(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に主格納空間を形成する筐体と、
前記主格納空間内に設けられて、燃料と酸素とを反応させて直流電流を発生させる燃料電池本体と、
前記筐体の外部から前記燃料電池本体まで延びて、前記筐体の外部から前記燃料電池本体に燃料を供給する燃料供給路と、
前記主格納空間内の前記燃料供給路に設けられて、前記燃料電池本体に供給する燃料を遮断する第１燃料遮断弁と、
前記主格納空間外の前記燃料供給路の前記第１燃料遮断弁の上流側に設けられて、前記燃料電池本体に供給する燃料を遮断する第２燃料遮断弁と、
前記主格納空間内に配置された換気ファンと、
を備え、
前記筐体が前記主格納空間と仕切られた副格納空間を形成し、前記副格納空間が大気に開放されており、前記第２燃料遮断弁は前記副格納空間に設けられていて、
前記筐体に、前記主格納空間内へ空気を取り入れる吸気口と、前記主格納空間内から空気を排出する排出口が形成されて、
前記副格納空間を通らずに前記吸気口から前記主格納空間内へ流入した空気が前記副格納空間を通らずに前記換気ファンを通って前記排出口から排出されるように構成されていることを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記燃料供給路の前記第２燃料遮断弁の上流側に設けられて、前記燃料供給路内の圧力を計測する燃料圧力計を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記主格納空間内に設けられて、前記燃料圧力計が計測した圧力に基づいて前記第２燃料遮断弁を遮断させる制御装置を備えたことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記筐体には前記副格納空間を大気に開放させるための通気口が前記第２燃料遮断弁より下方に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項５】
前記主格納空間内の前記燃料供給路の前記第１燃料遮断弁と前記燃料電池本体との間に設けられて、原燃料から水素リッチガスを生成する燃料処理系を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の燃料電池発電システム。
【請求項６】
内部に主格納空間を形成する筐体と、
前記主格納空間内に設けられて、燃料としてガスを消費する燃料消費部と、
前記筐体の外部から前記燃料消費部まで延びて、前記筐体の外部から前記燃料消費部に燃料を供給する燃料供給路と、
前記主格納空間内の前記燃料供給路に設けられて、前記燃料消費部に供給する燃料を遮断する第１燃料遮断弁と、
前記主格納空間外の前記燃料供給路の前記第１燃料遮断弁の上流側に設けられて、前記燃料消費部に供給する燃料を遮断する第２燃料遮断弁と、
前記主格納空間内に配置された換気ファンと、
を備え、
前記筐体が前記主格納空間と仕切られた副格納空間を形成し、前記副格納空間が大気に開放されており、前記第２燃料遮断弁は前記副格納空間に設けられていて、
前記筐体に、前記主格納空間内へ空気を取り入れる吸気口と、前記主格納空間内から空気を排出する排出口が形成されて、
前記副格納空間を通らずに前記吸気口から前記主格納空間内へ流入した空気が前記副格納空間を通らずに前記換気ファンを通って前記排出口から排出されるように構成されていることを特徴とするガス燃料使用機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、燃料電池発電システムおよびガス燃料使用機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電システムは、燃料である水素と酸化剤である酸素とを電気化学的に反応させて直接的に電気を取り出すシステムである。燃料電池発電システムは、高効率で電気エネルギーを取り出すことができると同時に、有害ガスを排出せず、低騒音であり、環境性に優れている。近年、小型の固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）の開発が進み、家庭用の燃料電池発電システムの商品化も実現されている。
【０００３】
燃料電池発電システム１０１は、図３に示したように、筐体１１０内に、燃料電池本体１２０、燃料処理系１２２、燃料供給路１３０、燃料遮断弁１４０，１５０、空気供給路（図示省略）、および、制御装置１７０などを備えている。燃料電池発電システム１０１は、燃料電池本体１２０において、燃料供給路１３０から供給される燃料中の水素と空気供給路から供給される空気中の酸素とを反応させて、発電を行う。
【０００４】
都市ガスやＬＰガスなどの原燃料１３０ａは、制御装置１７０および燃料遮断弁１４０，１５０により流量が制御されて燃料電池発電システム１０１内に取り入れられる。原燃料１３０ａは、改質器などを備えた燃料処理系１２２により、水素リッチな改質ガス１３０ｂに改質された後、燃料電池本体１２０に供給される。
【０００５】
ところで、燃料電池発電システム１０１において、何らかの異常が発生した場合には、発電が停止されるとともに、燃料遮断弁１４０，１５０が閉栓されて、燃料の供給が遮断される。例えば、燃料電池本体１２０や燃料処理系１２２で燃料リークが発生し、筐体１１０内に燃料が漏れた場合には、燃料電池発電システム１０１は、筐体１１０内に設けられた可燃ガス検知器（図示省略）により、燃料リークを検知して、制御装置１７０により、発電を停止するとともに、２つの燃料遮断弁１４０，１５０を閉栓し、燃料の供給を遮断する。これは、制御装置１７０などの電気系統を格納した筐体１１０内に燃料が漏れると、爆発や火災などの危険性が生じるからである。
【０００６】
このような燃料リークによる爆発や火災などの危険性を低減するために、図３に示したように、２つの燃料遮断弁１４０，１５０を燃料供給路１３０に直列に設置することが業界基準・認証規定になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−３０８３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来の燃料電池発電システム１０１において、燃料遮断弁１５０の上流側継手に接続不良が生じたり、燃料取合口１３２と燃料遮断弁１５０との間の配管が破損するなど、燃料遮断弁１５０の上流側で燃料リークが発生した場合には、２つの燃料遮断弁１４０，１５０が閉栓されても、筐体１１０内に燃料が漏れ続けることとなる。そのため、筐体１１０内を換気するファン１８０を設けたり、燃料遮断弁１５０を極力上流側に設けるなどの対策が採られているが、筐体１１０内での燃料リークを防止できる対策とはいえない。
【０００９】
そこで、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、燃料リークによる危険性を低減できる燃料電池発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を達成するために、本発明の実施形態に係る燃料電池発電システムは、内部に主格納空間を形成する筐体と、前記主格納空間内に設けられて、燃料と酸素とを反応させて直流電流を発生させる燃料電池本体と、前記筐体の外部から前記燃料電池本体まで延びて、前記筐体の外部から前記燃料電池本体に燃料を供給する燃料供給路と、前記主格納空間内の前記燃料供給路に設けられて、前記燃料電池本体に供給する燃料を遮断する第１燃料遮断弁と、前記主格納空間外の前記燃料供給路の前記第１燃料遮断弁の上流側に設けられて、前記燃料電池本体に供給する燃料を遮断する第２燃料遮断弁と、前記主格納空間内に配置された換気ファンと、を備え、前記筐体が前記主格納空間と仕切られた副格納空間を形成し、前記副格納空間が大気に開放されており、前記第２燃料遮断弁は前記副格納空間に設けられていて、前記筐体に、前記主格納空間内へ空気を取り入れる吸気口と、前記主格納空間内から空気を排出する排出口が形成されて、前記副格納空間を通らずに前記吸気口から前記主格納空間内へ流入した空気が前記副格納空間を通らずに前記換気ファンを通って前記排出口から排出されるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、上記の課題を達成するために、本発明の実施形態に係るガス燃料使用機器は、内部に主格納空間を形成する筐体と、前記主格納空間内に設けられて、燃料としてガスを消費する燃料消費部と、前記筐体の外部から前記燃料消費部まで延びて、前記筐体の外部から前記燃料消費部に燃料を供給する燃料供給路と、前記主格納空間内の前記燃料供給路に設けられて、前記燃料消費部に供給する燃料を遮断する第１燃料遮断弁と、前記主格納空間外の前記燃料供給路の前記第１燃料遮断弁の上流側に設けられて、前記燃料消費部に供給する燃料を遮断する第２燃料遮断弁と、前記主格納空間内に配置された換気ファンと、を備え、前記筐体が前記主格納空間と仕切られた副格納空間を形成し、前記副格納空間が大気に開放されており、前記第２燃料遮断弁は前記副格納空間に設けられていて、前記筐体に、前記主格納空間内へ空気を取り入れる吸気口と、前記主格納空間内から空気を排出する排出口が形成されて、前記副格納空間を通らずに前記吸気口から前記主格納空間内へ流入した空気が前記副格納空間を通らずに前記換気ファンを通って前記排出口から排出されるように構成されていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池発電システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池発電システムの概略構成図である。
【図３】従来の燃料電池発電システムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る燃料電池発電システムについて、図１を用いて説明する。図１は、燃料電池発電システムの概略構成図である。
【００１４】
まず、本実施形態に係る燃料電池発電システム１の構成について説明する。
【００１５】
本実施形態に係る燃料電池発電システム１は、例えば、住宅の屋外に設置され、都市ガスやＬＰガスを用いて発電を行い、家庭用の電力を供給するシステムである。
【００１６】
燃料電池発電システム１は、筐体１０、燃料電池本体２０、燃料処理系２２、燃料供給路３０、空気供給路（図示省略）、第１燃料遮断弁４０、第２燃料遮断弁５０、燃料圧力計６０、および、制御装置７０などを備えている。燃料電池発電システム１は、燃料電池本体２０において、燃料供給路３０から供給される燃料中の水素と空気供給路から供給される空気中の酸素とを反応させて、発電を行う。
【００１７】
筐体１０は、筐体本体部１１および隔壁部１２を有している。筐体本体部１１は、直方体形状の箱体であって、筐体１０の外形を形成している。筐体１０内の空間は、筐体本体部１１の内面に設けられた隔壁部１２により、主格納空間９１と副格納空間９２とに仕切られている。燃料電池本体２０、燃料処理系２２、および、制御装置７０は、主格納空間９１内に格納されている。
【００１８】
燃料供給路３０および空気供給路は、筐体１０の外部から主格納空間９１内に設けられた燃料電池本体２０まで延びている。
【００１９】
都市ガスやＬＰガスなどの原燃料３０ａは、制御装置７０、第１燃料遮断弁４０、および、第２燃料遮断弁５０により流量が制御されて、筐体１０の外部から燃料電池発電システム１内に取り入れられる。原燃料３０ａは、燃料処理系２２により水素リッチな改質ガス３０ｂに改質された後、燃料電池本体２０に供給される。
【００２０】
空気は、制御装置７０およびブロア（図示省略）により流量が制御されて、燃料電池発電システム１内に取り入れられる。空気は、主格納空間９１内に設けられた空気加湿器（図示省略）により加熱・加湿された後、燃料電池本体２０に供給される。
【００２１】
燃料電池本体２０には、例えば、固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）が採用されている。燃料電池本体２０は、セパレータに狭持された膜電極複合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）（図示省略）が複数積層されてなる。膜電極複合体は、アノードとカソードとで狭持された一価の陽イオン交換型の電解質膜から構成されている。セパレータ（図示省略）には、改質ガス３０ｂをアノードに供給するためのガス供給溝、および、湿潤空気をカソードに供給するための空気供給溝が形成されている。
【００２２】
燃料電池本体２０は、アノードに供給された改質ガス３０ｂ中の水素とカソードに供給された空気中の酸素とを反応させて、発電を行う。燃料電池本体２０で発電された直流電気は、インバータ（図示省略）により交流電気に変換され、商用電力系統と合わせて家庭での電力負荷に供給される。
【００２３】
燃料供給路３０は、複数本の配管により構成されている。副格納空間９２に面した筐体本体部１１には、燃料取合口３２が形成されている。筐体１０の外部の配管３１は、燃料電池発電システム１の設置場所にて燃料取合口３２に接続される。
【００２４】
第１燃料遮断弁４０は、主格納空間９１内の燃料供給路３０に設けられている。第１燃料遮断弁４０は、燃料処理系２２より上流側に設けられている。第１燃料遮断弁４０は、制御装置７０からの制御信号に基づいて閉栓し、燃料電池本体２０に供給する燃料を遮断する。
【００２５】
第２燃料遮断弁５０は、副格納空間９２内の燃料供給路３０に設けられている。すなわち、第２燃料遮断弁５０は、第１燃料遮断弁４０より上流側に設けられている。第２燃料遮断弁５０は、第１燃料遮断弁４０と同様に、制御装置７０からの制御信号７２に基づいて閉栓し、燃料電池本体２０に供給する燃料を遮断する。
【００２６】
燃料圧力計６０は、副格納空間９２内の燃料供給路３０に設けられている。燃料圧力計６０は、第２燃料遮断弁５０より上流側に設けられている。燃料圧力計６０は、燃料取合口３２と第２燃料遮断弁５０との間の配管内の圧力を計測する。
【００２７】
制御装置７０は、電線７１，７２，７３により、第１燃料遮断弁４０、第２燃料遮断弁５０、および、燃料圧力計６０のそれぞれに接続されている。制御装置７０は、燃料圧力計６０から送信された圧力情報に基づいて、燃料リークの発生を認識する。制御装置７０は、燃料リークの発生が認識された場合には、第１燃料遮断弁４０および第２燃料遮断弁５０に制御信号を送信して、第１燃料遮断弁４０および第２燃料遮断弁５０を閉栓させる。
【００２８】
なお、電線７２，７３は、隔壁部１２を貫通している。副格納空間９２内の空気がこの貫通孔を通じて主格納空間９１内に入り込まないように、貫通孔はシールされている。
【００２９】
筐体本体部１１には、吸気口８１および排気口８２が形成されている。主格納空間９１内の排気口８２付近には、換気ファン８０が設けられている。換気ファン８０の回転により、主格納空間９１内が換気される。
【００３０】
副格納空間９２に面した筐体本体部１１には、通気口１３が形成されていて、副格納空間９２は、筐体１０の外部（大気）に開放されている。この通気口１３により、副格納空間９２内が換気される。
【００３１】
なお、本実施形態に係る燃料電池発電システム１は、屋外に設置される。そのため、雨水などが通気口１３から副格納空間９２内に入り込んでしまうことがある。本実施形態では、副格納空間９２内に入り込んだ雨水などが排出されるように、通気口１３を副格納空間９２の下方に形成し、副格納空間９２の下面に傾斜をつけている。
【００３２】
次に、本実施形態に係る燃料電池発電システム１の作用・効果について説明する。
【００３３】
本実施形態に係る燃料電池発電システム１において、燃料電池本体２０や燃料処理系２２などで燃料リークが発生し、主格納空間９１内に燃料が漏れた場合には、主格納空間９１内に設けられた可燃ガス検知器（図示省略）などにより、燃料リークを検知して、制御装置７０により、発電を停止するとともに、第１燃料遮断弁４０および第２燃料遮断弁５０を閉栓し、燃料の供給を遮断する。
【００３４】
一方、第２燃料遮断弁５０の上流側継手に接続不良が生じたり、燃料取合口３２と第２燃料遮断弁５０との間の配管が破損するなど、第２燃料遮断弁５０の上流側で燃料リークが発生した場合には、副格納空間９２内に燃料が漏れる。ここで、主格納空間９１と副格納空間９２とは、隔壁部１２により仕切られているため、副格納空間９２内に漏れた燃料は、制御装置７０などの電気系統が格納された主格納空間９１内に入り込むことがない。
【００３５】
これに対して、図３に示したような従来の燃料電池発電システム１０１においては、燃料遮断弁１５０の上流側で燃料リークが発生した場合には、上述したとおり、２つの燃料遮断弁１４０，１５０が閉栓されても、筐体１１０内に燃料が漏れ続けることとなり、爆発や火災などの危険性が生じる。
【００３６】
このように、本実施形態に係る燃料電池発電システム１によれば、従来の燃料電池発電システム１０１に比べて、燃料リークによる爆発や火災などの危険性が低減される。
【００３７】
また、本実施形態では、筐体本体部１１に通気口１３が設けられていて、副格納空間９２内は、雰囲気的に大気と同等になっている。すなわち、副格納空間９２内に漏れた燃料は、通気口１３を通って、速やかに筐体１０の外部に放出され、拡散される。したがって、副格納空間９２内に漏れた燃料が、主格納空間９１内に入り込みにくい。さらに、筐体本体部１１には、吸気口８１を覆う吸気ガード８３が設けられている。そのため、筐体１０の外部に放出された燃料が、吸気口８１から主格納空間９１内に入り込みにくい。
【００３８】
また、副格納空間９２内に漏れた燃料は、脱硫前であり、有臭ガスである。よって、ユーザや保守員による筐体１０の外部での検知が容易である。また、燃料リークが生じた箇所の修理も容易に行うことができる。
【００３９】
さらに、図３に示したような従来の燃料電池発電システム１０１においては、燃料遮断弁１５０の上流側での燃料リークのリスクを極力低減するために、燃料遮断弁１５０の上流側に燃料圧力計を設けないことが望まれる。一方、本実施形態によれば、第２燃料遮断弁５０の上流側での燃料リークによるリスクが小さいため、第２燃料遮断弁５０の上流側に燃料圧力計６０を設けることができる。
【００４０】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る燃料電池発電システムについて、図２を用いて説明する。図２は、燃料電池発電システムの概略構成図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であるため、重複部分には同一符号を付して、その部分の構成の説明を省略する。
【００４１】
本実施形態では、筐体１０は、筐体本体部１１およびカバー部１４を有している。筐体本体部１１は、直方体形状に形成されていて、その内部に主格納空間９１を形成している。カバー部１４は、筐体本体部１１の外壁に取り付けられていて、その内部に副格納空間９２を形成している。
【００４２】
第１の実施形態と同様に、燃料供給路３０は、筐体１０の外部から、副格納空間９２内を通って、主格納空間９１内に設けられた燃料電池本体２０まで延びている。第１燃料遮断弁４０は、主格納空間９１内の燃料供給路３０に設けられ、第２燃料遮断弁５０は、副格納空間９２内の燃料供給路３０に設けられている。
【００４３】
カバー部１４は、第２燃料遮断弁５０を上方および側方から覆い、第２燃料遮断弁５０を雨水から保護する。副格納空間９２は、その下方で大気に開放されている。本実施形態では、燃料取合口３２は、カバー部１４の側部に形成されている。
【００４４】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態に係る燃料電池発電システム１は、構成上、図３に示した従来の燃料電池発電システム１０１に近いため、従来の燃料電池発電システム１０１をマイナーチェンジすることにより、容易に得ることができる。
【００４５】
［他の実施形態］
上記の実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、吸気ガード８３は、使用する原燃料３０ａが空気より軽い都市ガスであるか、空気より重いＬＰガスであるかによって、形状や取付位置を変化させても良い。
【００４６】
また、上記の実施形態では、燃料電池発電システムを例にして説明したが、本発明は、ガスヒートポンプ、瞬間湯沸器や家庭用コージェネレーションシステムなどのガス燃料を遮断する燃料遮断弁を備えたガス燃料使用機器に用いることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１…燃料電池発電システム、１０…筐体、１１…筐体本体部、１２…隔壁部、１３…通気口、１４…カバー部、２０…燃料電池本体、２２…燃料処理系、３０…燃料供給路、３０ａ…原燃料、３０ｂ…改質ガス、３１…配管、３２…燃料取合口、４０…第１燃料遮断弁、５０…第２燃料遮断弁、６０…燃料圧力計、７０…制御装置、７１，７２，７３…電線、８０…換気ファン、８１…吸気口、８２…排気口、８３…吸気ガード、９１…主格納空間、９２…副格納空間
【図１】
0005611851.tif 000002
【図２】
0005611851.tif 000003
【図３】
0005611851.tif 000004