JP7487836B1 - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、設置に必要な面積を低減する燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池セルを含む燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットを制御する制御ユニットと、前記燃料電池ユニットと、前記制御ユニットと、を収容する収容ユニットと、を備え、前記燃料電池ユニットと前記制御ユニットを、下から順に第１層、第２層の階層構造とする燃料電池システム。【選択図】図５

Description

本開示は、燃料電池システムに関する。

特許文献１には、荷役機器に接続されて、当該荷役機器に電気を供給する電源ユニットが開示されている。特許文献１には、電源ユニットが、水素燃料を貯留する燃料タンクと、燃料タンクに連結される燃料電池と、燃料タンクおよび燃料電池が配置される外殻構造体と、燃料電池にケーブルを介して接続される端子と、を備えることが開示されている。

特開２０２３－００７２４１号公報

クレーン等の荷役機器に用いられる電源ユニットは、限られたスペースに設置することが求められる。また、電源ユニットとして燃料電池を用いる場合、例えば、水素が漏洩したときに、安全に動作することが求められている。

本開示は、設置に必要な面積を低減する燃料電池システムを提供する。

本開示は、燃料電池セルを含む燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットを制御する制御ユニットと、前記燃料電池ユニットを冷却する冷却ユニットと、少なくとも下から順に第１層、第２層及び第３層を有する階層構造を有し、前記第１層に前記燃料電池ユニットを収容し、前記第２層に前記制御ユニットを収容し、前記第３層に前記冷却ユニットを収容する収容ユニットと、を備え、前記第２層に、前記第１層の換気を行う換気ユニットを備え、前記第２層における前記換気ユニットの周囲が開放されている燃料電池システムを提供する。

本開示の燃料電池システムによれば、設置に必要な面積を低減できる。

図１は、第１実施形態に係る燃料電池システムの正面図である。 図２は、第１実施形態に係る燃料電池システムの背面図である。 図３は、第１実施形態に係る燃料電池システムの左側面図である。 図４は、第１実施形態に係る燃料電池システムの右側面図である。 図５は、第１実施形態に係る燃料電池システムにおける構成の概要を説明する図である。 図６は、第１実施形態に係る燃料電池システムにおける内部の構造を示す図である。 図７は、第１実施形態に係る燃料電池システムの第１変形例の左側面図である。 図８は、第２実施形態に係る燃料電池システムの正面図である。 図９は、第３実施形態に係る燃料電池システムの上面図である。

以下、実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に関して、実質的に同一の又は対応する機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する場合がある。また、理解を容易にするために、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。

平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右及び前後等の方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、丸みを帯びてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直には、それぞれ略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直が含まれてもよい。

例えば、略平行は、２つの線又は２つの面が互いに完全に平行でなくても、製造上許容される範囲内であれば互いに平行として扱うことができることを意味する。他の略直角、略直交、略水平及び略垂直のそれぞれについても、略平行と同様に、２つの線又は２つの面の相互の位置関係が製造上許容される範囲内であればそれぞれに該当することが意図される。

≪第１実施形態≫
第１実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池セルを含む燃料電池ユニットと、燃料電池ユニットを制御する制御ユニットと、燃料電池ユニットと、制御ユニットと、を収容する収容ユニットと、を備える。また、第１実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池ユニットと制御ユニットを、下から順に第１層、第２層の階層構造とする。

また、別の観点から説明すると、第１実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池セルを含む燃料電池ユニットと、燃料電池ユニットを制御する制御ユニットと、燃料電池ユニットを冷却する冷却ユニットと、を備える。また、第１実施形態に係る燃料電池システムは、下から順に少なくとも第１層、第２層及び第３層を有する階層構造を有する収容ユニットを備える。さらに、第１実施形態に係る燃料電池システムにおける収容ユニットは、第１層に燃料電池ユニットを収容し、第２層に制御ユニットを収容し、第３層に冷却ユニットを収容する。

第１実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。図１は、第１実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム１の正面図である。図２は、第１実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム１の背面図である。図３は、第１実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム１の左側面図である。図４は、第１実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム１の右側面図である。図５は、第１実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム１における構成の概要を説明する図である。

なお、図面には、説明の便宜のために、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸（ＸＹＺ軸）からなる仮想三次元座標系（ＸＹＺ直交座標系）が設定される場合がある。図面の紙面に対して垂直な座標軸について、座標軸の丸の中に黒丸印を示す場合、当該座標軸が紙面に対して手前側に向いていることを表している。また、座標軸の丸の中にバツ印を示す場合、当該座標軸が紙面に対して奥側に向いていることを表している。

ただし、当該座標系は、説明のために定めるものであって、本実施形態に係る燃料電池システム等の姿勢について限定するものではない。

なお、以下の図面では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は水平面と平行な方向とする。Ｚ軸方向は、水平面に対して垂直な方向とする。すなわち、Ｚ軸方向は鉛直方向とする。

また、Ｘ軸方向に沿って、対象を＋Ｘ側からＸ軸と反対向きに見る図を左側面図、対象を－Ｘ側からＸ軸の向きに見る図を右側面図という。Ｙ軸方向に沿って、対象を＋Ｙ側からＹ軸と反対向きに見る図を正面図、対象を－Ｙ側からＹ軸と同じ向きに見る図を背面図という。Ｚ軸方向に沿って、対象を＋Ｚ側からＺ軸と反対向きに見る図を平面図という。

正面図を基準にして、Ｘ軸方向を左右方向、Ｙ軸方向を前後方向、Ｚ軸方向を上下方向、という場合がある。対象に対して、＋Ｘ側を左側、－Ｘ側を右側、＋Ｙ側を前側、－Ｙ側を後側、＋Ｚ側を上側、－Ｚ側を下側、という場合がある。

燃料電池システム１は、燃料電池セルを用いる燃料電池である。燃料電池システム１は、水素を燃料とする。燃料電池システム１は、空気中の酸素と水素とが反応することにより、化学エネルギーを電気に変換する化学電池である。

燃料電池システム１は、例えば、移動型トランスファークレーンに搭載される。燃料電池システム１は、移動型トランスファークレーンにおけるモータ等に電力を供給する。

なお、燃料電池システム１は、上記の例に限らず、例えば、定置型トランスファークレーン、ガントリークレーン等に適用してもよい。また、燃料電池システム１は、荷役機器に適用する場合に限らず、例えば、定置電源として使用してもよい。

燃料電池システム１は、燃料電池ユニット１０と、補機ユニット２０と、制御ユニット３０と、換気ユニット４０と、冷却ユニット５０と、収容ユニット６０と、を備える。また、燃料電池システム１は、ポンプ７０を備える。

［燃料電池ユニット１０］
燃料電池ユニット１０は、水素と酸素を化学反応させることにより電気を発生させる。燃料電池ユニット１０は、燃料電池セル１１と、冷却部１２と、昇圧コンバータ１３と、を備える。

燃料電池セル１１は、水素タンクＴＮＫから供給される水素ＳＨと、空気ＳＡに含まれる酸素とを化学反応させることにより電気を発生させる。燃料電池セル１１は、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）である。固体高分子形燃料電池である燃料電池セル１１は、多数の単セルを積層したスタック構造を有する。

固体高分子形燃料電池である燃料電池セル１１における単セルは、高分子電解質膜と、高分子電解質膜の両側面に設けられた一対の電極と、を備える膜－電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を備える。高分子電解質膜は、水素イオンを選択的に輸送する。また、一つの電極のそれぞれは、多孔質材料により形成される。一対の電極のそれぞれは、例えば、白金系の金属触媒（電極触媒）を担持するカーボン粉末を主成分とする触媒層と、通気性及び電子導電性を併せ持つガス拡散層と、を有する。さらに、単セルは、膜－電極アッセンブリ（ＭＥＡ）を両側から挟み込む一対のセパレータを有する。

燃料電池ユニット１０は、燃料電池セル１１から水素ＳＨと、空気ＳＡに含まれる酸素とが反応させた後の排気ガスＥＧを排出する。

なお、燃料電池セル１１は、固体高分子形燃料電池に限らず、例えば、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ：Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）でもよい。また、燃料電池セル１１は、例えば、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ：Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）でもよい。

冷却部１２は、燃料電池セル１１を冷却する。冷却部１２は、冷却液ＣＬ１が内部を通流する。冷却部１２は、燃料電池セル１１と冷却液ＣＬ１との間で熱交換を行う。燃料電池セル１１は、冷却液ＣＬ１との間で熱交換を行うことにより、冷却される。

燃料電池セル１１により発生した電気は、昇圧コンバータ１３により昇圧されて外部に出力される。昇圧コンバータ１３は、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータである。

なお、燃料電池ユニット１０が備える構成要素は、上記に記載した例に限らない。燃料電池ユニット１０は、例えば、空気ＳＡを燃料電池セル１１に供給するためのコンプレッサ、未反応で排出された水素を燃料電池セル１１に戻す水素ポンプ、等を備えていてもよい。

燃料電池ユニット１０は、収容ユニット６０における第１層６１の右側（－Ｘ側）に設置される。燃料電池ユニット１０の左側（＋Ｘ側）に、補機ユニット２０が設けられる。

［補機ユニット２０］
補機ユニット２０は、燃料電池ユニット１０における燃料電池セル１１を動作させる際に使用される。補機ユニット２０は、例えば、燃料電池ユニット１０に冷却液ＣＬ１を供給する。また、補機ユニット２０は、内部空間ＳＰ１における空気ＲＡに含まれるホコリ又はごみ等を取り除いて、空気ＳＡを燃料電池ユニット１０に供給する。

補機ユニット２０は、熱交換器２１と、冷却液ポンプ２２と、エアフィルタ２３と、を備える。

熱交換器２１は、燃料電池セル１１を冷却した冷却液ＣＬ１と、外部の冷却ユニット５０から供給される冷却液ＣＬ２との間で熱交換を行う。熱交換器２１は、例えば、プレート式熱交換器、特に、ブレージングプレート式熱交換器である。熱交換器２１は、燃料電池ユニット１０から、燃料電池セル１１を冷却して温度が上昇して戻ってきた冷却液ＣＬ１を、冷却ユニット５０から供給される冷却液ＣＬ２により冷却する。そして、熱交換器２１において熱交換して冷却された冷却液ＣＬ１は、燃料電池ユニット１０に供給される。

冷却液ポンプ２２は、冷却液ＣＬ１を燃料電池ユニット１０における冷却部１２に送るポンプである。冷却液ポンプ２２により、冷却液ＣＬ１が冷却部１２と熱交換器２１との間で循環する。

エアフィルタ２３は、空気ＲＡに含まれる塵及び燃料電池に悪影響を及ぼす不純物等を除去する。エアフィルタ２３は、燃料電池ユニット１０に供給される空気ＲＡを濾過する。エアフィルタ２３は、空気ＲＡに含まれる塵及び燃料電池に悪影響を及ぼす不純物等を除去した清浄な空気ＳＡを燃料電池セル１１に供給する。

なお、補機ユニット２０が備える構成要素は、上記に記載した例に限らない。補機ユニット２０は、例えば、冷却液を貯めるためのリザーバータンク、イオン交換器、電気回路ボックス、気液分離器等を備えていてもよい。

補機ユニット２０は、収容ユニット６０における第１層６１の左側（＋Ｘ側）に設置される。補機ユニット２０の右側（－Ｘ側）に、燃料電池ユニット１０が設けられる。

［制御ユニット３０］
制御ユニット３０は、燃料電池ユニット１０、補機ユニット２０、換気ユニット４０、冷却ユニット５０及びポンプ７０のそれぞれを制御する。制御ユニット３０は、コントローラ３１を備える。コントローラ３１は、例えば、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ：Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）である。

なお、コントローラ３１は、プログラマブルロジックコントローラに限らず、例えば、コンピュータでもよい。

なお、制御ユニット３０が備える構成要素は、上記に記載した例に限らない。制御ユニット３０は、例えば、電気回路、ブレーカ、リレー、ディスプレイ、ＬＥＤランプ、スイッチ等を備えていてもよい。

制御ユニット３０は、収容ユニット６０における第２層６２の右側（－Ｘ側）に設置される。制御ユニット３０の左側（＋Ｘ側）に、換気ユニット４０が設けられる。

［換気ユニット４０］
換気ユニット４０は、収容ユニット６０における内部の空気を排気して換気する。換気ユニット４０は、第１層６１の換気を行う。具体的には、換気ユニット４０は、内部空間ＳＰ１における空気ＲＡを排気する。また、換気ユニット４０は、燃料電池ユニット１０から排出される排気ガスＥＧを排気する。

換気ユニット４０は、排気ファン４１と、傘部４２と、を備える。排気ファン４１は、例えば、軸流ファンである。なお、排気ファン４１は、遠心ファン、シロッコファンでもよい。傘部４２は、排気ファン４１の上側に設けられる。傘部４２は、上側から雨滴等が排気ファン４１に入ることを防止する。また、図１に矢印付き線で示すように、傘部４２により、換気ユニット４０から下に向けて排気ＥＡが排出される。換気ユニット４０から下に向けて排気ＥＡが排出されることにより、排気ＥＡが冷却ユニット５０側に流れることを抑制できる。

燃料電池ユニット１０から排出される排気ガスＥＧは、燃料電池ユニット１０から補機ユニット２０を通って、換気ユニット４０まで延びる配管を通過する。燃料電池ユニット１０から補機ユニット２０を通って、換気ユニット４０まで延びる配管は、換気ユニット４０が備える排気ファン４１の近傍まで延びる。そして、排気ガスＥＧは、内部空間ＳＰ１における空気ＲＡと混合して排気ＥＡとして外部に排出される。

なお、排気ガスＥＧが通る経路に、消音器（マフラ）を備えてもよい。

換気ユニット４０は、収容ユニット６０における第２層６２に設けられる。換気ユニット４０は、第２層６２における左側（＋Ｘ側）に設けられる。換気ユニット４０の右側（－Ｘ側）に、制御ユニット３０が設けられる。換気ユニット４０が設けられている部分は、前側（＋Ｙ側）の側面及び後側（－Ｙ側）の側面が開放されている。言い換えると、第２層６２における換気ユニット４０の周囲は開放されている。換気ユニット４０が設けられている部分において、前側（＋Ｙ側）の側面及び後側（－Ｙ側）の側面が開放されていることにより、換気ユニット４０から排出される排気ＥＡが、燃料電池システム１の外部に排出されることを促進できる。

さらに、換気ユニット４０の上側（＋Ｚ側）は、開放されている。換気ユニット４０の上側（＋Ｚ）が開放されていることにより、冷却ユニット５０が備えるファン５２ａ及びファン５２ｂのそれぞれによって、換気ユニット４０周りの空気の流れが促進される。換気ユニット４０周りの空気の流れが促進されることにより、換気ユニット４０から排出される排気ＥＡが、外部に排出されることを促進できる。

換気ユニット４０は、第２層６２における左側（＋Ｘ側）に設けられる。言い換えると、換気ユニット４０は、補機ユニット２０の上部に設けられる。補機ユニット２０は、配管の接続部分が多い。したがって、補機ユニット２０において、例えば、水素ＳＨが漏れる可能性がある。補機ユニット２０の近くに換気ユニット４０を備えることにより、水素ＳＨの漏れる可能性が高い補機ユニット２０側の空気ＲＡが、排気ＥＡとして外部に排出されることを促進できる。

なお、換気ユニット４０における排気ファン４１を設けずに、冷却ユニット５０におけるファン５２ａ及びファン５２ｂの少なくともいずれかが排気ファン４１の役割を兼ねてもよい。ファン５２ａ及びファン５２ｂの少なくともいずれかが排気ファン４１の役割を兼ねることにより、換気ファンの駆動にかかる動力コストを削減できる。

［冷却ユニット５０］
冷却ユニット５０は、燃料電池セル１１を冷却するために用いられる冷却液ＣＬ２を冷却する。冷却ユニット５０は、吸引通風型の空冷式熱交換装置である。冷却ユニット５０は、熱交換器５１と、ファン５２ａ及びファン５２ｂと、を備える。

熱交換器５１は、冷却液ＣＬ２と、空気との間で熱交換を行う。熱交換器５１が冷却液ＣＬ２と空気との間で熱交換を行うことにより、冷却液ＣＬ２が冷却される。熱交換器５１は、いわゆるラジエタである。熱交換器５１は、例えば、フィンチューブ型熱交換器又はフィンアンドチューブ型熱交換器である。

ファン５２ａ及びファン５２ｂのそれぞれは、例えば、軸流ファンである。ファン５２ａは気流ＡＦ５ａを発生させる。ファン５２ｂは気流ＡＦ５ｂを発生させる。気流ＡＦ５ａ及び気流ＡＦ５ｂのそれぞれは、熱交換器５１を通過する。気流ＡＦ５ａ及び気流ＡＦ５ｂのそれぞれが熱交換器５１を通過することにより、熱交換器５１の内部を通過する冷却液ＣＬ２が冷却される。

冷却ユニット５０における熱交換器５１に、配管Ｐ１を介して冷却液ＣＬ２が熱交換器２１から供給される。また、冷却ユニット５０における熱交換器５１から、配管Ｐ２を介して冷却液ＣＬ２がポンプ７０に送られる。ポンプ７０は、熱交換器２１及び熱交換器５１との間で、冷却液ＣＬ２を循環させる。ポンプ７０は、換気ユニット４０の真下に設けられる。

冷却ユニット５０は、収容ユニット６０における第３層６３に設置される。

［収容ユニット６０］
収容ユニット６０は、燃料電池ユニット１０、補機ユニット２０、制御ユニット３０、換気ユニット４０及び冷却ユニット５０を収容する。

収容ユニット６０は、下から順に第１層６１、第２層６２及び第３層６３を有する階層構造を有する。なお、階層構造は上記の例に限らず、第１層６１、第２層６２及び第３層６３以外の層を備えていてもよい。収容ユニット６０は、例えば、第１層６１の下又は第３層６３の上に別の層を備えていてもよい。また、収容ユニット６０は、例えば、第１層６１と第２層６２との間又は第２層６２と第３層６３との間に別の層を備えていてもよい。言い換えると、収容ユニット６０は、下から順に少なくとも第１層６１、第２層６２及び第３層６３と有する階層構造を有していればよい。なお、第１実施形態に係る燃料電池システムにおける収納ユニットは、少なくとも第１層及び第２層を備えていればよい。また、第１実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池ユニットと制御ユニットを、下から順に第１層、第２層の階層構造とすればよい。例えば、燃料電池ユニットを第１層に設け、制御ユニットを第２層に設けてもよいし、逆でもよい。さらに、燃料電池ユニット及び制御ユニットを第１層及び第２層のいずれかに設けてもよい。

収容ユニット６０は、＋Ｘ側の側面を閉塞する側板６０ａを備える。側板６０ａは、第１層６１から第２層６２にわたって設けられる。側板６０ａに、配管Ｐ１、配管Ｐ２及び配管Ｐ３が接続される。配管Ｐ１及び配管Ｐ２のそれぞれに、冷却液ＣＬ２が流れる。配管Ｐ３から、水素ＳＨが供給される。配管Ｐ３は水素タンクＴＮＫに接続される。水素タンクＴＮＫは、例えば、水素カードルである。

収容ユニット６０は、第１層６１に、燃料電池ユニット１０と、補機ユニット２０と、を収容する。燃料電池ユニット１０と補機ユニット２０とは、Ｘ軸方向に並んで設けられる。

収容ユニット６０は、第１層６１における＋Ｙ側の側面を閉塞する側板６１ａ、側板６１ｂ、側板６１ｃ及び側板６１ｄを備える。収容ユニット６０は、第１層６１における－Ｘ側の側面を閉塞する側板６１ｅ及び側板６１ｆを備える。収容ユニット６０は、第１層６１における－Ｙ側の側面を閉塞する側板６１ｇ、側板６１ｈ、側板６１ｉ及び側板６１ｊを備える。

側板６１ａは、下側に開口６１ａｈを備える。より具体的には、側板６１ａは、Ｚ軸方向における半分より下側に開口６１ａｈを備える。開口６１ａｈに、ガラリが設けられる。なお、上記の例では、側板６１ａは、Ｚ軸方向における半分より下側に開口６１ａｈを備えるが、側板６１ａは、上から四分の１以下に開口を設けてもよい。

側板６１ａと同様に、側板６１ｂ、側板６１ｃ、側板６１ｄは、それぞれ開口６１ｂｈ、開口６１ｃｈ、開口６１ｄｈを備える。また、側板６１ａと同様に、側板６１ｅ、側板６１ｆ、側板６１ｇ、側板６１ｈ、側板６１ｉ、側板６１ｊは、それぞれ開口６１ｅｈ、開口６１ｆｈ、開口６１ｇｈ、開口６１ｈｈ、開口６１ｉｈ、開口６１ｊｈを備える。

なお、側板、すなわち、側板６１ａから側板６１ｊは、収容ユニット６０の側面を覆うように分割して設けられる。側板は、遮熱板を含む。側板は遮熱板を含むことから重くなる。したがって、燃料電池システム１において、収容ユニット６０の側面を複数の側板により覆うことにより、側板の重量を低減して、側板を取り扱いしやすくできる。

また、側板、すなわち、側板６１ａから側板６１ｊは、取り外し可能になっている。側板を取り外し可能にすることにより、収容ユニット６０の内部に設けられる補機やモジュールを引き出しやすくできる。さらに、側板と側板の間に設けられる柱を取り外し可能にしてもよい。側板と側板の間に設けられる柱を取り外し可能にすることによって、側面を広く開放できる。

収容ユニット６０は、第１層６１において、すべての側面が側板によって囲まれている。また、第１層６１は、上面及び下面も仕切られている。したがって、燃料電池システム１は、第１層６１に外部から仕切られた内部空間ＳＰ１を有する。収容ユニット６０の側面において、左側（＋Ｘ側）、すなわち、Ｘ軸方向における換気ユニットに近い側の側面、を除いて、側面の下側に開口が設けられている。開口による効果について説明する。図６は、第１実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム１における内部の構造を示す図である。

収容ユニット６０の側面において、左側（＋Ｘ側）、すなわち、Ｘ軸方向における換気ユニット４０に近い側の側面、を除いて、側面の下側に開口が設けられている。特に、換気ユニット４０から最も離れた側面に設けられる側板、例えば、側板６１ｅ及び側板６１ｆに、吸気口を有する。収容ユニット６０の側面の下側に開口を備えることにより、図６における矢印ＡＦにて示すように、燃料電池ユニット１０から補機ユニット２０にかけて流れるように、内部空間ＳＰ１の中を空気が流れる。図６における矢印ＡＦに記載のように、内部空間ＳＰ１の中を空気が流れることにより、内部空間ＳＰ１における空気ＲＡをよどむことなく排気できる。

なお、側板、すなわち、側板６１ａから側板６１ｊのすべてに、開口（吸気口）を備えていなくてもよい。少なくとも発熱体の前に開口（吸気口）が形成されていればよい。

また、側板６０ａに開口（吸気口）が形成されていてもよい。側板６０ａに開口（吸気口）が形成されている場合は、換気ユニット４０から一番離れた側板である側板６１ｅ及び側板６１ｆのそれぞれの吸気口を大きくすることで、図６に記載のように内部空間に空気が流れるようにできる。

側板における開口（吸気口）の数やサイズは共通でなくてもよい。側板における開口（吸気口）の数やサイズは、側板のそれぞれで適宜変更してもよい。

収容ユニット６０は、第２層６２に、制御ユニット３０と、換気ユニット４０と、を収容する。

収容ユニット６０は、第２層６２における＋Ｙ側の側面を閉塞する側板６２ａ及び側板６２ｂを備える。収容ユニット６０は、第２層６２における－Ｘ側の側面を閉塞する側板６２ｃを備える。収容ユニット６０は、第２層６２における－Ｙ側の側面を閉塞する側板６２ｄ及び側板６２ｅを備える。収容ユニット６０は、第２層６２における中央付近に、＋Ｘ側を閉塞する側板６２ｆを備える。

側板６２ｂは、窓６２ｂｗを備える。窓６２ｂｗは、例えば、ガラス板により閉塞される。側板６２ｂが窓６２ｂｗを備えることにより、内部に設けられる制御ユニット３０の表示等を見ることができる。

側板６２ｃは、開口６２ｃｈを有する。開口６２ｃｈに、ガラリが設けられる。なお、側板６２ｆも開口を有する。

収容ユニット６０は、第２層６２において、制御ユニット３０側の側面が側板によって、すべて囲まれている。収容ユニット６０は、第２層６２において、制御ユニット３０側の上面及び下面が仕切られている。言い換えると、制御ユニット３０は、第２層６２において外部から仕切られた空間ＳＰ２に収納される。言い換えると、制御ユニット３０は、周囲が仕切られた空間ＳＰ２に配置される。制御ユニット３０が仕切られた空間ＳＰ２に収納されることにより、制御ユニット３０に燃料ガス（水素）が流入することを抑制できる。制御ユニット３０に燃料ガス（水素）が流入することを抑制することにより、爆発する危険性を下げることができる。なお、開口６２ｃｈと側板６２ｆに形成される開口により、制御ユニット３０の部分も換気可能になっている。開口６２ｃｈと側板６２ｆに形成される開口は、上側に設けられることにより、高温の空気を排出するとともに、軽い水素が空間ＳＰ２に溜まることを抑制できる。

一方、収容ユニット６０は、第２層６２において、換気ユニット４０が設置されている部分の＋Ｙ側の側面及び－Ｙ側の側面が開放されている。また、収容ユニット６０は、第２層６２において、換気ユニット４０が設置されている部分の＋Ｚ側の上面が開放されている。

収容ユニット６０は、第３層６３において、全ての側面が開放されている。また、収容ユニット６０は、第３層６３において、上面が開放されている。収容ユニット６０は、第３層６３において、換気ユニット４０側の底面が開放されている。すなわち、収容ユニット６０は、換気ユニット４０側において、第２層６２と第３層６３との間は、気体が通流可能に構成される。第３層６３において、換気ユニット４０側の底面が開放されていることにより、ファン５２ａ及びファン５２ｂのそれぞれによって発生する気流により、第２層６２から第３層６３を抜けて外部に空気が流れる。第３層６３は、例えば、フレーム６０ｆにより構成される。

例えば、港湾等において用いられる移動型トランスファークレーンにおいて、電動化が進められている。移動型トランスファークレーンにおける電力源として、燃料電池システムを適用できる。

一方、クレーン用発電機システムは、限られたスペースでの設置が必要である。また、燃料電池システムを用いる場合、水素漏洩時に排出される濃度には規制がある。さらに、燃料電池システムを用いる場合、電気部品は、出来る限り爆発の危険がない安全な場所に設置することが望まれる。

第１実施形態に係る燃料電池システムによれば、階層構造を有する収容ユニットを備えることにより、設置に必要な面積を低減できる。また、第１実施形態に係る燃料電池システムによれば、収容ユニットにより、燃料電池ユニット、制御ユニット及び冷却ユニットを一体構造にできる。

また、第１実施形態に係る燃料電池システムによれば、収容ユニットにおける第２層に制御ユニットを配置し、第１層に配置される燃料電池ユニットと仕切ることにより、燃料ガス（水素）が制御ユニットに流入することを抑制できる。第１実施形態に係る燃料電池システムによれば、燃料ガス（水素）が制御ユニットに流入することを抑制することにより、電気部品により燃料ガス（水素）が爆発することを防止できる。

さらに、第１実施形態に係る燃料電池システムによれば、燃料電池ユニット及び補機ユニットと、制御ユニットと、を別の層に設置することにより、燃料電池ユニット及び補機ユニットが設置される空間を広くして、デッドスペースを削減できる。

また、第１実施形態に係る燃料電池システムによれば、収容ユニットにおける最上段である第３層に冷却ユニットを備えることにより、冷却ユニットにおけるファンの換気効果を促進できる。

＜第１実施形態に係る燃料電池システムの変形例＞
第１実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム１において、側板６０ａは、第１層６１から第２層６２にわたって設けられていたが、第１層６１を覆うように設けてもよい。

図７は、第１実施形態に係る燃料電池システムの第１変形例の一例である燃料電池システム１Ａの左側面図である。

燃料電池システム１Ａは、燃料電池システム１における側板６０ａに換えて、側板１６０ａを備える。側板１６０ａは、第１層６１における＋Ｘ側の側面を閉塞する。一方、第２層６２における＋Ｘ側は開放されている。したがって、燃料電池システム１Ａによれば、第２層６２における＋Ｘ側から、換気ユニット４０から排出される排気を外部に排出できる。

≪第２実施形態≫
第２実施形態に係る燃料電池システムとして、燃料電池ユニットと制御ユニットを、下から順に第１層、第２層の階層構造とする構成について説明する。図８は、第２実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム２の正面図である。

燃料電池システム２における収容ユニット１６０は、下から順に第１層１６１、第２層１６２の階層構造を有する。燃料電池システム２は、第１層１６１に、燃料電池ユニット１０及び制御ユニット３０を備える。そして、燃料電池システム２は、第２層１６２に、冷却ユニット５０を備える。

第２実施形態に係る燃料電池システムによれば、高さを低くできる。

≪第３実施形態≫
第３実施形態に係る燃料電池システムとして、燃料電池ユニットと制御ユニットを、下から順に第１層、第２層の階層構造とする構成について説明する。図９は、第３実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム３の上面図である。

燃料電池システム３における収容ユニット２６０は、下から順に第１層、第２層２６２の階層構造を有する。燃料電池システム３は、第１層に燃料電池ユニット１０を備える。そして、燃料電池システム３は、第２層２６２に制御ユニット３０を備える。さらに、燃料電池システム３は、収容ユニット２６０の側面に冷却ユニット５０を備える。言い換えると、冷却ユニット５０は、収容ユニット２６０の側面に配置される。別の観点から述べると、燃料電池システム３において、冷却ユニット５０は、収容ユニット２６０の横に配置される。

冷却ユニット５０は、収容ユニット２６０に隣接していてよいし、間隔を開けて配置されてもよい。なお、図９は、冷却ユニット５０の配置の例を示す図であって、冷却ユニット５０が配置される場所は、図９に限らない。

第３実施形態に係る燃料電池システムによれば、高さを低くできる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

１、１Ａ、２、３ 燃料電池システム
１０ 燃料電池ユニット
１１ 燃料電池セル
２０ 補機ユニット
３０ 制御ユニット
４０ 換気ユニット
５０ 冷却ユニット
６０、１６０、２６０ 収容ユニット
６１、１６１ 第１層
６２、１６２、２６２ 第２層
６３ 第３層
６０ａ、１６０ａ 側板
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ、６１ｆ、６１ｇ、６１ｈ、６１ｉ、６１ｊ 側板
６１ａｈ、６１ｂｈ、６１ｃｈ、６１ｄｈ、６１ｅｈ、６１ｆｈ、６１ｇｈ、６１ｈｈ、６１ｉｈ、６１ｊｈ 開口
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ、６２ｆ 側板

Claims (11)

1. 燃料電池セルを含む燃料電池ユニットと、
   前記燃料電池ユニットを制御する制御ユニットと、
   前記燃料電池ユニットを冷却する冷却ユニットと、
   少なくとも下から順に第１層、第２層及び第３層を有する階層構造を有し、前記第１層に前記燃料電池ユニットを収容し、前記第２層に前記制御ユニットを収容し、前記第３層に前記冷却ユニットを収容する収容ユニットと、
   を備え、
   前記第２層に、前記第１層の換気を行う換気ユニットを備え、
   前記第２層における前記換気ユニットの周囲が開放されている、
   燃料電池システム。
2. 前記第１層に、前記燃料電池ユニットに接続する補機ユニットを備え、
   前記換気ユニットは、前記補機ユニットの側の上部に設けられる、
   請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記換気ユニットは、上部に傘部を備える、
   請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 前記換気ユニットから、前記燃料電池ユニットから排出される排気ガスが排気される、
   請求項１に記載の燃料電池システム。
5. 前記第１層は、側面を覆う側板を備える、
   請求項１に記載の燃料電池システム。
6. 前記側板に吸気口を有する、
   請求項５に記載の燃料電池システム。
7. 前記側板の下側に、吸気口を有する、
   請求項５に記載の燃料電池システム。
8. 前記換気ユニットから最も離れた側面に設けられる前記側板に、吸気口を有する、
   請求項５に記載の燃料電池システム。
9. 前記制御ユニットは周囲を仕切られた空間に配置される、
   請求項１に記載の燃料電池システム。
10. 前記第２層と前記第３層との間は、気体が通流可能に構成される、
    請求項１に記載の燃料電池システム。
11. 前記冷却ユニットは、ファンを備え、前記ファンによって、前記第２層から前記第３層を抜けて外部に空気が流れる、
    請求項１０に記載の燃料電池システム。

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