JP6549032B2 - 燃料電池装置 - Google Patents

Description

本発明は、外装ケース内に、燃料電池セルを有する燃料電池モジュールが収納された燃料電池装置に関する。

近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガス（燃料ガス）と酸素含有ガス（通常、空気である）とを用いて電力を得ることができる燃料電池装置が種々提案され、典型的な従来技術は、たとえば特許文献１に記載されている。この従来技術の燃料電池装置は、燃料電池セルが収納容器内に収納された燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールを稼動するための補機と、燃料電池モジュールおよび補機を収容する外装ケースとを備える。

このような燃料電池装置においては、外装ケース内の底板部には、燃料電池モジュールの運転等にあたり各種の補機が配置されており、冬期などの外気温が低い場合には、燃料電池装置を設置している地面が放射冷却により冷却され、その冷熱が外装ケースの底板部側に伝熱し、各種の補機が故障するおそれがある。また、外装ケースの下方に開口が設けられている場合には、開口から雨水および昆虫などの小動物が侵入し、床板部に水が溜まり、あるいは小動物が、補機の故障の要因になってしまうおそれがある。

特許第４９４５１５２号公報

それゆえ、上記特許文献１では、強度を維持しつつ小動物などが入り込むことを抑制した排水口が提案されているが、構造が複雑であるとともに、排水性の点で改善の余地があり、簡単な構造で高い排水性を有する燃料電池装置が求められている。

本発明の燃料電池装置は、側壁部と、天板部と、底板部とを有する外装ケースと、
前記外装ケース内に収容され、燃料電池セルを有する燃料電池モジュールと、
前記外装ケース内に収容され、燃料電池モジュールを動作させるための補機と、を備える燃料電池装置であって、
前記底板部は、
予め定める第１開口面積を有する複数の第１透孔が形成された第１排水領域を有する第１底板部材と、
前記第１底板部材の下方に設けられ、前記予め定める第１開口面積よりも小さい予め定める第２開口面積を有する複数の第２透孔が形成された第２排水領域を有する第２底板部材と、を含むことを特徴とする。

本発明の燃料電池装置によれば、簡単な構成で、外装ケース内に発生した水、あるいは外部から侵入した水を、容易に排水することができるとともに、外部から昆虫などの小動物、雨水、散水、塵埃などが外装ケース内へ侵入することを抑制することができる。

本実施形態の燃料電池装置の一例の構成を示す簡略化した断面図である。 外装ケースの底板部を示す斜視図である。 外装ケースの底板部の第１底板部材を外した状態を示す斜視図である。 底板部の第１および第２排水領域付近を拡大した斜視図である。 底板部の第１および第２排水領域付近を拡大した平面図である。 他の実施形態の燃料電池装置に備えられる底板部の第１および第２排水領域付近を拡大した正面図である。

図１は、本実施形態の燃料電池装置の一例の構成を示す簡略化した断面図であり、図２は外装ケースの底板部を示す斜視図であり、図３は外装ケースの底板部の第１底板部材を外した状態を示す斜視図である。本実施形態の燃料電池装置１は、大略的に四角筒状の側壁部２、天板部３および底板部４を有する外装ケース５と、外装ケース５内に収容される燃料電池モジュール６と、燃料電池モジュール６を動作させるための補機７と、を備える。外装ケース５の側壁部２、天板部３および底板部４は、本実施形態では構造用鋼板の打抜き加工材から成るが、これに限るものではなく、合成樹脂成形品または繊維強化プラスチックによって実現されてもよい。なお、本実施形態の燃料電池装置としては、例えば固体高分子形、固体酸化物形等の燃料電池装置とすることができる。

燃料電池モジュール６は、例えば、複数の固体酸化物形の燃料電池セルと、天然ガスまたは灯油などの原燃料と水蒸気とによって水蒸気改質を行う改質器（図示せず）とを備え、各燃料電池セルに改質器にて生成された燃料ガスと、空気などの酸素含有ガスとを供給することで発電がおこなわれる。外装ケース５には、該外装ケース５内の空間を、前述の燃料電池モジュール６が収容される上部空間と、前述の補機７が収容される下部空間とに区画する略水平な隔壁部１３が設けられる。下部空間には、例えば、補機７として、水供給装置８が収容される。この水供給装置８は、改質器に水を供給するための水処理装置、凝縮水処理装置および水供給管などを含んで構成される。

底板部４は、第１底板部材４ａと、第１底板部材４ａの下方に間隔をあけて設けられる第２底板部材４ｂとを含んで構成される。第１底板部材４ａは、平面視において、矩形の板状体から成り、例えば、水供給装置８の乗載位置近傍、複数の温水用管継手９の近傍、補機７の動作を制御するための制御装置１０の近傍に、第１排水領域Ｓ１１〜Ｓ１３を有する複数の第１透孔１ａが形成される。なお、第１排水領域の数は適宜変更することができる。

第２底板部材４ｂは、平面視において、第１排水領域Ｓ１１〜Ｓ１３のそれぞれを外囲するように、第２排水領域Ｓ２１〜Ｓ２３を有する。また、第２排水領域Ｓ２１〜Ｓ２３には、予め定める第１開口面積Ａ１よりも小さい予め定める第２開口面積Ａ２（Ａ１＞Ａ２）を有する複数の第２透孔１１ｂが形成される。なお、第２排水領域の数は第１排水領域の数にあわせて適宜変更することができる。

また、下部空間には、さらなる補機７として、燃料電池装置１の発電により生じた排ガス（排熱）と水とで熱交換を行なう熱交換器１４、熱交換により生成された凝縮水を処理する凝縮水処理装置１５、および酸素含有ガス（空気）を燃料電池モジュール６に供給するためのブロア１６などが設けられている。凝縮水処理装置１５に供給される凝縮水の量が少ない場合や凝縮水処理手段で処理された後の凝縮水の純度が低い場合には、外部より供給される水（水道水等）を純水に処理して改質器に供給することもでき、この場合、外部から供給される水を純水に処理する手段として水処理装置を具備してもよい。

本実施形態において、第１および第２底板部材４ａ，４ｂの上方に臨む各主面が、設置上の誤差程度を含む範囲で水平であるとし、それらの仮想水平面上で直交するＸ軸、Ｙ軸を想定したとき、第１透孔１１ａは、第１底板部材４ａの主面に垂直に貫通する口径Ｄ１の円柱状の孔によって実現される。このような口径Ｄ１は、補機７が乗載される第１底板部材４ａの機械的強度が損なわれないように、配置間隔ΔＬ１ｘ、ΔＬ１ｙを考慮して、たとえば４ｍｍ〜１０ｍｍに選ばれ、好ましくは６ｍｍに選ばれる。

第２透孔１１ｂは、第２底板部材４ｂの主面に垂直に貫通する口径Ｄ２の円柱状に孔によって実現される。このような口径Ｄ２は、昆虫などの小動物の侵入を阻止し得るように、配置間隔ΔＬ２ｘ，ΔＬ２ｙを考慮して、たとえば１ｍｍ〜３ｍに選ばれ、好ましくは２ｍｍに選ばれる。

図４は、底板部４の第１および第２排水領域Ｓ１１，Ｓ２１付近を拡大した斜視図であり、図５は底板部４の第１および第２排水領域Ｓ１１，Ｓ２１付近を拡大した平面図である。前述した第１排水領域Ｓ１１〜Ｓ１３と、第２排水領域Ｓ２１〜Ｓ２３とは、図５の紙面に垂直な方向に重ならないように、したがって複数の第１透孔１１ａと複数の第２透孔１１ｂとが鉛直方向に重ならない位置に設けられる。すなわち、本実施形態では、第１排水領域Ｓ１１〜Ｓ１３の外周縁２１から面外方向に間隔ΔＬ１０をあけて、第２排水領域Ｓ２１〜Ｓ２３の内周縁２２が位置するように、該第２排水領域Ｓ２１〜Ｓ２３が設けられている。なお、図４および図５には、水供給装置８近傍の第１および第２排水領域Ｓ１１，Ｓ２１だけを示すが、残余の第１および第２排水領域Ｓ１２，Ｓ１３；Ｓ２２，Ｓ２３も同様に構成してもよく、説明の便宜上、水供給装置８付近に形成される第１および第２排水領域Ｓ１１，Ｓ２１について述べる。

第１および第２排水領域Ｓ１１，Ｓ２１によって、複数の第１透孔１１ａの少なくとも一部に流入した水は、第２排水領域Ｓ２１よりも内側の無孔の領域Ｓ２４に流れ落ち、続いて第２透孔１１ｂを通って機外へ排出される。この第２透孔１１ｂは、第１透孔１１ａよりも開口面積が小さい（Ａ１＞Ａ２）ので、外部からの昆虫などの侵入を防ぐことができる。また、強風、散水などによって地面で跳ね返った水が第２底板部材４ｂに下から当接し、その一部が第２透孔１１ｂから内部に侵入しても、第２透孔１１ｂの直上は、第１底板部材４ａの無孔の領域Ｓ２４によって塞がれているので、水滴が第１底板部材４ａを超えて下部空間へ侵入することが防がれる。

また、第１透孔１１ａと第２透孔１１ｂとがずれた位置に形成されるので、燃料電池装置１が寒冷地に使用される場合において、地面が放射冷却によって冷却され、その冷気が直接、下部空間に侵入することが防がれ、水供給装置８が冷却されて大きく温度低下して凍結することを抑制することができる。

図６は、他の実施形態の燃料電池装置が備える底板部の第１および第２排水領域付近を拡大した正面図である。なお、前述の実施形態と対応する部分には、同一の参照符を付す、本実施形態の燃料電池装置１の底板部４において、第１底板部材４ａは、上方に臨む主面よりも下方に凹んで形成される第１排水領域Ｓ１１を有し、第２底板部材４ｂは、上方に臨む主面よりも下方に凹んで形成される第２排水領域Ｓ２１を有する。また、残余の第１排水領域Ｓ１２，Ｓ１３もまた、上記の第１排水領域Ｓ１１と同様に、第１底板部材４ａの上方に臨む主面よりも下方に凹んだ形状とし、残余の第２排水領域Ｓ２２，Ｓ２３は、上記の第２排水領域Ｓ２１と同様に、第２底板部材４ｂの上方に臨む主面よりも下方に凹んだ形状とすることができる。なお凹みの大きさや深さは、適宜設定することができる。

このような構成により、燃料電池装置内に発生した水が、効率よく第１および第２排水領域Ｓ１１〜Ｓ１３，Ｓ２１〜Ｓ２３に流れることとなり、第１底板部材４ａや第２底板部材４ｂ全体に広がることを抑制でき、効率よく外部に排水することができる。

さらに加えて、第１および第２排水領域Ｓ１１〜Ｓ１３，Ｓ２１〜Ｓ２３に溜まった水が、風などの吹込みによって生じた気流によって押圧されても、第１および第２排水領域Ｓ１１〜Ｓ１３，Ｓ２１〜Ｓ２３のそれぞれの主面から立ち下がる段差部によって遮断され、第１および第２排水領域Ｓ１１〜Ｓ１３，Ｓ２１〜Ｓ２３内の水が外へ流れ出して機内に滞留してしまうことが抑制でき、簡単な構成で確実な排水を達成することができる。

さらに他の実施形態では、第１排水領域Ｓ１１〜Ｓ１３は、前述の図１〜図５の実施形態の第１排水領域Ｓ１１〜Ｓ１３と同様に、第１底板部材４ａの主面と同一面上に設けられ、第２排水領域Ｓ２１〜Ｓ２３は、前述の図６の実施形態の第２排水領域Ｓ２１〜Ｓ２３と同様に、第２底板部材４ｂの主面よりも下方に凹んで設けられてもよい。

さらに他の実施形態では、第１排水領域Ｓ１１〜Ｓ１３は、前述の図６の実施形態の第１排水領域Ｓ１１〜Ｓ１３と同様に、第１底板部材４ａの主面から下方に凹んで形成され、第２排水領域Ｓ２１〜Ｓ２３は、前述の図１〜図５の実施形態の第２排水領域Ｓ２１〜Ｓ２３と同様に、第２底板部材４ｂの主面と同一面上に形成されてもよい。

以上のように、本実施形態の燃料電池装置によれば、第１底板部材４ａの下方に設けられる第２底板部材４ｂの第２透孔１１ｂの開口面積Ａ２を、第１底板部材４ａの第１透孔１１ａの開口面積Ａ１よりも小さく（Ａ１＞Ａ２）することで、簡単な構成で、外装ケース５内に結露などによって発生した水、あるいは外部から侵入した水を、第２透孔１１ｂに比べて開口面積の大きい第１透孔１１ａから第２底板部材４ｂ側へ大きな流量で短時間に流出させ、第２透孔１１ｂから外部へ流出させて排水することができる。また、第２透孔１１ｂの開口面積Ａ２が第１透孔１１ａの開口面積Ａ１よりも小さい（Ａ１＞Ａ２）ので、簡単な構成で、外部から昆虫などの小動物、雨水、散水、塵埃などが外装ケース内へ侵入することを抑制することができる。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。

１ 燃料電池装置
２ 側壁部
３ 天板部
４ 底板部
４ａ 第１底板部材
４ｂ 第２底板部材
５ 外装ケース
６ 燃料電池モジュール
７ 補機
８ 水供給装置
９ 管継手
１０ 制御装置
１３ 隔壁部
Ｓ１１〜Ｓ１３ 第１排水領域
Ｓ２１〜Ｓ２３ 第２排水領域

Claims (5)

1. 側壁部と、天板部と、底板部とを有する外装ケースと、
   前記外装ケース内に収容され、燃料電池セルを有する燃料電池モジュールと、
   前記外装ケース内に収容され、前記燃料電池モジュールを動作させるための補機と、を備える燃料電池装置であって、
   前記底板部は、
   予め定める第１開口面積を有する複数の第１透孔が形成された第１排水領域を有する第１底板部材と、
   前記第１底板部材の下方に設けられ、前記予め定める第１開口面積よりも小さい予め定める第２開口面積を有する複数の第２透孔が形成された第２排水領域を有する第２底板部材と、を含むことを特徴とする燃料電池装置。
2. 前記複数の第１透孔と前記複数の第２透孔とは、平面視でそれぞれ重ならない位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。
3. 前記第２排水領域は、平面視で前記第１排水領域を外囲するように設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池装置。
4. 前記第２底板部材の前記第２排水領域は、下方に凹んで形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料電池装置。
5. 前記第１底板部材の前記第１排水領域は、下方に凹んで形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料電池装置。

Images