(57)【要約】【課題】燃料電池ユニットと貯湯ユニットを相互に固定することで、両ユニットが互いに転倒防止機構として機能し、両ユニットの転倒を防止することができる、燃料電池システムを提供することを目的とする。【解決手段】燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池１と、燃料電池１を収納する第１外装ケース５１と、を有する燃料電池ユニット１０１と、燃料電池１の排熱を回収した貯湯水を貯える貯湯タンク５と、貯湯タンク５を収納する第２外装ケース６１を有する貯湯ユニット１０２と、第１外装ケース５１と第２外装ケース６１とを互いに固定するための固定機構１０３と、を備え、第１外装ケース５１と第２外装ケース６１とは互いに隣接するように配置され、固定機構１０３は第１外装ケース５１及び第２外装ケース６１の上部に配設されている、燃料電池システム。【選択図】図１（ａ）
2010021097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、立体状の第１フレームと該第１フレームの外面に設けられた第１外装部材を有し前記燃料電池を収納する第１外装ケースと、を有する燃料電池ユニットと、
前記燃料電池の排熱を回収した貯湯水を貯える貯湯タンクと、立体状の第２フレームと該第２フレームの外面に設けられた第２外装部材を有し前記貯湯タンクを収納する第２外装ケースを有する貯湯ユニットと、
前記第１外装ケースと前記第２外装ケースとを互いに固定するための固定機構と、を備え、
前記第１外装ケースと前記第２外装ケースとは隣接するように配置され、
前記固定機構は前記第１外装ケース及び前記第２外装ケースの上部に配設されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記固定機構は前記第１外装ケースの前記第１フレーム及び／又は前記第１外装部材と前記第２外装ケースの前記第２フレーム及び／又は前記第２外装部材とを互いに固定する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池ユニットは、原料ガスから燃料ガスを生成する燃料処理器と、前記燃料電池を冷却する冷媒を貯える冷媒タンクと、を有し、
前記第１外装ケースは、前記燃料処理器及び前記冷媒タンクを収納し、
前記冷媒タンク、前記燃料電池、及び前記燃料処理器は、鉛直方向から見て互いに重なり、かつ、上から順に、前記冷媒タンク、前記燃料電池、及び前記燃料処理器の順に配設されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池ユニットは、原料ガスから燃料ガスを生成する燃料処理器と、前記燃料電池の排熱を回収した冷媒を貯える冷媒タンクと、を有し、
前記第１外装ケースは、前記燃料処理器及び前記冷媒タンクを収納し、
前記冷媒タンク、前記燃料電池、及び前記燃料処理器は、水平方向から見て互いに重ならず、かつ、上から順に、前記冷媒タンク、前記燃料電池、及び前記燃料処理器の順に配設されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池の排熱を回収する冷媒が通流する冷媒循環経路と、
前記貯湯水が通流する貯湯水循環経路と、
前記冷媒循環経路を通流する冷媒と前記貯湯水循環経路を通流する貯湯水との間で熱交換するための第１熱交換器と、を備え、
前記冷媒循環経路及び前記貯湯水循環経路のいずれかが、前記第１外装ケースと前記第２外装ケースとを往復して跨るように配設されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記固定機構は、前記冷媒循環経路及び前記貯湯水循環経路のいずれかの経路を構成し、前記第１外装ケースと前記第２外装ケースとに跨る配管とは別に設けられている、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記冷却水循環経路及び貯湯水循環経路のいずれかは、前記第１外装ケースと前記第２外装ケースとの上部において該第１外装ケースと該第２外装ケースとに跨るように構成されている、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記貯湯水循環経路は、前記第１外装ケースの下部において前記第１外装ケース内部に導入され、前記第１外装ケースの上部において前記第１外装ケース外部に導出されるように構成されている、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
熱負荷への給湯経路に設けられた補助熱源機を備え、
該補助熱源機は、前記貯湯タンクを挟んで前記燃料電池ユニットと対向するように配設されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記第１外装ケースの前記第１外装部材と前記第２外装ケースの前記第２外装部材は、互いに隣接する側面を有し、
前記第１外装部材及び前記第２外装部材は、前記互いに隣接する側面の幅が一致するように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料処理器は、該燃料処理器を加熱する燃焼器を有し、
前記燃焼器で生成された燃焼排ガスが通流する燃焼排ガス経路と、
前記貯湯水が通流する貯湯水循環経路と、
前記燃焼排ガス経路を通流する燃焼排ガスと前記貯湯水循環経路を通流する貯湯水との間で熱交換する第２熱交換器と、を備え、
前記燃焼排ガス経路及び前記貯湯水循環経路のいずれかが、前記第１外装ケースと前記第２外装ケースとを往復して跨ぐように配設されている、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記固定機構は、前記燃焼排ガス経路及び前記貯湯水循環経路のいずれかの経路を構成し、前記第１外装ケースと前記第２外装ケースとに跨る配管とは別に設けられている、請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記第１外装ケースは、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器を収納している、請求項５又は１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記第２外装ケースは、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器を収納している、請求項５又は１１に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムの構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、外部から燃料電池に供給された燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行い、反応により生じた熱を回収して湯水として貯湯槽に貯え、この湯水を外部への熱供給に有効利用するシステムである。
【０００３】
このような燃料電池システムを移動用電源又は分散用（オンサイト用）電源として使用する場合、据付作業等を容易にするために、燃料電池システム全体をパッケージ内に配置した燃料電池発電システム（例えば、特許文献１参照）が知られている。また、燃料電池を含んで構成される燃料電池発電システムと、発電された直流電力を交流電力に変換するインバータを含んで構成される電力変換システムと、発電の際に発生する熱を回収し温水として蓄熱する貯湯タンクを含んで構成される給湯システムで構成され、燃料電池発電システムの全て若しくは一部と、電力変換システムの全て若しくは一部との少なくともいずれか一方と、貯湯槽とが固設された共通台板とを備える、燃料電池コージェネレーションシステムが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
特許文献１に開示されている燃料電池発電システムや特許文献２に開示されている燃料電池コージェネレーションシステムでは、非常に重量が大きくなるため、容易に搬送ができなくなるという問題があった。また、重量が大きいため、かえって設置作業が困難になるという問題があった。
【０００５】
このような問題に対して、貯湯パッケージには貯湯タンクとこれに接続される配管だけを配置し、それ以外の構成要素は本体パッケージ内に配置した燃料電池発電システムが知られている（例えば、特許文献３参照）。このような構成をとることにより、特許文献３に開示されている燃料電池発電システムでは、燃料電池が配置されるパッケージおよび貯湯槽が配置されるパッケージの小型化を図ることができる。
【特許文献１】特開２００７−２６８２６号公報
【特許文献２】特開２００５−３２４６１号公報
【特許文献３】特開２００４−１１１２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、燃料電池システムの更なるコンパクト化を図るために、パッケージの設置面積を小さくすると、燃料電池システムの転倒が生じる可能性がある。特許文献３に開示されている燃料電池発電システムでは、２つのパッケージを貯湯タンクに接続される配管のみで接続しているが、２つのパッケージを接続する配管数は、燃料電池システムの構成上本数が制限される。また、パッケージに内包される機器は重量物である。
【０００７】
このため、実際にパッケージに外力が掛かることにより、パッケージが転倒しそうになった場合に、特許文献３に開示されている燃料電池発電システムでは、各配管に掛かる力は非常に大きくなり、配管のみでの転倒防止は非常に困難である。
【０００８】
本発明は、以上の課題を鑑みてなされたものであり、燃料電池ユニットと貯湯ユニットを別パッケージとした燃料電池システムにおいて、燃料電池ユニットや貯湯ユニット単体での形状が薄型や細型にして、コンパクト化を図る場合に、両ユニットの転倒を抑制することができる、燃料電池システム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、本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、立体状の第１フレームと該第１フレームの外面に設けられた第１外装部材を有し前記燃料電池を収納する第１外装ケースと、を有する燃料電池ユニットと、前記燃料電池の排熱を回収した貯湯水を貯える貯湯タンクと、立体状の第２フレームと該第２フレームの外面に設けられた第２外装部材を有し前記貯湯タンクを収納する第２外装ケースを有する貯湯ユニットと、前記第１外装ケースと前記第２外装ケースとを互いに固定するための固定機構と、を備え、前記第１外装ケースと前記第２外装ケースとは隣接するように配置され、前記固定機構は前記第１外装ケース及び前記第２外装ケースの上部に配設されている。
【００１０】
これにより、第１外装ケースと第２外装ケースとを相互に固定することにより、両ユニットが互いに転倒防止機構として機能して、両ユニット、すなわち、燃料電池システムの転倒を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記固定機構は前記第１外装ケースの前記第１フレーム及び／又は前記第１外装部材と前記第２外装ケースの前記第２フレーム及び／又は前記第２外装部材とを互いに固定されていてもよい。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記燃料電池ユニットは、原料ガスから燃料ガスを生成する燃料処理器と、前記燃料電池を冷却する冷媒を貯える冷媒タンクと、を有し、前記第１外装ケースは、前記燃料処理器及び前記冷媒タンクを収納し、前記冷媒タンク、前記燃料電池、及び前記燃料処理器は、鉛直方向から見て互いに重なり、かつ、上から順に、前記冷媒タンク、前記燃料電池、及び前記燃料処理器の順に配設されていてもよい。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記燃料電池ユニットは、原料ガスから燃料ガスを生成する燃料処理器と、前記燃料電池の排熱を回収した冷媒を貯える冷媒タンクと、を有し、前記第１外装ケースは、前記燃料処理器及び前記冷媒タンクを収納し、前記冷媒タンク、前記燃料電池、及び前記燃料処理器は、水平方向から見て互いに重ならず、かつ、上から順に、前記冷媒タンク、前記燃料電池、及び前記燃料処理器の順に配設されていてもよい。
【００１４】
また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記燃料電池の排熱を回収する冷媒が通流する冷媒循環経路と、前記貯湯水が通流する貯湯水循環経路と、前記冷媒循環経路を通流する冷媒と前記貯湯水循環経路を通流する貯湯水との間で熱交換するための第１熱交換器と、を備え、前記冷媒循環経路及び前記貯湯水循環経路のいずれかが、前記第１外装ケースと前記第２外装ケースとを往復して跨るように配設されていてもよい。
【００１５】
また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記固定機構は、前記冷媒循環経路及び前記貯湯水循環経路のいずれかの経路を構成し、前記第１外装ケースと前記第２外装ケースとに跨る配管とは別に設けられていてもよい。
【００１６】
また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記冷却水循環経路及び貯湯水循環経路のいずれかは、前記第１外装ケースと前記第２外装ケースとの上部において該第１外装ケースと該第２外装ケースとに跨るように構成されていてもよい。
【００１７】
また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記貯湯水循環経路は、前記燃料電池ユニットの下部において前記第１外装ケース内部に導入され、前記燃料電池ユニットの上部において前記第１外装ケース外部に導出されるように構成されていてもよい。
【００１８】
また、本発明に係る燃料電池システムでは、熱負荷への給湯経路に設けられた補助熱源機を備え、該補助熱源機は、前記貯湯タンクを挟んで前記燃料電池ユニットと対向するように配設されていてもよい。
【００１９】
また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記第１外装ケースの前記第１外装部材と前記第２外装ケースの前記第２外装部材は、互いに隣接する側面を有し、前記第１外装部材及び前記第２外装部材は、前記互いに隣接する側面の幅が一致するように構成されていてもよい。
【００２０】
また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記燃料処理器は、該燃料処理器を加熱する燃焼器を有し、前記燃焼器で生成された燃焼排ガスが通流する燃焼排ガス経路と、前記貯湯水が通流する貯湯水循環経路と、前記燃焼排ガス経路を通流する燃焼排ガスと前記貯湯水循環経路を通流する貯湯水との間で熱交換する第２熱交換器と、を備え、前記燃焼排ガス経路及び前記貯湯水循環経路のいずれかが、前記第１外装ケースと前記第２外装ケースとを往復して跨ぐように配設されていてもよい。
【００２１】
また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記固定機構は、前記燃焼排ガス経路及び前記貯湯水循環経路のいずれかの経路を構成し、前記第１外装ケースと前記第２外装ケースとに跨る配管とは別に設けられていてもよい。
【００２２】
また、本発明に係る燃料電池システムでは、前記第１外装ケースは、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器を収納していてもよい。
【００２３】
さらに、本発明に係る燃料電池システムでは、前記第２外装ケースは、前記第１熱交換器及び前記第２熱交換器を収納していてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池ユニットと貯湯ユニットを相互に固定することで、燃料電池システムのコンパクトを図るため、設置面積を小さくした場合においても、両ユニットが互いに転倒防止機構として機能し、燃料電池システムの転倒を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２６】
（実施の形態１）
［燃料電池システムの構成］
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示す斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す矢印Ｉｂ方向から見た燃料電池システムの概略構成を示す模式図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示すＩｃ−Ｉｃ線に沿った断面図である。なお、図１（ｂ）においては、燃料電池システムにおける上下方向等を図に示している。また、図１（ｃ）においては、燃料電池システムの一部を省略している。
【００２７】
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１００は、燃料電池ユニット１０１と、貯湯ユニット１０２と、固定機構１０３と、を備えている。燃料電池ユニット１０１は、直方体状の第１外装ケース５１を有していて、また、貯湯ユニット１０２は、直方体状の第２外装ケース６１を有している。燃料電池ユニット１０１と貯湯ユニット１０２は、第１外装ケース５１と第２外装ケース６１が隣接するように（ここでは、その一側面が互いに接触するように）配置されている。そして、燃料電池ユニット１０１（正確には、第１外装ケース５１）と貯湯ユニット１０２（正確には、第２外装ケース５２）は、固定機構１０３によって、互いに固定されている。
【００２８】
燃料電池ユニット１０１の第１外装ケース５１は、第１外装ケース５１の底面における短手側の辺の長さ対第１外装ケース５１の高さが、１対３〜５になるように構成されており、直方体状の第１フレーム５２と、該第１フレーム５２の６つの面を覆うように設けられた第１外装板（第１外装部材）５３を有している。また、第１フレーム５２の底面を覆う第１外装板５３には、脚部材５４が設けられていて、脚部材５４は、図示されない地面に設けられた基礎に固定されている。ここで、第１外装ケース５１の第２外装ケース６１と接触する側面（ここでは、左側面）５６を、以下、第１接触側面５６と呼び、第１外装ケース５１の第１接触側面５６の一方の側端と角部５８を形成する側面５７を第１所定側面５７（ここでは、正面）と呼ぶ。
【００２９】
同様に、貯湯ユニット１０２の第２外装ケース６１は、第２外装ケース６１の底面における短手側の辺の長さ対第２外装ケース６１の高さが、１対３〜５になるように構成されており、直方体状の第２フレーム６２と、該第２フレーム６２の６つの面を覆うように設けられた第２外装板（第２外装部材）６３を有している。また、第２フレーム６２の底面を覆う第２外装板６３には、脚部材６４が設けられていて、脚部材６４は、図示されない地面に設けられた基礎に固定されている。ここで、第２外装ケース６１の第１外装ケース５１と接触する側面（ここでは、右側面）６６を、以下、第２接触側面６６と呼び、第２外装ケース６１の第２接触側面６６の側端であって上記第１接触側面の一方の側端と同じ側に位置する側端と角部６８を形成する側面を第２所定側面（ここでは、正面）６７と呼ぶ。
【００３０】
なお、ここでは、第１外装ケース５１と第２外装ケース６１は、互いに接触する側面の幅が一致するように構成されている。
【００３１】
また、固定機構１０３は、固定板７１とボルト７２ａとナット７２ｂからなる固定部材７２を有しており、第１外装ケース５１及び第２外装ケース６１の上部に配設されている。具体的には、固定板７１の主面には貫通孔７３が設けられている。また、第１外装ケース５１の第１所定側面５７を形成する第１外装板５３の上部と、角部５８に位置する柱５２ａの第１外装板５３に当接する面の上部とには、互いに重なるように貫通孔（ボルト挿通孔）５５ａ、５５ｂが、それぞれ設けられている。さらに、第２外装ケース６１の第２所定側面６７を形成する第２外装板６３の上部と、角部６８に位置する柱６２ａの第２外装板６３に当接する面の上部とには、互いに重なるように貫通孔（ボルト挿通孔）６５ａ、６５ｂがそれぞれ設けられている。そして、貫通孔７３と貫通孔５５ａ、５５ｂ又は貫通孔６５ａ、６５ｂにボルト７２ａが挿通されており、該ボルト７２ａは、ナット７２ｂにより固定されている。これにより、第１外装ケース５１、第２外装ケース５２、及び固定板７１が、固定部材７２により締結され、燃料電池ユニット１０１（正確には、第１外装ケース５１）と貯湯ユニット１０２（正確には、第２外装ケース５２）が、互いに固定される。
【００３２】
ここで、第１外装ケース５１の上部とは、第１外装ケース５１の底面（下端面）から１／２以上の部分をいい、同様に、第２外装ケース６１の上部とは、第２外装ケースの底面（下端面）から１／２以上の部分をいう。
【００３３】
なお、ここでは、固定機構１０３は、第１外装ケース５１の第１フレーム５２及び第１外装板５３と、第２外装ケース６１の第２フレーム６２及び第２外装板６３と、を互いに固定するように構成したが、これに限定されず、燃料電池ユニット１０１と貯湯ユニット１０２の転倒を防止することができれば、固定機構１０３が、第１フレーム５２と第２フレーム６２とを固定する構成としてもよく、第１外装板５３と第２外装板６３とを固定する構成としてもよく、第１フレーム５２及び第１外装板５３と第２フレーム６２又は第２外装板６３とを固定する構成としてもよく、また、第１フレーム５２又は第１外装板５３と第２フレーム６２及び第２外装板６３とを固定する構成としてもよい。
【００３４】
また、ここでは、固定機構１０３は、第１外装ケース５１の正面と第２外装ケース６１の正面を締結して、燃料電池ユニット１０１と貯湯ユニット１０２を互いに固定する構成としたが、これに限定されず、燃料電池ユニット１０１と貯湯ユニット１０２の転倒を防止することができれば、第１外装ケース５１及び第２外装ケース６１のそれぞれの背面を締結してもよく、また、第１外装ケース５１及び第２外装ケース６１のそれぞれの上面を締結してもよく、第１外装ケース５１及び第２外装ケース６１の互いに隣接する側面を締結してもよい。
【００３５】
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の内部構成について、図２及び図３を参照しながら説明する。
【００３６】
図２は、図１に示す燃料電池システム１００の内部構成を概略的に示す模式図であり、図３は、図２に示す矢印ＩＩＩ方向から見た燃料電池システム１００の燃料電池ユニット１０１の内部構成を概略的に示す模式図である。なお、図２においては、燃料電池システム１００における上下方向を図における上下方向として表し、図３においては、その一部を省略している。
【００３７】
図２に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の燃料電池ユニット１０１における第１外装ケース５１には、燃料電池１、水素生成装置（燃料処理器）２、及び冷却水タンク（冷媒タンク）３等の各機器が収納されている。具体的には、第１外装ケース５１の上部には、設置板４１が第１フレーム５１の柱間に架設されており、該設置板４１には、冷却水タンク３が配置されている。また、設置板４１の下方には、設置板４３が第１フレーム５１の柱間に架設されており、該設置板４３には、燃料電池１が配置されている。さらに、設置板４３の下方には、設置板４４が第１フレーム５１の柱間に架設されており、該設置板４４には、水素生成装置２が配置されている。そして、設置板４１と設置板４３の間には、設置板４２が設けられており、該設置板４２には、ポンプ４が設けられている。
【００３８】
このように、本実施の形態１においては、冷却水タンク３、燃料電池１、及び水素生成装置２が、水平方向から見て、互いに重ならず、かつ、この順で配設されており、また、図３に示すように、冷却水タンク３、燃料電池１、及び水素生成装置２は、鉛直方向から見て、互いに重なるように配設されている。これにより、第１外装ケース５１の底面を小さくすることができ、燃料電池ユニット１０１のコンパクト化を図ることができる。
【００３９】
また、図２に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の貯湯ユニット１０２における第２外装ケース６１には、貯湯タンク５、第１熱交換器６、及び第２熱交換器７等の各機器が収納されている。具体的には、第２外装ケース６１の下部には、設置板４５が第２フレーム６２の柱間に架設されており、該設置板４５には、貯湯タンク５とポンプ８が配置されている。また、設置板４５の上方には、設置板４６が設けられており、該設置板４６には、第２熱交換器７が配置されている。さらに、設置板４６の上方には、設置板４７が設けられており、該設置板４７には、第１熱交換器６が配置されている。
【００４０】
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の各機器の構成と各機器を接続する経路について、図２を参照しながら説明する。
【００４１】
図２に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の水素生成装置２は、バーナ（燃焼器）２ａを有しており、該バーナ２ａは、水素生成装置２を加熱するように構成されている。バーナ２ａには、後述する燃料ガス排出経路２２を介して燃料電池１が接続されており、燃料電池１で使用されなかった残余の燃料ガスが、オフガスとして供給されるように構成されている。
【００４２】
そして、バーナ２ａでは、燃料電池１から燃料ガス排出経路２２を介して供給されたオフガス（または、図示されない原料ガス供給流路を通じて供給された原料ガス）と、燃焼用空気供給器（図示せず）から燃焼用空気供給流路（図示せず）を介して供給される燃焼用の空気と、を燃焼させて燃焼排ガスを生成する。生成された燃焼排ガスは、水素生成装置２に設けられた燃焼排ガス流路（図示せず）を通流して、燃焼排ガス経路２３に排出される。燃焼排ガス経路２３は、第１外装ケース５１と第２外装ケース６１とを跨ぐように配設されており、燃焼排ガス経路２３の下流端は、燃料電池システム１００外に開口している。なお、燃焼排ガス経路２３を構成する配管における第１外装ケース５１と第２外装ケース６１との間の接続は、フランジやカプラー（クイックジョイント）等を用いることにより容易に行うことができる。
【００４３】
水素生成装置２は、改質器、変成器、及び浄化器（いずれも図示せず）を有していて、水素を含有する燃料ガスを生成するように構成されている。また、水素生成装置２には、原料ガス供給経路２４が接続されており、燃料電池システム１００の外部から原料ガス（ここでは、メタン）が供給される。そして、水素生成装置２では、改質器が、バーナ２ａで生成された燃焼排ガスからの伝熱を利用して、原料ガス供給経路２４から供給された原料ガスと別途供給された水とを改質反応させて、水素を含む改質ガスを生成する。そして、変成器及び浄化器が、改質器で生成された改質ガスを、シフト反応及び選択酸化反応させることにより、一酸化炭素が１ｐｐｍ程度まで低減された水素リッチな燃料ガスが生成される。なお、ここでは、原料ガスとしてメタンを使用したが、これに限定されず、エタン、プロパンなどの炭化水素を含むガス、気体のアルコールを含むガス等に例示されるような少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含むガスを使用することができる。
【００４４】
また、水素生成装置２の図示されない浄化器の出口には、燃料ガス供給経路２１の上流端が接続されており、その下流端は、燃料電池１のアノード流路１ａに接続されている。これにより、水素生成装置２で生成された水素を含有する燃料ガスが、燃料電池１のアノード流路１ａに供給される。
【００４５】
燃料電池１には、カソード流路（図示せず）が設けられていて、カソード流路の上流端には、酸化剤ガス供給経路の下流端が接続されていて、酸化剤ガス供給経路の上流端には、ブロワ等で構成された酸化剤ガス供給器（図示せず）が接続されている。また、カソード流路の下流端には、酸化剤ガス排出経路（図示せず）の上流端が接続されており、その下流端は、燃料電池システム１００の外部に開口している。これにより、酸化剤ガス供給器から空気等の酸素を含む酸化剤ガスが、燃料電池１のカソード流路に供給される。
【００４６】
そして、燃料電池１では、アノード流路１ａに供給された燃料ガスとカソード流路に供給された酸化剤ガスが、それぞれ、各セル（図示せず）のアノードとカソードに供給されて、燃料ガスと酸化剤ガスが電気化学的に反応して、電気と熱が生成される。燃料電池１で使用されなかった残余の燃料ガスは、燃料ガス排出経路２２を通流して、バーナ２ａに供給され、また、燃料電池１で使用されなかった残余の酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出経路２５を通流して、燃料電池システム１外に排出される。
【００４７】
また、燃料電池１には、燃料ガスと酸化剤ガスの反応により生成された熱（排熱）を回収して、燃料電池１を冷却するための冷却水流路１ｂが設けられている。冷却水流路１ｂには、冷却水循環経路（冷媒循環経路）３１が接続されていて、冷却水流路１ｂは冷却水循環経路３１の一部をなす。
【００４８】
冷却水循環経路３１は、冷却水往路３１ａ、第１冷却水復路３１ｂ、及び第２冷却水復路３１ｃを有しており、その途中には、冷却水循環経路３１を通流する冷却水の流量を調整するためのポンプ４と冷却水（冷媒）を貯えるための冷却水タンク（冷媒タンク）３とが設けられている。具体的には、冷却水往路３１ａの上流端は、冷却水タンクの下端部に接続されていて、その下流端は、冷却水流路１ｂの入口に接続されている。また、冷却水往路３１ａの途中には、ポンプ４が設けられている。第１冷却水復路３１ｂは、第１外装ケース５１と第２外装ケース６１とを、その上部において跨ぐように配設されており、その上流端は、冷却水流路１ｂの出口に接続されていて、その下流端は、第１熱交換器６の一次流路６ａの入口に接続されている。また、第２冷却水復路３１ｃは、第２外装ケース６１と第１外装ケース５１とを、その上部において（第１冷却水復路３１ｂよりも下方で、かつ、燃焼排ガス経路２３よりも上方の部分）跨ぐように配設されており、その上流端は、第１熱交換器６の一次流路６ａの出口に接続されていて、その下流端は、冷却水タンク６の下端部に接続されている。このように、冷却水循環経路３１は、冷却水往路３１ａ、冷却水流路１ｂ、第１冷却水復路３１ｂ、一次流路６ａ、及び第２冷却水復路３１ｃより構成される。なお、第１及び第２冷却水復路３１ｂ、３１ｃのそれぞれを構成する配管における第１外装ケース５１と第２外装ケース６１との間の接続は、フランジやカプラー（クイックジョイント）等を用いることにより容易に行うことができる。
【００４９】
また、第１熱交換器６の二次流路６ｂには、貯湯水循環経路３２が接続されていて、貯湯水循環経路３２の途中には、鉛直方向に延びるように形成された貯湯タンク５が設けられている。具体的には、貯湯タンク５の下端部には、貯湯水往路３２ａの上流端が接続されていて、貯湯水往路３２ａの下流端は、第２熱交換器７の一次流路７ａの入口に接続されている。また、貯湯水往路３２ａの途中には、貯湯水循環経路３２を通流する貯湯水の流量を調整するためのポンプ８が設けられている。また、第２熱交換器７の一次流路７ａの出口には、貯湯水中間路３２ｂの上流端が接続されていて、貯湯水中間路３２ｂの下流端は、第１熱交換器６の二次流路６ｂの入口に接続されている。第１熱交換器６の二次流路６ｂの出口には、貯湯水復路３２ｃの上流端が接続されていて、貯湯水復路３２ｃの下流端は、貯湯タンク５の上端部に接続されている。このように、貯湯水循環経路３２は、貯湯水往路３２ａ、第２熱交換器７の一次流路７ａ、貯湯水中間路３２ｂ、第１熱交換器６の二次流路６ｂ、及び貯湯水復路３２ｃより構成される。
【００５０】
さらに、第２熱交換器７の二次流路７ｂには、燃焼排ガス経路２３が接続されており、燃焼排ガス経路２３を通流する燃焼排ガスが、第２熱交換器７の二次流路７ｂを通流する間に、第２熱交換器７の一次流路７ａを通流する貯湯水と熱交換して、冷却される。
【００５１】
これにより、燃料電池１の排熱を回収した冷却水は、冷却水循環経路３１の第１冷却水復路３１ｂを通流して、第１熱交換器６内の一次流路６ａに供給される。一次流路６ａに供給された冷却水は、第１熱交換器６の一次流路６ａを通流する間に、貯湯タンク５の下端部から第１熱交換器６内の二次流路６ｂに供給された貯湯水と熱交換して、冷却される。冷却された冷却水は、第２冷却水復路３１ｃを通流して、冷却水タンク３に貯えられる。そして、冷却された冷却水が、冷却水タンク３から冷却水往路３１ａを介して、燃料電池１の冷却水流路１ｃの入口に供給される。
【００５２】
一方、貯湯タンク５の下端部から第２熱交換器７の一次流路７ａに供給された貯湯水は、第２熱交換器７の一次流路７ａを通流する間に、二次流路７ｂを通流する燃焼排ガスによって加熱される。加熱された貯湯水は、貯湯水中間路４３ｂを通流して、第１熱交換器６内の二次流路６ｂに供給される。第１熱交換器６の二次流路６ｂに供給された貯湯水は、二次流路６ｂを通流する間に、一次流路６ａを通流する冷却水によって加熱される（冷却水から燃料電池１の排熱を回収する）。そして、二次流路６ｂを通流した貯湯水は、貯湯水復路３２ｃを通流して、貯湯タンク５の上端部に供給される。なお、貯湯タンク５の下部には、市水を供給するための水供給路（図示せず）が接続されており、貯湯タンク５の上部には、貯湯水を利用者に供給するための貯湯水供給路（図示せず）が接続されている。
【００５３】
このような構成により、貯湯タンク５は、下部には市水温度に近い温度の低い水が貯えられ、第１及び第２熱交換器６、７により高温化した貯湯水が上部より貯えられる、いわゆる積層沸き上げ型の貯湯タンクとなる。
【００５４】
［燃料電池システムの作用効果］
次に、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００の作用効果について、図１（ａ）乃至図３を参照しながら説明する。
【００５５】
図１（ａ）乃至図３に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、燃料電池ユニット１０１（第１外装ケース５１）と、貯湯ユニット１０２（第２外装ケース６１）との、２つのユニットに分けることにより、容易に搬送することができ、設置作業が容易となる。また、第１外装ケース５１に収納される燃料電池１、水素生成装置２、及び冷却水タンク３を、水平方向から見て重ならないように、また、鉛直方向から見て互いに重なるように配置することで、第１外装ケース５１の設置面積のコンパクト化、ひいては、燃料電池システム１００全体の設置面積のコンパクト化を図ることができる。
【００５６】
さらに、第１外装ケース５１の設置面積を小さくすると、燃料電池システム１００の転倒を生じる可能性があるが、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、第１外装ケース５１の上部と第２外装ケース６１の上部とを、固定機構１０３で互いに固定している。これにより、燃料電池システム１００の燃料電池ユニット１０１及び／又は貯湯ユニット１０２に外力が加わった場合に、第１外装ケース５１と第２外装ケース６１とを接続する配管に過度の力が加わることが抑制され、燃料電池システム１００の破損を抑制することができる。また、燃料電池ユニット１０１又は貯湯ユニット１０２が、単体では転倒してしまうような場合においても、固定された相手方のユニットが支持体として機能し、各ユニットの転倒を免れることがある。すなわち、固定された両ユニットが転倒防止機構として機能して、燃料電池システム１００全体の転倒を抑制することができる。
【００５７】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。なお、図４においては、燃料電池システムにおける上下方向を図における上下方向として表している。
【００５８】
図４に示すように、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システム１００は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、第１熱交換器６、第２熱交換器７、及びポンプ８が、第１外装ケース５１に収納され、また、冷却水循環経路３１に代わって、貯湯水循環経路３２が第１外装ケース５１と第２外装ケース６１とを跨ぐように配設されている点が異なる。
【００５９】
具体的には、燃料電池ユニット１０１の第１外装ケース５１内に設けられた設置板４４の上方に、設置板４６が設けられ、該設置板４６には、ポンプ８が配置されている。また、設置板４６の上方には、設置板４７が設けられており、該設置板４７には、第２熱交換器７が配置されている。さらに、第１熱交換器６は、設置板４２に配置されている。
【００６０】
また、貯湯水循環経路３２の貯湯水往路３２ａが、第２外装ケース６１と第１外装ケース５１とを跨ぐように、かつ、第１外装ケース５１の下部に導入されるように設けられている。さらに、第２貯湯水復路３２ｃが、第１外装ケース５１と第２外装ケース６１とを跨ぐように、かつ、第１外装ケース５１の上部から導出されるように設けられている。
【００６１】
このように構成された本実施の形態２に係る燃料電池システム１００であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。
【００６２】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。なお、図５においては、燃料電池システムにおける上下方向を図における上下方向として表している。
【００６３】
図５に示すように、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システム１００は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、補助熱源機１０４が貯湯ユニット１０２を挟んで燃料電池ユニット１０１と対向するように配設されている点が異なる。
【００６４】
具体的には、貯湯ユニット１０２の第２外装ケース６１における燃料電池ユニット１０１の第１外装ケース５１と接触する側面と対向する側面に、補助熱源機１０４が該側面と接触するように配置されている。補助熱源機１０４は、固定板８１と固定部材８２からなる固定機構１１３により、第２外装ケース６１と固定されている。なお、固定機構１１３は、固定機構１０３と同様に構成されているので、その詳細な説明は省略する。
【００６５】
補助熱源機１０４は、例えば、バックアップバーナで構成されており、貯湯タンク内の高温の貯湯水が不足した場合に、メタン等の原料ガスを燃焼させて得た熱を利用して、貯湯タンク内の低温の貯湯水を加熱して、利用者にお湯として、供給することができるように構成されている。なお、補助熱源機１０４で原料ガスを燃焼させて生成された燃焼排ガスは、排気口１０５から燃料電池システム１００外に排出される。
【００６６】
このように構成された本実施の形態３に係る燃料電池システム１００においても、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。
【００６７】
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。なお、図６においては、燃料電池システムにおける上下方向を図における上下方向として表している。
【００６８】
図６に示すように、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システム１００は、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、固定機構１０３の構成が異なる。具体的には、本実施の形態における固定機構１０３は、互いに隣接した外装ケース１及び外装ケース２の両者を密着した状態で覆い、両者を固定可能な固定ケースで構成している。なお、本固定ケースは、燃料電池ユニットの貯湯ユニットの両者を隣接した状態で固定可能であれば、金属製、樹脂製を問わず、どのような材質であっても構わない。
【００６９】
このように構成された本実施の形態４に係る燃料電池システム１００であっても、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と同様の作用効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池ユニットと貯湯ユニットを別パッケージとした燃料電池システムにおいて、燃料電池ユニットや貯湯ユニット単体での形状が薄型や細型にした場合に、燃料電池システムの転倒を防止することができるため、燃料電池システムの技術分野で有用ある。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１（ａ）】図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示す斜視図である。
【図１（ｂ）】図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す矢印Ｉｂ方向から見た燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図１（ｃ）】図１（ｃ）は、図１（ｂ）に示すＩｃ−Ｉｃ線に沿った断面図である。
【図２】図２は、図１（ａ）〜（ｃ）に示す燃料電池システムの内部構成を概略的に示す模式図である。
【図３】図３は、図２に示す矢印ＩＩＩ方向から見た燃料電池システムの燃料電池ユニットの内部構成を概略的に示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  燃料電池
１ａ  アノード流路
１ｂ  冷却水流路
２  水素生成装置（燃料処理器）
２ａ  バーナ
３  冷却水タンク（冷媒タンク）
４  ポンプ
５  貯湯タンク
６  第１熱交換器
６ａ  一次流路
６ｂ  二次流路
７  第２熱交換器
７ａ  一次流路
７ｂ  二次流路
８  ポンプ
２１  燃料ガス供給経路
２２  燃料ガス排出経路
２３  燃焼排ガス経路
２４  原料ガス供給経路
３１  冷却水循環経路（冷媒循環経路）
３１ａ  冷却水往路
３１ｂ  第１冷却水復路
３１ｃ  第２冷却水復路
３２  貯湯水循環経路
３２ａ貯湯水往路
３２ｂ  貯湯水中間路
３２ｃ  貯湯水復路
４１  設置板
４２  設置板
４３  設置板
４４  設置板
４５  設置板
４６  設置板
４７  設置板
５１  第１外装ケース
５２  第１フレーム
５２ａ  柱
５３  第１外装板（第１外装部材）
５４  脚部材
５５ａ  貫通孔（ボルト挿通孔）
５５ｂ  貫通孔（ボルト挿通孔）
６１  第２外装ケース
６２  第２フレーム
６２ａ  柱
６３  第２外装板（第２外装部材）
６４  脚部材
６５ａ  貫通孔（ボルト挿通孔）
６５ｂ  貫通孔（ボルト挿通孔）
７１  固定板
７２  固定部材
７２ａ  ボルト
７２ｂ  ナット
７３  貫通孔
８１  固定板
８２  固定部材
１００  燃料電池システム
１０１  燃料電池ユニット
１０２  貯湯ユニット
１０３  固定機構
１０４  補助熱源機
１０５  排気口
１１３  固定機構
【図１（ａ）】
2010021097.tif 000003
【図１（ｂ）】
2010021097.tif 000004
【図１（ｃ）】
2010021097.tif 000005
【図２】
2010021097.tif 000006
【図３】
2010021097.tif 000007
【図４】
2010021097.tif 000008
【図５】
2010021097.tif 000009
【図６】
2010021097.tif 000010