(57)【要約】【課題】燃料電池モジュールと貯湯タンクとを同筐体内で重力方向に配置する場合に、万一、貯湯タンクから漏水した場合に、水に弱い電力変換回路などへの故障不具合を抑える。【解決手段】ＳＯＦＣを内部に備えた燃料電池モジュール８と、小容量の貯湯タンク９があり、上側に燃料電池モジュール８を配置し、この燃料電池モジュール８より重力方向の下方に貯湯タンク９が配置されている。この構成において、電力変換回路１０は貯湯タンク９より重力方向の上方に配置することにより、万一、貯湯タンク９から漏水した場合、水に弱い電力変換回路１０への故障不具合を抑えることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体酸化物形燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールの熱を利用し、温水を貯える貯湯タンクと、
前記燃料電池モジュールで発生した電力を交流電力に変換する電力変換回路と、
を備え、
前記燃料電池モジュールより重力方向の下方に前記貯湯タンクが配置され、
前記貯湯タンクより重力方向の上方に、前記電力変換回路が配置されている、燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池モジュール、前記貯湯タンク及び前記電力変換回路を収容する筐体をさらに備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池モジュールから排出される水分を回収する回収水タンクを備え、
前記回収水タンクは、重力方向において、前記電力変換回路と略同一高さ又は下方に配置されている、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池モジュールから排出される熱を回収する熱交換器をさらに備え、
前記熱交換器は、重力方向において、前記電力変換回路と略同一高さ又は下方に配置されている、請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池モジュールの運転を制御する制御回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記貯湯タンクより重力方向の上方に配置されている、請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料電池システムである。
【請求項６】
前記制御回路は重力方向において、前記電力変換回路と略同一高さに配置されている、請求項５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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭用の燃料電池コージェネシステムとして固体高分子形（ＰＥＦＣ）に加えて固体酸化物形（ＳＯＦＣ）の開発も急速に行われるようになった。このＳＯＦＣは空気極（陰極）で生成した酸化物イオンが電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させるので、水素だけでなく一酸化炭素等も燃料として使用できる。そのためＰＥＦＣのようにピュアな水素を必要とせず、複雑な改質を伴う大掛かりな水素生成機などが不要となり、部品点数も少なくできる。また、発電の動作温度がＰＥＦＣの６０〜８０℃に対し、６００〜８００℃と高く、これを利用し、循環水の湯温を高くでき、給湯として使用する貯湯タンクの容量もＰＥＦＣより大幅に小さくすることが可能である。いわゆる小型化、高信頼性、低コストである新方式として注目をあびてきている。（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図８は、前記公報に記載された従来の燃料電池システムの構成を示す正面図と側面図である。図８に示すように大掛かりな水素生成機がなく、また貯湯タンク１が小型化され、全体的に重量も減るため一つの筺体２内にＳＯＦＣを含む燃料電池モジュール３と貯湯タンク１を納め、この燃料電池モジュール３の下方に燃料電池モジュール３で発生した電力を交流電力に変換する電力変換部４を置き、燃料電池モジュール３の排熱回収部いわゆる熱交換器５を燃料電池モジュール３の側方に置き、燃料電池モジュール３へ水、空気、ガスなどを送るとともに電気的な制御を行う制御装置を含む供給部６は電力変換部４の側方に置き、貯湯タンク１は燃料電池モジュール３の側方、この場合は後方に配置する構成となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２９４２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来この種の構成では、ＳＯＦＣはＰＥＦＣより部品点数が減り全体的に小型化、高信頼性にはできるが、水を伴う主部品から成る貯湯タンクより電力変換部いわゆる電力変換回路が重力方向の下方に位置しているため、貯湯タンクから万一水が漏れた場合、この漏れた水が、特に水に弱い電力交換回路におよび、故障を引き起こす恐れがあったという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、例えば燃料電池モジュールと貯湯タンクを同筐体内で重力方向に配置する場合に、万一、貯湯タンクから漏水した時に、水に弱い電力変換回路への故障不具合を抑え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】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、固体酸化物形燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールの熱を利用し、温水を貯える貯湯タンクと、前記燃料電池モジュールで発生した電力を交流電力に変換する電力変換回路と、を備え、前記燃料電池モジュールより重力方向の下方に前記貯湯タンクが配置され、前記貯湯タンクより重力方向の上方に、前記電力変換回路が配置されているものである。
【０００８】
これによって、燃料電池モジュールと貯湯タンクとを同筐体内で重力方向に配置する場合に、万一貯湯タンクから漏水した時、電力変換回路に漏れた水がおよぶことはない。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池モジュールと貯湯タンクとを同筐体内で重力方向に配置する場合に、万一、貯湯タンクから漏水した時、水に弱い電力変換回路への故障不具合を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池システムを示す外観斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示す要部斜視図
【図３】本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成を示す要部正面図
【図４】本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成を示す要部斜視図
【図５】本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成を示す要部正面図
【図６】本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成を示す要部斜視図
【図７】本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成を示す要部正面図
【図８】従来の燃料電池システムの構成を示す正面図と側面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、固体酸化物形燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールの熱を利用し、温水を貯える貯湯タンクと、前記燃料電池モジュールで発生した電力を交流電力に変換する電力変換回路と、を備え、前記燃料電池モジュールより重力方向の下方に前記貯湯タンクが配置され、前記貯湯タンクより重力方向の上方に、前記電力変換回路が配置されている燃料電池システムである。
【００１２】
この構成により、燃料電池モジュールと貯湯タンクとを同筐体内で重力方向に配置する場合に、万一貯湯タンクから漏水した時、電力変換回路に漏れた水がおよぶことはない。そのため、万一、貯湯タンクから漏水した場合、水に弱い電力変換回路への故障不具合を抑えることができる。
【００１３】
第２の発明は、特に、第１の発明の前記燃料電池モジュール、前記貯湯タンク及び前記電力変換回路を収容する筐体をさらに備える燃料電池システムである。
【００１４】
この構成により、確実に従来と同様に小型化を図れるとともに、万一、貯湯タンクから漏水した場合、水に弱い電力変換回路への故障不具合を抑えることができる。
【００１５】
第３の発明は、特に、第１又は第２の発明の前記燃料電池モジュールから排出される水分を回収する回収水タンクを備え、前記回収水タンクは、重力方向において、前記電力変換回路と略同一高さ又は下方に配置されている燃料電池システムである。
【００１６】
この構成により、前記貯湯タンクより少量ではあるが、水を貯える回収水タンクから万一、漏水が起きても、回収水タンクは電力変換回路より重力方向において上方ではないので、電力変換回路へ漏れた水がおよばず、電力変換回路への故障不具合防止をさらに高めることができる。
【００１７】
第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれかの発明の前記燃料電池モジュールから排出される熱を回収する熱交換器をさらに備え、前記熱交換器は、重力方向において、前記電力変換回路と略同一高さ又は下方に配置されている燃料電池システムである。
【００１８】
この構成により、前記貯湯タンクと同等の水道圧が加わる熱交換器から万一、漏水が起きても、熱交換器は電力変換回路より重力方向において上方ではないので、電力変換回路へ漏れた水がおよばず、電力変換回路への故障不具合防止をさらに向上させられる。
【００１９】
第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれかの発明の、前記燃料電池モジュールの運転を制御する制御回路をさらに備え、前記制御回路は、前記貯湯タンクより重力方向に上方に配置されている燃料電池システムである。
【００２０】
この構成により、電力変換回路のように高電圧は生じないものの、水により故障の可能性のある制御回路も貯湯タンクの下方ではないので、この貯湯タンク９からの漏水の影響を受けない。
【００２１】
第６の発明は、特に、第５の発明の前記制御回路は重力方向において、前記電力変換回路と略同一高さに配置されている燃料電池システムである。
【００２２】
この構成により、回収水タンク、熱交換器においても制御回路は重力方向の下方ではなくなり、第５の発明よりさらに漏水の影響を受けなくなり、燃料電池システムとして、万一の漏水に対する故障不具合防止を格段に向上させることができる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の説明では、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。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における燃料電池システムの構成を示す外観斜視図であり、図２は、実施の形態１における燃料電池システムの構成を示す要部斜視図であり、図３は、実施の形態１における燃料電池システムの構成を示す要部正面図である。
【００２５】
図１、図２、図３において、筐体７内にＳＯＦＣを内部に備えた燃料電池モジュール８と、この燃料電池モジュール８の発生熱を利用し、温水を貯えるＰＥＦＣ方式と比較し小容量の貯湯タンク９があり、筐体７内上側に燃料電池モジュール８を配置し、この燃料電池モジュール８より重力方向の下方に貯湯タンク９が配置されている。この構成において、燃料電池モジュール８で得られた直流電力を交流電力に変換する電力変換回路１０があり、この電力変換回路１０は燃料電池モジュール８と貯湯タンク９の間に配置されている。そして、燃料電池モジュール８から排出される排ガス中の水分を回収する回収水タンク１１、同じく燃料電池モジュール８から排出される熱を回収する熱交換器１２、燃料電池モジュール８の運転の制御を行う制御回路１３があり、回収水タンク１１は重力方向において、電力変換回路１０の下方にあり、熱交換器１２も電力変換回路１０の下方に配置されている。制御回路１３は燃料電池モジュール８と貯湯タンク９の間で、電力変換回路１０の下方で回収水タンク１１及び熱交換器１２の上方に配置している。
なお、ここでは燃料電池システムとして小型化の可能な燃料電池モジュール８をＳＯＦＣとしているが、別方式の燃料電池モジュールでもよく、また、燃料電池モジュール８と貯湯タンク９とが、それぞれセパレートタイプの筐体内に配置されているなどでもよい。さらに貯湯タンク９の容量は小容量としているが、この容量に限定されるものでもない。
【００２６】
以上のように構成された燃料電池システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００２７】
まず、使用者がスタートボタンを押すなどして燃料電池システムの駆動開始が指示されると、必要媒体に生成された燃料、純水、空気がＳＯＦＣを含む燃料電池モジュール８に供給され、これら媒体が電気化学的に反応する。これにより、発電が行われる。この発電
により得られた直流電力は電力変換回路１０を介して交流電力に変換され系統電源に供給される。この時、ＳＯＦＣは動作温度が６００〜８００℃と非常に高く、市水との熱交換性が高い。そのため、貯湯タンク９内に貯める湯温を容易に７０〜７５℃と高くでき、貯湯タンク９の容量を大幅に小さく（例えばＰＥＦＣの約１／３の７０Ｌ程に）することができ、さらに、ＰＥＦＣのように大掛かりな水素生成機が不要であるということとが相まって、燃料電池モジュール８より重力方向で下方に貯湯タンク９を配置するというＰＥＦＣには困難な一体タイプの構成などが可能となった。
【００２８】
次に燃料電池モジュール８の下方に貯湯タンク９を配置の構成においてのメンテナンス時等を含め、万一の漏水について説明する。貯湯タンク９、回収水タンク１１、熱交換器１２は燃料電池システムの主水回路である。一方、電力変換回路１０は、電力用半導体素子と受動素子との組合せ回路であり、この燃料電池システムにおいて、特に水に弱く、万一、貯湯タンク９、回収水タンク１１、熱交換器１２から漏水が発生した場合、この漏水の影響を回避する必要がある。これに対し、電力変換回路１０は燃料電池モジュール８と貯湯タンク９の間に配置させるとともに、回収水タンク１１及び熱交換器１２を重力方向で電力変換回路１０より下方にして、漏水した場合に、その水が、電力変換回路１０に掛からないようにしている。さらにポッティング等を施し簡易的な水対策している場合が多い制御回路１３においても、燃料電池モジュール８及び貯湯タンク９の間で電力変換回路１０と回収水タンク１１及び熱交換器１２の間に配置し、同じく漏水の影響を回避するようにしている。他に、燃料電池モジュール８の上方に電力変換回路１０及び制御回路１３などを配置し、漏水の影響を回避する方法も考えられるが、今回の燃料電池モジュール８は高温であり、その上方に部品を配置するのは熱的ダメージがあり適さないので、本発明においては、該当部品類を燃料電池モジュール８と貯湯タンク９の間に配置することとした。
【００２９】
以上のように、本発明の形態においては、燃料電池モジュール８と貯湯タンク９とを筐体７内で重力方向に配置する場合に、万一、貯湯タンク９、ならびに回収水タンク１１、熱交換器１２などから漏水した時、水に弱い電力変換回路１０及び制御回路１３への故障不具合を抑えることができる。
【００３０】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成を示す要部斜視図であり、図５は実施の形態２における燃料電池システムの構成を示す要部正面図である。
実施の形態１と異なる点は、図４、図５に示すように、回収水タンク１１及び熱交換器１２を重力方向に電力変換回路１０と略同一高さ位置に配置し、制御回路１３を電力変換回路１０の上方に置いた構成で、他の基本構成は実施の形態１と同様である。
【００３１】
以上のように構成された燃料電池システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００３２】
基本的な動作、作用は実施の形態１と同様であり、電力変換回路１０の形状が、実施の形態１とは異なり正面から見て正方形に近い形状の場合の回収水タンク１１、熱交換器１２、制御回路１３の配置例を示し、実施の形態１と同様に電力変換回路１０及び制御回路１３は貯湯タンク９、回収水タンク１１、熱交換器１２の万一の漏水から回避できる。
以上のように、電力変換回路１０の形状が変わっても、貯湯タンク９、回収水タンク１１、熱交換器１２などから漏水した場合、水に弱い電力変換回路１０及び制御回路１３への故障不具合を抑えることができる。
【００３３】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における燃料電池システムの構成を示す要部斜視図であり、図７は実施の形態２における燃料電池システムの構成を示す要部正面図である。
実施の形態１及び実施の形態２と異なる点は、図６、図７に示すように、回収水タンク１１、熱交換器１２、制御回路１３を重力方向に電力変換回路１０と略同一高さ位置に配置した構成で、他の基本構成は実施の形態１及び実施の形態２と同様である。
以上のように構成された燃料電池システムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００３４】
基本的な動作、作用は実施の形態１及び実施の形態２と同様であり、電力変換回路１０の形状が、実施の形態１及び実施の形態２とは異なり正面から見て縦に長い長方形に近い形状の場合の回収水タンク１１、熱交換器１２、制御回路１３の配置例を示し、実施の形態１及び実施の形態２と同様に電力変換回路１０及び制御回路１３は貯湯タンク９、回収水タンク１１、熱交換器１２の万一の漏水から回避できる。
以上のように、電力変換回路１０の形状が変わっても、貯湯タンク９、回収水タンク１１、熱交換器１２などから漏水した場合、水に弱い電力変換回路１０及び制御回路１３への故障不具合を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、燃料電池モジュール、貯湯タンクをまとめて収納するという小型コンパクト化を図る構成において、水に弱い電力変換回路及び制御回路への漏水対策が容易にできるので、メンテナンスがしづらい集合住宅等のパイプスペース空間への設置構成などとして適用できる。
【符号の説明】
【００３６】
７  筐体
８  燃料電池モジュール
９  貯湯タンク
１０  電力変換回路
１１  回収水タンク
１２  熱交換器
１３  制御回路
【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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