(57)【要約】【課題】  電動の補機に対する電気配線の配線作業を容易にできるようにする。【解決手段】  筐体３４の内部スペースにおける前半部に、燃料電池発電装置に装備する電動の補機である原料ポンプ１０、改質水ポンプ１５、ＳＯＸエアポンプ２０、カソード空気ブロワ２２、スタック冷却水ポンプ２８、燃焼空気ブロワ３２、温水ポンプ３７、ＬＴＳ冷却水ポンプ３８、燃料ポンプ３９を集約して配置する。筐体３４の右端部に設けた電気盤４０の上下方向中間部より、筐体３４の前端部を通して左方向に延びる主配線経路４２を設ける。各補機１０，１５，２０，２２，２８，３２，３７，３８，３９に接続する電気配線４１は、電気盤４０より主配線経路４２を通して機器配置と左右方向に対応する位置まで導いてから、上下方向及び又は前後方向に沿わせて配線して対応する補機１０，１５，２０，２２，２８，３２，３７，３８，３９に接続させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に設けた燃料電池のアノード側に原料を改質した水素リッチな改質ガスを供給すると共に、該燃料電池のカソード側に酸化ガスとしての空気を供給して、燃料電池にて発電を行わせるようにしてある燃料電池発電装置において、筐体の内部スペースにおける前半部に電動の補機を集約して配置し、上記筐体の左右方向の一端部に電気盤を設けると共に、該電気盤より筐体内部スペースの前端部を通して左右方向の他端側へ延びる主配線経路を設け、該主配線経路を通して上記電気盤より各補機の左右方向の配置と対応する位置まで左右方向の他端側へ導いた電気配線を、上記主配線経路より分岐させるようにして上下方向及び又は前後方向に沿わせて配置して、それぞれ対応する電動の補機に接続した構成を有することを特徴とする燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料の有する化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するエネルギー部門で用いる燃料電池を用いた燃料電池発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料を用いた他の発電方法に比して熱効率が高く、又、環境汚染が少ないため、有効な発電装置として期待されている。特に、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、１００℃以下という低温で発電が行われ、出力密度が高いので、他の形式の燃料電池に比して小型化でき、しかも、電池構成材料の劣化が少ないこと、起動が容易であること、等の長所があることから、近年、小規模な業務用あるいは家庭用等の発電装置として使用されるようになってきている。
【０００３】
上記固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池発電装置（ＰＥＦＣ発電装置）の一般的な構成は、以下のようにしてある。すなわち、図２に示す如く、電解質としてフッ素系のイオン交換膜が用いられている固体高分子電解質膜の両面をカソード（空気極）２とアノード（燃料極）３の両ガス拡散電極で挟持させてなるセルを、セパレータ（図示せず）を介し積層してスタックとしてなる構成として固体高分子型燃料電池１を形成する。上記固体高分子型燃料電池１におけるアノード３の入口側には、改質器５、低温シフトコンバータ６、ＣＯ選択酸化反応器７を順に備えてなる燃料処理装置４を、途中に加湿器８を備えた改質ガスライン９を介して接続するようにしてある。これにより、原料ポンプ１０の運転により燃料供給部より原料供給ライン１２を通して供給される都市ガス（天然ガス）やＬＰＧ、灯油等の原料（原燃料）１１を、該原料供給ライン１２上に設けてある脱硫器１３にて脱硫した後、原料予熱器１４にて予熱してから上記燃料処理装置４へ供給し、同時に、改質水ポンプ１５の運転により水供給ライン１６を通して供給される改質水１７を、水蒸発器１８にて水蒸気の状態としてから上記燃料処理装置４へ供給することで、該燃料処理装置４の改質器５にて水蒸気改質を行わせるようにしてある。この水蒸気改質により得られる改質ガス（燃料ガス）１９は、上記低温シフトコンバータ６に導いて、該改質ガス１９中に含まれている一酸化炭素を二酸化炭素へシフト反応させ、更に、上記ＣＯ選択酸化反応器７に導いて、ＳＯＸエアポンプ（空気ブロワ）２０より供給される空気２１を用いて、上記改質ガス１９中に残存している一酸化炭素を二酸化炭素に酸化することで除去するようにしてある。
【０００４】
上記燃料処理装置４より送出される改質ガス１９は、加湿器８にて加湿された後、上記固体高分子型燃料電池１のアノード３へ供給されるようにしてある。一方、上記カソード２の入口側には、酸化ガスとして空気２１が、空気ブロワ２２で加圧された後、上記加湿器８を経てから供給されるようにしてある。
【０００５】
かかる構成としてあることにより、上記固体高分子型燃料電池１にて、アノード３側に供給される改質ガス１９中の水素と、カソード２側に供給される空気２１中の酸素とを電気化学反応（燃料電池反応）させて、発生する起電力を取り出すようにしてある。
【０００６】
上記固体高分子型燃料電池１のアノード３の出口側より排出されるアノードオフガス２３は、未燃状態の水素を含んでいる。そのため、該アノードオフガス２３は、アノードオフガスライン２４を通して上記改質器５に装備されている図示しないバーナへ燃焼用燃料として供給し、上記空気ブロワ２２より供給される燃焼用の空気２１により燃焼させることで、上記改質器５における原料１１の水蒸気改質用の熱源として利用するようにしてある。
【０００７】
又、上記固体高分子型燃料電池１の冷却部２５の入口側には、純水タンク２６を、スタック冷却水ポンプ２８を備えた冷却水ライン２７を介し接続し、且つ上記冷却部２５の出口側に一端を接続してある冷却水戻しライン２９の他端を、上記純水タンク２６へ接続する。これにより、上記固体高分子型燃料電池１の運転中に、上記スタック冷却水ポンプ２８を運転することにより、上記純水タンク２６より冷却水ライン２７へ導かれる冷却水３０を固体高分子型燃料電池１の冷却部２５へ供給して、該固体高分子型燃料電池１における電気化学反応（燃料電池反応）の生成熱と熱交換させて、電池温度を冷却できるようにしてある。この電池温度の冷却に供された後に昇温されて排出される冷却水３０は、冷却水戻しライン２９を経て上記純水タンク２６へ戻して循環させるようにしてある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００８】
又、ＰＥＦＣ発電装置の別の形式のものとしては、図３に概略を示す如く、改質器５のバーナ３１へ燃焼用の空気２１を供給するための燃焼空気ブロワ３２を、固体高分子型燃料電池１のカソード２へ酸化ガスとしての空気２１を供給するためのカソード空気ブロワ２２と独立して設ける構成としたものがある。
【０００９】
更に、固体高分子型燃料電池１の冷却水３０が循環するライン上の所要個所に設けた熱交換器（電池冷却水冷却器）３３に、燃料電池発電装置の筐体（パッケージ）３４の外部に設けた貯湯槽３５内の温水３６を、温水ポンプ（温水循環ポンプ）３７により循環させることで、上記固体高分子型燃料電池１の冷却に供されて昇温される上記冷却水３０の熱を、貯湯槽３５に貯留される温水３６の昇温に有効利用できるようにする構成とすることも従来提案されている。なお、図３において図２に示したものと同一のものには同一符号が付してある（たとえば、特許文献２参照）。
【００１０】
又、図示してないが、ＰＥＦＣ発電装置の低温シフトコンバータは発熱反応の反応器であることから、通常、冷却水配管を装備すると共に、その上流側にＬＴＳ冷却水ポンプを設けてなる構成として、ＰＥＦＣ発電装置の運転中は、該ＬＴＳ冷却水ポンプの運転により供給される冷却水を上記低温シフトコンバータの冷却水配管に流通させることで、該低温シフトコンバータの過剰な昇温を防ぐようにしてある。更に、ＰＥＦＣ発電装置の起動時には、燃料ポンプにより供給される起動用燃料を改質器のバーナに燃焼用燃料として供給するようにしてある。
【００１１】
ところで、従来の家庭用等の燃料電池発電装置では、筐体の四方のパネルを取り外してメンテナンスを行うことが考えられてきている（たとえば、特許文献３参照）。
【００１２】
そのために、従来のＰＥＦＣ発電装置では、図４（イ）（ロ）（ハ）に示すように、原料ポンプ１０、改質水ポンプ１５、ＳＯＸエアポンプ２０、空気ブロワとしてのカソード空気ブロワ２２及び燃焼空気ブロワ３２、スタック冷却水ポンプ２８、温水ポンプ３７、ＬＴＳ冷却水ポンプ３８、燃料ポンプ３９等の電動の補機は、燃料電池発電装置の筐体３４内に収納する他の機器との取り合いのみを考慮して、該筐体３４内での配置が決定され、筐体３４内の前面側に設けてある電気盤４０より下方や後方へ延びる電気配線４１を接続するようにしていた。
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−９５５６８号公報
【特許文献２】特開２００６−１２５１６号公報
【特許文献３】特開２００５−２５１４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところが、上記図４（イ）（ロ）（ハ）に示したように、従来の燃料電池発電装置では、筐体３４内に収納する他の機器との取り合いを優先して上記各種電動の補機１０，１５，２０，２２，２８，３２，３７，３８，３９の配置が定められていたため、該各補機１０，１５，２０，２２，２８，３２，３７，３８，３９の筐体３４内での配置が分散する傾向にあり、よって、電気盤４０に上記各補機１０，１５，２０，２２，２８，３２，３７，３８，３９を接続するための電気配線４１の設置作業の対象個所が広範囲に亘るため、配線作業に手間と時間を要し、更には、配線作業自体が煩雑になってしまっているというのが実状である。
【００１５】
そこで、本発明は、筐体内に設ける各種電動と電気盤とを接続する電気配線の配線作業に要する手間及び時間を削減できるようにした燃料電池発電装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、筐体内に設けた燃料電池のアノード側に原料を改質した水素リッチな改質ガスを供給すると共に、該燃料電池のカソード側に酸化ガスとしての空気を供給して、燃料電池にて発電を行わせるようにしてある燃料電池発電装置において、筐体の内部スペースにおける前半部に電動の補機を集約して配置し、上記筐体の左右方向の一端部に電気盤を設けると共に、該電気盤より筐体内部スペースの前端部を通して左右方向の他端側へ延びる主配線経路を設け、該主配線経路を通して上記電気盤より各補機の左右方向の配置と対応する位置まで左右方向の他端側へ導いた電気配線を、上記主配線経路より分岐させるようにして上下方向及び又は前後方向に沿わせて配置して、それぞれ対応する電動の補機に接続した構成とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の燃料電池発電装置によれば、以下のような優れた効果を発揮する。 
（１）筐体内に設けた燃料電池のアノード側に原料を改質した水素リッチな改質ガスを供給すると共に、該燃料電池のカソード側に酸化ガスとしての空気を供給して、燃料電池にて発電を行わせるようにしてある燃料電池発電装置において、筐体の内部スペースにおける前半部に電動の補機を集約して配置し、上記筐体の左右方向の一端部に電気盤を設けると共に、該電気盤より筐体内部スペースの前端部を通して左右方向の他端側へ延びる主配線経路を設け、該主配線経路を通して上記電気盤より各補機の左右方向の配置と対応する位置まで左右方向の他端側へ導いた電気配線を、上記主配線経路より分岐させるようにして上下方向及び又は前後方向に沿わせて配置して、それぞれ対応する電動の補機に接続した構成としてあるので、筐体の内部スペースの前端寄りに各補機に接続する電気配線をまとめた状態で配線することができるため、該各電気配線の配線作業に要する手間と時間を削減できて、配線作業を容易なものとすることができる。 
（２）又、各電動の補機を集約して配置することで、該各補機の高密度配置が可能になり、よって、筐体の寸法自体を削減する効果が期待できる。
（３）更に、各電動の補機を、筐体の内部スペースの前半部に集約して配置してあることから、該各電動の補機についてのメンテナンス作業を、上記筐体の前面側から行うことが可能になる。よって、筐体の左右両側と背面側には、作業者が入るスペースを確保しなくてもよいため、設置スペースの削減化を図る効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００１９】
図１（イ）（ロ）（ハ）は本発明の燃料電池発電装置の実施の一形態を示すもので、以下のようにしてある。
【００２０】
すなわち、図４（イ）（ロ）（ハ）に示したと同様に、電動の補機として、原料ポンプ１０、改質水ポンプ１５、ＳＯＸエアポンプ２０、カソード空気ブロワ２２、スタック冷却水ポンプ２８、燃焼空気ブロワ３２、温水ポンプ３７、ＬＴＳ冷却水ポンプ３８、燃料ポンプ３９を備えてなる燃料電池発電装置において、筐体３４の内部スペースの前半部に、上記各電動の補機１０，１５，２０，２２，２８，３２，３７，３８，３９を集約して配置する。更に、上記筐体３４の内部スペースの左右方向の一端部、たとえば、右端部に電気盤４０を設けると共に、上記該筐体３４の内部スペースにおける前端部に、上記電気盤４０の上下方向中間高さ位置より左右方向の他端側へ、すなわち、左側へ延びる電気配線用の主配線経路４２を設け、該主配線経路４２を通して上記各電動の補機１０，１５，２０，２２，２８，３２，３７，３８，３９の左右方向の配置に応じた位置まで導いた電気配線４１を、該主配線経路４２より分岐させるようにして上下方向、又は、前後方向に沿わせて配線するか、あるいは、配線接続対象となる機器の設置高さ位置まで上下方向に導いてから前後方向に配線した状態で、上記個々の補機１０，１５，２０，２２，２８，３２，３７，３８，３９に接続した構成とする。
【００２１】
以上の構成としてある本発明の燃料電池発電装置によれば、該燃料電池発電装置に装備されている電動の補機である上記原料ポンプ１０、改質水ポンプ１５、ＳＯＸエアポンプ２０、カソード空気ブロワ２２、スタック冷却水ポンプ２８、燃焼空気ブロワ３２、温水ポンプ３７、ＬＴＳ冷却水ポンプ３８、燃料ポンプ３９に、上記電気盤４０より主配線経路４２を通して途中までまとめて配置した電気配線４１を、該主配線経路４２より適宜分岐させてから、上記各補機１０，１５，２０，２２，２８，３２，３７，３８，３９の配置に応じて上下方向に配置したり、前後方向に配置したり、あるいは、機器設置高さ位置まで上下方向に導いてから前後方向に配置するようにして、該各補機１０，１５，２０，２２，２８，３２，３７，３８，３９に接続してあるため、筐体３４の内部スペースの前端寄りに各電気配線４１をまとめた状態で、しかも整然と配線することができることから、該各電気配線４１の配線作業に要する手間と時間を削減できて、配線作業を容易なものとすることができる。
【００２２】
更に、上記各電動の補機１０，１５，２０，２２，２８，３２，３７，３８，３９を集約して配置することで、該各補機１０，１５，２０，２２，２８，３２，３７，３８，３９の高密度配置が可能になるため、筐体の寸法自体を削減する効果も期待できる。
【００２３】
上記各補機１０，１５，２０，２２，２８，３２，３７，３８，３９を、筐体３４の内部スペースの前半部に集約して配置してあることから、該各電動の補機１０，１５，２０，２２，２８，３２，３７，３８，３９についてそれぞれ定期的に必要とされるメンテナンス作業を、上記筐体３４の前面側からすべて行うことが可能になる。
【００２４】
よって、筐体の四方からメンテナンスを実施する形式の燃料電池発電装置では、該燃料電池発電装置を設置する際、その周りに全周に亘って作業者が入れるだけのスペースを確保しなければならないため、広い設置スペースを確保する必要が生じるのに対し、本発明の燃料電池発電装置では、筐体３４の左右両側と背面側には、作業者が入るスペースを確保しなくてもよいため、設置スペースの削減化を図る効果が期待できる。
【００２５】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、図示した電動の補機のいずれかを省略したり、図示した以外の電動の補機を備えた形式の燃料電池発電装置に適用してもよい。
【００２６】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の燃料電池発電装置の実施の一形態を示すもので、（イ）は筐体内部における電動の補機と電気盤との接続状態を示す概略正面図、（ロ）は筐体内部における電動の補機と電気盤との接続状態を示す概略平面図、（ハ）は（イ）のＡ−Ａ方向矢視図である。
【図２】従来提案されている燃料電池発電装置の一例を示す概要図である。
【図３】従来提案されている燃料電池発電装置の別の例を示す概要図である。
【図４】従来の燃料電池発電装置の筐体内部における電動の補機と電気盤との接続状態を示すもので、（イ）は概略正面図、（ロ）は概略平面図、（ハ）は（イ）のＢ−Ｂ方向矢視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  固体高分子型燃料電池（燃料電池）
２  カソード
３  アノード
１０  原料ポンプ（電動の補機）
１１  原料
１５  改質水ポンプ（電動の補機）
１９  改質ガス
２０  ＳＯＸエアポンプ（電動の補機）
２１  空気
２２  カソード空気ブロワ（電動の補機）
２８  スタック冷却水ポンプ（電動の補機）
３２  燃焼空気ブロワ（電動の補機）
３４  筐体
３７  温水ポンプ（電動の補機）
３８  ＬＴＳ冷却水ポンプ（電動の補機）
３９  燃料ポンプ（電動の補機）
４０  電気盤
４１  電気配線
４２  主配線経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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