(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電セルとセパレータとが交互に複数積層されて構成される燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックを覆う第１断熱壁部材であって、前記第１断熱壁部材の内側の空間と外側の空間との間の断熱を行う第１断熱壁部材と、を備える燃料電池であって、
前記第１断熱壁部材の少なくとも上部及び側部を覆う第２断熱壁部材であって、前記第２断熱壁部材の内側の空間と外側の空間との間の断熱を行う第２断熱壁部材を更に備え、
前記第２断熱壁部材は、複数の壁構成部材により構成され、
前記燃料電池は、前記複数の壁構成部材同士を着脱可能な着脱部材を更に備え、
前記第２断熱壁部材は、前記複数の壁構成部材同士を前記着脱部材で接続することで組み立てられる
燃料電池。
【請求項２】
前記第２断熱壁部材の表面は、疎水性を有する
請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記第２断熱壁部材は、所定の芯材を外被材で覆って該外被材の内部を減圧し密封した真空断熱材である
請求項１又は２に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックと、燃料電池スタックを覆う断熱壁部材と、を備える燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池として、発電セルとセパレータとが交互に複数積層されて構成される燃料電池スタックと、燃料電池スタックを覆う断熱壁部材と、を備えるものがある（特許文献１参照）。断熱壁部材を備えることにより、燃料電池スタックの内側の温度と、燃料電池スタックの外側であって断熱容器の内側の温度とを、均一に保ちやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−３５９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の断熱壁部材は、燃料電池スタックを覆っており、断熱性能を有している。しかしながら、燃料電池スタックを覆う断熱壁部材の断熱性能において、更に向上された断熱性能が望まれる。
【０００５】
本発明は、断熱性能が一層向上された燃料電池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】
【０００６】
本発明は、発電セルとセパレータとが交互に複数積層されて構成される燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを覆う第１断熱壁部材であって、前記第１断熱壁部材の内側の空間と外側の空間との間の断熱を行う第１断熱壁部材と、を備える燃料電池であって、前記第１断熱壁部材の少なくとも上部及び側部を覆う第２断熱壁部材であって、前記第２断熱壁部材の内側の空間と外側の空間との間の断熱を行う第２断熱壁部材を更に備え、前記第２断熱壁部材は、複数の壁構成部材により構成され、前記燃料電池は、前記複数の壁構成部材同士を着脱可能な着脱部材を更に備え、前記第２断熱壁部材は、前記複数の壁構成部材同士を前記着脱部材で接続することで組み立てられる燃料電池に関する。
【０００７】
また、前記第２断熱壁部材の表面は、疎水性を有することが好ましい。
【０００８】
また、前記第２断熱壁部材は、所定の芯材を外被材で覆って該外被材の内部を減圧し密封した真空断熱材であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、断熱性能が一層向上された燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システム１の全体構成図である。
【図２】燃料電池２の概略構成図である。
【図３】第２断熱壁部材９が組み立てられた状態を示す斜視図である。
【図４】第２断熱壁部材９が分解された状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る燃料電池及びこれを備える燃料電池システムの実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る燃料電池システム１の全体構成図である。以下の説明において、「ライン」とは、流路、経路、管路等の総称である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム１は、燃料電池２と、燃焼器７と、熱交換器８と、を備える。
また、燃料電池システム１は、アノードガス供給ラインＬ１と、カソードガス供給ラインＬ２と、オフガスラインとしてのアノードオフガス排気ラインＬ３と、オフガスラインとしてのカソードオフガス排気ラインＬ４と、排ガス排気ラインＬ５と、燃焼ガスラインＬ６と、媒体流通ラインＬ７と、を備える。
【００１４】
燃料電池２は、アノード側に供給されたアノードガス及びカソード側に供給されたカソードガスを反応させて発電する。発電により得られた直流電力は、例えば、ＤＣ／ＡＣコンバータ等（不図示）を介して交流電力に変換される。また、発電により生じたアノードオフガス及びカソードオフガスは、燃焼器７に送出される。
【００１５】
アノードガス供給ラインＬ１は、アノードガスの供給源から送出されたアノードガスが流通するラインである。アノードガス供給ラインＬ１の下流側の端部は、燃料電池２のアノード側に接続されている。
【００１６】
カソードガス供給ラインＬ２は、カソードガスの供給源から送出されたカソードガスが流通するラインである。カソードガス供給ラインＬ２の下流側の端部は、燃料電池２のカソード側に接続されている。
【００１７】
アノードオフガス排気ラインＬ３は、燃料電池２からアノードオフガスを排気するラインである。アノードオフガス排気ラインＬ３の上流側の端部は、燃料電池２のアノードオフガス排気口に接続されている。アノードオフガス排気ラインＬ３の下流側の端部は、燃焼器７のアノードオフガス導入口に接続されている。
【００１８】
カソードオフガス排気ラインＬ４は、燃料電池２からカソードオフガスを排気するラインである。カソードオフガス排気ラインＬ４の上流側の端部は、燃料電池２のカソードオフガス排気口に接続されている。カソードオフガス排気ラインＬ４の下流側の端部は、燃焼器７のカソードオフガス導入口に接続されている。
【００１９】
燃焼器７は、アノードオフガス排気ラインＬ３及びカソードオフガス排気ラインＬ４に接続され、燃料電池２から排気されたアノードオフガス及びカソードオフガスを燃焼させる。
【００２０】
排ガス排気ラインＬ５は、燃料電池２の発電により発生した排ガスＧ１を排気するラインである。排ガス排気ラインＬ５の上流側の端部は、第１断熱壁部材６の内側の空間（第１内側空間）６１（詳細は後述）に接続されている。
【００２１】
燃焼ガスラインＬ６は、燃焼器７の排気口と燃料電池２における第１断熱壁部材６の内側の空間（第１内側空間）６１とを接続する。燃焼器７における燃焼により発生した燃焼ガスは、燃焼ガスラインＬ６を介して、燃料電池２の第１内側空間６１に送出されて供給される。
【００２２】
燃焼ガスラインＬ６には、熱交換器８が設けられている。熱交換器８には、媒体流通ラインＬ７が接続されている。熱交換器８は、燃焼器７から排気された燃焼ガスであって燃焼ガスラインＬ６を流通する燃焼ガスの熱を、媒体流通ラインＬ７を流通する媒体Ｂ１に伝達させて、媒体Ｂ１との間で熱交換を行い、媒体Ｂ１を加熱する。媒体Ｂ１は、液体（水）でもよく、気体（空気、ガス）でもよい。
【００２３】
次に、燃料電池２の詳細について説明する。図２は、燃料電池２の概略構成図である。
燃料電池２は、燃料電池スタック３と、上基盤４と、下基盤５と、第１断熱壁部材６と、第２断熱壁部材９と、ガイド部材５５と、を備える。
燃料電池スタック３は、発電セルとセパレータとが交互に複数積層されて構成される。
【００２４】
上基盤４及び下基盤５は、板状部材からなり、燃料電池スタック３を、発電セルとセパレータとの積層方向Ｄ１に直接的に又は間接的に挟む。「間接的に挟む」とは、上基盤４と燃料電池スタック３との間、又は下基盤５と燃料電池スタック３との間に、他の部材（ボルト頭部など）が介在している状態で挟むことを意味する。
燃料電池スタック３が上基盤４と下基盤５との間で積層方向Ｄ１に押圧されることにより、発電セルとセパレータとの隙間が小さくなり、ガスや液体のリークが低減され、電気的な導通が確保又は向上される。
【００２５】
第１断熱壁部材６は、燃料電池スタック３を、積層方向Ｄ１に対して直交する横方向Ｄ２から覆う。第１断熱壁部材６は、上部及び下部が開口した円筒状又は角筒状となっている。第１断熱壁部材６は、第１断熱壁部材６の内側の空間（第１内側空間）６１と外側の空間（第２内側空間）６２との間の断熱を行う。第１断熱壁部材６の上部は、後述するように、上基盤４により封鎖される。第１断熱壁部材６の下部は、後述するように、下基盤５によりほぼ封鎖される。第１断熱壁部材６を備えることにより、燃料電池スタック３の内側の温度と、燃料電池スタック３の外側であって第１断熱壁部材６の内側の空間（第１内側空間）６１の温度とを、均一に保ちやすくなる。第１断熱壁部材６は、例えば、シリカなどのセラミック材料から形成される。
【００２６】
ガイド部材５５は、下基盤５における燃料電池スタック３の側（上側）に設けられ（載置され）、積層方向Ｄ１に沿って上基盤４に向けて延びている。本実施形態におけるガイド部材５５は、ボルト状部材から構成されている。ボルト状部材は、軸状のロッド部５６と、ロッド部５６よりも横方向Ｄ２の外方に延出する形状を有するボルト頭部５７と、を有する。ボルト頭部５７が下基盤５の上面５３に載置される。
【００２７】
なお、ガイド部材５５は、両端部に雄ネジを有するロッド部材と、それぞれの雄ネジに螺合されたナットとから、構成されることもできる。ガイド部材５５を構成するボルトやナットは、下基盤５に載置されなくてもよく、例えば、下基盤５よりも横方向Ｄ２の外方に配置されていてもよい。この場合、燃料電池スタック３は、下基盤５に直接的に又は間接的に（ボルト、ナット以外の部材を介して）載置される。
【００２８】
上基盤４は、ガイド部材５５のロッド部５６が挿通されるガイド孔４１を有する。ガイド孔４１は、積層方向Ｄ１に沿って延びている。上基盤４は、ガイド部材５５のロッド部５６がガイド孔４１に挿通された状態において、下基盤５に向けて移動可能に構成される。
【００２９】
上基盤４と第１断熱壁部材６とは、一体的に構成されると共に、上基盤４が燃料電池スタック３を下基盤５に向けて加重する錘として機能する。詳細には、上基盤４の下部と第１断熱壁部材６とが連結されており、これにより、第１断熱壁部材６の上部は、上基盤４により封鎖される。上基盤４及び第１断熱壁部材６は、全体視で釣り鐘形状を有する。「一体的に構成される」とは、両者が完全に一体的に構成されている態様のみならず、別体を連結した結果一体的になった態様も含む。
【００３０】
第１断熱壁部材６は、下基盤５に向かう移動が下基盤５によって阻害されないように構成される。詳細には、第１断熱壁部材６の内面６３と下基盤５の側面５１との間に、間隙が形成される。この間隙は、燃料電池２で発生した排ガスＧ１が流通可能な下基盤排ガス流路５２として機能する。間隙としての下基盤排ガス流路５２の大きさ、形状などは、排ガスＧ１が流通可能であると共に、第１断熱壁部材６による断熱機能が確保できる範囲で設定される。つまり、第１断熱壁部材６の下部は、下基盤５によりほぼ封鎖されることになる。
【００３１】
第１断熱壁部材６の下端部６４は、横方向Ｄ２に視た場合に、下基盤５の側面５１に重なる位置に配置される。つまり、第１断熱壁部材６の下端部６４は、下基盤５の上面５３よりも低く、下基盤５の下面５４よりも高い位置に位置する。
【００３２】
第２断熱壁部材９は、燃料電池スタック３を覆う第１断熱壁部材６の少なくとも上部及び側部を覆う。第２断熱壁部材９は、燃料電池スタック３を、積層方向Ｄ１の上方側及び積層方向Ｄ１に対して直交する横方向Ｄ２から覆う。
【００３３】
本実施形態においては、第２断熱壁部材９は、天部を有し且つ下部が開口した方形筒状の箱体により構成される。第２断熱壁部材９は、第２断熱壁部材９の内側の空間であって第１断熱壁部材６と第２断熱壁部材９との間の空間（第２内側空間）６２と、第２断熱壁部材９の外側の空間（外側空間）６５と、の間の断熱を行う。
【００３４】
第２断熱壁部材９の上部は、後述するように、天板９１により封鎖される。第２断熱壁部材９の下部の開口は、複数のラインの配管が通され、不図示の閉鎖部材によりほぼ封鎖される。第２断熱壁部材９を備えることにより、第１断熱壁部材６の内側の空間（第１内側空間）６１の温度と、第１断熱壁部材６と第２断熱壁部材９との間の空間（第２内側空間）６２の温度とを、均一に保ちやすくなる。
【００３５】
本実施形態においては、第２断熱壁部材９の素材には、第１断熱壁部材６の素材とは異なる素材が用いられる。
第２断熱壁部材９としては、例えば、ガラス繊維で形成された綿状のグラスウールや、微細な多孔構造を形成した断熱材や、真空断熱材などが挙げられる。
【００３６】
微細な多孔構造を形成した断熱材としては、シリカの微粒粉を主成分とし、これを加圧成型して、微細な多孔構造を形成した断熱材がある。このような微細な多孔構造を形成した断熱材は、通常の断熱材よりも微細な多孔構造を形成するため、第２断熱壁部材９の厚さを薄くできる。
【００３７】
真空断熱材は、所定の芯材を外被材で覆って該外被材の内部を減圧し密封したものである。第２断熱壁部材９が真空断熱材の場合には、第２断熱壁部材９の厚さを薄くできる。例えば、第２断熱壁部材９に真空断熱材を使用する場合には、例えば、隙間が１０ｍｍ以下の場所にも、第２断熱壁部材９を設置することができる。
【００３８】
第２断熱壁部材９の表面は、疎水性を有する。これにより、第２断熱壁部材９の表面は、水分の吸着が少ない。疎水性を有する構成としては、例えば、第２断熱壁部材９自体が疎水性を有する素材を含んで構成されることで表面が疎水性を有するように形成されていてもよいし、第２断熱壁部材９の表面に疎水加工を施してもよいし、第２断熱壁部材９の表面に疎水性を有する部材を貼り付けて構成してもよい。
【００３９】
第２断熱壁部材９の構成について更に詳細に説明する。図３は、第２断熱壁部材９が組み立てられた状態を示す斜視図である。図４は、第２断熱壁部材９が分解された状態を示す斜視図である。
第２断熱壁部材９は、図３及び図４に示すように、複数の壁構成部材９１，９２により構成される。第２断熱壁部材９は、複数の壁構成部材９１，９２に分割可能である。本実施形態においては、第２断熱壁部材９は、方形板状の１つの天板９１と、方形板状の４つの側板９２，９２，９２，９２と、に分割可能に構成される。
【００４０】
複数の壁構成部材９１，９２には、図３及び図４に示すように、複数の壁構成部材９１，９２同士を着脱可能な着脱部材９１１，９２１，９２２，９２３が設けられている。本実施形態においては、着脱部材９１１，９２１，９２２，９２３は、例えば、面ファスナーで構成されている。
【００４１】
着脱部材９１１は、天板９１の４つの辺から、それぞれ、天板９１の外方に向けて延びる。４つの側板９２の上端部の表面には、着脱部材９１１を着脱可能な着脱部材９２３が設けられている。
着脱部材９２１は、４つの側板９２の一方の側辺から、それぞれ、側板９２の外方に向けて延びる。４つの側板９２の他方の側辺の表面には、着脱部材９２１を着脱可能な着脱部材９２２が設けられている。
【００４２】
このように構成される第２断熱壁部材９を組み立てて燃料電池２に取り付ける場合には、図３及び４に示すように、４つの側板９２においては、着脱部材９２１を折り曲げて着脱部材９２２に接続し、天板９１においては、着脱部材９１１を折り曲げて着脱部材９２３に接続することにより組み立てられる。
また、第２断熱壁部材９を分解して燃料電池２から取り外す場合には、図３及び図４に示すように、４つの側板９２においては、着脱部材９２１を着脱部材９２２から取り外し、天板９１においては、着脱部材９１１を着脱部材９２３から取り外すことにより分解される。
このようにして、複数の壁構成部材９１，９２同士について着脱部材９１１，９２１を折り曲げて着脱部材９２２，９２３に接続することで組み立てられ、複数の壁構成部材９１，９２同士について着脱部材９２１，９１１を着脱部材９２２，９２３から取り外すことにより分解される。そのため、第２断熱壁部材９を簡単に組み立てることができ且つ簡単に分解することができる。
【００４３】
上述した実施形態に係る燃料電池２によれば、例えば、以下のような効果が得られる。
本実施形態に係る燃料電池２においては、燃料電池スタック３と、燃料電池スタック３を覆う第１断熱壁部材６であって、第１断熱壁部材６の内側の第１内側空間６１と外側の第２内側空間６２との間の断熱を行う第１断熱壁部材６と、を備え、第１断熱壁部材６の少なくとも上部及び側部を覆う第２断熱壁部材９であって、第２断熱壁部材９の内側の第２内側空間６２と外側の外側空間６５との間の断熱を行う第２断熱壁部材９を更に備える。
【００４４】
そのため、燃料電池スタック３を覆う第１断熱壁部材６と、第１断熱壁部材６の少なくとも上部及び側部を覆う第２断熱壁部材９とにより、二重の断熱壁部材で、燃料電池スタック３を覆っている。よって、燃料電池スタック３を覆う断熱壁部材の断熱性能を一層向上できる。
【００４５】
また、従来、燃料電池２を修理する場合等において、燃料電池２を停止させて修理を行った後に、起動すると、燃料電池スタック３を覆う断熱壁部材が水分を吸い込み、断熱性能が低下することがあった。
ここで、本発明においては、燃料電池スタック３を覆う第１断熱壁部材６と、第１断熱壁部材６の少なくとも上部及び側部を覆う第２断熱壁部材９と、を備えている。そのため、第１断熱壁部材６が水分を吸い込んでいる場合でも、第２断熱壁部材９を被せない状態で、燃料電池２の試運転を行うことができる。これにより、第１断熱壁部材６が吸い込んでいる水分を燃料電池２の試運転時の熱により蒸発させて、その後、第１断熱壁部材６には、第２断熱壁部材９を被せることができる。従って、第１断熱壁部材６が吸い込んでいる水分を蒸発させた後に、第１断熱壁部材６を第２断熱壁部材９で覆うことができるため、第１断熱壁部材６が水分を吸い込むことが低減される。その結果、第１断熱壁部材６の断熱性能を保持することができる。
【００４６】
また、本実施形態に係る燃料電池２においては、第２断熱壁部材９の表面は、疎水性を有する。そのため、第２断熱壁部材９の表面は、水分の吸着が少ない。これにより、第２断熱壁部材９の断熱性能の低下を低減できる。
特に、第１断熱壁部材６が吸い込んでいる水分を蒸発させた後に、第１断熱壁部材６を第２断熱壁部材９で覆う場合に、第２断熱壁部材９の表面が水分の吸着が少ないため、第１断熱壁部材６及び第２断熱壁部材９の断熱性能を向上させて、燃料電池スタック３を覆う断熱壁部材（第１断熱壁部材６及び第２断熱壁部材９）の全体としての断熱性能を向上させることができる。
【００４７】
また、本実施形態に係る燃料電池２においては、第２断熱壁部材９は、所定の芯材を外被材で覆って該外被材の内部を減圧し密封した真空断熱材である。そのため、真空断熱材を使用することにより、第２断熱壁部材９の厚さを薄くできる。これにより、第２断熱壁部材９を配置する自由度を向上できる。また、第２断熱壁部材９の厚さを薄くして、第２断熱壁部材９の外形を小さくできるため、燃料電池２をコンパクトに構成できる。
【００４８】
また、本実施形態に係る燃料電池２においては、第２断熱壁部材９は、１つの天板９１及び４つの側板９２同士を着脱部材９１１，９２１，９２２，９２３で接続することで組み立てられる。そのため、第２断熱壁部材９を簡単に組み立てることができるため、燃料電池２のメンテナンス性を向上できる。
【００４９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明した。しかし、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
例えば、本実施形態に係る燃料電池システム１においては、複数のラインの配管は、第２断熱壁部材９の下部の開口に通されるように構成されたが、これに制限されない。例えば、複数のラインの配管は、第２断熱壁部材９を貫通するように構成してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
２  燃料電池
３  燃料電池スタック
６  第１断熱壁部材
９  第２断熱壁部材
９１  天板（壁構成部材）
９２  側板（壁構成部材）
９１１，９２１，９２２，９２３  着脱部材
【図１】
0006435875.tif 000002
【図２】
0006435875.tif 000003
【図３】
0006435875.tif 000004
【図４】
0006435875.tif 000005