JP2009266611A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】第１メンテナンス部品のメンテナンス作業の容易化を図りつつ、第１メンテナンス部品の過剰な低温化を抑制し、燃料電池システムの円滑な再起動に有利な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】筐体５０は、改質器２を収容する主収容室５１と、主収容室５１から分離された隔室５３と、主収容室５１および隔室５３を仕切ると共に隔壁５３とをもつ。隔壁５３は、主収容室５１および隔室５３を連通させるメンテナンス用開口７５をもつ。第１メンテナンス部品２８は、隔壁５５のメンテナンス用開口７５を介して、定期的、不定期的および故障時のうちの少なくとも一方においてメンテナンスされる。
【選択図】図２

Description

本発明はメンテナンス部品を有する燃料電池システムに関する。

燃料電池システムは、主収容室を有する筐体と、筐体の主収容室に配置された燃料電池と、筐体の主収容室に配置され定期的、不定期的または故障時においてメンテナンスされるメンテナンス部品とを備えている。

更に特許文献１には、筐体であるパッケージのうち正面脱着パネルの近傍に、定期的または不定期的にメンテナンスを必要とするメンテナンス部品が配置されている燃料電池装置が開示されている。
特開２００６−１４０１６４号公報

上記した文献技術によれば、メンテナンス部品がパッケージのうち正面脱着パネルの近傍に配置されており、外気に近づいている。従って、メンテナンス部品のメンテナンス作業が容易となる利点が得られる。

しかしながらメンテナンス部品のメンテナンス作業が容易となる反面、寒冷地や冬季等では、燃料電池システムの運転が停止されているとき、メンテナンス部品が外気の温度の影響を受けて過剰に低温化され易いおそれがある。殊に、メンテナンス部品が外気の温度の影響で過剰に低温化されると、メンテナンス部品が凍結するおそれがある。凍結し易いメンテナンス部品としては水系のメンテナンス部品が挙げられる。この場合、燃料電池システムを再起動させるとき、円滑な再起動に影響を与え易い。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、第１メンテナンス部品のメンテナンス作業の容易化を図りつつ、第１メンテナンス部品の過剰な低温化を抑制し、燃料電池システムの円滑な再起動に有利な燃料電池システムを提供することを課題とする。

本発明に係る燃料電池システムは、（ｉ）主収容室と、主収容室から分離された隔室と、前記主収容室および前記隔室を仕切ると共に主収容室および隔室を連通させるメンテナンス用開口をもつ隔壁とを有する筐体と、（ｉｉ）筐体の主収容室に配置され、アノード流体が供給されるアノードとカソード流体が供給されるカソードとをもち、アノード流体とカソード流体とで発電する燃料電池と、（ｉｉｉ）隔壁のメンテナンス用開口から出し入れされるように、または、隔壁のメンテナンス用開口からメンテナンスされるように、筐体の主収容室に収容され、定期的、不定期的および故障時のうちの少なくとも一方においてメンテナンスされる第１メンテナンス部品とを具備することを特徴とする。

筐体は、主収容室と、主収容室から分離された隔室と、主収容室および隔室を仕切る隔壁とを有する。隔壁は、主収容室および隔室を連通させるメンテナンス用開口をもつ。燃料電池は筐体の主収容室に配置されており、アノード流体が供給されるアノードと、カソード流体が供給されるカソードとをもつ。燃料電池はアノード流体とカソード流体とで発電する。第１メンテナンス部品は、定期的、不定期的および故障時のうちの少なくとも一方においてメンテナンスされる。第１メンテナンス部品は、一般的には、凍結する可能性がある水系のメンテナンス部品、あるいは、電気配線上等の理由で主収容室に配置される電気機器が例示される。

第１メンテナンス部品は、筐体のうち、燃料電池システムの運転停止時において低温になり易い隔室ではなく、燃料電池システムの運転停止時において隔室より低温になり難い主収容室に配置されている。よって第１メンテナンス部品の凍結等の過剰低温化が抑制される。従って、第１メンテナンス部品を用いて燃料電池システムを再起動させるのに有利である。

しかしながら、第１メンテナンス部品が主収容室に配置されていると、第１メンテナンス部品の凍結等の過剰低温化が抑制されるものの、第１メンテナンス部品をメンテナンスするとき、メンテナンス作業の容易性が低下するおそれがある。そこで本発明によれば、メンテナンス時において、第１メンテナンス部品を隔壁のメンテナンス用開口から主収容室に対して出し入れできるように、または、第１メンテナンス部品を隔室側に取り出さないにしても、隔壁のメンテナンス用開口からメンテナンスされるように、第１メンテナンス部品は筐体の主収容室に収容されている。

本発明に係る燃料電池システムによれば、好ましくは、次の形態が採用できる。 ・燃料原料を改質させてアノード流体を生成させる改質器が設けられていることが好ましい。改質器は筐体の主収容室に配置されていることが好ましい。改質させる燃料原料としては、気体用燃料でも液体用燃料でも良く、具体的には、都市ガス、ＬＰＧ、灯油、メタノール、ジメチルエーテル、ガソリン、バイオガス等が採用できる。

・好ましくは、隔壁に設けられているメンテナンス用開口のうちの少なくとも一部を開閉可能な開閉部材が設けられている。この場合、通常時（非メンテナンス時、燃料電池システムの運転時）には、開閉部材はメンテナンス用開口を閉じ、主収容室と隔室との連通性を低下させることが好ましい。この場合、主収容室の熱がメンテナンス用開口を介して隔室側に伝達されることが抑制され、隔室をできるだけ低温に維持させるのに有利である。この場合、放熱源として機能する燃料電池を収容する主収容室よりも、隔室を低温に維持し易い。これに対して、第１メンテナンス部品をメンテナンス用開口から主収容室に対して出し入れさせるときには、開閉部材は、隔壁から離脱されメンテナンス用開口の少なくとも一部を開放させることが好ましい。この場合、メンテナンス用開口の開口量が増加するため、第１メンテナンス部品をメンテナンス用開口から主収容室に対して出し入れさせ易い。好ましくは、開閉部材は、燃料電池のカソードに供給されるカソード流体を浄化させる塵埃低減部とすることができる。塵埃低減部としては、塵埃低減能力を有するフィルタ部が例示される。

・好ましくは、塵埃低減部で塵埃が低減されたカソード流体は、メンテナンス用開口を通過して燃料電池のカソードに供給される。一般的には、カソード流体は空気等の酸素含有ガスが好ましい。この場合、メンテナンス用開口は、主収容室に収容されているメンテナンス部品を隔室側に取り出すメンテナンス用の開口として機能すると共に、カソード流体を吸い込むためのカソード流体吸込開口としても機能することができる。

・好ましくは、筐体は、筐体に対して脱着および取着可能であり取着時に隔室を閉じる脱着パネルを備えている。脱着パネルは、通気性を有していても良いし、通気性を有せずとも良い。なお、脱着パネルを筐体から脱着して離脱させれば、隔室は開放される。

・定期的、不定期的および故障時のうちの少なくとも一方においてメンテナンスされる第２メンテナンス部品が隔室に配置されていることが好ましい。改質器が設けられている場合には、第２メンテナンス部品としては脱硫器が例示される。脱硫器は、改質器に供給される前の燃料原料に含まれている硫黄成分および／または硫黄化合物を低減させるものである。脱硫器が過剰な高温に長時間にわたり維持されると、満足する脱硫反応が得られないおそれがある。なお、隔室に収容される第２メンテナンス部品としては、凍結しにくい部品、あるいは、凍結しても特に支障がない部品が例示される。第１メンテナンス部品および第２メンテナンス部品は、特に明確に識別されるものではない。本発明によれば、メンテナンス部品のうち主収容室に収容されるものが第１メンテナンス部品とされる。メンテナンス部品のうち隔室に収容されるものが第２メンテナンス部品とされる。

・スタックを冷却させるスタック冷却液に含まれている不純物を低減して純水化させてスタック冷却液の電気絶縁性を高めるための処理を実施するイオン交換器が、第２メンテナンス部品として設けられていることが好ましい。このイオン交換器は、主収容室よりも低温に維持可能な隔室に配置されていることが好ましい。隔室には、放熱源となる燃料電池または改質器が収容されていないため、隔室は、改質部収容室よりも低温に維持され易いためである。このため、燃料電池システムの使用期間が長期にわたっても、イオン交換器に収容されているイオン交換樹脂等の水精製材の熱劣化が進行することが抑制される。この結果、イオン交換器に収容されているイオン交換樹脂の耐久性の向上、長寿命化を図るのに有利である。従って、スタック冷却液の電気絶縁性を長期にわたり維持させるのに有利となる。

・好ましくは、主収容室と隔室との間における伝熱を抑制するように、隔壁は断熱層を有する。この場合、放熱源となるスタックまたは改質器を収容する主収容室の熱が隔室に伝達されることが抑制される。隔壁は断熱層を有することが好ましい。断熱層としてはセラミックス材料の断熱層、空気断熱層、多孔質層等が挙げられる。

・好ましくは、改質器に供給される改質水（例えば凝縮水または水道水）を浄化させて純水化させる水精製器が設けられている。好ましくは、水精製器は主収容室に配置されつつ、主収容室内のうち、主収容室よりも低温に維持される隔室を区画する隔壁に接近させて配置されている。水精製器は、改質水を浄化させるイオン交換樹脂、活性炭等の水精製材を収容していることが好ましい。水精製器に残留している水は、純水または純水に近いものであり、一般的には、不凍液成分を含有していないため、外気が０℃付近の低温である場合には水精製器に凍結が発生するおそれがある。このため、燃料電池システムの運転停止時等において水精製器の凍結を抑えつつ、燃料電池システムの運転中において水精製器のイオン交換樹脂等の水精製材をできるだけ低温に維持して耐久性の向上および長寿命化を図ることが好ましい。そこで、放熱源となり得るスタックまたは改質器を収容する主収容室に水精製器を配置しつつも、水精製器を主収容室内のうち隔壁に接近させていることが好ましい。

以上説明したように本発明によれば、第１メンテナンス部品は、筐体のうち、燃料電池システムの運転停止時において低温になり易い隔室ではなく、燃料電池システムの運転停止時において隔室より低温になり難い主収容室に配置されている。従って、燃料電池システムの運転停止時において、第１メンテナンス部品の凍結等の過剰低温化が抑制される。従って、燃料電池システムの起動に与える影響が軽減される。

しかし第１メンテナンス部品が主収容室に配置されていると、第１メンテナンス部品をメンテナンスする作業が困難となり易い。

そこで本発明によれば、第１メンテナンス部品が筐体の主収容室に収容されているにもかかわらず、メンテナンス者は、第１メンテナンス部品を隔壁のメンテナンス用開口を介して主収容室から、隔室側に、更には外気側に取り出すことができる。そして第１メンテナンス部品をメンテナンスした後に、第１メンテナンス部品を隔壁のメンテナンス用開口を介して主収容室に挿入して戻すことができる。

あるいは、主収容室の第１メンテナンス部品をメンテナンス用開口から隔室側に取り出さないにしても、メンテナンス者は手や腕をメンテナンス用開口から隔室側から主収容室側に差し込み、主収容室の第１メンテナンス部品をメンテナンスすることができる。なおメンテナンス者は、メーカの作業者、燃料電池システムの施工後の修理者および点検者、ユーザ等を含む。

（実施形態１）
本発明の実施形態１を図面を参照して説明する。本実施形態は定置用の燃料電池システムに適用している。図面はあくまでも概念図であり、細部の寸法まで詳細な規定するものではない。図１は燃料電池システムの概念を模式的に示す。まず、燃料電池システムの概略構成を説明する。燃料電池システムは、燃料原料をアノードガスとして改質して燃料電池のアノードに供給する供給路１と、アノードガス供給部として機能できる改質器２と、燃料電池のスタック３とをもつ。供給路１には、上流から下流にかけて、燃料原料源４、供給弁５、脱硫器６、第１ポンプ７（燃料原料搬送源）、弁８、改質器２、第１凝縮器９、入口弁１０、燃料電池のスタック３が繋がれている。

改質器２は、燃料原料を水蒸気改質させてアノードガスを生成させる改質部２ａと、改質部２ａを加熱させる燃焼部２ｃとで形成されている。供給路１のうち改質部２ａの上流から分岐路１１が燃焼部２ｃに向けて分岐されている。

燃料電池のスタック３は、アノードガスが供給されるアノードと、カソードガスが供給されるカソードと、アノードおよびカソードにて挟持された高分子型のイオン伝導膜（例えば炭化フッ素系または炭化水素系）とをもつ。燃料電池は、シートタイプの複数のセルを厚み方向に積層させる方式でも良いし、あるいは、チューブタイプのセルを組み付ける方式でも良い。

スタック３のカソードの入口にカソードガスを供給するカソードガス通路１２が設けられている。カソードガス通路１２にはカソードガスポンプ１３（カソードガス搬送源）が設けられている。燃料電池のカソードの出口からカソードオフガスを排出させるカソードオフガス通路１４が設けられている。カソードガス通路１２において、スタック３は加湿器１５を隣接させて配置されている。加湿器１５は、スタック３のカソードに供給されるカソードガスを、スタック３のカソードに供給させる前に加湿させるものである。

図１に示すように、供給路１のうち入口弁１０の上流からバイパス路１６が延設されている。バイパス路１６にはバイパス弁１７が設けられている。スタック３のアノードの出口からアノードオフガス通路１９が設けられている。アノードオフガス通路１９は出口弁２０と第２凝縮器２１とを有する。第１凝縮器９から延設された第１排水路２４は、第１排水弁２３を介して水精製器２８に繋がれている。第２凝縮器２１から延設された第２排水路２６は第２排水弁２７を介して水精製器２８に繋がれている。水精製器２８で生成された水は、図略のポンプまたは重力により水タンク２５に供給される。水タンク２５から改質水通路４０が改質部２ａの入口２ｉに向けて延設されている。改質水通路４０には、水精製器２８、改質水ポンプ４１、改質水バルブ４２が設けられている。

起動時について説明する。起動時には、供給弁５が開放されていると共に弁８が閉鎖されている状態で、第１ポンプ７（搬送源）が回転駆動する。すると、燃料原料源４のガス状をなす燃料原料は、供給路１に流れ、脱硫器６で脱硫され、改質器２の燃焼部２ｃに供給される。

また燃焼空気用のポンプ３３が回転駆動すると、燃焼空気が空気通路３４から燃焼部２ｃに供給される。この結果、ガス状をなす燃料原料は、空気通路３４からの空気により燃焼部２ｃにおいて燃焼される。燃焼部２ｃの燃焼により改質部２ａが高温領域に次第に加熱される。このように改質部２ａが高温領域に加熱されると、制御装置により、弁８が開放され、燃料原料源４の燃料原料が改質部２ａに供給される。このとき制御装置により、改質水ポンプ４１が回転駆動すると共に改質水バルブ４２が開放する。このため水精製器２８の水が改質部２ａに供給される。この結果、改質部２ａに供給された燃料原料は、改質水により水蒸気改質される。これにより水素を主要成分として含むアノードガス（水素２０モル％以上）が生成する。このように改質器２で生成されたアノードガスは、第１凝縮器９で水分を低下させられる。

なお改質させる燃料原料は、気体用燃料でも液体用燃料でも良く、具体的には、都市ガス、ＬＰＧ、灯油、メタノール、ジメチルエーテル、ガソリン、バイオガス等が採用できる。

起動当初では、アノードガスの組成が必ずしも安定していない。このため起動当初では、制御装置により、入口弁１０、出口弁２０は閉鎖されているが、バイパス弁１７は開放されている。従って、起動当初では、アノードガスはスタック３のアノードに供給されず、バイパス路１６およびバイパス弁１７を介して第２凝縮器２１に供給され、第２凝縮器２１で水分を低減させた後、燃焼部２ｃに供給されて燃焼される。起動時から所定時間が経過し、アノードガスの組成が安定すると、入口弁１０、出口弁２０は開放され、アノードガスは入口弁１０を介してスタック３のアノードに供給される。また、カソードガス通路１２からカソードガスがスタック３のカソードに供給される。これによりアノードガスおよびカソードガスによりスタック３で発電反応が行われ、電気エネルギが発生する。発電反応後のアノードオフガスは、可燃性成分を有することがあるため、スタック３のアノードの出口から吐出され、出口弁２０を介してアノードオフガス通路１９から第２凝縮器２１に流れ、第２凝縮器２１で水分を凝縮させた後、燃焼部２ｃに供給されて燃焼され、再利用される。

ここで、第１凝縮器９、第２凝縮器２１等の凝縮器には凝縮水が貯留される。第１排水弁２３が開放されると、第１凝縮器９に溜まった凝縮水は、第１排水路２４を介して水精製器２８に供給される。第２排水弁２７が開放されると、第２凝縮器２１に溜まった凝縮水は、第２排水路２６を介して水精製器２８に供給される。水精製器２８に溜まった凝縮水は、水精製器２８で生成されて純水化される。ここで、改質水ポンプ４１が回転駆動すると共に改質水バルブ４２が開放すると、水精製器２８の水が改質部２ａに供給される。この結果、改質部２ａに供給された燃料原料は、改質水により水蒸気改質される。水蒸気改質に使用される改質水は、純水度が高いことが好ましい。

上記したようにスタック３が発電運転するとき、スタック３は昇温する。スタック３が過剰に高温になると、スタック３の発電性能が低下する。そこで燃料電池システムの運転中においてスタック３にスタック冷却液を流してスタック３を冷却させるスタック冷却通路４５が設けられている。スタック冷却通路４５にはイオン交換器４６が設けられている。イオン交換器４６は、スタック冷却液を純水化させ、スタック冷却液の電気絶縁性を高める。なお、スタック冷却液の電気絶縁性が低下すると、スタック３から取り出される電気エネルギの取り出し効率が低下する。

さて図２は、燃料電池システムの垂直断面を模式的に示す。図３は、燃料電池システムの水平断面を模式的に示す。図４は、メンテナンス等のため、燃料電池システムの脱着パネル５６を取り外した状態の端面図を模式的に示す。

本実施形態に係る燃料電池システムは、図２に示すように、筐体５０と改質器２とスタック３と脱硫器６とをもつ。筐体５０は底部５０ｂ、上部５０ｕ、側面部５０ｔをもつ。筐体５０は、大容積の主収容室５１と、主収容室５１よりも低温に維持され且つ主収容室５１よりも小容積の隔室５３と、主収容室５１および隔室５３を仕切る隔壁５５とを有する。隔室５３は第２メンテナンス部品を収容するメンテナンス室として機能するものであり、主収容室５１の側方に位置している。筐体５０を形成する壁は、仕切壁として機能するものであり、金属製の壁体５０ｆと、壁体５０ｆの内面に設けられた断熱材料で形成された断熱層５０ｓとを備えている。断熱層５０ｓは断熱および防音作用を奏する。なお、筐体５０は四角箱形状をなしているが、これに限定されるものではない。

ここで、筐体５０は、筐体５０の長手方向が家屋等の建築物の壁に沿うように設置される。筐体５０の背面が建築物の壁側となる。筐体５０の背面と建築物の壁との間隔は狭い。建築物の壁と建築物の敷地境界との間隔は、狭いことがある。

図２に示すように、隔室５３は筐体５０のうち、スタック３と共に放熱源となり得る改質器２からの熱影響を回避するため、改質器２およびスタック３から遠ざかるように、改質器２に対して反対側の端側に設けられている。筐体５０の鉛直方向に沿って延設された中心線をＰ１とすると、隔室５３および改質器２は、互いに中心線Ｐ１を挟む位置に設けられている。

隔壁５５は、金属（例えば炭素鋼、合金鋼、アルミニウム合金）製の金属板５５ｆと、金属板５５ｆの内面（改質器収容室５１側）に設けられた断熱材料で形成された断熱層５５ｓとを備えている。断熱層５５ｓは断熱および防音作用を奏する。従って放熱源を収容する主収容室５１の熱は隔室５３に伝達されにくいため、隔室５３の昇温を抑制するのに貢献できる。なお、隔壁５５は空気断熱層５５ｘを備えている構造でも良い。

本実施形態によれば、図２に示すように、隔壁５５は、主収容室５１と隔室５３とを連通させる切抜状をなす開口７５をもつ。開口７５は、メンテナンス用開口として機能するものであり、鉛直線の方向に沿って延設されている。開口７５は、四角形状であり、主収容室５１と隔室５３とを連通させている。開口７５は、第２メンテナンス部品としての水精製器２８を出し入れできる程度の開口面積を有する。開口７５は、図４に示すように上辺７５ｕ、下辺７５ｄおよび側辺７５ｓを有する。図５に示すように、開口７５の周囲には、軟質樹脂またはゴム等のシール材料を基材とするシール部材７６が設けられている。

図２に示すように、筐体５０のうち隔室５３側には、金属製の脱着パネル５６がボルト等の取付具５６ｘにより取着されている。取付具５６ｘを外せば、脱着パネル５６は筐体５０から外方（矢印Ｍ１方向）に離脱される。脱着パネル５６は通気性を有しており、筐体５０に対して離脱および取着可能であり、隔室５３を閉じる。

脱着パネル５６は、カソードガスとして機能する外気（筐体５０の外方の空気）を導入する外気導入口５７を形成するグリル５８を有する。図３に示すように、脱着パネル５６は、横断面でコの字形状をなしており、第１壁部５６ｆと、第１壁部５６ｆに対して交差する向きに設けられた第２壁部５６ｓとを有する。脱着パネル５６を筐体５０から取り外せば、筐体５０の隔室５３は複数の方向に露出するため、隔室５３内のメンテナンス部品に対するメンテナンス作業性が向上する。

脱着パネル５６を筐体５０から矢印Ｍ１方向に取り外せば、多数の第２メンテナンス部品が収容されている隔室５３が複数方向に開放される。故に、隔室５３に収容されている第２メンテナンス部品のメンテナンス作業が良好となる。なお脱着パネル５６は筐体５０の正面に位置していても良いし、側面に位置していても良い。脱着パネル５６は、断熱層を有しないが、有していても良い。

図２に示すように、スタック３および加湿器１５は、筐体５０の主収容室５１のうち上部側に配置されており、主収容室５１の高さ方向の中間位置ｈｍよりも上側に配置されており、筐体５０の上部５０ｕに接近している。加湿器１５は、主収容室５１のうち改質器２から遠ざかるように、スタック３よりも隔壁５５側に配置されている。

筐体５０の隔室５３には、塵埃低減部として機能する空気フィルタ部６６が隔壁５５と対面するように設けられている。空気フィルタ部６６は、脱着パネル５６の内面５６ｉに溶接または図略の取付具により固定されている。空気フィルタ部６６は、スタック３のカソードに供給されるカソードガスとして外気に含まれている塵埃を低減するフィルタ機能を有する。

図２に示すように、燃料電池システムの運転時等の通常時には、空気フィルタ部６６の外箱として機能するケース６６ｔは、ケース６６ｔの裏面に保持されている裏面板６６ｗと共に、隔壁５５の開口７５を閉じている。従って、空気フィルタ部６６は、開口７５を開閉可能に閉じる開閉部材または蓋部材として機能できる。この場合、空気フィルタ部６６の裏面板６６ｗ（空気フィルタ部６６の一部）は、隔壁５５のシール部材７６に圧接してシールされる。この状態では、筐体５０の外方の外気をカソードガスとしてダクト７７側に導入できるように、空気フィルタ部６６の内部は、開口７５に連通している。従って、空気フィルタ部６６が図２に示すように筐体５０内に取り付けられている状態では、脱着パネル５６の外気導入口５７、空気フィルタ部６６の内部、開口７５、ダクト７７は、外気をダクト７７側に吸入できるように連通している。従って、開口７５は、主収容室５１に収容されているメンテナンス部品を隔室５３側に取り出すメンテナンス用の開口として機能すると共に、カソードガスおよび燃焼用空気を吸い込むための吸込開口としても機能することができる。

図２に示すように、外気をカソードガスとしてスタック３のカソードに供給することができる空気通路３４を形成する中空筒形状をなすダクト７７が設けられている。空気通路３４は、カソードガス通路の一部を形成している。ダクト７７は、空気フィルタ部６６の出口側である裏面６６ｒ側と電気機器ボックス６８（インバータボックス）の部位６８ｐとを連通させている。電気機器ボックス６８は、空気が通過できる通路となり得るボックス室６８ａと、ボックス室６８ａに配置されている放熱源となり得る電気機器６８ｃとを有する。電気機器６８ｃは、燃料電池の発電電力を変換させるインバータと、電源に電気的に接続されている電源基板と、その他の電気部品とを有する。空気通路３４の通路３４ｐは、電気機器ボックス６８の出口６８ｍと燃焼部２ｃとを繋ぐ。

従って、空気ポンプ３３（燃焼用空気の搬送源）が回転駆動すると、外気は、脱着パネル５６の外気導入口５７、空気フィルタ部６６、開口７５、ダクト７７、電気機器ボックス６８の内部、空気通路３４を介して改質器２の燃焼部２ｃに供給され、燃焼部２ｃにおいて燃焼に使用される。この場合、電気機器ボックス６８の内部の放熱する電気機器６８ｃが空気により冷却され、電気機器６８ｃの過熱が抑制されるため、電気機器６８ｃの耐久性の向上、長寿命化に貢献できる。更に、改質器２の燃焼部２ｃに供給する空気を電気機器ボックス６８の電気機器６８ｃからの放熱により予熱できるため、燃焼部２ｃにおける燃焼効率を高めるのに有利である。

ダクト７７のうち電気機器ボックス６８の上流の部位７７ｋからカソードガス通路１２が分岐されている。カソードガス通路１２は、カソードガスポンプ１３（カソードガス搬送源）を介して加湿器１５のカソードガスの入口１５ｉに連通している。従ってカソードガスポンプ１３（カソードガス搬送源）が回転駆動すると、ダクト７７内の空気はカソードガス通路１２を介して加湿器１５の入口１５ｉから供給され、加湿器１５で加湿された後にスタック３のカソードに供給され、発電反応に使用される。

図２に示すように、改質器２は、筐体５０の主収容室５１に配置されており、殊に、筐体５０のうち長手方向（図２に示す矢印Ｌ方向，水平方向）において、主収容室５１のうち隔室５３から遠ざかる位置に配置されている。すなわち、改質器２は、筐体５０の主収容室５１のうち中心線Ｐ１よりも隔室５３から遠ざかる側に配置されている。殊に、改質器２は、主収容室５１のうち隔室５３から遠ざかる位置に配置されている。その理由としては、高温となる燃焼部２ｃを有する改質器２からの放熱が隔室５３を昇温させることを抑制するためである。従って隔室５３の室空間は、主収容室５１よりも低温に維持される。なお、燃焼部２ｃは改質部２ａの上部に配置されているが、これに限らず、改質部２ａの下部に配置されていても良い。ここで、筐体５０の長手方向とは、筐体５０のうち最も長い寸法が延びている方向を意味する。

第２メンテナンス部品として機能する脱硫器６（図３参照）は、空気フィルタ部６６から離間して筐体５０の隔室５３に設けられている。換言すると、脱硫器６は、スタック３のカソードにカソードガスを供給するカソードガス流路には配置されていない。この結果、脱硫器６の外壁面がカソードガスに触れることが抑止されている。このため脱硫器６の外壁面がカソードガスを汚す原因となることが抑制され、カソードガスを清浄化させるのに有利である。

脱硫器６（図３参照）は、前述した記載から理解できるように、改質器２に供給される前の燃料原料を脱硫させるものである。脱硫器６は、器体と、器体の内部に収容されている脱硫部とを有する。脱硫部は、セラミックス等で形成された触媒担体と、触媒担体に担持されている脱硫触媒とを有する。脱硫部の温度が高温過ぎると、脱硫部の脱硫効率は低下するおそれがある。

本実施形態によれば、図２に示すように、脱硫器６は、主収容室５１よりも外気により冷却され易く低温となり易い隔室５３に設けられている。このため脱硫器６の冷却性および低温性が確保され、脱硫器６における脱硫効率が維持される。すなわち、メンテナンス部品である脱硫器６は、メンテナンス容易な隔室５３に配置されており、放熱源となるスタック３および改質器２を収容する主収容室５１から離間しているため、脱硫器６の冷却性能が確保され、脱硫器６の高温化が抑制される。このため脱硫器６における脱硫反応が長期にわたり良好に維持される。従って、燃料電池の発電反応が長期にわたり良好に維持される。

上記した脱硫器６は、カソードガス通路１２となるダクト７７の内部ではなく、外部に設けられている。ここで、前述したように脱硫器６の温度が高くなると、脱硫器６における脱硫効果が充分に得られないおそれがある。そこでダクト７７の内部に脱硫器６を設置し、燃料電池のカソードに向けて流れるカソードガスで、脱硫器６を積極的に空冷させることも考えられる。しかしながらこの場合、空気フィルタ部６６が設けられているといえども、脱硫器６の外壁面に付着していた塵埃等が、ダクト７７内を流れる空気に混入するおそれがある。この場合、燃料電池のカソードに供給されるカソードガスを脱硫器６が汚す原因となり易い。この場合、脱硫器６に付着している塵埃等がカソードガスと共にスタック３のカソードに供給されてしまうおそれがある。そこで本実施形態によれば、前述したように脱硫器６がダクト７７の内部ではなく、ダクト７７の外部に設けられている。よって、スタック３に供給されるカソードガスと脱硫器６とが直接触れないようにされている。この結果、脱硫器６が、スタック３のカソードに供給される前のカソードガスを汚す原因となることが抑制される。故に、カソードガスの清浄度を維持するのに有利である。

更に本実施形態によれば、隔室５３は筐体５０の長手方向の端側に配置されており、脱着パネル５６を筐体５０から取り外せば、隔室５３は開放されるため、隔室５３はメンテナンス室となる。このため隔室５３に配置されている脱硫器６等の各種の第２メンテナンス部品をメンテナンスし易い。更に開口７５が開放されているため、メンテナンス者は、開口７５を介して、隔室５３または筐体５０の外方から主収容室５１の内部を視認することができる。

また図３に示すように筐体５０の内部には、第２メンテナンス部品として機能するイオン交換器４６が設けられている。イオン交換器４６は、スタック３を冷却させるスタック冷却液に含まれている不純物を低減して純水化させてスタック冷却液の電気絶縁性を高めるための精製処理を実施する。イオン交換器４６に収容されている水精製材としてのイオン交換樹脂は、高温環境下に長期間保持されると、熱劣化が進行するおそれがある。この点本実施形態によれば、メンテナンス室となる隔室５３には、スタック冷却液精製用のイオン交換器４６が配置されている。前述したようにスタック３、改質器２および電気機器ボックス６８は放熱源となり得る。これに対して、隔室５３には、放熱源となり得るスタック３、改質器２および電気機器ボックス６８が収容されていない。更に、隔室５３は脱着パネル５６を介して外気に隣接されている。従って、隔室５３は主収容室５１よりも低温に維持される。このため、イオン交換器４６に収容されているイオン交換樹脂（スタック冷却液精製材）が熱劣化が進行することが抑制される。この結果、イオン交換器４６に収容されているイオン交換樹脂（スタック冷却液精製材）の耐久性の向上、長寿命化を図るのに有利である。

第２メンテナンス部品として機能するイオン交換器４６は、前述したように、スタック３を冷却させるスタック冷却液に含まれている不純物を低減するものである。筐体５０の外方の外気によって隔室５３の内部が過剰に冷却されたとしても、イオン交換器４６に残留しているスタック冷却液は不凍液成分（エチレングリコール、プロピレングルコール、グリセリンなどの有機系不凍液成分）を有するため、耐凍結性が確保されている。

さて本実施形態によれば、図３に示すように、筐体５０のうち主収容室５１の内部には、第１メンテナンス部品として機能する水精製器２８が設けられている。水精製器２８は、改質器２に供給される改質水を浄化させて純水化させるものであり、改質水を浄化させる水精製材としてのイオン交換樹脂を収容している。水精製器２８に残留している水は、改質反応に使用される改質水となるため、純水または純水に近いものであり、不凍液成分を含有していないのが一般的である。このため、寒冷地や冬季等では、外気が過剰に低温である場合には、水精製器２８に凍結が発生するおそれがある。このため、燃料電池システムの運転停止時等において水精製器２８の凍結を抑えつつ、燃料電池システムの運転中において水精製器２８のうち熱劣化が進行するおそれがあるイオン交換樹脂をできるだけ低温に維持し、水精製器２８のイオン交換樹脂（水精製材）の耐久性の向上および長寿命化を図ることが好ましい。

そこで本実施形態によれば、放熱源となり得る改質器２、放熱源となり得るスタック３、放熱源となり得る電気機器ボックス６８を収容する主収容室５１に、水精製器２８を配置している。但し、燃料電池システムの運転時において水精製器２８が過剰に高温となることを抑制するため、高温を発生させる改質器２から水精製器２８をなるべく遠ざけている。すなわち、水精製器２８を主収容室５１内に配置させつつも、隔壁５５に接近させている。ここで接近の程度としては、図３に示すように、水精製器２８の径（または幅）をＤ２とし、水精製器２８と隔壁５５との間の最短の間隔をＬ２とすると、Ｌ２はＤ２よりも小さく設定されていることが好ましい（Ｌ２＜Ｄ２）。但し、燃料電池システムによっては、Ｌ２＝Ｄ２、あるいは、Ｌ２＞Ｄ２、あるいは、Ｌ２＜（Ｄ２×２）、あるいは、Ｌ２＜（Ｄ２×３）、あるいは、Ｌ２＜（Ｄ２×４）とすることもできる。

図２に示すように、上記した水精製器２８は、隔壁５５の開口７５に接近した位置に配置されている。従って、図５に示すように、脱着パネル５６を筐体５０から離脱させたメンテナンス時において、主収容室５１に配置されている水精製器２８を隔壁５５の開口７５から隔室５３側、更には、外気側に取り出し易くされている。このため水精製器２８のメンテナンス性が向上している。

図４に示すように、筐体５０のうち隔室５３内部には、第２メンテナンス部品として機能する第１リサーバタンク８１および第２リサーバタンク８２が並設されている。第１リサーバタンク８１はスタック冷却液を貯留するものである。スタック冷却液は、前述したように不凍液成分を有するため、耐凍結性が高い。このため、第１リサーバタンク８１は、外気の温度の影響を受け易いもののメンテナンス性が高い隔室５３に配置されている。第２リサーバタンク８２は、第１凝縮器９および第２凝縮器２１等の凝縮器を流れる冷却用の冷媒を収容するものである。この冷媒は不凍液成分を有しており、耐凍結性が高い。このため第２リサーバタンク８２は、外気の温度の影響を受け易いもののメンテナンス性が高い隔室５３に配置されている。

以上説明したように本実施形態によれば、第１メンテナンス部品として機能する水精製器２８は、筐体５０のうち、燃料電池システムの運転停止時において低温になり易い隔室５３ではなく、燃料電池システムの運転停止時において隔室５３より低温になり難い主収容室５１に配置されている。従って、燃料電池システムの運転停止時において、水精製器２８の凍結等が抑制され、燃料電池システムの再起動に与える影響が軽減される。

しかし第１メンテナンス部品としての水精製器２８が主収容室５１に配置されていると、水精製器２８をメンテナンスする作業が困難となり易い。そこで、水精製器２８は筐体５０の主収容室５１に収容されているにもかかわらず、隔壁５５の開口７５を介して主収容室５１内の水精製器２８を主収容室５１から隔室５３側、更には外気側に取り出すことができる（図５参照）。さらに、水精製器２８をメンテナンスした後に、隔壁５５の開口７５を介して水精製器２８を主収容室５１に戻すことも容易にできる。

また本実施形態によれば、空気フィルタ部６６の取付ブラケット６６ｋ（取付部）は脱着パネル５６に溶接または締結具等で固定されている。このため図５に示すように、メンテナンス時に脱着パネル５６を筐体５０から取り外せば、脱着パネル５６と共に空気フィルタ部６６も自動的に取り外され、開口７５が自動的に開放される。

更に、メンテナンスが終了したら、脱着パネル５６をボルト等の取付具５６ｘにより筐体５０に取着すれば、脱着パネル５６と共に空気フィルタ部６６が開口７５を閉じるように筐体５０内に取り付けられる。この場合、空気フィルタ部６６の内部と開口７５と外気とダクト７７内とを連通させつつ、空気フィルタ部６６のケース６６ｔにより開口７５が閉じられる。この結果、主収容室５１と隔室５３との連通性が低下し、主収容室５１から隔室５３に伝熱されにくくなる。すなわち、燃料電池システムの運転時において、改質器２やスタック３等といった放熱源を有する主収容室５１内の暖かい空気が隔室５３側に開口７５を介して進入することが抑制される。従って、低温に維持させる必要がある脱硫器６およびイオン交換器４６等を収容する隔室５３をできるだけ低温に維持させるのに貢献できる。

（実施形態２）
図６は実施形態２を示す。本実施形態は前記した実施形態と基本的には同様の構成および作用効果を有する。本実施形態によれば、主収容室５１の水精製器２８をメンテナンス用開口７５から隔室５３側に取り出さないにしても、メンテナンス者は手や腕をメンテナンス用開口７５から隔室５３側から主収容室５１に差し込み、主収容室５１の水精製器２８等の第１メンテナンス部品をメンテナンスすることができる。なおメンテナンス者は、メーカの作業者、燃料電池システムの施工後の修理者、ユーザを含む。

（実施形態３）
図７は実施形態３を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同様の構成および作用効果を有する。但し本実施形態によれば、空気フィルタ部６６と枠状の裏面板６６ｗとは別体とされている。図略の締結具より隔壁５５のシール部材７６に裏面板６６ｗを圧接して取り付ける。その後、裏面板６６ｗに設けられている図示しないシール部材に空気フィルタ部６６の裏面６６ｙを圧接させる。これにより空気フィルタ部６６を隔壁５５に取り付ける。裏面板６６ｗを隔壁５５から離脱させれば、メンテナンス部品の取り出しが容易となる。但し、裏面板６６ｗを隔壁５５から離脱させずとも、メンテナンス部品を取り出すことも可能となる。

（他の実施形態）
燃料電池システムは図１に示す配管に限定されるものではない。上記した実施形態１によれば、筐体５０は四角箱形状とされているが、円筒形状としても良い。上記したポンプ７，３３，１３，４１はファン、ブロア等の搬送源でも良い。上記した実施形態１によれば、第１メンテナンス部品は、改質水を精製させる水精製器２８とされているが、これに限らず、リザーバタンク８１，８２、スタック冷却液精製用のイオン交換器４６を開口７５から出し入れできるように主収容室５１の内部に配置することにより、第１メンテナンス部品としても良い。第１メンテナンス部品として電気機器としても良い。隔壁５５は切抜状をなす単数の開口７５をもつが、これに限らず、複数の開口７５をもつタイプでも良い。複数の開口７５を開閉部材でそれぞれ閉じることが好ましい。

シール部材７６は隔壁５５に設けられているが、これに限らず、空気フィルタ部６６の裏面板６６ｗ（空気フィルタ部６６の一部）に設けられていても良い。シール性が維持されるならば、シール部材７６を廃止しても良い。隔壁５５は、金属板５５ｆと断熱層５５ｓとを備えているが、これに限らず、金属板のみとしても良いし、断熱材料で形成された断熱板のみとしても良い。

上記した実施形態１によれば、開閉部材としての空気フィルタ部６６は、隔壁５５から離脱されてメンテナンス用開口７５の全部を開放させるが、これに限らず、空気フィルタ部６６および電気機器などの双方でメンテナンス用開口７５の全部を閉鎖し、空気フィルタ部６６を隔壁５５から離脱させるとメンテナンス用開口７５の一部を開放させる構造としても良い。この場合においても、メンテナンス用開口７５を利用して第１メンテナンス部品をメンテナンスできる。

隔室５３および改質器２は互いに中心線Ｐ１を挟む位置に設けられているが、これに限らず、改質器２は中心線Ｐ１付近に配置されていても良い。ダクト７７は電気機器ボックス６８を介して燃焼部２ｃに燃焼用空気を供給するが、これに限らず、ダクト７７は電気機器ボックス６８を介することなく燃焼部２ｃに燃焼用空気を供給することにしても良い。隔室５３は筐体５０の長手方向の端側に配置されているが、これに限らず、筐体５０の幅方向の端側でも良い。

上記した実施形態１によれば、水精製器２８で生成された水は水タンク２５に供給され、その後、改質器２に供給されるが、これに限らず、水精製器２８および水タンク２５の位置の順序を入れ替えても良い。この場合、水タンク２５で溜めた水は、水精製器２８で精製され、その後、改質器２に供給される方式としても良い。

上記した実施形態１によれば、主収容室５１に改質器２およびスタック３が配置されているが、これに限らず、改質器２に代えて、水素ガス等のアノードガスを貯蔵する貯蔵タンクが主収容室５１に配置されている構造でも良い。貯蔵タンクは、水素ガス等のアノードガスをそのまま貯蔵する方式でも良いし、あるいは、水素吸蔵合金の形態として貯蔵する方式としても良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。上記した記載から次の技術的思想も把握できる。

［付記項１］（ｉ）主収容室と、前記主収容室から分離された隔室と、前記主収容室および前記隔室を仕切ると共に前記主収容室および前記隔室を連通させる開口をもつ隔壁とを有する筐体と、（ｉｉ）前記筐体の前記主収容室に配置され、アノード流体が供給されるアノードとカソード流体が供給されるカソードとをもち、前記アノード流体と前記カソード流体とで発電する燃料電池と、（ｉｉｉ）前記隔壁の前記開口のうちの少なくとも一部を開閉可能な開閉部材とを具備していることを特徴とする燃料電池システム。隔壁の開口を開閉部材で閉鎖することができる。従って隔壁の開口を全面閉鎖タイプとせずとも良く、隔壁を形成する材料を節約できる。隔壁は主収容室および隔室を仕切るため、隔室の昇温を抑制できる。開閉部材は、燃料電池のカソードに供給されるカソード流体を浄化させる塵埃低減部とすることができる。開閉部材を外せば開口が開放され、開口を介して、隔壁または筐体の外方から主収容室の内部を視認できる。

［付記項２］付記項１において、隔室を閉じる脱着パネルが筐体に脱着可能に設けられており、開閉部材は脱着パネルに保持されていることを特徴とする燃料電池システム。脱着パネルが筐体に取着されると、隔壁の開口のうちの少なくとも一部は開閉部材により閉鎖される。脱着パネルが筐体から取り外されると、開放部材は開放され、隔壁の開口は開放される。

本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用、携帯用、可搬用の燃料電池システムに利用することができる。

燃料電池システムの概念を模式的に示すシステム図である。 筐体の内部の基本構成を模式的に示す縦断面図である。 筐体の内部の基本構成を模式的に示す横断面図である。 筐体の端面を模式的に示す端面図である。 脱着パネルを筐体から離脱させた状態を示す縦断面図である。 他の実施形態を示し、脱着パネルを筐体から離脱させた状態を示す縦断面図である。 他の実施形態を示し、脱着パネルを筐体から離脱させた状態を示す縦断面図である。

符号の説明

１は供給路、２は改質器、２ａは改質部、２ｃは燃焼部、３はスタック、４は燃料原料源、５は供給弁、６は脱硫器（第２メンテナンス部品）、９は第１凝縮器、１０は入口弁、１２はカソードガス通路、１３はカソードガスポンプ、１４はカソードオフガス通路、１５は加湿器、１７はバイパス弁、１９はアノードオフガス通路、２０は出口弁、２１は第２凝縮器、２５は水タンク、２８は改質水用の水精製器（第１メンテナンス部品）、３０はスタック冷却通路、３１はイオン交換器、４０は改質水通路、４１は改質水ポンプ、４５はスタック冷却通路、４６はスタック冷却液精製用のイオン交換器、５０は筐体、５１は主収容室、５３は隔室、５５は隔壁、５６は脱着パネル、５７は外気導入口、５８はグリル、６６は空気フィルタ部（塵埃低減部，開閉部材）、６７はダクト、６８は電気機器ボックス、７５は開口（メンテナンス用開口）、８１，８２はリザーバタンク（第２メンテナンス部品）を示す。

Claims (7)

1. 主収容室と、前記主収容室から分離された隔室と、前記主収容室および前記隔室を仕切ると共に前記主収容室および前記隔室を連通させるメンテナンス用開口をもつ隔壁とを有する筐体と、
   前記筐体の前記主収容室に配置され、アノード流体が供給されるアノードとカソード流体が供給されるカソードとをもち、前記アノード流体と前記カソード流体とで発電する燃料電池と、
   前記隔壁の前記メンテナンス用開口から出し入れされるように、または、前記隔壁の前記メンテナンス用開口からメンテナンスされるように、前記筐体の前記主収容室に収容され、定期的、不定期的および故障時のうちの少なくとも一方においてメンテナンスされる第１メンテナンス部品とを具備することを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１において、前記隔壁に設けられている前記メンテナンス用開口のうちの少なくとも一部を開閉可能な開閉部材が設けられており、
   前記第１メンテナンス部品がメンテナンスされるとき、前記開閉部材は、前記隔壁から離脱され前記メンテナンス用開口の少なくとも一部を開放させることを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項２において、前記開閉部材は、前記燃料電池の前記カソードに供給されるカソード流体に含まれる塵埃を低減する塵埃低減部であることを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項１〜３のうちの一項において、前記筐体は、前記筐体に対して脱着可能な脱着パネルを備えており、前記脱着パネルは取着時に前記隔室を閉じることを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項１〜４のうちの一項において、定期的、不定期的および故障時のうちの少なくとも一方においてメンテナンスされる第２メンテナンス部品が前記隔室に配置されていることを特徴とする燃料電池システム。
6. 請求項１〜５のうちの一項において、前記主収容室と前記隔室との間における伝熱を抑制するように、前記隔壁は断熱層を有することを特徴とする燃料電池システム。
7. 請求項１〜６のうちの一項において、燃料原料を改質させてアノード流体を生成させる改質器が前記筐体の前記主収容室に配置されていることを特徴とする燃料電池システム。

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