(57)【要約】【課題】  燃料電池発電装置のパッケージ内を換気するために取り込む大気の温度が高温となり、パッケージ内の温度が機器の許容温度を超える場合は、燃料電池発電装置の運転不可を下げ運転しなければならなかった。【解決手段】  燃料電池発電装置が、前記回収水タンクの水から氷を作る製氷機を備え、前記換気入口から取り込んだ外気を前記氷に接触させて冷却した空気により、前記筐体内の換気を行うものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池本体、原燃料を水素含有ガスに改質する反応器、少なくとも燃料電池本体から排出される空気極排ガスから回収された凝縮水を貯留する回収水タンク、および制御機器が、換気入口と換気出口とを備えた筐体内に収容された燃料電池発電装置において、
製氷機を備え、
前記換気入口から取り込んだ外気を前記製氷機で製造した氷に接触させて冷却した空気により、前記筐体内の換気を行うことを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記製氷機は、前記回収水タンクの水を用いて製氷を行うことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
製氷機を稼動させて製造した氷を貯留する蓄氷部を備え、筐体外または筐体内に設置された温度計の検出温度が設定温度以上の場合に、貯留された氷と前記外気とを接触させることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記製氷機は、燃料電池発電装置の出力電力が余剰の時に、製氷を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電装置は、例えばりん酸を電解質とする燃料電池本体の燃料極に燃料改質装置で改質して得られた高水素濃度の燃料ガスを供給し、一方の空気極に反応空気を供給して、電気化学反応により発電を行うもので、発電電力は、電力変換装置によって所定の出力電流、電圧に制御され負荷回路へと供給される。燃料電池発電装置を移動用電源、あるいはオンサイト用電源として使用する場合には、その搬送および据え付け作業を容易にするために、発電装置を構成する各機器を一つの金属製パッケージ中に一体化して収納するパッケージ型の装置が用いられている。
【０００３】
燃料電池発電装置を構成する機器には高温で用いられる機器が種々あり、例えば、電解質にりん酸を用いるりん酸型燃料電池の本体の反応温度は約 200℃で、外表面の温度は50 〜100 ℃となる。また、高水素濃度の燃料ガスを得るために用いられる燃料改質装置は、バーナーの燃焼ガスにより加熱された改質触媒層にて原燃料（例えば都市ガスやバイオガスなどの炭化水素）を改質するので、その表面は 300℃を超える場合がある。この他、燃料電池本体の発熱を吸収して高温となった冷却水を導入して液相と気相に分離させる水蒸気分離器も、その表面は高温度となる。
【０００４】
一方、燃料電池発電装置を構成する機器には、補機の各種制御弁や電磁弁等の電装品のごとく、温度を所定の許容温度以下に保持して使用することが必要な部品が含まれている。
そこで、特許文献１に記載されているように、パッケージ型の燃料電池発電装置のパッケージ内部の温度を所定値以下とし、かつ防爆対応とするために、換気ファンを取り付けて、通風換気する方法が採られている。
【０００５】
パッケージ型燃料電池発電装置の換気方法としては、吸出し型の換気構成と押し込み型の換気構成とがあり、吸出し型の換気構成では、換気出口に換気ファンを設置し、換気入口より外気を吸い込んで、パッケージの内部の各機器の間を通流させて換気し、換気出口より吸出す方式が採られている。一方、押し込み型の換気構成では、換気入口に換気ファンを設置し、換気入口よりパッケージの内部へと外気を押し込み、各機器の間を通流させて換気し、換気出口より外部へと押し出す方式が採られている。
【０００６】
なお、パッケージの内部では熱対流によって上方が下方に比べてより高温となるので、一般に換気入口を下方に換気出口を上方に配置しており、吸出し型の換気構成では換気ファンがパッケージの上部に、押し込み型の換気構成では金属パッケージの下部に配されるのが通例である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２８４１０５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、電子部品や制御機器は許容温度が５０℃前後であり、燃料電池発電装置のパッケージ内を換気するために取り込む大気の温度が３５℃を超える場合は、パッケージ内の温度をその許容温度以下にすることができなくなる可能性が高く、これらの機器が破損、或いは誤作動を起こす恐れがある。
【０００９】
そこで従来、このような状況下では、燃料電池発電装置の運転負荷を低減させ、パッケージ内の放熱量を抑えることで、パッケージ内温度を各機器の許容温度以内に納めるという制御により対応していた。
【００１０】
一方、夏季においては電力需要が増加し、系統電力のピークカットのために、燃料電池発電装置を最大出力でフル稼働させたいという需要がある。しかしながら、上述の理由により、需要に反して運転負荷を下げて運転せざるを得なかった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本願発明においては、燃料電池本体、原燃料を水素含有ガスに改質する反応器、少なくとも燃料電池本体から排出される空気極排ガスから回収された凝縮水を貯留する回収水タンク、および制御機器が、換気入口と換気出口とを備えた筐体内に収容された燃料電池発電装置において、製氷機を設け、前記換気入口から取り込んだ外気を前記製氷機で製造した氷に接触させて冷却した空気により、前記筐体内の換気を行うこととする。尚、氷の製造には、前記回収水タンクの水を用いることが好ましい。
【００１２】
さらに、製氷機を稼動させて製造した氷を貯留する蓄氷部を備え、筐体外または筐体内に設置された温度計の検出温度が設定温度以上の場合に、貯留された氷と前記外気とを接触させることとする。
【００１３】
またさらには、前記製氷機は、燃料電池発電装置の出力電力が余剰の時に、製氷を行うこととする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、外気温度が高温となり、燃料電池発電装置を外気で換気を行っても燃料電池発電装置を構成する機器の許容温度以下に維持することが出来ない状況下においても、冷却された空気により換気を行うことができるので、燃料電池発電装置の出力を下げることなく、機器の許容温度以下に維持して運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池発電装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池発電装置の概略構成図である。図１に示すように、パッケージ(筐体)1内には、燃料電池本体２、前記燃料電池本体２のアノード２aへ改質ガスを供給する燃料ガス供給系統、燃料電池本体２の冷却板２ｂに冷却水を循環させる電池冷却水循環系統、燃料電池本体２のカソード２ｃから排出されるカソード排ガスおよび改質器３から排出される燃焼排ガス中の水分を凝縮し回収する回収水系統、燃料電池本体２の直流電力を交流電力に変換するインバータ４、および電気機器や制御機器５が収容されている。
【００１７】
燃料電池本体２は、燃料ガス系統から改質ガスが供給されるアノード２ａと反応空気ブロア６から空気が供給されるカソード２ｃとが図示しない電解質層を挟んでなる単電池と、前記単電池の複数セル毎に挿入された冷却板２ｂとが積層されている。
【００１８】
燃料ガス供給系統は、都市ガスやバイオガス等の炭化水素原燃料中の硫黄分を除去する脱硫器７、脱硫後７の原燃料を水蒸気改質して水素を主成分とする改質ガスへと改質する改質器３、および改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減させるＣＯ変成器８と、これらの機器と燃料電池本体２とを接続する配管Ｌ１とから構成されており、改質器３は、燃焼空気ブロア９により供給する空気と燃料電池本体２のアノード排ガスとをバーナ１０にて燃焼させることにより、改質器での反応に必要な熱を発生させている。
【００１９】
電池冷却水循環系統は、燃料電池本体２の冷却板２ｂに冷却水を循環させる配管Ｌ２  および電池冷却水循環ポンプ１１と、冷却板２ｂで昇温されて気液２相流となった冷却水から水蒸気を分離する水蒸気分離器１２とを備えている。
【００２０】
回収水系統は、カソード排ガス配管Ｌ３と燃焼排ガス配管Ｌ４を通流する排ガスを冷却して得た回収水を貯留する回収水タンク１３、給水ポンプ１４、水処理装置１５とを備え、これらを経由した回収水を水蒸気分離器１２へ供給する配管Ｌ５から構成されている。
【００２１】
パッケージ１には、外気を取り込む換気入口１６と、パッケージ１内を流れて昇温した換気空気を排出する換気出口１７とが設けられ、換気入口１６は押し込み型の換気ファン１８を備えている。
【００２２】
さらに、本実施形態の燃料電池発電装置は、製氷機１９と、回収水タンク１３から回収水を製氷機１９に供給するための回収水ポンプ２０および配管Ｌ６とを備えている。また製氷機１９には、換気空気流通部２１、排水配管Ｌ７および排水弁２２を備えている。
【００２３】
換気入口１６から換気ファン１８により取り込まれた外気は、導風管２３により製氷機１９の換気空気流通部２１へと導入され、ここで氷と接触して冷却された後、パッケージ１内の換気に利用される。
【００２４】
これにより、外気温度が３５℃を超える条件下で、運転負荷を下げることなく最大出力で運転を継続しても、パッケージ１内の温度を電気部品や制御機器の許容温度以下に維持することができる。パッケージ１内の各部を換気した後の換気空気は、換気出口１７からパッケージ１外へと排気される。
【００２５】
上述のように、製氷機１９で氷を製造するための水は、回収水タンク１３に貯留した回収水であるので水道水の使用が不要であり、製氷の為のランニングコストが低減できる。また、回収水は、燃料電池本体２での発電反応により生成した水とバーナ１０での燃焼により生じた水であるので純度が高く、換気空気を接触させても腐食など機器に悪影響を及ぼすような成分が換気空気中に混入しない。
【００２６】
尚、換気空気流通部２１で冷却された換気空気の流れに対して、もっとも上流側に電気機器や制御機器５を配置する場合には、製氷機１９の換気空気出口部分にシリカゲルなどの除湿剤を配置し、大気中の水分を十分に除去するようにすれば、電気機器や制御機器５が結露により故障することを防ぐことができるので好ましい。
【００２７】
また、製氷機１９は、換気入口１６またはパッケージ１の外壁に設けられた温度計により検出された外気温度が３５℃を超えた場合、あるいは、パッケージ１内の電気機器や制御機器５付近に設けられた温度計が５０℃に達したら稼動させて製氷を行い、外気を冷却することとしても良いが、以下の実施形態がより好ましい。
【００２８】
すなわち、製氷機１９の換気空気流通部２１よりも上方に蓄氷部２４を設けるとともに、製氷機１９は、燃料電池発電装置の出力電力が余剰の時、すなわち、電力需要が燃料電池発電装置の定格出力より小さい時に製氷を行い、製造した氷を蓄氷部２４に貯留する。例えば、電力需要の少ない時間帯の予め決められた時間帯（例えば深夜電力時間帯）にタイマーで製氷を行わせるように設定すると良い。
【００２９】
そして、外気温が３５℃以上となったことを検知した際、あるいは、パッケージ１内の電気機器や制御機器５付近に設けられた温度計が５０℃に達したことを検知した際に、蓄氷部２４から換気空気流通部２１へ氷を移動（落下）させて換気空気との接触を開始する。
【００３０】
これにより、電力需要の大きい時間帯に製氷に電力を使うことなく、かつ、必要時に即座に換気空気の冷却を開始することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・パッケージ（筐体）
２・・・燃料電池本体
３・・・改質器
４・・・インバータ
５・・・電気機器及び制御機器
６・・・反応空気ブロア
７・・・脱硫器
８・・・ＣＯ変成器
９・・・燃焼空気ブロア
１０・・・バーナ
１１・・・電池冷却水循環ポンプ
１２・・・水蒸気分離器
１３・・・回収水タンク
１４・・・給水ポンプ
１５・・・水処理装置
１６・・・換気入口
１７・・・換気出口
１８・・・換気ファン
１９・・・製氷機
２０・・・回収水ポンプ
２１・・・換気空気流通部
２２・・・排水弁
２３・・・導風管
２４・・・蓄氷部
【図１】
2011065878.tif 000003