WO2019004032A1 - 燃料電池装置 - Google Patents

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WO2019004032A1
WO2019004032A1 PCT/JP2018/023531 JP2018023531W WO2019004032A1 WO 2019004032 A1 WO2019004032 A1 WO 2019004032A1 JP 2018023531 W JP2018023531 W JP 2018023531W WO 2019004032 A1 WO2019004032 A1 WO 2019004032A1
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fuel cell
cell module
shelf member
fuel
air
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裕希 小黒
晋太郎 柳内
智器 小柳
晋平 白石
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ダイニチ工業株式会社
京セラ株式会社
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell device.
  • a fuel is formed by storing, in a storage container, a cell stack in which a plurality of fuel cells that can obtain electric power using fuel gas (hydrogen-containing gas) and air (oxygen-containing gas)
  • fuel gas hydrogen-containing gas
  • air oxygen-containing gas
  • Various fuel cell devices have been proposed in which a battery module and a fuel cell module are housed in an outer case.
  • a fuel cell device in addition to the fuel cell module, a heat exchanger, a power supply adjustment unit, a radiator, a water tank, a fuel pump for feeding fuel gas to the fuel cell module and air for the fuel cell module
  • auxiliary equipment such as blowers for feeding
  • the auxiliary unit is often disposed below the fuel cell module inside the outer case in order to reduce the influence of heat discharged from the fuel cell module (for example, Patent Document 1) reference).
  • a fuel cell module in which a fuel cell is stored in a storage container, a plurality of accessories for operating the fuel cell module, the fuel cell module and the accessories. And an outer case to be stored. At least one accessory of the plurality of accessories is an upper accessory disposed on the upper side of the fuel cell module, and further including a fan disposed on the upper side of the fuel cell module It is characterized by
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a fuel cell device of the present embodiment.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing an example of a fuel cell module.
  • the fuel cell device 1 includes a fuel cell module 2 configured to store the reformer 10 and the cell stack device 20 in a storage container (hereinafter sometimes referred to as a housing 24). Furthermore, the fuel cell device 1 includes a heat exchanger 31, a heat storage tank 32, a radiator 33, a condensed water tank 34, a power supply adjustment unit 35, a fuel supply device 41, and an air supply device 42 for operating the fuel cell module 2.
  • Etc. are housed in an exterior case (not shown) together with a plurality of auxiliary devices such as. It is not necessary to store all the above-mentioned devices in the outer case, and for example, the heat exchanger 31 and the heat storage tank 32 may be provided outside the outer case. In addition, a fuel cell device in which a part of the above-described device is omitted is also possible.
  • the reformer 10 is connected to a raw fuel supply pipe 100 for supplying a raw fuel and a water supply pipe 101 for supplying reforming water.
  • the raw fuel supply pipe 100 is provided with a fuel supply device 41 for supplying the raw fuel to the reformer 10.
  • the raw fuel and the reforming water undergo a reforming reaction in the heated reformer 10 to generate a reforming gas containing hydrogen.
  • the reformed gas generated by the reformer 10 is supplied to the cell stack device 20 through the reformed gas supply pipe 102.
  • the cell stack device 20 includes a cell stack 22 in which a large number of manifolds 21 and fuel cells 23 are connected.
  • the reformed gas supplied from the reformer 10 to the cell stack device 20 is supplied from the manifold 21 into the cell stack 22.
  • air which is an oxygen-containing gas is introduced from the air supply pipe 103 to the outside of the cell stack 22.
  • An air supply device 42 is connected to the air supply pipe 103, and the air supply device 42 supplies air to the cell stack device 20.
  • the reformed gas passes through the cell stack 22, it reacts with the air to generate power.
  • the reformed gas not used for power generation merges with the air not used for power generation at the top of the cell stack 22 and burns to generate high temperature exhaust gas.
  • the reformer 10 is heated by the heat generated by the combustion.
  • the electricity generated by the fuel cell module 2 is sent to the power supply adjustment unit 35, and can be used for power consumption and storage of electricity in a storage battery.
  • the reformer 10 and the cell stack device 20 have a high temperature, they are surrounded by a heat insulating material and housed in a housing 24 and disposed as a fuel cell module 2 in an outer case.
  • the fuel cell module 2 may be configured to include a heat insulating material.
  • the fuel cell module 2 can also be included including the frame which fixes a heat insulating material.
  • the housing 24 includes a housing body 24 a and a lid 24 b.
  • a heat exchanger 31 for processing the exhaust gas discharged from the cell stack device 20 is connected to the lid 24b.
  • the exhaust gas generated in the fuel cell module 2 is discharged from the cell stack device 20 and then supplied to the heat exchanger 31 through the exhaust gas flow path 104.
  • a circulation line 105 is connected to the heat exchanger 31, and heat exchange is performed between the medium introduced into the circulation line 105 and the exhaust gas. Water or the like can be used as the medium.
  • the exhaust gas is cooled and the medium is heated by the heat of the exhaust gas.
  • the exhaust gas is cooled and the water vapor contained in the exhaust gas is separated into water and gas. Gas is exhausted from the gas exhaust port to the outside through the exhaust passage 107. Water separated by cooling the exhaust gas is sent to the condensed water tank 34 through the condensed water recovery channel 106.
  • the condensed water tank 34 the water is purified through ion exchange and the like, and the purified water is introduced into the water supply pipe 101 and supplied to the reformer 10 as reforming water. Unwanted water is drained from the drain 109.
  • the medium circulates through the heat storage tank 32, the radiator 33 and the heat exchanger 31 in order.
  • a medium is stored in the heat storage tank 32.
  • the medium is sent from the heat storage tank 32 to the radiator 33 to be cooled and then sent to the heat exchanger 31.
  • the medium exchanges heat with the exhaust gas and is heated.
  • the medium whose temperature has risen is returned to the heat storage tank 32.
  • the heat storage tank 32 is provided with a hot water supply pipe 108 b for discharging warmed water and a water supply pipe 108 a for supplying cold water.
  • FIG. 3 is a plan view showing a fuel cell device which is an example of the present embodiment.
  • FIG. 4 is a side view showing a fuel cell device which is an example of the present embodiment. In order to show the inside of the fuel cell device, some parts such as an exterior case and piping are omitted.
  • FIG. 5 is a side view showing a fuel cell device which is an example of the present embodiment, and is a view showing a side opposite to the side shown in FIG.
  • a fuel cell module 2 is disposed in an exterior case 60.
  • the heat exchanger 31 is fixed to the lid 24 b of the fuel cell module 2 and disposed on the side surface of the fuel cell module 2.
  • the supplied power adjustment unit 35 and the heat storage tank 32 are arranged side by side in the longitudinal direction of the fuel cell module 2 as viewed from above.
  • the power supply adjustment unit 35 is a so-called power conditioner, and a wiring board and the like are accommodated in the case.
  • the fuel supply device 41 and the air supply device 42 are disposed on the upper side (hereinafter sometimes referred to as the upper side) of the rectangular fuel cell module 2, and these are referred to as upper auxiliary machines. It can be done.
  • the fuel supply device 41 and the air supply device 42 can be fixed to the shelf member 50.
  • the term "upper side” as used herein means that the upper side is above a virtual plane that bisects the casing 24 of the fuel cell module 2 vertically.
  • the shelf member 50 can be configured to include a shelf member main body 51, which will be described later, an air-based shelf member 52, a fuel-based shelf member 53, and an extension portion 54.
  • the upper accessory is not limited to the fuel supply device 41 and the air supply device 42, and can be set as appropriate. In particular, the upper accessory may be set in consideration of maintenance frequency and durability.
  • a fan 35 a is provided on the upper side of the fuel cell module 2.
  • the fan 35 a in the present embodiment is an exhaust fan that discharges the warm air in the supplied power adjusting unit 35 into the exterior case 60 outside the supplied power adjusting unit 35.
  • a fan 35a is disposed to exhaust air in the direction in which the accessory is disposed.
  • the air above the fuel cell module 2 can be prevented from staying by the fan 35 a on the upper side of the fuel cell module 2. Therefore, since the temperature rise on the upper side of the fuel cell module 2 can be suppressed, the influence of the heat on the upper accessory can be reduced and the decrease in the reliability of the upper accessory can be suppressed.
  • the air supply device 42 is configured such that the air introduced from the air intake port 42a is supplied to the fuel cell module 2 through the air filter 42b, through the blower 42c, and further through the air supply pipe 103. .
  • the air intake 42 a is disposed on the upper side of the fuel cell module 2. As a result, since the warm air raised upward can be taken into the air supply device 42, the fuel cell module 2 can be maintained at a high temperature, and the power generation efficiency of the fuel cell device 1 can be improved.
  • tube 103 can make the one part resin piping.
  • the air on the upper side can be moved by utilizing the exhaust fan of the power supply adjustment unit 35, it is not necessary to provide a dedicated fan for moving the air in the outer case 60, thereby reducing the cost. can do.
  • the fan 35a provided on the upper side is not limited to the exhaust fan of the power supply adjustment unit 35, and may be a fan that can generate an air flow around the upper accessory.
  • it may be a ventilation fan which is disposed in the upper outer case 60 and ventilates the air in the outer case 60.
  • the air intake port 42a of the air supply device 42 faces the fan 35a side.
  • “To face” means that the exhaust direction of the fan 35a and the direction taken in by the air intake 42a cross each other. With this configuration, the exhaust gas exhausted from the fan 35a can be taken into the air intake port 42a of the air supply device 42. That is, by taking warm air after cooling the supplied power adjusting unit 35 into the fuel cell module 2, the fuel cell module 2 can be maintained at high temperature, and the power generation efficiency of the fuel cell device 1 can be improved.
  • a shelf member 50 in which an upper accessory is disposed is provided inside the outer case 60 .
  • the shelf member 50 in the present embodiment is provided above the fuel cell module 2.
  • the shelf member 50 may be attached to a frame (not shown) that covers the housing 24 of the fuel cell module 2.
  • the shelf member 50 is provided with a space from immediately above the fuel cell module 2. That is, the space S is provided between the heat insulating material and the frame provided on the outer periphery of the casing 24 of the fuel cell module 2 and the shelf member 50.
  • the surface temperature of the casing 24 of the fuel cell module 2 is increased by the operation of the fuel cell module 2, but the space S between the fuel cell module 2 and the shelf member 50 transfers the casing 24 to the shelf member 50. You can reduce the heat. As a result, it is possible to suppress the decrease in the reliability of the accessories mounted on the shelf member 50 as well as the shelf member 50.
  • the airflow generated from the fan 35 a flows between the fuel cell module 2 and the shelf member 50 by the shelf member 50 toward the upper accessory above the shelf member 50.
  • the part (dividing part) which divides the air flow is a part to which the air flow from the fan 35a hits on the side surface of the shelf member 50, and may be, for example, a hole or a current plate.
  • the air flow from the fan 35 a is a part on the side surface of the shelf member 50 and functions as a flow dividing portion if the air flow is divided into the upper and lower sides of the shelf member 50. be able to.
  • a part of the edge portion of the shelf member 50 may be bent upward.
  • a hole may be provided on the top surface of the shelf member 50 as a diverting portion, and an air flow may be flowed into this hole.
  • FIG. 6A is a plan view showing an example of the shelf member main body of the fuel cell device of the present embodiment.
  • FIG. 6B is a plan view showing an example of the air-based shelf member and the fuel-based shelf member of the fuel cell device of the present embodiment.
  • FIG. 6C is a plan view showing an example of the air-based shelf member, the fuel-based shelf member, and the accessory of the fuel cell device of the present embodiment.
  • FIG. 6D is a plan view showing an example of the shelf member and the accessory of the fuel cell device of the present embodiment.
  • the shelf member 50 includes a shelf member main body 51, an air system shelf member 52, a fuel system shelf member 53, and an extension portion 54.
  • the air system shelf member 52 and the fuel system shelf member 53 are respectively provided from the shelf member main body 51 It is configured to be separable.
  • the air supply device 42 connected to the air supply pipe 103 such as the air filter 42b and the blower 42c, is mounted and fixed on the air system shelf member 52, and the fuel system shelf member 53 is mounted.
  • the fuel supply device 41 is mounted and fixed.
  • the air-based shelf member 52 and the fuel-based shelf member 53 on which the accessories are mounted are detachably fixed to the shelf member main body 51.
  • the shelf member main body 51 is detachably fixed to the fuel cell device 1.
  • the air supply device 42 of the air supply device 42 and the fuel supply device 41 is to be maintained, only the air system shelf member 52 is removed from the shelf member main body 51 to place the air system shelf member 52 on the air system shelf member 52
  • the air supply device 42 can be maintained.
  • the fuel supply device 41 mounted on the fuel system shelf member 53 can be maintained by removing only the fuel system shelf member 53 from the shelf member main body 51. .
  • the shelf member 50 is separable and at least a part thereof is detachably provided, only the auxiliary equipment for performing the maintenance work can be removed, so that the maintenance work efficiency can be further improved.
  • FIG. 7 is a partial side view showing an example of the fuel cell device of the present embodiment.
  • the air supply device 42 is mounted on the shelf member 50, and the air filter 42b provided with the air intake 42a on the shelf member 50.
  • the air that has passed through the air filter 42 b is supplied to a blower 42 c attached to an extension 54 that extends to the side of the fuel cell module 2.
  • One end of the extension portion 54 is fixed on the air-based shelf member 52.
  • the extending portion 54 extends downward along the side wall of the fuel cell module 2 and is bent in an L-shape to form a blower mounting portion 54 a at the other end of the extending portion 54.
  • the blower 42c is mounted on and fixed to the blower mounting portion 54a.
  • the air having passed through the blower 42 c is supplied to the cell stack device 20 via the air supply pipe 103.
  • the extension portion 54 may be obtained by bending a part of the shelf member 50.
  • an air supply pipe 103 whose one end is connected to the blower 42 c extends downward, and the other end of the fuel cell module 2 is connected to the lower side of the fuel cell module 2.
  • piping such as the circulation line 105 through which water and the like flow is provided avoiding the upper side of the fuel cell module 2. Even if a water leak occurs in the piping, the fuel cell module 2 and the auxiliary unit do not leak water, so the reliability of the fuel cell device 1 can be improved.
  • the fuel supply device 41 is a device for feeding the raw fuel into the reformer 10 in the fuel cell module 2
  • the raw fuel supply pipe 100 is often constituted by a metal pipe.
  • the metal pipe may contact with metal fatigue due to the vibration of the pump of the fuel supply device 41 or the housing 24 to amplify the vibration. Therefore, the piping on the downstream side of the fuel supply device 41 may be rubber piping to reduce the vibration.
  • fuel cell device 1 fuel cell device 2 fuel cell module 23 fuel cell 24 housing (storage container) 35 power supply adjustment unit 35a fan 50 shelf member 60 exterior case

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Abstract

燃料電池セル(23)が収納容器(24)に収納されてなる燃料電池モジュール(2)と、燃料電池モジュール(2)を作動させるための複数の補機と、燃料電池モジュール(2)および補機を収納する外装ケース(60)と、を備え、複数の補機のうちの少なくとも一つの補機が、燃料電池モジュール(2)の上方側に配設されている上方補機であり、燃料電池モジュール(2)の上方側に配設されたファン(35a)をさらに備えることによって信頼性の高い燃料電池装置を実現することができる。

Description

燃料電池装置
　本発明は、燃料電池装置に関する。
　近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス（水素含有ガス）と空気（酸素含有ガス）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収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールや燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている。
　このような燃料電池装置には燃料電池モジュールのほか、外装ケース内に熱交換器、供給電力調整部、ラジエター、水タンク、燃料電池モジュールに燃料ガスを送り込むための燃料ポンプおよび燃料電池モジュールに空気を送り込むためのブロアなどの補機を内蔵している。
　このような燃料電池装置において補機は、燃料電池モジュールから排出される熱の影響を少なくするため、外装ケース内部において、燃料電池モジュールの下方に配置される場合が多い（たとえば、特許文献１を参照）。
特開２００９－１８１７００号公報
　本開示の燃料電池装置によれば、燃料電池セルが収納容器に収納されてなる燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールを作動させるための複数の補機と、前記燃料電池モジュールおよび前記補機を収納する外装ケースと、を備える。前記複数の補機のうちの少なくとも一つの補機が、前記燃料電池モジュールの上方側に配設されている上方補機であり、前記燃料電池モジュールの上方側に配設されたファンをさらに備えることを特徴とする。
　本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とから、より明確になるであろう。
本実施形態の燃料電池装置の一例を示すブロック図である。 本実施形態の燃料電池モジュールの一例を示す分解斜視図である。 本実施形態の燃料電池装置の一例を示す平面図である。 本実施形態の燃料電池装置の一例を示す側面図である。 本実施形態の燃料電池装置の一例を示す側面図である。 本実施形態の燃料電池装置の棚部材本体の一例を示す平面図である。 本実施形態の燃料電池装置の空気系棚部材および燃料系棚部材の一例を示す平面図である。 本実施形態の燃料電池装置の空気系棚部材および燃料系棚部材および補機の一例を示す平面図である。 本実施形態の燃料電池装置の棚部材および補機の一例を示す平面図である。 本実施形態の燃料電池装置の一例を示す部分側面図である。
　以下、図面を参考にして、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
　図１は、本実施形態の燃料電池装置の一例を示すブロック図である。また、図２は燃料電池モジュールの一例を示す、分解斜視図である。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。燃料電池装置１は、収容容器（以下、筐体２４という場合がある）に改質器１０およびセルスタック装置２０を収納して構成される燃料電池モジュール２を備える。さらに燃料電池装置１は、燃料電池モジュール２を作動させるための、熱交換器３１、蓄熱タンク３２、放熱器３３、凝縮水タンク３４、供給電力調整部３５、燃料供給装置４１および空気供給装置４２等の複数の補機とともに外装ケース（図示せず）に納められている。外装ケース内には上述の装置全てが収められる必要はなく、例えば、熱交換器３１や蓄熱タンク３２を外装ケースの外部に設けてもよい。また、上述の装置の一部を省略した燃料電池装置も可能である。
　改質器１０には、原燃料を供給する原燃料供給管１００と、改質水を供給する水供給管１０１が接続されている。原燃料供給管１００には、改質器１０に原燃料を送り込むための燃料供給装置４１が設けられている。原燃料と改質水は、加熱された改質器１０で改質反応し、水素を含む改質ガスが生成される。改質器１０で生成された改質ガスは、改質ガス供給管１０２を通ってセルスタック装置２０に供給される。
　セルスタック装置２０は、マニホールド２１および燃料電池セル２３を多数接続したセルスタック２２を含む。改質器１０から、セルスタック装置２０に供給された改質ガスはマニホールド２１からセルスタック２２内に供給される。セルスタック装置２０において、セルスタック２２の外側には空気供給管１０３から酸素含有ガスである空気が導入されている。空気供給管１０３には、空気供給装置４２が接続されており、空気供給装置４２によって、セルスタック装置２０に空気を送り込む。改質ガスは、セルスタック２２内を通過するときに、この空気と反応して発電を行う。発電に使用されなかった改質ガスは、セルスタック２２の上部で発電に使用されなかった空気と合流して燃焼し、高温の排ガスが生成される。また、燃焼で発生した熱によって改質器１０を加熱する。燃料電池モジュール２で発電された電気は供給電力調整部３５に送られ、電力消費および蓄電池への蓄電などに用いることができる。
　改質器１０およびセルスタック装置２０は高温となるため、断熱材で包囲されて筐体２４に収められ、燃料電池モジュール２として、外装ケース内に配置されている。本実施形態では、断熱材を含めて燃料電池モジュール２とすることもできる。また断熱材を固定する枠体を含めて燃料電池モジュール２とすることもできる。筐体２４は、筐体本体２４ａと蓋体２４ｂからなる。蓋体２４ｂにはセルスタック装置２０から排出される排ガスを処理する熱交換器３１が接続されている。
　燃料電池モジュール２内で生じた排ガスは、セルスタック装置２０から排出された後、排ガス流路１０４を通って熱交換器３１に供給される。熱交換器３１には循環ライン１０５が接続されており、この循環ライン１０５に導入されている媒体と排ガスとで熱交換を行う。媒体としては水などを用いることができる。熱交換によって、排ガスは冷却され、媒体は排ガスの熱によって加熱される。排ガスは冷却されて排ガス中に含まれる水蒸気が水と気体に分離される。気体は排気流路１０７を通ってガス排気口から外部に排出される。排ガスを冷却することによって分離された水は凝縮水回収流路１０６を通って凝縮水タンク３４に送られる。凝縮水タンク３４においては、水はイオン交換などを経て純水化され、純水化された水は、水供給管１０１に導入され、改質水として改質器１０に供給される。不要な水はドレイン１０９から排出される。
　媒体は、蓄熱タンク３２、放熱器３３および熱交換器３１を順に循環する。蓄熱タンク３２には媒体が蓄えられている。媒体は蓄熱タンク３２から放熱器３３に送られて冷却された後、熱交換器３１に送られる。熱交換器３１において、媒体は、排ガスと熱交換を行って加熱される。温度が上昇した媒体は蓄熱タンク３２に還流する。蓄熱タンク３２には暖められた水を導出する給湯管１０８ｂと、冷たい水を供給する給水管１０８ａとが設けられている。
　図３は、本実施形態の一例である燃料電池装置を示す平面図である。図４は、本実施形態の一例である燃料電池装置を示す側面図である。燃料電池装置の内部を示すために外装ケース、配管類などの一部の部品は省略されている。また、図５は本実施形態の一例である燃料電池装置を示す側面図であり、図４が示す側面とは反対側の側面を示す図である。燃料電池装置１は、外装ケース６０内に燃料電池モジュール２が配置されている。熱交換器３１は、燃料電池モジュール２の蓋体２４ｂに固定され、燃料電池モジュール２の側面に配置されている。上方から見て燃料電池モジュール２の長手方向に、供給電力調整部３５および蓄熱タンク３２が並んで配置されている。供給電力調整部３５は、いわゆるパワーコンディショナであり、その筐体内に配線基板などが収納されている。
　本実施形態は、たとえば、直方体状の燃料電池モジュール２の上方側（以下、上方側という場合がある。）に、燃料供給装置４１および空気供給装置４２が配置されており、これらを上方補機とすることができる。ここで、燃料供給装置４１および空気供給装置４２は、棚部材５０に固定することができる。ここでいう、「上方側」とは、燃料電池モジュール２の筐体２４を上下に二等分する仮想面よりも上側にあることをいう。なお、棚部材５０とは、後述する棚部材本体５１と、空気系棚部材５２、燃料系棚部材５３および延出部５４を含んで構成することができる。
　このように、複数の補機のうち、少なくとも一つの補機が燃料電池モジュール２の上方側に配置される上方補機とすることで、補機のメンテナンス作業が容易になる。なお上方補機は燃料供給装置４１および空気供給装置４２に限られるものではなく、適宜設定することができる。特に上方補機は、メンテナンス頻度や耐久性を考慮して設定すればよい。
　そして、燃料電池モジュール２の上方側にはファン３５ａが設けられている。本実施形態におけるファン３５ａは、供給電力調整部３５の内の暖まった空気を供給電力調整部３５外であって外装ケース６０内に排出する排気ファンである。補機が配置された方向に排気するように、ファン３５ａが配置されている。
　この構成により、燃料電池モジュール２の上方側のファン３５ａによって、燃料電池モジュール２の上方側の空気を滞留しないようにすることができる。そのため、燃料電池モジュール２の上方側の温度上昇を抑制することができるので、上方補機への熱の影響を軽減し、上方補機の信頼性の低下を抑制できる。
　空気供給装置４２は、空気取り入れ口４２ａから流入した空気が、エアフィルタ４２ｂを通ってブロア４２ｃを経由し、さらに空気供給管１０３を通って燃料電池モジュール２に供給されるように構成されている。空気取り入れ口４２ａは、燃料電池モジュール２の上方側に配置されている。このことによって、上方側に上がってきた暖かい空気を空気供給装置４２に取り込めるので、燃料電池モジュール２を高温に保つことができ、燃料電池装置１の発電効率を向上させることができる。なお、空気供給管１０３は、その一部を樹脂配管とすることができる。
　また、供給電力調整部３５の排気ファンを利用することによって、上方側の空気を動かすことができるので、外装ケース６０内の空気を動かすための専用のファンを設けなくてもよく、コストを削減することができる。
　なお、上方側に設けられるファン３５ａは、供給電力調整部３５の排気ファンに限られず、上方補機周囲に空気流を発生させることができるファンであればよい。例えば、上方側の外装ケース６０に配置され、外装ケース６０内の空気を換気する換気ファンであってもよい。
　また、空気供給装置４２の空気取り入れ口４２ａがファン３５ａ側を向いている。「向いている」とは、ファン３５ａの排気方向と空気取り入れ口４２ａが取り込む方向が交差していることを意味する。この構成によって、ファン３５ａから排出された排気を空気供給装置４２の空気取り入れ口４２ａに取り込むことができる。すなわち、供給電力調整部３５を冷却したあとの暖かい空気を燃料電池モジュール２に取り込むことで燃料電池モジュール２を高温に保つことができ、燃料電池装置１の発電効率を向上させることができる。
　外装ケース６０の内部には上方補機が配置される棚部材５０を備えている。本実施形態における棚部材５０は燃料電池モジュール２の上方に設けられている。具体的には、燃料電池モジュール２における筐体２４を覆う枠体（図示せず）に棚部材５０が取り付けられていてもよい。
　棚部材５０は、燃料電池モジュール２の直上から空間をあけて設けられている。すなわち、燃料電池モジュール２の筐体２４の外周に設けられた断熱材及び枠体と棚部材５０との間に空間Ｓが設けられている。燃料電池モジュール２の筐体２４は、燃料電池モジュール２の動作によって表面温度が上昇するが、燃料電池モジュール２と棚部材５０との間の空間Ｓによって、筐体２４から棚部材５０への伝熱を軽減できる。これにより、棚部材５０はもちろんのこと、棚部材５０に載置した補機の信頼性の低下を抑制することができる。
　また、ファン３５ａ及び棚部材５０は、ファン３５ａから発生した空気流が、棚部材５０によって棚部材５０の上側の上方補機の方に流れる気流と、燃料電池モジュール２と棚部材５０との間の空間Ｓを流れる気流とに分かれるように配置されている。気流を分ける部分（分流部）は、棚部材５０の側面でファン３５ａからの空気流が当たる部分であり、たとえば、孔や整流板などであってもよい。また、整流板などを設けなくても、棚部材５０の側面でファン３５ａからの空気流が当たる部分であって、空気流を棚部材５０の上下に分ける構成であれば、分流部として機能することができる。たとえば、棚部材５０の縁部分の一部が上に折り曲げられていてもよい。さらに、棚部材５０の上面に分流部としての孔を設け、この孔に空気流を流し込むものでもよい。このような構成によって、棚部材５０の下方の空間Ｓにも空気流を発生させることで、空間Ｓの空気の滞留を抑制し、棚部材５０周辺の温度上昇を軽減することができる。
　図６Ａは、本実施形態の燃料電池装置の棚部材本体の一例を示す平面図である。図６Ｂは、本実施形態の燃料電池装置の空気系棚部材および燃料系棚部材の一例を示す平面図である。図６Ｃは、本実施形態の燃料電池装置の空気系棚部材および燃料系棚部材および補機の一例を示す平面図である。図６Ｄは、本実施形態の燃料電池装置の棚部材および補機の一例を示す平面図である。棚部材５０は、棚部材本体５１と、空気系棚部材５２、燃料系棚部材５３および延出部５４を含み、空気系棚部材５２と燃料系棚部材５３とは、それぞれ棚部材本体５１から分離できるように構成されている。図６Ｃに示されるように、空気系棚部材５２には、エアフィルタ４２ｂやブロア４２ｃなどの、空気供給管１０３に接続される空気供給装置４２が載置、固定され、燃料系棚部材５３には燃料供給装置４１が載置、固定されている。また、補機を載置した空気系棚部材５２および燃料系棚部材５３は、棚部材本体５１に着脱可能に固定されている。そして、棚部材本体５１は、燃料電池装置１に着脱可能に固定されている。それにより、補機を棚部材５０につけたまま、燃料電池装置１から取り外して補機のメンテナンスを行うことができるので、メンテナンスの作業効率を向上させることができる。
　たとえば、空気供給装置４２および燃料供給装置４１のうち、空気供給装置４２のみをメンテナンスする場合には、空気系棚部材５２のみを棚部材本体５１から取り外すことによって、空気系棚部材５２に載置された空気供給装置４２をメンテナンスすることができる。また、燃料供給装置４１のみをメンテナンスする場合には、燃料系棚部材５３のみを棚部材本体５１から取り外すことによって、燃料系棚部材５３に載置された燃料供給装置４１をメンテナンスすることができる。このように棚部材５０が分割可能であって、少なくとも一部が着脱可能に設けられていることによって、メンテナンス作業をおこなう補機だけを取り外せるので、メンテナンスの作業効率をさらに向上させることができる。
　図７は、本実施形態の燃料電池装置の一例を示す部分側面図である。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄおよび図７に示されるように、空気供給装置４２は、棚部材５０に載置され、棚部材５０上に空気取り入れ口４２ａを備えたエアフィルタ４２ｂを備える。エアフィルタ４２ｂを通過した空気は、燃料電池モジュール２の側方に延びる延出部５４に取り付けられたブロア４２ｃに供給される。延出部５４の一端は、空気系棚部材５２上に固定されている。延出部５４は、燃料電池モジュール２の側壁に沿って下方に伸び、Ｌ字状に折曲げられて、延出部５４の他端において、ブロア載置部５４ａを構成している。ブロア４２ｃはブロア載置部５４ａに載置されて固定されている。ブロア４２ｃを通過した空気は、空気供給管１０３を介してセルスタック装置２０に供給される。このように、補機を延出部５４に取付けることによって、燃料電池モジュール２側方の空間も有効利用ができるので、燃料電池装置１の小型化を実現することができる。なお、延出部５４は棚部材５０の一部を折り曲げたものであってもよい。
　また、燃料電池モジュール２の側面を一端がブロア４２ｃに接続された空気供給管１０３が下に向かって延び、他端が燃料電池モジュール２の下方に接続されている。このように、ブロア４２ｃを燃料電池モジュール２の上方側に配置することによって、燃料電池モジュール２から水分を含む空気等が逆流したとしても、配管内で冷却されて液化されて、重力によって下方に移動し、燃料電池モジュール２に戻っていくことができる。さらに、水分がブロア４２ｃに流入することを抑制することができる。
　また、水などが流れる循環ライン１０５などの配管は、燃料電池モジュール２の上方を避けて設けている。万一、配管で水漏れが起こった場合においても、燃料電池モジュール２や補機に漏水がかかることがないので、燃料電池装置１の信頼性を高めることができる。
　また、燃料供給装置４１は、原燃料を燃料電池モジュール２内の改質器１０に送り込むための装置であるが、原燃料供給管１００は、金属管で構成されることが多い。金属管は、燃料供給装置４１のポンプの振動による金属疲労や筐体２４に接触して振動が増幅されるおそれがある。そこで、燃料供給装置４１の下流側の配管をゴム配管にして、振動を軽減する構成であってもよい。
　以上、本発明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　　　燃料電池装置
　２　　　燃料電池モジュール
　２３　　燃料電池セル
　２４　　筐体（収納容器）
　３５　　供給電力調整部
　３５ａ　ファン
　５０　　棚部材
　６０　　外装ケース

Claims (10)

  1. 　燃料電池セルが収納容器に収納されてなる燃料電池モジュールと、
    　前記燃料電池モジュールを作動させるための複数の補機と、
    　前記燃料電池モジュールおよび前記補機を収納する外装ケースと、を備え、
    　前記複数の補機のうちの少なくとも一つの補機が、前記燃料電池モジュールの上方側に配設されている上方補機であり、
    　前記燃料電池モジュールの上方側に配設されたファンをさらに備えることを特徴とする燃料電池装置。
  2. 　前記燃料電池モジュールに供給する酸素含有ガスの取り込み口が、前記燃料電池モジュールの上方側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
  3. 　前記燃料電池モジュールにて発電された電力を外部負荷に供給する供給電力調整部を備え、
    前記ファンは、前記供給電力調節部の熱を排出する排気ファンであることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置。
  4. 　前記取り込み口が前記排気ファン側に向いていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池装置。
  5. 　外装ケースの内部には前記上方補機が載置される棚部材を備え、
    　該棚部材は、前記燃料電池モジュールの直上から空間をあけて設けられていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
  6. 　前記ファンから発生した空気流が、前記棚部材と前記燃料電池モジュールとの間の空間に向かって分流される構成となっていることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池装置。
  7. 　前記棚部材は、着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の燃料電池装置。
  8. 　前記棚部材は、分割可能であって、少なくとも一部が着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の燃料電池装置。
  9. 　前記燃料電池モジュールの側方に延びる延出部を有し、
    　前記上方補機のうちの少なくとも１つの補機は、前記延出部に取り付けられることを特徴とする請求項１～８のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
  10. 　水または熱媒体が流れる配管をさらに備え、
    　前記配管は、前記燃料電池モジュールの上方を除く位置に配設されていることを特徴とする請求項１～９のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115050989B (zh) * 2022-06-27 2023-03-10 中氢新能(北京)新能源技术研究院有限公司 一种燃料电池系结构的辅助部件组

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0475263A (ja) * 1990-07-18 1992-03-10 Fuji Electric Co Ltd パッケージ型燃料電池発電装置
JP2009181700A (ja) 2008-01-29 2009-08-13 Kyocera Corp 燃料電池装置
JP2009266634A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2010062004A (ja) * 2008-09-04 2010-03-18 Fuji Electric Systems Co Ltd 燃料電池発電装置及び燃料電池発電装置の冷却方法
JP2016181378A (ja) * 2015-03-24 2016-10-13 ブラザー工業株式会社 燃料電池システム

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5100022B2 (ja) * 2005-04-08 2012-12-19 三洋電機株式会社 燃料電池システム
US9118053B2 (en) 2009-12-03 2015-08-25 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Fuel cell system and method for performing maintenance on fuel cell system
WO2012128368A1 (ja) 2011-03-24 2012-09-27 Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 燃料電池モジュール
JP6082417B2 (ja) 2015-03-13 2017-02-15 本田技研工業株式会社 燃料電池システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0475263A (ja) * 1990-07-18 1992-03-10 Fuji Electric Co Ltd パッケージ型燃料電池発電装置
JP2009181700A (ja) 2008-01-29 2009-08-13 Kyocera Corp 燃料電池装置
JP2009266634A (ja) * 2008-04-25 2009-11-12 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2010062004A (ja) * 2008-09-04 2010-03-18 Fuji Electric Systems Co Ltd 燃料電池発電装置及び燃料電池発電装置の冷却方法
JP2016181378A (ja) * 2015-03-24 2016-10-13 ブラザー工業株式会社 燃料電池システム

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