(57)【要約】  【課題】ＦＣユニットと貯湯ユニットとを有し、搬入が容易でかつ設置占有面積の小さな燃料電池発電装置を提供することを目的とする。  【解決手段】燃料生成器２２と、酸化剤ガス供給部２１と、セルスタック２３と、セルスタック２３の熱を回収する冷却水を貯める冷却水タンク２４とを有するＦＣユニットと、ＦＣユニットで回収された熱を貯蔵する貯湯タンク３１を有する貯湯ユニットとを、それぞれ別のフレーム１１，１２として別々に運搬し、設置場所にて一体化させる。【選択図】図１
2009129621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させるセルスタックと、前記セルスタックの熱を回収する冷却水を貯める冷却水タンクとを有するＦＣユニットと、前記ＦＣユニットで回収された熱を貯蔵する貯湯タンクを有する貯湯ユニットとを有し、前記ＦＣユニットは第１のフレームで保持され、前記貯湯ユニットは第２のフレームで保持され、前記ＦＣユニットと前記貯湯ユニットは着脱自在であるとともに、前記ＦＣユニットと前記貯湯ユニットを覆う外装板を設けた燃料電池発電装置。
【請求項２】
原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させるセルスタックと、前記セルスタックの熱を回収する冷却水を貯める冷却水タンクとを有するＦＣユニットと、前記ＦＣユニットで回収された熱を貯蔵する貯湯タンクを有する貯湯ユニットとを有し、前記ＦＣユニットは第１のフレームで保持され、前記貯湯ユニットは第２のフレームで保持され、前記第１のフレームと前記第２のフレームは着脱自在であるとともに、前記第１のフレームと前記第２のフレームを覆う外装板を設けた燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記燃料生成器よりも高い位置に前記セルスタックを設け、前記セルスタックよりも高い位置に前記冷却水タンクを配置した請求項１または２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記第１のフレームと前記第２のフレームを接続させるＦＣ貯湯接続部を設けた請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
前記ＦＣユニットと前記貯湯ユニットとの接続を行う接続配管の接続作業が、外装の１面方向または２面方向から行えるように、前記ＦＣユニットと前記貯湯ユニットを構成した請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
前記第１のフレームと前記第２のフレームは同じ高さであり、前記第１のフレームおよび前記第２のフレームの天井を覆う天井外装板を共通とした請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項７】
前記第１のフレームと前記第２のフレームは同じ奥行きであり、前記第１のフレームおよび前記第２のフレームの背面を覆う背面外装板と正面を覆う正面外装板の少なくとも一方を共通とした請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項８】
前記貯湯ユニットに保持されているお湯を加熱する補助熱源機を前記第２のフレームで保持した請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項９】
前記貯湯ユニットに保持されているお湯を加熱する補助熱源機を有する補助熱源ユニットを保持する第３のフレームを設け、前記補助熱源ユニットは前記ＦＣユニットと前記貯湯ユニットの少なくとも一方と着脱自在である請求項１から８のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１０】
前記貯湯ユニットに保持されているお湯を加熱する補助熱源機を有する補助熱源ユニットを保持する第３のフレームを設け、前記第３のフレームは前記第１のフレームと前記第２のフレームの少なくとも一方と着脱自在である請求項１から８のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１１】
前記第１のフレームと前記第２のフレームの少なくとも一方と前記第３のフレームを接続させる補助熱源接続部を設けた請求項９または１０に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１２】
前記第３のフレームと前記第２のフレームまたは前記第１のフレームは同じ高さであり、前記第３のフレームと前記第２のフレームまたは前記第１のフレームの天井を覆う天井外装板を共通とした請求項９から１１のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１３】
前記第３のフレームと前記第２のフレームまたは前記第１のフレームは同じ奥行きであり、前記第３のフレームと前記第２のフレームまたは前記第１のフレームの背面を覆う背面外装板と正面を覆う正面外装板の少なくとも一方を共通とした請求項９から１２のいずれか一項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１４】
基礎に接続された第４のフレームに少なくとも前記第１のフレームと前記第２のフレームを固定する請求項１から１３のいずれか一項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、一般家庭や事業所などの敷地に設置する定置用コージェネレーションシステムに使用される燃料電池発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高効率な小規模発電が可能である燃料電池発電装置は、発電の際に発生する熱エネルギーを利用するためのシステム構築が容易であるため、高いエネルギー利用効率を実現可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。
【０００３】
燃料電池発電装置では、発電運転の際、その発電部の本体として配設される燃料電池本体（以降、セルスタックと称する）に、燃料ガスと酸化剤ガスとが各々供給される。すると、セルスタックでは、その供給される燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とが用いられて、所定の電気化学反応が進行する。この電気化学反応の進行により、水素及び酸素が有する化学的なエネルギーが、電気的なエネルギーと熱的なエネルギーに変換される。電気的なエネルギーは発生する直流を交流に変換し、家庭などで電力として利用される。熱的なエネルギーは、有効利用するために貯湯タンクでお湯などの形で貯えられ、家庭などで使用するお湯などの熱として利用される。
【０００４】
このため燃料電池発電装置は図１８に示すようにセルスタックなどの発電を行うユニット１０１と熱をお湯として保持する貯湯のユニット１０２を別ユニットとして配置するものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また、セルスタックを含む燃料電池発電システムと貯湯システムを、共通台板を備えた燃料電池コージェネレーションシステムとするものが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−１１１２０８号公報
【特許文献２】特開２００５−３２４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、２つのユニット１０１、１０２を別々に配置すると非常に多くの面積を占有するため、設置できる場所が非常に制限されるという課題があった。また、２つのユニット１０１、１０２の距離などは設置場所の状態によって異なるので、現場で配管の長さを調整するなど、設置作業が非常に膨大であった。
【０００７】
また、設置性を向上させるために、共通台板上に部品を固設して、現場での接続作業をなくすように一体化したものは、非常に重量が大きくなる課題がある。図１８に示すように、これまでは複数のユニットに分割していたため、総重量は重くとも、ユニットあたりの重量は小さいので容易な搬入が可能であったが、共通台板の上に固設し、一つのユニットとすると、搬入する際のユニットあたりの重量が大きくなるため、容易な搬入ができなくなる課題を有している。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされてものであり、搬入が容易でかつ設置占有面積の小さな燃料電池発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池発電装置は原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させるセルスタックと、前記セルスタックの熱を回収する冷却水を貯める冷却水タンクとを有するＦＣユニットと、前記ＦＣユニットで回収された熱を貯蔵する貯湯タンクを有する貯湯ユニットとを有し、前記ＦＣユニットと前記貯湯ユニットは着脱自在であるとともに、前記ＦＣユニットと前記貯湯ユニットを覆う外装板を設けたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の燃料電池発電装置は、ＦＣユニットと貯湯ユニットが着脱自在であることにより、分割搬入でき、容易に設置することができるとともに、一体化して設置できるため、狭いところにも設置ができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させるセルスタックと、セルスタックの熱を回収する冷却水を貯める冷却水タンクとを有するＦＣユニットと、ＦＣユニットで回収された熱を貯蔵する貯湯タンクを有する貯湯ユニットとを有し、ＦＣユニットは第１のフレームで保持され、貯湯ユニットは第２のフレームで保持され、ＦＣユニットと貯湯ユニットは着脱自在であるとともに、ＦＣユニットと貯湯ユニットを覆う外装板を設けたことにより、搬入時にはＦＣユニットと貯湯ユニットを別々に運搬ができるので、大がかりな機械などを使用せずとも容易に搬入することができ、さらに設置した後の両ユニットを外装板で覆うことにより両ユニットが一体となり、両ユニット間の隙間などの無駄な空間をなくすことができ、狭い場所でも設置ができる燃料電池発電装置が実現できる。
【００１２】
第２の発明は、原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させるセルスタックと、セルスタックの熱を回収する冷却水を貯める冷却水タンクとを有するＦＣユニットと、ＦＣユニットで回収された熱を貯蔵する貯湯タンクを有する貯湯ユニットとを有し、ＦＣユニットは第１のフレームで保持され、貯湯ユニットは第２のフレームで保持され、第１のフレームと第２のフレームは着脱自在であるとともに、第１のフレームと第２のフレームを覆う外装板を設けたことにより、搬入時には第１のフレームと第２のフレームを別々に運搬ができるので、大がかりな機械などを使用せずとも容易に搬入することができ、さらに設置した後の両フレームを外装板で覆うことにより両フレームが保持するＦＣユニットおよび貯湯ユニットが一体となり、両ユニット間の隙間などの無駄な空間をなくすことができ、狭い場所でも設置ができる燃料電池発電装置が実現できる。
【００１３】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明のＦＣユニットの燃料生成器よりも高い位置にセルスタックを設け、セルスタックよりも高い位置に冷却水タンクを配置することにより、安定した動作を実現できるだけでなく、ＦＣユニットの設置専有面積を小さくすることができ、さらに小さな場所にも設置できる燃料電池発電装置が実現できる。
【００１４】
第４の発明は、特に、第１から３のいずれか１つの発明の第１のフレームと第２のフレームを接続させるＦＣ貯湯接続部を設けることにより、設置時には２つのフレームの一体化による２つのユニットが一体化することにより、互いに支え合うことができ、一つのユニットでは倒れやすい構成であっても設置可能となり、一つ一つのユニットはさらに縦長な構成とすることができるので、さらに小さな場所にも設置できる燃料電池発電装置が実現できる。
【００１５】
第５の発明は、特に、第１から４のいずれか１つの発明のＦＣユニットと貯湯ユニットとの接続を行う接続配管の接続作業が、外装の１面方向または２面方向から行えるように、ＦＣユニットと貯湯ユニットを構成したことにより、現場での接続配管の長さ調整や形状加工の必要が無く、容易に設置ができる。
【００１６】
第６の発明は、特に、第１から５のいずれか１つの発明の第１のフレームと第２のフレームは同じ高さであり、第１のフレームおよび第２のフレームの天井を覆う天井外装板を共通としたことにより、一度の天井外装板の固定で両ユニットの天井外装板を取り付けることができるので、更に容易に設置・施工ができるのである。
【００１７】
第７の発明は、特に、第１から６のいずれか１つの発明の第１のフレームと第２のフレームは同じ奥行きであり、第１のフレームおよび第２のフレームの背面を覆う背面外装板と正面を覆う正面外装板の少なくとも一方を共通としたことにより、一度の背面外装板と正面外の少なくとも一方の固定で両ユニットに取り付けることができるので、更に容易に設置・施工ができるのである。
【００１８】
第８の発明は、特に、第１から７のいずれか１つの発明の貯湯ユニットに保持されているお湯を加熱する補助熱源機を第２のフレームで保持したことにより、貯湯ユニットと補助熱源機の分割と一体化が容易にできるため簡単に施工ができ、さらに設置時に安定がよく、さらにコンパクトな燃料電池発電装置が実現できるのである。
【００１９】
第９の発明は、特に、第１から８のいずれが１つの発明の貯湯ユニットに保持されているお湯を加熱する補助熱源機を有する補助熱源ユニットを保持する第３のフレームを設け、補助熱源ユニットはＦＣユニットと貯湯ユニットの少なくとも一方と着脱自在であることにより、補助熱源ユニットを有する場合でも、分割搬入等が容易にできるとともに、ＦＣユニットと貯湯ユニットの少なくとも一方と補助熱源ユニットを接続することにより、狭い場所にも安定して設置することができる。
【００２０】
第１０の発明は、特に、第１から８のいずれか１つの発明の貯湯ユニットに保持されているお湯を加熱する補助熱源機を有する補助熱源ユニットを保持する第３のフレームを設け、第３のフレームは第１のフレームと第２のフレームの少なくとも一方と着脱自在とすることにより、補助熱源機を有する場合でも、分割搬入等が容易にできるとともに、第１のフレームと第２のフレームの少なくとも一方と第３のフレームを接続することにより、狭い場所にも安定して設置できる。
【００２１】
第１１の発明は、特に、第９または第１０の発明の第１のフレームと第２のフレームの少なくとも一方と第３のフレームを接続させる補助熱源接続部を設けたことにより、補助熱源ユニットを有する場合でも、分割搬入等が容易にできるとともに、第１のフレームと第２のフレームの少なくとも一方と第３のフレームを補助熱源接続部により接続することにより、より安定となるため、狭い場所にも設置できる。
【００２２】
第１２の発明は、特に、第９から１１のいずれか１つの発明の第３のフレームと第２のフレームまたは第１のフレームは同じ高さであり、第３のフレームと第２のフレームまたは第１のフレームの天井を覆う天井外装板を共通としたことにより、より容易に設置できる燃料電池発電装置が実現できる。
【００２３】
第１３の発明は、特に、第９から１２のいずれか１つの発明の第３のフレームと第２のフレームまたは第１のフレームは同じ奥行きであり、第３のフレームと第２のフレームまたは第１のフレームの背面を覆う背面外装板と正面を覆う正面外装板の少なくとも一方を共通としたことにより、より容易に設置ができる燃料電池発電装置が実現できるのである。
【００２４】
第１４の発明は、特に、第１から１３のいずれか１つの発明の燃料電池発電装置において、基礎に接続された第４のフレームに少なくとも第１のフレームと第２のフレームを固定することにより、より容易に設置・施工ができる燃料電池発電装置が実現できるのである。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の外観を表す斜視図であり、図２は同実施の形態の燃料電池発電装置の外観を表す正面図、図３は同実施の形態の燃料電池発電装置の左側面を表す左側面図、図４は同実施の形態の燃料電池発電装置の右側面を表す右側面図である。
【００２８】
燃料電池発電装置１の正面には正面外装板２が、側面には左側面外装板３と右側面外装板４が、背面には背面外装板５が、天井には天井外装板６が、底面には底面外装板７が設けられている。
【００２９】
燃料電池発電装置１は脚８により、地面に設けられた基礎と接続されている。左側面外装板３には上部通気口９と下部通気口１０が設けられている。各図に示すように燃料電池発電装置１は１つのユニットから構成されており、設置面積が非常に小さいものである。
【００３０】
次に図５から図７を用いて本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の内部構成を説明する。図５は同実施の形態の燃料電池発電装置１の外装板を取り外した内部の主な部品の構成を表す斜視図であり、図６は外装板を取り外した内部の主な部品の構成を表す正面図、図７は外装板を取り外した内部の主な部品の構成を表す上面図である。
【００３１】
内部は着脱自在な第１のフレーム１１と第２のフレーム１２とにより構成されている。第１のフレーム１１と第２のフレーム１２はＦＣ貯湯接続部であるＦＣ貯湯フレーム連結部１３で接続され、一体化している。上記正面外装板２、左側面外装板３、右側面外装板４、背面外装板５、天井外装板６および底面外装板７は、第１のフレーム１１と第２のフレーム１２の外装を第１のフレーム１１と第２のフレーム１２の接続面を除いて覆うことにより、必要最小限の部材で、燃料電池発電装置１をひとつのユニットとしている。
【００３２】
脚８は第１のフレーム１１と第２のフレーム１２にそれぞれ２個ずつ設けられ、全体を４個の脚で支えている。
【００３３】
ＦＣユニットは、空気などを供給する酸化剤ガス供給部２１と、都市ガスなどの原料ガスから水素を含む燃料ガスを生成する燃料生成器２２と、酸素と水素から電力を発生するセルスタック２３と、少なくともセルスタック２３で発生する熱を回収する冷却水を貯める冷却水タンク２４と、空気、水および原料ガス中の不純物を取り除く浄化部２６と、燃料電池発電装置の制御およびセルスタック２３で発生する直流を交流に変換する回路部２７と、補機部２８で構成されている。補機部２８はＦＣユニットが動作するためのポンプや弁などのことである。
【００３４】
また、ＦＣユニットで発生する熱を回収するのは熱交換部３０である。本実施例ではＦＣユニットの各部品と熱交換部３０を第１のフレーム１１で保持した。ＦＣユニットで発生した熱は最終的に貯湯タンク３１でお湯として貯蔵され、貯湯タンク３１のお湯は混合弁３２で適切な温度に調節されたのち利用される。
【００３５】
貯湯ユニットは貯湯タンク３１と混合弁３２とより構成され、本実施の形態では第２のフレーム１２で保持した。第２のフレーム１２には補助熱源機３３が設けられており、貯湯タンク３１の水温が低いときには、補助熱源機３３で加熱し、給湯などにお湯を使用する。第１のフレーム１１にはＦＣ側接続部３５が、第２のフレーム１２には貯湯側接続部３６が設けられており、これらをＦＣ貯湯接続部材３７により接続されている。
【００３６】
図１において、正面外装板２、天井外装板６および底面外装板７は、第１のフレーム１１および第２のフレーム１２共通の外装板として、２つのフレームを１枚の外装板で覆う構成であるが、第１のフレーム１１および第２のフレーム１２それぞれ別の外装板で覆う構成としても良い。
【００３７】
フレーム毎に外装板を設けるとそれぞれの外装板が小さく軽くなるので取り扱い易くなるが、外装板の数が増え、かつそれぞれの外装板周辺に雨水の浸入を防ぐためのシール構造が必要となり、複数のフレーム共通の外装板を用いる場合に比べて、数が多い分組み立て作業に手間が掛かり、シール部分が多いことによりシール機能の確認に手間が掛かる可能性がある。
【００３８】
これに対して複数のフレーム共通の外装板の場合、外装板の合計枚数が減り、シール部分も減るので、組み立て作業性の向上が図れる。但し、それぞれの外装板が大きくなったり、重くなったりすることがあるので、この点を考慮してフレーム共通の外装板を用いると良い。
【００３９】
次に燃料電池発電装置１の動作の概略を説明する。燃料電池発電装置１は、外部よりメタンやプロパンなどの炭化水素系の原料ガスを導入する。本実施の形態においては、都市ガスである１３Ａガスを使用した。導入された原料ガスは、燃料生成器２２で触媒反応として（化１）で示される反応を起こすのであるが、本化学反応は吸熱反応であるため反応中、熱を与える必要がある。
【００４０】
（化１）に示す反応が発生すると、水素と二酸化炭素が生成されるのであるが、同時に（化２）に示す反応により発生する一酸化炭素は、（化３）に示されるようなシフト化反応により濃度が低減され、（化４）に示されるような一酸化炭素選択酸化反応により、例えば２０ｐｐｍ以下であるような微量となるまで除去される。
【００４１】
【化１】
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【００４２】
【化２】
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【００４３】
【化３】
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【００４４】
【化４】
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【００４５】
このようにして原料ガスから生成した水素、二酸化炭素と水蒸気の他に、微量な一酸化炭素を含む燃料ガスはセルスタック２３に送られる。また、空気ブロワやコンプレッサーなどの酸化剤ガス供給部２１より、空気が浄化部２６の空気浄化部分に送られ、さらにセルスタック２３に送られる。
【００４６】
なお、本実施の形態では酸化剤ガス供給部２１から空気が浄化部２６に送られたが、浄化部２６を通った空気を酸化剤ガス供給部２１よりセルスタック２３に導いても良い。セルスタック２３では、送られてきた空気と水素により、（化５）に示す反応により、水を生成し、同時に熱と電気も発生させる。
【００４７】
【化５】
2009129621.tif 000007
【００４８】
電気は回路部２７で直流から交流に変換されたのち、燃料電池発電装置外でも電力として利用される。熱は冷却水タンク２４に保持されている冷却水がセルスタック２３を流れることによりセルスタック２３から持ち運ばれ、冷却水タンク２４に再び水は戻り循環する。
【００４９】
この循環する経路中に配置された熱交換部３０で貯湯タンク３１につながる水と熱交換されることにより、冷却水の温度はほぼ一定に保たれる。セルスタック２３で消費されなかった燃料ガスはオフガスとして燃料生成器２２のバーナー部分に流され燃焼される。燃焼により発生した熱は、（化１）の吸熱反応で必要とされる熱として有効に利用される。
【００５０】
本実施の形態では、ＦＣユニットで発生する熱のうち、セルスタック２３で発生する熱のほか、セルスタック２３で使用されず排出される空気と燃料生成器２２のバーナーで発生した燃焼排ガスも熱交換部３０によって回収し、冷却水の温度上昇に使用した。
【００５１】
本実施の形態ではＦＣユニットを動作させるポンプや熱交換機などの補機は補機部２８に収納してあるが、ＦＣユニットを構成する燃料生成器２２やセルスタック２３などに関係する各補機を配置し、全体に分割しても良い。
【００５２】
ＦＣユニットで発生した熱により加熱された冷却水と熱交換部３０で交換し、温度が上昇した水は貯湯タンク３１に貯められる。貯湯タンク３１の底部から水が取り出され、貯湯側接続部３６の配管部分を通り、ＦＣ貯湯接続部材３７を介して、ＦＣ側接続部３５に水が流れ込み、熱交換部３０に導かれる。
【００５３】
熱交換部３０で温度が上昇した水は、ＦＣ側接続部３５から、ＦＣ貯湯接続部材３７を介して、貯湯側接続部３６に流れ込んだ後、貯湯タンク３１の上部から水が戻される。つまり貯湯タンク３１の水は底部から取り出され、加熱された後、上部に戻ることになり、貯湯タンク３１の水温は、底部は低いが、上部は高温となり給湯などに利用できるのである。
【００５４】
本実施の形態では、貯湯タンク３１の上部には６０℃以上の水が溜まるように循環する水の量を調整することにしたが、４０℃以上１００℃未満であれば給湯に適する。家庭などで燃料電池発電装置のお湯を利用するときは、貯湯タンク３１の上部からの温度の高い水（つまりお湯）が混合弁３２に流れ込むようになる。
【００５５】
混合弁３２では利用者が要求した水の温度になるように、貯湯タンク３１からのお湯に外部から接続されている水道配管などの水を混合し、利用者の要求する温度にした後に、風呂や台所などの利用者の要求した場所で要求した温度の湯水が利用できる。
【００５６】
燃料電池発電装置の動作開始時や貯湯タンク３１に貯められているお湯の量を超えるお湯の需要が有った場合には、貯湯タンク３１の上部であっても利用者の要求する温度のお湯を供給できない場合もある。
【００５７】
このとき混合弁３２は必要により外部の水を混合した後、補助熱源機３３で加熱し利用者の要求温度にした後に利用される。本実施の形態では、ＦＣユニットと貯湯ユニットの湯水の接続・輸送および電気信号の受け渡しは、ＦＣ貯湯接続部材３７により行ったが、ＦＣユニットから貯湯ユニットへの水の流れ、貯湯ユニットからＦＣユニットへの水の流れおよびＦＣユニットと貯湯ユニットとの電気および信号の流れを別々の部品で行っても良い。
【００５８】
次に燃料電池発電装置の設置について説明する。燃料電池発電装置は貯湯ユニットとＦＣユニットがあり、これらのユニットが別々の機体になっているものがあったが、２つのユニットが有ると、２つのユニット間に存在するエリアを別用途に使用することが非常に困難であり、実質的に利用できない場合が多く、結果として燃料電池発電装置の占める面積が非常に大きなものとなっていた。
【００５９】
また、２つのユニットを接続する場合は現場の状況により、配管・配線の処理の方法が異なるため、現場での施工に非常に多くの時間と労力が掛かるものとなっていた。また、ＦＣユニットと貯湯ユニットをそのまま一体化したものは、非常に重くまた大きくなるため、搬入などが非常に困難であった。
【００６０】
図８は同実施の形態の燃料電池発電装置のＦＣユニットの内部構造を示す斜視図であり、図９は同実施の形態の燃料電池発電装置の貯湯ユニットの内部構造を示す斜視図である。
【００６１】
本実施の形態の搬入は、図８の斜視図で示すようにＦＣユニットの構成部品の多くを保持する第一のフレームと図９の斜視図で示すように貯湯ユニットの構成部品の多くを保持する第二のフレームを別々に搬入するのである。２つのユニットを別々に搬入することにより、軽量化とコンパクト化が図れ、非常に設置のしやすい構成とできる。
【００６２】
なお、本実施の形態の燃料電池発電装置は設置面積を小さくするために、第１のユニットも第２のユニットも縦に長い構成をとっている。設置面積を小さくするために、構成部品を上下に配置するのは特段の工夫を必要としないが、第１のユニットにおいては、設置面積を少なくするために燃料生成器２２の上にセルスタック２３を配置し、セルスタック２３のさらに上に冷却水タンク２４を配置する構成としている。
【００６３】
セルスタック２３で使用されなかった燃料ガスは燃料生成器２２のバーナーで燃焼され熱として利用されるのであるが、セルスタック２３から排出される燃料ガスには多くの水分を含んでいる。
【００６４】
セルスタック２３よりも燃料生成器２２が上部にあると配管の途中で結露した水分が経路を閉塞させることが僅かな時間でも発生し、バーナーの火が消えてしまうなどのトラブルが発生する。セルスタック２３が燃料生成器２２の上部にあると、結露が発生しても、順次バーナー部分に送られるため、水分による閉塞などが無く、バーナー燃焼が安定して起こる。
【００６５】
また、冷却水は冷却水タンク２４に貯められ、セルスタック２３の内部を通り、熱交換されるのであるが、加熱等により気泡が発生することがある。経路内部で発生した気泡は水の流れまたは上部に移動するのであるが、セルスタック２３が上部に配置されると、冷却水経路で発生した気泡はセルスタック２３の冷却水経路にとどまり、水の流れを妨害するなどの問題が発生するが、セルスタック２３よりも、冷却水タンク２４を上部にすることにより、気泡が容易に抜け、セルスタック２３の温度調整が精密にできるだけでなく、熱交換がスムースにおこなわれるので、排熱回収の高い燃料電池発電装置が実現できるのである。
【００６６】
また、設置の一例を図１０の同実施の形態の燃料電池発電装置の設置場所を示す見取り図に示す。家屋５１は道路５２に面した敷地５３の内部に建てられており、門５４から道路５２と敷地５３とを出入りする。裏庭５７には第１の通路５５または第２の通路５６を通り、行き来する。
【００６７】
本実施の形態においては、燃料電池発電装置１は第１の通路５５に設置した。第１の通路および第２の通路の幅は様々であるが、家屋５１を大きくするには第１の通路および第２の通路の幅をできるだけ狭くするのがよいが、民法２３４条により隣地境界線より５０ｃｍ以上離して家屋を建てることが規定されているので、第１の通路および第２の通路の幅は５０ｃｍとする場合が多い。
【００６８】
５０ｃｍ幅の通路に搬入するときは大きな機械を持ち込むことは困難であるので、人が持って搬入する場合が多く、５０ｃｍ幅の通路の場合、多くの人が入り込むことができないため、運搬物の前後に１名ずつの合計２名で搬入するのがもっとも適切である。
【００６９】
運搬者に腰痛などが発生することを防止するため、厚生労働省では、平成６年に通達「職場における腰痛予防対策指針」（基発第５４７号）により、「満１８歳以上の男子労働者が人力のみにより取り扱う重量は、５５ｋｇ以下にすること。」との基準を示している。よって、本実施の形態では運搬のユニット単位の重量を５５ｋｇ以上、１１０ｋｇ以下とした。これにより、安全かつ容易に運搬・搬入することができる。
【００７０】
搬入された第１のフレーム１１と第２のフレーム１２はＦＣ貯湯フレーム連結部１３により固定され一体化される。ＦＣ貯湯フレーム連結部１３は第１のフレーム１１の上半部の任意の位置に少なくとも一つと、下半部の任意の位置に少なくとも一つを取り付けると良い。
【００７１】
本実施の形態では、上半部に２個と下半部に２個の合計４個のＦＣ貯湯フレーム連結部１３を設けた。本実施の形態では、ＦＣ貯湯フレーム連結部１３を取り付けてから、脚８を取り付けたが、脚８が第１のフレーム１１と第２のフレーム１２にあらかじめ取り付けられた状態で運搬されるなど、順番が変わっても本発明に含まれる。
【００７２】
この後、外装板の取り付けと、ＦＣユニットと貯湯ユニットの接続および水道管やガス管などのユーティリティとの接続が行われる。これらの作業の順番はいずれでも良いが、発明のポイントとなる内容を説明する。
【００７３】
貯湯ユニットとＦＣユニットの接続は、ＦＣ側接続部３５と貯湯側接続部３６をＦＣ貯湯接続部材３７により接続することにより行う。２つのユニットの接続はＦＣ貯湯接続部材３７というあらかじめ状況などの現場以外で作成できる部材を用いることと、側面からの作業で行うことができることが重要である。
【００７４】
従来の発電を行う部分と貯湯の部分が別ユニットになったものの接続は、現地で寸法などを計測しながら配管を作るなどの、いわゆる現場あわせの作業が必要となることが多かった。これは設置する場所により、配管を装置の背面に通すものや地中に埋めるものなど、美観や２つのユニットの距離などの状況によって最適な接続方法が異なるからであった。
【００７５】
しかし、本発明の方法によれば、ＦＣユニットと貯湯ユニットはバラバラに搬入することができるが、設置した場合は隣接して一体化となっているため、位置関係が現地の状況によらず決まっているので、工場などの現場以外で作成した、あらかじめ接続に最適な形状の部材が使用できるため、容易に接続ができる。
【００７６】
また、図１０のような幅の狭いところに燃料電池発電装置を設置するときなど、正面や背面では作業に十分なエリアを確保することができない。言い換えると、作業に十分なエリアを確保できないような狭い通路部分に燃料電池発電装置を設置するためには、側面から施工時の配管や、メンテナンスを行う必要がある。
【００７７】
本実施の形態では、ＦＣ貯湯接続部材３７は例えば図５に示すようにＪ字形状とすることによって同じ方向に接続部を持つようにした。これにより、側面から押し込む方向に力を加えることで、接続することができ、引っ張る方向に力を加えることで、取り外すことができるのである。
【００７８】
また、貯湯ユニットの中でも補助熱源機３３が右側面に面するように配置している。これにより、貯湯タンク３１と補助熱源機３３の配管は右側面からの作業により、取り外しなどがきるようになり、メンテナンスが発生した場合でも、右側面の作業で行うことができる。
【００７９】
また、風呂、台所、洗面所などユーティリティとの配管なども補助熱源機３３が右側面に面しているため、右側面からの作業で行うことができる。
【００８０】
また、ＦＣユニットも構成部品が側面から見て、奥行きが薄く上下方向に配置されているので、左側面からのメンテナンスが容易に行える構成となっている。構成部品を上下方向に設置するのは、設置面積を小さくするだけでなく、メンテナンスも容易にできるという特徴を有する。
【００８１】
なお、本実施の形態では、ＦＣユニットを左側面に、貯湯ユニットを右側面に配置したが、これは逆になっても本発明の趣旨は全く同じである。重要なのは、貯湯タンク３１の一方に補助熱源機、反対側にＦＣユニットを配置することである。これにより、幅の狭い通路にも設置することができるのである。なお、本実施の形態においては、ＦＣ貯湯接続部材３７は配管と配線とが一体になったものを使用したが、別々に分かれていても良い。
【００８２】
外装板の設置は、第１のフレーム１１と第２のフレーム１２をＦＣ貯湯フレーム連結部１３で接続した後なら、いつ行っても良い。
【００８３】
本実施の形態では第１のフレーム１１と第２のフレーム１２の高さおよび奥行きは同じとしたので、ほぼ平面の正面外装板２、背面外装板５および天井外装板６を使用することができる。ほぼ平面の外装板を用いることができることにより、製造が簡単で、取り外し、取り付けおよび運搬が容易に行える。
【００８４】
また、第１のフレーム１１と第２のフレーム１２の奥行きを同じにすることにより、正面または背面に無駄な空間を作ることが無く、狭い通路などの場所にも燃料電池発電装置１を有効に設置することができる。
【００８５】
なお、本実施の形態ではＦＣユニット、貯湯ユニットそれぞれ第１のフレーム１１および第２のフレーム１２を介して接続したが、本発明は、ＦＣユニットおよび貯湯ユニットが着脱自在な構成であれば、第１のフレーム１１および第２のフレーム１２を介して接続する構成に限られるものではない。
【００８６】
さらに、本実施の形態ではＦＣユニットおよび貯湯ユニットは第１のフレーム１１および第２のフレーム１２を介して正面外装板２、左側面外装板３、右側面外装板４、背面外装板５、天井外装板６および底面外装板７に覆われていたが、本発明は、ＦＣユニットおよび貯湯ユニットが外装板で覆われる構成であれば、第１のフレーム１１および第２のフレーム１２を介して外装板に覆われる構成に限られるものではない。
【００８７】
（実施の形態２）
図１１は本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置の外観を表す斜視図である。
【００８８】
図１１に示すように、燃料電池発電装置１の正面には正面外装板２が、側面には左側面外装板３と右側面外装板４が、背面には背面外装板５が、天井には天井外装板６が、底面には底面外装板７が設けられている。そして、燃料電池発電装置１は脚８により、地面に設けられた基礎と接続されている。
【００８９】
図１２から図１４を用いて内部構成を説明する。図１２は燃料電池発電装置１の外装板を取り外した内部の主な部品の構成を表す斜視図であり、図１３は外装板を取り外した内部の主な部品の構成を表す正面図であり、図１４は外装板を取り外した内部の主な部品の構成を表す上面図であり、図１５は同実施の形態の燃料電池発電装置の貯湯ユニットの内部構造を示す斜視図であり、図１６は同実施の形態の燃料電池発電装置の第３のフレームの内部構造を示す斜視図であり、図１７は同実施の形態の燃料電池発電装置の第４のフレームの内部構造を示す斜視図である。
【００９０】
図１２から図１７において、図５から図７に示す本発明の実施の形態１と同様の構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。
【００９１】
図１２から図１６において、貯湯タンク３１を有する貯湯ユニットを保持する第２のフレーム６１は補助熱源機３３を保持しておらず、補助熱源機３３は第３のフレーム６２で保持されている。
【００９２】
第３のフレーム６２は第２のフレーム６１と補助熱源接続部である貯湯ＢＫフレーム連結部６３で連結されている。また、第１のフレーム１１と第２のフレーム６１と第３のフレーム６２は図１７に示す第４のフレーム６４に載せられ、第４のフレーム６４と第１のフレーム１１、第２のフレーム６１および第３のフレーム６２の１〜３つは第４のフレーム連結部６５により連結されている。
【００９３】
本実施の形態によれば、搬入は第１のフレーム１１と第２のフレーム６１と第３のフレーム６２に分割することができる。貯湯タンク３１を大容量にしたい場合や補助熱源機３３として多機能なものを使用したいときなどは、一つのフレームで貯湯タンク３１と補助熱源機３３の両方を保持すると重量の増大やサイズの大型化につながるが、本実施の形態によれば、貯湯タンク３１と補助熱源機３３を保持するフレームを別々に搬入することができるので、それぞれのフレームの軽量化が図れ、容易に持ち運びができるほか、それぞれのフレームのサイズが小さくなるので、搬入経路が狭い場合や曲がっている場合などでも、容易に運搬できるようになるのである。
【００９４】
設置時にはまず、脚８のついた第４のフレーム６４を基礎と固定する。次に第１のフレーム１１と第２のフレーム６１と第３のフレーム６２を任意の順序で第４のフレーム６４の上に運び、ＦＣ貯湯フレーム連結部１３、貯湯ＢＫフレーム連結部６３および第４のフレーム連結部６５でそれぞれのフレームを固定、連結する。
【００９５】
ＦＣ貯湯フレーム連結部１３とは第１のフレーム１１の１／２の高さより上部に少なくとも１個、貯湯ＢＫフレーム連結部６３は第３のフレーム６２の１／２の高さより上部に少なくとも１個、第４のフレーム連結部６５は第１のフレーム１１と第２のフレーム６１と第３のフレーム６２のそれぞれで少なくとも１個ずつ設けるのが良い。
【００９６】
本実施の形態では、ＦＣ貯湯フレーム連結部１３と貯湯ＢＫフレーム連結部６３はそれぞれ２個、第４のフレーム連結部６５は６個設けた。第４のフレーム６４を用いることにより、ＦＣユニットを保持する第１のフレーム１１と貯湯ユニットを保持する第２のフレーム６１の位置あわせがより容易に行うことができ、また基礎との接続も容易に行うことができる。
【００９７】
また、第４のフレーム６４は図１７に示すように、ロ字状のフレームだけであり、底面外装板７は別に取り付ける構成となっている。つまり、第４のフレーム６４には、底部の中央を保持する部分は設けられていない。
【００９８】
このような構造にすることにより、第１のフレーム１１と第２のフレーム１２および一方と第４のフレーム６４を接続する際には、底部から手や工具などを入れることができるので、各フレーム同士の接続作業が容易になり、設置作業が容易となる。
【００９９】
本実施の形態では第１のフレーム１１と第２のフレーム６１と第３のフレーム６２を第４のフレーム６４で保持したが、第４のフレーム６４による効果は、保持するフレームが１個でも複数個でも同じように発生する。
【０１００】
貯湯ユニットとＦＣユニットの接続は、ＦＣ側接続部３５と貯湯側接続部３６をＦＣ貯湯接続部材３７により接続することにより行う。
【０１０１】
２つのユニットの接続はＦＣ貯湯接続部材３７というあらかじめ現場以外で作成できる部材を用い、側面からの作業で行う。貯湯ユニットと補助熱源機３３との接続は、第３のフレーム６２側から、つまりＦＣユニットの反対側から行う。
【０１０２】
これにより図１０のような狭いところでも作業スペースが確保でき、設置することができる。これにより、ＦＣユニットと貯湯ユニットおよび補助熱源機３３をバラバラに搬入することができるが、設置した場合は各フレームが隣接して一体化しているため、各フレーム間の位置関係が現地の状況によらず決まっているので、工場など現場以外で作成し、あらかじめ接続に最適な形状であるとわかっている部材が使用できるため、容易に接続ができる。
【０１０３】
また、図１０のような幅の狭いところに燃料電池発電装置を設置することができるようになる。外装板は第１のフレーム１１と第２のフレーム１２および第３のフレーム６２をＦＣ貯湯フレーム連結部１３または貯湯ＢＫフレーム連結部６３または第４のフレーム連結部６５で接続した後なら、いつ行っても良い。
【０１０４】
本実施の形態では第１のフレーム１１と第２のフレーム６１と第３のフレーム６２の高さおよび奥行きは同じとした。これにより、ほぼ平面の正面外装板２と背面外装板５と天井外装板６を使用することができるようになる。
【０１０５】
これより形状が簡単で、取り外し、取り付けおよび運搬を容易に行うことができる。また、第１のフレーム１１と第２のフレーム６１の奥行きを同じにすることにより、正面または背面に無駄な空間を作ることが無く、狭い通路などの場所にも有効に設置できるようになる。
【０１０６】
なお、本実施の形態では第３のフレーム６２を第２のフレーム６１に接続したが、第３のフレーム６２を第１のフレーム１１に接続する構成も本発明の実施の形態に含まれる。
【０１０７】
また、本実施の形態では第１のフレーム１１、第２のフレーム６１および第３のフレーム６２全てを第４のフレーム６４に接続したが、第１のフレーム１１、第２のフレーム６１のみが第４のフレーム６４に接続する構成も本発明の実施の形態に含まれる。
【０１０８】
また、本実施の形態ではＦＣユニット、貯湯ユニットおよび補助熱源ユニットをそれぞれ第１のフレーム１１、第２のフレーム６１および第３のフレーム６２を介して接続したが、本発明は、ＦＣユニット、貯湯ユニットおよび補助熱源ユニットをそれぞれが着脱自在な構成であれば、第１のフレーム１１、第２のフレーム６１および第３のフレーム６２を介して接続する構成に限られるものではない。
【０１０９】
さらに、本実施の形態ではＦＣユニット、貯湯ユニットおよび補助熱源ユニットをそれぞれ第１のフレーム１１、第２のフレーム６１および第３のフレーム６２を介して正面外装板２、左側面外装板３、右側面外装板４、背面外装板５、天井外装板６および底面外装板７に覆われていたが、本発明は、ＦＣユニット、貯湯ユニットおよび補助熱源ユニットが外装板で覆われる構成であれば、第１のフレーム１１、第２のフレーム６１および第３のフレーム６２を介して外装板に覆われる構成に限られるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明の燃料電池発電装置は、搬入・施工が容易で狭い場所でも設置できるので様々な定置用燃料電池コージェネレーションシステムなどに有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の斜視図
【図２】同実施の形態の燃料電池発電装置の外観を示す正面図
【図３】同実施の形態の燃料電池発電装置の外観を示す左側面図
【図４】同実施の形態の燃料電池発電装置の外観を示す右側面図
【図５】同実施の形態の燃料電池発電装置の内部構造を示す斜視図
【図６】同実施の形態の燃料電池発電装置の内部構造を示す正面図
【図７】同実施の形態の燃料電池発電装置の内部構造を示す上面図
【図８】同実施の形態の燃料電池発電装置のＦＣユニットの内部構造を示す斜視図
【図９】同実施の形態の燃料電池発電装置の貯湯ユニットの内部構造を示す斜視図
【図１０】同実施の形態の燃料電池発電装置の設置場所を示す見取り図
【図１１】本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図
【図１２】同実施の形態の燃料電池発電装置の内部構造を示す斜視図
【図１３】同実施の形態の燃料電池発電装置の内部構造を示す正面図
【図１４】同実施の形態の燃料電池発電装置の内部構造を示す上面図
【図１５】同実施の形態の燃料電池発電装置の貯湯ユニットの内部構造を示す斜視図
【図１６】同実施の形態の燃料電池発電装置の第３のフレームの内部構造を示す斜視図
【図１７】同実施の形態の燃料電池発電装置の第４のフレームの内部構造を示す斜視図
【図１８】従来例における燃料電池発電装置を示す外観図
【符号の説明】
【０１１２】
１    燃料電池発電装置
２    正面外装板
３    左側面外装板
４    右側面外装板
５    背面外装板
６    天井外装板
７    底面外装板
８    脚
１１  第１のフレーム
１２，６１  第２のフレーム
１３  ＦＣ貯湯フレーム連結部
２１  酸化剤ガス供給部
２２  燃料生成器
２３  セルスタック
２４  冷却水タンク
３１  貯湯タンク
３３  補助熱源機
３５  ＦＣ側接続部
３６  貯湯側接続部
３７  ＦＣ貯湯接続部材
５１  家屋
５２  道路
５３  敷地
５４  門
５５  通路
５６  通路
５７  裏庭
６２  第３のフレーム
６３  貯湯ＢＫフレーム連結部
６４  第４のフレーム
６５  第４のフレーム連結部
【図１】
2009129621.tif 000008
【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】
2009129621.tif 000014
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2009129621.tif 000019
【図１３】
2009129621.tif 000020
【図１４】
2009129621.tif 000021
【図１５】
2009129621.tif 000022
【図１６】
2009129621.tif 000023
【図１７】
2009129621.tif 000024
【図１８】
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