(57)【要約】【課題】燃料電池の耐久性および信頼性を高める【解決手段】  本発明の燃料電池装置は、筐体１６と、筐体１６の内部に設けられ発電を行う燃料電池モジュール１５と、筐体１６に接続され、燃料電池モジュール１５で発生する排気ガスを前記筐体１６の外部に放出する排気部材２０と、を備え、排気部材２０は、排気ガスが流入する導入口２１と、前記筐体の外部と連通して排気ガスを放出する排気口２２と、導入口２１と排気口２２とを接続する中空流路２３と、中空流路２３内に設けられ、排気口２２と対向する第一壁２６と、を有することを特徴とする【選択図】      図５
2018200816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、
該筐体の内部に設けられ発電を行う燃料電池モジュールと、
前記筐体に接続され、前記燃料電池モジュールで発生する排気ガスを前記筐体の外部に放出する排気部材と、を備え、
前記排気部材は、
排気ガスが流入する導入口と、
前記筐体の外部と連通して排気ガスを放出する排気口と、
前記導入口と前記排気口とを接続する中空流路と、
前記中空流路内に設けられ、前記排気口と対向する第一壁と、を有することを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
前記第一壁は、周縁部に前記排気口に向けて立ち上がった側壁部を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記第一壁の下端側に前記側壁部が設けられており、該下端側の側壁部は、前記排気口に向かって下方向に傾斜するとともに、下端が前記排気口の下縁部に接続していることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記第一壁よりも上流側の前記中空流路内に設けられ、排気ガスの流れと直交する方向に前記中空流路を区画する第二壁を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記排気部材は、前記筐体より外部に突出した突出部を有し、
該突出部の底部に開口部が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池装置。
【請求項６】
前記第二壁または第二壁の上方には、排気ガスが通過する流通口を有し、該流通口の周縁部に、排気ガスの流れ方向の下流側に延びる延出部が設けられていることを特徴とする請求項４または５に燃料電池装置。
【請求項７】
前記排気口は、前記導入口の投影面からずれた位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
【請求項８】
前記中空流路は、前記排気口の開口方向と異なる方向に排気ガスが流れる屈曲部分を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
【請求項９】
前記第二壁より上流側の前記中空流路の底部は、前記導入口に向かって下方向に傾斜する傾斜部を含むことを特徴とする請求項４〜６および請求項４を引用する請求項７〜８のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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筐体内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている。
【０００３】
また、燃料電池モジュールから排出される排気ガスの熱を水などの媒体と熱交換して、熱エネルギーを回収して温水を生成するとともに、排気ガスを冷却して排気ガスに含まれる水を回収して、原燃料を改質する改質器に供給する燃料電池装置が知られている。水を回収した後の排気ガスは排気口より外部に排出される。
【０００４】
このような燃料電池装置において、たとえば、排気口の出口近傍の筐体の外側に偏向板を設置して、排気を筐体の外側面に対して斜め方向に排出して排気ガスがハウジングの周囲の装置や壁面などに直接接触するのを抑制するように排気口に偏向板を設けたものが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２０４４４６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、燃料電池装置が風雨にさらされると、排気口から燃料電池装置の内部に雨水又は風が侵入して排気ガスが押し戻されるおそれがあり、効率良く排気ガスを排気することができないおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池装置は、筐体と、該筐体の内部に設けられ発電を行う燃料電池モジュールと、前記筐体に接続され、前記燃料電池モジュールで発生する排気ガスを前記筐体の外部に放出する排気部材と、を備え、前記排気部材は、排気ガスが流入する導入口と、前記筐体の外部と連通して排気ガスを放出する排気口と、前記導入口と前記排気口とを接続する中空流路と、前記中空流路内に設けられ、前記排気口と対向する第一壁と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、排気口から燃料電池装置の内部に雨水又は風が侵入することを抑制できるため排気ガスの排気効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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。
【図２】本実施形態の燃料電池装置の排気部材の一例を示す斜視図である。
【図３】本実施形態の燃料電池装置の一例を示す部分斜視図である。
【図４】本実施形態の燃料電池装置の一例を示す部分拡大図である。
【図５】本実施形態の燃料電池装置の排気部材の一例を示す断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。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、改質器１１、セルスタック装置１２、熱交換器１３、凝縮水タンク１４および排気部材２０を含み、これらの装置を動作させるための補機等とともに筐体１６（図示せず）に納められている。筐体１６内に上述の装置全てが収められる必要はなく、例えば、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。
【００１１】
改質器１１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。改質器１１は、加熱されており、原燃料と改質水とは、加熱された改質器１１で改質反応し、水素を含む改質ガスが生成される。改質器１１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１２に供給される。
【００１２】
セルスタック装置１２は、マニホールド１２ａおよびセルスタック１２ｂを含む。セルスタック装置１２に供給された改質ガスはマニホールド１２ａからセルスタック１２ｂ内に供給される。セルスタック１２ｂの外側には酸素含有ガス供給部材１０３から空気（酸素含有ガス）が導入されており、改質ガスは、セルスタック１２ｂ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１２ｂ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、高温の排気ガスが生成される。また、燃焼で発生した熱によって改質器１１を加熱する。
【００１３】
改質器１１およびセルスタック装置１２は高温となるため、断熱材で包囲されて、燃料電池モジュール１５として、筐体１６内に配置されている。燃料電池モジュール１５内で生じた排気ガスは、セルスタック装置１２から排出された後、排気ガス流路１０４を通って熱交換器１３に供給される。熱交換器１３には循環ライン１０５が接続されており、循環ライン１０５には水などの媒体が循環している。この循環ライン１０５に導入されている媒体と排気ガスとで熱交換を行う。循環ライン１０５は、燃料電池装置１外部の貯湯タンク（図示せず）に接続され、お湯として熱エネルギーが蓄えられる。なお、貯湯タンクを燃料電池装置１の筐体１６内に収納する構成とすることも可能である。
【００１４】
熱交換器１３で排気ガスは冷却され、媒体は排気ガスの熱によって加熱される。排気ガスは冷却され、排気ガスに含まれる水蒸気が凝縮水となり気液分離される。気液分離されたあとの気体は排気流路１０７を通って、排気流路１０７に接続された排気部材２０から外部に排出される。排気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１４に送られる。凝縮水タンク１４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１１に供給される。不要な水はドレイン１０９から排出される。
【００１５】
図２は、本実施形態の燃料電池装置の排気部材の一例を示す斜視図である。なお、排気部材内部を説明するため、中空流路２３の上方を覆う天板は省略している。排気部材２０は、熱交換器１３から排出され、排気流路１０７を介して排気ガスが流入する導入口２１と、筐体１６の外部と連通して、排気ガスを放出する排気口２２と、導入口２１と排気口２２とを接続する中空流路２３を備えている。排気部材２０は導入口２１を備える導入部２４と、導入部２４に接続され、排気口２２を備える突出部２５を含んでおり、導入部２４および突出部２５の内部が中空流路２３である。
【００１６】
図３は、本実施形態の燃料電池装置の部分斜視図であり、燃料電池装置１の筐体１６の側面を示すものである。また。図４は、本実施形態の燃料電池装置の一例を示す部分拡大図であり、図３の点線で囲まれた部分を拡大したものである。筐体１６の側面パネル１６ａのほぼ中央部に排気部材２０の突出部２５が側面パネル１６ａから突出するように排気部材２０が側面パネル１６ａにねじ止めされて取付けられている。突出部２５が筐体１６より突出しているので、水が排気口２２から排出されても、筐体１６に触れることなく側面パネル１６ａ上を水が伝うことがない。これにより、腐食するおそれを軽減することができ、筐体１６の耐久性を高めることができる。また、突出部２５の直下には配管の接続部分がなく、排気口２２から滴下する水の影響が配管に及びにくい構成となっている。
【００１７】
図２において、導入口２１は、たとえば、中空の直方体形状の導入部２４の長辺方向の一端に設けられている。導入口２１には、排気流路１０７が接続されている。熱交換器１３で熱交換され、気液分離を行った後の排気ガスが導入口２１から排気部材２０に供給される。
【００１８】
排気口２２は、突出部２５の側面２５ａに設けられている。排気口２２は、たとえば、矩形状の開口とすることができる。また、図５は、本実施形態の燃料電池装置の排気部材の一例を示す断面斜視図であり、図に示すように排気口２２近傍の中空流路２３内に、排気口２２と対向するように第一壁２６が設けられている。言い換えれば、第一壁２６は、排気口２２の開口方向から見て、排気口２２を覆うように設けられている。排気口２２と対向するように第一壁２６が設けられていることから、雨風が中空流路２３内に浸入することを軽減することができる。このような構成によって、排気口２２から燃料電池装置の内部に雨水又は風が侵入することを抑制できるため排気ガスの排気効率を向上できる。
【００１９】
なお、第一壁２６は排気口２２より大きくてもよい。また、排気口２２は単数でも複数でもよく、排気口２２が複数設けられている場合には、第一壁２６は各排気口２２の開口方向から見て、排気口２２を覆うように設けられていてもよい。
【００２０】
また、第一壁２６は排気口２２との間に後述する下端部２６ｂを除く三方向に隙間を設けて配置されていてもよい。この構成により、排気口２２に対してどの方向から風が吹き付けてきても排気ガスはこの隙間を介して外部に放出される。
【００２１】
第一壁２６の周縁部は、排気口２２に向けて立ち上がった側壁部２６ａを含んでいる。この構成によって、風雨が排気口２２から吹き込んでも、側壁部２６ａによって受け止めることができるので、雨風が中空流路２３内に浸入することをより軽減することができる。本実施形態においては全周に亘って側壁部が設けられている。
【００２２】
側壁部２６ａの下端側は、排気口２２に向かって下方向に傾斜するとともに、下端部２６ｂが排気口２２の下縁部に接続している。排気口２２から風雨が侵入した場合であっても、雨水を第一壁２６で受け止めるとともに、側壁部２６ａに沿って下方に流れた雨水を、排気口２２に向かう下端部２６ｂの下方向に傾斜によって、排気口２２の外側に導くことができる。なお、側壁部２６ａの一部を折り曲げることで第一壁２６及び排気口２２を設けてもよく、排気口２２が設けられた側壁部２６ａに別途第一壁２６を設けてもよい。
【００２３】
第一壁２６の上流側の中空流路２３内に第二壁２７が設けられている。第二壁２７は、排気ガスの流れと直交する方向に設けられ、中空流路２３を区画している。第二壁２７には、排気ガスを通過させるための流通口２７ａが設けられている。たとえば、第二壁２７に貫通孔を設けて流通口２７ａとすることができる。また、第二壁２７の高さを突出部２５の天面よりも低くして、天面と、第二壁２７の上端との間を流通口２７ａとすることができる。このように、中空流路２３を区画する第二壁２７を設けることによって、第一壁２６と突出部２５の壁との隙間から中空流路２３内部に雨水が侵入したとしても、さらに中空流路２３の上流側に移動することを妨げることができる。また、導入口２１から入った排気ガスが導入部２４で冷やされることによって凝縮水が析出するが、凝縮水は、第二壁２７より下流側へ移動できないので、凝縮水と雨水とが混ざり合わないようすることができる。このため、導入部２４で析出した凝縮水のみを凝縮水回収流路１０６に戻すことで、改質水として有効利用することができる。
【００２４】
突出部２５の底部２５ｂに開口部２５ｃが設けられている。開口部２５ｃは、たとえば、側面２５ａとの底部２５ｂとの間のスリットとして形成することができる。排気口２２から中空流路２３内に侵入した雨水は、第二壁２７から上流側への移動が妨げられて突出部２５内に留まるが、これらの雨水は、突出部２５の底部２５ｂに設けられた開口部２５ｃから排出することができる。雨水を排出することができるので、排気部材２０の腐食による劣化を抑制することができ、燃料電池装置１の耐久性を向上させることができる。また、突出部２５の底部２５ｂは、排気口２２に向かって緩やかに傾斜していてもよく、傾斜に沿って開口部２５ｃに雨水を導くことができる。なお、開口部２５ｃは突出部２５に設けられているので、筐体１６に触れることなく側面パネル１６ａ上を水が伝うことがなく、筐体１６が腐食するおそれを軽減することができ、筐体１６の耐久性を高めることができる。
【００２５】
第二壁２７の流通口２７ａの周縁部には排気ガスの流れ方向の下流側に延びる延出部２７ｂが設けられている。本実施形態においては、たとえば、第二壁２７の流通口２７ａを構成する矩形の開口に矩形の管状部材を取付けることによって延出部２７ｂを構成している。排気口２２と第一壁２６との間から突出部２５に侵入した雨水は、突出部２５の内壁に当たって跳ね返ると流通口２７ａを通過してしまうおそれがあるが、流通口２７ａに延出部２７ｂを設けることによって、跳ね返った雨水が流通口２７ａを通過することを有効に防止することができる。また、突出部２５の底部２５ｂに溜まった雨水が排気口２２から流入する風によって巻き上げられても延出部２７ｂの外側の壁によって、流通口２７ａに流入することを抑制することができる。
【００２６】
延出部２７ｂは、第二壁２７よりも下流側に向かって延びているが、たとえば、本実施の形態のように、第二壁２７の上流側に向かって延びる延出部２７ｃを設けてもよい。延出部２７ｃによって、排気ガスが導入部２４で冷やされて生じた凝縮水が、第二壁２７の下流側に移動して、外部に排出されることを抑制することができる。
【００２７】
図２に示されるように、排気口２２は、導入口２１の投影面からずれた位置に設けられている。このことによって、排気口２２から燃料電池装置１の内部への風の吹き込みを抑制することができる。本実施形態においては、導入口２１において、排気流路１０７に排気部材２０の中空流路２３に接続されているが、中空流路２３を構成する導入部２４は、導入口２１の開口方向に対して直交する方向に延びている。そして、導入口２１が設けられた側とは反対側に接続された突出部２５に排気口２２が設けられている。中空流路２３は、導入部２４と突出部２５の接続部で直角方向に曲げられた形状となっている。そして、排気口２２は、突出部２５の端部である側面２５ａに設けられている。
【００２８】
本実施例においては、たとえば、導入口２１から導入された排気ガスは、導入部２４に沿って導入口２１および排気口２２の開口方向とは異なる方向に流れている。中空流路２３は、導入部２４の下流部２４ａで屈曲して９０度向きを変えて、突出部２５へ延びている。このように、中空流路２３は、排気口２２の開口方向と異なる方向に排気ガスが流れる屈曲部分である導入部２４を有している。このことによって、排気口２２からの風雨の吹き込みを抑制することができる。また、導入部２４を備えることによって、排気ガスを冷却し、外部に排出する排気の温度を低減することができる。
【００２９】
排気口２２が導入口２１の投影面からずれていない場合でも、排気口２２と導入口２１の間の中空流路２３が屈曲した形状であれば、排気口２２から燃料電池装置１の内部への風の吹き込みを抑制することができる。
【００３０】
排気部材２０を排気ガスが通過する間に、排気ガスの温度が低下すると、排気ガス含まれる水分が凝縮し、排気部材２０内に凝縮水が溜まる。このような凝縮水は、凝縮水タンク１４に戻して改質水として利用できるものであるが、排気部材２０内に凝縮水を溜まったままにしておくと、排気部材２０が腐食したりするおそれがある。
【００３１】
導入部２４の底部２４ｂは、下流部２４ａから導入口２１にかけて下方向に傾斜している。このように、第二壁２７よりも上流側の中空流路２３の底部に導入口２１に向かって下方向に傾斜する傾斜部を含むことによって、中空流路２３の中で排気ガスが冷却され、凝縮して水分が析出すると、底面の傾斜によって導入口２１の方向へ移動し、導入口２１から凝縮水タンク１４または、熱交換器１３を介して凝縮水タンク１４に移動して凝縮水として、再利用することができる。また、中空流路２３の内の凝縮水の滞留を抑制することができる。また、排気部材２０の腐食を防ぎ、耐久性を向上させることができる。
【００３２】
第二壁２７は突出部２５に設けられていてもよい。言い換えれば、第二壁２７が筐体１６より外側に設けられていてもよい。この構成によって、第二壁２７付近の温度を低くすることで排気ガスを冷やし、より多くの凝縮水を回収することができる。
【００３３】
また、排気部材２０は、金属や樹脂などによって製作することができる。金属は放熱効率に優れているので、排気部材２０を金属とした場合には、より効率よく凝縮水を回収することができる。また、排気部材２０を樹脂とした場合には、一体成形が可能であるため組立作業の手間を軽減することができる。
【００３４】
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。
【符号の説明】
【００３５】
１      燃料電池装置
１５    燃料電池モジュール
１６    筐体
２０    排気部材
２１    導入口
２２    排気口
２３    中空流路
２６    第一壁
【図１】
2018200816.tif 000003
【図２】
2018200816.tif 000004
【図３】
2018200816.tif 000005
【図４】
2018200816.tif 000006
【図５】
2018200816.tif 000007