(57)【要約】【課題】  本発明は、コンパクトな装置構成を有しながら、冬季の積雪を防止することが可能な燃料電池発電装置、および排熱処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】  電気化学反応により発電を行う燃料電池本体１と、発電により生じる熱によって温められた温水を循環させる温水循環系３と、温水循環系３に設けられ、温水循環系３の温水と熱交換して温められた外気を放出して温水循環系３内の温水を冷却する空冷式冷却器４と、を備え、空冷式冷却器４は、温水循環系３の温水と熱交換して温められた外気の放出方向を切り替えて融雪することを特徴とする。【選択図】  図１
2010238461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学反応により発電を行う燃料電池本体と、
前記発電により生じる熱によって温められた温水を循環させる温水循環系と、
前記温水循環系に設けられ、前記温水循環系の温水と熱交換して温められた外気を放出して前記温水循環系内の温水を冷却する空冷式冷却器と、を備え、
前記空冷式冷却器は、前記温水循環系の温水と熱交換して温められた外気の放出方向を切り替えて融雪することを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記空冷式冷却器は、
外気と連通する第１の開口と第２の開口と、
前記外気の吸入と放出を行うためのファンと、
通常運転時に前記第２の開口から吸入され前記温水循環系の温水と熱交換して温められた外気を前記第１の開口から放出し、融雪運転時に前記第１の開口から吸入され前記温水循環系の温水と熱交換して温められた外気を前記第２の開口から所定の融雪領域に放出する制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
外気温を検知する温度センサをさらに備え、
前記制御手段は、前記温度センサの検知した外気温が所定の温度以下となった場合に、前記第１の開口から外気を吸入し、前記温水循環系の温水と熱交換して温められた外気を前記第２の開口から放出することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記温度センサの検知した外気温が所定の温度以下となった場合に、前記ファンを逆回転させて前記第１の開口から外気を吸入し、前記温水循環系の温水と熱交換して温められた外気を前記第２の開口から放出することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
前記ファンの向きを、前記第２の開口から吸入した外気を前記第１の開口から放出させる第１の方向と、前記第１の開口から吸入した外気を第２の開口から放出させる第２の方向に変更する変更機構を備え、
前記制御手段は、前記温度センサの検知した外気温が所定の温度以下となった場合に、前記変更機構を制御して前記ファンの向きを前記第１から前記第２の方向に変更させることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
前記ファンは、前記第２の開口から吸入した外気を前記第１の開口から放出させる第１のファンと、前記第１の開口から吸入した外気を第２の開口から放出させる第２のファンとを備え、
前記制御手段は、前記温度センサの検知した外気温が所定の温度以下となった場合に、前記第１のファンを静止させ、前記第２のファンを駆動させることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池発電装置。
【請求項７】
外気と連通する第３の開口と、
前記温水循環系の温水と熱交換して温められた外気の放出する風向を変更する風向変更手段と、を備え、
前記制御手段は、前記温度センサの検知した外気温が所定の温度以下となった場合に、前記風向変更手段を制御して前記第３の開口を閉じて前記温水循環系の温水と熱交換して温められた外気を前記第２の開口から放出することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池発電装置。
【請求項８】
前記燃料電池本体を収容する筐体をさらに備え、
前記温水循環系の温水と熱交換して温められた外気を前記筐体の屋根に放出するように前記第２の開口を設けることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の燃料電池発電装置。
【請求項９】
電気化学反応により発電を行う燃料電池本体と温水循環系を介して接続され、余剰熱を放出する排熱処理装置であって、
前記温水循環系の余剰熱を熱交換により放出する温水配管と、
前記温水配管と熱交換するために外気を吸入する第１の開口と、
前記温水配管の温水と熱交換して温められた外気を融雪領域に放出するように設けられた第２の開口と、
前記外気の吸入と放出を行うためのファンと、
を備え、
前記ファンは、前記温水配管の温水と熱交換して温められた外気の放出方向を切り替えて融雪することを特徴とする排熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、空冷式冷却器を備えて排熱処理をおこなう燃料電池発電装置および排熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素と酸素の電気化学反応により生じる起電力を利用する発電装置である。発電を行う燃料電池セルは、燃料極および電解質、空気極を積層した層構造で構成される。水素を含む燃料ガスが、触媒層を備えた燃料極に、酸素を含む酸化剤ガスが、空気極に供給されることにより発電が行われる。また、電解質を構成する素材によって、リン酸型燃料電池，固体高分子電解質型燃料電池，溶融炭酸塩型燃料電池などに分類されている。
【０００３】
燃料電池セルでは、電気化学反応により発生する起電力に加えて、反応熱が同時に発生する。発生した起電力は燃料電池セルから外部へ取出され、インバータ等で交流変換された後に、通常の電力として供給される。一方、反応熱は、燃料電池セル内の熱交換器を介して熱水へと変換され、水蒸気発生等に必要な熱源として発電装置内で消費されるほか、装置外へ余剰熱として排出される。これら余剰熱は、ユーザー側で熱交換器を介して温水として利用するか、または冷暖房の熱源として有効利用されるケースもある。また、それ以外は、空冷式冷却器、あるいは水冷式冷却塔で大気に放出される。
【０００４】
特許文献１には、燃料電池システムを利用した融雪装置が記載されている。燃料電池で発電される電力と、発電に伴って発生する熱の両方を利用して建屋の積雪を融雪する装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２６２８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述のような従来の燃料電池発電システムにおいては、下記のような問題があった。
【０００７】
図１２は、通常のリン酸型燃料電池発電装置４５０および排熱処理装置である空冷式冷却器４５５の機器配置例を示す模式図である。燃料電池４５１および改質器４５２と、図示しないその他の発電用機器が筐体４５４に収容されている。冷却ファン４５６を備えた空冷式冷却器４５５は独立して配置され、筐体４５４内に設置された図示しない熱交換機の出入り口と温水循環系４５３の配管で接続されている。そして、空冷式冷却器４５５の内部に配置された温水配管４５７において、冷却ファン４５６で吸入した外気との間で熱交換を行い、余剰熱を大気に放出する。このように空冷式冷却器では、余剰熱を大気中に放出するのみで、余剰熱を有効に利用するものはなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、コンパクトな装置構成を有しながら、冬季の積雪を防止することが可能な燃料電池発電装置、および排熱処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池発電装置は、電気化学反応により発電を行う燃料電池本体と、発電により生じる熱によって温められた温水を循環させる温水循環系と、温水循環系に設けられ、温水循環系の温水と熱交換して温められた外気を放出して温水循環系内の温水を冷却する空冷式冷却器と、を備え、空冷式冷却器は、温水循環系の温水と熱交換して温められた外気の放出方向を切り替えて融雪することを特徴とする。これにより、融雪が必要となった場合に、温水循環系内の温水で温められた外気の放出方向を融雪が必要な方向に切り替えることで融雪をすることができる。
【００１０】
さらに、本発明に係る燃料電池発電装置おいて、空冷式冷却器は、外気と連通する第１の開口と第２の開口と、外気の吸入と放出を行うためのファンと、通常運転時に第２の開口から吸入され温水循環系の温水と熱交換して温められた外気を第１の開口から放出し、融雪運転時に第１の開口から吸入され温水循環系の温水と熱交換して温められた外気を第２の開口から所定の融雪領域に放出する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
上記の本発明によれば、温められた外気を所定の融雪領域に放出できるように第２の開口を設けたことで、空冷式冷却器に設けられるファンの動作により、温められた外気を目的の融雪領域に放出できる。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、外気温を検知する温度センサをさらに備え、制御手段は、温度センサの検知した外気温が所定の温度以下となった場合に、第１の開口から外気を吸入し、温水循環系の温水と熱交換して温められた外気を第２の開口から放出することを特徴とする。
【００１３】
上記の本発明によれば、外気温が所定の温度以下となった場合に、空冷式冷却器の内部で温められた外気を、第２の開口から放出させることにより、目的の融雪領域の融雪をすることができる。これにより、冬季において、融雪を望む融雪領域の積雪を防止することができ、また、融雪を行うことが可能となる。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、制御手段は、温度センサの検知した外気温が所定の温度以下となった場合に、ファンを逆回転させて第１の開口から外気を吸入し、温水循環系の温水と熱交換して温められた外気を第２の開口から放出することを特徴とする。
【００１５】
上記の本発明によれば、夏季と冬季で、ファンを逆回転させて空冷式冷却器の内部で温められた外気の放出方向を変えることができる。これにより、簡単な構成で、夏季では温水循環系の温水を効率よく冷却できる方向に温められた外気を放出し、冬季では融雪領域の融雪や積雪の防止をすることができる。
【００１６】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、ファンの向きを、第２の開口から吸入した外気を第１の開口から放出させる第１の方向と、第１の開口から吸入した外気を第２の開口から放出させる第２の方向に変更する変更機構を備え、制御手段は、温度センサの検知した外気温が所定の温度以下となった場合に、変更機構を制御してファンの向きを第１から第２の方向に変更させることを特徴とする。
【００１７】
上記の本発明によれば、夏季と冬季で、ファンの向きを変化させるだけで空冷式冷却器の内部で温められた外気の放出方向を変えることができる。これにより、夏季では温水循環系の温水を効率よく冷却できる方向に温められた外気を放出し、冬季では融雪領域に温められた外気を放出して、融雪や積雪の防止をすることができる。
【００１８】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、ファンは、第２の開口から吸入した外気を第１の開口から放出させる第１のファンと、第１の開口から吸入した外気を第２の開口から放出させる第２のファンとを備え、制御手段は、温度センサの検知した外気温が所定の温度以下となった場合に、第１のファンを静止させ、第２のファンを駆動させることを特徴とする。
【００１９】
上記の本発明によれば、夏季と冬季で、動作させるファンを切り替えるだけで空冷式冷却器の内部で温められた外気の放出方向を変えることができる。これにより、夏季では温水循環系の温水を効率よく冷却できる方向に温められた外気を放出し、冬季では目的の融雪領域に温められた外気を放出して、融雪や積雪の防止をすることができる。
【００２０】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、外気と連通する第３の開口と、温水循環系の温水と熱交換して温められた外気の放出する風向を変更する風向変更手段と、を備え、制御手段は、温度センサの検知した外気温が所定の温度以下となった場合に、風向変更手段を制御して第３の開口を閉じて温水循環系の温水と熱交換して温められた外気を第２の開口から放出することを特徴とする。
【００２１】
上記の本発明によれば、夏季と冬季で、放出する開口を選択的に開閉させるだけで空冷式冷却器の内部で温められた外気の放出方向を変えることができる。これにより、夏季では温水循環系の温水を効率よく冷却できる方向に温められた外気を放出し、冬季では目的の融雪領域に温められた外気を放出して、融雪や積雪の防止をすることができる。
【００２２】
また、本発明に係る燃料電池発電装置は、燃料電池本体を収容する筐体をさらに備え、温水循環系の温水と熱交換して温められた外気を筐体の屋根に放出するように第２の開口を設けることを特徴とする。
【００２３】
上記の本発明によれば、冬季は、空冷式冷却器の内部で温められた外気を筐体の屋根面に吹き付け、筐体への積雪を防止することや融雪を行うことが可能となる。
【００２４】
上記課題を解決するために、本発明に係る排熱処理装置は、電気化学反応により発電を行う燃料電池本体と温水循環系を介して接続され、余剰熱を放出する排熱処理装置であって、温水循環系の余剰熱を熱交換により放出する温水配管と、温水配管と熱交換するために外気を吸入する第１の開口と、温水配管の温水と熱交換して温められた外気を融雪領域に放出するように設けられた第２の開口と、外気の吸入と放出を行うためのファンと、を備え、温水配管の温水と熱交換して温められた外気の放出方向を切り替えて融雪することを特徴とする。
【００２５】
上記の本発明によれば、温められた外気を所定の融雪領域に放出できるように第２の開口を設け、必要な時に排熱処理装置の内部で温められた外気の放出方向を切り替えて、温められた外気を目的の融雪領域に放出できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る燃料電池発電装置によれば、コンパクトな装置構成を有しながら、冬季の積雪を防止することが可能な燃料電池発電装置および排熱処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る第１実施例の燃料電池発電装置の融雪時の運転状態を示す模式図である。
【図２】本発明に係る第１実施例の燃料電池発電装置の通常時の運転状態を示す模式図である。
【図３】本発明に係る第１実施例の燃料電池発電装置の構成を示す模式図である。
【図４】本発明に係る第１実施例の燃料電池発電装置の機能ブロックを示す模式図である。
【図５】本発明に係る第１実施例の空冷式冷却器を用いた融雪システムを示す模式図である。
【図６】本発明に係る第１実施例の空冷式冷却器の構成を示す模式図である。
【図７】本発明に係る第２実施例の空冷式冷却器の構成を示す模式図である。
【図８】本発明に係る第３実施例の空冷式冷却器の構成を示す模式図である。
【図９】本発明に係る第４実施例の空冷式冷却器の構成を示す模式図である。
【図１０】本発明に係る第４実施例の空冷式冷却器の融雪時の運転状態を示すＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】本発明に係る第４実施例の空冷式冷却器の通常時の運転状態を示すＣ−Ｃ断面図である。
【図１２】従来技術に係る燃料電池発電装置と空冷式冷却器を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る好適な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明に係る第１実施例の燃料電池発電装置の融雪時の運転状態を示す模式図である。燃料電池発電装置１０の筐体２の内部には、電気化学反応により発電を行う燃料電池本体１が収容されている（図３参照）。また、筐体２の屋根面には、空冷式冷却器４が配置されている。空冷式冷却器４は、発電によって生じる熱によって温められた温水を循環させる温水循環系３を介して燃料電池本体１に接続されており、余剰熱を外部に放出する。
【００３０】
筐体２の屋根面５に配置された空冷式冷却器４は、融雪運転時に外気を吸入する空冷式冷却器４の上面に設けられた第１の開口８と、温水循環系の温水と熱交換して温められた外気を放出する第２の開口７、及び外気の吸入と放出を行うためのファンである冷却ファン１２（図３参照）を備えている。
【００３１】
図１に示すように空冷式冷却器４は、寒冷時はコントローラ１５からの制御信号を受けて、冷却ファン１２を通常時の運転状態とは逆回転で運転させ、開口８から外気を吸入し、温水循環系３の温水と熱交換して温められた外気を、側面下部に設けられた複数の開口７から筐体２の屋根面に放出する。これにより、筐体２の屋根面は温められ筐体の屋根面への積雪を防ぎ、また融雪を行うことが出来る。
【００３２】
図２は本発明に係る燃料電池発電装置１０の通常時の運転状態を示す模式図である。寒冷時以外の通常運転状態において、冷却ファン１２は通常運転により、開口７から外気を吸い上げ、開口８から放出する。このため、筐体２の屋根面５を通過してから開口７へ吸入され、開口８から上部へ放出される外気の流れができ、屋根面５を通過する際に熱を吸収するので、筐体２内部の上部空間が屋根面５を介して冷却される。
【００３３】
図３は、本発明に係る第１実施例の燃料電池発電装置の構成を示す模式図である。筐体２の内部に収容された燃料電池本体１は、図示しないリン酸電解質層を挟持する燃料極２１と空気極２２からなる単位セルが複数個積層された構成を有するリン酸型燃料電池である。また、燃料電池本体１の内部には、発電による反応熱を高温高圧の熱水に変換する冷却器２５が備えられている。さらに、筐体２の内部には、燃料電池本体１に加えて、原燃料の改質器２４および熱交換器２６が収容されている。
【００３４】
装置外部から供給される天然ガス等の原燃料は改質器２４に供給され、触媒反応によって、水素を多量に含む燃料ガスに改質される。改質された燃料ガスは、燃料電池本体１の燃料極２１に供給される。一方、空気極２２には、空気ブロア２３により導入された空気が供給され、図示しない電解質層を介して燃料極２１から供給される水素イオンとの間で電気化学反応を起こし、燃料電池本体１の内部に起電力が生じる。
【００３５】
発電により生成する反応熱は、冷却器２５において、燃料電池本体１と、循環ポンプ２７で送水された１次冷却水との間で熱交換され、１４０℃〜１６０℃程度の熱水として取り出される。取り出された熱量の一部は、燃料電池発電装置１０の内部で、図示しない水蒸気発生器等の熱源として消費され、残りの余剰分は、熱交換器２６において、２次冷却水との間で熱交換され、６０℃〜９０℃の温水となって排出される。さらに、循環ポンプ２８により、温水循環系３を介して空冷式冷却器４に送水された温水は、空冷式冷却器４の内部に配置された温水配管９において、冷却ファン１２で導入された外気との間で熱交換を行い、余剰熱を大気に放出する。
【００３６】
燃料電池発電装置１０の筐体２の屋根面５には、外気温を検知する温度センサ１４が設置されており、さらに、温度センサ１４の検知した外気温に基づいて、空冷式冷却器４に制御信号を送信するコントローラ１５を備えている。コントローラ１５は、筐体２の内部に設置されても良いし、また、空冷式冷却器４の内部に設置されても良い。
【００３７】
コントローラ１５は、空冷式冷却器４の内部に設置された冷却ファン駆動部１３に制御信号を送り、冷却ファン１２を通常運転、または逆回転運転させる。筐体２の屋根面５に設置された温度センサ１４が検出した温度が、所定温度より高い場合には、コントローラ１５は、冷却ファン駆動部１３に通常運転の制御信号を送り、冷却ファン１２を通常方向に回転させて運転を行う。図２に示すように、通常運転の場合には、空冷式冷却器４の側面下部に設けられた開口７から内部へ外気が吸入され、温水配管９との間で熱交換して温められた外気が、空冷式冷却器４の上部に設けられた開口８から大気へと放出される。
【００３８】
一方、温度センサ１４が検知した外気温が所定の温度より低い場合、すなわち、積雪の危険を示す温度領域（例えば５℃程度以下）であることを検知すると、コントローラ１５は、冷却ファン駆動部１３に対して逆回転運転の制御信号を送り、冷却ファン１２の回転方向を反転させて逆回転運転に切り変える。図１に示すように、逆回転運転では、空冷式冷却器４の上部の開口８から外気が吸入され、温水配管９により温められた外気が開口７から吹き出して屋根面５に吹き付け加温する。このため、屋根面５に触れた雪は融けてしまい、積雪を防ぐことができる。また、積雪が無いとしても、屋根面５を温風によって温めることにより、燃料電池発電装置１０内に設置された電子機器が、外気温の低下に伴って誤動作するのを防止することもできる。
【００３９】
図４は、本発明に係る第１実施例の燃料電池発電装置１０の機能ブロックを示す模式図である。図４（ａ）は、上記の図３に示す実施態様における冷却ファン１２の回転を制御する制御系の機能ブロックを示している。温度センサ１４は、外気温を検出して、その温度情報をコントローラ１５に送信する。温度センサ１４として電子的な温度検出器を使用する場合には、出力される温度情報として、検出温度を示す数値に変換された信号、または検出温度に対応する電圧信号をコントローラに送信することができる。また、予め設定された温度を基準として、基準より高いか、低いかを示す２値信号を送信する構成としても良い。温度センサ１４からの温度情報を受けたコントローラ１５は、前述したように、検出された外気温が予め設定された温度より高い場合には、通常運転の信号を冷却ファン駆動部１３に送り、外気温が設定された温度より低い場合には、逆回転運転の信号を送る。この際、誤動作を防ぐために、コントローラは、温度情報を所定の時間間隔で監視し、その結果に基づいて指示信号を送信するように構成しても良い。
【００４０】
図４（ｂ）は、温度センサとコントローラを一体化した温度検知部１４ａと冷却ファン駆動部１３で制御系が構成される場合を示す模式図である。温度検知部１４ａにおいて、内蔵する温度センサか検知した外気温と、予め設定された温度との差をコントローラが判断し、冷却ファン駆動部１３に対して通常運転、または逆回転運転の指示を与える信号を送信する。
【００４１】
図４（ｃ）は、冷却ファン駆動部１３ｂがコントローラを内蔵する場合の構成を示す模式図である。温度センサ１４からは、検出された外気温の温度情報が送信される。前述したように、送信される信号は、検出された外気温に対応する数値信号、または電圧信号、２値信号などである。冷却ファン駆動部１３ｂでは、受信した温度情報を内蔵したコントローラで処理し、温度情報に対応した冷却ファンの運転を実施する。
【００４２】
上記の冷却ファンの制御系の実施態様は、装置の形状、また設置場所などの条件に適合する構成を選択して実施することが好ましい。また、本発明に係る空冷式冷却器は、上記の実施態様に示すように、燃料電池発電装置として一体に配置されるだけでなく、単体の排気処理装置として利用することも可能である。
【００４３】
例えば、図５は、空冷式冷却器３０と、建屋４０の側部に配置される燃料電池発電装置３１および燃料ガス容器３２によって構成される簡便な融雪システムを示す模式図である。本実施態様において、空冷式冷却器３０は、単体のユニットとして建屋４０の屋根部４１に配置され、また、燃料電池発電装置３１に温水循環系３３を介して接続されている。
【００４４】
図６は、本発明に係る第１実施例の空冷式冷却器３０の構成を示す模式図である。図３に示す空冷式冷却器４と同じように、空冷式冷却器３０の空冷式冷却器本体３７の内部には、温水循環系３３の温水の余剰熱を外部に放出する温水配管９および、外気の吸入と放出を行うための冷却ファン１２と冷却ファン駆動部１３ｂが配置されている。そして、空冷式冷却器本体３７の上面には第１の開口３４が設けられ、側面には第２の開口３５が設けられている。
【００４５】
図中に示すように、空冷式冷却器３０は、外気温を検出する温度センサ１４を側面に備えており、検出した温度情報を冷却ファン駆動部１３ｂに送信する。本実施例においては、冷却ファン１２の駆動制御は、図４（ｃ）に示す態様で実施され、温度センサ１４からの信号を受けて冷却ファンの回転方向を制御する。コントローラは、冷却ファン駆動部１３ｂに内蔵される構成となっている。すなわち、温度センサ１４によって検出された外気温が所定の温度以下となった場合に、温度センサ１４からの温度情報を受けた冷却ファン駆動部１３ｂは、内蔵するコントローラの指示により冷却ファン１２を逆回転させて、第１の開口３４から外気を吸入し温水配管９で温めた後に、側面の第２の開口３５から放出させる。これにより、空冷式冷却器３０が設置されている屋根部４１が温められ、融雪の効果を得ることができる（図５参照）。
【００４６】
一方、図５に示す融雪システムでは、空冷式冷却器本体３７の側面に設けられた開口３５から外気を吸入し、上部の開口３４から排出する通常運転時においても、図１に示す通常運転の状態と同じように屋根部４１から熱を奪い冷却することができる。これにより、建屋内の冷房に対する省エネルギーの効果を、夏季の運転において得ることも可能である。
【００４７】
また、上記の空冷式冷却器３０を、燃料電池発電装置の筐体の屋根上に設置し、温水循環系に接続すれば、図１および２に示す実施態様と同じ機能を有する燃料電池発電装置を構成できることは明らかである。すなわち、本発明に係る空冷式冷却器を単体のユニットとして、寒冷地などに設置されている既設の燃料電池発電装置に取り付けることにより、本発明を実施することも可能である。
【００４８】
図７（ａ）、及び図７（ｂ）は、本発明に係る第２実施例の空冷式冷却器１３０を示す模式図である。本実施例では、燃料電池発電装置と離れた場所の融雪を行うために、空冷式冷却器１３０を融雪領域である地面１０５に設けた設置台１４０上に設置している。空冷式冷却器１３０は、第１実施例の空冷式冷却器と同様に、温度センサ１１４で検知した外気温に基づいて、外気の吸入と放出方向を切り替える。
【００４９】
図７（ａ）に示すように、空冷式冷却器１３０の冷却ファン１１２は軸１２１で軸支され、軸１２１の一方は変更機構１２２につながっている。コントローラ１１５は、温度センサ１１４で検知した外気温に基づいて冷却ファン１１２の動作姿勢を変更する制御信号を変更機構１２２に送る。変更機構１２２は、コントローラ１１５から制御信号を受けると、軸１２１をＡ方向又はＢ方向に１８０度回転させて冷却ファン１１２の動作姿勢を変更し、通常運転状態と融雪運転状態とを切り替える。なお、本実施例では、いずれの運転状態でも冷却ファン１１２の軸は、開口１３０ａと開口１３０ｂから外気を吸入・放出する方向と同じである。
【００５０】
例えば、温度センサ１１４が検知した外気温が所定の温度より低くなった場合、すなわち、積雪の危険を示す温度領域（例えば５℃程度以下）であることを検知すると、コントローラ１１５は、変更機構１２２に対して冷却ファン１１２の動作姿勢を変更する制御信号を送る。制御信号を受けた変更機構１２２は、軸１２１をＡ方向に１８０度回転させて、冷却ファン１１２とファンケース１５０を第１の方向である通常運転時の動作姿勢から第２の方向である融雪運転時の動作姿勢に変更する。融雪運転状態では、空冷式冷却器１３０は、空冷式冷却器１３０の上部の第１の開口１３０ａから外気を吸入し、温水配管で温められた外気を空冷式冷却器１３０の下部の第２の開口１３０ｂから放出する。放出された外気は、設置台１４０に設けられた開口１４０ａを通過して地面１０５に吹き付け、地面１０５を加温する。これにより、設置台１４０の下の地面１０５に触れた雪は融けてしまい、積雪を防ぐことができる。
【００５１】
その後、温度センサ１１４が検知した外気温が所定の温度より高くなると、コントローラ１１５は、冷却ファン１１２の動作姿勢を、融雪運転時の動作姿勢から通常運転時の動作姿勢に変更する制御信号を変更機構１２２に送る。制御信号を受けた変更機構１２２は、軸１２１をＢ方向に１８０度回転させて、冷却ファン１１２を通常運転時の動作姿勢に切り替える。通常運転では、開口１３０ｂから外気を吸入し、温水配管により温められた外気を開口１３０ａから放出する。これにより、開放されている空冷式冷却器１３０の上方向に温められた外気を放出することができ、温水循環系の温水を効率よく冷却することができる。
【００５２】
図７（ａ）では、ファンケース１５０の外周に板を設けて、ファンケース１５０と空冷式冷却器本体１０４の間から余分な空気が吸入されることを防止している。これを、図７（ｂ）に示すように、ファンケース１５０Ｂの外周を弧状にすることでファンケース１５０Ｂと空冷式冷却器本体１０４との間を極力少なくし、かつ軸１２１を回転させてファン１１２Ｂの動作姿勢を変更することが出来るようにしてもよい。
【００５３】
ここでは、冷却ファン１１２の動作姿勢を切り替える方法として、軸１２１をＡ方向・Ｂ方向に１８０度回転させる構成としたが、１方向（例えばＡ方向）にのみ所定角度回転する構成で、冷却ファン１１２の動作姿勢を切り替えるようにしてもよい。また、融雪運転状態では、温められた外気を放出する方向を空冷式冷却器１３０の下方としたが、その他、自動車のフロントガラスやドアなど冬季に積雪や凍結を防止したい方向に開口１３０ｂを設けてもよいし、開口１３０ｂが融雪領域に向くように空冷式冷却器１３０を傾けて設置してもよい。
【００５４】
図８は、本発明に係る第３実施例の空冷式冷却器２３０を示す模式図である。本実施例では、図７に示した第２実施例と同様に燃料電池発電装置と離れた融雪領域の融雪を行うために、空冷式冷却器２３０を融雪領域である地面２０５に設けた設置台２４０上に設置している。空冷式冷却器２３０は、外気の吸入・放出方向が異なる２つの冷却ファン２１２Ａ・２１２Ｂを備えている。
【００５５】
コントローラ２１５は、温度センサ２１４で検知した外気温に基づいて、冷却ファン２１２Ａと冷却ファン２１２Ｂの一方を動作させ他方を動作停止する制御信号を、冷却ファン駆動部２１３Ａと冷却ファン駆動部２１３Ｂに送る。冷却ファン駆動部２１３Ａと冷却ファン駆動部２１３Ｂは、コントローラ２１５からの制御信号を受けて、冷却ファン２１２Ａと冷却ファン２１２Ｂを動作又は動作停止させる。
【００５６】
例えば、温度センサ２１４が検知した外気温が所定の温度より低くなったことを検知すると、コントローラ２１５は、冷却ファン駆動部２１３Ａに対して第２のファンである冷却ファン２１２Ａを動作させる制御信号を送る。また、コントローラ１１５は、同時に冷却ファン駆動部２１３Ｂに対して第１のファンである冷却ファン２１２Ｂを動作停止させる制御信号を送る。これにより冷却ファン２１２Ａは動作を開始し、冷却ファン２１２Ｂは動作停止して、通常運転状態から融雪運転状態に切り替わる。融雪運転状態では、空冷式冷却器２３０の上部の第１の開口２３０ａから外気を吸入し、温水配管により温められた外気を下部の第２の開口２３０ｂから放出させる。放出された外気は、設置台２４０に設けられた開口２４０ａを通過して地面２０５に吹き付け、地面２０５を加温する。これにより設置台２４０の下の地面２０５に触れた雪は融けてしまうため、積雪を防ぐことができる。
【００５７】
その後、温度センサ２１４が検知した外気温が所定の温度より高くなると、コントローラ２１５は、冷却ファン駆動部２１３Ａに対して冷却ファン２１２Ａを動作停止させる制御信号を送り、冷却ファン駆動部２１３Ｂに対して冷却ファン２１２Ｂを動作させる制御信号を送る。これにより冷却ファン２１２Ａは動作停止し、冷却ファン２１２Ｂは動作を開始して、融雪運転状態から通常運転状態に切り替わる。通常運転状態では、開口２３０ｂから外気を吸入し、温水配管により温められた外気が開口２３０ａから放出される。
【００５８】
ここでは、冷却ファン２１２Ａと冷却ファン２１２Ｂのそれぞれに冷却ファン駆動部２１３Ａと冷却ファン駆動部２１３Ｂを設ける構成としたが、冷却ファン駆動部を１つにして、動作させる冷却ファンにのみ動力を伝える構成としてもよい。これにより空冷式冷却器をコンパクトにすることができる。また、ここでは冷却ファン２１２Ａと冷却ファン２１２Ｂとを重ねる構成としたが、温水配管９の位置や、外気の放出方向、熱交換の効率を上げるため、空冷冷却器内の別の位置に分離して設ける構成としてもよい。
【００５９】
図９は、本発明に係る第４実施例の空冷式冷却器３３０を上から見た模式図である。図１０は、空冷式冷却器３３０の融雪時の運転状態を示すＣ−Ｃ断面図である。図１１は、空冷式冷却器３３０の通常時の運転状態を示すＣ−Ｃ断面図である。空冷式冷却器３３０は、第１実施例と同様に、冬季における筐体３０２の屋根面３０５の融雪を防止し、あわせて夏季の筐体３０２の屋根面３０５に外気の流れを起こして、屋根面５を介して筐体３０２内部の上部空間を冷却する。
【００６０】
空冷式冷却器３３０は、空冷式冷却器本体３０４の上部に、放射状に設けられる四本の通風ダクト３３１を備える。また、空冷式冷却器本体３０４の上部の中央には、四つの可動弁３２０ａ〜３２０ｄからなる風向変更手段３２０が設けられる。四つの可動弁３２０ａ〜３２０ｄには、それぞれを動作させるサーボモータ３２１ａ〜３２１ｄが備えられ、四つの可動弁３２０ａ〜３２０ｄを可動させることで、温められた外気の放出方向を変更する。
【００６１】
例えば、コントローラ３１５は、温度センサ３１４で検知した外気温が所定の温度より低くなったことを検知すると、サーボモータ３２１ａ〜３２１ｄに対して、可動弁３２０ａ〜３２０ｄで第３の開口３３０ｃ（図１０参照）を閉じるようにサーボモータ３２１ａ〜３２１ｄを動作させるパルス幅の制御パルスを送る。これにより図１０に示すように、空冷式冷却器本体３０４の上部に設けられた第３の開口３３０ｃは、可動弁３２０ａ〜３２０ｄからなる風向変更手段３２０で閉じられ、通常運転状態から融雪運転状態に切り替わる。融雪運転状態では、空冷式冷却器本体３０４の下部に通風ダクト３３１の放射方向と重ならないように設けた第１の開口３３０ｂから外気を吸入し、温水配管３０９との間で熱交換して温められた外気を、四本の通風ダクト３３１に設けられた第２の開口３３０ａから筐体３０２の屋根面３０５へと放出する。
【００６２】
その後、温度センサ２１４が検知した外気温が所定の温度より高くなると、コントローラ３１５は、サーボモータ３２１ａ〜３２１ｄに対して、可動弁３２０ａ〜３２０ｄで開口３３０ｃを開放し、通風ダクト３３１を閉じるようにサーボモータ３２１ａ〜３２１ｄを動作させるパルス幅の制御パルスを送る。これにより図１１に示すように、空冷式冷却器本体３０４の上部の中央に設けられた第３の開口３３０ｃは開放され、通風ダクト３３１は可動弁３２０ａ〜３２０ｄからなる風向変更手段３２０で閉じられて融雪運転状態から通常運転状態に切り替わる。通常運転状態では、開口３３０ｂから外気を吸入し、温水配管３０９との間で熱交換して温められた外気を、開口３３０ｃから放出する。
【００６３】
ここでは通常運転状態と融雪運転状態で、外気を吸入する開口を同じにする構成をとったが、通常運転状態と融雪運転状態で異なる開口から外気を吸入する構成にしてもよい。この時、外気を吸入する開口を変更する場合は、上述の風向変更手段と同様の構成にすることで、コントローラによる制御を簡単にすることができる。また、ここでは燃料電池発電装置の筐体３０２の屋根面３０５の融雪を目的とする構成としたが、開口３３０ａを向ける方向や通風ダクト３３１の長さを適時変更することで、複数の融雪領域の融雪や積雪・凍結の防止をすることができる。また、ここでは風向変更手段３２０の可動弁３２０ａ〜３２０ｄを動作させるためにサーボモータを用いる構成としたが、各種アクチュエータや各種モータを使用してもよい。
【００６４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明に係る燃料電池発電装置は上述した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１    燃料電池本体
２    筐体
３    温水循環系
４、３０    空冷式冷却器
５    屋根面
６    一次冷却水循環ポンプ
７    第２の開口
８    第１の開口
９    温水配管
１０    燃料電池発電装置
１２    冷却ファン
１３    冷却ファン駆動部
１４    温度センサ
１５    コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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