JP2014175081A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the installation stability by shortening the dimension in the height direction in a superb way while achieving good ventilation treatment in a simple and economical structure.SOLUTION: A housing 24 constituting a fuel cell system 10 is divided into a module section 110 in which a fuel cell module 12 is disposed, a first fluid supply section 112 in which a fuel gas supply device 14 is disposed, a second fluid supply section 114 in which an oxidant gas supply device 16 and a water supply device 18 are disposed, and an electrical part 116 in which a power converter 20 and a control apparatus 22 are disposed. Inside the housing 24, a first ventilation flow passage 132 that is connected from an air introduction port 126 to the electrical part 116, the upper part of the module section 110, the first fluid supply section 112 and an air exhaust port 128, and a second ventilation flow passage 134 that is connected from the air introduction port 126 to the electrical part 116, an air flow port 124 and the second fluid supply section 114 are formed.

Description

本発明は、燃料電池モジュール、燃料ガス供給装置、酸化剤ガス供給装置、水供給装置、電力変換装置及び制御装置が筐体に収容される燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system in which a fuel cell module, a fuel gas supply device, an oxidant gas supply device, a water supply device, a power conversion device, and a control device are housed in a casing.

通常、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、固体電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いている。固体電解質の両側にアノード電極及びカソード電極を配設した電解質・電極接合体（ＭＥＡ）を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。この燃料電池は、通常、電解質・電極接合体とセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。   Usually, a solid oxide fuel cell (SOFC) uses an oxide ion conductor, for example, stabilized zirconia, as a solid electrolyte. An electrolyte / electrode assembly (MEA) in which an anode electrode and a cathode electrode are disposed on both sides of a solid electrolyte is sandwiched between separators (bipolar plates). This fuel cell is normally used as a fuel cell stack in which a predetermined number of electrolyte / electrode assemblies and separators are laminated.

燃料電池スタックは、酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給する前に加熱する熱交換器、炭化水素を主体とする原燃料（燃料ガス）と水蒸気との混合燃料を生成するために、水を蒸発させる蒸発器、及び前記混合燃料を改質して改質ガスを生成する改質器を備える燃料電池モジュールとして構成されている。   The fuel cell stack is a heat exchanger that heats the oxidant gas before supplying it to the fuel cell stack, and in order to produce a fuel mixture of raw fuel (fuel gas) mainly composed of hydrocarbons and water vapor, The fuel cell module includes an evaporator that evaporates, and a reformer that reforms the mixed fuel to generate a reformed gas.

上記の燃料電池モジュールと、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置及び水を供給する水供給装置である流体供給部と、前記燃料電池モジュールの発電を制御するＥＣＵ（制御装置）、及び発電した電力の要求仕様電力への変換を担うインバータ（電力変換装置）を備える電装部とは、筐体内に収容されて燃料電池システムを構成している。   The fuel cell module described above, a fuel gas supply device that supplies fuel gas, an oxidant gas supply device that supplies oxidant gas, and a fluid supply unit that is a water supply device that supplies water, and power generation of the fuel cell module An ECU (control device) to be controlled and an electrical component having an inverter (power conversion device) responsible for converting the generated power into required specification power are housed in a casing to constitute a fuel cell system.

例えば、特許文献１に開示されている燃料電池発電装置では、図５に示すように、ケース１００１内に、燃料電池１００２と、前記燃料電池１００２に供給される燃料ガスを生成する燃料改質器（図示せず）と、前記燃料改質器に被改質ガスを供給するガス供給装置１００３と、前記燃料改質器に水を供給するための水供給装置１００４と、前記燃料電池１００２で発生した直流電力を交流電力に変換して外部負荷に供給する電力変換装置１００５とが配置されている。   For example, in the fuel cell power generator disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 5, a fuel cell 1002 and a fuel reformer that generates fuel gas supplied to the fuel cell 1002 in a case 1001. (Not shown), a gas supply device 1003 for supplying a reformed gas to the fuel reformer, a water supply device 1004 for supplying water to the fuel reformer, and the fuel cell 1002 A power conversion device 1005 that converts the direct current power into alternating current power and supplies it to an external load is disposed.

ケース１００１の上部には、燃料電池１００２と燃料改質器とが配置されるとともに、前記ケース１００１の下部には、電力変換装置１００５、水供給装置１００４及びガス供給装置１００３が、前記電力変換装置１００５と前記水供給装置１００４との間に前記ガス供給装置１００３が位置するように配置されている。   A fuel cell 1002 and a fuel reformer are disposed in the upper part of the case 1001, and a power conversion device 1005, a water supply device 1004, and a gas supply device 1003 are disposed in the lower part of the case 1001. The gas supply device 1003 is arranged between the water supply device 1004 and the water supply device 1004.

また、特許文献２に開示されている燃料電池装置では、図６に示すように、外装ケース１０１１内に設けられた仕切部材１０１２により、燃料電池モジュール１０１３が収納されたモジュール収納室１０１４と、原燃料ガス供給装置１０１５が収納された補機収納室１０１６とに区画されている。   Further, in the fuel cell device disclosed in Patent Document 2, as shown in FIG. 6, a module housing chamber 1014 in which the fuel cell module 1013 is housed by a partition member 1012 provided in the outer case 1011, and an original It is partitioned into an auxiliary equipment storage chamber 1016 in which a fuel gas supply device 1015 is stored.

外装ケース１０１１の側壁には、モジュール収納室１０１４の空気を排気するための排気口１０１７が設けられており、前記モジュール収納室１０１４と前記排気口１０１７とは、排気流路１０１８により接続されている。そして、仕切部材１０１２には、補機収納室１０１６の空気をモジュール収納室１０１４に供給するための空気流通部１０１９が形成されている。   The side wall of the exterior case 1011 is provided with an exhaust port 1017 for exhausting air from the module storage chamber 1014, and the module storage chamber 1014 and the exhaust port 1017 are connected by an exhaust passage 1018. . The partition member 1012 is formed with an air circulation portion 1019 for supplying the air in the auxiliary machine storage chamber 1016 to the module storage chamber 1014.

さらに、特許文献３に開示されている燃料電池システムでは、図７に示すように、パッケージ１０２１と、燃料ガスと酸化剤ガスから電力を発生する燃料電池１０２２と、電源回路１０２３とを備えている。パッケージ１０２１は、隔壁１０２４を介して電源回路１０２３が設けられた第１室１０２５と、燃料電池１０２２が設けられた第２室１０２６とに分離されている。   Furthermore, as shown in FIG. 7, the fuel cell system disclosed in Patent Document 3 includes a package 1021, a fuel cell 1022 that generates power from fuel gas and oxidant gas, and a power supply circuit 1023. . The package 1021 is separated through a partition wall 1024 into a first chamber 1025 provided with a power supply circuit 1023 and a second chamber 1026 provided with a fuel cell 1022.

第１室１０２５を構成するパッケージ１０２１には、前記第１室１０２５に外気を導入するための第１吸気口１０２７と、前記第１室１０２５のガスを該第１室１０２５の外に排気するための第１排気口１０２８が設けられている。第１室１０２５の第１吸気口１０２７には、前記第１室１０２５内に外気を給気する給気器（ファン）１０２９が設けられている。   The package 1021 constituting the first chamber 1025 has a first air inlet 1027 for introducing outside air into the first chamber 1025 and a gas in the first chamber 1025 to exhaust the outside of the first chamber 1025. The first exhaust port 1028 is provided. A first air inlet 1027 of the first chamber 1025 is provided with an air supply device (fan) 1029 for supplying outside air into the first chamber 1025.

さらにまた、特許文献４に開示されている固体酸化物形燃料電池システムでは、図８に示すように、固体酸化物形燃料電池１０３１と、前記固体酸化物形燃料電池１０３１を内蔵するハウジング１０３２と、前記固体酸化物形燃料電池１０３１からの排ガスとの熱交換により水を加熱して温水を生成するための熱交換器１０３３とを備えている。   Furthermore, in the solid oxide fuel cell system disclosed in Patent Document 4, as shown in FIG. 8, a solid oxide fuel cell 1031 and a housing 1032 containing the solid oxide fuel cell 1031 are provided. And a heat exchanger 1033 for heating the water by heat exchange with the exhaust gas from the solid oxide fuel cell 1031 to generate hot water.

ハウジング１０３２には、熱交換器１０３３より排出される排ガスを外部に排出するための排ガス排出口１０３４と、前記排ガス排出口１０３４より排出された排ガスを偏向させるための偏向手段１０３５とが設けられている。排ガス排出口１０３４より排出された排ガスは、偏向手段１０３５によってハウジング１０３２の外側面に対して斜め方向に排出されている。   The housing 1032 is provided with an exhaust gas discharge port 1034 for discharging the exhaust gas discharged from the heat exchanger 1033 to the outside, and a deflecting means 1035 for deflecting the exhaust gas discharged from the exhaust gas discharge port 1034. Yes. The exhaust gas discharged from the exhaust gas discharge port 1034 is discharged in an oblique direction with respect to the outer surface of the housing 1032 by the deflecting means 1035.

特開２００６−０８６０１７号公報JP 2006-086017 A 特開２００９−２０５８２５号公報JP 2009-205825 A 特開２０１１−１１９０９５号公報JP 2011-119095 特開２０１１−２０４４４６号公報JP 2011-204446 A

上記の特許文献１では、ケース１００１内の換気及び冷却について考慮されていない。このため、比較的低温で使用される機器、例えば、電力変換装置１００５に熱影響が及ぶという問題がある。しかも、ケース１００１の上部には、燃料電池１００２と燃料改質器とが配置されるとともに、前記ケース１００１の下部には、電力変換装置１００５、水供給装置１００４及びガス供給装置１００３が配置されている。従って、ケース１００１は、高さ方向の寸法が長尺化し易く、前記ケース１００１の設置安定性が低下するという問題がある。   In the above-mentioned Patent Document 1, ventilation and cooling in the case 1001 are not considered. For this reason, there is a problem in that heat influence is exerted on equipment used at a relatively low temperature, for example, the power converter 1005. In addition, a fuel cell 1002 and a fuel reformer are disposed in the upper part of the case 1001, and a power converter 1005, a water supply apparatus 1004, and a gas supply apparatus 1003 are disposed in the lower part of the case 1001. Yes. Therefore, the case 1001 has a problem that the dimension in the height direction is easily elongated, and the installation stability of the case 1001 is lowered.

また、上記の特許文献２では、外装ケース１０１１内が、燃料電池モジュール１０１３が収納されたモジュール収納室１０１４と、原燃料ガス供給装置１０１５の他、空気供給用ブロアＢＲ等の各種機器が収納された補機収納室１０１６とに区画されている。これにより、補機収納室１０１６では、燃料ガスの漏れが発生した際に、空気供給用ブロアＢＲが前記燃料ガスを吸引するおそれがある。その上、外装ケース１０１１は、高さ方向の寸法が長尺化し易く、前記外装ケース１０１１の設置安定性が低下するという問題がある。   Further, in Patent Document 2 described above, the exterior case 1011 houses various devices such as a module storage chamber 1014 in which the fuel cell module 1013 is stored, a raw fuel gas supply device 1015, and an air supply blower BR. And an auxiliary equipment storage chamber 1016. Accordingly, in the auxiliary equipment storage chamber 1016, when the fuel gas leaks, the air supply blower BR may suck the fuel gas. In addition, the exterior case 1011 has a problem that the dimension in the height direction is easily elongated, and the installation stability of the exterior case 1011 is lowered.

さらに、上記の特許文献３では、第２室１０２６内において、燃料ガス供給器ＦＳの上方に酸化剤ガス供給器ＯＳが配置されている。このため、燃料ガスの漏れを検知することが困難になるおそれがある。しかも、電源回路１０２３は、パッケージ１０２１の最上部に配置されるため、他の補機からの熱の影響を受け易いという問題がある。さらに、第１室１０２５と第２室１０２６とには、それぞれ専用の換気装置が設けられており、構成が複雑化するとともに、経済的ではないという問題がある。   Further, in Patent Document 3 described above, the oxidant gas supply device OS is disposed in the second chamber 1026 above the fuel gas supply device FS. For this reason, it may be difficult to detect leakage of the fuel gas. In addition, since the power supply circuit 1023 is disposed at the top of the package 1021, there is a problem that it is easily affected by heat from other auxiliary machines. Furthermore, the first chamber 1025 and the second chamber 1026 are each provided with a dedicated ventilation device, which complicates the configuration and is not economical.

さらにまた、上記の特許文献４では、ハウジング１０３２の上部側に、固体酸化物形燃料電池１０３１、改質器及び空気余熱器を含む燃料電池モジュールが配置されるとともに、前記ハウジング１０３２の下部側には、熱交換器１０３３及びインバータ１０３６が配置されている。従って、ハウジング１０３２は、高さ方向の寸法が長尺化し易く、前記ハウジング１０３２の設置安定性が低下するという問題がある。   Furthermore, in the above-mentioned Patent Document 4, a fuel cell module including a solid oxide fuel cell 1031, a reformer and an air regenerator is disposed on the upper side of the housing 1032, and on the lower side of the housing 1032. The heat exchanger 1033 and the inverter 1036 are arranged. Therefore, the housing 1032 has a problem that the dimension in the height direction is easily elongated, and the installation stability of the housing 1032 is lowered.

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な構成で、良好な換気処理が図られるとともに、高さ方向の寸法を良好に短尺化して設置安定性を向上させることが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and with a simple and economical configuration, good ventilation treatment is achieved, and the height dimension is shortened well to improve installation stability. An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of satisfying the requirements.

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池モジュールと、前記燃料電池モジュールに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料電池モジュールに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池モジュールに水を供給する水供給装置と、前記燃料電池モジュールで発生した直流電力を要求仕様電力に変換する電力変換装置と、前記燃料電池モジュールの発電量を制御する制御装置とを筐体に収容する燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell module that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, a fuel gas supply device that supplies the fuel gas to the fuel cell module, and the oxidant gas to the fuel cell module. An oxidant gas supply device to supply, a water supply device to supply water to the fuel cell module, a power converter for converting DC power generated in the fuel cell module into required specification power, and power generation of the fuel cell module The present invention relates to a fuel cell system that houses a control device for controlling the amount in a casing.

筐体は、燃料電池モジュールが配置されるモジュール部と、燃料ガス供給装置が配置される第１流体供給部と、酸化剤ガス供給装置及び水供給装置が配置される第２流体供給部と、電力変換装置及び制御装置が配置される電装部とに区分けされている。そして、第１流体供給部と電装部との間には、モジュール部及び第２流体供給部が介装され、且つ前記モジュール部の下面に前記第２流体供給部が配置されている。   The housing includes a module unit in which the fuel cell module is disposed, a first fluid supply unit in which the fuel gas supply device is disposed, a second fluid supply unit in which the oxidant gas supply device and the water supply device are disposed, The power conversion device and the control device are divided into electrical parts. A module unit and a second fluid supply unit are interposed between the first fluid supply unit and the electrical component unit, and the second fluid supply unit is disposed on the lower surface of the module unit.

電装部と第２流体供給部との間には、電装部内の空気を前記第２流体供給部に導く空気流通口が設けられるとともに、前記電装部は、筐体の外部の空気を前記筐体の内部に導く空気導入口を設ける一方、第１流体供給部は、前記筐体の内部の空気を該筐体の外部に導く空気排出口及び換気ファンを備えている。筐体の内部には、空気導入口から電装部、モジュール部の上方、第１流体供給部及び空気排出口に連なる第１換気流通路と、前記空気導入口から前記電装部、空気流通口及び第２流体供給部に連なる第２換気流通路とが形成されている。   An air circulation port is provided between the electrical component and the second fluid supply unit to guide air in the electrical component to the second fluid supply unit, and the electrical component allows air outside the housing to pass through the housing. The first fluid supply unit includes an air discharge port and a ventilation fan that guides air inside the housing to the outside of the housing. Inside the housing, there are an electrical component from the air inlet, the upper part of the module unit, a first ventilation flow passage connected to the first fluid supply unit and the air outlet, and the electrical component, the air circulation port and the air inlet. A second ventilation flow passage that is continuous with the second fluid supply section is formed.

また、この燃料電池システムでは、第１流体供給部には、燃料ガスの漏れを検知する燃料ガス検知器と、前記燃料ガスの硫黄成分を除去する脱硫器と、燃料ガス供給装置と、燃料電池モジュールから排出される排ガスと貯湯タンクから供給される貯湯水との熱交換を行う貯湯用熱交換器とが配設されることが好ましい。   In the fuel cell system, the first fluid supply unit includes a fuel gas detector that detects leakage of the fuel gas, a desulfurizer that removes a sulfur component of the fuel gas, a fuel gas supply device, and a fuel cell. It is preferable that a hot water storage heat exchanger for exchanging heat between the exhaust gas discharged from the module and the hot water supplied from the hot water storage tank is provided.

このため、燃料ガスに関連する機器類は、同一区画である第１流体供給部に集められており、燃料ガスの漏れを迅速且つ確実に検知することができる。しかも、外部の空気は、第１換気流通路に沿って空気導入口から電装部、モジュール部の上方、第１流体供給部及び空気排出口の順に流通している。従って、第１流体供給部には、暖気が滞留し難くなり、前記第１流体供給部を適温に保持することが可能になる。   For this reason, the devices related to the fuel gas are collected in the first fluid supply section which is the same section, and the leakage of the fuel gas can be detected quickly and reliably. Moreover, the external air flows along the first ventilation flow path from the air inlet to the electrical component, the upper part of the module, the first fluid supply unit, and the air outlet. Therefore, it is difficult for warm air to stay in the first fluid supply unit, and the first fluid supply unit can be maintained at an appropriate temperature.

さらに、この燃料電池システムでは、第２流体供給部には、酸化剤ガス供給装置と、燃料電池モジュールから排出される排ガスから得られる凝縮水を貯留する凝縮水タンクと、前記凝縮水に含まれる不純物を除去するイオン交換装置と、水供給装置とが配設されることが好ましい。これにより、容積や重量の大きな機器類や水回りに関連する機器類は、燃料電池システムの下部に配置されるため、燃料電池システム全体の重心を下げることができる。このため、燃料電池システム全体の設置安定性が良好に向上するとともに、水漏れが発生した際の影響を抑制することが可能になる。   Furthermore, in this fuel cell system, the second fluid supply unit includes the oxidant gas supply device, a condensed water tank that stores condensed water obtained from the exhaust gas discharged from the fuel cell module, and the condensed water. It is preferable that an ion exchange device for removing impurities and a water supply device are provided. As a result, devices having large volumes and weights and devices related to water are disposed at the lower part of the fuel cell system, and therefore the center of gravity of the entire fuel cell system can be lowered. For this reason, it is possible to improve the installation stability of the entire fuel cell system and to suppress the influence when a water leak occurs.

さらにまた、この燃料電池システムでは、電装部は、電力変換装置が制御装置の上方に配置されることが好ましい。従って、電装部では、電力変換装置の熱が最後に除去されるため、制御装置は、高温に曝されることがなく、前記電装部を適温に保持することができる。   Furthermore, in this fuel cell system, it is preferable that the power converter is disposed above the control device in the electrical component section. Therefore, since the heat of the power conversion device is finally removed in the electrical component, the control device is not exposed to a high temperature and can maintain the electrical component at an appropriate temperature.

また、この燃料電池システムでは、換気ファンは、貯湯用熱交換器と空気排出口との間に配置されることが好ましい。これにより、貯湯用熱交換器から放出された熱は、第１流体供給部に滞留し難くなるため、前記第１流体供給部を適温に保持することが可能になる。   In this fuel cell system, the ventilation fan is preferably disposed between the hot water storage heat exchanger and the air discharge port. As a result, the heat released from the hot water storage heat exchanger is less likely to stay in the first fluid supply section, so that the first fluid supply section can be maintained at an appropriate temperature.

さらに、この燃料電池システムでは、モジュール部の上部には、第１流体供給部と電装部とを繋ぐ配線が敷かれる橋架板が設置されることが好ましい。このため、配線は、燃料電池モジュールに接触することがなく、しかも橋架板による放熱が促進されることから、前記配線が高温になることを抑制することができる。   Further, in this fuel cell system, it is preferable that a bridge plate on which a wiring connecting the first fluid supply unit and the electrical component unit is laid is provided above the module unit. For this reason, since the wiring does not come into contact with the fuel cell module and the heat radiation by the bridge plate is promoted, the wiring can be prevented from becoming high temperature.

さらにまた、この燃料電池システムでは、燃料電池モジュールは、固体酸化物形燃料電池モジュール、すなわち、高温型燃料電池であることが好ましく、従って、良好な効果が得られる。   Furthermore, in this fuel cell system, it is preferable that the fuel cell module is a solid oxide fuel cell module, that is, a high-temperature fuel cell, and therefore a good effect can be obtained.

本発明によれば、筐体の内部には、空気導入口から電装部、モジュール部の上方、第１流体供給部及び空気排出口に連なる第１換気流通路が形成されている。このため、筐体の外部の空気は、最も冷却が必要な電装部を冷却した後、前記筐体の内部に滞留する暖気を排出することができる。従って、電装部を確実に冷却するとともに、筐体の内部を適温に保持することが可能になる。   According to the present invention, a first ventilation flow passage is formed inside the housing, which extends from the air inlet to the electrical component, the upper part of the module, the first fluid supply, and the air outlet. For this reason, the air outside the housing can discharge the warm air staying inside the housing after cooling the electrical equipment that needs to be cooled most. Therefore, it is possible to reliably cool the electrical component and to keep the inside of the housing at an appropriate temperature.

しかも、筐体の内部には、空気導入口から電装部、空気流通口及び第２流体供給部に連なる第２換気流通路が形成されている。これにより、筐体の外部の空気は、最も冷却が必要な電装部を冷却した後、酸化剤ガス供給装置に供給されるため、前記筐体の内部に滞留する暖気を排出することができる。その上、燃料ガスの漏れが発生した際に、酸化剤ガス供給装置が前記燃料ガスを吸引することを確実に抑制することが可能になる。   In addition, a second ventilation flow passage is formed in the housing, which is continuous from the air introduction port to the electrical unit, the air circulation port, and the second fluid supply unit. As a result, the air outside the housing is supplied to the oxidant gas supply device after cooling the electrical parts that need to be cooled most, so that warm air staying inside the housing can be discharged. In addition, when the fuel gas leaks, the oxidant gas supply device can be reliably prevented from sucking the fuel gas.

また、本発明によれば、筐体内は、燃料電池モジュールが配置されるモジュール部と、燃料ガス供給装置が配置される第１流体供給部と、酸化剤ガス供給装置及び水供給装置が配置される第２流体供給部と、電力変換装置及び制御装置が配置される電装部とに区分けされている。このため、筐体内は、作動温度毎及び機能毎に区分けされており、熱や流体の拡散を最小化するとともに、機能上、最適な配置が遂行可能になる。   Further, according to the present invention, a module unit in which the fuel cell module is arranged, a first fluid supply unit in which the fuel gas supply device is arranged, an oxidant gas supply device, and a water supply device are arranged in the housing. The second fluid supply unit and the electrical unit in which the power conversion device and the control device are arranged are divided. For this reason, the inside of the housing is divided for each operating temperature and each function, so that the diffusion of heat and fluid is minimized, and an optimal arrangement in terms of function can be performed.

さらに、筐体内は、燃料ガス供給装置が配置される第１流体供給部と、酸化剤ガス供給装置が配置される第２流体供給部とに、区分けされている。従って、燃料ガス供給装置から燃料ガスの漏れが発生しても、この燃料ガスを酸化剤ガス供給装置により吸入することを阻止することができる。   Further, the inside of the housing is divided into a first fluid supply unit in which the fuel gas supply device is arranged and a second fluid supply unit in which the oxidant gas supply device is arranged. Therefore, even if the fuel gas leaks from the fuel gas supply device, the fuel gas can be prevented from being sucked by the oxidant gas supply device.

さらにまた、モジュール部の一方の側面には、第１流体供給部が配置されている。これにより、第１流体供給部は、筐体の外壁部を構成しており、前記第１流体供給部の冷却が促進されて高温化し難くなっている。同様に、モジュール部の他方の側面には、電装部が配置されている。従って、電装部は、筐体の外壁部を構成しており、前記電装部の冷却が促進されて高温化し難くなっている。   Furthermore, a first fluid supply unit is disposed on one side surface of the module unit. Thereby, the 1st fluid supply part constitutes the outer wall part of a case, and cooling of the 1st fluid supply part is promoted, and it is difficult to raise in temperature. Similarly, an electrical component is disposed on the other side surface of the module unit. Therefore, the electrical component constitutes the outer wall of the housing, and cooling of the electrical component is promoted and it is difficult to increase the temperature.

また、モジュール部の下面には、第２流体供給部が配置されている。このため、第２流体供給部は、筐体の下壁部を構成しており、前記第２流体供給部の冷却が促進されて高温化し難くなっている。   A second fluid supply unit is disposed on the lower surface of the module unit. For this reason, the 2nd fluid supply part comprises the lower wall part of a case, and cooling of the 2nd fluid supply part is promoted, and it is difficult to raise in temperature.

これにより、比較的低温で使用される機器、例えば、ポンプ類を含む第１流体供給部及び第２流体供給部や制御装置を含む電装部は、熱影響が及ぶことを可及的に阻止され、良好な機能を確実に維持して作動することが可能になる。   As a result, the devices used at a relatively low temperature, for example, the first fluid supply unit including the pumps and the electrical component including the second fluid supply unit and the control device are prevented from being affected by heat as much as possible. Thus, it is possible to operate while reliably maintaining a good function.

その際、第２流体供給部が筐体の下壁部を構成しており、特に容積及び重量の大きな酸化剤ガス供給装置は、燃料電池システムの下部に配置されている。従って、燃料電池システム全体の重心を下げることができ、前記燃料電池システム全体の設置安定性が良好に向上する。   At that time, the second fluid supply part constitutes the lower wall part of the casing, and the oxidant gas supply device having a particularly large volume and weight is disposed at the lower part of the fuel cell system. Therefore, the center of gravity of the entire fuel cell system can be lowered, and the installation stability of the entire fuel cell system can be improved satisfactorily.

さらに、第１流体供給部と電装部との間には、モジュール部が介装されている。このため、筐体は、第１流体供給部、モジュール部及び電装部の配列方向である横幅方向に長尺化する一方、この横幅方向に交差する奥行き方向の寸法及び高さ方向の寸法が有効に短尺化され、前記筐体の設置性が大幅に向上する。   Furthermore, a module unit is interposed between the first fluid supply unit and the electrical unit. For this reason, the casing is elongated in the width direction, which is the arrangement direction of the first fluid supply section, the module section, and the electrical equipment section, while the dimensions in the depth direction and the height direction intersecting the width direction are effective. The installation length of the casing is greatly improved.

しかも、第１流体供給部、モジュール部及び電装部は、横並びに配置されるため、正面から各部位への保守やメンテナンスが可能になり、メンテナンス性の向上が容易に図られる。   In addition, since the first fluid supply unit, the module unit, and the electrical unit are arranged side by side, maintenance and maintenance from the front to each part can be performed, and improvement in maintenance is facilitated.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成説明図である。1 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 前記燃料電池システムの一方の側部側からの概略斜視説明図である。FIG. 2 is a schematic perspective explanatory view from one side of the fuel cell system. 前記燃料電池システムの他方の側部側からの概略斜視説明図である。It is a schematic perspective view from the other side part side of the fuel cell system. 前記燃料電池システムの概略正面説明図である。It is a schematic front explanatory view of the fuel cell system. 特許文献１の燃料電池発電装置の概略斜視説明図である。FIG. 3 is a schematic perspective explanatory view of a fuel cell power generator of Patent Document 1. 特許文献２の燃料電池装置の概略正面説明図である。It is a schematic front explanatory drawing of the fuel cell device of patent document 2. 特許文献３の燃料電池システムの概略正面説明図である。It is a schematic front explanatory drawing of the fuel cell system of patent document 3. 特許文献４の固体酸化物形燃料電池システムの概略正面説明図である。1 is a schematic front explanatory view of a solid oxide fuel cell system of Patent Document 4. FIG.

図１に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１０は、定置用として使用されるが、その他、車載用等の種々の用途にも用いられている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 10 according to the embodiment of the present invention is used for stationary use, but is also used for various applications such as in-vehicle use.

燃料電池システム１０は、燃料ガス（例えば、水素ガスにメタン、一酸化炭素が混合した気体）と酸化剤ガス（空気）との電気化学反応により発電する燃料電池モジュール（ＳＯＦＣモジュール）１２と、前記燃料電池モジュール１２に炭化水素を主体とする原燃料（例えば、都市ガス）である前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１４と、前記燃料電池モジュール１２に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１６と、前記燃料電池モジュール１２に水を供給する水供給装置１８と、前記燃料電池モジュール１２で発生した直流電力を要求仕様電力に変換する電力変換装置２０と、前記燃料電池モジュール１２の発電量を制御する制御装置２２とを備え、これらが単一の筐体２４に収容される（図２〜図４参照）。   The fuel cell system 10 includes a fuel cell module (SOFC module) 12 that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas (for example, a gas in which hydrogen gas is mixed with methane and carbon monoxide) and an oxidant gas (air). A fuel gas supply device 14 for supplying the fuel gas, which is a raw fuel (for example, city gas) mainly composed of hydrocarbons, to the fuel cell module 12; A supply device 16, a water supply device 18 that supplies water to the fuel cell module 12, a power conversion device 20 that converts DC power generated in the fuel cell module 12 into required specification power, and the fuel cell module 12. And a control device 22 that controls the amount of power generation, and these are accommodated in a single casing 24 (see FIGS. 2 to 4).

燃料電池モジュール１２は、図１に示すように、複数の固体酸化物形の燃料電池２６が鉛直方向（又は水平方向）に積層される固体酸化物形の燃料電池スタック２８を備える。燃料電池２６は、図示しないが、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される固体電解質（固体酸化物）をアノード電極とカソード電極とで挟んで構成される電解質・電極接合体（ＭＥＡ）３０とセパレータ３２とを積層して構成される。   As shown in FIG. 1, the fuel cell module 12 includes a solid oxide fuel cell stack 28 in which a plurality of solid oxide fuel cells 26 are stacked in the vertical direction (or horizontal direction). Although not shown, the fuel cell 26 is, for example, an electrolyte / electrode assembly configured by sandwiching a solid electrolyte (solid oxide) composed of an oxide ion conductor such as stabilized zirconia between an anode electrode and a cathode electrode. (MEA) 30 and a separator 32 are laminated.

燃料電池モジュール１２は、原燃料と水蒸気との混合ガスを改質して燃料ガス（改質ガス）を生成するとともに、燃料電池スタック２８に前記燃料ガスを供給する改質器３４と、水を蒸発させるとともに、水蒸気を前記改質器３４に供給する蒸発器３６と、燃焼ガスとの熱交換により酸化剤ガスを昇温させるとともに、前記燃料電池スタック２８に前記酸化剤ガスを供給する熱交換器３８と、前記燃料電池スタック２８から排出される前記燃料ガスである燃料排ガスと前記酸化剤ガスである酸化剤排ガスとを燃焼させ、前記燃焼ガスを発生させる排ガス燃焼器４０、前記原燃料と前記酸化剤ガスとを燃焼させて前記燃焼ガスを発生させる起動用燃焼器４２とを備える。   The fuel cell module 12 reforms a mixed gas of raw fuel and steam to generate a fuel gas (reformed gas), a reformer 34 that supplies the fuel gas to the fuel cell stack 28, and water Heat exchange is performed by evaporating and raising the temperature of the oxidant gas by exchanging heat with the evaporator 36 for supplying water vapor to the reformer 34 and the combustion gas, and for supplying the oxidant gas to the fuel cell stack 28. , An exhaust gas combustor 40 for burning the fuel exhaust gas as the fuel gas discharged from the fuel cell stack 28 and the oxidant exhaust gas as the oxidant gas to generate the combustion gas, and the raw fuel A start-up combustor that burns the oxidant gas to generate the combustion gas.

燃料ガス供給装置１４は、都市ガス（１３Ａ）を改質器３４に供給する原燃料通路４４を備える。原燃料通路４４の途上には、一対の調整弁４６ａ、４６ｂが調圧器４８を介装して配置される。原燃料通路４４には、調整弁４６ｂの下流に燃料ポンプ５０が設けられるとともに、前記燃料ポンプ５０の下流には、バッファタンク５２、流量センサ５４及び脱硫器５６が、順次、配設される。原燃料通路４４には、調整弁４６ａと調圧器４８との間に位置して原燃料分岐通路５８が設けられる。この原燃料分岐通路５８は、起動用燃焼器４２に接続されるとともに、途上に調整弁４６ｃが配設される。   The fuel gas supply device 14 includes a raw fuel passage 44 that supplies city gas (13A) to the reformer 34. In the middle of the raw fuel passage 44, a pair of regulating valves 46 a and 46 b are arranged with a pressure regulator 48 interposed. In the raw fuel passage 44, a fuel pump 50 is provided downstream of the regulating valve 46b, and a buffer tank 52, a flow sensor 54, and a desulfurizer 56 are sequentially arranged downstream of the fuel pump 50. In the raw fuel passage 44, a raw fuel branch passage 58 is provided between the regulating valve 46a and the pressure regulator 48. The raw fuel branch passage 58 is connected to the start-up combustor 42, and a regulating valve 46c is disposed on the way.

酸化剤ガス供給装置１６は、空気供給管６０を備える。空気供給管６０には、上流から下流に向かって、集塵フィルタ６２、流量センサ６４及び空気ポンプ６６が配置される。空気供給管６０は、熱交換器３８に接続される。空気供給管６０から空気分岐通路６８が分岐し、前記空気分岐通路６８は、バーナ用ブロア７０を配設して起動用燃焼器４２に接される。起動用燃焼器４２は、例えば、バーナを備えており、上記のように、原燃料及び空気が供給される。   The oxidant gas supply device 16 includes an air supply pipe 60. A dust collection filter 62, a flow sensor 64, and an air pump 66 are disposed in the air supply pipe 60 from upstream to downstream. The air supply pipe 60 is connected to the heat exchanger 38. An air branch passage 68 branches from the air supply pipe 60, and the air branch passage 68 is provided with a burner blower 70 and is in contact with the start-up combustor 42. The start-up combustor 42 includes, for example, a burner, and is supplied with raw fuel and air as described above.

水供給装置１８は、凝縮水タンク７２を備える。凝縮水タンク７２には、水位センサ７４が設けられるとともに、前記凝縮水タンク７２の下部には、水通路７６が連通する。水通路７６は、蒸発器３６に接続され、その途上には、上流から下流に向かって、イオン交換装置７８、純水ポンプ８０及び流量センサ８２が配設される。凝縮水タンク７２には、貯湯用熱交換器８４が排水通路８６を介して接続される。   The water supply device 18 includes a condensed water tank 72. A water level sensor 74 is provided in the condensed water tank 72, and a water passage 76 communicates with the lower part of the condensed water tank 72. The water passage 76 is connected to the evaporator 36, and an ion exchange device 78, a pure water pump 80, and a flow rate sensor 82 are disposed on the way from the upstream toward the downstream. A hot water storage heat exchanger 84 is connected to the condensed water tank 72 via a drainage passage 86.

貯湯用熱交換器８４は、排気管８８を介して熱交換器３８に接続される。熱交換器３８は、燃料電池スタック２８から排出される使用済み反応ガス（以下、排ガス又は燃焼排ガスともいう）と、被加熱流体である空気とを、互いに対向流に流して熱交換を行う。熱交換後の排ガスは、排気管８８に排出される一方、熱交換後の空気は、酸化剤ガスとして燃料電池スタック２８に供給される。   The hot water storage heat exchanger 84 is connected to the heat exchanger 38 via an exhaust pipe 88. The heat exchanger 38 performs heat exchange by flowing spent reaction gas (hereinafter also referred to as exhaust gas or combustion exhaust gas) discharged from the fuel cell stack 28 and air that is a fluid to be heated in opposite directions. The exhaust gas after the heat exchange is discharged to the exhaust pipe 88, and the air after the heat exchange is supplied to the fuel cell stack 28 as an oxidant gas.

貯湯用熱交換器８４には、給湯装置９０の貯湯タンク（給湯タンク）９１から導出された給湯管９２に接続される。給湯管９２には、給湯ポンプ９６が配設され、貯湯用熱交換器８４に低温の水を供給する。貯湯用熱交換器８４では、供給される水と排ガスとを熱交換させ、昇温された温水を温水供給管９２ａから貯湯タンク９１に戻す。凝縮水タンク７２には、定格排気管（定格時に大気開放する配管）１００とドレイン管１０２とが接続される。   The hot water storage heat exchanger 84 is connected to a hot water supply pipe 92 led out from a hot water storage tank (hot water supply tank) 91 of the hot water supply device 90. A hot water supply pump 96 is disposed in the hot water supply pipe 92 and supplies low temperature water to the hot water storage heat exchanger 84. The hot water storage heat exchanger 84 exchanges heat between the supplied water and the exhaust gas, and returns the heated hot water to the hot water storage tank 91 from the hot water supply pipe 92a. The condensed water tank 72 is connected to a rated exhaust pipe (pipe that opens to the atmosphere when rated) and a drain pipe 102.

図２及び図３に示すように、筐体２４は、矩形状を有する。図４に示すように、筐体２４は、燃料電池モジュール１２が配置されるモジュール部１１０と、燃料ガス供給装置１４が配置される第１流体供給部１１２と、酸化剤ガス供給装置１６及び水供給装置１８が配置される第２流体供給部１１４と、電力変換装置２０及び制御装置２２が配置される電装部１１６と、に区分けされる。   As shown in FIGS. 2 and 3, the housing 24 has a rectangular shape. As shown in FIG. 4, the housing 24 includes a module unit 110 in which the fuel cell module 12 is disposed, a first fluid supply unit 112 in which the fuel gas supply device 14 is disposed, an oxidant gas supply device 16, and water. It is divided into a second fluid supply unit 114 in which the supply device 18 is disposed and an electrical component unit 116 in which the power conversion device 20 and the control device 22 are disposed.

モジュール部１１０、第１流体供給部１１２、第２流体供給部１１４及び電装部１１６の区分けは、それぞれ仕切り部材により互いに遮断してもよく、又は、見かけ上、空間的に４つの領域に振り分けてもよい。本実施形態では、筐体２４内には、電装部１１６を仕切って鉛直方向に延在する縦仕切り板１１８が設けられる。縦仕切り板１１８の下部側には、断面Ｌ字状の基台部１２０が設けられるとともに、第１流体供給部１１２側には、短尺な縦仕切り板１２２が設けられる。   The division of the module unit 110, the first fluid supply unit 112, the second fluid supply unit 114, and the electrical component unit 116 may be separated from each other by a partition member, or apparently divided into four regions spatially. Also good. In the present embodiment, a vertical partition plate 118 that extends in the vertical direction by partitioning the electrical component 116 is provided in the housing 24. A base 120 having an L-shaped cross section is provided on the lower side of the vertical partition plate 118, and a short vertical partition plate 122 is provided on the first fluid supply unit 112 side.

第１流体供給部１１２と電装部１１６との間には、モジュール部１１０及び第２流体供給部１１４が介装され、且つ前記モジュール部１１０の下面に前記第２流体供給部１１４が配置される。電装部１１６と第２流体供給部１１４との間には、すなわち、縦仕切り板１１８には、前記電装部１１６内の空気を前記第２流体供給部１１４に導く空気流通口１２４が設けられる。電装部１１６は、筐体２４の外部の空気を前記筐体２４の内部に導く空気導入口１２６を備える。空気導入口１２６は、筐体２４の側面に形成される。第１流体供給部１１２は、筐体２４の内部の空気を前記筐体２４の外部に導く空気排出口１２８及び換気ファン１３０を備える。空気排出口１２８は、筐体２４の側面に形成される。   A module unit 110 and a second fluid supply unit 114 are interposed between the first fluid supply unit 112 and the electrical component unit 116, and the second fluid supply unit 114 is disposed on the lower surface of the module unit 110. . Between the electrical unit 116 and the second fluid supply unit 114, that is, in the vertical partition plate 118, an air circulation port 124 that guides the air in the electrical unit 116 to the second fluid supply unit 114 is provided. The electrical component 116 includes an air inlet 126 that guides air outside the housing 24 to the inside of the housing 24. The air inlet 126 is formed on the side surface of the housing 24. The first fluid supply unit 112 includes an air discharge port 128 and a ventilation fan 130 that guide the air inside the housing 24 to the outside of the housing 24. The air discharge port 128 is formed on the side surface of the housing 24.

筐体２４の内部には、空気導入口１２６から電装部１１６、モジュール部１１０の上方、第１流体供給部１１２及び空気排出口１２８に連なる第１換気流通路１３２と、前記空気導入口１２６から前記電装部１１６、空気流通口１２４及び第２流体供給部１１４に連なる第２換気流通路１３４とが形成される。   Inside the housing 24, from the air inlet 126 to the electrical unit 116, the upper part of the module unit 110, the first fluid supply part 112 and the air outlet 128, the first ventilation flow passage 132, and the air inlet 126 A second ventilation flow passage 134 connected to the electrical component 116, the air circulation port 124, and the second fluid supply unit 114 is formed.

第１流体供給部１１２には、燃料ガスの漏れを検知する燃料ガス検知器１３６と、前記燃料ガスの硫黄成分を除去する脱硫器５６と、燃料ガス供給装置１４と、燃料電池モジュール１２から排出される排ガスと貯湯タンク９１から供給される貯湯水との熱交換を行う貯湯用熱交換器８４と、給湯ポンプ９６と、が配設される。   The first fluid supply unit 112 includes a fuel gas detector 136 that detects leakage of fuel gas, a desulfurizer 56 that removes the sulfur component of the fuel gas, a fuel gas supply device 14, and an exhaust from the fuel cell module 12. A hot water storage heat exchanger 84 that performs heat exchange between the exhaust gas to be stored and hot water supplied from the hot water storage tank 91 and a hot water supply pump 96 are disposed.

第２流体供給部１１４には、酸化剤ガス供給装置１６と、燃料電池モジュール１２から排出される排ガスから得られる凝縮水を貯留する凝縮水タンク７２と、前記凝縮水に含まれる不純物を除去するイオン交換装置７８と、水供給装置１８と、が配設される。   The second fluid supply unit 114 removes impurities contained in the condensed water, the oxidant gas supply device 16, the condensed water tank 72 that stores condensed water obtained from the exhaust gas discharged from the fuel cell module 12, and the condensed water. An ion exchange device 78 and a water supply device 18 are disposed.

電装部１１６は、電力変換装置２０が制御装置２２の上方に配置される。換気ファン１３０は、貯湯用熱交換器８４と空気排出口１２８との間に配置される。モジュール部１１０の上部には、第１流体供給部１１２と電装部１１６とを繋ぐ配線１３８が敷かれる橋架板１４０が設置される。   In the electrical unit 116, the power conversion device 20 is disposed above the control device 22. The ventilation fan 130 is disposed between the hot water storage heat exchanger 84 and the air discharge port 128. A bridge plate 140 on which a wiring 138 that connects the first fluid supply unit 112 and the electrical unit 116 is laid is installed on the upper part of the module unit 110.

このように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell system 10 configured as described above will be described below.

図１に示すように、燃料電池システム１０の起動時には、燃料ガス供給装置１４の駆動作用下に、原燃料通路４４には、例えば、都市ガス（ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8、Ｃ4Ｈ10を含む）等の原燃料が供給される。この原燃料は、原燃料通路４４から原燃料分岐通路５８を通って起動用燃焼器４２に供給される。一方、酸化剤ガス供給装置１６では、バーナ用ブロア７０の駆動作用下に、空気が空気分岐通路６８を通って起動用燃焼器４２に供給される。 As shown in FIG. 1, when the fuel cell system 10 is started, under the driving action of the fuel gas supply device 14, for example, city gas (CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8) is placed in the raw fuel passage 44. , Including C 4 H 10 ). The raw fuel is supplied from the raw fuel passage 44 to the starting combustor 42 through the raw fuel branch passage 58. On the other hand, in the oxidant gas supply device 16, air is supplied to the start-up combustor 42 through the air branch passage 68 under the drive action of the burner blower 70.

このため、起動用燃焼器４２内では、原燃料と空気との混合ガスが供給され、この混合ガスが着火されて燃焼が開始される。従って、熱交換器３８、改質器３４及び蒸発器３６に燃焼ガスが供給されてこれらが加温（昇温）される。   Therefore, in the start-up combustor 42, a mixed gas of raw fuel and air is supplied, and this mixed gas is ignited to start combustion. Accordingly, the combustion gas is supplied to the heat exchanger 38, the reformer 34, and the evaporator 36, and these are heated (heated up).

次いで、燃料ガス供給装置１４では、燃料ポンプ５０が駆動され、原燃料通路４４から脱硫器５６に原燃料が供給される。脱硫器５６で脱硫された原燃料は、改質器３４に供給される。一方、水供給装置１８では、純水ポンプ８０を介して水通路７６に供給される水は、蒸発器３６で蒸発された後、改質器３４に供給される。   Next, in the fuel gas supply device 14, the fuel pump 50 is driven, and the raw fuel is supplied from the raw fuel passage 44 to the desulfurizer 56. The raw fuel desulfurized by the desulfurizer 56 is supplied to the reformer 34. On the other hand, in the water supply device 18, the water supplied to the water passage 76 via the pure water pump 80 is evaporated by the evaporator 36 and then supplied to the reformer 34.

改質器３４では、原燃料と水蒸気との混合燃料が水蒸気改質され、Ｃ2+の炭化水素が除去（改質）されてメタンを主成分とする改質ガス（燃料ガス）が得られる。この改質ガスは、燃料電池スタック２８に供給される。このため、改質ガス中のメタンが改質されて水素ガスが得られ、この水素ガスを主成分とする燃料ガスは、アノード電極（図示せず）に供給される。 In the reformer 34, a mixed fuel of raw fuel and steam is steam reformed, and C 2+ hydrocarbons are removed (reformed) to obtain a reformed gas (fuel gas) mainly composed of methane. . This reformed gas is supplied to the fuel cell stack 28. Therefore, methane in the reformed gas is reformed to obtain hydrogen gas, and the fuel gas containing the hydrogen gas as a main component is supplied to an anode electrode (not shown).

酸化剤ガス供給装置１６では、空気ポンプ６６の作用下に、空気供給管６０に空気が供給され、この空気は、熱交換器３８に供給される。空気は、熱交換器３８に沿って移動する際、後述する排ガスとの間で熱交換が行われ、所望の温度に予め加温されている。熱交換器３８で加温された空気は、燃料電池スタック２８に導入され、図示しないカソード電極に供給される。   In the oxidant gas supply device 16, air is supplied to the air supply pipe 60 under the action of the air pump 66, and this air is supplied to the heat exchanger 38. When the air moves along the heat exchanger 38, heat exchange is performed with exhaust gas described later, and the air is preheated to a desired temperature. The air heated by the heat exchanger 38 is introduced into the fuel cell stack 28 and supplied to a cathode electrode (not shown).

従って、電解質・電極接合体３０では、燃料ガスと空気との電気化学反応により発電が行われる。各電解質・電極接合体３０から排出される高温（数百℃）の排ガスは、熱交換器３８を通って空気と熱交換を行い、この空気を所望の温度に加温して温度低下が惹起される。   Therefore, the electrolyte / electrode assembly 30 generates power by an electrochemical reaction between the fuel gas and air. The exhaust gas of high temperature (several hundred degrees Celsius) discharged from each electrolyte / electrode assembly 30 exchanges heat with air through the heat exchanger 38, and this air is heated to a desired temperature to cause a temperature drop. Is done.

排ガスは、蒸発器３６に供給されて水を蒸発させる。蒸発器３６を通過した排ガスは、排気管８８を介して貯湯用熱交換器８４に送られる。貯湯用熱交換器８４には、給湯装置９０の貯湯タンク９１から低温の水が供給される。給湯装置９０では、給湯ポンプ９６の作用下に、給湯管９２に水が供給され、この水は、貯湯用熱交換器８４に導入されて排ガスと熱交換される。これにより、温水供給管９２ａから貯湯タンク９１には、昇温された温水が戻され、この温水が家庭用温水として利用される。   The exhaust gas is supplied to the evaporator 36 to evaporate water. The exhaust gas that has passed through the evaporator 36 is sent to the hot water storage heat exchanger 84 via the exhaust pipe 88. Low temperature water is supplied from the hot water storage tank 91 of the hot water supply device 90 to the hot water storage heat exchanger 84. In the hot water supply apparatus 90, water is supplied to the hot water supply pipe 92 under the action of the hot water supply pump 96, and this water is introduced into the hot water storage heat exchanger 84 to exchange heat with the exhaust gas. As a result, the heated hot water is returned from the hot water supply pipe 92a to the hot water storage tank 91, and this hot water is used as domestic hot water.

この場合、本実施形態では、図４に示すように、筐体２４の内部には、空気導入口１２６から電装部１１６、モジュール部１１０の上方、第１流体供給部１１２及び空気排出口１２８に連なる第１換気流通路１３２が形成されている。このため、換気ファン１３０が駆動されると、筐体２４の外部の空気は、最も冷却が必要な電装部１１６を冷却した後、前記筐体２４の内部に滞留する暖気を空気排出口１２８から該筐体２４の外部に排出することができる。従って、電装部１１６を確実に冷却するとともに、筐体２４の内部を適温に保持することが可能になる。   In this case, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the interior of the housing 24 is connected from the air introduction port 126 to the electrical component 116, the module unit 110, the first fluid supply unit 112, and the air discharge port 128. A continuous first ventilation flow path 132 is formed. For this reason, when the ventilation fan 130 is driven, the air outside the casing 24 cools the electrical component 116 that needs the most cooling, and then the warm air staying inside the casing 24 is discharged from the air outlet 128. It can be discharged outside the housing 24. Therefore, it is possible to reliably cool the electrical unit 116 and keep the inside of the housing 24 at an appropriate temperature.

しかも、筐体２４の内部には、空気流通口１２４及び第２流体供給部１１４に連なる第２換気流通路１３４が形成されている。これにより、筐体２４の外部の空気は、最も冷却が必要な電装部１１６を冷却した後、空気ポンプ６６の駆動作用下に酸化剤ガス供給装置１６に供給されるため、前記筐体２４の内部に滞留する暖気を排出することができる。その上、燃料ガスの漏れが発生した際に、酸化剤ガス供給装置１６が前記燃料ガスを吸引することを確実に抑制することが可能になるという効果が得られる。   Moreover, a second ventilation flow passage 134 that is continuous with the air circulation port 124 and the second fluid supply unit 114 is formed inside the housing 24. As a result, the air outside the casing 24 is supplied to the oxidant gas supply device 16 under the driving action of the air pump 66 after cooling the electrical component 116 that requires the most cooling. Warm air staying inside can be discharged. In addition, it is possible to reliably suppress the oxidant gas supply device 16 from sucking the fuel gas when the fuel gas leaks.

また、図２〜図４に示すように、筐体２４内は、燃料電池モジュール１２が配置されるモジュール部１１０と、燃料ガス供給装置１４が配置される第１流体供給部１１２と、酸化剤ガス供給装置１６及び水供給装置１８が配置される第２流体供給部１１４と、電力変換装置２０及び制御装置２２が配置される電装部１１６と、に区分けされている。このため、筐体２４内は、作動温度毎及び機能毎に区分けされており、熱や流体の拡散を最小化するとともに、機能上、最適な配置が遂行可能になる。   As shown in FIGS. 2 to 4, the housing 24 includes a module unit 110 in which the fuel cell module 12 is disposed, a first fluid supply unit 112 in which the fuel gas supply device 14 is disposed, and an oxidant. The gas supply device 16 and the water supply device 18 are divided into a second fluid supply unit 114 and an electric component unit 116 in which the power conversion device 20 and the control device 22 are arranged. For this reason, the inside of the housing | casing 24 is divided for every operating temperature and every function, While spreading | diffusion of a heat | fever and a fluid is minimized, optimal arrangement | positioning functionally can be performed.

さらに、筐体２４内は、燃料ガス供給装置１４が配置される第１流体供給部１１２と、酸化剤ガス供給装置１６が配置される第２流体供給部１１４とに、区分けされている。従って、燃料ガス供給装置１４から燃料ガスの漏れが発生しても、この燃料ガスを酸化剤ガス供給装置１６により吸入することを阻止することができる。   Further, the inside of the housing 24 is divided into a first fluid supply unit 112 in which the fuel gas supply device 14 is arranged and a second fluid supply unit 114 in which the oxidant gas supply device 16 is arranged. Therefore, even if the fuel gas leaks from the fuel gas supply device 14, the fuel gas can be prevented from being sucked by the oxidant gas supply device 16.

さらにまた、モジュール部１１０の一方の側面には、第１流体供給部１１２が配置されている。これにより、第１流体供給部１１２は、筐体２４の外壁部を構成しており、前記第１流体供給部１１２の冷却が促進されて高温化し難くなっている。同様に、モジュール部１１０の他方の側面には、電装部１１６が配置されている。従って、電装部１１６は、筐体２４の外壁部を構成しており、前記電装部１１６の冷却が促進されて高温化し難くなっている。   Furthermore, the first fluid supply unit 112 is disposed on one side surface of the module unit 110. Thereby, the 1st fluid supply part 112 constitutes the outer wall part of case 24, cooling of the 1st fluid supply part 112 is promoted, and it is difficult to raise in temperature. Similarly, an electrical component 116 is disposed on the other side surface of the module unit 110. Therefore, the electrical component part 116 constitutes the outer wall part of the housing 24, and cooling of the electrical component part 116 is promoted so that it is difficult to increase the temperature.

また、モジュール部１１０の下面には、第２流体供給部１１４が配置されている。このため、第２流体供給部１１４は、筐体２４の下壁部を構成しており、前記第２流体供給部１１４の冷却が促進されて高温化し難くなっている。   A second fluid supply unit 114 is disposed on the lower surface of the module unit 110. For this reason, the second fluid supply unit 114 constitutes the lower wall portion of the casing 24, and cooling of the second fluid supply unit 114 is promoted and it is difficult to increase the temperature.

これにより、比較的低温で使用される機器、例えば、ポンプ類（燃料ポンプ５０や空気ポンプ６６）を含む第１流体供給部１１２及び第２流体供給部１１４や制御装置２２を含む電装部１１６は、熱影響が及ぶことを可及的に阻止され、良好な機能を確実に維持して作動することが可能になる。   As a result, equipment used at a relatively low temperature, for example, the first fluid supply unit 112 including the pumps (the fuel pump 50 and the air pump 66), the second fluid supply unit 114, and the electrical unit 116 including the control device 22 are provided. Therefore, it is possible to prevent the influence of the heat from being exerted as much as possible and to operate while maintaining a good function.

その際、第２流体供給部１１４が筐体２４の下壁部を構成しており、特に容積及び重量の大きな酸化剤ガス供給装置１６は、燃料電池システム１０の下部に配置されている。従って、燃料電池システム１０全体の重心を下げることができ、前記燃料電池システム１０全体の設置安定性が良好に向上する。   At this time, the second fluid supply unit 114 constitutes the lower wall portion of the casing 24, and the oxidant gas supply device 16 having a particularly large volume and weight is disposed in the lower part of the fuel cell system 10. Therefore, the center of gravity of the entire fuel cell system 10 can be lowered, and the installation stability of the entire fuel cell system 10 is improved satisfactorily.

さらに、第１流体供給部１１２と電装部１１６との間には、モジュール部１１０が介装されている。これにより、筐体２４は、第１流体供給部１１２、モジュール部１１０及び電装部１１６の配列方向である横幅方向に長尺化する一方、この横幅方向に交差する奥行き方向の寸法及び高さ方向の寸法が有効に短尺化され、前記筐体２４の設置性が大幅に向上する。   Further, a module unit 110 is interposed between the first fluid supply unit 112 and the electrical unit 116. As a result, the casing 24 is elongated in the lateral width direction, which is the arrangement direction of the first fluid supply unit 112, the module unit 110, and the electrical component unit 116, while the dimension and the height direction in the depth direction intersecting the lateral width direction. Is effectively shortened, and the installation of the housing 24 is greatly improved.

しかも、第１流体供給部１１２、モジュール部１１０及び電装部１１６が、横並びに配置されるため、正面から各部位への保守やメンテナンスが可能になり、メンテナンス性の向上が容易に図られる。   In addition, since the first fluid supply unit 112, the module unit 110, and the electrical component unit 116 are arranged side by side, maintenance and maintenance from the front to each part can be performed, and the maintainability can be easily improved.

また、第１流体供給部１１２には、燃料ガスの漏れを検知する燃料ガス検知器１３６と、前記燃料ガスの硫黄成分を除去する脱硫器５６と、燃料ガス供給装置１４と、燃料電池モジュール１２から排出される排ガスと貯湯タンク９１から供給される貯湯水との熱交換を行う貯湯用熱交換器８４とが配設されている。   The first fluid supply unit 112 includes a fuel gas detector 136 that detects leakage of fuel gas, a desulfurizer 56 that removes sulfur components of the fuel gas, the fuel gas supply device 14, and the fuel cell module 12. A hot water storage heat exchanger 84 that performs heat exchange between the exhaust gas discharged from the hot water and the hot water supplied from the hot water storage tank 91 is disposed.

このため、燃料ガスに関連する機器類は、同一区画である第１流体供給部１１２に集められており、燃料ガスの漏れを迅速且つ確実に検知することができる。しかも、外部の空気は、第１換気流通路１３２に沿って空気導入口１２６から電装部１１６、モジュール部１１０の上方、第１流体供給部１１２及び空気排出口１２８の順に流通している。従って、第１流体供給部１１２には、暖気が滞留し難くなり、前記第１流体供給部１１２を適温に保持することが可能になる。   For this reason, the devices related to the fuel gas are collected in the first fluid supply unit 112 in the same section, and the leakage of the fuel gas can be detected quickly and reliably. Moreover, external air flows along the first ventilation flow path 132 from the air inlet 126 to the electrical component 116, the module unit 110, the first fluid supply unit 112, and the air discharge port 128 in this order. Accordingly, it is difficult for warm air to stay in the first fluid supply unit 112, and the first fluid supply unit 112 can be maintained at an appropriate temperature.

さらに、第２流体供給部１１４には、酸化剤ガス供給装置１６と、燃料電池モジュール１２から排出される排ガスから得られる凝縮水を貯留する凝縮水タンク７２と、前記凝縮水に含まれる不純物を除去するイオン交換装置７８と、水供給装置１８とが配設されている。   Further, the second fluid supply unit 114 contains an oxidant gas supply device 16, a condensed water tank 72 that stores condensed water obtained from the exhaust gas discharged from the fuel cell module 12, and impurities contained in the condensed water. An ion exchange device 78 to be removed and a water supply device 18 are disposed.

これにより、容積や重量の大きな機器類や水回りに関連する機器類は、燃料電池システム１０の下部に配置されるため、前記燃料電池システム１０全体の重心を下げることができる。このため、燃料電池システム１０全体の設置安定性が良好に向上するとともに、水漏れが発生した際の影響を抑制することが可能になる。   As a result, devices having a large volume and weight and devices related to water are arranged in the lower part of the fuel cell system 10, so that the center of gravity of the entire fuel cell system 10 can be lowered. For this reason, it is possible to improve the installation stability of the entire fuel cell system 10 and to suppress the influence when a water leak occurs.

さらにまた、電装部１１６は、電力変換装置２０が制御装置２２の上方に配置されている。従って、電装部１１６では、電力変換装置２０の熱が最後に除去されるため、制御装置２２は、高温に曝されることがなく、前記電装部１１６を適温に保持することができる。   Furthermore, in the electrical component 116, the power conversion device 20 is disposed above the control device 22. Therefore, since the heat of the power conversion device 20 is finally removed in the electrical unit 116, the control device 22 can maintain the electrical unit 116 at an appropriate temperature without being exposed to a high temperature.

また、換気ファン１３０は、貯湯用熱交換器８４と空気排出口１２８との間に配置されている。これにより、貯湯用熱交換器８４から放出された熱は、第１流体供給部１１２に滞留し難くなるため、前記第１流体供給部１１２を適温に保持することが可能になる。   The ventilation fan 130 is disposed between the hot water storage heat exchanger 84 and the air discharge port 128. As a result, the heat released from the hot water storage heat exchanger 84 is less likely to stay in the first fluid supply unit 112, so that the first fluid supply unit 112 can be maintained at an appropriate temperature.

さらに、モジュール部１１０の上部には、第１流体供給部１１２と電装部１１６とを繋ぐ配線１３８が敷かれる橋架板１４０が設置されている。このため、配線１３８は、燃料電池モジュール１２に接触することがなく、しかも橋架板１４０による放熱が促進されることから、前記配線１３８が高温になることを抑制することができる。   Further, on the upper part of the module unit 110, a bridge plate 140 on which a wiring 138 connecting the first fluid supply unit 112 and the electrical component unit 116 is laid is installed. For this reason, since the wiring 138 does not contact the fuel cell module 12 and the heat radiation by the bridge plate 140 is promoted, the wiring 138 can be prevented from becoming high temperature.

さらにまた、燃料電池モジュール１２は、固体酸化物形燃料電池モジュール、すなわち、高温型燃料電池により構成されることにより、良好な効果が得られる。なお、固体酸化物形燃料電池モジュールに代えて、他の高温型燃料電池モジュールや中温型燃料電池モジュールにも好適に用いることができる。例えば、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）及び水素分離膜形燃料電池（ＨＭＦＣ）等が良好に採用可能である。   Furthermore, the fuel cell module 12 is constituted by a solid oxide fuel cell module, that is, a high-temperature fuel cell, whereby a good effect can be obtained. In addition, it can replace with a solid oxide fuel cell module, and can be used suitably also for another high temperature type fuel cell module and a medium temperature type fuel cell module. For example, a molten carbonate fuel cell (MCFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a hydrogen separation membrane fuel cell (HMFC) and the like can be favorably employed.

１０…燃料電池システム １２…燃料電池モジュール
１４…燃料ガス供給装置 １６…酸化剤ガス供給装置
１８…水供給装置 ２０…電力変換装置
２２…制御装置 ２４…筐体
２６…燃料電池 ２８…燃料電池スタック
３４…改質器 ３６…蒸発器
３８…熱交換器 ４０…排ガス燃焼器
４２…起動用燃焼器 ４４…原燃料通路
５０…燃料ポンプ ５６…脱硫器
５８…原燃料分岐通路 ６０…空気供給管
６６…空気ポンプ ６８…空気分岐通路
７０…バーナ用ブロア ７２…凝縮水タンク
７６…水通路 ８０…純水ポンプ
８４…貯湯用熱交換器 ８６…排水通路
８８…排気管 ９０…給湯装置
９１…貯湯タンク ９２…給湯管
９６…給湯ポンプ １１２、１１４…流体供給部
１１６…電装部 １２４…空気流通口
１２６…空気導入口 １２８…空気排出口
１３０…換気ファン １３２、１３４…換気流通路
１３６…燃料ガス検知器 １３８…配線
１４０…橋架板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 12 ... Fuel cell module 14 ... Fuel gas supply device 16 ... Oxidant gas supply device 18 ... Water supply device 20 ... Power converter 22 ... Control device 24 ... Housing 26 ... Fuel cell 28 ... Fuel cell stack 34 ... reformer 36 ... evaporator 38 ... heat exchanger 40 ... exhaust gas combustor 42 ... start-up combustor 44 ... raw fuel passage 50 ... fuel pump 56 ... desulfurizer 58 ... raw fuel branch passage 60 ... air supply pipe 66 ... Air pump 68 ... Air branch passage 70 ... Burner blower 72 ... Condensed water tank 76 ... Water passage 80 ... Pure water pump 84 ... Hot water storage heat exchanger 86 ... Drain passage 88 ... Exhaust pipe 90 ... Hot water supply device 91 ... Hot water storage tank 92 ... Hot-water supply pipe 96 ... Hot-water supply pump 112, 114 ... Fluid supply part 116 ... Electrical equipment part 124 ... Air circulation port 126 ... Air introduction port 128 ... Air exhaust port 130 ... Ventilation fan 132, 134 ... Ventilation flow path 136 ... Fuel gas detector 138 ... Wiring 140 ... Bridge plate

Claims (7)

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池モジュールと、
前記燃料電池モジュールに前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池モジュールに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池モジュールに水を供給する水供給装置と、
前記燃料電池モジュールで発生した直流電力を要求仕様電力に変換する電力変換装置と、
前記燃料電池モジュールの発電量を制御する制御装置と、
を筐体に収容する燃料電池システムであって、
前記筐体は、前記燃料電池モジュールが配置されるモジュール部と、
前記燃料ガス供給装置が配置される第１流体供給部と、
前記酸化剤ガス供給装置及び前記水供給装置が配置される第２流体供給部と、
前記電力変換装置及び前記制御装置が配置される電装部と、
に区分けされ、
前記第１流体供給部と前記電装部との間には、前記モジュール部及び前記第２流体供給部が介装され、且つ前記モジュール部の下面に前記第２流体供給部が配置され、
前記電装部と前記第２流体供給部との間には、前記電装部内の空気を前記第２流体供給部に導く空気流通口が設けられるとともに、
前記電装部は、前記筐体の外部の空気を該筐体の内部に導く空気導入口を設ける一方、
前記第１流体供給部は、前記筐体の内部の空気を該筐体の外部に導く空気排出口及び換気ファンを備え、
前記筐体の内部には、前記空気導入口から前記電装部、前記モジュール部の上方、前記第１流体供給部及び前記空気排出口に連なる第１換気流通路と、
前記空気導入口から前記電装部、前記空気流通口及び前記第２流体供給部に連なる第２換気流通路と、
が形成されることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell module that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas;
A fuel gas supply device for supplying the fuel gas to the fuel cell module;
An oxidant gas supply device for supplying the oxidant gas to the fuel cell module;
A water supply device for supplying water to the fuel cell module;
A power converter for converting direct current power generated in the fuel cell module into required specification power;
A control device for controlling the power generation amount of the fuel cell module;
A fuel cell system for housing
The housing includes a module part in which the fuel cell module is disposed,
A first fluid supply unit in which the fuel gas supply device is disposed;
A second fluid supply unit in which the oxidant gas supply device and the water supply device are disposed;
An electrical component in which the power conversion device and the control device are disposed;
Divided into
Between the first fluid supply part and the electrical component part, the module part and the second fluid supply part are interposed, and the second fluid supply part is disposed on the lower surface of the module part,
Between the electrical component and the second fluid supply unit, an air circulation port that guides air in the electrical component to the second fluid supply unit is provided,
While the electrical part is provided with an air inlet that guides air outside the housing to the inside of the housing,
The first fluid supply unit includes an air outlet and a ventilation fan that guides air inside the housing to the outside of the housing.
In the inside of the housing, a first ventilation flow passage that extends from the air inlet to the electrical part, above the module part, the first fluid supply part, and the air outlet,
A second ventilation flow passage that leads from the air introduction port to the electrical component, the air circulation port, and the second fluid supply unit;
Is formed, a fuel cell system. 請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記第１流体供給部には、前記燃料ガスの漏れを検知する燃料ガス検知器と、
前記燃料ガスの硫黄成分を除去する脱硫器と、
前記燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池モジュールから排出される排ガスと貯湯タンクから供給される貯湯水との熱交換を行う貯湯用熱交換器と、
が配設されることを特徴とする燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the first fluid supply unit includes a fuel gas detector that detects leakage of the fuel gas;
A desulfurizer for removing a sulfur component of the fuel gas;
The fuel gas supply device;
A hot water storage heat exchanger for exchanging heat between exhaust gas discharged from the fuel cell module and hot water supplied from a hot water storage tank;
A fuel cell system comprising: 請求項１又は２記載の燃料電池システムにおいて、前記第２流体供給部には、前記酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池モジュールから排出される排ガスから得られる凝縮水を貯留する凝縮水タンクと、
前記凝縮水に含まれる不純物を除去するイオン交換装置と、
前記水供給装置と、
が配設されることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the second fluid supply unit includes the oxidant gas supply device,
A condensed water tank for storing condensed water obtained from the exhaust gas discharged from the fuel cell module;
An ion exchange device for removing impurities contained in the condensed water;
The water supply device;
A fuel cell system comprising: 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記電装部は、前記電力変換装置が前記制御装置の上方に配置されることを特徴とする燃料電池システム。   4. The fuel cell system according to claim 1, wherein the power conversion device is disposed above the control device in the electrical component. 5. 請求項２記載の燃料電池システムにおいて、前記換気ファンは、前記貯湯用熱交換器と前記空気排出口との間に配置されることを特徴とする燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the ventilation fan is disposed between the hot water storage heat exchanger and the air outlet. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記モジュール部の上部には、前記第１流体供給部と前記電装部とを繋ぐ配線が敷かれる橋架板が設置されることを特徴とする燃料電池システム。   6. The fuel cell system according to claim 1, wherein a bridge plate on which a wiring connecting the first fluid supply unit and the electrical unit is laid is provided above the module unit. 7. A fuel cell system. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池モジュールは、固体酸化物形燃料電池モジュールであることを特徴とする燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein the fuel cell module is a solid oxide fuel cell module.
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