JPWO2012128368A1 - 燃料電池モジュール - Google Patents

Abstract

燃料電池モジュールは、改質ガスを用いて発電を行うセルスタックを内部に少なくとも含むモジュール本体と、モジュール本体を取り囲むように設けられた断熱材と、気密構造を有し、モジュール本体及び断熱材を収容する筐体と、を備えている。

Description

本発明は、燃料電池モジュールに関する。

従来、燃料電池モジュールとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。このような燃料電池モジュールは、水素含有燃料を用いて改質ガスを発生させる改質器と、改質ガスを用いて発電を行うセルスタックと、を少なくとも備え、これらがモジュール化されてモジュール本体として構成されている。

特開２０１０−１４０７５０号公報

ここで、上述したような燃焼電池モジュールのモジュール本体内においては、改質ガスが二酸化炭素や水蒸気に変換された後、セルスタックに供給された空気のうちセルスタックで消費されなかった空気と燃焼反応し、それでも反応しなかった微量の一酸化炭素、水素及びメタン等のガスが存在する。よって、これらのガスがモジュール本体から外部へ流出するのを防止するため、通常、モジュール本体における配管や配線の貫通箇所にシール材等が設けられ、これにより、モジュール本体が気密構造とされている。しかし、モジュール本体はその全体が高温にさらされることから、膨張黒鉛等からなる耐熱性の優れた高価なガスケット等をシール材として用いる必要があり、燃料電池モジュールが高コスト化してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、外部へのガスの流出を確実に防止しつつ低コスト化を実現可能な燃料電池モジュールを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の一側面に係る燃料電池モジュールは、水素含有燃料を用いて改質ガスを発生させる改質器、及び改質ガスを用いて発電を行うセルスタックを内部に少なくとも含むモジュール本体と、モジュール本体を取り囲むように設けられた断熱材と、気密構造を有し、モジュール本体及び断熱材を収容する筐体と、を備えている。

この燃料電池モジュールでは、気密構造を有する筐体にモジュール本体が収容されている。そのため、モジュール本体からガスが漏洩したとしても、当該ガスが外部へ流出するのを筐体によって確実に防止することができる。その結果、モジュール本体が気密構造を有する必要がなくなり、モジュール本体に設けられる耐熱性の優れた高価なシール材等が不要となる。そして、筐体の温度がモジュール本体の温度に比べて低くなるため、フッ素ゴム等からなる安価な常温仕様のシール材等により筐体の気密構造を確保することができる。従って、外部へのガスの流出を確実に防止しつつ低コスト化を実現可能となる。

第１実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。 第２実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。 図２の燃料電池モジュールにおける排気部を示す拡大図である。 図２の燃料電池モジュールにおける制御の一例を示すフローチャートである。 図２の燃料電池モジュールにおける排気部の変形例を示す拡大図である。 図５の排気部を備えた燃料電池モジュールにおける制御の一例を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。 第４実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。 第５実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。図１に示すように、本実施形態の燃料電池モジュール１は、改質器２、セルスタック３、燃焼部４及び水気化器５を、少なくとも内部に含むモジュール本体１０を備えている。このモジュール本体１０は、改質器２、セルスタック３、燃焼部４及び水気化器５を、直方体状を呈する金属製の箱体１０ａに収容してモジュール化している。

モジュール本体１０は、水素含有燃料及び酸化剤を用いて、セルスタック３にて発電を行う。モジュール本体１０におけるセルスタック３の種類は特に限定されず、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ：PhosphoricAcid
Fuel Cell）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ：Molten Carbonate Fuel Cell）、及び、その他の種類を採用することができる。

水素含有燃料として、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料として、分子中に炭素と水素とを含む化合物（酸素等、他の元素を含んでいてもよい）若しくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料として、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のものを適宜用いることができる。具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。

なお、アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。酸化剤として、例えば、空気、純酸素ガス（通常の除去手法で除去が困難な不純物を含んでもよい）、酸素富化空気が用いられる。

改質器２は、供給される水素含有燃料から水素リッチガス（水素含有ガス）としての改質ガスを発生させる。改質器２は、改質触媒を用いた改質反応により、水素含有燃料を改質して改質ガスを発生させる。改質器２での改質方式は、特に限定されず、例えば、水蒸気改質、部分酸化改質、自己熱改質、その他の改質方式を採用できる。なお、改質器２は、セルスタック３に要求される水素リッチガスの性状によって、改質触媒により改質する改質器の他に性状を調整するための構成を有する場合もある。例えば、セルスタック３のタイプが固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）やリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）であった場合、改質器２は、水素リッチガス中の一酸化炭素を除去するための構成（例えば、シフト反応部、選択酸化反応部）を有する。改質器２は、改質ガスをセルスタック３へ供給する。

セルスタック３は、改質器２からの改質ガス及び酸化剤を用いて発電を行う。セルスタック３のタイプが固体酸化物形燃料電池である場合、このセルスタック３は、発電に用いられなかった改質ガス及び酸化剤をオフガスとして、燃焼部４へ供給する。

燃焼部４は、セルスタック３から供給されるオフガスを燃焼させ、改質器２及び水気化器５を加熱する。この燃焼部４は、セルスタック３の上部に位置している。燃焼部４の燃焼で発生した排ガスは、排ガス配管４ａを介して筐体７外へ排気される。排ガス配管４ａには、燃焼触媒４ｂが設けられており、これにより、排気される排ガスが当該燃焼触媒４ｂにより燃焼処理される。

水気化器５は、供給される水を加熱し気化させ、改質器２に供給される水蒸気を生成する。水気化器５は、生成した水蒸気を改質器２へ供給する。この水気化器５における水の加熱は、例えば、改質器２の熱、燃焼部４の熱、あるいは排ガスの熱を回収する等、燃料電池モジュール１内で発生した熱を用いることができる。本実施形態では、水気化器５は、燃焼部４の上方側に配置されている。

このようなモジュール本体１０には、貫通配管１１が接続されており、貫通配管１１を介して改質器２に水素含有燃料が供給される。これと共に、貫通配管１２が接続されており、貫通配管１２を介して水気化器５に水が供給される。また、モジュール本体１０には、貫通配線１３が接続されており、貫通配線１３を介してモジュール本体１０が外部と電気的に接続される。

なお、このモジュール本体１０において少なくとも貫通配管１１，１２、貫通配線１３及び排ガス配管４ａの貫通部分には、高温耐性はあるが気密性の低いガスケット等が設けられてこれらが保持及び固定されている。つまり、モジュール本体１０は、気密構造を有していない。なお、ここでの気密構造とは、気体の流入は専用の気体流入路から行われると共に、気体の排出は専用の気体排出路からのみ行われ、部品連結部の隙間や溶接箇所の隙間等からの気体の流出入を許容しない構造を意味する。

ここで、本実施形態の燃料電池モジュール１は、断熱材６と、筐体７と、制御装置（制御部）８と、を備えている。断熱材６は、モジュール本体１０を取り囲むように設けられており、モジュール本体１０を熱的に密閉している。断熱材６としては、その材質や仕様は限定されず、種々のものを使用することができる。

筐体７は、直方体状を呈する金属製の箱体とされ、断熱材６で囲まれたモジュール本体１０を収容（内包）する。この筐体７において少なくとも貫通配管１１，１２、貫通配線１３及び排ガス配管４ａとの貫通部分には、シール材９が設けられ、これにより、筐体７内が封止されて気密化されている。すなわち、筐体７は、外部に対する気密構造を有している。シール材９としては、常温（低温）で使用される常温仕様のシール材を用いることができ、ここでは、例えばフッ素ゴム等からなるものが用いられている。

この筐体７には、排気部２１及び吸気部２２が設けられている。排気部２１は、モジュール本体１０から漏洩する一酸化炭素、水素又はメタン等の漏洩ガス（以下、単に「漏洩ガス」という）を外部へ排気する。この排気部２１は、ガス処理部２３、温度検出部２４及びヒータ（加熱部）２５を有している。

ガス処理部２３は、燃焼触媒２３ａを用いて漏洩ガスを燃焼処理して除去する。温度検出部２４は、排気部２１において燃焼触媒２３ａよりも上流側及び下流側にそれぞれ設けられた一対の熱電対で構成されている。この温度検出部２４は、一対の熱電対で検知した各温度の差に基づいて燃焼触媒２３ａの温度を検出し、燃焼触媒２３ａの状況を把握する。この温度検出部２４は、制御装置８に接続されており、検出した燃焼触媒２３ａの温度を制御装置８へ出力する。ヒータ２５は、燃焼触媒２３ａを加熱するものである。このヒータ２５は、制御装置８に接続されており、その動作が制御装置８で制御される。

吸気部２２は、外部から筐体７内へ空気を流入させる。吸気部２２には、モジュール本体１０と筐体７との間にて吸気部２２から排気部２１に向けて空気が流通するよう送気するブロア（送気部）２６が接続されている。ブロア２６は、制御装置８に接続されており、その動作が制御装置８で制御される。

このような排気部２１及び吸気部２２は、筐体７において互いに最も離隔するよう設けられている。ここでは、排気部２１は、筐体７の上部の左右方向一方側（図中の左上）に位置し、吸気部２２は、筐体７の底部の左右方向他方側（図中の右下）に位置している。

制御装置８は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を含むＥＣＵ（ElectronicControl Unit）で構成されている。制御装置８は、温度検出部２４、ヒータ２５及びブロア２６に接続されている。この制御装置８は、温度検出部２４で検出された燃焼触媒２３ａの温度に基づいてヒータ２５の動作を制御する（詳しくは後述）。また、制御装置８は、ブロアの動作を制御すると共にブロア２６の健全性を監視する。

以上、本実施形態の燃料電池モジュール１では、気密構造を有する筐体７にモジュール本体１０が収容されている。そのため、モジュール本体１０から漏洩ガスが漏洩したとしても、当該漏洩ガスが外部へ流出するのを筐体７によって確実に防止することができる。

その結果、モジュール本体１０が気密構造を有する必要がなくなり、モジュール本体１０に設けられる高価なシール材等が不要となる。よって、例えば上記のように、貫通配管１１，１２、貫通配線１３及び排ガス配管４ａとの貫通部分には、高温耐性はあるが気密性の低いガスケット等を設ければ足りることとなる。さらには、当該貫通部分にスタフィングボックスを設けたり、モジュール本体１０の開口部をフランジ構造としたり等してモジュール本体１０を気密構造にすることも要されず、また、モジュール本体１０の気密性を検査する検査工程も不要となる。

そして、筐体７内では、モジュール本体１０の周囲温度が断熱材６により低下し、セルスタック３が固体酸化物形燃料電池の場合、モジュール本体１０の温度（例えば、外表面温度７００℃〜８００℃）に比べて筐体７の温度が低温（例えば、外表面温度７０℃〜８０℃）となる。そのため、上記のようにフッ素ゴム等からなる安価な常温仕様のシール材９等により、筐体７の気密構造を容易に確保することができる。従って、本実施形態によれば、外部への漏洩ガスの流出を確実に防止しつつ低コスト化を実現することが可能となる。

また、本実施形態では、上述したように、筐体７に排気部２１が設けられており、この排気部２１は燃焼触媒２３ａを用いて漏洩ガスを処理するガス処理部２３を有している。よって、モジュール本体１０からの漏洩ガスを安全に処理して筐体７外へ排気することができる。さらには、漏洩ガスにより筐体７の内圧が高まり過ぎたり、筐体７内に熱が籠もったりするのを抑制することが可能となる。なお、ガス処理部２３で処理され排気部２１から排気されたガスについては、排ガス配管４ａに合流させてもよいし、そのまま外部へ排気してもよい。

また、本実施形態では、温度検出部２４で検出した燃焼触媒２３ａの温度が、漏洩ガスの燃焼処理に好適な所定温度（例えば８０℃以上）以上となるようヒータ２５の動作が制御装置８で制御される。よって、例えば起動時において、制御装置８によりヒータ２５の動作をＯＮとして燃焼触媒２３ａを加熱し、燃焼触媒２３ａの温度を確実に所定温度以上とすることができる。また、例えば通常運転時において、燃焼触媒２３ａの温度が所定温度よりも低下したとき、制御装置８によりヒータ２５の動作をＯＮとして燃焼触媒２３ａをアシスト加熱することもできる。従って、本実施形態によれば、ガス処理部２３にて漏洩ガスの処理を好適に行うことが可能となる。

また、本実施形態では、上述したように、筐体７に吸気部２２が設けられ、この吸気部２２にブロア２６が設けられている。そのため、制御装置８によりブロア２６を作動させ、外部から空気を筐体７内へ圧送することで、筐体７内にて吸気部２２から排気部２１に向けた強制的な空気流れを形成することができる。その結果、モジュール本体１０からの漏洩ガスを対流させずに安全に処理することが可能となる。

また、制御装置８によりブロア２６の健全性を監視する（つまり、動作判定を行う）ことで、筐体７内全体が意図した性能を発揮しているか（つまり、意図した状態となっているか）を判断することが可能となる。

なお、本実施形態では、制御装置８により、燃焼触媒２３ａの温度に基づいてブロア２６の動作を制御してもよい。また、本実施形態では、温度検出部２４によって検出された燃焼触媒２３ａの下流側の温度が上流側の温度よりも高い温度状態のとき、燃焼触媒２３ａを正常と判定できる一方、それ以外の温度状態のとき、燃焼触媒２３ａに異常が生じていると判定できる。

ちなみに、燃料電池モジュール１を停止する際には、制御装置８によりヒータ２５が停止される一方でブロア２６は引き続き作動され、そして、燃焼触媒２３ａが十分に冷却された所定時間経過後にブロア２６が停止される。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第１実施形態と異なる点について主に説明する。

図２は、第２実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図であり、図３は、図２の燃料電池モジュールの排気部を示す拡大図である。図２に示すように、本実施形態における燃料電池モジュール２００のモジュール本体１０は、セルスタック等を含む発電ユニット２０１を収容している。発電ユニット２０１には、その動作を制御するＰＣＳ（Power
Conditioning System，パワーコンディショナ）２０２が接続されている。

モジュール本体１０内には、配管２０３により外部から空気が供給される。モジュール本体１０に供給された空気は、当該モジュール本体１０内に流通されると共に、その少なくとも一部が発電ユニット２０１のカソード空気（酸化剤）として用いられる。配管２０３には、モジュール本体１０側へ空気を送気するブロア２０５が設けられている。

排ガス配管４ａにおいて燃焼触媒４ｂの下流側には、熱交換器２０７が設けられている。熱交換器２０７では、図示しない熱媒体が循環しており、排ガス配管４ａを流通するガスと熱媒体との間で熱交換を行う。排ガスが熱交換器２０７で冷却されると、この排ガスに含まれていた水分が凝縮し、当該凝縮した水分が改質水として改質水タンク２０９に貯められる。改質水タンク２０９に貯められた改質水は、貫通配管１２を介して水気化器５へ供給される。この燃料電池モジュール２００は、上述の各機器を収容する外ケース２１１を備えており、外ケース２１１は、燃料電池モジュール２００の外囲を構成する。

図３に示すように、排気部２１の燃焼触媒２３ａには、温度センサ２１３が設けられている。温度センサ２１３は、検出した温度Ｔを制御装置８へ出力する。なお、温度センサ２１３の配置位置は限定されず、図示するように、温度センサ２１３は、排気部２１の排気配管２１５内において燃焼触媒２３ａの下流側に設けられた温度センサ２１３ａとしてもよいし、燃焼触媒２３ａの上流側に設けられた温度センサ２１３ｂとしてもよいし、排気配管２１５の外壁面に設けられた温度センサ２１３ｃとしてもよい。また、温度センサ２１３は、筐体７における外壁面に設けられた温度センサ２１３ｄ又は内壁面に設けられた温度センサ２１３ｅとしてもよいし、筐体７の内部空間（例えば、断熱材６の外表面）に設けられた温度センサ２１３ｆとしてもよい。

制御装置８は、温度センサ２１３で検出した温度が最大温度（所定温度）Ｔｍａｘを超えた場合（つまり、燃焼触媒２３ａの温度が最大温度を超えた場合）、燃料電池モジュール２００を停止させる。また、制御装置８は、温度センサ２１３で検出した温度に基づいて、ブロア２６の出力を段階的に増減させる。

このように構成された本実施形態では、図４に示すように、温度センサ２１３により温度Ｔが取得された後、制御装置８により温度Ｔが最大温度Ｔｍａｘ以下であるか否か判定される（Ｓ１，Ｓ２）。温度Ｔが最大温度Ｔｍａｘ以下の場合、ブロア２６出力が最小のときには上記Ｓ１へそのまま移行される一方、ブロア２６出力が最小でないときには、制御装置８によりブロア２６の出力が段階的に減少させられ、上記Ｓ１へ移行される（Ｓ３，Ｓ４）。

他方、温度Ｔが最大温度Ｔｍａｘよりも大きい場合、ブロア２６出力が最大のときには燃料電池モジュール２００が停止される一方、ブロア２６出力が最大でないときには、制御装置８によりブロア２６の出力が段階的に増大させられ、上記Ｓ１へ移行される（Ｓ５，Ｓ６．Ｓ７）。

以上、本実施形態でも、上記実施形態と同様な効果が奏される。また、本実施形態では、燃焼触媒２３ａが最大温度Ｔｍａｘを超えたとき、未燃ガスの漏出が多いと判断され、システム異常として燃料電池モジュール２００が停止されることになる。よって、システム異常に好適に対応することができる。

なお、例えば、最大温度Ｔｍａｘをシール材９の耐熱温度に基づき設定する場合には、温度Ｔが最大温度Ｔｍａｘを超えたときに燃料電池モジュール２００を停止することにより、シール材９の損傷を好適に抑制できる。

また、本実施形態の制御装置８は、発電ユニット２０１の発電量に応じてブロア２６，２０５を制御してもよく、この場合、発電量とブロア２６，２０５の出力との関係をテーブル化して制御装置８に格納すればよい。例えば、このような発電量に応じた制御としては、発電量が大きい場合に発熱量が多いとしてブロア２６の出力を増大する制御、及び、発電量が大きい場合に必要カソード空気量が増加するとしてブロア２０５の出力を増大する制御等が挙げられる。

図５は、図２の燃料電池モジュールにおける排気部の変形例を示す拡大図である。図５に示すように、排気部２１では、燃焼触媒２３ａに第１温度センサ２２３が設けられ、燃焼触媒２３ａの上流側に第２温度センサ２２４が設けられていてもよい。第１及び第２温度センサ２２３，２２４それぞれは、検出した温度Ｔ１，Ｔ２を制御装置８へそれぞれ出力する。

これら第１及び第２温度センサ２２３，２２４の配置位置は限定されず、図示するように、第１温度センサ２２３は、排気部２１の排気配管２１５内において燃焼触媒２３ａの下流側に設けられた温度センサ２２３ａとしてもよいし、排気配管２１５の外壁面に設けられた温度センサ２２３ｂとしてもよい。また、第２温度センサ２２４は、筐体７における外壁面に設けられた温度センサ２２４ａとしてもよいし、筐体７の内部空間に設けられた温度センサ２２４ｂとしてもよい。

この変形例では、図６（ａ）に示すように、第１温度センサ２２３により温度Ｔ１が、又は、第２温度センサ２２４により温度Ｔ２が検出された後、制御装置８により温度Ｔ１又は温度Ｔ２が最大温度Ｔｍａｘ以下であるか判定される（Ｓ１１，Ｓ１２）。温度Ｔ１又は温度Ｔ２が最大温度Ｔｍａｘ以下の場合、上記Ｓ１１へ移行される一方、温度Ｔ１又は温度Ｔ２が最大温度Ｔｍａｘよりも大きい場合、燃料電池モジュール２００が停止される（Ｓ１３）。これにより、燃焼触媒２３ａ内部又は下流の温度が最大温度Ｔｍａｘを超えたときに漏洩過剰と判断してシステムを停止させることができる。

あるいは、図６（ｂ）に示すように、第１温度センサ２２３により温度Ｔ１が、及び、第２温度センサ２２４により温度Ｔ２が検出された後、制御装置８により、温度Ｔ２から温度Ｔ１を減算した減算値が最大差分温度Ｔｄｍａｘ以下であるか判定される（Ｓ２１，Ｓ２２）。当該減算値が最大差分温度Ｔｄｍａｘ以下の場合、上記Ｓ２１へ移行される一方、当該減算値が最大差分温度Ｔｄｍａｘよりも大きい場合、燃料電池モジュール２００が停止される（Ｓ２３）。これにより、燃焼触媒２３ａ内部又は下流の温度と、燃焼触媒２３ａの上流との温度差が最大差分温度Ｔｄｍａｘを超えたときにシステムを停止させることができる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第２実施形態と異なる点について主に説明する。

図７は、第３実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。図７に示すように、本実施形態の燃料電池モジュール３００が上記第２実施形態と異なる点は、配管２０３及びブロア２０５（図２参照）を備えず、排気配管２１５の下流側がモジュール本体１０に接続されている点である。このような本実施形態でも、上記実施形態と同様な効果が奏される。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第３実施形態と異なる点について主に説明する。

図８は、第４実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。図８に示すように、本実施形態の燃料電池モジュール４００が上記第３実施形態と異なる点は、ガス（空気を含む）を外部へ排気する配管４０１と、配管４０１の上流側に設けられた流量制御弁４０３と、を備えた点である。配管４０１は、排気配管２１５においてモジュール本体１０よりも上流側の分岐部４０５に接続されている。

このような本実施形態でも、上記実施形態と同様な効果が奏される。また、本実施形態では、ブロア２６により送気されて流通される空気がモジュール本体１０で利用するカソード空気に対して多い場合、制御装置８により流量制御弁４０３が制御されて開状態とされ、これにより、余剰空気が外部へ排気される。

［第５実施形態］
次に、第５実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第３実施形態と異なる点について主に説明する。

図９は、第５実施形態に係る燃料電池モジュールを示す概略ブロック図である。図９に示すように、本実施形態の燃料電池モジュール５００が上記第３実施形態と異なる点は、空気を外部から流入させる配管５０１と、配管５０１上に設けられた補助ブロア５０３と、を備えた点である。配管５０１は、排気配管２１５においてモジュール本体１０よりも上流側の分岐部５０５に接続されている。

このような本実施形態でも、上記実施形態と同様な効果が奏される。また、本実施形態では、ブロア２６により送気されて流通される空気がモジュール本体１０で利用するカソード空気に対して不足する場合、制御装置８により補助ブロア５０３が制御され、補助ブロア５０３によっても空気が配管５０１を介してモジュール本体１０へ供給され、これにより、当該不足空気が補われる。

以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、図２、図７、図８及び図９は、筐体７の上部から酸化剤が導入され、下部から排ガスが導出されるようになっているが、これに限らない。断熱材６の内部において任意に酸化剤導入流路及び排ガス導出流路を形成してもよい。

また、図１、図２、図７、図８及び図９は、ブロア２６から送気される空気が筐体７の右側面下部から導入され、上面左隅から導出されるようになっているが、これに限らない。筐体７における空気の導入口及び導出口は、空気が著しく滞留することなく断熱材６の周囲を流通するように設けられていればよい。例えば、導入口を筐体７の底壁部中央に設け、導出口を筐体７の上壁部中央に設けてもよい。あるいは、導入口を筐体の側壁面上方に設け、導出口を導入口が設けられた面に対向する側壁面下部に設けてもよい。

また、水気化器５の配置位置は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、モジュール本体１０内の底部の排ガス流路に水気化器５が配置され、排ガスの熱が水気化器５で回収される構成としてもよい。

また、上記実施形態では、燃焼触媒２３ａの上流側及び下流側に設けられた一対の熱電対で温度検出部２４が構成されているが、温度検出部２４は、燃焼触媒２３ａの温度を直接検出するように当該燃焼触媒２３ａに直接設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、排気部２１及び吸気部２２が筐体７にそれぞれ１つずつ設けられているが、これらは２つ以上筐体７設けられてもよく、少なくとも１つ筐体７に設けられていればよい。また、場合によっては、吸気部２２が筐体７に設けられない構成や、排気部２１及び吸気部２２が筐体７に設けられない構成としてもよい。

また、上記実施形態では、吸気部２２にブロア２６が設けられているが、ブロア２６に代えてファンを用いてもよく、空気を送気できるものであれば種々のものを用いることができる。また、ブロア２６の配置位置は限定されず、吸気部２２から排気部２１に向けて外部から空気を流通させ得る位置に配置されればよい。

また、上記実施形態では、筐体７内又は排気部２１における燃焼触媒２３ａの上流側に漏洩ガスを検知するガスセンサを設け、当該ガスセンサで漏洩ガスが検知されたときに、燃焼触媒２３ａが所定温度以上となるように制御装置８によりヒータ２５をＯＮにして燃焼触媒２３ａを加熱してもよい。また、燃焼触媒２３ａ及びヒータ２５は備えなくてもよい。

また、上記実施形態では、水素含有燃料として、純水素や水素富化ガス等の改質が不要なガスを供給することもできる。この場合、改質器２及び水気化器５等は省略可能となる。

本発明によれば、外部へのガスの流出を確実に防止しつつ低コスト化を実現することが可能となる。

１…燃料電池モジュール、２…改質器、３…セルスタック、６…断熱材、７…筐体、８…制御装置（第１〜第５制御部）、１０…モジュール本体、２１…排気部、２２…吸気部、２３…ガス処理部、２３ａ…燃焼触媒、２４…温度検出部、２５…ヒータ（加熱部）、２６…ブロア（送気部）、２１３…温度センサ、２２４…第１温度センサ（温度センサ）、２２４…第２温度センサ（温度センサ）、４０３…流量制御弁、５０３…補助ブロア（補助送気部）。

上記課題を解決するため、本発明の一側面に係る燃料電池システムは、改質ガスを用いて発電を行うセルスタックを内部に少なくとも含むモジュール本体と、モジュール本体を取り囲むように設けられた断熱材と、気密構造を有し、モジュール本体及び断熱材を収容する筐体と、筐体の内部に外部から空気を流入させるための吸気部と、吸気部で流入させる空気とともにモジュール本体からの漏洩ガスを筐体外へ排気するための排気部と、吸気部に設けられ、モジュール本体と筐体との間において吸気部から排気部に向けて空気が流通するように、当該空気を送気する送気部と、少なくとも送気部の出力を制御する制御装置と、を備えている。

また、本実施形態では、上述したように、筐体７に吸気部２２が設けられ、この吸気部２２にブロア２６が設けられている。そのため、制御装置８によりブロア２６を作動させ、外部から空気を筐体７内へ圧送することで、筐体７内にて吸気部２２から排気部２１に向けた強制的な空気流れを形成することができる。その結果、モジュール本体１０からの漏洩ガスを滞留させずに安全に処理することが可能となる。

Claims (14)

1. 改質ガスを用いて発電を行うセルスタックを内部に少なくとも含むモジュール本体と、
   前記モジュール本体を取り囲むように設けられた断熱材と、
   気密構造を有し、前記モジュール本体及び前記断熱材を収容する筐体と、を備えた燃料電池モジュール。
2. 前記筐体には、その内部に外部から空気を流入させるための吸気部と、前記モジュール本体からの漏洩ガスを前記筐体外へ排気するための排気部と、が設けられ、
   前記モジュール本体と前記筐体との間において前記吸気部から前記排気部に向けて前記空気が流通するように、当該空気を送気する送気部をさらに備えた請求項１記載の燃料電池モジュール。
3. 前記排気部は、燃焼触媒を用いて前記漏洩ガスを処理するガス処理部を有する請求項２記載の燃料電池モジュール。
4. 温度を検出する温度センサを備えた請求項３記載の燃料電池モジュール。
5. 前記温度センサは、前記空気の流路において前記燃焼触媒の上流側の温度を検出する請求項４記載の燃料電池モジュール。
6. 前記温度センサは、前記空気の流路において前記燃焼触媒の下流側の温度を検出する請求項４又は５記載の燃料電池モジュール。
7. 前記燃焼触媒の温度が所定温度を超えた場合に前記燃料電池モジュールを停止させる第１制御部を備えた請求項４〜６の何れか一項記載の燃料電池モジュール。
8. 前記温度センサで検出した温度が所定温度を超えた場合に前記燃料電池モジュールを停止させる第２制御部を備えた請求項４〜７の何れか一項記載の燃料電池モジュール。
9. 前記温度センサで検出した温度に基づいて、前記送気部の出力を段階的に増減させる第３制御部を備えた請求項４〜８の何れか一項記載の燃料電池モジュール。
10. 前記燃焼触媒の温度を検出するための温度検出部と、
    前記燃焼触媒を加熱する加熱部と、を備え、
    前記温度検出部で検出した前記燃焼触媒の温度が所定温度以上となるように前記加熱部の動作を制御する第４制御部をさらに備えた請求項３〜９の何れか一項記載の燃料電池モジュール。
11. 発電量に応じて前記送気部の出力を制御する第５制御部を備えた請求項２〜１０の何れか一項記載の燃料電池モジュール。
12. 流通する前記空気の少なくとも一部を前記モジュール本体の酸化剤として利用する請求項１１記載の燃料電池モジュール。
13. 前記空気の流路において前記モジュール本体の上流側に設けられた流量制御弁を備え、
    前記流量制御弁は、前記送気部により送気する空気が前記モジュール本体で利用する空気に対して多い場合に、当該余剰空気を外部へ排気させる請求項１２記載の燃料電池モジュール。
14. 補助送気部を備え、
    前記補助送気部は、前記送気部により送気する空気が前記モジュール本体で利用する空気に対して不足する場合に、当該不足空気を補う請求項１２又は１３記載の燃料電池モジュール。

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