(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池本体パッケージの前蓋のみを外すだけで空気供給装置を交換・メンテナンスできる燃料電池システムを提供する。【解決手段】外郭を形成する本体パッケージ１と、本体パッケージ１の下方に着脱不可能に形成された配線引き込み部１０と、本体内部に空気供給装置（空気ブロワ）９を本体パッケージ１内の最下方かつ、前記配線引き込み部１０の後方に配置し、空気供給装置（空気ブロワ）９を配線引き込み部１０の後方から前面に臨む位置にレールを使ってスライド移動可能とすることで、空気供給装置を容易に交換・メンテナンスできる。【選択図】図１
2011181474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料と水から改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、前記燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池に酸素を供給する空気供給装置と、前記水素生成器と前記燃料電池と前記空気供給装置とを内部に配すると共に前面を開放可能とする前蓋を有する本体パッケージと、燃料電池システム起動時に電力を入力し発電時の出力電力を供給するために分電盤を介して系統電源と連携させた配電線の引き込み部を備えた燃料電池システムであって、前記配線引き込み部は前記本体パッケージの底面部で前記本体パッケージの前面を臨むように配され、前記空気供給装置の要部に係合して第一の位置と第二の位置とでスライド自在にするレールを前記本体パッケージの底部に備え、前記第一の位置は前記配線引き込み部の後方で前記第二の位置は前面に臨む位置であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
定期的にメンテナンスが必要なメンテナンス装置を前記本体パッケージにさらに備え、前記空気供給装置が第一の位置にあるとき第二の位置には前記メンテナンス装置が配され、前記メンテナンス装置は前記本体パッケージから取外し可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記空気供給装置は第二の位置にあるとき前記本体パッケージから着脱自在に構成されることを特徴とする請求項１または２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、水素と酸素を反応させ発電する燃料電池システムに関するものである。
【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燃料ガスである天然ガスなどから水素ガスを生成する改質器と、この水素ガスと酸化剤としての酸素（空気）との電気化学的反応により発電を行う燃料電池（以降、スタックと呼ぶ）と、スタックで発生した電気エネルギーを商用電圧・周波数に変換する電力変換回路（以降、インバータと呼ぶ）と、本体パッケージ内の温度上昇を防ぎ、かつ本体パッケージ内の換気を行う換気装置と、スタックや改質器を円滑に作動させるための補助機器とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、前記特許文献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。図４に示すように、本体パッケージ１０１と、改質器１０２と、スタック１０３と、インバータを有する電気回路１０４と補助機器１０５と換気装置として本体パッケージ１０１内に外気を取り入れるための換気ファン１０６とで構成されている。
【０００４】
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１０４の上部にスタック１０３が配置され、改質器１０２の上部の側面に換気ファン１０６が配置されている。本体パッケージ１０１の上部の天面は壁で構成されている。天面の壁は、一般に着脱可能な天板で構成される。
【０００５】
補助機器１０５の構成部品には、スタック１０３、改質器１０２に空気（酸素）を供給する空気供給装置があり、重量物かつ振動体であることから底板部に配置されていることが一般的である。空気供給装置は一定期間運転後（例えば１０年後）には交換・メンテナンスを行う必要があるため、外装パッケージを外して着脱できるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、空気供給装置を交換・メンテナンスするために同装置が配置された近傍に位置する外装パッケージを外す必要がある為、外装パッケージの左右蓋や後蓋を外して交換・メンテナンスを行うような構成になっている。その為、狭小地や周囲が家屋に面した場所では交換・メンテナンスができず、燃料電池システムを設置できないという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、空気供給装置の交換・メンテナンス性を向上させることができ、狭小地でも設置可能な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】
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、原料と水から改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、前記燃料ガスと酸素を含む酸化剤
ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池に酸素を供給する空気供給装置と、前記水素生成器と前記燃料電池と前記空気供給装置とを内部に配すると共に前面を開放可能とする前蓋を有する本体パッケージと、燃料電池システム起動時に電力を入力し発電時の出力電力を供給するために分電盤を介して系統電源と連携させた配電線の引き込み部を備えた燃料電池システムであって、前記配線引き込み部は前記本体パッケージの底面部で前記本体パッケージの前面を臨むように配され、前記空気供給装置の要部に係合して第一の位置と第二の位置とでスライド自在にするレールを前記本体パッケージの底部に備え、前記第一の位置は前記配線引き込み部の後方で前記第二の位置は前面に臨む位置であることを特徴とするものである。
【００１０】
これによって、本体パッケージの前蓋のみを取り外し、空気供給装置を前面に臨む位置にスライド移動させることでメンテナンスが出来るようになり、本体パッケージの左右蓋や後蓋を外す必要がないことから狭小地でも設置可能となる。
【００１１】
また、本発明の燃料電池システムは、定期的にメンテナンスが必要なメンテナンス装置を前記本体パッケージにさらに備え、前記空気供給装置が第一の位置にあるとき第二の位置には前記メンテナンス装置が配され、前記メンテナンス装置は前記本体パッケージから取外し可能に構成されたことを特徴とするものである。
【００１２】
これによって、前記空気供給装置以上にメンテナンス性を求められる装置を前面に臨む位置に配置し、空気供給装置を配線引き込み部の後方に配置する為、スペースを有効活用することができ、燃料電池システム本体の小型化を実現できる。
【００１３】
さらに、本発明の燃料電池システムは、前記空気供給装置は第二の位置にあるとき前記本体パッケージから着脱自在に構成されることを特徴とするものである。
【００１４】
これによって、前記空気供給装置はメンテナンスだけでなく、交換も容易に行うことが出来る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燃料電池システムは、空気供給装置の交換・メンテナンス性を向上させることができ、狭小地でも設置可能な燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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における空気供給装置の構成図
【図３】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図
【図４】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】
【００１７】
第１の発明は、原料と水から改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する水素生成器と、前記燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池に酸素を供給する空気供給装置と、前記水素生成器と前記燃料電池と前記空気供給装置とを内部に配すると共に前面を開放可能とする前蓋を有する本体パッケージと、燃料電池システム起動時に電力を入力し発電時の出力電力を供給するために分電盤を介して系統電源と連携させた配電線の引き込み部を備えた燃料電池システムであって、前記配線引き込み部は前記本体パッケージの底面部で前記本体パッケージの前面を臨むように配され、前記空気供給装置の要部に係合して第一の位置と第二の位置とでスライド自在にするレールを前記本体パッケージの底部に備え、前記第一の位置は前記配線引き込み部の後方で前記第二の位置は前面に臨む位置であることを特徴とするものである。これによって、本体パッ
ケージの前蓋のみを取り外し、空気供給装置を前面に臨む位置に移動させることでメンテナンスが出来るようになり、本体パッケージの左右蓋や後蓋を外す必要がないことから狭小地でも設置可能となる。
【００１８】
第２の発明は、第１の発明において、定期的にメンテナンスが必要なメンテナンス装置を前記本体パッケージにさらに備え、前記空気供給装置が第一の位置にあるとき第二の位置には前記メンテナンス装置が配され、前記メンテナンス装置は前記本体パッケージから取外し可能に構成されたことにより、前記空気供給装置以上にメンテナンス性を求められる装置を前面に臨む位置に配置し、空気供給装置を配線引き込み部の後方に配置する為、スペースを有効活用することができ、燃料電池システム本体の小型化を実現できる。
【００１９】
第３の発明は、第１もしくは第２の発明において、前記空気供給装置は第二の位置にあるとき前記本体パッケージから着脱自在に構成されることにより、前記空気供給装置はメンテナンスだけでなく、交換も容易に行うことが出来る。
【００２０】
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。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第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。
【００２２】
図１において、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、改質器３やスタック５とその周辺の構成要素を内部に収納するものであり、例えば、金属製の板と梁で構成される。本体パッケージ１の上面には天板２がネジ等で着脱可能に取り付けられている。天板２は、本実施の形態では着脱可能に構成されているが、着脱できない構成としてもよい。
【００２３】
配線引き込み部１０は、燃料電池システム始動時に電力を入力し、発電時の出力電力を負荷に供給するために分電盤を介して系統電源と連系させた配電線の接続部であり、本体パッケージ１の下方に着脱不可能に形成される。
【００２４】
改質器３は、触媒からなる改質部とこの改質部を加熱するバーナー４により構成され、本体パッケージ１内の下方に配置される。
【００２５】
空気供給装置（空気ブロワ）９は、スタック５や改質器３に空気（酸素）を供給する装置であり、重量物（約６ｋｇ）かつ振動体であることから本体パッケージ１内の最下方かつ、前記配線引き込み部１０の後方にビスにより固定される。
【００２６】
スタック５は、固体高分子電解質膜の両側に触媒を担持した燃料極と空気極を形成して一体化された触媒層を、水素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セルを構成し、セルを集合化して構成される。スタック５は、本体パッケージ１内の改質器３の斜め上方に配置される。
【００２７】
電気回路６は、１００Ｖ以上を扱う高電圧回路と低電圧回路から構成されている。高電圧回路は、本体パッケージ１の外部の商用電源に接続され、スタック５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と交流商用電源を直流低電圧に変換する電源回路で構成されている。低電圧回路は、本体パッケージ１内の改質器３やスタック５等の各装置を制御する制御手段であり、例えば、商用電源に接続された負荷の消費電力に基づいて後述する第１の補助機器７である原料ガス配管から改
質器３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３やスタック５の温度制御を行っている。電気回路６は、本体パッケージ１内のスタック５の上方に配置される。
【００２８】
第１の補助機器７は、改質器３やスタック５を円滑に作動させるための装置や配管で構成される。例えば、外部から供給される原料ガスを改質器３に搬送する原料ガス配管、原料ガスの供給を制御する制御弁、原料ガスを昇圧して改質器３に送るガス昇圧ポンプ、スタック５に空気を搬送する空気配管、貯湯槽から供給される水を搬送し、貯湯槽へ供給する湯を搬送させる貯湯配管、貯湯配管内で水を循環させる循環ポンプ、改質器３からの排ガスの熱を回収し貯湯槽へ供給する水に伝達する熱交換器、スタック５で反応に使われなかった水素ガス（排水素ガス）を搬送する排水素ガス配管、排水素ガスから得られる凝縮水を蓄積する凝縮水タンク、空気浄化装置などがある。
【００２９】
第１の補助機器７は、改質器３の横で、且つスタック５の下方に配置される。第１の補助機器７は、本体パッケージ１の外部に設けられる貯湯槽と、貯湯槽から水を供給され、貯湯槽へ湯を排出する貯湯配管により接続されている。また、第１の補助機器７は、本体パッケージ１の外部と都市ガスなどの原料ガスを供給される原料ガス配管で接続されている。
【００３０】
第２の補助機器８は、改質器３やスタック５を円滑に作動させるための装置や配管で構成され、改質器３の上方で、且つスタック５と電気回路６の横に配置される。第２の補助機器８は、空気や原料ガスや水素ガスなどの気体を扱う装置や配管で構成された部分と水を扱う装置や配管で構成されている。
【００３１】
第２の補助機器８の中で気体を扱う装置や配管としては、例えば、改質器３で生成された水素ガスをスタック５に搬送するための水素ガス配管、空気供給装置（空気ブロワ）９から供給される空気をスタック５に搬送するための空気配管、スタック５に搬送される空気や水素ガスの量を制御する制御弁、スタック５から排出される空気を搬送するための空気配管、スタック５で反応に使われなかった水素ガス（排水素ガス）を改質器３に供給する排水素ガス配管などがある。
【００３２】
第２の補助機器８の中で水を扱う装置や配管としては、例えば、スタック５での水素ガスと酸素の化学反応によって発生する熱によるスタック５の温度上昇を防ぐための冷却水を搬送するための冷却水配管、冷却水配管内に冷却水を循環するための循環ポンプ、スタック５での化学反応により温められた冷却水から熱を回収し、貯湯槽へ供給する水に伝達するための熱交換器、改質器３に原料ガスの改質反応のために必要な水を搬送するための改質水ポンプ、改質水ポンプから改質器３に搬送される水の量を制御する制御弁などがある。
【００３３】
なお、図示しないが第１の補助機器７と第２の補助機器８の間は水素ガス配管、空気配管、水配管、貯湯配管で接続される。
【００３４】
次に、本体パッケージ１内の各装置間の接続について説明する。改質器３は第１の補助機器７と原料ガス配管で接続され、本体パッケージ１外部から原料ガスの供給を受ける。スタック５は、改質器３と第２の補助機器８である水素ガス配管により接続され、改質器３から水素ガスの供給を受ける。また、スタック５は空気供給装置（空気ブロワ）９と空気配管で接続され、空気の供給を受ける。電気回路６は、スタック５と電気ケーブルで接続され、スタック５で発電された直流電力が電気回路６に伝達される。電気回路６と改質器３及びバーナー４は電気ケーブルで接続され、電気回路６によりバーナー４の動作を制御される。電気回路６と第１の補助機器７及び第２の補助機器８のポンプや制御弁は電気
ケーブルで接続され、電気回路６により動作を制御される。
【００３５】
次に、空気供給装置（空気ブロワ）９の取付け構成について説明する。図２は本発明の第１の実施の形態における空気供給装置の取付け構成図である。本体パッケージ１内の底板に一対の平行な固定レール１２をネジ等により取り付け、空気供給装置（空気ブロワ）９の底部にも一対のスライドレール１３を取り付けることで、空気供給装置（空気ブロワ）９は固定レール１２上をスライド移動することができる。
【００３６】
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。
【００３７】
まず、本体パッケージ１外部の都市ガス管などと接続された第１の補助機器７の原料ガス配管から制御弁によりガスの量を制御されながら改質器３にメタンなどの原料ガスが供給される。改質器３では、原料ガスは改質部とバーナー４に供給され、水素への改質反応とバーナー４の燃焼に使用される。バーナー４は電気回路６の制御により改質部を加熱することで改質反応を起こし原料ガスを水素ガスに変換し、生成された水素ガスは第２の補助機器８の水素ガス配管を通ってスタック５へ供給される。一方、空気供給装置（空気ブロワ）９は電気回路６に制御されて、空気配管を通してスタック５に空気を供給する。スタック５では、供給された水素ガスと空気中の酸素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、電気回路６のインバータにより交流電力に変換され商用電源に供給される。
【００３８】
次に、空気供給装置（空気ブロワ）９のメンテナンスについて説明する。一般的に燃料電池システムは、一定期間運転後（例えば１０年後）に部品を交換・メンテナンスする必要が生じる。本発明の第一の位置、即ち配線引き込み部１０の後方に配置された空気供給装置（空気ブロワ）９をメンテナンスする際には、外装パッケージ１（前蓋）を外し、空気供給装置（空気ブロワ）９の底部に配したスライドレール１３と、本体パッケージ１内の底板に配した固定レール１２を連結するビスを取り除き、レールを使って空気供給装置（空気ブロワ）９を前面に臨む第二の位置にスライド移動させる。前面に臨む位置にスライド移動させることによりメンテナンスが出来るようになる為、本体パッケージの左右蓋や後蓋を外す必要はない。
【００３９】
また、空気供給装置（空気ブロワ）９を配線引き込み部１０の後方に配置したことにより、遮音効果による低騒音化を実現することができ、振動体である空気供給装置（空気ブロワ）９をスライドレール１３、固定レール１２を介して本体パッケージ１に取付けることで、本体パッケージに振動を伝えにくくする効果もある。
【００４０】
以上のように、本実施の形態においては、空気供給装置（空気ブロワ）９は、本体パッケージ１（前蓋）のみを取り外し、空気供給装置（空気ブロワ）９を配線引き込み部１０の後方から前面に臨む位置に、レールを使って容易に移動させることが出来る。メンテナンス性を向上させることができると共に、本体パッケージの左右蓋や後蓋を外す必要がないことから狭小地でも設置可能となる。
【００４１】
また、本体パッケージ１内の各部の配置は、図１の本体パッケージ１内の左右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３と第２の補助機器８と排気口１０を本体パッケージ１内の左側に配置し、第１の補助機器７とスタック５と電気回路６を本体パッケージ１内の右側に配置してもよい。
【００４２】
また、本実施の形態においては、補助機器は、第１の補助機器７と第２の補助機器８に分けて構成しているが、第２の補助機器８のみで構成してもよい。この場合、第１の補助機器７を構成する装置や配管は、第２の補助機器８として配置される。
【００４３】
（実施の形態２）
図３は本発明の第２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。図３は図１の構成図に水の電解質を除去するイオン交換装置１１を加えたものである。イオン交換装置１１は、一定期間運転を行うと、イオン交換装置１１内に満たされたイオン交換樹脂が劣化してしまう為、定期的（例えば２年毎）に交換をする必要が生じる。前述の空気供給装置に比べて交換・メンテナンスまでの期間が短いことから、よりメンテナンス性を求められる部品となる。
【００４４】
イオン交換装置１１を前面に臨む第二の位置に配置し、本体パッケージ１内から着脱可能にすることで、メンテナンス性が高く、またスペースを有効活用できることから小型化した燃料電池システムを提供できる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態においては、第１の発明において、定期的にメンテナンスが必要なイオン交換装置１１を本体パッケージ１内にさらに備え、空気供給装置（空気ブロワ）９が第一の位置にあるとき第二の位置には前記イオン交換装置１１が配され、イオン交換装置１１は本体パッケージ１内から取外し可能に構成されたことにより、空気供給装置（空気ブロワ）９以上にメンテナンス性を求められるイオン交換装置１１を前面に臨む位置に配置し、空気供給装置（空気ブロワ）９を配線引き込み部１０の後方に配置する為、スペースを有効活用することができ、燃料電池システム本体の小型化を実現できる。
【００４６】
なお、本燃料電池システムは、第１もしくは第２の実施の形態において、空気供給装置（空気ブロワ）９は前面に臨む第二の位置にあるとき、本体パッケージ１内から着脱自在に構成されたものである。
【００４７】
以上のように、本実施の形態においては、空気供給装置（空気ブロワ）９は前面に臨む第二の位置にあるとき、本体パッケージ１内から着脱自在に構成されたことにより、メンテナンスだけでなく、交換も容易に行うことが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、空気供給装置のメンテナンス性を向上でき、且つ、スペースを活用することから燃料電池システムの小型化を実現することができ、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】
【００４９】
１  本体パッケージ
２  天板
３  改質器
４  バーナー
５  スタック
６  電気回路
７  第１の補助機器
８  第２の補助機器
１０  配線引き込み部
１１  イオン交換装置
１２  固定レール
１３  スライドレール
【図１】
2011181474.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2011181474.tif 000006