(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池システムのメンテナンス性を維持しつつ、エネルギー効率を向上させ、設置面積を低減する。【解決手段】燃料電池モジュール５と、燃料電池モジュール５を覆う断熱材６と、燃料電池モジュール及び断熱材を内部に収める筐体７と、を備え、筐体７は、フレーム８を備え、フレームは、第１フレーム部８ａと、第１フレーム部８ａと離間して対向する第２フレーム部８ｂとを備え、燃料電池モジュール５が筐体７内に挿入される方向及び燃料電池モジュール５が筐体７から抜き出される方向の少なくともいずれか一方に沿って見た時に、第１フレーム部８ａ及び第２フレーム部８ｂの少なくともいずれか一方に、断熱材に覆われた燃料電池モジュール５が第１フレーム部８ａと第２フレーム部８ｂとの間を通過して筐体７の内部と外部との間を移動されうるように、相対的に幅の小さい通過部が形成されている、燃料電池システム。【選択図】図１Ａ
2015115305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールを覆う断熱材と、
前記燃料電池モジュール及び前記断熱材を内部に収める筐体と、を備え、
前記筐体は、フレームを備え、
前記フレームは、第１フレーム部と、前記第１フレーム部と離間して対向する第２フレーム部とを備え、
前記燃料電池モジュールが前記筐体内に挿入される方向及び前記燃料電池モジュールが前記筐体から抜き出される方向の少なくともいずれか一方に沿って見た時に、前記第１フレーム部及び前記第２フレーム部の少なくともいずれか一方に、前記断熱材に覆われた前記燃料電池モジュールが前記第１フレーム部と前記第２フレーム部との間を通過して前記筐体の内部と外部との間を移動されうるように、相対的に幅の小さい通過部が形成されている、
燃料電池システム。
【請求項２】
前記通過部を覆うように、前記フレームに脱着可能に固定されたカバー部材を備える、請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記通過部以下の高さに配設され、前記断熱材に覆われた前記燃料電池モジュールを支持する支持部材を備える、請求項１又は２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池モジュールの排熱を回収した熱媒体を貯える蓄熱器を備え、前記燃料電池モジュールが前記蓄熱器の上方に配置されている、請求項１−３のいずれか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、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭用の燃料電池コージェネシステムとして固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）に加えて固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）の開発も急速に行われるようになった。ＳＯＦＣは、空気極（陰極）で生成した酸化物イオンが電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより、電気エネルギーを発生させる。このため、水素だけでなく一酸化炭素等も燃料として使用できる。ＰＥＦＣは一酸化炭素を除去した高純度の水素を必要とするが、ＳＯＦＣは、かかる高純度の水素を必要としない。このため、変成器などを含む複雑で大掛かりな水素生成器などが不要となり、部品点数を少なくできる。
【０００３】
また、発電の動作温度が、ＰＥＦＣでは６０〜８０℃であるのに対し、ＳＯＦＣでは６００〜７００℃と高い。このためＳＯＦＣでは循環水の温度をＰＥＦＣより容易に高く設定できる。給湯に使用する貯湯タンク内の湯温も高く保てることから、貯湯タンク容量をＰＥＦＣより大幅に小さくすることが可能である。このように、ＳＯＦＣは、小型で、信頼性が高く、低コストな新方式として注目をあびてきている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１の発電・給湯コジェネレーションシステムは、燃料電池からなるモジュールと、該燃料電池に燃料ガス、空気及び水を供給する供給部と、燃料電池が排出した排熱を回収する排熱回収部と、燃料電池で発生した電力を交流電力に変換して電力系統に接続する電力変換部とを同一の容器に収容した発電ユニットと、発電ユニットの排熱回収で生じた温水を蓄える貯湯槽と、該貯湯槽の温水が不足したときに、該貯湯槽に温水を補給する給湯器とを具備し、貯湯槽と給湯器とが個別に分離して設置されることを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２９４２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、燃料電池システムのメンテナンス性を維持しつつ、エネルギー効率を向上させ、設置面積を低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池システムの一態様（ａｓｐｅｃｔ）は、燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールを覆う断熱材と、前記燃料電池モジュール及び前記断熱材を内部に収める筐体と、を備え、前記筐体は、フレームを備え、前記フレームは、第１フレーム部と、前記第１フレーム部と離間して対向する第２フレーム部とを備え、前記燃料電池モジュールが前記筐体内に挿入される方向及び前記燃料電池モジュールが前記筐体から抜き出される方向の少なくともいずれか一方に沿って見た時に、前記第１フレーム部及び前記第２フレーム部の少なくともいずれか一方に、前記断熱材に覆われた前記燃料電池モジュールが前記第１フレーム部と前記第２フレーム部との間を通過して前記筐体の内部と外部との間を移動されうるように、相対的に幅の小さい通過部が形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、燃料電池システムのメンテナンス性を維持しつつ、エネルギー効率を向上させ、設置面積を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、第１実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す分解図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、第１実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１実施形態にかかる燃料電池システムのフレームの概略構成の一例を示す斜視図である。
【図３】図３は、第１実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す正面図である。
【図４】図４は、第１実施形態の第１変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す正面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第１実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す一部切欠平面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、第１実施形態の第２変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す要部断面図である。
【図６】図６は、第１実施形態の第３変形例にかかる燃料電池システムの概略配置の一例を示す外観図である。
【図７Ａ】図７Ａは、第２実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す分解図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第２実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明者らは、燃料電池システムのメンテナンス性を維持しつつ、エネルギー効率を向上させ、設置面積を低減するための実現可能な構成を鋭意検討した。その結果、以下の知見を得た。
【００１１】
設置面積は、一義的には筐体の大きさにより決定される。一方、エネルギー効率を向上するためには、燃料電池モジュールと筐体の壁との間に断熱材をできるだけ厚く配置することが有効である。また、メンテナンス性を維持するためには、燃料電池モジュールを、断熱材に覆われた状態のまま、筐体から取り出し、あるいは筐体へ挿入できることが有効である。
【００１２】
筐体において燃料電池モジュールを出し入れする面の左右の角には、通常、筐体の強度を向上するために、フレームが設けられる。このフレームが、断熱材に覆われた燃料電池モジュールの出し入れの障害となる。断熱材に覆われた燃料電池モジュールを、出し入れ可能な大きさにすると、フレームの分だけモジュールを小さくしなければならなくなり、筐体の壁と断熱材との間に隙間ができてしまう。一方、筐体の壁と断熱材との間に隙間ができないようにすると、燃料電池モジュールを、断熱材に覆われた状態のままで出し入れできなくなる。
【００１３】
かかる課題に鑑み、発明者らは、フレームを、第１フレーム部と、第１フレーム部と離間して対向する第２フレーム部とを備え、燃料電池モジュールが筐体内に挿入される方向及び燃料電池モジュールが筐体から抜き出される方向の少なくともいずれか一方に沿って見た時に、第１フレーム部及び第２フレーム部の少なくともいずれか一方に、断熱材に覆われた燃料電池モジュールが第１フレーム部と第２フレーム部との間を通過して筐体の内部と外部との間を移動されうるように、相対的に幅の小さい通過部を設けることで、該課題を解決できることに想到した。すなわち、通過部を通じて、断熱材に覆われた燃料電池モジュールを筐体に出し入れすることが容易となることから、メンテナンス性が維持される。筐体の大きさが同じであれば、通過部がない構成よりも断熱材を大きくできることから、エネルギー効率を向上させることができる。さらに、断熱材の大きさが同じであれば、通過部がない構成よりも筐体を小さくできることから、設置面積を低減することができる。
【００１４】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
以下で説明する実施形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、あくまで一例であり、本発明を限定するものではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状および寸法比等については正確な表示ではない場合がある。また、製造方法においては、必要に応じて、各工程の順序等を変更でき、かつ、他の公知の工程を追加できる。
【００１６】
（第1実施形態）
第１実施形態の燃料電池システムは、燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールを覆う断熱材と、燃料電池モジュール及び断熱材を内部に収める筐体と、を備え、筐体は、フレームを備え、フレームフレームは、第１フレーム部と、第１フレーム部と離間して対向する第２フレーム部とを備え、燃料電池モジュールが筐体内に挿入される方向及び燃料電池モジュールが筐体から抜き出される方向の少なくともいずれか一方に沿って見た時に、第１フレーム部及び第２フレーム部の少なくともいずれか一方に、断熱材に覆われた燃料電池モジュールが第１フレーム部と第２フレーム部との間を通過して筐体の内部と外部との間を移動されうるように、相対的に幅の小さい通過部が設けられている。
【００１７】
かかる構成では、燃料電池システムのメンテナンス性を維持しつつ、エネルギー効率を向上させ、設置面積を低減できる。
【００１８】
ここで、相対的に幅が小さいとは、フレームのうち、通過部が形成されていない部分の少なくとも一部よりも幅が小さいことを意味する。従って、フレームのうち、通過部が形成されていない部分には、その一部に、幅が通過部の幅以下となっている部分が含まれていてもよい。
【００１９】
筐体とは、燃料電池モジュール及び断熱材を内部に収める箱をいう。
【００２０】
フレームとは、筐体の骨格となる部材をいう。
【００２１】
筐体は、フレームとフレームによって支持される外装部材とを備える。
【００２２】
上記燃料電池システムにおいて、通過部を覆うように、フレームに脱着可能に固定されたカバー部材を備えてもよい。
【００２３】
かかる構成では、上記通過部により低下しやすい筐体の強度をカバー部材により向上させることができる。カバー部材を取り外せば、容易に燃料電池モジュールを取り出すこともできる。
【００２４】
上記燃料電池システムにおいて、通過部以下の高さに配設され、断熱材に覆われた燃料電池モジュールを支持する支持部材を備えてもよい。
【００２５】
かかる構成では、重量物である燃料電池モジュールを確実に固定するとともに、燃料電池モジュールを通過部に導いた後、この燃料電池モジュールをスムーズにスライドさせ、筐体内にセッティングできる。
【００２６】
［装置構成］
図１Ａは、第１実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す分解図である。図１Ｂは、第１実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す斜視図である。図３は、第１実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す正面図である。以下、図１Ａ、図１Ｂ（以下、まとめて図１とする）および図３を参照しつつ、第１実施形態の燃料電池システム１００について説明する。
【００２７】
図１、図３に示す例において、燃料電池システム１００は、燃料電池モジュール５と、断熱材６と、筐体７とを備えている。筐体７は、フレーム８を備えている。
【００２８】
以下の説明では、筐体７は直方体であり、燃料電池モジュール５を筐体７に挿入する際に燃料電池モジュール５が通過する筐体７の面を、前面とする。すなわち、燃料電池モジュール５は、筐体７の前方より、前面を通じて筐体７の内部に挿入されるものとする。
【００２９】
燃料電池モジュール５は、例えば、原料ガス及び水を用いて水素含有ガスを生成する改質器（図示せず）と、水素含有ガス及び酸素を反応させて発電する燃料電池（図示せず）とを備えていてもよい。
【００３０】
改質器は、原料ガス及び水蒸気を用いた改質反応により水素含有ガスを生成する。改質器は、原料ガスを用いる改質反応であれば、いずれの種類であっても良く、水蒸気改質反応、オートサーマル反応、及び部分酸化反応等が例示される。原料ガスは、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含むガスであり、天然ガス、ＬＰＧ、ＬＮＧ、都市ガス等の炭化水素、及びメタノール等のアルコールが例示される。
【００３１】
燃料電池としては、いずれの種類であっても良く、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、及び燐酸形燃料電池等が例示される。なお、燃料電池が、固体酸化物形燃料電池の場合は、改質部と燃料電池とが１つの容器内に内蔵されるよう構成されてもよい。
【００３２】
断熱材６は燃料電池モジュール５を覆う。図１、図３に示す例において、断熱材６は燃料電池モジュール５の外周を完全に包むように構成されている。断熱材６は、高温になる燃料電池をもつ燃料電池モジュール５の断熱を行い、無駄な熱放出を抑えている。
【００３３】
断熱材６は、例えば、シリカ粒子、珪酸カルシウム等を用いることができる。断熱材６は、その表面に、例えば金属製のカバーを備えていてもよい。
【００３４】
筐体７は燃料電池モジュール５及び断熱材６を内部に収める。図１、図３に示す例において、筐体７は主にフレーム８と外装部材９から成り、燃料電池システム１００を構成すべく燃料電池モジュール５などを収めている。外装部材９は筐体７の外装を形成するものであり、組み立ての最後に取り付けられる。
【００３５】
フレーム８は、第１フレーム部８ａと第２フレーム部８ｂとを備えている。第１フレーム部８ａと、第２フレーム部８ｂとは、互いに離間しつつ対向している。第１フレーム部８ａと、第２フレーム部８ｂとは、互いに平行に延びていてもよい。
【００３６】
第１フレーム部８ａ及び第２フレーム部８ｂの少なくともいずれか一方には、燃料電池モジュール５が筐体７内に挿入される方向及び燃料電池モジュール５が筐体７から抜き出される方向の少なくともいずれか一方に沿って見た時に、相対的に幅の小さい通過部１０が形成されている。通過部１０は、断熱材６に覆われた燃料電池モジュール５が第１フレーム部８ａと第２フレーム部８ｂとの間を通過して筐体７の内部と外部との間を移動されうるように、形成されている。
【００３７】
図１〜図３に示す例では、第１フレーム部８ａ及び第２フレーム部８ｂの両方において、燃料電池モジュール５が筐体７内に挿入される方向及び燃料電池モジュール５が筐体７から抜き出される方向に沿って見た時に、相対的に幅の小さい通過部１０が形成されている。通過部１０は、断熱材６に覆われた燃料電池モジュール５が第１フレーム部８ａと第２フレーム部８ｂとの間を通過して筐体７の内部と外部との間を移動されうるように形成されている。
【００３８】
図３に示す例では、第１フレーム部８ａ及び第２フレーム部８ｂの両方において、通過部１０が形成されていない部分の幅Ｗ１よりも、通過部１０における幅Ｗ２の方が相対的に小さい。
【００３９】
かかる構成では、例えば、筐体７の幅全部にわたるように、燃料電池モジュール５の断熱材６を大きく構成でき、小型化を図る中、より高効率な発電システムを得ることができる。
【００４０】
断熱材６と筐体７の内壁とが接触していてもよい。断熱材６と筐体７の内壁とが面で接触していてもよい。換言すれば、断熱材６の横幅と、筐体７の内部空間の横幅とが一致していてもよい。
【００４１】
フレーム８は、断熱材６に覆われた燃料電池モジュール５を出し入れする筐体７の面の少なくとも一部を覆う。図１、図３に示す例では、フレーム８は、断熱材６に覆われた燃料電池モジュール５を出し入れする筐体７の面に沿って延びる部分（通過部１０の上側の部分および下側の部分）を有する。換言すれば、フレーム８は、断熱材６に覆われた燃料電池モジュール５を出し入れする方向と交差する方向に延びる部分を有する。
【００４２】
通過部１０が設けられていなければ、断熱材６に覆われた燃料電池モジュール５は、そのままの状態で筐体７の内部に挿入できず、あるいは筐体７の内部から取り出すことができない。本実施形態の燃料電池システムでは、通過部１０が設けられているために、断熱材６に覆われた燃料電池モジュール５は、そのままの状態で筐体７の内部に挿入でき、かつ、筐体７の内部から取り出すことができる。
【００４３】
通過部１０の形状は特に限定されない。図１、図３に示す例では、筐体７の左右の辺のそれぞれに沿うように２個のフレーム、すなわち第１フレーム部８ａと第２フレーム部８ｂとが配置されている。そして、断熱材６に覆われた燃料電池モジュール５が略立方体であり、該立方体を正面から見たときの四隅に沿って、通過部１０がフレーム８を直角に切るように形成されている。すなわち、通過部１０は矩形である。他には、例えば、図４に示す変形例のように、通過部１０がフレーム８を斜めに切るように形成されていてもよい。すなわち、通過部とは、図３に示すような細長い長方形のフレームにおいて辺の一部が切り欠かれた切欠部であってもよいし、図４に示すような、長方形の開口部において、直角部分が四隅に当たるように配置された直角三角形のフレームが補強用に形成された態様において、該補強用フレームが存在しない部分であってもよい。
【００４４】
図４に示す例では、第１フレーム部８ａ及び第２フレーム部８ｂの両方において、通過部１０が形成されていない部分の幅Ｗ１よりも、通過部１０における幅Ｗ２の方が相対的に小さい。
【００４５】
図１、図３に示す例では、通過部１０のうち最も切り込みが深い部分が筐体７の側壁に達するように、すなわちフレーム８のうち側壁から立ち上がる部分の高さ全部が欠けるように、通過部１０が形成されている。別の言い方をすれば、通過部１０においては、筐体７の内壁面から立ち上がる部分が存在しなくてもよい。あるいは例えば、通過部１０においては、筐体７の左右の内壁面から立ち上がる部分が存在しなくてもよい。かかる構成では、筐体７の内寸の幅と、断熱材６に覆われた燃料電池モジュール５の幅とをほぼ等しくすることができる。よって、燃料電池システムのメンテナンス性を維持しつつ、エネルギー効率をより向上させ、設置面積をより低減できる。
【００４６】
しかし、かかる構成は必須ではなく、例えば、通過部１０のうち最も切り込みが深い部分が筐体７の側壁に達しないように、すなわちフレーム８のうち側壁から立ち上がる部分の高さの一部のみが欠けるように、通過部１０が形成されていてもよい。かかる構成でも、通過部がない場合に比べ、燃料電池システムのメンテナンス性を維持しつつ、エネルギー効率をより向上させ、設置面積をより低減できる。
【００４７】
断熱材６の左端が平面（左端面）をなし、筐体７の左側の内壁面が平面（左内壁面）をなすとき、断熱材６の左端面と筐体７の左内壁面とが接触していてもよいし、断熱材６の左端面と筐体７の左内壁面とが平行であって隙間が第１の距離以下であってもよい。第１の距離は、フレーム８に通過部１０がなければ、フレーム８が障害となって燃料電池モジュール５が取り出せない距離として設定される。具体的には、例えば、１ｍｍ、５ｍｍ、１ｃｍ等とすることができる。
【００４８】
断熱材６の右端が平面（右端面）をなし、筐体７の右側の内壁面が平面（右内壁面）をなすとき、断熱材６の右端面と筐体７の右内壁面とが接触していてもよいし、断熱材６の右端面と筐体７の右内壁面とが平行であって隙間が第２の距離以下であってもよい。第２の距離は、フレーム８に通過部１０がなければ、フレーム８が障害となって燃料電池モジュール５が取り出せない距離として設定される。具体的には、例えば、１ｍｍ、５ｍｍ、１ｃｍ等とすることができる。
【００４９】
断熱材６の左端が平面（左端面）をなし、筐体７の左側の内壁面が平面（左内壁面）をなし、かつ、断熱材６の右端が平面（右端面）をなし、筐体７の右側の内壁面が平面（右内壁面）をなすとき、断熱材６の左端面と筐体７の左内壁面とが接触し、かつ、断熱材６の右端面と筐体７の右内壁面とが接触していてもよいし、断熱材６の左端面と筐体７の左内壁面とが平行であって隙間が第１の距離以下であり、かつ、断熱材６の右端面と筐体７の右内壁面とが平行であって隙間が第２の距離以下であってもよい。該第１の距離及び第２の距離は、フレーム８に通過部１０がなければ、フレーム８が障害となって燃料電池モジュール５が取り出せない距離として設定される。具体的には、例えば、１ｍｍ、５ｍｍ、１ｃｍ等とすることができる。
【００５０】
以上の例において、断熱材６および筐体７は、いずれも直方体形状であってもよい。あるいは例えば、断熱材６および筐体７は、それぞれの左右の端が平行な平面をなしていてもよい。あるいは例えば、断熱材６および筐体７は、水平面で切った断面が長方形であり、断熱材６の左右の幅と筐体７の左右の幅との差が所定の長さ以下であってもよい。該所定の長さは、例えば、２ミリ、１センチ、２センチ等とすることができる。あるいはさらに、断熱材６の前後の長さと筐体７の前後の長さとの差が所定の長さ以下であってもよい。該所定の長さは、例えば、２ミリ、１センチ、２センチ等とすることができる。
【００５１】
図１、図３に示す例において、燃料電池システム１００は、さらに、カバー部材１１を備える。カバー部材１１は、通過部１０を覆うように、フレーム８に脱着可能に固定されている。カバー部材１１をフレーム８に脱着可能に固定する構成（図示せず）は、特に限定されず、例えば、ネジ、ボルト、ピン及び係止部等とすることができる。なお、カバー部材１１は必須ではなく、省略されうる。
【００５２】
カバー部材１１の形状は特に限定されない。図１、図３に示す例では、カバー部材１１は上下に細長い矩形であり、上端部および下端部においてフレーム８に脱着可能に固定されるように構成されている。
【００５３】
通過部１０はフレーム８の強度を下げる可能性がある。燃料電池モジュール５を筐体７内に取り付けた後、この通過部１０をカバー部材１１で覆い固定する。そうすると、通過部１０による強度の低下がカバー部材１１で補われる。カバー部材１１とフレーム８は、固定箇所において重なり合うので、従来と同様以上にフレーム８の強度を保つことができる。このカバー部材１１を取り外せば、容易に燃料電池モジュール５を取り出すこともできる。
【００５４】
図１、図３に示す例において、燃料電池システム１００は、さらに、支持部材１２を備える。支持部材１２は、通過部１０以下の高さに配設され、断熱材６に覆われた燃料電池モジュール５を支持する。支持部材１２としては、例えば、図１、図３に例示されているような棚板状の部材であってもよいし、断熱材６に覆われた燃料電池モジュール５を摺動可能に支持するレール状の部材であってもよい。なお、支持部材１２は必須ではなく、省略されうる。
【００５５】
「通過部１０以下の高さ」とは、例えば、通過部１０の下端部より低いことを意味してもよい。
【００５６】
燃料電池モジュール５を通過部１０より下の支持部材１２で支持することで、重量物である燃料電池モジュール５を確実に固定するとともに、燃料電池モジュール５を通過部１０に導いた後、この燃料電池モジュール５をスムーズにスライドさせ、筐体７内にセッティングできる。
【００５７】
図２は、第１実施形態にかかる燃料電池システムのフレームの概略構成の一例を示す斜視図である。図２に示す例において、フレーム８は、上部、すなわち通過部１０よりも上方の部分、および下部、すなわち通過部１０よりも下方の部分、において、水平方向に切った断面がＬ字部１４を有する。
【００５８】
図５Ａは、第１実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す一部切欠平面図である。図５Ａに示す例において、フレーム８は筐体７の前方両コーナーに設置されており、筐体７の強度を保ちつつ、燃料電池モジュール５などを取り付けたり取り外したりできる空間ａを確保している。
【００５９】
図５Ｂは、第１実施形態の第２変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す要部断面図である。第２変形例において、フレーム８は、上部、すなわち通過部１０よりも上方の部分、および下部、すなわち通過部１０よりも下方の部分、において、水平方向に切った断面が角の取れたＬ字部１５を有する。第２変形例においても、第１実施形態と同様の変形が可能である。
【００６０】
図６は、第１実施形態の第３変形例にかかる燃料電池システムの概略配置の一例を示す外観図である。第３変形例の燃料電池システム１１０は、第１実施形態の燃料電池システムに、蓄熱器１３を追加したものである。
【００６１】
蓄熱器１３は、燃料電池モジュール５の排熱を回収した熱媒体を貯える。蓄熱器１３は、燃料電池モジュール５の側方に配置されている。図６に示す例において、蓄熱器１３は、筐体７の外部に別途設けられた筐体の内部に設けられているが、蓄熱器１３が筐体７の内部に設けられてもよい。第３変形例においても、第１実施形態と同様の変形が可能である。
【００６２】
図６において、蓄熱器１３は、円筒形状を有するが、他の形状であってもよく、例えば蓄熱器１３が直方体形状を有していてもよい。
【００６３】
なお、上記説明では、燃料電池モジュール５を筐体７に挿入する際に燃料電池モジュール５が通過する筐体７の面を、前面として説明したが、燃料電池モジュール５が通過する筐体７の面を筐体７の側面に設ける形態であっても構わない。
【００６４】
［動作および作用］
以下、本燃料電池システムの動作、作用について説明する。
【００６５】
まず、使用者がスタートボタンを押すなどして燃料電池システム１００の駆動開始が指示されると、必要媒体に生成された水、空気、原料ガスが燃料電池及び改質器を含む燃料電池モジュール５に供給され、発電が行われる。発電により得られた直流電力は電力変換回路(図指せず)を介して系統電源に供給される。
【００６６】
燃料電池がＳＯＦＣである場合には、動作温度が６００〜７００℃と非常に高く、市水との熱交換性が高い。そのため、蓄熱器１３内に貯める湯温を容易に７０〜７５℃と高くでき、蓄熱器１３の容量を大幅に小さく（例えば燃料電池がＰＥＦＣである場合の約１／３である、７０Ｌ程度に）することができるとともに、ＰＥＦＣのように複雑で大きな水素生成器が不要であるということとが相まって、燃料電池システムを小型化できる。
【００６７】
燃料電池モジュール５は、その発電効率を高めるに、燃料電池モジュール５を覆う断熱材６を出来るだけ厚くし、無駄な放熱を抑え、決められた寸法の筐体７の幅全体に、断熱材６を配置することが考えられる。かかる構成を実現させるには、筐体７の前方（燃料電池モジュール５を挿入する面側）から見て、フレーム８と断熱材６とが重なる部分が邪魔となる。なお、フレーム８は、筐体７の強度確保のため設けられ、少なくとも筐体７の前方左右両側に配置される。
【００６８】
そこで、フレーム８と断熱材６とが重なる部分を取り除き、断熱材６が通過可能な通過部１０を設ける。通過部１０を設けると強度が低下する可能性があるので、カバー部材１１で、通過部１０を覆うように固定する。すなわち、通過部１０による強度低下が、カバー部材１１により補われるとともに、カバー部材１１とフレーム８とが、固定箇所において重なり合うので、従来と同様以上にフレーム８の強度を保つことができる。
【００６９】
カバー部材１１を取り外した状態でも、通過部１０がない従来構成と比較して同等以上の強度を有するように構成してもよい。通過部１０より下に配置される支持部材１２により、重量物である燃料電池モジュール５を確実に固定するとともに、燃料電池モジュール５を通過部１０に導いた後、この燃料電池モジュール５をスムーズにスライドさせ、筐体７内にセッティングできる。
【００７０】
以上のように、本実施の形態においては、小型化を図る中で、決められた筐体寸法内で、より高効率な発電を行う燃料電池システムを実現できる。
【００７１】
（第２実施形態）
第２実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態およびその変形例のいずれかの燃料電池システムであって、燃料電池モジュールの排熱を回収した熱媒体を貯える蓄熱器を備え、燃料電池モジュールが蓄熱器の上方に配置されている。
【００７２】
かかる構成では、蓄熱器すなわち貯湯タンクも含めた燃料電池システムの設置面積を格段に小さくでき、さらに狭小な場所に設置できる。また、蓄熱器は、水等が充填されると重量が大きくなることから、蓄熱器を下方に配置することで、燃料電池システムの重心が下方に配置され、安定性が向上する。また、仮に蓄熱器から熱媒体が漏出しても、燃料電池モジュール等に熱媒体が汚染されにくくなる。
【００７３】
図７Ａは、第２実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す分解図である。図７Ｂは、第２実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す斜視図である。以下、図７Ａ、図７Ｂ（以下、まとめて図７とする）を参照しつつ、第１実施形態の燃料電池システム２００について説明する。
【００７４】
図７に示す例において、燃料電池システム２００は、蓄熱器１３を備える。蓄熱器１３は、燃料電池モジュール５の排熱を回収した熱媒体を貯える。燃料電池モジュール５は、蓄熱器１３の上方に配置されている。
【００７５】
筐体７、フレーム８、外装部材９は基本的に第１実施形態と同様であるが、第１実施形態と比較し、上下に細長くなっている。
【００７６】
蓄熱器１３は、例えば、燃料電池モジュール５からの排熱回収を利用し、お湯をつくりそのお湯を貯める貯湯タンクとすることができる。図７において、蓄熱器１３は、円筒形状を有するが、他の形状であってもよく、例えば蓄熱器１３が直方体形状を有していてもよい。
【００７７】
通常、燃料電池システムは、縦すなわち高さが約１．９ｍまでは施工設置でき、この高さに収まる設計を基本としている。
【００７８】
燃料電池システム２００は、上記特徴以外は、第１実施形態の燃料電池システム１００と同様に構成することができる。よって、図１と図７とで共通する構成要素については同一の符号および名称を付して詳細な説明を省略する。
【００７９】
第２実施形態の燃料電池システムの基本的な動作、作用は、第１実施形態と同様である。第１実施形態で説明したように、燃料電池をＳＯＦＣとした場合には、蓄熱器１３の容量を大幅に小さく（例えばＰＥＦＣの約１／３の７０Ｌ程度に）することができるとともに、ＰＥＦＣのように複雑で大きな水素生成器が不要であるということとが相まって、蓄熱器１３を筐体７内の下側とし、その上側に燃料電池モジュール５、断熱材６を配置するという構成がより容易となる。ただし、本実施形態においても、燃料電池はＳＯＦＣに限定されるものではなく、ＰＥＦＣ等の他の燃料電池であってもよい。
【００８０】
以上のように、蓄熱器１３すなわち貯湯タンクも含めた燃料電池システム２００の設置面積を格段に小さくでき、図６のように蓄熱器１３を燃料電池モジュール５の側方に配置した場合に比べ、さらに狭小な場所に設置できる。
【００８１】
第２実施例においても、第１実施形態および第２実施形態および第１実施例と同様の変形が可能である。
【００８２】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造および／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の一態様は、メンテナンス性を維持しつつ、エネルギー効率を向上させ、設置面積を低減するができる燃料電池システムとして有用である。
【符号の説明】
【００８４】
５  燃料電池モジュール
６  断熱材
７  筐体
８  フレーム
９  外装部材
１０  通過部
１１  カバー部材
１２  支持部材
１３  蓄熱器
１４  Ｌ字部
１５  角の取れたＬ字部
１００  燃料電池システム
１０５  燃料電池システム
１１０  燃料電池システム
２００  燃料電池システム
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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