JP6871099B2 - 燃料電池装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池装置に関する。

燃料電池装置として、収納容器内に燃料ガス（水素含有ガス）と酸素含有ガス（空気）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを複数積層したセルスタックを備える燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールの動作に必要な熱交換器等の補機とが、外装ケース（ケーシング）等の筐体に収納された構成が知られている（特許文献１を参照）。

外装ケースは、ケース内を上下に区画する仕切板として保持部材が配設されており、この保持部材より上側の区画が、燃料電池モジュールを収納するモジュール収納室とされ、下側の区画が、燃料電池モジュールを動作させるための補機類を収納する補機収納室として構成されている。

なお、燃料電池モジュールは、前述の外装ケース内の仕切板の上に載置される場合の他、外装ケース内に別途配設された棚板や底板等、水平な上面（載置可能面）を有する板状の保持部材の上に載置される場合もある。

特開２０１４−１９１９０６号公報

ところで、燃料電池モジュールは重量物であり、かつ、稼働中に高温になるため、通常、仕切板等の保持部材の上に配設された断熱材の上に、載置されている。しかしながら、装置輸送中の揺れや振動、または地震等の揺れを受けて、前記断熱材上に載置された燃料電池モジュールが、傾いたり位置ずれを起こしたりした場合、この燃料電池装置モジュールの周辺に位置する周辺機器（配管・配線や補機等）を、破損させてしまうおそれがある。そのため、揺れや振動等に起因する燃料電池モジュールの傾きや移動を抑える必要があった。

本発明の目的は、燃料電池モジュールの傾きや位置ずれを抑制できる燃料電池装置を提供することである。

本開示の燃料電池装置は、収納容器内に発電を行うセルスタックを収容する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールを保持する保持部材と、を備え、
前記保持部材の上に載置され、複数の上下方向の貫通孔を有する断熱材と、
前記燃料電池モジュールを前記保持部材に固定するモジュール固定手段と、を有し、
前記モジュール固定手段は、複数の第１モジュール支持部材と、第１の連結部材と、第２モジュール支持部材と、第２の連結部材と、を有し、
前記燃料電池モジュールは、前記断熱材の上に載置され、
前記各第１モジュール支持部材は、前記断熱材の前記貫通孔に配置され、上側の第１端部が前記第１の連結部材に接続され、下側の第２端部が前記保持部材に接続されており、
前記第２モジュール支持部材は、上側の第１端部が前記第２の連結部材と接続され、下側の第２端部が前記第１の連結部材と接続されており、
前記第２の連結部材は、前記燃料電池モジュールの下部に連結されていることを特徴とする燃料電池装置である。

本開示の構成によれば、揺れや振動等を受けても、燃料電池モジュールに傾きや位置ずれが生じることを抑制できる燃料電池装置とすることができる。

実施形態の燃料電池装置の概略構成図である。 実施形態の燃料電池装置における燃料電池モジュールの固定構造を示す外観斜視図である。 実施形態の燃料電池モジュールの固定構造を示す一部断面端面図である。 実施形態の燃料電池装置で用いられている保持部材の外観斜視図である。 実施形態の燃料電池モジュールの他の固定構造を示す断面図である。

図１は、燃料電池モジュール１０と、この燃料電池モジュール１０を作動させるための熱交換器等の補機（図示せず）とを、外装ケース３０内に収納した燃料電池装置１００の一例を示す透過斜視図である。なお、図１においては、補機や配管，配線等、燃料電池モジュール以外の構成を省略して示している。

燃料電池装置１００は、燃料電池モジュール１０を、外装ケース３０に収容した構成である。外装ケース３０は、各支柱３３と複数の外装板３４とから構成されており、その内部は、たとえば板状の仕切板３５等により上下に区画されている。上側の区画は、燃料電池モジュール１０を収納するモジュール収納室（空間３１）であり、下側の区画は、燃料電池モジュール１０を動作させるための補機類等を収納する補機収納室（空間３２）である。なお、外装ケース３０を構成する、各支柱３３，外装板３４，仕切板３５等は、適宜変更することができる。

本実施形態において、図２に示すように、燃料電池モジュール１０は、モジュール１０からの放熱を抑制しつつ、補機収納室への伝熱を抑制すべく、断熱材１１上に配置される。また、この断熱材１１を固定すべく、断熱材１１を覆う枠状の保持部材１が設けられている。そして、この燃料電池モジュール１０と断熱材１１と保持部材１とが、固定されている。

燃料電池モジュール１０の保持部材１への固定は、具体的には、図２の斜視図および図３の断面（一部端面）図に示すように行われる。すなわち、図３に示すように、本実施形態の燃料電池装置１００のモジュール固定手段２０は、たとえば、２つの第１モジュール支持部材３と、第１の連結部材４と、第２モジュール支持部材５と、第２の連結部材６とから構成される、上下二段の構成である。

第１の連結部材４を挟んで下側（下段側、図２では断熱材１１の中）に位置する第１モジュール支持部材３は、中実の円柱状部材であり、図３に示すように、下側の第２端部３ｂが、保持部材１へ直接取り付けられ、その位置を固定されている。なお、燃料電池モジュール１０の下側でかつ保持部材１の内側に、断熱材１１が載置された状態で、各第１モジュール支持部材３は、断熱材１１に形成された各貫通孔１１ａの中に、挿通されている。すなわち、第１モジュール支持部材３は、断熱材１１の位置ずれを制限する機能も有している。また、第１モジュール支持部材３は、円柱状に限定されるものではなく、円筒状、四角柱状等、適宜変更可能である。

また、第１モジュール支持部材３の上部（内径側）には、上側の第１端部３ａ（上面）に向けて開口するねじ穴が形成されており、このねじ穴に挿通した、ボルト等のねじ３ｃにより、第１端部３ａは、第１の連結部材４に締結・固定されている。

第１の連結部材４を挟んで上側（上段側）に位置する第２モジュール支持部材５も、第１モジュール支持部材３と同様、中実の円柱状部材である。第２モジュール支持部材５の下側の第２端部３ｂは、第１モジュール支持部材３との間に配設された前記第１の連結部材４に直接取り付けられ、その位置が固定されている。なお、第１の連結部材４に対する固定は溶接等により行うことが可能であり、ねじ止め等によって固定してもよい。また、第２モジュール支持部材５も、第１モジュール支持部材３と同様、円柱状に限定されるものではなく、円筒状、四角柱状等、適宜変更可能である。

また、第２モジュール支持部材５の上部（内径側）にも、第１モジュール支持部材３と同様の、上側の第１端部５ａ（上面）に向けて開口するねじ穴が形成されている。第２モジュール支持部材５は、このねじ穴に挿通したねじ５ｃ等により、図３に示すように、第１端部５ａが、燃料電池モジュール１０の側面（側壁）に取り付けられた第２の連結部材６に、締結・固定されている。

なお、第１モジュール支持部材３と第２モジュール支持部材５とを上下方向に連結する第１の連結部材４は、板状（平板状）の部品であって、その中央部に、上側の第２モジュール支持部材５の第２端部５ｂ（基端部）が固定され、その両側の、上方から見た平面視において位置が左右または前後にずれた場所に、前述の第１モジュール支持部材３の固定用ねじ３ｃを挿通するための貫通穴が、設けられている。

したがって、図２，図３のように、第１の連結部材４を挟んで下側に各第１モジュール支持部材３が接続され、上側に第２モジュール支持部材５が連結された状態では、これら各第１モジュール支持部材３と第２モジュール支持部材５とは、平面視位置が互いに異なる「互い違い」に配置される。これにより、上側の第２モジュール支持部材５にかかる燃料電池モジュール１０の荷重が、下側の２つの第１モジュール支持部材３に分散して支持される。

なお、第２モジュール支持部材５の第１端部５ａに接続される第２の連結部材６は、図２，図３では、燃料電池モジュール１０の側面（側壁）から突出するよう構成されているが、特にこの形状に限定されるものではない。一部に、第２モジュール支持部材５の第１端部５ａに配設されるねじ５ｃ等を締結可能な面を有していれば、どのような形状でもよい。なお、図２，図３に示すように、第２の連結部材６は、第２の連結部材６にかかる燃料電池モジュール１０の荷重を分散できる形状とするのがよい。

つぎに、燃料電池モジュール１０の荷重を支持する保持部材１は、図４の斜視図に示すように、燃料電池モジュール１０の端部近傍に対応する位置に、片側各４個、合計８個の第１モジュール支持部材３が取り付けられている。

この保持部材１の上に載置される断熱材１１には、保持部材１上に固定された各第１モジュール支持部材３の位置に対応する位置に、それぞれ、第１モジュール支持部材３挿通用の貫通穴１１ａが、設けられている。ただし、第１モジュール支持部材３の数に特に制限はなく、適宜変更可能である。

また、各第１モジュール支持部材３の平面（水平）方向内側には、その上に載置される断熱材１１を支持する台座２Ａ〜２Ｄが設けられている。これら各台座２Ａ〜２Ｄは、保持部材１の上面から上に向かって突出する、上向き凸状であり、板状部材を折り曲げて形成されているため、その内部には、下向き凹状の空間が形成されている。

この構成により、各台座２Ａ〜２Ｄは、断熱材１１を、保持部材１の上面から距離（隙間）を開けて支持する。したがって、各台座２Ａ〜２Ｄは、断熱材１１と保持部材１との間に、断熱性を向上させる隙間（閉鎖空間）を形成する。また、各台座２Ａ〜２Ｄの中に形成される閉鎖空間も、断熱材１１と保持部材１との間の断熱性を向上させる。

なお、断熱材１１の厚さを、第１モジュール支持部材３の上端（第１端部３ａ）より上に達する、若干厚めに設定すれば、燃料電池モジュール１０の固定時に、重量物である燃料電池モジュール１０が断熱材１１の中に少し沈み込み、ずれの抵抗となって、この燃料電池モジュール１０の位置ずれを、より抑制することができる。

また、モジュールの固定手段は、特に多段構成とする必要はなく、たとえば図５に示すように、第１モジュール支持部材３と、第２の連結部材６とからなる、シンプルな一段構成のモジュール固定手段２１としてもよい。この構成によっても、燃料電池モジュール１０の荷重を、効果的に支持することができる。

なお、上記構成の場合でも、断熱材１１の厚さを第１モジュール支持部材３の上端（第１端部３ａ）より上に達する、若干厚めに設定すれば、燃料電池モジュール１０を、断熱材１１の中に少し沈み込むように支持することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

１ 保持部材
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 台座
３ 第１モジュール支持部材
４ 第１の連結部材
５ 第２モジュール支持部材
６ 第２の連結部材
１０ 燃料電池モジュール
１１ 断熱材
１１ａ 貫通孔
２０，２１ モジュール固定手段
１００ 燃料電池装置

Claims (3)

1. 収納容器内に発電を行うセルスタックを収容する燃料電池モジュールと、
   前記燃料電池モジュールを保持する保持部材と、を備え、
   前記保持部材の上に載置され、複数の上下方向の貫通孔を有する断熱材と、
   前記燃料電池モジュールを前記保持部材に固定するモジュール固定手段と、を有し、
   前記モジュール固定手段は、複数の第１モジュール支持部材と、第１の連結部材と、第２モジュール支持部材と、第２の連結部材と、を有し、
   前記燃料電池モジュールは、前記断熱材の上に載置され、
   前記各第１モジュール支持部材は、前記断熱材の前記貫通孔に配置され、上側の第１端部が前記第１の連結部材に接続され、下側の第２端部が前記保持部材に接続されており、
   前記第２モジュール支持部材は、上側の第１端部が前記第２の連結部材と接続され、下側の第２端部が前記第１の連結部材と接続されており、
   前記第２の連結部材は、前記燃料電池モジュールの下部に連結されている、燃料電池装置。
2. 前記各第１モジュール支持部材と前記第２モジュール支持部材とが平面視位置を互いにずらした状態で、それぞれ前記第１の連結部材と接続されている、請求項１に記載の燃料電池装置。
3. 前記保持部材の上面に、上に向かって凸状の台座が配設されており、
   前記断熱材が前記台座の上に載置されている、請求項１または２に記載の燃料電池装置。

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