(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池システムの組み立て性と生産性を向上すること。【解決手段】燃料電池システムは、本体パッケージ１と空気供給ブロック２と改質器ブロック７と凝縮水タンクブロック１０と燃料電池ブロック１３と冷却水タンクブロック１８と電力変換ブロック２１に分けて、ブロック毎にまとめられて構成されているので、燃料電池システムの製造ラインを本体製造ラインと各ブロック製造ラインに分けて構成でき、複数の製造ラインで並行して組み立て可能となり、組み立て時間を短縮でき、メンテナンスも容易になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池を有する燃料電池ブロックと、
原料から水素リッチな燃料ガスを生成する改質器を有する改質器ブロックと、
前記燃料電池に空気を供給する空気供給手段を有する空気供給ブロックと、
前記燃料電池から排出された排ガスから得られる凝縮水を貯水する凝縮水タンクを有する凝縮水タンクブロックと、
前記燃料電池を冷却するための冷却水を貯水する冷却水タンクを有する冷却水タンクブロックと、
前記燃料電池で発電された直流の電気を交流の電気に変換する電力変換部を有する電力変換ブロックと、
前記燃料電池ブロックと前記改質器ブロックと前記空気供給ブロックと前記凝縮水タンクブロックと前記冷却水タンクブロックと前記電力変換ブロックとが内部に配置されている本体パッケージと、を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池ブロックと前記改質器ブロックと前記空気供給ブロックと前記凝縮水タンクブロックと前記冷却水タンクブロックと前記電力変換ブロックとの少なくとも一つのブロックが前記本体パッケージに対して着脱自在に設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池ブロックと前記改質部ブロックと前記空気供給ブロックと前記凝縮水タンクブロックと前記冷却水タンクブロックとは、それぞれのブロックの中に、少なくとも各ブロックの構成部品を搭載する棚板を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記空気供給ブロックは、前記空気供給手段に供給される空気の除塵を行う空気フィルタが前記空気供給手段に近接して配置されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池ブロックは、前記燃料電池へ供給する空気を加湿する加湿器が前記燃料電池に近接して配置されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池ブロックと前記電力変換ブロックとが近接して配置されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記空気供給ブロックは、前記本体パッケージの底板上に配置されていることを特徴とする請求項１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、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システムは、本体パッケージ内に原料から水素リッチな燃料ガスを生成する改質器と、燃料ガスと酸化剤ガスとしての空気との電気化学的反応により発電を行う燃料電池と、燃料電池で発生した直流電力を商用電圧・周波数の交流電力に変換する電力変換部と、燃料電池や改質器を円滑に作動させるための補助機器、例えば、燃料電池に空気を供給する空気供給装置や、燃料電池の発電時に発生する熱を除去し、燃料電池を所定の温度に維持するために燃料電池へ冷却水を供給する冷却水供給装置や、燃料電池より排出された空気や燃料ガスに含まれる水蒸気を凝縮して水分を分離する凝縮装置等を備えている（例えば、特許文献１参照）。ここで、原料とは、天然ガス、石炭、石油、若しくはメタンハイドレートなどの化石燃料又はバイオエタノールなど、成分に少なくとも炭化水素を有する気体又は液体をいう。
【０００３】
図４は、特許文献１に記載された従来の燃料電池システムを示すものである。
【０００４】
図４に示すように、特許文献１に係る燃料電池システムは、本体パッケージ１０１と、改質器１０２と、燃料電池１０３と、電力変換部を有する電気回路１０４と補助機器１０５とを有している。
【０００５】
本体パッケージ１０１内において、一番下方に補助機器１０５が配置され、補助機器１０５の上部に改質器１０２と電気回路１０４が横に並んで配置され、改質器１０２と電気回路の上部にスタック１０３が配置されている。
【０００６】
また、前記公報では開示されておらず、図示されていないが、一般に改質器１０２と燃料電池１０３と補助機器１０５の間は、それぞれ配管によって接続されている。また、電気回路１０４と改質器１０２や燃料電池１０３、補助機器１０５の間は、それぞれ配線によって電気的に接続されている。
【０００７】
特許文献１ではこれらの燃料電池システムを構成する要素の本体パッケージ１０１への組み立て構成や組み立て方法は開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２２９１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の構成では、製造ラインにおいて燃料電池システムを組み立てる際には、１本の製造ラインにおいて各構成部品を１つずつ順番に組み立てることが一般的であり、組み立て完了までに時間がかかり、生産性が悪いという課題を有していた。
【００１０】
また、組み立てによる不具合の検査をする場合、ある程度、構成部品を組み立てた状態で検査を行うが、最初の方に組み立てた部品に不具合が見つかった場合、多くの部品を取り外して、また、組み立て直す必要があり、生産性が悪いという課題を有していた。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、製造ラインでの燃料電池システムの組み立て性や生産性を向上できるように構成した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】
【００１２】
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、
燃料ガスと空気を用いて発電を行なう燃料電池を有する燃料電池ブロックと、
原料から水素リッチな燃料ガスを生成する改質器を有する改質器ブロックと、
燃料電池に空気を供給する空気供給手段を有する空気供給ブロックと、
燃料電池から排出された排ガスから得られる凝縮水を貯水する凝縮水タンクを有する凝縮水タンクブロックと、
燃料電池を冷却するための冷却水を貯水する冷却水タンクを有する冷却水タンクブロックと、
燃料電池で発電された電気を電力変換する電力変換部を有する電力変換ブロックと、
燃料電池ブロックと改質器ブロックと空気供給ブロックと凝縮水タンクブロックと冷却水タンクブロックと電力変換ブロックとを内部に配置した本体パッケージとを備えた燃料電池システムであって、
燃料電池ブロックと改質器ブロックと空気供給ブロックと凝縮水タンクブロックと冷却水タンクブロックと電力変換ブロックの少なくとも一つのブロックを本体パッケージに対して着脱自在に構成したもの
である。
【００１３】
これによって、製造ラインにおいて、各構成ブロックを組み立てるサブ製造ラインと、サブ製造ラインで組み立てられた各構成ブロックを本体パッケージに搭載するメイン製造ラインを構成することができ、複数の製造ラインで並行して組み立て作業を行うことができ、組み立て性と生産性を向上することができる。
【００１４】
また、サブ製造ラインにおいて、各構成ブロックの組み立てが完成した状態で、組み立ての不具合の検査を行うことができ、不具合が見つかった場合でも、着脱自在に構成された構成ブロックについてはその構成ブロックのみの組み直しで解決できるため、組み直しの為の時間が少なくて済み、生産性を向上することができる。
【００１５】
また、燃料電池ブロックと改質部ブロックと空気供給ブロックと凝縮水タンクブロックと冷却水タンクブロックは、それぞれのブロックの中に、少なくとも各ブロックの構成部品を搭載する棚板を有することがより好ましい。
【００１６】
これによって、メイン製造ラインにおいて、各ブロックを搭載する際には、棚板を持って本体パッケージの中に置くという動作で組み立てを行うことができ、組み立て性を向上できる。
【００１７】
また、燃料電池システムのメンテナンスの際に、各構成部品を容易に取り外しすることができ、メンテナンス性を向上できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の燃料電池システムは、製造ラインでの組み立て性や生産性、さらにメンテナンス性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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図
【図２】本発明の実施の形態１における空気供給ブロックの構成図
【図３】本発明の実施の形態１における改質器ブロックの構成図
【図４】本発明の実施の形態１におけるの凝縮水タンクブロックの構成図
【図５】本発明の実施の形態１における燃料電池ブロックの構成図
【図６】本発明の実施の形態１における冷却水タンクブロックの構成図
【図７】本発明の実施の形態１における電力変換ブロックの構成図
【図８】従来の燃料電池システムの構成図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
第１の発明は、
燃料ガスと空気を用いて発電を行なう燃料電池を有する燃料電池ブロックと、
原料から水素リッチな燃料ガスを生成する改質器を有する改質器ブロックと、
燃料電池に空気を供給する空気供給手段を有する空気供給ブロックと、
燃料電池から排出された排ガスから得られる凝縮水を貯水する凝縮水タンクを有する凝縮水タンクブロックと、
燃料電池を冷却するための冷却水を貯水する冷却水タンクを有する冷却水タンクブロックと、
燃料電池で発電された電気を電力変換する電力変換部を有する電力変換ブロックと、
燃料電池ブロックと改質器ブロックと空気供給ブロックと凝縮水タンクブロックと冷却水タンクブロックと電力変換ブロックとを内部に配置した本体パッケージとを備えた燃料電池システムであって、
燃料電池ブロックと改質器ブロックと空気供給ブロックと凝縮水タンクブロックと冷却水タンクブロックと電力変換ブロックの少なくとも一つのブロックを本体パッケージに対して着脱自在に構成したものである。
【００２１】
これにより、各構成ブロック毎に本体パッケージに搭載していくことで、本体の組み立てを完成することができる。さらに、製造ラインにおいて、各構成ブロックを組み立てるサブ製造ラインと、サブ製造ラインで組み立てられた各構成ブロックを本体パッケージに搭載して本体を完成させるメイン製造ラインを構成して燃料電池システムを構成することができ、複数の製造ラインで並行して組み立て作業を行うことができ、組み立て性と生産性を向上することができる。
【００２２】
また、サブ製造ラインにおいて、各構成ブロックの組み立てが完成した状態で、組み立ての不具合の検査を行うことができ、不具合が見つかった場合でも、構成ブロックのみの組み直しで解決できるため、組み直しの為の時間が少なくて済み、生産性を向上することができる。
【００２３】
また、燃料電池システムのメンテナンスの際に、ブロック毎に各構成部品を容易に取り外すことができ、メンテナンス性を向上することができる。
【００２４】
ここで、原料とは、成分に少なくとも炭化水素を有する気体又は液体を示す。原料には、例えば、天然ガス、石炭、石油、若しくはメタンハイドレートなどの化石燃料又はバイオエタノールなどが挙げられる。
【００２５】
第２の発明は、特に、第１の発明において、
燃料電池ブロックと改質部ブロックと空気供給ブロックと凝縮水タンクブロックと冷却水タンクブロックは、それぞれのブロックの中に、少なくとも各ブロックの構成部品を搭載する棚板を有する燃料電池システムである。
【００２６】
この構成により、メイン製造ラインにおいて、各構成ブロックを搭載する際には、棚板を持って本体パッケージの中に置くという動作で組み立てを行うことができ、組み立て性
を向上できる。
【００２７】
第３の発明は、特に、第１の発明において、
空気供給ブロックは、空気供給手段に供給される空気の除塵を行う空気フィルタが空気供給手段に近接して配置されている、燃料電池システムである。
【００２８】
この構成により、空気フィルタと空気供給手段とを接続して空気供給手段から空気フィルタに空気を送るための配管を短くすることができ、配管のコストを低減できる。さらに、空気供給手段が動作しているとき空気供給手段が振動してその振動が配管に伝わり、配管自体も振動するが、第３の発明では配管を短くできるので、配管が長い場合に比べて配管の振動が配管に接触している他の部品に伝わりにくくすることができ、燃料電池システム全体の振動の増加を抑制することができる。
【００２９】
第４の発明は、特に、第１の発明において、  
燃料電池ブロックは、燃料電池へ供給する空気を加湿する加湿器が燃料電池に近接して配置されている燃料電池システムである。
【００３０】
この構成により、加湿器と燃料電池とを接続するとともに空気を送るための配管を短くすることができ、配管のコストを低減できると共に、配管を通る空気が配管から伝熱し温度変化することを抑制でき、燃料電池に安定した温度の空気を送ることができる。そのために、空気中に含まれる水蒸気の凝縮を抑制することができるために、配管内の水の詰まりを抑制でき、料電池での発電を安定化できる。さらに、高温高湿の状態で空気をセルまで供給できるので、乾いた空気の供給によりセルが乾燥して劣化することを抑制できる。
【００３１】
第５の発明は、特に、第１の発明において、
燃料電池ブロックと電力変換ブロックとは近接して配置される燃料電池システムである。
【００３２】
この構成により、燃料電池と電力変換部を接続して燃料電池で発生した電気エネルギーを電力変換部に送るための電気配線を短くすることができ、電気配線のコストを低減できると共に、電気配線での放電を低減することができ、燃料電池システムの発電効率を向上することができる。
【００３３】
第６の発明は、特に、第１の発明において、
空気供給ブロックは、本体パッケージの底板上に配置する燃料電池システムである。
【００３４】
この構成により、振動体である空気供給手段を本体パッケージの中で一番安定している土台の近くに配置することで、空気供給手段の振動による本体パッケージ全体への振動の影響を低減できる。
【００３５】
以下、本発明の燃料電池システムの好適な実施形態についてについて、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。さらに、以下の説明では、同一または相当部分に同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、第１の実施の形態における燃料電池システムの構成図を示すものである。
【００３７】
本体パッケージ１は、燃料電池システム本体の外郭を形成するパッケージで、各構成ブロックと各構成ブロック間を接続する配管及び配線とを内部に収納するものであり、例えば、金属製の板と梁状のフレームとで構成される。本体パッケージ１の側面は、金属製の
板である側板で構成されており、ビス等の締結部品で梁状のフレームに着脱自在に取り付けられている。本体パッケージ１の上面は、金属製の板である天板で構成されており、ビス等の締結部品で梁状のフレームに着脱自在に取り付けられている。側板及び天板は、本実施の形態では、本体パッケージ１への各構成ブロックの搭載の後に本体パッケージ１に取り付けるが、各構成ブロックの搭載の前に本体パッケージ１に取り付けてもよい。
【００３８】
空気供給ブロック２は、空気供給手段４とその関連部品を有している。
【００３９】
図２に、本発明の第１の実施の形態における空気供給ブロックの構成図を示す。
【００４０】
空気供給ブロック２は、フィルタが内蔵されている空気フィルタ３と、酸化剤である酸素を含む空気を燃料電池１４に供給する空気供給手段４と、空気フィルタ３と空気供給手段４とを接続する配管５と、空気フィルタ３と空気供給手段４とを上面に搭載する空気供給ブロック棚板６とを有しており、一つのユニットとして構成される。空気供給手段４は、例えば、空気を圧縮して送風を行うブロワ、回転により送風するファンなどが挙げられる。空気フィルタ３は、空気供給手段４に供給される空気の除塵を行う、つまり、空気供給手段４に供給される空気中に含まれる、フィルタの目より大きい異物の除去を行う。
【００４１】
空気フィルタ３と空気供給手段４とは、空気供給ブロック棚板６にビスやゴムなどで着脱自在に固定される。
【００４２】
空気供給ブロック２は、本体パッケージ１の一番下に配置され、空気供給ブロック棚板６がビスなどで本体パッケージ１の内底面に着脱自在に固定される。
【００４３】
改質器ブロック７は、原料から主成分が水素である水素リッチな燃料ガスを生成する改質器とその関連の部品とを有しているおり、一つのユニットとして構成される。
【００４４】
図３に、本発明の第１の実施の形態における改質器ブロックの構成図を示す。
【００４５】
改質器ブロック７は、改質器８と、改質器８での改質処理に使用される原料、空気、及び水の入出を制御する制御弁（図示せず）と改質器８を搭載する改質器ブロック棚板９とを有しており、一つのユニットとして構成される。制御弁は、改質器８にファスナーなどで着脱自在に取り付けられ、原料、空気、及び水の流量を制御する。改質器８は、改質器ブロック棚板９にビスなどで着脱自在に固定される。なお、改質器ブロック棚板９は、改質器８の一部の構成要素として金属板などで構成してもよい。
【００４６】
改質器ブロック７は、本体パッケージ１内において、正面視して、空気供給ブロック２の右上に空気供給ブロック２に近接して配置され、改質器ブロック棚板９がビスなどで本体パッケージ１の梁状のフレームに着脱自在に固定される。
【００４７】
凝縮水タンクブロック９は、燃料電池より排出された空気及び燃料ガスの両方の気体中に含まれる水蒸気を凝縮して水分を分離する凝縮水タンク１１とその関連の部品とを有しており、一つのユニットとして構成される。
【００４８】
図４に、本発明の第１の実施の形態における凝縮水タンクブロック９の構成図を示す。
【００４９】
凝縮水タンクブロック１０は、凝縮水タンク１１と、凝縮水タンク１１を搭載する凝縮水タンクブロック棚板１２とを有しており、一つのユニットとして構成される。凝縮水タンク１１は、凝縮水タンクブロック棚板１２にビスなどで着脱自在に固定される。
【００５０】
凝縮水タンクブロック１０は、本体パッケージ１において、空気供給ブロック２の左上で改質器ブロック７の左側に、空気供給ブロック２及び改質器ブロック７に近接して配置され、凝縮水タンクブロック棚板１２がビスなどで本体パッケージ１の梁に着脱自在に固定される。
【００５１】
燃料電池ブロック１３は、改質器８により生成される燃料ガスと空気供給手段４により供給される酸化剤ガスとして空気との電気化学的反応により発電を行う燃料電池１４とその関連の部品とを有しており、一つのユニットとして構成される。燃料電池１４において、燃料ガス中の水素と空気中の酸素とが電気化学反応して、発電が行われる。
【００５２】
図５に、本発明の第１の実施の形態における燃料電池ブロックの構成図を示す。
【００５３】
燃料電池ブロック１３は、燃料ガス中の水素と空気中の酸素とを電気化学反応させて電気及び熱の両方を発生する燃料電池１４と、空気供給手段４から燃料電池１４へ供給される空気を加湿するための加湿器１５と、燃料電池１４に供給される燃料ガスと空気との入出を制御する制御弁（図示せず）と、燃料電池１４と加湿器１５とを接続する配管１６と、少なくとも燃料電池１４及び加湿器１５を搭載する燃料電池ブロック棚板１７と、を有しており、一つのユニットとして構成される。燃料電池１４内のセルは、固体高分子電解質膜の両側に白金などの触媒を担持した燃料極と空気極とを形成して一体化された触媒層を、水素を含む燃料ガスや空気を送り込むための流路を形成したセパレータで挟持して、形成される。そして、燃料電池１４は、複数のセルを積層して構成される。制御弁は燃料電池１４にファスナーなどで着脱自在に取り付けられる。燃料電池１４は、燃料電池ブロック棚板１７の上面にビスなどで着脱自在に固定され、加湿器１５は燃料電池ブロック棚板１７の下面にビスなどで着脱自在に固定される。
【００５４】
燃料電池ブロック１３は、本体パッケージ１内において、改質器ブロック７及び凝縮水タンクブロック１０の上に配置され、燃料電池ブロック棚板１７がビスなどで本体パッケージ１の梁状のフレームに着脱自在に固定される。
【００５５】
冷却水タンクブロック１８は、燃料電池１４の発電時に発生する熱を吸収し、燃料電池１４を所定の温度に維持するための冷却水を供給する冷却水タンクとその関連の部品とを有している。
【００５６】
図６に、実施の形態１における冷却水タンクブロックの構成図を示す。
【００５７】
冷却水タンクブロック１８は、冷却水タンク１９と、冷却水タンク１９を搭載する冷却水タンクブロック棚板２０と、を有しており、一つのユニットとして構成されている。冷却水タンク１９は、冷却水タンクブロック棚板２０にビスなどで着脱自在に固定される。
【００５８】
なお、冷却水タンクブロック１８は、冷却水タンクブロック棚板２０を使用せずに、冷却水タンク１９を直接本体パッケージ１の板状の梁に搭載するだけの構成にしてもよい。
【００５９】
冷却水タンクブロック１８は、本体パッケージ１において、燃料電池ブロック１３の右上に配置され、冷却水タンクブロック棚板２０がビスなどで本体パッケージ１の梁に着脱自在に固定される。
【００６０】
電力変換ブロック２１は、燃料電池１４で発生する直流の電力を商用電圧・周波数の交流の電力に変換するインバータとその関連の部品と、を有しており、一つのユニットとして構成されている。
【００６１】
図７に、本発明の第１の実施の形態における電力変換ブロックの構成図を示す。
【００６２】
電力変換ブロック２１は、インバータ２２と、インバータ２２を搭載する電力変換ブロック棚板２３と、を有している。
【００６３】
インバータ２２は、本体パッケージ１の外部の商用電源に接続され、燃料電池１４で発電される直流電力を交流電力に変換して、商用電源に接続された負荷に供給するインバータ部と、交流商用電源を直流低電圧に変換する電源回路部と、で構成されている。
【００６４】
インバータ２２は、電力変換ブロック棚板２３にビスなどで着脱自在に固定されているので、定期的に行われるメンテナンスを容易に行うことができる。
【００６５】
電力変換ブロック２１は、本体パッケージ１において、インバータ２２が、燃料電池１４に近い位置に配置されるように、燃料電池ブロック１３の左上に配置され、電力変換ブロック棚板２４がビスなどで本体パッケージ１の梁に着脱自在に固定される。
【００６６】
なお、電力変換ブロック２１は、電力変換ブロック棚板２３を使用せずに、インバータ２２に本体パッケージ１の梁への取り付け構造を構成して、直接、本体パッケージ１の梁に着脱自在に固定してもよい。例えば、インバータ２２の上部に引っかけ部を構成し、本体パッケージ１の梁に引っかける構成としてもよい。
【００６７】
なお、各構成ブロックの棚板は、例えば、金属板や樹脂板が用いられる。
【００６８】
また、各構成ブロックの棚板は、各構成ブロックの構成要素の一部を棚板部分として構成してもよい。例えば、凝縮水タンクブロック１０は、凝縮水タンク１１の横の壁に樹脂製の板状の部分を凝縮水タンク１１の本体と一体で構成し、その板状の部分を本体パッケージ１の梁に着脱自在に固定してもよい。
【００６９】
また、上述した各構成ブロックの棚板の代わりに、本体パッケージ１の梁状のフレーム側に各構成ブロックを固定するための棚状の板を設けておき、各構成ブロックを本体パッケージ１に設けられた板に載せることで搭載する構成の棚板を用いてもよい。
【００７０】
次に各構成ブロック間の接続について説明する。各構成ブロックは、図示していないが、燃料ガスや空気や水を送るための配管によって相互に接続される。例えば、改質器ブロック７は、本体パッケージ１の外部にある都市ガスの配管などと配管で接続されることで改質器ブロック７に原料が供給され、空気供給ブロック２と配管で接続されることで空気供給ブロック２から空気が供給される。燃料電池ブロック１３は、空気供給ブロック２と配管で接続され、空気供給ブロック２から空気が供給され、改質器ブロック７と配管で接続され、原料の改質により生成される水素リッチな燃料ガスが供給され、冷却水タンクブロック１８と配管で接続され、冷却水タンクブロック１８から冷却水が供給される。凝縮水タンクブロック１０は、燃料電池ブロック１３と複数の配管で接続され、燃料電池ブロックから排出される燃焼排ガスや空気が送られ、改質器ブロック７と燃焼ガスを供給する配管で接続され、冷却水タンクブロック１８と水を供給する配管で接続されている。
【００７１】
本体パッケージ１の内部には、図示していないが、電気回路部が取り付けられ、各構成ブロックの構成部品の動作を制御するために、各構成部品と電気配線によって接続される。
【００７２】
例えば、改質器ブロック７と電気回路部は電気配線で接続され、商用電源に接続された負荷の消費電力に基づいて改質器８に供給される原料ガスの流量を調整することで燃料電
池システムにおける発電電力の制御や、改質器８の温度制御を行っている。
【００７３】
電気回路部は、例えば、電力変換ブロック２１に配置され、インバータ２２を搭載後に、インバータ２２の前方に搭載される。
【００７４】
また、各構成ブロック間も必要に応じて電気配線で接続される。
【００７５】
例えば、燃料電池ブロック１３の燃料電池１４と電力変換ブロック２１のインバータ２２は、電気配線（図示せず）で接続され、燃料電池１４で発電された直流電力がインバータ２２に伝達される。
【００７６】
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。
【００７７】
まず、本体パッケージ１外部の都市ガスの配管などと接続された配管を通って、電気回路部と制御弁によって原料の量が制御されながら、改質器８にメタンを含む都市ガスなどの原料が供給される。改質器８では、原料は、改質部に供給され、水素リッチな燃料ガスへの改質反応に使用される。生成された水素リッチな燃料ガスは配管を通って燃料電池１４へ供給される。
【００７８】
一方、空気供給手段４は電気回路部に制御されて作動し、空気を空気フィルタ３と配管５とを経由して取り込み、他の配管を通って改質器８と加湿器１５に供給する。空気供給手段４は作動中に振動するため、接続された配管にも空気供給手段４の振動が伝わる。従って、この配管に接触している他の部品なども同様に振動してしまうので、燃料電池システム全体へ及ぼす振動を少なくするために配管は短くして、配管の振動の影響が及ぶ部品を少なくする方がよい。本実施の形態では、空気フィルタ３と空気供給手段４とは空気供給ブロック２において近接して配置されているため、配管を短くできる。
【００７９】
改質器８に供給された空気は、改質反応の燃焼に使用される。加湿器１５に供給された空気は、加湿され、配管１６を通って燃料電池１４に供給される。つまり、配管１６は、加湿器１５と燃料電池１４とを接続している。燃料電池１４での発電を安定化させるためには、燃料電池１４に供給される空気の温度の変動を抑え、一定に維持する必要がある。加湿器１５を通った空気は、湿度が１００％近くあるために、わずかに冷やされるだけで水蒸気が水に凝縮して、配管１６内に詰まり空気の流れが悪くなる上に、水分が一部除去された空気がセルに供給されるとセルが乾き劣化してしまうおそれもあるが、本実施の形態では上述の通り配管１６を短くしているので、このような問題の発生を抑制できる。また、本体パッケージ１６は、運転初期は温度が低いが、運転から時間が経つにつれて発電に伴い発生する排熱により温度が上昇していく。そのために、配管１６も運転から時間が経つにつれて温度が上昇する。したがって、配管１６が長いと配管１６表面での伝熱により、配管１６内を通る空気の温度が本体パッケージ１内の温度の変化によって変化しやすい。本実施の形態では、図５に示すように、燃料電池ブロック１３において、燃料電池１４の真下に加湿器１５を配置しているため、配管１６を短くすることができ、配管１６を通る空気に、本体パッケージ１内の温度の影響を受けにくくすることができる。
【００８０】
燃料電池１４では、供給された空気中の酸素と燃料ガスを化学反応させて直流電力を発電する。発電された直流電力は、インバータ２２により交流電力に変換され商用電源に供給される。燃料電池１４からインバータ２２へ直流電力を送る電気配線は、短いほど、電気配線での放電を低減することができ、燃料電池システムの発電効率を向上することができる。本実施の形態では、燃料電池１４とインバータ２２とは上下に近接して配置されているため、電気配線を短くすることができる。
【００８１】
燃料電池１４での化学反応による発電で残った燃料ガスは、発電の際に発生する水蒸気を含んだ状態で燃料電池１４から排出され、凝縮水タンクブロック１０に送られる。凝縮水タンクブロック１０において凝縮されて水分が取り出された燃料ガスは、その後に改質器８に送られ、改質反応の可燃燃料として使用される。
【００８２】
燃料電池１４での化学反応による発電で使われた空気は、発電の際に発生する水蒸気を含んだ状態で燃料電池１４から排出され、凝縮水タンクブロック１０に送られて、凝縮され、水分が取り出された後、本体パッケージ１の外部に排気される。
【００８３】
凝縮水タンクブロック１０で取り出された水は、凝縮水タンク１１に貯められ、必要に応じて配管を通って冷却水タンク１９に運ばれ、燃料電池１４の冷却水として使用される。
【００８４】
燃料電池１４の発電時には、冷却水タンク１９から配管を通って燃料電池１４に水が送られ、燃料電池１４で発生する熱を吸収し、燃料電池１４を所定の温度に維持し、燃料電池１４内のセルの劣化を抑制する。
【００８５】
次に以上のように構成された燃料電池システムについて、組み立て方法を説明する。
【００８６】
まず、本体パッケージ１の底板に、空気供給ブロック２の各構成部品の搭載された空気供給ブロック棚板６を取り付ける。次に、本体パッケージ１の梁状のフレームに、改質器ブロック７の各構成部品の搭載された改質器ブロック棚板９を取り付ける。次に、本体パッケージ１の梁状のフレームに、凝縮水タンクブロック１０の各構成部品の搭載された凝縮水タンクブロック棚板１２を取り付ける。このように比較的重い燃料電池ブロック１３より下方にある部品を先に取り付ける。
【００８７】
次に、本体パッケージ１の梁状のフレームに、比較的重い燃料電池ブロック１３の各構成部品の搭載された燃料電池ブロック棚板１７を取り付ける。燃料電池ブロック棚板１７を取り付けるとき、燃料電池ブロック棚板１７より上方にある部品は配置されていないので、他の部品が邪魔になること無く容易に燃料電池ブロック１７を取り付けることができる。次に、本体パッケージ１の梁状のフレームに、冷却水タンクブロック１８の各構成部品の搭載された冷却水タンクブロック棚板２０を取り付ける。なお、本体パッケージ１に各構成ブロックを取り付けた際には、各構成ブロック間にガスや空気や水等を通す配管を接続する。次に、本体パッケージ１の梁状のフレームに、電力変換ブロック２１の各構成部品の搭載された電力変換ブロック棚板２３を取り付ける。次に、本体パッケージ１に電気回路部を取り付け、電気回路部と各構成ブロックの構成要素との間に電気配線を接続する。最後に、本体パッケージ１の側板と天板を取り付けて組み立てが完成する。
【００８８】
次に、以上のような構成の燃料電池システムを組み立てる製造ラインについて説明する。
【００８９】
本実施の形態での燃料電池システムを組み立てる製造ラインは、複数のサブ製造ラインとメイン製造ラインに分けることができる。
【００９０】
サブ製造ラインでは、各構成ブロックを組み立てて一つのユニットにして完成させる。また、各構成ブロックの組み立て完成の状態で、組み立てによる不具合を検査することができる。
【００９１】
メイン製造ラインでは、サブ製造ラインで組み立てられた各構成ブロックを本体パッケージ１に搭載し、各構成ブロック間を接続する配管や電気配線を取り付け、燃料電池シス
テムを完成させる。
【００９２】
以上のように、本実施の形態においては、燃料電池システムを本体パッケージ１と空気供給ブロック２と改質器ブロック７と凝縮水タンクブロック１０と燃料電池ブロック１３と冷却水タンクブロック１８と電力変換ブロック２１に分けられる。さらに、各構成ブロックは、各構成ブロック毎に各棚板の上に構成要素を搭載する構成とし、本体パッケージ１に各構成ブロックの棚板を取り付けていくことで、燃料電池システムを組み立てることができる。このような構成にすることで、燃料電池システムを各構成ブロック毎に棚板を取り付けるという作業で組み立てていくことができ、組み立て性を向上でき、生産性を向上できる。
【００９３】
また、燃料電池システムの組み立ての製造ラインを本体を組み立てるメイン製造ラインと各構成ブロックを組み立てる複数のサブ製造ラインに分けて構成することができる。このような製造ラインを構成することにより、メイン製造ラインと複数のサブ製造ラインで並行して同時に組み立て作業を行うことができ、メイン製造ラインを短くすることができ、一台の燃料電池システムを組み立て完成させるまでの時間を短縮でき、生産性を向上することができる。
【００９４】
また、サブ製造ラインにおいて、各構成ブロックが完成した状態で組み立ての不具合を検査できるため、不具合を早期発見でき、もし不具合が発生した場合には、構成ブロック単位での組み直しで対応可能であり、組み直しの時間を短縮することができ、生産性を向上することができる。
【００９５】
また、燃料電池システムのメンテナンスの際には、メンテナンスの必要な構成部品を有する各構成ブロックが搭載された棚板を本体から取り外すことで、メンテナンスの必要な部品を取り出すことができ、メンテナンス後も棚板を本体に取り付ける作業で容易に組み立てを完了することができ、メンテナンス性を向上することができる。メンテナンスが必要な部品としては、例えば、空気供給ブロック棚板６に搭載される純水カートリッジ（図示せず）及び空気フィルタ３の両方、原料中の硫黄成分を低減して改質器８に送る脱硫器（図示せず）が挙げられる。脱硫器は取付け金具を外すことにより容易に外すことができる。また、純水カートリッジ及び空気フィルタ３は、本体パッケージ１の正面板を取り外して、空気供給ブロック棚板６を正面から手前にひっぱることで、本体パッケージ１外へ容易に移動することができるので、メンテナンスも容易に行うことができる。
【００９６】
また、空気供給ブロック２に、空気フィルタ３と空気供給手段４を有し、空気フィルタ３と空気供給手段４を近接して配置することにより、空気フィルタ３と空気供給手段４とを接続する配管５を短くすることができ、配管５のコストを低減できると共に、空気供給手段４の振動による配管５の振動を低減することができ、燃料電池システム全体の振動の増加を防ぐことができる。
【００９７】
また、燃料電池ブロック１３に、燃料電池１４と加湿器１５とを有し、燃料電池１４と加湿器１５を近接して配置することにより、燃料電池１４と加湿器１５とを接続する配管１６を短くすることができ、配管１６のコストを低減できると共に、配管１６を通る空気の配管１６での伝熱による温度変化を低減することができ、燃料電池１４に安定した温度の空気を送ることができ、燃料電池１４での発電を安定化できる。
【００９８】
また、燃料電池ブロック１３と電力変換ブロック２１とを近接して配置することにより、燃料電池１４とインバータ２２を接続する電気配線を短くすることができ、電気配線のコストを低減できると共に、電気配線での放電を低減することができ、燃料電池システムの発電効率を向上することができる。
【００９９】
また、空気供給ブロック２を、本体パッケージ１の最下部の底板上に配置することにより、空気供給手段４の振動による本体パッケージ１全体への振動の影響を低減できる。
【０１００】
なお、本体パッケージ１内の各構成ブロックの配置は、本体パッケージ１内の鉛直方向の中心線に対称に左右に入れ替えてもよい。つまり、改質器ブロック７を空気供給ブロック２の左上に配置し、凝縮水タンクブロック１０を空気供給ブロック２の右上に配置し、冷却水タンクブロック１８を燃料電池ブロック１３の左上に配置し、電力変換ブロック２１を燃料電池ブロック１３の右上に配置してもよい。この場合、燃料電池１４は燃料電池ブロック１３内でインバータ２２の近くに配置を変える。
【０１０１】
また、本体パッケージ１内の各構成ブロックの設定は、本実施の形態の各構成ブロックのうちいくつかをまとめて、ひとつの構成ブロックとして構成してもよいし、あるいは、本実施の形態の各構成ブロックを更に複数のサブブロックに分割してブロックを構成してもよい。例えば、燃料電池ブロック１３と冷却水タンクブロック１８をひとつのブロックとして構成してもよいし、空気供給ブロック２を空気フィルタ３を含む空気フィルタブロックと空気供給手段４を含む空気供給手段ブロックに分けて構成して、それら両方のブロックを有する空気供給ブロック２を構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、組み立て性や生産性を向上でき、様々な形態の本体パッケージの燃料電池システムや貯湯槽一体型燃料電池システムに適用できる。
【符号の説明】
【０１０３】
１  本体パッケージ
２  空気供給ブロック
３  空気フィルタ
４  空気供給手段
５  配管
６  空気供給ブロック棚板
７  改質器ブロック
８  改質器
９  改質器ブロック棚板
１０  凝縮水タンクブロック
１１  凝縮水タンク
１２  凝縮水タンクブロック棚板
１３  燃料電池ブロック
１４  燃料電池
１５  加湿器
１６  配管
１７  燃料電池ブロック棚板
１８  冷却水タンクブロック
１９  冷却水タンク
２０  冷却水タンクブロック棚板
２１  電力変換ブロック
２２  電力変換部（インバータ）
２３  電力変換ブロック棚板
【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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