(57)【要約】【課題】外装ケース内に収納した各種装置などの交換、修理、点検などの際に、ケーブルおよび配管を取り外さずに、外装ケースからその側板を取り外せる例えば家庭用の小型電源として好適な燃料電池発電装置の提供。【解決手段】少なくとも燃料ガスを供給して発電する燃料電池６と、電気系統と、配管系統と、各種補機とを、一つの外装ケース２００内にまとめて収納した燃料電池発電装置Ｓ（貯湯タンク１１２を除く）であって、外装ケース２００を構成する側板２０６に１つの大切り欠き部５００を設けて、大切り欠き部５００に嵌め合わせてケーブルを固定するケーブル固定部６００と配管７０５を固定する配管固定部７００が設置されているが、前記ケーブルおよび配管７０５を取り外すことなく外装ケース２００から側板２０６を必要に応じて着脱可能に構成したことにより課題を解決できる。【選択図】図３
2008027855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも燃料ガスを供給して発電する燃料電池と、電気系統と、配管系統と、各種補機とを、一つの外装ケース内にまとめて収納した燃料電池発電装置であって、
前記外装ケースを構成する側板に１つの大切り欠き部を設けて、前記大切り欠き部に嵌め合わせてケーブルを固定するケーブル固定部と配管を固定する配管固定部が設置されているが、前記ケーブルおよび前記配管を取り外すことなく前記外装ケースから前記側板を必要に応じて着脱可能に構成したことを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記配管固定部は前記外装ケース本体に固定されて前記大切り欠き部に嵌め合わせて設置されており、前記ケーブル固定部は前記外装ケース本体に固定されたケーブル固定部本体と、前記ケーブル固定部本体に対応する箇所を切り欠いた小切り欠き部を設けたカバーからなり、前記小切り欠き部に前記ケーブル固定部本体を支持した前記カバーが前記大切り欠き部に嵌め合わせて設置されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば家庭用の小型電源として好適な燃料電池装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなどの燃料ガスを水素に改質する改質器と、一酸化炭素を変成するＣＯ変成器と、一酸化炭素を除去するＣＯ除去器と、このようにして得られた水素（改質ガス）と空気中の酸素などの酸化剤とを化学反応させて発電する燃料電池と、燃料電池の電極部を冷却するとともにこれらの反応ガスを加湿するための、イオン交換樹脂などの水処理装置で処理された水（純水）を収納した加湿タンク（水タンク）などを備えた小型電源としての燃料電池発電装置が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００３】
従来の燃料電池発電装置は改質器、ＣＯ変成器、ＣＯ除去器、燃料電池、水タンクなどの他に、各種補機用電源や、燃料電池で発電した電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータなど、制御系などの電気系統と、燃料ガス供給、純粋水などの供給、温水などの取り出しなどのための各種の配管系統を、一つの外装ケース内にまとめて収納したものが多い。
【特許文献１】特開２００３−２１７６２０号公報
【特許文献２】特開２００３−２１７６２３号公報
【特許文献３】特開２００４−１９９９９８０号公報
【特許文献４】特開２００６−４７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の燃料電池発電装置は、前記外装ケースの側板に各種のケーブルを固定するケーブル固定部と各種の配管を固定する配管固定部が設置されており、前記外装ケース内に収納した各種装置、機材、部品などの交換、修理、点検などの際に前記外装ケースから前記側板を取り外す必要が生じた時、前記ケーブルを取り外したり、あるいは更に前記配管を取り外す必要が生じ、取り外すには手間がかかり、コストアップになる問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、従来の上記問題を解決して、外装ケース内に収納した各種装置、機材、部品などの交換、修理、点検などの際に、前記ケーブルおよび前記配管を取り外さずに、前記外装ケースから前記側板を容易に取り外すことができる上、各種装置、機材、部品などの交換、修理、点検などの終了後、取り外した側板を前記ケーブルおよび前記配管を取り外さずに、外装ケースに容易に取り付けることができる燃料電池発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解消するための本発明の請求項１記載の燃料電池装置は、少なくとも燃料ガスを供給して発電する燃料電池と、電気系統と、配管系統と、各種補機とを、一つの外装ケース内にまとめて収納した燃料電池発電装置であって、
前記外装ケースを構成する側板に１つの大切り欠き部を設けて、前記大切り欠き部に嵌め合わせてケーブルを固定するケーブル固定部と配管を固定する配管固定部が設置されているが、前記ケーブルおよび前記配管を取り外すことなく前記外装ケースから前記側板を必要に応じて着脱可能に構成したことを特徴とする。
【０００７】
本発明の請求項２記載の燃料電池装置は、請求項１記載の燃料電池発電装置において、前記配管固定部は前記外装ケース本体に固定されて前記大切り欠き部に嵌め合わせて設置されており、前記ケーブル固定部は前記外装ケース本体に固定されたケーブル固定部本体と、前記ケーブル固定部本体に対応する箇所を切り欠いた小切り欠き部を設けたカバーからなり、前記小切り欠き部に前記ケーブル固定部本体を支持した前記カバーが前記大切り欠き部に嵌め合わせて設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の請求項１記載の燃料電池装置は、少なくとも燃料ガスを供給して発電する燃料電池と、電気系統と、配管系統と、各種補機とを、一つの外装ケース内にまとめて収納した燃料電池発電装置であって、
前記外装ケースを構成する側板に１つの大切り欠き部を設けて、前記大切り欠き部に嵌め合わせてケーブルを固定するケーブル固定部と配管を固定する配管固定部が設置されているが、前記ケーブルおよび前記配管を取り外すことなく前記外装ケースから前記側板を必要に応じて着脱可能に構成したので、
外装ケース内に収納した各種装置、機材、部品などの交換、修理、点検などの際に、前記ケーブルおよび前記配管を取り外さずに、前記外装ケースから前記側板を容易に取り外すことができる上、各種装置、機材、部品などの交換、修理、点検などの終了後、取り外した側板を前記ケーブルおよび前記配管を取り外さずに、外装ケースに容易に取り付けることができるという顕著な効果を奏する。
【０００９】
本発明の請求項２記載の燃料電池装置は、請求項１記載の燃料電池発電装置において、前記配管固定部は前記外装ケース本体に固定されて前記大切り欠き部に嵌め合わせて設置されており、前記ケーブル固定部は前記外装ケース本体に固定されたケーブル固定部本体と、前記ケーブル固定部本体に対応する箇所を切り欠いた小切り欠き部を設けたカバーからなり、前記小切り欠き部に前記ケーブル固定部本体を支持した前記カバーが前記大切り欠き部に嵌め合わせて設置されているので、
外装ケース内に収納した各種装置、機材、部品などが風雨にさらされることがなく、これらの交換、修理、点検などの際に、前記ケーブルおよび前記配管を取り外さずに、前記外装ケースから前記側板をさらに容易に取り外すことができる上、交換、修理、点検などの終了後、取り外した側板を前記ケーブルおよび前記配管を取り外さずに、外装ケースに容易に取り付けることができるというさらなる顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に本発明を図を用いて実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、燃料電池装置の一実施形態を示す回路説明図である。
図１に示すように、ＰＥＦＣ（ポリマーエレクロライトフューエルセル）装置Ｓでは、天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタンなどの原燃料１が脱硫器２に供給され、ここで原燃料から硫黄成分が除去される。この脱硫器２を経た原燃料は、昇圧ポンプ１０で昇圧されて改質器３に供給されて、水素、二酸化炭素、および一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。この改質器３を経たガスは、ＣＯ変成器４に供給され、ここでは改質ガスに含まれる一酸化炭素が二酸化炭素に変成される。このＣＯ変成器４を経たガスは、ＣＯ除去器５に供給され、ここではＣＯ変成器４を経たガス中の未変成の一酸化炭素が除去される。
【００１１】
ＣＯ除去器５を経た一酸化炭素が除去された後の水素リッチな改質ガスが固体高分子形の燃料電池６に供給される。この燃料電池６は、燃料極６ａと酸化剤極６ｂと冷却部６ｃとを備え、上記水素は燃料極６ａに供給される。この水素と、エアファン１１を経て酸化剤極６ｂに供給された空気中に含まれる酸素とが反応して、電力が発生する。
【００１２】
改質器３は、バーナ１２を有し、ここにはパイプ１３を介して原燃料が供給され、ファン１４を介して空気が供給され、パイプ１５を介して、燃料極６ａを経た未反応水素が供給される。本装置の始動時には、バーナ１２にパイプ１３を介して原燃料が供給されるとともに、ファン１４を介して空気が供給され、起動後、装置が安定した場合には、原燃料の供給が断たれて、バーナ１２に、パイプ１５を介して燃料極６ａを経た未反応水素が供給される。
【００１３】
上記した改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５、燃料電池６では所定の反応温度を有する化学反応が行われる。改質器３における化学反応は吸熱反応であるので、バーナ１２によって常時加熱しながら化学反応を行う。
【００１４】
ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５で行われる化学反応は発熱反応である。運転中は、発熱反応の熱により反応温度以上に昇温しないように冷却が行われる。
また、燃料電池６では、電気化学反応が行われ、この電気化学反応時に各種過電圧により熱が発生する。
【００１５】
上記改質器３とＣＯ変成器４間、ＣＯ変成器４とＣＯ除去器５間、ＣＯ除去器５と燃料電池６間にはそれぞれ熱交換器１８、１９、２０が接続されている。
そして各熱交換器１８、１９、２０には水タンク２１の水が、ポンプ２３、２４、２５を介して循環し、これらの水で改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５を経たガスがそれぞれ冷却される。熱交換器２７には貯湯タンク１１２の水がポンプ２８を介して循環する。
【００１６】
燃料電池６の冷却部６ｃには、ポンプ４８を介して水タンク２１の水が循環し、この水で燃料電池６が冷却される。２６は燃料電池６の酸化剤極６ｂの排気系であり、排気は熱交換器２７で熱交換した後、外部に排気される。
【００１７】
上記改質器３の排気系３１には熱交換器１７が接続され、水タンク２１の水がポンプ２２を介して供給されると、この熱交換器１７で水蒸気化し、この水蒸気が原燃料と混合して改質器３に供給される。
【００１８】
上記の排気系３１には、熱交換器１７の他に、さらに別の熱交換器３２が接続され、この熱交換器３２には上記貯湯タンク１１２の水が、ポンプ３３を介して循環し、廃熱回収が行われる。
【００１９】
ＰＥＦＣ装置Ｓには、プロセスガスバーナ３４が備えられている。
ＰＥＦＣ装置Ｓの起動時には、改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５を経た改質ガスの組成が規定値に達していないので、それが安定するまでは、このガスを燃料電池６に供給することができない。そこで、各反応器が安定するまでは、ガス組成が規定値に達していないガスをこのプロセスガスバーナ３４に導いて燃焼させる。そして、各反応器が安定しガス中のＣＯ濃度が規定値（例えば、１０〜２０ｐｐｍ以下）に達した後、燃料電池６に導入して発電を行う。燃料電池６での発電に使用できなかった未反応ガスは、当初プロセスガスバーナ３４に導いて燃焼し、本装置の系が安定した後、改質器３のバーナ１２に導入して燃焼させる。
【００２０】
ＰＥＦＣ装置Ｓの起動後、各反応器が温度的に安定するまでは、開閉弁９１が閉じられ、改質ガスは管路３５および開閉弁３６を経てプロセスガスバーナ３４に供給される。各反応器が温度的に安定した場合、今度は燃料電池６の温度が安定するまで、開閉弁９１が開かれ、開閉弁９２が閉じられて、改質ガスが管路３８および開閉弁３９を経てプロセスガスバーナ３４に供給され、ポンンプ３７から空気が供給されて、そこで燃焼される。燃料電池６の温度が安定し、連続して発電が行われる場合、開閉弁９１、開閉弁９２が開かれ、開閉弁３６、開閉弁３９が閉じられて、燃料電池６を経た未反応ガスは管路１５を経てバーナ１２に供給される。
【００２１】
プロセスガスバーナ３４の排気系４５には熱交換器４６が接続され、この熱交換器４６には、ポンプ４７を介して、貯湯タンク１１２の水が循環する。
【００２２】
水タンク２１と貯湯タンク１１２の間には熱交換器４１が接続され、この熱交換器４１にはポンプ４２を介して水タンク２１の水が循環し、ポンプ４３を介して貯湯タンク１１２の水が循環する。
この熱交換器４１での熱交換によって貯湯タンク１１２の水の温度が上昇し、水タンク２１の水の温度が低下する。
以上の構成では、このＰＥＦＣ装置Ｓがコジェネレーションシステムの形態をとるので、エネルギの有効利用が図られる。したがって、高い総合熱効率が得られるので、原燃料の消費量が減少し、二酸化炭素の排出量が低減される。
【００２３】
図２は、図１に示したＰＥＦＣ装置Ｓ（貯湯タンクを除く）を一つの外装ケース内に収納した状態を示す正面説明図である。
図２において前記図１と同一符号の部分は同一機能をもつ部分である。
ＰＥＦＣ装置Ｓは、図２に示すように貯湯タンク１１２を除く各種機器類が一つの外装ケース２００内にまとめて収納されている。そしてこの外装ケース２００の内部は仕切壁２０１を介して縦に仕切られている。仕切壁２０１で仕切られた一方の室２０２には、図示しない改質器３と、ＣＯ変成器４とＣＯ除去器５とを収納した単一のユニットケース３１０が配設されているとともにこのユニットケース３１０と前記仕切壁２０１との間にプロセスガスバーナ３４が配設されている。
そして、仕切壁２０１で仕切られた他方の室２０３を仕切４０１、４０２によりさらに上中下の３段に区別し、上段に燃料電池６で発電された電気を昇圧するためのＤＣ／ＤＣコンバータ１２４と図示しない制御系を、中段には燃料電池６を、下段に図示しない水タンク２１とエアファン１１、さらにガス関係ポンプ１０、１４、３７など、水関係ポンプ２２、２３、２４などの各種ポンプ類を含む補機５２が収納されている。
【００２４】
高温雰囲気となる改質器３、ＣＯ変成器４、ＣＯ除去器５が単一のユニットケース３１０に収納されて室２０２内に配設され、断熱性のあるあるいは冷却された仕切壁２０１を介して室２０３と仕切られている。そしてこのユニットケース３１０と仕切壁２０１との間に高温となるプロセスガスバーナ３４を配設してある。図示しないが高温の排気はダクトで１箇所にまとめて外装ケース２００の正面の上部から外部に排出される。
このようにして、室２０３内に収納された残りの比較的低温に設置すべき各機器類（ＤＣ／ＤＣコンバータ１２４、制御系、燃料電池６、図示しない水タンク２１、各種ポンプ類など）が高温雰囲気により悪影響を受けないようになっている。
なお、外装ケース２００の外装（天板２０４、側板２０５、２０６、底板２０９、図示しない背面板２０７と前面板２０８などの少なくとも１部あるいは全部）や台座２１０は鉄鋼系材料などで形成されていればよくＳＵＳ３０４などのステンレス系材料で形成されれば傷がついても錆びたりせず耐久性に優れるので好ましい。
【００２５】
図３は、図２に示した外装ケースの一側板を説明する側面説明図である。
図４は、図３に示した外装ケースから側板を取り外した状態を説明する説明図である。
図３、４において図２と同一符号の部分は同一機能をもつ部分である。
外装ケース２００の一側板２０６には１つの大切り欠き部５００が設けられている。そしてこの大切り欠き部５００に隙間なく嵌め合わせて、図示しないケーブルを固定するケーブル固定部６００と燃料ガス供給管７０１、高温水出口管７０２、純水供給管７０３、排水管７０４などの各種配管７０５を固定する配管固定部７００が設置されている。
【００２６】
すなわち大切り欠き部５００の大きさ、形状などはケーブル固定部６００と配管固定部７００を隙間なく嵌め合わることができるように形成されている。
さらに前記配管固定部７００は外装ケース２００の底板２０９や図示しない外装ケース２００の枠などに固定されて、大切り欠き部５００に嵌め合わせて設置されている。
【００２７】
そしてケーブル固定部６００は、外装ケース２００側に固定されているケーブル固定部本体６０１と、ケーブル固定部本体６０１に対応する箇所を切り欠いた小切り欠き部６０２を設けたカバー６０３からなり、小切り欠き部６０２にケーブル固定部本体６０１を支持した状態でカバー６０３が大切り欠き部５００の所定の箇所に嵌め合わせて設置されている。
８００は、側板２０６やカバー６０３を取り付けるための固定具（ビス）である。
９００は電源スイッチ、９０１は側板２０６に設けた電源スイッチ９００設置用開口部、９０３は側板２０６の上方に設けた放熱用開口部である。
【００２８】
そして、外装ケース２００内に収納した各種装置、機材、部品などの交換、修理、点検などの際に側板２０６を取り外す必要が生じた時は、固定具（ビス）８００を取り外し、カバー６０３を取り外した後、側板２０６を少し下方に引いてその上端を天板２０４から外し、そして電源スイッチ９００に当たらないように側板２０６を上方に持ち上げると、側板２０６に設けた大切り欠き部５００が図示しないケーブルおよび前記配管７０５をパスしてくれるので、図示しないケーブルおよび前記配管７０５を取り外さずに、外装ケース２００から側板２０６を容易に取り外すことができる。
【００２９】
各種装置、機材、部品などの交換、修理、点検などの終了後、取り外した側板２０６を外装ケース２００に戻して取り付ける時は、上記取り外し工程の逆を行う。すなわち、電源スイッチ９００に当たらないように、かつ側板２０６に設けた大切り欠き部５００により図示しないケーブルおよび前記配管７０５をパスさせてながら、側板２０６を上方から下方に移行させてその上端を天板２０４に挿入し、側板２０６をほぼ定位置までセットする。そして最後に固定具（ビス）８００でカバー６０３および側板２０６を所定の位置に固定すれば図示しないケーブルおよび前記配管７０５を取り外さずに、外装ケース２００に側板２０６を容易に取り付けることができる。
【００３０】
なお、上記実施形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の燃料電池装置は、少なくとも燃料ガスを供給して発電する燃料電池と、電気系統と、配管系統と、各種補機とを、一つの外装ケース内にまとめて収納した燃料電池発電装置であって、
前記外装ケースを構成する側板に１つの大切り欠き部を設けて、前記大切り欠き部に嵌め合わせてケーブルを固定するケーブル固定部と配管を固定する配管固定部が設置されているが、前記ケーブルおよび前記配管を取り外すことなく前記外装ケースから前記側板を必要に応じて着脱可能に構成したので、
外装ケース内に収納した各種装置、機材、部品などの交換、修理、点検などの際に、前記ケーブルおよび前記配管を取り外さずに、前記外装ケースから前記側板を容易に取り外すことができる上、各種装置、機材、部品などの交換、修理、点検などの終了後、取り外した側板を前記ケーブルおよび前記配管を取り外さずに、外装ケースに容易に取り付けることができるという顕著な効果を奏するので、産業上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】燃料電池装置の一実施形態を示す回路説明図である。
【図２】図１に示したＰＥＦＣ装置Ｓ（貯湯タンクを除く）を一つの外装ケース内に収納した状態を示す正面説明図である。
【図３】図２に示した外装ケースの一側板を説明する側面説明図である。
【図４】図３に示した外装ケースから側板を取り外した状態を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ｓ  燃料電池装置
６  燃料電池
５２  補機
２００  外装ケース
２０６  側板
５００  大切り欠き部
６００  ケーブル固定部
６０１  ケーブル固定部本体
６０２  小切り欠き部
６０３  カバー
７００  配管固定部
７０５  各種配管
【図１】
2008027855.tif 000003
【図２】
2008027855.tif 000004
【図３】
2008027855.tif 000005
【図４】
2008027855.tif 000006