(57)【要約】【課題】燃料電池発電モジュールにおいて、保管場所の使用効率の向上が可能な構造を備えたものを提供すること、梱包を解かずとも容易に器具へ固定可能な構造を備えたものを提供すること、等である。【解決手段】発電用セルを有する燃料電池発電モジュール本体１５を備えた燃料電池発電モジュール２において、燃料電池発電モジュール本体１５の外周にパイプ製のフレーム枠１６を設け、保管及び運搬時には、フレーム枠１６を介して前記燃料電池発電モジュール２を上下方向に隣接する燃料電池発電モジュール２Ａと積み重ね可能に構成すると共に、組立て時には、フレーム枠１６を介して燃料電池発電モジュール２を燃料電池発電装置１のフレーム部材１２に固定可能に構成している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電用セルを有する燃料電池発電モジュール本体を備えた燃料電池発電モジュールにおいて、
前記燃料電池発電モジュール本体の外周にパイプ製のフレーム枠を設け、
保管及び運搬時には、前記フレーム枠を介して前記燃料電池発電モジュールを上下方向に隣接する燃料電池発電モジュールと積み重ね可能に構成したことを特徴とする燃料電池発電モジュール。
【請求項２】
前記フレーム枠には、上下方向に隣接する燃料電池発電モジュールのフレーム枠と係合可能な係合部が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電モジュール。
【請求項３】
発電用セルを有する燃料電池発電モジュール本体を備えた燃料電池発電モジュールにおいて、
前記燃料電池発電モジュール本体の外周にパイプ製のフレーム枠を設け、
組立て時には、前記フレーム枠を介して前記燃料電池発電モジュールを燃料電池発電装置のフレーム構造体に固定可能に構成したことを特徴とする燃料電池発電モジュール。
【請求項４】
前記フレーム枠には、燃料電池発電装置の外装ケースの少なくとも一部を取り付け可能な取付部が設けられたことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池発電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池発電モジュールに関し、特にモジュール本体の外周に運搬用のフレーム枠を設けたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、空気と改質燃料ガス（水素含有ガス）とを供給することで電力を発生させる燃料電池発電装置が実用に供されている。この種の燃料電池発電装置は、例えば、発電の際に副次的に発生する熱を湯水として回収する貯湯給湯装置と組み合わせることで、燃料電池コージェネレーションシステムを構成することができる。
【０００３】
上記の燃料電池発電装置は、空気と改質燃料ガスとで発電を行なう燃料電池セルスタックとこの燃料電池セルスタックに供給する改質燃料ガスを純水（水蒸気）と天然ガス等の燃料ガスから生成する改質器等を有する燃料電池発電モジュール、この燃料電池発電モジュールからの排気ガスと貯湯タンクの湯水との間で熱交換する排熱回収装置、前記燃料電池発電モジュールへ燃料ガスや空気を供給する各種の供給装置、前記燃料電池発電モジュールで発電された直流電力を交流電力に変換して外部に出力するパワーコンディショナユニット等を備えている。
【０００４】
また、上記の燃料電池発電装置は、箱状の外装ケースの内部に各種器具が収納されて構成されている。外装ケースの内部は、フレーム構造体によって上側領域と下側領域とに区画されている場合が多く、一般的に、フレーム構造体の上側領域に燃料電池発電モジュールが収納され、フレーム構造体の下側領域に排熱回収装置や各種の供給装置等の補機類、パワーコンディショナユニット等が収納されている。
【０００５】
ところで、上記の燃料電池セルスタックには、発電用セルにセラミックスが使用されている。一般的に、セラミックスは、燃料電池発電モジュールの運搬時における振動や衝撃等で破損する虞がある。このため、従来では、燃料電池発電モジュールを発泡スチロールを敷き詰めたパレット上に載置し、燃料電池発電モジュールを締結バンド等でパレットに固定して外周を緩衝材等で保護した梱包状態で運搬している。
【０００６】
また、例えば、特許文献１には、燃料電池スタックの運搬用保護部材として燃料電池スタックを支持する支持部材が開示されている。この支持部材は、燃料電池スタックの外周を覆うと共にセルの積層方向に間隔をあけて配置された複数の外周枠と、各外周枠を連結する連結部材と、燃料電池スタックの各セルに設けられた固定部と当接するガイド部材等を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２１６３３８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、上記の燃料電池発電モジュールの保管時や運搬時において、従来のパレットや特許文献１のような運搬用保護部材等を使用した梱包構造では、燃料電池発電モジュールに対する梱包部材の取り付け・取り外しの為の工数や部品点数が増加してしまうので、作業時間が長くなる上、コストが増加するという問題がある。
【０００９】
また、上記の梱包構造において、複数の燃料電池発電モジュールを積み重ねて保管する場合、燃料電池発電モジュールは重量物であるため、上記の梱包部材では上下に積み重ねると破損してしまう可能性が高い。このため、複数の燃料電池発電モジュールを積み重ねて保管することが容易ではなく、しかも、燃料電池発電モジュールのサイズも大きい為、保管場所を取るという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、燃料電池発電モジュールにおいて、保管場所の使用効率の向上が可能な構造を備えたものを提供すること、梱包を解かずとも容易に器具へ固定可能な構造を備えたものを提供すること、等である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の燃料電池発電モジュールは、発電用セルを有する燃料電池発電モジュール本体を備えた燃料電池発電モジュールにおいて、前記燃料電池発電モジュール本体の外周にパイプ製のフレーム枠を設け、保管及び運搬時には、前記フレーム枠を介して前記燃料電池発電モジュールを上下方向に隣接する燃料電池発電モジュールと積み重ね可能に構成したことを特徴としている。
【００１２】
請求項２の燃料電池発電モジュールは、請求項１の発明において、前記フレーム枠には、上下方向に隣接する燃料電池発電モジュールのフレーム枠と係合可能な係合部が設けられたことを特徴としている。
【００１３】
請求項３の燃料電池発電モジュールは、発電用セルを有する燃料電池発電モジュール本体を備えた燃料電池発電モジュールにおいて、前記燃料電池発電モジュール本体の外周にパイプ製のフレーム枠を設け、組立て時には、前記フレーム枠を介して前記燃料電池発電モジュールを燃料電池発電装置のフレーム構造体に固定可能に構成したことを特徴としている。
【００１４】
請求項４の燃料電池発電モジュールは、請求項３の発明において、前記フレーム枠には、燃料電池発電装置の外装ケースの少なくとも一部を取り付け可能な取付部が設けられたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、燃料電池発電モジュール本体の外周にパイプ製のフレーム枠を設け、保管及び運搬時には、フレーム枠を介して燃料電池発電モジュールを上下方向に隣接する燃料電池発電モジュールと積み重ね可能に構成したので、燃料電池発電モジュールをフレーム枠単位で積み重ねることができ、保管場所の使用効率の向上を図ることができる。フレーム枠を梱包部材として兼用することで、保管及び運搬時に、梱包部材の取り付け及び取り外しを必要としなくなるので、梱包の為の部品点数が低減すると共に、フレーム枠を把手として利用できるので、燃料電池発電モジュールの運搬が容易になる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、フレーム枠には、上下方向に隣接する燃料電池発電モジュールのフレーム枠と係合可能な係合部が設けられたので、燃料電池発電モジュールを容易な構造でもって積み重ねることができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、燃料電池発電モジュール本体の外周にパイプ製のフレーム枠を設け、組立て時には、フレーム枠を介して燃料電池発電モジュールを燃料電池発電装置のフレーム構造体に固定可能に構成したので、フレーム枠をフレーム構造体に直接固定することができ、故に、梱包を解かずとも容易に器具へ固定可能であるので、組み立て作業効率が向上する。フレーム枠を組立て部材として兼用することで、組立ての為の部品点数が低減する。
【００１８】
請求項４の発明によれば、フレーム枠には、燃料電池発電装置の外装ケースの少なくとも一部を取り付け可能な取付部が設けられたので、この取付部を介して燃料電池発電モジュールに外装ケースを直接固定することで、燃料電池発電装置の剛性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例に係る燃料電池発電装置の概略構成図である。
【図２】燃料電池発電モジュールとフレーム部材と外装ケースの斜視図である。
【図３】フレーム枠の斜視図である。
【図４】フレーム枠の部分拡大斜視図である。
【図５】燃料電池発電モジュールとフレーム部材の部分拡大断面図である。
【図６】積み重ねた状態の燃料電池発電モジュールの斜視図である。
【図７】図６の状態における燃料電池発電モジュールの係合部の平面図である。
【図８】図６の状態における燃料電池発電モジュールの係合部の正面図である。
【図９】部分変更形態に係る燃料電池発電モジュールの係合部の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００２１】
最初に、本発明に係る燃料電池発電モジュール２を備えた燃料電池発電装置１の全体構成について説明する。
図１に示すように、燃料電池発電装置１は、燃料電池発電モジュール２、燃料改質用空気供給装置３、カソード空気供給装置４、燃料ガス供給装置５、純水供給装置６、排熱回収装置７、パワーコンディショナユニット８、制御ユニット９等を備えており、燃料電池発電モジュール２にて発電された直流電力がパワーコンディショナユニット８を介して交流電力に変換されて外部に出力される。
【００２２】
図１，図２に示すように、燃料電池発電装置１は、各種器具や各種配管等が外装ケース１１に収納されて構成されている。外装ケース１１は、薄鋼板製の直方体状の箱状に構成されている。外装ケース１１の内部には、フレーム部材１２（フレーム構造体に相当する）が収納され、このフレーム部材１２によって外装ケース１１の内部は上側発電室１１Ａと下側補機室１１Ｂとに仕切られている。
【００２３】
外装ケース１１の内部において、上側発電室１１Ａには、燃料電池発電モジュール２が収納され、下側補機室１１Ｂには、各種の供給装置３〜６等の補機類、排熱回収装置７、パワーコンディショナユニット８、制御ユニット９等が収納されている。
【００２４】
尚、この燃料電池発電装置１は、例えば、排熱回収装置７の熱交換器による熱交換後の湯水を貯湯する貯湯タンクを有する貯湯給湯装置と、この貯湯給湯装置と燃料電池発電装置１とに亙って湯水を循環させる為の循環加熱回路等と組み合わせることで燃料電池コージェネレーションシステムを構成することができるが、燃料電池発電装置１の燃料電池発電モジュール２以外の構成の詳細な説明は省略する。
【００２５】
次に、本発明に係る燃料電池発電モジュール２について説明する。
図２に示すように、燃料電池発電モジュール２は、平面視矩形状の燃料電池発電モジュール本体１５と、この燃料電池発電モジュール本体１５の外周に設けられたパイプ製のフレーム枠１６とを備えている。燃料電池発電モジュール本体１５とフレーム枠１６は一体的に構成されている。この燃料電池発電モジュール２において、保管時や運搬時には、フレーム枠１６の外周を保護用のビニール袋で梱包するだけで運搬可能である。
【００２６】
図１に示すように、燃料電池発電モジュール本体１５は、複数の燃料電池セルで構成された燃料電池セルスタック１５ａ、燃料ガスに混合する為の水蒸気を生成する蒸発器１５ｂ、燃料ガスと空気と水蒸気とを混合して反応（所謂、水蒸気改質）させて改質燃料ガスを生成する燃料改質器１５ｃ、燃料電池セルスタック１５ａによる発電に伴い生じる残余燃料ガスを燃焼処理するオフガス燃焼室１５ｄ等を備え、燃料改質器１５ｃによって改質された改質燃料ガス及び酸化剤としての空気を燃料電池セルスタック１５ａで高温の環境下で化学反応させることで発電を行うものである。
【００２７】
図１に示すように、燃料電池発電モジュール本体１５は、上記の燃料電池セルスタック１５ａ、蒸発器１５ｂ、燃料改質器１５ｃ、オフガス燃焼室１５ｄ、断熱材等がケース部材１７に収納されて一体的に構成されている。
【００２８】
図２に示すように、ケース部材１７は、薄鋼板製の直方体状の箱状に構成され、前板部１７ａ、後板部１７ｂ、左右１対の側板部１７ｃ，１７ｄ、燃料電池発電モジュール本体１５の頂部を覆う天板部１７ｅ、燃料電池発電モジュール本体１５の底部を覆う底板部１７ｆを備えている。尚、図２に示す前後左右を、前後左右として説明する。
【００２９】
次に、フレーム枠１６について説明する。
図２，図３に示すように、フレーム枠１６は、正面視にてＵ字状となるように且つ平面視にて矩形状となるように且つ側面視にて門形状となるように、パイプ材から折り曲げ形成されている。即ち、フレーム枠１６は、左右の前縦フレーム１６ａ，１６ｂ、左右の後縦フレーム１６ｃ，１６ｄ、左右の上横フレーム１６ｅ，１６ｆ、前後の下横フレーム１６ｇ，１６ｈから構成されている。尚、パイプ材は、ステンレス、鋼やアルミニウム等の金属材料で構成される。
【００３０】
図２に示すように、フレーム枠１６内に燃料電池発電モジュール本体１５が設置されている。フレーム枠１６の前後幅は、燃料電池発電モジュール本体１５の前後幅より小さく形成され、フレーム枠１６の左右幅は、燃料電池発電モジュール本体１５の左右幅より大きく形成され、フレーム枠１６の高さは、燃料電池発電モジュール本体１５の高さより高く形成されている。
【００３１】
フレーム枠１６の左右両端の上部（上横フレーム１６ｅ，１６ｆ）は、燃料電池発電モジュール本体１５から上方に突出した逆Ｕ字状の１対の把手部１８ａ，１８ｂを構成している。燃料電池発電モジュール２を運搬する際には、この１対の把手部１８ａ，１８ｂに吊持手段（図示略）を取り付けて吊り下げ運搬可能である。
【００３２】
図４，図５に示すように、フレーム枠１６の前後の下横フレーム１６ｇ，１６ｈの上側には、複数の緩衝部材１９が載置されている。複数の緩衝部材１９は、複数のビス部材２１を介して燃料電池発電モジュール本体１５の底部に固定されている。これら緩衝部材１９は、ゴム等の弾性部材から構成されている。これら緩衝部材１９を介してフレーム枠１６は燃料電池発電モジュール本体１５を弾性支持している。
【００３３】
ここで、燃料電池発電モジュール２の固定構造について説明する。
図５に示すように、燃料電池発電モジュール２は、フレーム枠１６を介してフレーム部材１２に固定可能に構成されている。即ち、フレーム枠１６の前後の下横フレーム１６ｇ，１６ｇには、複数のビス装着孔２２が形成されている。燃料電池発電モジュール２は、複数の固定用ビス２３を外側からフレーム部材１２に形成されたネジ挿通孔２４を夫々通し、下横フレーム１６ｇ，１６ｇに夫々螺合することで、フレーム枠１６を介してフレーム部材１２に固定されている。
【００３４】
次に、燃料電池発電モジュール２の積み重ね構造について説明する。
図６に示すように、燃料電池発電モジュール２は、フレーム枠１６を介して上下方向に隣接する燃料電池発電モジュール２と積み重ね可能に構成されている。即ち、フレーム枠１６には、上側に隣接する燃料電池発電モジュール２Ａのフレーム枠１６Ａと係合可能な係合部２５が設けられている。
【００３５】
図７，図８に示すように、係合部２５は、左右の上横フレーム１６ｅ，１６ｆの前後両端部であって左右の縦フレーム１６ａ〜１６ｄの上端部に形成された複数の凹部２６で構成されている。各凹部２６は、前後方向の外方及び左右方向の内方及び上下方向の上方に向かって開口している。燃料電池発電モジュール２の上側に燃料電池発電モジュール２Ａを積み重ねた場合、下側のフレーム枠１６の上端部の４隅部の凹部２６に、上側のフレーム枠１６Ａの下端部の４隅部を内側から且つ外側から当接させることで、上側に隣接する燃料電池発電モジュール２Ａが前後方向及び左右方向に移動するのを規制する。
【００３６】
図２に示すように、フレーム枠１６には、外装ケース１１を取り付け可能な取付部２８が設けられている。この取付部２８は、フレーム枠１６の左右の上横フレーム１６ｅ，１６ｆに形成された複数の取付用ビス孔２９で構成されている。フレーム部材１２に燃料電池発電モジュール２を固定した後に、外装ケース１１の天板部１１ａを複数のビスを介してフレーム枠１６の取付部２８に固定することができる。
【００３７】
次に、本発明の燃料電池発電モジュール２の作用及び効果について説明する。
燃料電池発電モジュール２を積み重ねて保管する場合、保管場所において、先ずは、１台目の燃料電池発電モジュール２を運搬してきて所定の位置に載置し、次に、この燃料電池発電モジュール２の上側に２台目の燃料電池発電モジュール２Ａを運搬し、最初に載置した燃料電池発電モジュール２のフレーム枠１６の４隅部の凹部２６に、上側に隣接する燃料電池発電モジュール２Ａのフレーム枠１６Ａの下端部の４隅部を係合するように、燃料電池発電モジュール２を積み重ねる。
【００３８】
このように、複数台の燃料電池発電モジュール２をフレーム枠１６を介して上下に積み重ねることで、フレーム枠１６単位で容易且つ安定的に積み重ねて保管することができる。また、フレーム枠１６によって最も下側の燃料電池発電モジュール本体１５の底面が直接地面に接触しないので、底面側の電気接続端子等を保護することができる。
【００３９】
尚、燃料電池発電モジュール２を運搬する場合、フレーム枠１６の左右両端部の把手部１８ａ，１８ｂに吊持手段（例えば、リングスリングやロープ、ワイヤー等）を取り付けることで、フレーム枠１６を介して燃料電池発電モジュール２を吊り下げて運搬することができる。
【００４０】
燃料電池発電モジュール２をフレーム部材１２に固定する場合、吊持状態の燃料電池発電モジュール２のケース部材１７の底板部１７ｆをフレーム部材１２の載置部１２ａに載置して、フレーム枠１６を複数の固定用ビス２３を介してフレーム部材１２に固定することで、燃料電池発電モジュール２をフレーム部材１２に固定することができる。次に、外装ケース１１を取り付ける場合は、フレーム枠１６の取付部２８を介して天板１１ａを固定し、この天板１１ａに対して側板１１ｂ，１１ｃ（後側板と左側板の図示は省略）の上端部を固定する。
【００４１】
以上説明したように、保管及び運搬時には、燃料電池発電モジュール２をフレーム枠１６単位で積み重ねることができ、保管場所の使用効率の向上を図ることができる。フレーム枠１６を梱包部材として兼用することで、保管及び運搬時に、梱包部材の取り付け及び取り外しを必要としなくなるので、梱包の為の部品点数が低減すると共に、フレーム枠１６を把手として利用できるので、燃料電池発電モジュール２の運搬が容易になる。
【００４２】
また、フレーム枠１６には、上下方向に隣接する燃料電池発電モジュール２Ａのフレーム枠１６Ａと係合可能な係合部２５が設けられたので、燃料電池発電モジュール２を容易な構造でもって積み重ねることができる。
【００４３】
さらに、組立て時には、フレーム枠１６をフレーム部材１２（フレーム構造体）に直接固定することができ、故に、梱包を解かずとも容易に器具へ固定可能であるので、組み立て作業効率が向上する。フレーム枠１６を組立て部材として兼用することで、組立ての為の部品点数が低減する。
【００４４】
加えて、フレーム枠１６には、燃料電池発電装置１の外装ケース１１の少なくとも一部を取り付け可能な取付部２８が設けられたので、この取付部２８を介して燃料電池発電モジュール２に外装ケース１１を直接固定することで、燃料電池発電装置１の剛性が向上する。
【００４５】
次に、前記実施例を部分的に変更した形態について説明する。
［１］前記実施例において、係合部２５としてフレーム枠１６に複数の凹部２６を設けているが、この構造に限定する必要はなく、図９に示すように、係合部２５Ａを、複数の湾曲状板片３１で構成しても良い。これら湾曲状板片３１は、上方凸状に湾曲し且つフレーム枠１６の下端部の４隅部に夫々固着されている。燃料電池発電モジュール２を上下に積み重ねる場合、下側のフレーム枠１６の上端部の４隅部に、上側のフレーム枠１６Ａの下端部の４隅部の湾曲状板片３１を載置することで積み重ねることができる。
【００４６】
また、下側のフレーム枠１６に雄形形状の突部を形成し、上側のフレーム枠１６Ａに雌形形状の凹部を形成し、燃料電池発電モジュール２を積み重ねる際にこれらを嵌合させる構造であっても良く、フレーム枠１６を介して燃料電池発電モジュール２を上下方向に隣接する燃料電池発電モジュール２Ａと積み重ね可能な構造であれば、係合部２５の構造は特に限定する必要はない。
【００４７】
［２］前記実施例において、フレーム枠１６のフレーム部材１２に対する固定構造は、上記のビス装着孔２２と固定用ビス２３とを使用した構造に限定する必要はなく、燃料電池発電モジュール２を、フレーム枠１６を介してフレーム部材１２に固定可能な構造であれば、特に限定する必要はない。
【００４８】
［３］前記実施例において、取付部２８は左右の上横フレーム１６ｅ，１６ｆに形成されているが、この構造に限定する必要はなく、取付部２８として左右の縦フレーム１６ａ〜１６ｄに複数の取付用ビス孔を形成し、これら取付用ビス孔を介して外装ケース１１の側板１１ｂ，１１ｃを固定可能な構造であっても良く、外装ケース１１の少なくとも一部をフレーム枠１６に取り付け可能な構造であれば、取付部２８の構造は特に限定する必要はない。
【００４９】
［４］前記実施例のフレーム枠１６の形状はほんの一例を示したに過ぎず、特に限定する必要はなく、フレーム枠１６を介して燃料電池発電モジュール２を上下方向に隣接する燃料電池発電モジュール２Ａと積み重ね可能に構成されていれば、適宜変更可能であり、また同様に、フレーム枠１６を介して燃料電池発電モジュール２をフレーム部材１２に固定可能に構成されていれば、適宜変更可能である。
【００５０】
［５］その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。
【符号の説明】
【００５１】
１            燃料電池発電装置
２，２Ａ      燃料電池発電モジュール
１１          外装ケース
１５          燃料電池発電モジュール本体
１６，１６Ａ  フレーム枠
２５，２５Ａ  係合部
２８          取付部
【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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【図９】
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