JPH0963616A - パッケージ型燃料電池発電装置 - Google Patents

パッケージ型燃料電池発電装置

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JPH0963616A
JPH0963616A JP7210306A JP21030695A JPH0963616A JP H0963616 A JPH0963616 A JP H0963616A JP 7210306 A JP7210306 A JP 7210306A JP 21030695 A JP21030695 A JP 21030695A JP H0963616 A JPH0963616 A JP H0963616A
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啓 加藤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】燃料電池本体の反応ガス通流性能および冷却性
能の信頼性が高く、さらには、一般のビルへの設置が容
易なものとする。 【構成】燃料電池本体と、燃料電池本体に反応ガスを供
給する反応ガス供給系と、燃料電池本体を冷却する冷却
系と、電力変換系とを収納し、発電装置本体21Aとそ
の上部に付設した換気フード22とからなるパッケージ
型燃料電池発電装置において、装置の高さを 2.0〜2.8
mとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、都市型発電装置として
建屋の内部に設置されることの多いオンサイト用パッケ
ージ型燃料電池発電装置に関し、とくにその装置高さに
係わる。
【0002】
【従来の技術】都市型発電装置として建屋の内部に設置
されることの多いオンサイト用パッケージ型燃料電池発
電装置の代表例として、図3に従来の出力100kWの
パッケージ型燃料電池発電装置の外形寸法図を示す。図
に見られるように、発電装置本体21の床面はおおよそ
3.5m× 2.3mで、装置高さは約 3.2mである。本発電
装置本体21に収納されている燃料電池スタックは、所
要の出力が得られるように従来の電極面積のセルを積層
して構成されており、その全高は 2.6mに達している。
本燃料電池スタックを架台23上に据え付け、換気フー
ド22を含む屋根パネルを取り付けると装置高さは、上
記のように、約 3.2mとなる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】パッケージ型燃料電池
発電装置を信頼性の高い装置とするためには、数々の条
件を考慮に入れる必要がある。装置高さについても、燃
料電池スタックの内部での反応ガスの流れの挙動、燃料
電池スタックの冷却性能、燃料電池スタックの耐震性等
の基本条件を考慮するのは勿論のこと、設置場所の条
件、設置場所への搬入ルートや搬入手段を念頭におくこ
とが必要である。
【0004】図4は、リン酸型燃料電池の基本構成を示
す斜視図である。図に見られるように、燃料電池スタッ
ク1は方形平板状の単電池2を積層して直方体状に形成
されており、その4つの側面に、燃料供給用マニホール
ド3と燃料排出用マニホールド4、および空気供給用マ
ニホールド5と空気排出用マニホールド6を、それぞれ
相対して組み込み、燃料と空気とを供給して発電するも
のである。本構成では、燃料供給用マニホールド3より
供給された燃料は、積層された複数の単電池2に形成さ
れた燃料通流溝7に分配されて流れ、同様に空気供給用
マニホールド5より供給された空気は、複数の単電池2
に形成された空気通流溝8に分配されて流れることとな
る。したがって、燃料電池スタック1の高さが高すぎる
と、中央部の単電池2と上層部、下層部の単電池2で流
れる燃料や空気の流量に差が生じ、均等に流れなくなる
ので、所定の性能が得られなくなる。このため、従来の
リン酸型燃料電池では、分配される高さ、したがってマ
ニホールドの高さが 1.5mを越えると、燃料電池スタッ
クを上下2つのブロックに分割し、それぞれにマニホー
ルドを設けて、各単電池に燃料や空気を均等に流す方式
が採られているが、このように燃料電池スタックを2つ
のブロックに分割すると、マニホ─ルドやそれに付随す
る部品が2倍となるのでコストが高くなってしまうとい
う問題点がある。
【0005】また、燃料電池スタック1の高さが高くな
れば、それだけ耐震性が悪くなるので、輸送の際に支持
するための構造部材を組み込む必要があり、コスト上も
不利となる。一方、燃料電池スタックの冷却性能を確保
するためには、装置の高さを所定の高さ以上とする必要
がある。図5は、リン酸型燃料電池の一般的な冷却系の
基本構成を示す系統図である。図において、燃料電池本
体11は模式的に示されており、図示しない単電池を複
数個積層する毎に、冷却管を付設した冷却板12が配設
されており、この冷却管に冷却水を通流することにより
燃料電池本体11を冷却して、一定温度に保持してい
る。この冷却水には、水蒸気分離器13の液相部より冷
却水循環ポンプ14によって吸引される水が用いられて
おり、燃料電池本体11を冷却し、加熱されて一部が蒸
気となった水と蒸気との二相流は、再び水蒸気分離器1
3の気相部へと戻される。なお、この水蒸気分離器13
では、燃料改質用の蒸気を改質器16へ供給するととも
に、外部の排熱回収設備15へ蒸気を放出して凝縮水を
受け取ることにより熱的なバランスを保っている。この
ように燃料電池本体11の冷却には、水蒸気分離器13
の液相部より冷却水循環ポンプ14によって吸引される
水が用いられるので、有効NPSH(Net Positive Suc
tion Head )が冷却水循環ポンプ14の所要NPSHを
上回るように、水蒸気分離器13の水位高を選定する必
要があり、仮に有効NPSHが所要NPSHを下回る
と、冷却水循環ポンプ14がキャビテーションを起こし
て破損したり、冷却水流量が不足して燃料電池本体11
が過熱する等の事態を生じる恐れがある。すなわち、燃
料電池本体11の冷却性能を確保するためには、この水
蒸気分離器13の水位高、したがって、水蒸気分離器1
3を一体として収納するパッケージ型燃料電池発電装置
の高さを所定値以上とすることが必須条件となる。
【0006】さらに、パッケージ型燃料電池発電装置は
建屋の内部に設置される場合が多く、例えば地下室に据
え付ける場合には、ドライエリアから搬入扉を通過し、
機械室または電力室へ搬入されるのが一般的である。し
たがって、パッケージ型燃料電池発電装置は、この搬入
ルートより搬入できる寸法である必要がある。この発明
は、上記のごとき問題点を考慮してなされたもので、燃
料電池本体の反応ガス通流性能および構造上の信頼性が
高く、同時に冷却性能の信頼性が高く、さらには、一般
のビルへの設置が容易なパッケージ型燃料電池発電装置
を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、燃料電池本体と、燃料電池本
体に反応ガスを供給する反応ガス供給系と、燃料電池本
体を冷却し一定温度に保持する冷却水系と、燃料電池本
体より生じる電力を取り出す電力変換系とを同一の筐体
へ収納してなるパッケージ型燃料電池発電装置におい
て、装置高さを 2.0m以上でかつ 2.8m以下とすること
とする。
【0008】また、燃料電池本体と、燃料電池本体に反
応ガスを供給する反応ガス供給系と、燃料電池本体を冷
却し一定温度に保持する冷却水系と、燃料電池本体より
生じる電力を取り出す電力変換装置とを同一の筐体へ収
納してなるパッケージ型燃料電池発電装置において、搬
送時の装置高さを 2.5m以下とすることとする。さら
に、上記のパッケージ型燃料電池発電装置において、架
台と屋根パネルの少なくともいずれか一方を装置本体に
分離可能に取り付け、搬送時に分離することとする。
【0009】
【作用】すでに図4により説明したごとく、燃料電池ス
タックにおいては、燃料供給用マニホールド3より供給
された燃料、および空気供給用マニホールド5より供給
された空気を、積層された複数の単電池2の燃料通流溝
7および空気通流溝8に分配して流す方式が採られるの
で、燃料電池スタック1の高さが高すぎると、中央部の
単電池2と上層部、下層部の単電池2で流れる燃料や空
気の流量に差が生じ、均等に流れなくなる。従来の燃料
電池スタックでは、分配して流す高さが 1.5mを越える
と、上下2つのブロックに分割する方式が採られている
が、2つのブロックに分割すると、マニホ─ルドやそれ
に付随する部品が2倍となりコスト上も割高となってし
まうので、分配して流す高さを 1.5m以下、したがって
燃料電池スタックの高さを 2.3m以下に抑えることが望
ましい。
【0010】したがって、上記のように、パッケージ型
燃料電池発電装置の高さを 2.0m以上でかつ 2.8m以下
とすることとすれば、燃料電池スタックを搭載する架台
の高さを 0.2m、上部に配する配管、排気ダクトの所要
高さを 0.3mとして、燃料電池スタックの高さは 2.3m
以下に抑えられることとなるので、燃料電池スタックは
一体として構成しても十分な反応ガス通流性能をもつこ
ととなり、また、分割しないので必要部品点数が少なく
相対的に安価となる。
【0011】また、このようにパッケージ型燃料電池発
電装置の高さを選定すれば、高さが低くなるばかりでな
く、燃料電池スタックも一体として構成されるので、耐
震性に優れた構造となり、輸送時においても付加する支
持部材が簡便となり、安価となる。一方、この種の燃料
電池発電装置においては、すでに図5を用いて説明した
ごとく、水蒸気分離器の飽和水を冷却水循環ポンプによ
り吸引して燃料電池本体に送り冷却する方式が用いられ
ており、本方式においては、燃料電池本体の冷却を確実
に行うには、系の有効NPSHが冷却水循環ポンプの所
要NPSH以上となるよう設定する必要がある。
【0012】有効NPSHは、水蒸気分離器の水位高さ
H〔m〕から、ポンプの設置高さすなわちポンプ軸中心
の装置最下部からの高さh1 〔m〕、および水蒸気分離
器とポンプ間の流路抵抗相当の水頭h2 〔m〕を減じた
(H−h1 −h2 )〔m〕で表される。通常の装置で
は、出来るだけポンプを下部に設置したとしてもh1
0.3〔m〕程度、流路を太くかつ短くしてもh2 は0.15
〔m〕程度となる。また通常用いられる冷却水循環ポン
プの所要NPSHは、最低でも1〔m〕以上である。し
たがって、水蒸気分離器の水位高さHは、装置最下部か
ら1.45〔m〕以上に設定されることが必要となる。水蒸
気分離器は円滑に蒸気を放出できるだけの十分な気相空
間を上部に保有しなければならないので、この高さを加
味すると水蒸気分離器の頂部の装置最下部からの高さは
1.8〔m〕以上となる。
【0013】したがって、上記のようにパッケージ型燃
料電池発電装置の高さを 2.0m以上でかつ 2.8m以下と
することとすれば、上部に配置する弁や配管のスペース
を加味しても、水蒸気分離器の頂部の装置最下部からの
高さを 1.8〔m〕以上とすることができるので、燃料電
池本体の冷却を確実に行うことができる。つぎに、パッ
ケージ型燃料電池発電装置の設置対象として想定される
既存の電気通信用ビルでは、地下室に据え付ける場合が
多く、ドライエリアから搬入扉を通過し、機械室または
電力室へ搬入されるのが一般的である。全国の 2000 を
越える電気通信ビルの中から、契約電力が 600kW以上
で、かつ首都圏に存在するものを抽出し、搬入条件を調
査した結果によれば、幅が 3.0mで高さが 3.5mの装置
では、ドライエリアの寸法、形状の制約によって搬入可
能率は約50%に制限される。なお本数値は、搬入扉に
ついては搬入用の架台やスペーサ分のスペースを考慮し
て、幅、高さとも 0.2mの余裕をとることとして算定し
たものである。これに対して、幅は同一とし、高さのみ
変えた場合の搬入可能率をみると、高さが 3.1mのとき
70%であり、さらに高さが 2.7mでは85%と大幅に
向上する。
【0014】したがって、上記のように、パッケージ型
燃料電池発電装置において、例えば架台と屋根パネルの
少なくともいずれか一方を装置本体に分離可能に取り付
け、搬送時に分離する等の手段を加味して、装置の高さ
を 2.5m以下とすることとすれば、搬入扉のみならず搬
入路の他の制約条件も緩和され、搬入可能率が飛躍的に
高くなり、ほぼすべての電気通信ビルに搬入、据え付け
が可能となるものと期待される。
【0015】
【実施例】図1は、本発明のパッケージ型燃料電池発電
装置の第1の実施例を示す外形図である。本装置は出力
100kWのパッケージ型燃料電池発電装置で、発電装
置本体21Aとその上部の換気フード22とによる装置
の高さは、 2.0〜2.8 mと幅を持って表示されている
が、電極面積を増大させ、これに対応して所定出力を得
るに必要な燃料電池スタックの単電池の積層数を減じ
て、燃料電池スタックの高さを低くすることによって得
られるものである。
【0016】本パッケージ型燃料電池発電装置は、装置
の高さが 2.0〜2.8 mになっているので、燃料電池スタ
ックの高さは最大でも 2.3m以下に抑えられることとな
り、燃料電池スタックは一体として構成しても十分な反
応ガス通流性能をもつこととなる。また、分割しないの
で必要部品点数が少なく相対的に安価となる。また、水
蒸気分離器の飽和水を冷却水循環ポンプにより吸引して
燃料電池本体に送り冷却する冷却系の水蒸気分離器の水
位高さが、最低でも装置最下部から1.45〔m〕以上に設
定することができるので、系の有効NPSHが冷却水循
環ポンプの所要NPSHを確実に上回り、燃料電池本体
の冷却が確実に行われることとなるので、信頼性の高い
パッケージ型燃料電池発電装置となる。
【0017】図2は、本発明のパッケージ型燃料電池発
電装置の第2の実施例を示す外形図である。本装置も出
力100kWのパッケージ型燃料電池発電装置で、高さ
2.5mの発電装置本体21Bの上部に高さ 0.5mの着脱
式換気フード22Aが備えられている。本実施例のパッ
ケージ型燃料電池発電装置は、上記の実施例1の装置と
同様に十分な反応ガス通流性能と冷却性能をもった信頼
性の高い装置であるばかりでなく、さらに着脱式換気フ
ード22Aが発電装置本体21Bと分離可能に組み込ま
れているので、ビルの設置場所に搬送し搬入する際に
は、着脱式換気フード22Aを取り外し、発電装置本体
21Bを単体として搬送することができる。このとき装
置の高さは 2.5mに抑えられるので、前述のごとく、ほ
とんどの電気通信ビルの設置場所に容易に搬入できるこ
ととなる。
【0018】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、燃料電
池本体と、燃料電池本体に反応ガスを供給する反応ガス
供給系と、燃料電池本体を冷却し一定温度に保持する冷
却水系と、燃料電池本体より生じる電力を取り出す電力
変換系とを同一の筐体へ収納してなるパッケージ型燃料
電池発電装置において、装置高さを 2.0m以上でかつ
2.8m以下とすることとしたので、反応ガス通流性能お
よび構造上の信頼性が高く、同時に冷却性能の信頼性が
高いパッケージ型燃料電池発電装置が得られることとな
った。
【0019】また、燃料電池本体と、燃料電池本体に反
応ガスを供給する反応ガス供給系と、燃料電池本体を冷
却し一定温度に保持する冷却水系と、燃料電池本体より
生じる電力を取り出す電力変換装置とを同一の筐体へ収
納してなるパッケージ型燃料電池発電装置において、例
えば架台と屋根パネルの少なくともいずれか一方を装置
本体に分離可能に取り付け、搬送時に分離する手段を付
加する等により搬送時の装置高さを 2.5m以下とするこ
ととすれば、反応ガス通流性能および構造上の信頼性が
高く、同時に冷却性能の信頼性が高く、さらには、一般
のビルへの設置が容易となるので、パッケージ型燃料電
池発電装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による出力100kWのパッケージ型燃
料電池発電装置の第1の実施例を示す外形図
【図2】本発明による出力100kWのパッケージ型燃
料電池発電装置の第2の実施例を示す外形図
【図3】従来の出力100kWのパッケージ型燃料電池
発電装置の外形寸法図
【図4】リン酸型燃料電池の基本構成を示す斜視図
【図5】リン酸型燃料電池の一般的な冷却系の基本構成
を示す系統図
【符号の説明】
1 燃料電池スタック 2 単電池 3 燃料供給用マニホールド 4 燃料排出用マニホールド 5 空気供給用マニホールド 6 空気排出用マニホールド 7 燃料通流溝 8 空気通流溝 11 燃料電池本体 12 冷却板 13 水蒸気分離器 14 冷却水循環ポンプ 15 排熱回収設備 21 発電装置本体 21A 発電装置本体 21B 発電装置本体 22 換気フード 22A 着脱式換気フード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 元一 神奈川県逗子市久木2丁目6番B9号 (72)発明者 岩佐 信弘 大阪府岸和田市葛城町910番55号 (72)発明者 加藤 啓 愛知県名古屋市天白区天白町植田焼山16番 3号 (72)発明者 大賀 俊輔 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料電池本体と、燃料電池本体に反応ガス
    を供給する反応ガス供給系と、燃料電池本体を冷却し一
    定温度に保持する冷却水系と、燃料電池本体より生じる
    電力を取り出す電力変換系とを同一の筐体へ収納してな
    るパッケージ型燃料電池発電装置において、装置高さが
    2.0m以上でかつ 2.8m以下であることを特徴とするパ
    ッケージ型燃料電池発電装置。
  2. 【請求項2】燃料電池本体と、燃料電池本体に反応ガス
    を供給する反応ガス供給系と、燃料電池本体を冷却し一
    定温度に保持する冷却水系と、燃料電池本体より生じる
    電力を取り出す電力変換装置とを同一の筐体へ収納して
    なるパッケージ型燃料電池発電装置において、搬送時の
    装置高さが 2.5m以下であることを特徴とするパッケー
    ジ型燃料電池発電装置。
  3. 【請求項3】パッケージ型燃料電池発電装置の架台と屋
    根パネルの少なくともいずれか一方が装置本体に分離可
    能に取り付けられてなり、搬送時に分離されることを特
    徴とする請求項2に記載のパッケージ型燃料電池発電装
    置。
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