JP6865389B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本開示は、燃料電池システムに関する。

改質器及び燃料電池を備えた燃料電池システムはよく知られている。改質器において、改質反応によって都市ガスなどの原料から水素ガスが生成される。生成された水素ガスは、酸化剤ガスとしての酸素（空気）とともに燃料電池に供給される。燃料電池において、水素と酸素との電気化学反応によって電力が生成される。

例えば、改質器には、水蒸気改質のための水が供給される。燃料電池には、冷却水が供給される。したがって、燃料電池システムには、給水回路、冷却水回路、排水路などの各種の水の流路が設けられている。水が凍結すると、燃料電池システムの運転が不可能になる。水の凍結による部品の破損も懸念される。そのため、特許文献１に記載されているように、従来の燃料電池システムには、水の凍結を防止するための電気ヒータが設けられている。ただし、特許文献１の技術によれば、電気ヒータの消費電力が多くなりがちである。

特許文献２には、インバータの熱を利用して水の凍結を防止するための技術が記載されている。図８に示すように、特許文献２に記載された発電装置において、燃料電池、改質器及び冷却水機器（それぞれ図示省略）がパッケージ２０１に収納されている。導風管２１３を通じて、インバータ２０９で温められた空気がパッケージ２０１に導入される。

国際公開第２００９／０３４９９７号 特開２００６−２５２９６４号公報

特許文献２に記載された技術によれば、燃料電池システムのエネルギー効率を向上させつつ、水の凍結を防止することができる。しかし、特許文献２に開示された構成は、必ずしも十分な凍結防止効果を得られるものではない。

本開示は、燃料電池システムのエネルギー効率を向上させつつ、水の凍結をより確実に防止するための技術を提供する。

本開示は、
燃料電池と、
改質器と、
前記燃料電池及び前記改質器から選ばれる少なくとも１つに接続された水回路と、
側壁を有し、前記燃料電池、前記改質器及び前記水回路を収納している筐体と、
前記筐体の前記側壁と前記側壁に向かい合う隔壁とによって形成された通気ダクトと、
前記通気ダクトの下部に設けられ、前記筐体の外部と前記通気ダクトの内部とを連通させる吸気口と、
前記通気ダクトの上部に設けられ、前記通気ダクトの内部と前記筐体の内部とを連通させる排気口と、
前記吸気口から前記排気口への経路上において前記通気ダクトに配置され、前記燃料電池の直流出力を交流出力に変換するインバータと、
前記排気口の上方に配置され、平面視で前記排気口に重なっているバッフルと、
を備えた、燃料電池システムを提供する。

本開示の技術によれば、燃料電池システムのエネルギー効率を向上させつつ、水の凍結をより確実に防止することができる。

図１は、本開示の一実施形態にかかる燃料電池システムの構成図である。 図２は、図１に示す燃料電池システムの側面図である。 図３は、バッフル及び回路筐体の排気口の平面図（上面図）である。 図４は、変形例１にかかる燃料電池システムの構成図である。 図５は、変形例２にかかる燃料電池システムの構成図である。 図６は、図５に示す燃料電池システムの側面図である。 図７は、変形例３にかかるバッフルの平面図（上面図）である。 図８は、特許文献２に記載された発電装置の構成図である。

（本開示の基礎となった知見）
図８に示すように、特許文献２に開示された発電装置において、パッケージ２０１の下部に吸気口２０２が設けられ、パッケージ２０１の上部に排気口２０４が設けられている。吸気口２０２を通じてパッケージ２０１に導入された空気及び導風管２１３を通じてパッケージ２０１に導入された空気は、排気口２０４を通じて、パッケージ２０１の外部に速やかに排出される。つまり、特許文献２に開示された構成では、インバータ２０９の熱を必ずしも有効利用できない。発電の停止後、パッケージ２０１の上部の排気口２０４を通じて、温かい空気が外部に排出されるため、パッケージ２０１の内部の温度も速やかに低下する。

また、燃料電池システムには、通常、給水回路、冷却水回路などの回路の水を外部に排出するための水抜き栓が設けられている。重力によって水を排出できるようにするために、水抜き栓は、多くの場合、筐体の下部に設けられている。水抜き栓の近傍での水の凍結を防止するためには、筐体の下部の空間の温度も重要である。しかし、特許文献２に開示された構成では、筐体の下部の空間を効率的に温めることが難しい。

（本開示に係る一態様の概要）
本開示の第１態様にかかる燃料電池システムは、
燃料電池と、
改質器と、
前記燃料電池及び前記改質器から選ばれる少なくとも１つに接続された水回路と、
側壁を有し、前記燃料電池、前記改質器及び前記水回路を収納している筐体と、
前記筐体の前記側壁と前記側壁に向かい合う隔壁とによって形成された通気ダクトと、
前記通気ダクトの下部に設けられ、前記筐体の外部と前記通気ダクトの内部とを連通させる吸気口と、
前記通気ダクトの上部に設けられ、前記通気ダクトの内部と前記筐体の内部とを連通させる排気口と、
前記吸気口から前記排気口への経路上において前記通気ダクトに配置され、前記燃料電池の直流出力を交流出力に変換するインバータと、
前記排気口の上方に配置され、平面視で前記排気口に重なっているバッフルと、
を備えたものである。

第１態様の燃料電池システムによれば、筐体の内部に通気ダクトが形成され、その通気ダクトに発熱源としてのインバータが配置されている。吸気口から通気ダクトに取り込まれた空気によってインバータを効率的に冷却することができる。そして、空気を媒体として、インバータの熱で燃料電池、改質器、水回路などを効率的に温めることができるので、燃料電池システムの排熱回収効率が向上する。また、排気口の上方にバッフルが配置され、平面視でバッフルが排気口に重なっている。通気ダクトにおいて、空気は、インバータの排熱で温められる。温められた空気は、排気口を通じて通気ダクトの外部に排出され、バッフルに衝突する。このとき、筐体の下部に向かって空気が流れるように、空気の流れ方向が変化する。その結果、筐体の下部の空間にも電子部品の排熱を与えることができる。例えば、水抜き栓のように筐体の下部に設けられたコンポーネントも温めることができるため、より高い凍結防止効果が得られる。水抜き栓などのコンポーネントを温めるための電気ヒータを省略することも可能である。

本開示の第２態様において、例えば、第１態様にかかる燃料電池システムでは、前記燃料電池が鉛直方向の上側に位置し、前記改質器が鉛直方向の下側に位置しており、前記バッフルは、鉛直方向において、前記燃料電池と前記改質器との間に位置している。第２態様によれば、バッフルよりも上方の空間に通気ダクトから排出された空気が流れにくい。発電中における燃料電池の周囲の温度は、インバータなどの電子部品によって温められた空気の温度よりも高い。そのため、通気ダクトから排出された空気が燃料電池の周囲に流れにくい場合、燃料電池の周囲の温度がより高温に保たれる。その結果、燃料電池からの放熱が抑制され、燃料電池の発電効率が向上する。また、バッフルに衝突した空気が改質器の周囲を通って筐体の下部に向かって流れる。温められた空気が改質器の周囲を流れることによって、改質器の周囲の温度を上げることができる。その結果、改質器からの放熱が抑制され、改質器における改質効率が向上する。

本開示の第３態様において、例えば、第１又は第２態様にかかる燃料電池システムでは、鉛直方向において、前記燃料電池の全体が前記バッフルよりも上側に位置している。第３態様によれば、燃料電池の周囲の温度がより高温に保たれる。その結果、燃料電池からの放熱が抑制され、燃料電池の発電効率が向上する。

本開示の第４態様において、例えば、第１〜第３態様のいずれか１つにかかる燃料電池システムでは、鉛直方向において、前記改質器の全体が前記バッフルよりも下側に位置している。第４態様によれば、改質器の周囲の温度を上げることができる。その結果、改質器からの放熱が抑制され、改質器における改質効率が向上する。

本開示の第５態様において、例えば、第１〜第４態様のいずれか１つにかかる燃料電池システムでは、前記バッフルは、前記側壁から水平方向に延びて前記筐体の内部を区画している。第５態様によれば、排気口から排出された空気を所望の方向に確実に導くことができる。

本開示の第６態様において、例えば、第１〜第５態様のいずれか１つにかかる燃料電池システムでは、前記バッフルは、前記通気ダクトを形成している前記隔壁を超えて水平方向に突出している鍔状部分を含む。第６態様によれば、排気口から排出された空気を所望の方向に確実に導くことができる。

本開示の第７態様において、例えば、第１〜第６態様のいずれか１つにかかる燃料電池システムは、前記吸気口を通じて前記筐体の外部の空気を前記筐体の内部に供給するための吸気ファンをさらに備えている。第７態様によれば、インバータなどの電子部品によって温められた空気を筐体の内部に効率的に供給することができる。

本開示の第８態様において、例えば、第１〜第７態様のいずれか１つにかかる燃料電池システムは、前記筐体の内部と前記筐体の外部とを連通させる換気口をさらに備え、前記換気口は、鉛直方向において、前記吸気口よりも下側に位置している。第８態様によれば、バッフルに衝突した空気がスムーズに筐体の下部の空間に導かれる。

本開示の第９態様において、例えば、第８態様にかかる燃料電池システムは、前記換気口を通じて前記筐体の内部の空気を前記筐体の外部に排出するための換気ファンをさらに備えている。第９態様によれば、インバータなどの電子部品によって温められた空気を筐体の内部に効率的に供給することができる。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。

（実施形態）
図１及び図２に示すように、本実施形態にかかる燃料電池システム１００は、筐体１、燃料電池４及び改質器５を備えている。燃料電池４及び改質器５は、筐体１に収められている。筐体１は、底壁２ａ、天井壁２ｂ、複数の側壁２ｃ及び複数の脚部３を有している。筐体１は、縦長の直方体の形状を有する。複数の脚部３が底壁２ａの下面に取り付けられている。複数の脚部３によって底壁２ａと接地面との間に空間が確保されている。

改質器５は、水蒸気改質反応（CH₄+H₂O→CO+3H₂）などの改質反応によって水素ガスを生成するためのデバイスである。改質器５には、改質反応を進行させるための改質触媒が収められている。改質器５は、水及び原料を用いて、水素ガスを生成する。原料は、例えば、都市ガス、ＬＰガス（液化石油ガス）などの炭化水素ガスである。改質器５で生成された水素ガスが燃料電池４に供給される。燃料電池４は、酸化剤ガス（空気）と水素ガスとを用いて電力を生成する。燃料電池４は、例えば、固体高分子形燃料電池又は固体酸化物形燃料電池である。燃料電池４の排熱によって湯が生成される。生成された湯は貯湯タンク（図示省略）に貯められる。

燃料電池システム１００は、さらに、第１水回路１３、第２水回路１４、熱交換器１２及び熱回収水路１５を備えている。第１水回路１３は、燃料電池４に接続されている。第２水回路１４は、改質器５に接続されている。第１水回路１３は、燃料電池４を冷却するための冷却水が循環する冷却水回路である。第１水回路１３には、タンク１６及びＴ字継ぎ手２１が設けられている。第２水回路１４は、改質器５に水を供給するための給水回路である。第２水回路１４には、タンク１７及びＴ字継ぎ手２３が設けられている。タンク１７の水が改質器５に供給される。熱交換器１２は、第１水回路１３に配置されている。

熱回収水路１５は、燃料電池４の排熱を回収するための流路である。熱回収水路１５は、熱回収配管１５ａ及び１５ｂを含む。熱回収配管１５ａ及び１５ｂは、それぞれ、熱交換器１２に接続されている。熱回収配管１５ａは、熱回収水路１５の下流側部分を構成している。熱回収配管１５ｂは、熱回収水路１５の上流側部分を構成している。熱回収配管１５ａは、熱交換器１２において加熱された水を貯湯タンクに導くための配管である。熱回収配管１５ｂは、熱交換器１２において加熱されるべき水を熱交換器１２に導くための配管である。熱回収配管１５ａ及び１５ｂは、ステンレス管などの金属製配管である。熱交換器１２は、熱回収水路１５を流れる水と第１水回路１３を流れる水とを熱交換させるように構成されている。つまり、熱交換器１２は、第１水回路１３の冷却水の熱によって貯湯タンク（図示省略）に貯められるべき水を加熱する役割を担っている。第１水回路１３、第２水回路１４、熱交換器１２及び熱回収水路１５も筐体１の内部に配置されている。

熱回収配管１５ａは、底壁２ａに形成された貫通孔を通って、底壁２ａの上面側（筐体１の内部）から底壁２ａの下面側（筐体１の外部）に達している。詳細には、底壁２ａに形成された貫通孔に高温側コネクタ１０が取り付けられている。熱回収配管１５ａは、高温側コネクタ１０を介して筐体１の内部から外部に延び、貯湯タンクの高温水入口に接続されうる。同様に、熱回収配管１５ｂは、底壁２ａに形成された貫通孔を通って、底壁２ａの上面側から底壁２ａの下面側に達している。詳細には、底壁２ａに形成された貫通孔に低温側コネクタ１１が取り付けられている。熱回収配管１５ｂは、低温側コネクタ１１を介して筐体１の内部から外部に延び、貯湯タンクの低温水出口又は市水管に接続されうる。コネクタ１０及び１１は、樹脂製又は金属製である。

第１水回路１３のＴ字継ぎ手２１には第１排水路２２が接続されている。第１排水路２２は、第１水回路１３の水を抜くための流路である。第１排水路２２は、典型的には、樹脂製の配管で構成されている。第２水回路１４のＴ字継ぎ手２３には第２排水路２７が接続されている。第２排水路２７は、第２水回路１４の水を抜くための流路である。第２排水路２７は、典型的には、樹脂製の配管で構成されている。本実施形態では、第１水回路１３及び第２水回路１４のそれぞれに専用の排水路が接続されている。ただし、第１排水路２２と第２排水路２７とを１つにまとめることも可能である。第１水回路１３及び第２水回路１４から選ばれる少なくとも１つに排水路が接続されうる。

第１排水路２２の端部には、第１水抜き栓８が取り付けられている。詳細には、底壁２ａに形成された貫通孔に第１水抜き栓８を含むコネクタが取り付けられている。第２排水路２７の端部には、第２水抜き栓９が取り付けられている。詳細には、底壁２ａに形成された貫通孔に第２水抜き栓９を含むコネクタが取り付けられている。これにより、第１排水路２２及び第２排水路２７は、それぞれ、筐体１の外部まで延びる形になっている。言い換えれば、第１排水路２２及び第２排水路２７は、それぞれ、底壁２ａを貫通して底壁２ａの上面側（内面側）から底壁２ａの下面側（外面側）に達している。第１水抜き栓８及び第２水抜き栓９は、例えば、ねじ式の栓である。第１水抜き栓８及び第２水抜き栓９は、底壁２ａの下面側にある。つまり、第１水抜き栓８及び第２水抜き栓９は、筐体１の外部にある。筐体１の外側から第１水抜き栓８及び第２水抜き栓９を取り外すことが可能である。このような構造によれば、極めて簡単に水抜き作業を行うことができる。

燃料電池システム１００は、さらに、回路筐体３０及び電子回路基板３３を備えている。回路筐体３０は、筐体１の内部に配置されている。回路筐体３０は、樹脂などの絶縁材料で作られている。電子回路基板３３は、回路筐体３０の中に配置されている。電子回路基板３３には、コントローラ３３ａ、インバータ３３ｂなどの様々な電子部品が搭載されている。コントローラ３３ａは、燃料電池４、改質器５、各種の補助機器（図示省略）などの制御対象を制御するためのデバイスである。コントローラ３３ａは、例えば、Ａ／Ｄ変換回路、入出力回路、演算回路、記憶装置などを含むＤＳＰ（Digital Signal Processor）で構成されている。インバータ３３ｂは、燃料電池４の直流出力を交流出力に変換するためのデバイスである。インバータ３３ｂは、例えば、複数の半導体スイッチング素子によって構成されている。

本実施形態において、回路筐体３０は、水平方向に向かって（筐体１の側壁２ｃに向かって）開口している直方体の形状を有する。筐体１の側壁２ｃによって回路筐体３０の開口が閉じられるように、筐体１の内側から側壁２ｃに回路筐体３０が取り付けられている。これにより、筐体１の側壁２ｃと回路筐体３０とによって通気ダクト２５が形成されている。つまり、回路筐体３０は、筐体１の内部空間を複数の部分に仕切る隔壁の役割も担っている。通気ダクト２５の下部（一端部）には吸気口３４が設けられている。通気ダクト２５の上部（他端部）には排気口３１が設けられている。本実施形態では、回路筐体３０の下部に吸気口３４が設けられている。回路筐体３０の上部に排気口３１が設けられている。吸気口３４の役割は、筐体１の外部と通気ダクト２５の内部とを連通させることにある。排気口３１の役割は、通気ダクト２５の内部と通気ダクト２５を除いた筐体１の内部とを連通させることにある。インバータ３３ｂは、吸気口３４から排気口３１への経路上において通気ダクト２５に配置されている。

筐体１の側壁２ｃには、複数のルーバーを含む吸気口３６が設けられている。吸気口３６は、回路筐体３０の吸気口３４よりも鉛直方向の下側に位置している。吸気口３６の役割は、通気ダクト２５を介して、筐体１の外部と筐体１の内部とを連通させることにある。筐体１は、さらに、フード３８を含む。フード３８は、筐体１の内側から側壁２ｃに取り付けられており、回路筐体３０の下部及び側壁２ｃの吸気口３６を一体的に覆っている。フード３８によって、側壁２ｃの吸気口３６から回路筐体３０の吸気口３４への空気の流路が形成されている。このような構造によれば、埃、雨水などが通気ダクト２５に吸い込まれて電子回路基板３３に悪影響を及ぼすことを防止できる。

筐体１の側壁２ｃには、通気ダクト２５に面する位置に開閉扉４７が設けられている。開閉扉４７を開いて回路筐体３０に搭載されたコントロールパネルを操作することができる。

燃料電池システム１００は、さらに、バッフル４８を備えている。バッフル４８も筐体１に収納されている。バッフル４８は、排気口３１の上方に配置されている。言い換えれば、バッフル４８は、鉛直方向において、回路筐体３０と筐体１の天井壁２ｂとの間に位置している。バッフル４８は、平面視で排気口３１に重なっている。排気口３１とバッフル４８との間には、程度な広さの空間が確保されている。バッフル４８の役割は、排気口３１から排出された空気の流れ方向を変化させることにある。通気ダクト２５において、空気は、インバータ３３ｂなどの電子部品の排熱で温められる。温められた空気は、排気口３１を通じて通気ダクト２５の外部に排出され、バッフル４８に衝突する。このとき、筐体１の下部に向かって空気が流れるように、空気の流れ方向が変化する。空気は、改質器５の周囲を通って筐体１の下部に向かって流れる。その結果、筐体１の下部の空間にも電子部品の排熱を与えることができる。

本実施形態において、燃料電池４が鉛直方向の上側に位置し、改質器５が鉛直方向の下側に位置している。バッフル４８は、鉛直方向において、燃料電池４と改質器５との間に位置している。詳細には、鉛直方向において、燃料電池４の全体がバッフル４８（バッフル４８の上面）よりも上側に位置している。鉛直方向において、改質器５の全体がバッフル４８（バッフル４８の下面）よりも下側に位置している。「燃料電池４の全体」とは、配管、弁、ポンプ、センサなどの周辺機器を除く、燃料電池４の本体部分を意味する。同様に、「改質器５の全体」とは、配管、弁、ポンプ、センサなどの周辺機器を除く、改質器５の本体部分を意味する。

上記のような位置関係によれば、バッフル４８に衝突した空気が改質器５の周囲を通って筐体１の下部に向かって流れる。温められた空気が改質器５の周囲を流れることによって、改質器５の周囲の温度を上げることができる。その結果、改質器５からの放熱が抑制され、改質器５における改質効率が向上する。バッフル４８が邪魔をしているので、バッフル４８よりも上方の空間に通気ダクト２５から排出された空気が流れにくい。発電中における燃料電池４の周囲の温度は、インバータ３３ｂなどの電子部品によって温められた空気の温度よりも高い。そのため、通気ダクト２５から排出された空気が燃料電池４の周囲に流れにくい場合、燃料電池４の周囲の温度がより高温に保たれる。その結果、燃料電池４からの放熱が抑制され、燃料電池４の発電効率が向上する。

バッフル４８の形状及び材料は特に限定されない。本実施形態において、バッフル４８は、金属、樹脂、ガラスなどの材料で作られた板状の部材である。平面視でのバッフル４８の形状は、例えば、矩形である。

図３に示すように、本実施形態では、バッフル４８及び排気口３１を平面視したとき、排気口３１の全部がバッフル４８に重なっている。バッフル４８は、直接又はステーを介して筐体１に取り付けられており、バッフル４８の少なくとも１つの辺が筐体１の側壁２ｃに接している。バッフル４８は、側壁２ｃから水平方向に延びて筐体１の内部を区画している。これにより、排気口３１から排出された空気を所望の方向（筐体１の下部）に確実に導くことができる。バッフル４８及び排気口３１を平面視したとき、排気口３１の全部がバッフル４８に重なっていてもよい。

詳細には、バッフル４８は、通気ダクト２５を形成している回路筐体３０（隔壁）を超えて水平方向に突出している鍔状部分を含む。このような構造によれば、排気口３１から排出された空気を所望の方向に確実に導くことができる。

図２に示すように、筐体１の側壁２ｃには、換気口４１が設けられている。換気口４１の役割は、筐体１の内部と筐体１の外部とを連通させることにある。換気口４１を通じて、筐体１の内部から外部に空気が排出される。換気口４１は、鉛直方向において、バッフル４８よりも下側に位置している。本実施形態では、換気口４１は、鉛直方向において、吸気口３４よりも下側に位置している。このような位置関係によれば、バッフル４８に衝突した空気がスムーズに筐体１の下部の空間に導かれる。

換気口４１は、複数のルーバーを含む。筐体１は、さらに、フード４９を含む。フード４９は、筐体１の内側から側壁２ｃに取り付けられており、換気口４１及び後述する換気ファン４３を一体的に覆っている。フード４９によって、換気ファン４３から換気口４１への空気の流路が形成されている。このような構造によれば、埃、雨水などが筐体１の内部に侵入して、筐体１の内部に配置された部品に悪影響を及ぼすことを防止できる。換気ファン４３は、フード４９に取り付けられていてもよい。

換気口４１は、鉛直方向において、吸気口３６と略同一高さに位置している。言い換えれば、鉛直方向において、換気口４１と吸気口３６とが重なっている。換気口４１が筐体１の底壁２ａに近ければ近いほど、バッフル４８から換気口４１までの距離が増える。つまり、インバータ３３ｂなどの電子部品によって温められた空気の移動距離が延びる。このような構成によれば、温められた空気が筐体１の下部の広い範囲に供給されるため、凍結防止効果を更に高めることができる。

燃料電池システム１００は、さらに、吸気ファン３５及び換気ファン４３を備えている。吸気ファン３５は、吸気口３４又はその近傍に配置されている。換気ファン４３は、換気口４１又はその近傍に配置されている。吸気ファン３５は、吸気口３４を通じて筐体１の外部の空気を筐体１の内部に供給するためのファンである。換気ファン４３は、換気口４１を通じて筐体１の内部の空気を筐体１の外部に排出するためのファンである。吸気ファン３５及び換気ファン４３から選ばれる少なくとも１つが設けられていると、インバータ３３ｂなどの電子部品によって温められた空気を筐体１の内部に効率的に供給することができる。

本実施形態によれば、吸気口３４を通じて通気ダクト２５に取り込まれた空気は、通気ダクト２５においてインバータ３３ｂなどの電子部品によって温められ、排気口３１を通じて通気ダクト２５の外部である排気口３１の上方の空間に導かれる。排気口３１の上方の空間とは、排気口３１とバッフル４８との間の空間である。排気口３１から排出された空気は、バッフル４８に衝突及び拡散する。これにより、空気の流れ方向が変化する。空気は、改質器５、第１水回路１３の排水路２２、第２水回路１４などのコンポーネントの周囲の空間を鉛直方向の下側に向かって流れ、換気口４１を通じて、筐体１の外部へと排出される。

温められた空気が改質器５の周囲を流れることによって、改質器５の周囲の温度を上げることができる。その結果、改質器５からの放熱が抑制され、改質器５における改質効率が向上する。バッフル４８に空気を衝突させることによって、改質器５の周囲を通って筐体１の下部の空間に向かって空気が流れやすい。筐体１の下部の空間を積極的に温めることができるので、排水路２２、第２水回路１４、水抜き栓８、水抜き栓９などのコンポーネントの凍結を防止できる。

本実施形態によれば、バッフル４８が邪魔をしているので、バッフル４８よりも上方の空間に通気ダクト２５から排出された空気が流れにくい。発電中における燃料電池４の周囲の温度は、インバータ３３ｂなどの電子部品によって温められた空気の温度よりも高い。そのため、通気ダクト２５から排出された空気が燃料電池４の周囲に流れにくい場合、燃料電池４の周囲の温度がより高温に保たれる。その結果、燃料電池４からの放熱が抑制され、燃料電池４の発電効率が向上する。

本実施形態によれば、筐体１の内部に通気ダクト２５が形成され、その通気ダクト２５に発熱源としてのインバータ３３ｂ（電子回路基板３３）が配置されている。吸気口３４及び３６から通気ダクト２５に取り込まれた空気によってインバータ３３ｂを効率的に冷却することができる。そして、空気を媒体として、インバータ３３ｂの熱で改質器５、第１水回路１３、第２水回路１４などを効率的に温めることができる。バッフル４８の働きによって、通気ダクト２５から排出された空気が燃料電池４の周囲に流入することを阻止できる。その結果、燃料電池４の放熱が抑制され、燃料電池システム１００の排熱回収効率が向上する。また、鉛直方向において、通気ダクト２５の排気口３１、改質器５、通気ダクト２５の吸気口３４及び換気口４１がこの順に配置されている。このような構成によれば、改質器５の上部から下部に向かう方向の空気の流れが形成されるので、筐体１の下部の空間も適切に温めることができる。水抜き栓のように筐体１の下部（例えば、底壁２ａ）に設けられたコンポーネントも温めることができるので、より高い凍結防止効果が得られる。水抜き栓などのコンポーネントを温めるための電気ヒータを省略することも可能である。

本実施形態において、電子回路基板３３は、通気ダクト２５における空気の流れ方向（鉛直方向）に平行に配置されている。そのため、通気ダクト２５において、空気は電子回路基板３３に沿ってスムーズに流れる。これにより、空気が効率よく温められる。

本実施形態において、筐体１には、側壁２ｃの吸気口３６よりも鉛直方向における上側に換気口が設けられていない。積極的な換気を行うための換気口としては、換気口４１のみが筐体１の側壁２ｃに設けられている。また、通気ダクト２５が鉛直方向に延びているので、排気口３１から吸気口３６までの距離が十分に確保されている。このような構成によれば、燃料電池システム１００の運転停止後も温められた空気が筐体１の内部に保持されやすいので、より高い凍結防止効果が得られる。

図２に示すように、本実施形態において、吸気口３６は、換気口４１と同じ側壁２ｃに設けられている。回路筐体３０は、換気口４１が設けられた側壁２ｃに取り付けられている。このような構成によれば、筐体１の内部において、空気の流れの分配を促すことができる。このことは、筐体１の内部空間（特に、筐体１の下部の空間）を均一に温めることに寄与する。ただし、吸気口３６は、換気口４１が設けられた側壁２ｃとは異なる側壁２ｃに設けられていてもよい。回路筐体３０は、換気口４１が設けられた側壁２ｃとは異なる側壁２ｃに取り付けられていてもよい。

本実施形態では、燃料電池４の全体が側壁２ｃの吸気口３６よりも鉛直方向の上側に位置している。詳細には、燃料電池４の全体が通気ダクト２５の吸気口３４よりも鉛直方向の上側に位置している。このような構成によれば、燃料電池システム１００の運転停止期間（発電が行われていない期間）において、最も重要なコンポーネントである燃料電池４を保温しやすい。通気ダクト２５の吸気口３４よりも鉛直方向の上側に位置しているコンポーネントの他の例としては、第１水回路１３に設けられたポンプ（図示省略）が挙げられる。

本実施形態では、改質器５が燃料電池４よりも鉛直方向の下側に配置されている。このような構成によれば、改質器５からの排熱で筐体１の上部の空間を効率的に温めることができる。

本実施形態によれば、筐体１の内部空間を全体的に加熱するための電気ヒータが設けられていない。したがって、燃料電池４で生成された電力が電気ヒータで消費されることを防止できる。ただし、筐体１の内部に予備の電気ヒータが配置されていてもよい。電気ヒータには、燃料電池４で生成された電力が供給されてもよいし、商用電源から電力が供給されてもよい。

（変形例１）
図４に示すように、変形例１にかかる燃料電池システム１０２は、回路筐体５０を備えている。回路筐体５０は、本体部３９及びバッフル４８を含む。本変形例において、バッフル４８は、回路筐体５０の一部であって、通気ダクト２５を形成している隔壁を含む本体部３９に固定された部分である。バッフル４８は、通気ダクト２５を形成している本体部３９を超えて水平方向に突出している鍔状部分を含む。本体部３９は、図１を参照して説明した回路筐体３０と同じ構造を有する。バッフル４８は、射出成形によって本体部３９に一体化されていてもよい。本体部３９とバッフル４８とが別々の部品であってもよい。本体部３９からバッフル４９を取り外すことが可能であってもよい。

本変形例においても、バッフル４８は、排気口３１の上方に配置されている。回路筐体５０は、また、バッフル４８と本体部３９とを接続している側壁４０を含む。側壁４０に排気口３２が設けられている。側壁４０は、例えば、筐体１の側壁２ｃに向かい合っている部分である。排気口３２は、改質器５が配置された空間に向かって開口している。

空気は、インバータ３３ｂなどの電子部品の排熱で温められる。温められた空気は、排気口３１を通過してバッフル４８に衝突する。バッフル４８によって空気の流れ方向が変化する。さらに、空気は、排気口３２を通じて回路筐体５０の外部に排出され、改質器５の周囲を通って筐体１の下部に向かって流れる。その結果、改質器５の周囲の空間及び筐体１の下部の空間に電子部品の排熱を与えることができる。本変形例において、回路筐体５０は、バッフル４８に衝突した後の空気が排気口３２を通過するように構成されている。このような構成によれば、空気の流れを強くすることができるとともに、空気の流れの指向性も強くすることができる。その結果、より効率よく、筐体１の下部の空間に温められた空気を送ることができる。

（変形例２）
図５及び図６に示すように、変形例２にかかる燃料電池システム１０３では、筐体１の側壁２ｃに設けられた吸気口４４を覆うように、筐体１の内側から側壁２ｃに回路筐体３０が取り付けられている。筐体１の側壁２ｃに設けられた換気口４１には、直接、換気ファン４３が取り付けられている。本変形例においても、通気ダクト２５の下部に吸気口４４が設けられている。埃、雨水などが通気ダクト２５に吸い込まれる可能性が低い場合には、本変形例のように、吸気口４４と換気口４１の周りの構造が簡素化されていてもよい。

（変形例３）
図７は、図３に対応する平面図（上面図）であり、変形例３にかかるバッフル４８ａを示している。筐体１は、互いに向かい合う１対の側壁２ｃを有する。バッフル４８ａは、一方の側壁２ｃから延びて他方の側壁２ｃに達している。本変形例のバッフル４８ａによれば、温められた空気を筐体１の下部の空間により効率的に導くことができる。バッフル４８ａは、第２水回路１４及び熱回収水路１５を通すための貫通孔を有していてもよい。

本明細書に開示された技術は、燃料電池システムにおける水の凍結防止に役立つ。本明
細書に開示された技術は、燃料電池システムのエネルギー効率の向上にも寄与する。

１ 筐体
２ａ 底壁
２ｂ 天井壁
２ｃ 側壁
４ 燃料電池
５ 改質器
１３ 第１水回路
１４ 第２水回路
１５ 熱回収水路
２５ 通気ダクト
３０ 回路筐体（隔壁）
３１ 排気口
３２ 排気口
３３ 電子回路基板
３３ｂ インバータ
３４，３６，４４ 吸気口
３５ 吸気ファン
３９ 本体部
４０ 側壁
４１ 換気口
４３ 換気ファン
４８，４８ａ バッフル
５０ 回路筐体

Claims (8)

1. 燃料電池と、
   改質器と、
   前記燃料電池及び前記改質器から選ばれる少なくとも１つに接続された水回路と、
   側壁を有し、前記燃料電池、前記改質器及び前記水回路を収納している筐体と、
   前記筐体の前記側壁と前記側壁に向かい合う隔壁とによって形成された通気ダクトと、
   前記通気ダクトの下部に設けられ、前記筐体の外部と前記通気ダクトの内部とを連通させる吸気口と、
   前記通気ダクトの上部に設けられ、前記通気ダクトの内部と前記筐体の内部とを連通させる排気口と、
   前記吸気口から前記排気口への経路上において前記通気ダクトに配置され、前記燃料電池の直流出力を交流出力に変換するインバータと、
   前記排気口の上方に配置され、平面視で前記排気口に重なっているバッフルと、
   を備え、
   前記燃料電池が鉛直方向の上側に位置し、前記改質器が鉛直方向の下側に位置しており、
   前記バッフルは、鉛直方向において、前記燃料電池と前記改質器との間に位置している、燃料電池システム。
2. 鉛直方向において、前記燃料電池の全体が前記バッフルよりも上側に位置している、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 鉛直方向において、前記改質器の全体が前記バッフルよりも下側に位置している、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
4. 前記バッフルは、前記側壁から水平方向に延びて前記筐体の内部を区画している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
5. 前記バッフルは、前記通気ダクトを形成している前記隔壁を超えて水平方向に突出している鍔状部分を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
6. 前記吸気口を通じて前記筐体の外部の空気を前記筐体の内部に供給するための吸気ファンをさらに備えた、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
7. 前記筐体の内部と前記筐体の外部とを連通させる換気口をさらに備え、
   前記換気口は、鉛直方向において、前記吸気口よりも下側に位置している、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
8. 前記換気口を通じて前記筐体の内部の空気を前記筐体の外部に排出するための換気ファンをさらに備えた、請求項７に記載の燃料電池システム。

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