを換気器へと適切に送ることができるので、高濃度の可燃ガスが筐体外へ排出する可能性が低減する。例えば、換気器のファン手前の近傍の筐体内で最も低圧力となる位置に、適宜の可燃ガス検知器を設置すれば、可燃ガスの存否及び濃度等を適切に検知できる。よって、筐体内で可燃ガスの漏れが発生し、本可燃ガスの濃度が所定値を超えた場合であっても、換気器のファン風量を一時的に増やす方法、又は、燃料電池コージェネレーションシステムの運転を一時的に停止する方法等を取ることで、上記の可燃ガスを筐体外へ放出する前に適切に処理できる。
また、本実施形態の第2の態様の燃料電池コージェネレーションシステムは、第1の態様の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、放熱器は、筐体に設けられた給気孔及び排気孔と、筐体内において、給気孔から排気孔へと至る空気の流路を形成するフードと、を備えてもよい。
かかる構成によると、放熱器の空気流路が換気器の空気流路から独立し、筐体内において、放熱器の空気流路の気密構造が適切に形成される。
また、本実施形態の第3の態様の燃料電池コージェネレーションシステムは、第1の態様又は第2の態様の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、筐体内において、蓄熱タンクと放熱が必要な部材とが区分して配置され、放熱が必要な部材が配置された領域において、放熱が必要な部材よりも下方の筐体に換気器の給気孔が設けられ、放熱が必要な部材よりも上方の筐体に換気器の排気孔が設けられ、放熱が必要な部材が、給気孔から排気孔に向かう空気の流通経路上に設けられていてもよい。
かかる構成によると、換気用の給気孔から流入した空気が、放熱が必要な部材を冷却した後、換気用の排気孔から排出されるので、換気用の空気の空冷により放熱が必要な部材を冷却できる。
また、本実施形態の第4の態様の燃料電池コージェネレーションシステムは、第3の態様の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、蓄熱タンクが配置された領域に、燃料電池ユニットとしての高分子電解質形燃料電池のセルスタック又は固体酸化物形燃料電池のホットモジュール、あるいは、原料ガスを用いて水素含有ガスを生成する改質器が、設けられていてもよい。
高分子電解質形燃料電池のセルスタック、固体酸化物形燃料電池のホットモジュール及び改質器は、燃料電池コージェネレーションシステムの運転中、所定の温度に保つ必要がある。よって、高分子電解質形燃料電池のセルスタック、固体酸化物形燃料電池のホットモジュール又は改質器を、蓄熱タンクが配置された領域に設けることで、これらの放熱を適切に抑制できる。その結果、燃料電池コージェネレーションシステムを安定的かつ効率良く運転できる。
また、本実施形態の第5の態様の燃料電池コージェネレーションシステムは、第3の態様の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、放熱が必要な部材は、燃料電池ユニットの発電電力を商用電力に系統連系可能に電力変換するインバータ回路、又は、燃料電池コージェネレーションシステムを制御する制御器、又は、熱媒体の送出に用いる精密機械部品であってもよい。
かかる構成によると、筐体内のインバータ回路、制御器又はポンプ等の精密機械部品が、蓄熱タンクが配置された領域から区分配置されているので、換気器の空気の空冷により効率よく冷却できる。また、筐体内のインバータ回路、制御器又は精密機械部品が、蓄熱タンクからの放熱に曝されることを抑制できる。
また、本実施形態の第6の態様の燃料電池コージェネレーションシステムは、第1−第5のいずれかの態様の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、筐体は、設置面から鉛直に立設する箱形に構成されていてもよく、放熱器の給気孔及び排気孔と換気器の給気孔及び排気孔とが、筐体の同一の鉛直平面に形成されていてもよい。そして、本実施形態の第7の態様の燃料電池コージェネレーションシステムは、第6の態様の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、筐体の同一の鉛直平面は、筐体内の部材のメンテナンスに使用する開閉可能なメンテナンス面であってもよい。これにより、筐体の同一の鉛直平面を開閉するだけで、他の鉛直平面を開閉することなく、筐体内の部材のメンテナンスを行い得る。
以上により、燃料電池ユニットの排ガス出口である換気器の排気孔と、換気器の給気孔と、放熱器の給気孔及び排気孔とを同一の鉛直平面に配置するようにすれば、ガス機器の設置基準で定められた排ガス出口の離隔距離を取ることで、それ以外の給排気についての給気スペース又は排気スペースを別途確保する必要がない。よって、燃料電池コージェネレーションシステムの設置面積を小さくできる。
また、筐体からのガス放出のための離隔距離を取る方向とメンテナンス面の開閉に必要な距離を取る方向とを同一にすることで、燃料電池コージェネレーションシステムの設置面積を小さくできる。
また、本実施形態の第8の態様の燃料電池コージェネレーションシステムは、第1−第7のいずれかの態様の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、放熱器は、側面視において、換気器の給気孔の中心と換気器の排気孔の中心を結ぶ直線上に配置されていてもよい。
また、本実施形態の第9の態様の燃料電池コージェネレーションシステムは、第1−第8のいずれかの態様の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、燃料電池ユニットが、固体酸化物型燃料電池を備えてもよい。
以下、本実施形態の燃料電池コージェネレーションシステムの具体例について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態の燃料電池コージェネレーションシステムは、以下の具体例には限定されない。例えば、以下で示される形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態は一例であり、本実施形態を限定するものではない。また、以下の構成要素のうち、本実施形態の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状及び寸法比等については正確な表示ではない場合がある。
[装置構成]
図1は、第1実施形態の燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成の一例を示す図である。図1(a)は、燃料電池コージェネレーションシステムの側面図である。図1(b)は、燃料電池コージェネレーションシステムの正面図である。図1(c)は、燃料電池コージェネレーションシステムの上面図である。また、便宜上、図1(以下の図2−図7も同じ)では、重力が作用する上下方向(鉛直方向)、本上下方向に直交する前後方向及び左右方向が取られており、筐体16内の構成が模式的に示されている。
図1に示す例では、本実施形態の燃料電池コージェネレーションシステム100は、燃料電池ユニット10と、蓄熱タンク11と、放熱が必要な部材13と、筐体16と、換気器15と、放熱器12と、熱交換器20と、を備える。なお、燃料電池コージェネレーションシステム100は、蓄熱タンク11の高温の熱媒体(例えば、温水)がなくなった時のためのバックアップボイラ(図示せず)を備えても構わない。
燃料電池ユニット10は、水素含有ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池10Aを備える。なお、燃料電池10Aは、いずれの種類であっても構わない。燃料電池10Aとして、例えば、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、及び燐酸形燃料電池等を例示できる。つまり、燃料電池ユニット10として、例えば、高分子電解質形燃料電池のセルスタック、固体酸化物形燃料電池のホットモジュール等を例示できる。
燃料電池ユニット10は、燃料電池コージェネレーションシステム100の運転中、所定の温度に保つ必要がある。例えば、燃料電池10Aが固体酸化物燃料電池の場合、改質反応の温度及び燃料電池コージェネレーションシステム100の運転温度が、高温(例えば、600℃−800℃)となる。よって、燃料電池ユニット10の周囲を断熱材で覆い、外部への放熱を抑える構成を取る必要がある。
燃料電池ユニット10は、原料を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する改質器を備えてもよい。改質器を備えない場合、水素含有ガスを貯蔵する容器、水素インフラ等の水素含有ガスの供給源から水素含有ガスが燃料電池ユニット10に供給される形態であってもよい。また、燃料電池10A内で改質反応により水素含有ガスが生成される形態であってもよい。本形態として、例えば、内部改質形の固体酸化物燃料電池を例示できる。
また、燃料電池ユニット10は、燃料電池10Aの他、燃料電池ユニット10の内部の高温を利用して発電用の空気を加熱する空気加熱器を備えてもよい。
燃料電池ユニット10における改質反応は、いずれの形態であってもよい。例えば、改質反応として、水蒸気改質反応、オートサーマル反応又は部分酸化反応等が例示される。図1には示されていないが、各改質反応において必要となる機器は適宜設けられる。例えば、改質反応が水蒸気改質反応であれば、水蒸気を生成する蒸発器、及び蒸発器に水を供給する水供給器等が設けられる。改質反応が部分酸化、又はオートサーマル反応であれば、更に、空気を供給する空気供給器が設けられる。
なお、原料として、例えば、メタンを主成分とする都市ガスや天然ガス等を用いることができる。燃料電池コージェネレーションシステム100は、原料として都市ガス、天然ガス等を用いる場合、一般的に、これらのガス中の硫黄化合物を除去する脱硫器(図示せず)を備える。
このようにして、燃料電池ユニット10の燃料電池10Aでは、水素含有ガス(燃料ガス)中の水素と酸化剤ガス中の酸素とが反応することで発電が行われる。燃料電池ユニット10により発電された直流出力は、インバータ回路13Aで交流に変換され、家庭用電力に利用できる。
蓄熱タンク11は、燃料電池ユニット10の発電時に排出される熱を回収する熱媒体を蓄える。蓄熱タンク11は、蓄熱状態を保つ必要がある。よって、蓄熱タンク11の周囲を断熱材で覆い、外部への放熱(熱ロス)を抑える構成を取る必要がある。
蓄熱タンク11は、燃料電池ユニット10から排出される排熱を回収する熱媒体を蓄えることができれば、どのような構成であっても構わない。例えば、上記の排熱を回収するための熱交換器20において、燃料電池ユニット10の排ガス(例えば、図示しない燃焼器のオフガス燃焼による燃焼排ガス)を加熱流体に用い、蓄熱タンク11からの熱媒体を受熱流体に用いて、両者間で熱交換が行われる。熱交換器20で排ガスを冷却することで、排ガス中の水蒸気が凝縮される。すると、この凝縮水を改質器の改質水に再利用できるので、燃料電池コージェネレーションシステム100の水自立運転が可能となる。また、熱交換器20を通過した高温の熱媒体が蓄熱タンク11に蓄えられる。なお、熱媒体として、例えば、水、不凍液等を例示できる。
放熱が必要な部材13は、燃料電池コージェネレーションシステム100の運転中、その温度を使用温度範囲の上限値以下に維持する必要がある。放熱が必要な部材13として、例えば、燃料電池10Aの発電電力を商用電力に系統連系可能に電力変換するインバータ回路13A、燃料電池コージェネレーションシステム100を制御する制御器13B、熱媒体の送出等に用いるポンプ等の精密機械部品13C等を例示できる。
筐体16は、少なくとも熱媒体を蓄える蓄熱タンク11及び燃料電池ユニット10を収容する。本実施形態では、筐体16は、設置面50から鉛直に立設する箱形(例えば、直方形)に構成されている。また、筐体16内に蓄熱タンク11及び燃料電池ユニット10の他、放熱が必要な部材13及び熱交換器20等も収容されており、燃料電池コージェネレーションシステム100は蓄熱タンク11及び燃料電池ユニット10を一体とする構成を取っている。具体的には、筐体16内は、上下方向の仮想の境界直線40を境にして、蓄熱タンク11が配置された右側領域200と放熱が必要な部材13が配置された左側領域300とに区分されている。右側領域200には、蓄熱タンク11の他、燃料電池ユニット10及び熱交換器20が設けられている。また、左側領域300には、放熱が必要な部材13の他、放熱器12及び換気器15が設けられている。
筐体16は、燃料電池コージェネレーションシステム100を外部環境と隔離する部材である。よって、筐体16は、剛性及び耐食性を備える材料で構成する方がよい。なお、筐体16の内面に、断熱材を設けて外部への放熱を抑える構成を取ることが多い。
換気器15は、筐体16内を換気する。図1に示すように、換気器15は、排気孔15Aとファン15Bと給気孔15Cとを備える。そして、左側領域300において、放熱が必要な部材13よりも下方の筐体16に給気孔15Cが設けられ、放熱が必要な部材13よりも上方の筐体16に排気孔15Aが設けられ、放熱が必要な部材13が、給気孔15Cから排気孔15Aに向かう空気の流通経路上に設けられている。本実施形態では、排気孔15Aは、筐体16の鉛直平面16Aの最上部に形成されている。給気孔15Cは、鉛直平面16Aの最下部に形成されている。そして、ファン15Bが、排気孔15Aと対置するように筐体16内に設けられている。これにより、換気用の給気孔15Cから流入した空気が、放熱が必要な部材13を冷却した後、換気用の排気孔15Aから排出されるので、かかる空気の空冷により放熱が必要な部材13を冷却できる。
放熱器12は、蓄熱タンク11が満蓄であるとき、燃料電池ユニット10の発電時に排出される熱を放熱する。具体的には、蓄熱タンク11の熱媒体が流れる熱媒体経路(図示せず)が放熱器12を通過している。このため、蓄熱タンク11が満蓄であるとき(つまり、蓄熱タンク11が高温の熱媒体で満たされているとき)でも、蓄熱タンク11からの熱媒体を放熱器12で冷却できる。すると、蓄熱タンク11が満蓄であるときでも、冷却後の熱媒体との熱交換により燃料電池ユニット10の排ガスを冷却することで排ガスから水を回収できる。よって、燃料電池コージェネレーションシステム100の水自立運転を適切に継続できる。
本実施形態では、放熱器12は、側面視において、換気器15の給気孔15Cの中心と換気器15の排気孔15Aの中心を結ぶ仮想の直線60上に配置されている。そして、筐体16内において、放熱器12の空冷に用いる空気と換気器15の換気に用いる空気とが分離するように、放熱器12の空冷に用いる空気流路が気密に構成されている。
放熱器12は、筐体16に設けられた給気孔12C及び排気孔12Aと、筐体16内において、給気孔12Cから排気孔12Aへと至る空気の流路を形成するフード12Dとを備える。具体的には、給気孔12C及び排気孔12Aは、換気器15の給気孔15Cの上方の鉛直平面16Aに形成され、ファン12Bは、給気孔12Cと対置するように筐体16内に設けられている。フード12Dは、ファン12B及び排気孔12Aに接続されて、正面視において湾曲している流路部材である。このようにして、放熱器12の空気流路が換気器15の空気流路から独立し、筐体16内において、放熱器12の空気流路の気密構造が適切に形成される。
以上により、本実施形態の燃料電池コージェネレーションシステム100では、筐体16内で可燃ガスの漏洩が発生した場合(例えば、燃料電池ユニット10の排ガスに可燃ガスが含まれる場合)、放熱器12の空冷に用いる空気流路が筐体16内で開放されている場合に比べ、可燃ガスを適切に処理し得る。つまり、放熱器12のファン12Bの風量に関係なく、可燃ガスを換気器15へと適切に送ることができるので、高濃度の可燃ガスが筐体16外へ排出する可能性が低減する。
具体的には、図1の太い矢印で示すように、換気器15のファン15Bの動作により、給気孔15Cから筐体16内に取り込まれた空気は、放熱が必要な部材13の一例であるインバータ回路13A、制御器13B及び精密機械部品13Cのそれぞれの放熱を行った後、熱交換器20において凝縮水が回収された排ガスと合流する。
このとき、例えば、換気器15のファン15B手前の近傍の筐体16内で最も低圧力となる位置に、図示しない適宜の可燃ガス検知器を設置すれば、可燃ガスの存否及び濃度等を適切に検知できる。よって、筐体16内で可燃ガスの漏れが発生し、本可燃ガスの濃度が所定値を超えた場合であっても、換気器15のファン風量を一時的に増やす方法、又は、燃料電池コージェネレーションシステム100の運転を一時的に停止する方法等を取ることで、上記の高濃度の可燃ガスを筐体16外へ放出する前に適切に処理できる。例えば、可燃ガスの濃度を燃焼範囲の下限以下にまで十分に希釈してから可燃ガスを筐体16外へ放出できる。
また、放熱が必要な部材13と蓄熱タンク11とが筐体16内で区分して配置されている。これにより、燃料電池コージェネレーションシステム100の運転中、蓄熱タンク11の熱ロスを抑制しながら、筐体16内の放熱が必要な部材13が、蓄熱タンク11が配置された右側領域200から区分配置されているので、換気器15の空気の空冷により効率よく冷却できる。また、筐体16内の放熱が必要な部材13が、蓄熱タンク11からの放熱に曝されることを抑制できる。よって、燃料電池コージェネレーションシステム100の運転中、放熱が必要な部材13の温度を使用温度範囲の上限値以下に適切に維持することができる。
また、右側領域200に、燃料電池ユニット10等を設けているので、燃料電池ユニット10の放熱を抑制できる。その結果、燃料電池コージェネレーションシステム100を安定的かつ効率良く運転できる。
なお、放熱が必要な部材13の放熱により加熱された熱気は、筐体16の上方に滞留しやすい。そこで、本実施形態の燃料電池コージェネレーションシステム100では、換気器15の排気孔15Aを、筐体16の鉛直平面16Aの最上部に形成し、換気器15の給気孔15Cを筐体16の鉛直平面16Aの最下部に形成している。よって、給気孔12Cからの空気を用いて、筐体16の上方に溜まった熱気を容易に筐体16外に排出できる。
また、放熱器12の給気孔12C及び排気孔12Aと換気器15の給気孔15C及び排気孔15Aとが、筐体16の同一の鉛直平面16Aに形成されている。そして、筐体16の同一の鉛直平面16Aは、筐体16内の部材のメンテナンスに使用する開閉可能なメンテナンス面である。これにより、筐体16の同一の鉛直平面16Aを開閉するだけで、他の鉛直平面を開閉することなく、筐体16内の部材のメンテナンスを行い得る。
以上により、燃料電池ユニット10の排ガス出口である換気器15の排気孔15Aと、換気器15の給気孔15Cと、放熱器12の給気孔12C及び排気孔12Aとを同一の鉛直平面16Aに配置するようにすれば、ガス機器の設置基準で定められた排ガス出口の離隔距離を取ることで、それ以外の給排気についての給気スペース又は排気スペースを別途確保する必要がない。よって、燃料電池コージェネレーションシステム100の設置面積を小さくできる。
また、筐体16からのガス放出のための離隔距離を取る方向とメンテナンス面の開閉に必要な距離を取る方向とを同一にすることで、燃料電池コージェネレーションシステム100の設置面積を小さくできる。
なお、図1では、鉛直平面16Aを単一の外壁で構成する例を図示している。しかし、かかる外壁の構成は、例示であって、本例に限定されない。例えば、鉛直平面16Aを構成する外壁を、上下方向又は左右方向に複数個に分割しても構わない。また、図示を省略するが、放熱も蓄熱も必要としない部材(例えば、空気フィルター、イオン交換樹脂等)については、筐体16の適所に配置しても構わない。例えば、筐体16の左側領域300における放熱器12の下方にこれらの部材を配置してもよい。これにより、筐体16のスペースを有効に利用できる。
(第1変形例)
第1実施形態の第1変形例の燃料電池コージェネレーションシステムは、第1実施形態の第1−第9のいずれかの態様の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、筐体内を、蓄熱タンクが配置された領域と放熱が必要な部材が配置された領域とに完全に、又は部分的に、仕切る内壁を備える。
かかる構成によると、このような内壁を備えない場合に比べ、換気器の動作により、放熱が必要な部材が配置された領域を流れる空気が、蓄熱タンクが配置された領域に流入することを抑制できる。よって、筐体に生じる空気を放熱が必要な部材に適切に導くことができる。その結果、燃料電池コージェネレーションシステムの運転中、蓄熱タンクの熱ロスを更に抑制しながら、放熱が必要な部材を更に高効率に放熱できる。
また、放熱が必要な部材が配置された領域側への蓄熱タンクの熱の対流を抑制できる。よって、換気器を小型(小電力)化できるので、燃料電池コージェネレーションシステムの運転時の消費電力が減り、発電効率が向上する。
本変形例の燃料電池コージェネレーションシステムは、上記特徴以外は、第1実施形態の燃料電池コージェネレーションシステムと同様に構成してもよい。
[装置構成]
図2は、第1実施形態の第1変形例の燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成の一例を示す図である。図2(a)は、燃料電池コージェネレーションシステムの側面図である。図2(b)は、燃料電池コージェネレーションシステムの正面図である。図2(c)は、燃料電池コージェネレーションシステムの上面図である。
図2に示す例では、第1実施形態の第1変形例の燃料電池コージェネレーションシステム100は、燃料電池ユニット10と、蓄熱タンク11と、放熱が必要な部材13と、筐体16と、換気器15と、放熱器12と、熱交換器20と、内壁30と、を備える。燃料電池ユニット10、蓄熱タンク11、放熱が必要な部材13、筐体16、換気器15、放熱器12及び熱交換器20については第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
内壁30は、筐体16内を、蓄熱タンク11が配置された右側領域200と放熱が必要な部材13が配置された左側領域300とに完全に、又は、部分的に仕切る。なお、筐体16内を右側領域200と左側領域300とに完全に仕切る場合、燃料電池ユニット10の排ガスが流れる配管を通す開口を内壁30の適所に設けるとよい。
以上により、本変形例の燃料電池コージェネレーションシステム100では、このような内壁30を備えない場合に比べ、換気器15の動作により、放熱が必要な部材13が配置された左側領域300を流れる空気が、蓄熱タンク11が配置された右側領域200に流入することを抑制できる。よって、筐体16に生じる空気を放熱が必要な部材13に適切に導くことができる。その結果、燃料電池コージェネレーションシステム100の運転中、蓄熱タンク11の熱ロスを更に抑制しながら、放熱が必要な部材13を更に高効率に放熱できる。
また、放熱が必要な部材13が配置された左側領域300側への蓄熱タンク11の熱の対流を抑制できる。よって、換気器15を小型(小電力)化できるので、燃料電池コージェネレーションシステム100の運転時の消費電力が減り、発電効率が向上する。
(第2変形例)
第1実施形態の第2変形例の燃料電池コージェネレーションシステムは、第1実施形態の第1−第9のいずれかの態様、又は、第1実施形態の第1変形例の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、放熱器が、換気器の給気孔よりも下方の筐体内に設けられている。
かかる構成によると、換気器のファンの静圧を超えない範囲であれば、放熱器の空気流路のシール性が完全な状態でなくて放熱器の空気が筐体内に流れたとしても、換気器の給排気に影響を与える可能性が低く、筐体内の換気を適切に継続できる。よって、放熱器の空気流路のシール部材を簡素化ないし廃止できる可能性がある。また、換気器の給気孔を放熱が必要な部材の近くに設けることができるので、換気器の空冷による放熱が必要な部材の冷却効果を向上し得る。
本変形例の燃料電池コージェネレーションシステムは、上記特徴以外は、第1実施形態の第1−第9のいずれかの態様、又は、第1実施形態の第1変形例の燃料電池コージェネレーションシステムと同様に構成してもよい。
[装置構成]
図3は、第1実施形態の第2変形例の燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成の一例を示す図である。図3(a)は、燃料電池コージェネレーションシステムの側面図である。図3(b)は、燃料電池コージェネレーションシステムの正面図である。図3(c)は、燃料電池コージェネレーションシステムの上面図である。
図3に示す例では、第1実施形態の第2変形例の燃料電池コージェネレーションシステム100は、燃料電池ユニット10と、蓄熱タンク11と、放熱が必要な部材13と、筐体16と、換気器15と、熱交換器20と、放熱器12と、を備える。燃料電池ユニット10、蓄熱タンク11、放熱が必要な部材13、筐体16及び熱交換器20については第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
本変形例では、放熱器12が、換気器15の給気孔15Cよりも下方の筐体16内に設けられている。
以上により、本変形例の燃料電池コージェネレーションシステム100では、換気器15のファン15Bの静圧を超えない範囲であれば、放熱器12の空気流路のシール性が完全な状態でなくて放熱器12の空気が筐体16内に流れたとしても、換気器15の給排気に影響を与える可能性が低く、筐体16内の換気を適切に継続できる。よって、放熱器12の空気流路のシール部材を簡素化ないし廃止できる可能性がある。また、換気器15の給気孔15Cを放熱が必要な部材13の近くに設けることができるので、換気器15の空冷による放熱が必要な部材13の冷却効果を向上し得る。
(第2実施形態)
第2実施形態の燃料電池コージェネレーションシステムは、第1実施形態の第1−第5のいずれかの態様の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、筐体は、設置面から鉛直に立設する箱形に構成され、放熱器の給気孔及び排気孔と換気器の排気孔とが、筐体の同一の鉛直平面に形成され、換気器の給気孔が、筐体の他の鉛直平面に形成されており、筐体の同一の鉛直平面は、筐体内の部材のメンテナンスに使用する開閉可能なメンテナンス面である。
かかる構成によると、換気器の給気孔が形成される鉛直平面と放熱器の排気孔が形成される鉛直平面とが異なる面となるとともに、換気器の給気孔及び放熱器の排気孔を同一の鉛直平面に形成する場合に比べ、両者間の距離が長くなる。よって、放熱器の排気孔から出る空気が、換気器の給気孔に流れ込む可能性を低減できる。つまり、上記の構成により、放熱器で加熱された空気が、換気用の空気として筐体内に混入する可能性を低減できる。よって、放熱が必要な部材の温度が使用温度範囲の上限値を上回ることが抑制される。
また、筐体からのガス放出のための離隔距離を取る方向とメンテナンス面の開閉に必要な距離を取る方向とを同一にすることで、燃料電池コージェネレーションシステムの設置面積を小さくできる。
本実施形態の燃料電池コージェネレーションシステムは、上記特徴以外は、第1実施形態の第1−第5のいずれかの態様の燃料電池コージェネレーションシステムと同様に構成してもよい。
[装置構成]
図4は、第2実施形態の燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成の一例を示す図である。図4(a)は、燃料電池コージェネレーションシステムの側面図である。図4(b)は、燃料電池コージェネレーションシステムの正面図である。図4(c)は、燃料電池コージェネレーションシステムの上面図である。
図4に示す例では、第2実施形態の燃料電池コージェネレーションシステム100は、燃料電池ユニット10と、蓄熱タンク11と、放熱が必要な部材13と、筐体16と、換気器15と、熱交換器20と、放熱器12と、を備える。燃料電池ユニット10、蓄熱タンク11、放熱が必要な部材13及び熱交換器20については第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態では、筐体16は、設置面50から鉛直に立設する箱形(例えば、直方形)に構成されている。そして、放熱器12の給気孔12C及び排気孔12Aと換気器15の排気孔15Aとが、筐体の同一の鉛直平面16Aに形成され、換気器15の給気孔15Cが、筐体16の他の鉛直平面16Bに形成されている。具体的には、給気孔12C、排気孔12A及び排気孔15Aが、筐体16の左側の鉛直平面16Aに形成され、給気孔15Cが、鉛直平面16Aに直交する筐体16の前側の鉛直平面16Bに形成されている。また、上記の鉛直平面16Aは、筐体16内の部材のメンテナンスに使用する開閉可能なメンテナンス面である。
以上により、本実施形態の燃料電池コージェネレーションシステム100では、換気器15の給気孔15Cが形成される鉛直平面16Bと放熱器12の排気孔12Aが形成される鉛直平面16Aとが異なる面となるとともに、換気器15の給気孔15C及び放熱器12の排気孔12Aを同一の鉛直平面に形成する場合に比べ、両者間の距離が長くなる。よって、放熱器12の排気孔12Aから出る空気が、換気器15の給気孔15Cに流れ込む可能性を低減できる。つまり、上記の構成により、放熱器12で加熱された空気が、換気用の空気として筐体16内に混入する可能性を低減できる。よって、放熱が必要な部材13の温度が使用温度範囲の上限値を上回ることが抑制される。
また、筐体16からのガス放出のための離隔距離を取る方向とメンテナンス面の開閉に必要な距離を取る方向とを同一にすることで、燃料電池コージェネレーションシステム100の設置面積を小さくできる。
(変形例)
第2実施形態の変形例の燃料電池コージェネレーションシステムは、第2実施形態の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、放熱器が、換気器の給気孔よりも下方の筐体内に設けられている。
かかる構成によると、換気器のファンの静圧を超えない範囲であれば、放熱器の空気流路のシール性が完全な状態でなくて放熱器の空気が筐体内に流れたとしても、換気器の給排気に影響を与える可能性が低く、筐体内の換気を適切に継続できる。よって、放熱器の空気流路のシール部材を簡素化ないし廃止できる可能性がある。また、換気器の給気孔を放熱が必要な部材の近くに設けることができるので、換気器の空冷による放熱が必要な部材の冷却効果を向上し得る。
本変形例の燃料電池コージェネレーションシステムは、上記特徴以外は、第2実施形態の燃料電池コージェネレーションシステムと同様に構成してもよい。
[装置構成]
図5は、第2実施形態の変形例の燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成の一例を示す図である。図5(a)は、燃料電池コージェネレーションシステムの側面図である。図5(b)は、燃料電池コージェネレーションシステムの正面図である。図5(c)は、燃料電池コージェネレーションシステムの上面図である。
図5に示す例では、第2実施形態の変形例の燃料電池コージェネレーションシステム100は、燃料電池ユニット10と、蓄熱タンク11と、放熱が必要な部材13と、筐体16と、換気器15と、熱交換器20と、放熱器12と、を備える。燃料電池ユニット10、蓄熱タンク11、放熱が必要な部材13、筐体16及び熱交換器20については第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
本変形例では、放熱器12が、換気器15の給気孔15Cよりも下方の筐体16内に設けられている。
以上により、本変形例の燃料電池コージェネレーションシステム100では、換気器15のファン15Bの静圧を超えない範囲であれば、放熱器12の空気流路のシール性が完全な状態でなくて放熱器12の空気が筐体16内に流れたとしても、換気器15の給排気に影響を与える可能性が低く、筐体16内の換気を適切に継続できる。よって、放熱器12の空気流路のシール部材を簡素化ないし廃止できる可能性がある。また、換気器15の給気孔15Cを放熱が必要な部材13の近くに設けることができるので、換気器15の空冷による放熱が必要な部材13の冷却効果を向上し得る。
(第3実施形態)
第3実施形態の燃料電池コージェネレーションシステムは、第1実施形態の第1−第5のいずれかの態様の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、筐体は、設置面から鉛直に立設する箱形に構成され、放熱器の排気孔と換気器の排気孔とが、筐体の同一の鉛直平面に形成され、放熱器の給気孔と換気器の給気孔とが、筐体の他の鉛直平面に形成されており、筐体の同一の鉛直平面は、筐体内の部材のメンテナンスに使用する開閉可能なメンテナンス面である。
かかる構成によると、換気器の給気孔及び放熱器の給気孔が形成される鉛直平面と放熱器の排気孔が形成される鉛直平面とが異なる面となるとともに、換気器の給気孔及び放熱器の排気孔を同一の鉛直平面に形成する場合に比べ、両者間の距離が長くなる。よって、放熱器の排気孔から出る空気が、換気器の給気孔に流れ込む可能性を低減できる。つまり、上記の構成により、放熱器で加熱された空気が、換気用の空気として筐体内に混入する可能性を低減できる。よって、放熱が必要な部材の温度が使用温度範囲の上限値を上回ることが抑制される。
また、放熱器の排気孔から出る空気が、再び、放熱器の給気孔に流れ込む可能性も低減できる。つまり、上記の構成により、放熱器で加熱された空気が、空冷用の空気として放熱器内に混入する可能性を低減できる。よって、放熱器の性能低下を抑制し、放熱器を小型(小電力)化できる可能性がある。
また、筐体からのガス放出のための離隔距離を取る方向とメンテナンス面の開閉に必要な距離を取る方向とを同一にすることで、燃料電池コージェネレーションシステムの設置面積を小さくできる。
本実施形態の燃料電池コージェネレーションシステムは、上記特徴以外は、第1実施形態の第1−第5のいずれかの態様の燃料電池コージェネレーションシステムと同様に構成してもよい。
[装置構成]
図6は、第3実施形態の燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成の一例を示す図である。図6(a)は、燃料電池コージェネレーションシステムの側面図である。図6(b)は、燃料電池コージェネレーションシステムの正面図である。図6(c)は、燃料電池コージェネレーションシステムの上面図である。
図6に示す例では、第3実施形態の燃料電池コージェネレーションシステム100は、燃料電池ユニット10と、蓄熱タンク11と、放熱が必要な部材13と、筐体16と、換気器15と、熱交換器20と、放熱器12と、を備える。燃料電池ユニット10、蓄熱タンク11、放熱が必要な部材13及び熱交換器20については第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態では、筐体16は、設置面50から鉛直に立設する箱形(例えば、直方形)に構成されている。そして、放熱器12の排気孔12Aと換気器15の排気孔15Aとが、筐体16の同一の鉛直平面16Aに形成され、放熱器12の給気孔12Cと換気器15の給気孔15Cとが、筐体16の他の鉛直平面16Bに形成されている。具体的には、排気孔12A及び排気孔15Aが、筐体16の左側の鉛直平面16Aに形成され、給気孔12C及び給気孔15Cが、鉛直平面16Aに直交する筐体16の前側の鉛直平面16Bに形成されている。放熱器12のフード12Dは、ファン12B及び排気孔12Aに接続されて上面視において湾曲している流路部材である。また、上記の鉛直平面16Aは、筐体16内の部材のメンテナンスに使用する開閉可能なメンテナンス面である。
以上により、本実施形態の燃料電池コージェネレーションシステム100では、換気器15の給気孔15C及び放熱器12の給気孔12Cが形成される鉛直平面16Bと放熱器12の排気孔12Aが形成される鉛直平面16Aとが異なる面となるとともに、換気器15の給気孔15C及び放熱器12の排気孔12Aを同一の鉛直平面に形成する場合に比べ、両者間の距離が長くなる。よって、放熱器12の排気孔12Aから出る空気が、換気器15の給気孔15Cに流れ込む可能性を低減できる。つまり、上記の構成により、放熱器12で加熱された空気が、換気用の空気として筐体16内に混入する可能性を低減できる。よって、放熱が必要な部材13の温度が使用温度範囲の上限値を上回ることが抑制される。
また、放熱器12の排気孔12Aから出る空気が、再び、放熱器12の給気孔12Cに流れ込む可能性も低減できる。つまり、上記の構成により、放熱器12で加熱された空気が、空冷用の空気として放熱器12内に混入する可能性を低減できる。よって、放熱器12の性能低下を抑制し、放熱器12を小型(小電力)化できる可能性がある。
また、筐体16からのガス放出のための離隔距離を取る方向とメンテナンス面の開閉に必要な距離を取る方向とを同一にすることで、燃料電池コージェネレーションシステム100の設置面積を小さくできる。
(変形例)
第3実施形態の変形例の燃料電池コージェネレーションシステムは、第3実施形態の燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、放熱器が、換気器の給気孔よりも下方の筐体内に設けられている。
かかる構成によると、換気器のファンの静圧を超えない範囲であれば、放熱器の空気流路のシール性が完全な状態でなくて放熱器の空気が筐体内に流れたとしても、換気器の給排気に影響を与える可能性が低く、筐体内の換気を適切に継続できる。よって、放熱器の空気流路のシール部材を簡素化ないし廃止できる可能性がある。また、換気器の給気孔を放熱が必要な部材の近くに設けることができるので、換気器の空冷による放熱が必要な部材の冷却効果を向上し得る。
本変形例の燃料電池コージェネレーションシステムは、上記特徴以外は、第3実施形態の燃料電池コージェネレーションシステムと同様に構成してもよい。
[装置構成]
図7は、第3実施形態の変形例の燃料電池コージェネレーションシステムの概略構成の一例を示す図である。図7(a)は、燃料電池コージェネレーションシステムの側面図である。図7(b)は、燃料電池コージェネレーションシステムの正面図である。図7(c)は、燃料電池コージェネレーションシステムの上面図である。
図7に示す例では、第3実施形態の変形例の燃料電池コージェネレーションシステム100は、燃料電池ユニット10と、蓄熱タンク11と、放熱が必要な部材13と、筐体16と、換気器15と、熱交換器20と、放熱器12と、を備える。燃料電池ユニット10、蓄熱タンク11、放熱が必要な部材13、筐体16及び熱交換器20については第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
本変形例では、放熱器12が、換気器15の給気孔15Cよりも下方の筐体16内に設けられている。
以上により、本変形例の燃料電池コージェネレーションシステム100では、換気器15のファン15Bの静圧を超えない範囲であれば、放熱器12の空気流路のシール性が完全な状態でなくて放熱器12の空気が筐体16内に流れたとしても、換気器15の給排気に影響を与える可能性が低く、筐体16内の換気を適切に継続できる。よって、放熱器12の空気流路のシール部材を簡素化ないし廃止できる可能性がある。また、換気器15の給気孔15Cを放熱が必要な部材13の近くに設けることができるので、換気器15の空冷による放熱が必要な部材13の冷却効果を向上し得る。
なお、上記の実施形態のそれぞれ、及び、上記の変形例のそれぞれは、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。
また、上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。例えば、本開示では、蓄熱タンク11を上下方向に長い縦長に構成する例が示されているが、これに限らず、蓄熱タンクを前後方向又は左右方向に長い横長に構成しても構わない。これにより、燃料電池コージェネレーションシステムの高さを、本開示の燃料電池コージェネレーションシステム100の高さに比べて低くできる。