燃料電池発電装置
【課題】ＦＣユニットと外部空間の間に遮蔽物があるような場所に設置しても、高い発電効率を維持できる燃料電池発電装置を提供することを目的としている。
【解決手段】原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させるセルスタックとを有するＦＣユニット１と、ＦＣユニット１で回収された熱を貯蔵する貯湯タンクを有する貯湯ユニット２０と、ＦＣユニット１と貯湯ユニット２０の周囲を囲む遮蔽物と、を少なくとも有し、ＦＣユニット１または貯湯ユニット２０と遮蔽物とを接続するとともに、ＦＣユニット１または貯湯ユニット２０に供給または排気する気体を導くガイド部材を設けた燃料電池発電装置である。
【解決手段】原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させるセルスタックとを有するＦＣユニット１と、ＦＣユニット１で回収された熱を貯蔵する貯湯タンクを有する貯湯ユニット２０と、ＦＣユニット１と貯湯ユニット２０の周囲を囲む遮蔽物と、を少なくとも有し、ＦＣユニット１または貯湯ユニット２０と遮蔽物とを接続するとともに、ＦＣユニット１または貯湯ユニット２０に供給または排気する気体を導くガイド部材を設けた燃料電池発電装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集合住宅のパイプシャフト（ＰＳ）や一般家庭、事業所などの敷地に設置する定置用コージェネレーションシステムに使用される燃料電池発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高効率で小規模発電が可能である燃料電池発電装置は、発電の際に発生する熱エネルギーを利用するためのシステム構築が容易であるため、高いエネルギー利用効率が可能な分散型の発電システムとして、開発が進められている。
【０００３】
燃料電池発電装置では、発電運転の際、その発電部の本体として配設される燃料電池本体（以降、セルスタックと称する）に、燃料ガスと酸化剤ガスとが各々供給される。そして、セルスタックでは、その供給される燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とを用いて、所定の電気化学反応が進行する。この電気化学反応の進行により、水素および酸素が有する化学的なエネルギーが、電気的なエネルギーと熱的なエネルギーに変換される。電気的なエネルギーは発生する直流を交流に変換し、家庭などで電力として利用される。熱的なエネルギーは有効利用するために、貯湯タンクで湯などの形で貯え、家庭などで使用する湯などの熱として利用される。
【０００４】
そこで、従来の燃料電池発電装置は、図１０に示すように、セルスタックなどの発電をおこなう発電部を含む本体パッケージ１００と、熱を湯として保持し、さらに湯がないときに湯沸かしをおこなう補助熱源を有する貯湯タンクを含む貯湯パッケージ１１０とを、別々に配置する例が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、セルスタックを含む燃料電池発電システムと補助熱源を含む貯湯システムとを、共通台板に備えて燃料電池コージェネレーションシステムを構成した例が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１１１２０８号公報
【特許文献２】特開２００５−３２４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の特許文献１の燃料電池発電装置の構成では、本体パッケージ１００と貯湯パッケージ１１０とを別々に配置するので、占有面積が大きくなるため、設置できる場所が制限されるという課題があった。
【０００８】
また、特許文献２の燃料電池コージェネレーションシステムの構成によれば、現場での接続作業をなくすために、共通台板上に部品を固設し一体化することにより設置性を向上させるとともに、本体の設置面積を小さくできるとしている。しかし、上記構成では、排気の吹き出し方向が定まらず、排気の吹き出し面に排気の吹き出しを阻害する壁や物がある場合、燃料電池コージェネレーションシステムが排出した空気やガスを再び吸い込んでしまうために、発電効率が低下するという課題があった。さらに、周囲に十分な開放空間がないと燃料電池コージェネレーションシステムの配置が制限されるという課題もある。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、排出した空気やガスなどを再び吸い込む
ことがなく高い発電効率を維持するとともに、外部空間の間に構造物がある場所でも容易に設置できる燃料電池発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池発電装置は、原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させるセルスタックとを有するＦＣユニットと、ＦＣユニットで回収された熱を貯蔵する貯湯タンクを有する貯湯ユニットと、ＦＣユニットと貯湯ユニットの周囲を囲む遮蔽物と、を少なくとも有し、ＦＣユニットまたは貯湯ユニットと遮蔽物とを接続するとともに、ＦＣユニットまたは貯湯ユニットに供給または排気する気体を導くガイド部材を設ける。
【００１１】
これにより、排出した空気やガスを再び吸い込むことがないため、高い発電効率を維持するとともに、外部空間の間に構造物があっても設置可能な燃料電池発電装置を実現できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の燃料電池発電装置は、使用するまたは使用した空気などの気体が構造物を介して外部空間と連通するガイド部材を設けることにより、排出した空気やガスを再び吸い込むことがないため高い発電効率を維持できる。そして、周りに壁や扉などがある狭いところにも容易に燃料電池発電装置を設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の外装板を取り外した内部の主な部品の構成を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置を燃料電池装置設置場に設置した状態を説明する模式見取り図
【図４】本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図
【図５】本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図
【図６】本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置の外装板を取り外した内部の主な部品の構成を示す斜視図
【図７】本発明の実施の形態４における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図
【図８】本発明の実施の形態５における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図
【図９】本発明の実施の形態５における燃料電池発電装置の外装板を取り外した内部の主な部品の構成を示す斜視図
【図１０】従来の燃料電池発電装置の構成を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の発明は、原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させるセルスタックとを有するＦＣユニットと、ＦＣユニットで回収された熱を貯蔵する貯湯タンクを有する貯湯ユニットと、ＦＣユニットと貯湯ユニットの周囲を囲む遮蔽物と、を少なくとも有し、ＦＣユニットまたは貯湯ユニットと遮蔽物とを接続するとともに、ＦＣユニットまたは貯湯ユニットに供給または排気する気体を導くガイド部材を設ける燃料電池発電装置である。
【００１５】
これにより、排出した空気やガスを再び吸い込むことがないため、高い発電効率を維持するとともに、外部空間との間に構造物があっても設置可能な燃料電池発電装置を実現できる。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明において、ガイド部材が、ＦＣユニットの燃料生成器の排ガスまたは排空気を導く排ガス排空気ガイドである。これにより、発電に悪影響を及ぼす燃焼排ガスの吸い込みを排除して、外部の空気を供給することにより発電効率の低下を防止するとともに、狭い場所でも設置が可能な燃料電池発電装置を実現できる。
【００１７】
第３の発明は、第１または第２の発明において、ガイド部材が、貯湯ユニットの排ガスを導く貯湯排ガスガイドである。これにより、補助熱源機で利用した後の酸素濃度の低い空気を外部の空間に排出できる。そのため、狭い空間の空気を補助熱源機に供給しても、安定的な燃焼を維持することができる。
【００１８】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、ガイド部材が、ＦＣユニットのセルスタックで発電に用いた後の空気を導く排空気ガイドである。これにより、セルスタックで使用した後の酸素濃度の低い空気のＦＣユニットへの吸い込みを排除して、セルスタックの電圧の低下や、燃料生成器の燃焼不良による転化率の低下などを防止できる。その結果、発電効率の低下を抑制するとともに、狭い場所でも設置が可能な燃料電池発電装置を実現できる。
【００１９】
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、ガイド部材が、ＦＣユニットの内部を換気する空気を導く換気ガイドである。これにより、外部の空気をＦＣユニット内部に供給できるため、換気が不十分な空気の吸い込みによる温度むらに起因する発電低下を未然に防止できる。
【００２０】
第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明において、ガイド部材が、ＦＣユニットの燃焼に利用する空気を導く燃焼空気ガイドである。これにより、セルスタックで使用した後の酸素濃度の低い空気のＦＣユニットへの吸い込みを排除して、外部の空気をＦＣユニットに供給できる。その結果、安定的な燃焼による高い転化率を維持して、発電効率の低下を防止するとともに、狭い場所でも設置が可能な燃料電池発電装置を実現できる。
【００２１】
第７の発明は、第１から第５のいずれかの発明において、ガイド部材が、セルスタックで発電時に使用する空気をＦＣユニットに導く空気ガイドである。これにより、発電に悪影響がある燃焼排ガスの吸い込みを排除して、外部の空気を供給することにより発電効率の低下を防止できる。
【００２２】
第８の発明は、第３から第５のいずれかの発明において、ガイド部材が、排ガスと、セルスタックで発電時に用いた後の空気と、ＦＣユニットの内部を換気した後の空気の、少なくとも２つを導く。これにより、複数のガイド部材を装着しにくい場所であっても、外部に燃焼排ガスやセルスタックで使用した後の空気やＦＣユニットを換気した空気を排出させることができる。その結果、発電効率の低下を防止するとともに、設置が容易で簡単な構造の燃料電池発電装置を実現できる。
【００２３】
第９の発明は、第５から第７のいずれかの発明において、ガイド部材が、燃焼に利用する空気と、セルスタックで発電時に用いる空気と、ＦＣユニットの内部を換気するための空気の、少なくとも２つを導く。これにより、複数のガイド部材を装着しにくい場所であっても、外部の空気を供給することができる。その結果、発電効率の低下を防止するとともに、設置が容易で簡単な構造の燃料電池発電装置を実現できる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１の燃料電池発電装置について、図１を用いて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図である。
【００２７】
図１に示すように、燃料電池発電装置は、ＦＣ（燃料電池：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）ユニット１と、貯湯ユニット２０とを少なくとも備え、ＦＣユニット１のＦＰ（改質器：Ｆｕｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）排ガス排空気ガイド１５と、貯湯ユニット２０の貯湯排ガスガイド２２を介して遮蔽物の一部を構成する、例えば扉６１と接続されている。なお、遮蔽物としては、基本的に、図３で説明するように燃料電池発電システムの周囲を囲む壁や扉で構成されるが、以降では扉を遮蔽物の代表として説明する。
【００２８】
ここで、ＦＣユニット１は、扉６１と対向する面に設けられた正面外装板２と、側面に設けられた左側面外装板３および右側面外装板と、背面に設けられた背面外装板と、天井に設けられた天井外装板６で内部が囲まれている。このとき、正面外装板２には、燃料電池発電装置の内部に空気を取り込む吸気口７と、燃料電池発電装置の換気を行った空気を排出する換気出口１０と、改質反応のための燃焼を行ったＦＰ排ガスと発電に使用した残りの排空気を導くガイド部材として、排ガス排空気ガイドであるＦＰ排ガス排空気ガイド１５とが設けられている。
【００２９】
また、貯湯ユニット２０には、扉６１と対向する面に、貯湯ユニット２０の内部に空気を取り込む貯湯吸気口２１と、貯湯排ガス出口２４から排出される燃焼に用いた後の排ガスを導くガイド部材として、貯湯排ガスガイド２２が設けられている。
【００３０】
そして、燃料電池発電装置で発生する熱は貯湯ユニット２０に蓄えられる。
【００３１】
また、燃料電池発電装置の正面に設置された扉６１には、燃料電池発電装置と扉６１間に空気の出入りを発生させる下部スリット６２と上部スリット６３が設けられている。さらに、ＦＣユニット１のＦＰ排ガス排空気ガイド１５と接続されるＦＰ排ガス排空気ガイド出口１６と、貯湯ユニット２０の貯湯排ガスガイド２２に接続される貯湯排ガスガイド出口２３が設けられている。
【００３２】
以下に、本発明の実施の形態１の燃料電池発電装置について、図２を用いて説明する。
【００３３】
図２は、本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の外装板を取り外した内部の主な部品の構成を示す斜視図である。
【００３４】
図２に示すように、燃料電池発電装置の第１フレーム３０の内部には、酸化剤ガス供給部３１と、燃料生成器３２と、セルスタック３３と、冷却水タンク３４と、浄化部３６と、回路部３７および補機部３８とが第１フレーム３０に直接または間接に取り付けられている。ここで、酸化剤ガス供給部３１は空気などを供給し、燃料生成器３２は都市ガスなどの原料ガスから水素を含む燃料ガスを生成する。また、セルスタック３３は、酸化剤ガス供給部３１から供給された酸素と、燃料生成器３２から供給された水素から電力を発生する。冷却水タンク３４は、少なくともセルスタック３３で発生する熱を熱交換部４０で回収して、それにより生じる冷却水を貯める。また、浄化部３６は、空気、水および原料ガス中の不純物を取り除く。さらに、回路部３７は、燃料電池発電装置の制御およびセルスタック３３で発生する直流を交流に変換する。なお、補機部３８は、ＦＣユニットを動作させるためのポンプや弁などである。
【００３５】
そして、ＦＣユニットは、燃料生成器３２と、酸化剤ガス供給部３１と、セルスタック３３と、これらを保持する第１フレーム３０から少なくとも構成されている。
【００３６】
また、図２に示すＦＣ換気出口１１は、換気ファン４１によりＦＣユニットの内部の空気を外部に排出する排気口である。さらに、ＦＰ排ガス排空気出口１２は、燃料生成器３２の内部で燃焼した後の排ガスとセルスタック３３から排出された空気を集めて、ＦＣユニットの外部に排出する排気口である。
【００３７】
そして、ＦＣユニットで発生した熱は最終的に貯湯タンク５１に湯として貯蔵され、貯湯タンク５１に貯蔵された湯は混合弁５２で、例えば市水と適切な温度に混合して調節された後、ユーザーに利用される。
【００３８】
また、貯湯ユニット４９は貯湯タンク５１と混合弁５２とから少なくとも構成され、本実施の形態では第２フレーム５０により保持されている。そして、第２フレーム５０には、必要に応じて補助熱源機５３を設け、例えば貯湯タンク５１に貯蔵された湯の温度が低い場合、補助熱源機５３で加熱して、給湯などの湯として使用される。このとき、補助熱源機排気口５５は補助熱源機５３内部のバーナーが燃焼した際の排ガスを排出する排気口で、ＦＰ排ガス排空気出口１２と同一の方向に向かって排気される。なお、本実施の形態では燃料電池発電装置の正面、例えば図１に示す扉側に向かって排気する。
【００３９】
以下に、本発明の実施の形態における燃料電池発電装置の動作の概略について、図１と図２を参照しながら説明する。
【００４０】
まず、燃料電池発電装置を動作させる場合、換気ファン４１を作動して、吸気口７から空気を吸い込み、換気出口１０から空気を排出する。
【００４１】
つぎに、燃料電池発電装置の外部より、メタンやプロパンなどの炭化水素系の原料ガスを導入する。なお、本実施の形態では、都市ガスである１３Ａガスを使用した。
【００４２】
そして、導入された原料ガスは、燃料生成器３２の改質触媒と触媒反応として（化１）で示す化学反応を起こす。なお、本化学反応は吸熱反応であるために、反応中も熱を与える必要がある。このとき、（化１）に示す化学反応が発生すると、水素と二酸化炭素が生成される。さらに、生成された二酸化炭素は、（化２）に示す化学反応により一酸化炭素を発生する。
【００４３】
つぎに、発生した一酸化炭素は、例えば変成触媒と（化３）に示すシフト化反応により、その濃度が低減される。さらに、例えば選択酸化触媒と（化４）に示す一酸化炭素選択酸化反応により、最終的に、例えば２０ｐｐｍ以下程度の微量になるまで一酸化炭素が除去される。
【００４４】
【化１】
【００４５】
【化２】
【００４６】
【化３】
【００４７】
【化４】
【００４８】
つぎに、上記燃料生成器３２の化学反応により、原料ガスから生成した水素、二酸化炭素と水蒸気、および微量な一酸化炭素を含む燃料ガスがセルスタック３３に送られる。また、空気ブロワやコンプレッサーなどの酸化剤ガス供給部３１から供給される空気は、浄化部３６の空気浄化部分に送られるとともに、セルスタック３３に送られる。なお、本実施の形態では酸化剤ガス供給部３１から空気を浄化部３６に送る例で説明したがこれに限られず、浄化部３６を通った空気を酸化剤ガス供給部３１よりセルスタック３３に導いてもよい。
【００４９】
これにより、セルスタック３３は、送られてきた空気中の酸素と水素で（化５）に示す化学反応により水を生成するとともに、熱と電気を発生する。
【００５０】
【化５】
【００５１】
そして、セルスタック３３で発生した電気は、回路部３７で直流から交流に変換することにより、燃料電池発電装置外の外部機器などの電力として利用される。また、セルスタック３３で発生した熱は、冷却水タンク３４に保持されている冷却水がセルスタック３３を通流することによりセルスタック３３から持ち運ばれる。そして、熱を運ぶ冷却水が冷却水タンク３４に再び戻って、循環する。このとき、循環する冷却水は、経路中に配置された熱交換部４０で貯湯タンク５１につながる水と熱交換されることにより、冷却水の温度がほぼ一定に保たれる。
【００５２】
また、セルスタック３３で消費されなかった燃料ガスはオフガスとして燃料生成器３２のバーナーに供給され燃焼される。そして、燃焼により発生した熱は、燃料生成器３２において、（化１）の吸熱反応で必要とされる熱として有効に利用される。
【００５３】
なお、本実施の形態では、ＦＣユニットで発生する熱のうち、セルスタック３３で発生する熱のほか、セルスタック３３で使用されず排出される空気と燃料生成器３２のバーナーで発生したＦＰ排ガスの熱も熱交換部によって回収し、冷却水の温度を上昇させることに使用される。また、本実施の形態ではＦＣユニットを動作させるポンプや熱交換部などの補機は補機部３８に収納してあるが、ＦＣユニットを構成する燃料生成器３２やセルスタック３３などに関係する各補機を個別に配置し、全体に分散して設けてもよい。
【００５４】
また、ＦＣユニットで発生した熱により加熱された冷却水と、熱交換部４０で熱交換して温度が上昇した水は、貯湯タンク５１に貯められる。
【００５５】
そして、図示しないが、貯湯タンク５１の底部から水が取り出され、貯湯側接続部の配管部分を通り、ＦＣ貯湯接続部材を介して、ＦＣ側接続部に水が流れ込み、熱交換部４０
に導かれる。さらに、熱交換部４０で温度が上昇した水は、ＦＣ側接続部から、ＦＣ貯湯接続部材を介して、貯湯側接続部に流れ込んだ後、貯湯タンク５１の上部から水が戻される。つまり、貯湯タンク５１の水は、底部から取り出されて加熱された後、再度上部に戻ることになるため、貯湯タンク５１の水温は底部では低いが、上部は高温となるので、給湯などの湯として利用できる。
【００５６】
なお、本実施の形態では、貯湯タンク５１の上部には６０℃以上の湯が溜まるように循環する水の量を調整しているが、４０℃以上１００℃未満であれば、任意に調整することができる。そのため、家庭などで燃料電池発電装置の湯を利用する場合には、貯湯タンク５１の上部から温度の高い水（つまり湯）が混合弁５２に流れ込むことになる。このとき、混合弁５２は、ユーザーが要求した水の温度になるように、貯湯タンク５１からの湯と、外部で接続されている水道配管などの水とを混合して、ユーザーが要求する温度に調整する。これにより、風呂や台所などのユーザーの要求した場所で要求した温度の水を利用できるようになる。
【００５７】
しかし、燃料電池発電装置の動作開始時や貯湯タンク５１に貯められている湯の量を超える量の需要が生じた場合には、貯湯タンク５１の上部の水であってもユーザーの要求する温度の湯を供給できない場合がある。その場合には、混合弁５２で外部の水を混合した後、補助熱源機５３で加熱しユーザーの要求する温度にして利用される。
【００５８】
なお、本実施の形態では、ＦＣユニットと貯湯ユニットの水などの接続・輸送および電気信号の受け渡しをＦＣ貯湯接続部材で行なう例で説明したが、これに限られない。例えば、水のＦＣユニットから貯湯ユニットへの流れ、貯湯ユニットからＦＣユニットへの水の流れおよびＦＣユニットと貯湯ユニットとの電気および信号の流れを別々の部品でおこなってもよい。
【００５９】
以下に、本実施の形態のポイントである燃料電池発電装置と扉とを接続するガイド部材であるＦＰ排ガス排空気ガイド１５と貯湯排ガスガイド２２の作用と効果について説明する。
【００６０】
そこで、まず、燃料電池発電装置がＦＰ排ガス排空気ガイド１５と貯湯排ガスガイド２２を備えていない場合に生じる現象について説明する。
【００６１】
一般的に、室外環境に設置される燃料電池発電装置において、例えばＦＣユニット内には、様々なガスや微量物質が存在する。
【００６２】
つまり、都市ガスなどの原料ガスや燃料生成器で作られる燃料ガス、またはセルスタック３３での発電において空気を利用するため、発電に空気中の酸素を消費するので、セルスタック３３から排出される排空気の酸素濃度が非常に少なくなる。
【００６３】
また、改質反応に用いるために、セルスタック３３から排出された燃料ガスを燃料生成器３２のバーナーで燃焼させて熱を供給している。そのとき、燃焼した後の燃焼排ガスには、水分や二酸化炭素のほかに、窒素酸化物や硫黄酸化物などの微量成分が含まれている。そして、これらの微量成分は、セルスタック３３に供給される空気に混入すると、セルスタック３３での発電を生じる電気化学反応を阻害して発電効率を低下させる。
【００６４】
また、燃焼排ガスが、燃料電池発電装置内を換気する空気に混入した場合は、燃料生成器３２などに用いられる断熱材に水分が移動して、断熱性能を低下させる。その結果、所定の温度を維持するために、無駄なエネルギーが必要となり、発電や熱回収の効率低下を生じる。
【００６５】
また、セルスタック３３の発電に使用した後の排空気は酸素濃度が低いので、燃料生成器３２の燃焼用空気に混入した場合、酸素不足により燃焼が維持できなくなる場合や不完全燃焼を発生させる場合がある。その結果、原料ガスから燃料ガスの生成に支障をきたし、発電効率や熱回収効率を低下させてしまう。
【００６６】
また、排空気が換気のための空気に混入した場合、ＦＣユニット内の酸素濃度が低くなるため、センサーなどの誤動作を発生させ、発電の中断などにより、発電効率や熱回収効率を低下させてしまう。
【００６７】
そこで、ガイド部材として設けたＦＰ排ガス排空気ガイド１５と貯湯排ガスガイド２２の作用と効果について、図３を用いて説明する。
【００６８】
図３は、本発明の実施の形態における燃料電池発電装置を燃料電池装置設置場に設置した状態を説明する模式見取り図である。なお、図３は、燃料電池発電装置を燃料電池装置設置場に設置したときの上部から見た状態で示している。
【００６９】
図３に示すように、燃料電池発電装置の前面は扉６１を備え、両側面および背面は壁６５で囲まれている。このとき、燃料電池発電装置設置場６０の空気は、図１に示した扉６１に設けられた下部スリット６２と上部スリット６３により換気が行われる。また、燃料電池発電装置には、原料ガスが原料ガス配管６６から供給され、給排水が給排水菅６７から行われる。さらに、ＦＣユニットを換気する空気は、燃料電池発電装置の下部の周りの燃料電池発電装置設置場６０から吸い込まれ、上部に排出される。
【００７０】
そして、発電のために、セルスタック３３で使用される空気は、燃料電池発電装置の下部の周りの燃料電池発電装置設置場６０から吸い込まれ、ＦＰ排ガス排空気ガイド１５によりＦＰ排ガス排空気ガイド出口１６から外部に排出される。また、燃料生成器３２の燃焼に使用される空気も、燃料電池発電装置の下部の周りの燃料電池発電装置設置場６０から吸い込まれ、ＦＰ排ガス排空気ガイド１５によりＦＰ排ガス排空気ガイド出口１６から外部に排出される。
【００７１】
つまり、ＦＰ排ガス排空気ガイド１５がない場合、燃焼排ガスや排空気が、燃料電池発電装置設置場６０の、壁６５と扉６１で囲まれた狭い空間に排出される。そのため、換気の空気、セルスタック３３の発電用の空気や燃料生成器３２の燃焼用の空気として、排出された燃焼排ガスや排空気が再び吸い込まれることがある。
【００７２】
しかし、本実施の形態によれば、周りに構造物などが存在する狭い空間に燃料電池発電装置を配置しても、ＦＰ排ガス排空気ガイド１５により、排空気や排ガスを外部の空間に確実に排出できる。その結果、燃焼排ガスや排空気が再びＦＣユニットに吸い込まれることを防止して、高い発電効率や熱回収効率を維持できる燃料電池発電装置を実現できる。
【００７３】
（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２の燃料電池発電装置について、図４を用いて説明する。
【００７４】
図４は、本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図である。
【００７５】
そして、本実施の形態の燃料電池発電装置は、ＦＣユニット１と扉６１の間で、ＦＣユニット１のＦＣ換気出口にガイド部材として、さらに換気ガイドであるＦＣ換気出口ガイド６８を設けた点で、実施の形態１とは異なる。他の構成や動作は実施の形態１と同じであるので、説明を書略する。
【００７６】
つまり、図４に示すように、燃料電池発電装置は、ＦＣ（燃料電池：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）ユニット１と、貯湯ユニット２０とを少なくとも備え、ＦＣユニット１のＦＰ（改質器：Ｆｕｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）排ガス排空気ガイド１５およびＦＣ換気出口ガイド６８と、貯湯ユニット２０の貯湯排ガスガイド２２を介して扉６１と接続されている。
【００７７】
また、燃料電池発電装置の正面に設置された扉６１には、燃料電池発電装置と扉６１間に空気の出入りを発生させる下部スリット６２と上部スリット６３が設けられている。さらに、ＦＣユニット１のＦＰ排ガス排空気ガイド１５と接続されるＦＰ排ガス排空気ガイド出口１６およびＦＣ換気出口ガイド６８と接続されるＦＣ換気出口ガイド出口６９と、貯湯ユニット２０の貯湯排ガスガイド２２に接続される貯湯排ガスガイド出口２３が設けられている。
【００７８】
以下に、本実施の形態のポイントである燃料電池発電装置と扉とを接続するＦＣ換気出口ガイド６８の作用と効果について説明する。
【００７９】
一般的に、ＦＣユニットを換気する空気には、ＦＣユニットに用いられる機器から発生する油などの微量成分や、継ぎ手などから漏れる原料ガスや燃料ガスが含まれている。そして、燃料電池発電装置の周囲に構造物などの遮蔽物（例えば扉など）がある狭い空間においては、空気の流れ（換気）が少ないので、燃料電池発電装置設置場に油などの微量成分や、継ぎ手などから漏れる原料ガスや燃料ガスが滞留する。
【００８０】
つまり、ＦＣ換気出口ガイド６８がない場合、微量成分、原料ガスや燃料ガスが、燃料電池発電装置と扉６１などで囲まれた狭い空間に排出され、ＦＣ吸気口７や貯湯吸気口２１から、再び吸い込まれることがある。そして、これらの微量成分、原料ガスや燃料ガスが、セルスタック３３に供給される空気に混入すると、セルスタック３３での発電を生じる電気化学反応を阻害して発電効率を低下させる。
【００８１】
しかし、本実施の形態によれば、ＦＣ換気出口ガイド６８に接続された扉６１のＦＣ換気出口ガイド出口６９を介して、微量成分、原料ガスや燃料ガスを外部の空間に放出することができる。これにより、ＦＣユニットを換気した空気が燃料電池置場に滞留することがなくなる。そして、燃料生成器３２での燃焼用の空気や、セルスタック３３の発電用の空気や、ＦＣユニットの換気用の空気として取り入れられることがなくなる。その結果、狭い場所に設置してもセルスタック３３の発電への悪影響を防止して、高い発電効率や熱回収効率を維持できる燃料電池発電装置を実現できる。
【００８２】
（実施の形態３）
以下に、本発明の実施の形態３の燃料電池発電装置について、図５と図６を用いて説明する。
【００８３】
図５は、本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図である。図６は、本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置の外装板を取り外した内部の主な部品の構成を示す斜視図である。
【００８４】
そして、本実施の形態の燃料電池発電装置は、ＦＣユニット１と扉６１の間で、ＦＣユニット１のＦＰ燃焼空気入口７０にガイド部材として、燃焼空気ガイドであるＦＰ燃焼空気入口ガイド７１を設けた点で、実施の形態１とは異なる。他の構成や動作は実施の形態１と同じであるので、説明を省略する。なお、実施の形態１では、ＦＰ燃焼空気入口はＦＣユニット１の内部（外装板で囲まれた領域）に設けられているため図示されていない。
【００８５】
つまり、図５と図６に示すように、燃料電池発電装置は、ＦＣ（燃料電池：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）ユニット１と、貯湯ユニット２０とを少なくとも備え、ＦＣユニット１のＦＰ（改質器：Ｆｕｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）排ガス排空気ガイド１５およびＦＰ燃焼空気入口ガイド７１と、貯湯ユニット２０の貯湯排ガスガイド２２を介して扉６１と接続されている。
【００８６】
また、燃料電池発電装置の正面に設置された扉６１には、燃料電池発電装置と扉６１間に空気の出入りを発生させる下部スリット６２と上部スリット６３が設けられている。さらに、ＦＣユニット１のＦＰ排ガス排空気ガイド１５と接続されるＦＰ排ガス排空気ガイド出口１６およびＦＰ燃焼空気入口ガイド７１と接続されるＦＰ燃焼空気入口ガイド入口７２と、貯湯ユニット２０の貯湯排ガスガイド２２に接続される貯湯排ガスガイド出口２３が設けられている。
【００８７】
以下に、本実施の形態のポイントである燃料電池発電装置と扉とを接続するＦＰ燃焼空気入口ガイド７１の作用と効果について説明する。
【００８８】
一般的に、燃料電池発電装置の周囲に構造物などの遮蔽物（例えば、扉や壁など）がある狭い空間においては、空気の流れ（換気）が少ないので、燃料電池発電装置設置場に油などの微量成分や、継ぎ手などから漏れる原料ガスや燃料ガスが滞留する。
【００８９】
このとき、ＦＰ燃焼空気入口ガイド７１がない場合、滞留した微量成分、原料ガスや燃料ガスが、ＦＣユニット１のＦＰ燃焼空気入口から、燃料生成器３２の燃焼で使用する空気として、再び吸い込まれることがある。そして、これらの微量成分、原料ガスや燃料ガスが、燃料生成器３２に供給される空気に混入すると、燃料生成器３２の燃料ガスの生成効率などを低下させる。
【００９０】
しかし、本実施の形態によれば、燃料生成器３２の燃焼で使用する空気として、は、外部の空間からＦＰ燃焼空気入口ガイド入口７２、ＦＰ燃焼空気入口ガイド７１を介して、図６に示すＦＰ燃焼空気入口７０によりＦＣユニットに取り入れることができる。これにより、燃料電池発電装置の周囲に構造物などの遮蔽物（例えば、扉や壁など）がある狭い空間において、通常の酸素と窒素以外の微量成分やガス成分を含む空気が燃料電池発電装置設置場６０に滞留していても、それらを利用する必要がない。そのため、燃料生成器３２での燃焼に影響を与えず、安定した燃焼を維持できる。また、空気中の酸素成分などが変動しないため、燃料生成器で余分に原料ガスや燃料ガスを消費することがないので、燃料生成器の効率を高めることができる。その結果、狭い場所に設置してもセルスタック３３の発電や燃料生成器への悪影響を防止して、高い発電効率や熱回収効率を維持できる燃料電池発電装置を実現できる。
【００９１】
なお、上記では、燃料生成器に空気を導く燃焼空気ガイドを例に説明したが、同様に、セルスタックの空気を導く空気ガイドを設けてもよい。これにより、セルスタックに安定した酸素濃度の空気を供給できる。その結果、セルスタックの発電効率を安定に維持することができる。
【００９２】
（実施の形態４）
以下に、本発明の実施の形態４の燃料電池発電装置について、図７を用いて説明する。
【００９３】
図７は、本発明の実施の形態４における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図である。
【００９４】
そして、本実施の形態の燃料電池発電装置は、ＦＣユニット１と扉６１の間で、ＦＣユニット１のＦＣ吸気口とＦＰ燃焼空気入口をまとめたＦＣ空気総入口ガイド７４と、ＦＣ
排気出口とＦＰ排ガス排空気出口をまとめたＦＣ空気総出口ガイド７７を、ガイド部材として設けた点で、実施の形態１とは異なる。他の構成や動作は実施の形態１と同じであるので、説明を書略する。
【００９５】
つまり、図７に示すように、燃料電池発電装置は、ＦＣ（燃料電池：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）ユニット１と、貯湯ユニット２０とを少なくとも備え、ＦＣユニット１のＦＣ空気総入口ガイド７４およびＦＣ空気総出口ガイド７７と、貯湯ユニット２０の貯湯排ガスガイド２２を介して扉６１と接続されている。
【００９６】
また、燃料電池発電装置の正面に設置された扉６１には、燃料電池発電装置と扉６１間に空気の出入りを発生させる下部スリット６２と上部スリット６３が設けられている。さらに、ＦＣユニット１のＦＣ空気総入口ガイド７４と接続されるＦＣ空気総入口ガイド入口７５およびＦＣ空気総出口ガイド７７と接続されるＦＣ空気総出口ガイド出口７８と、貯湯ユニット２０の貯湯排ガスガイド２２に接続される貯湯排ガスガイド出口２３が設けられている。
【００９７】
以下に、本実施の形態のポイントである燃料電池発電装置と扉とを接続するＦＣ空気総入口ガイド入口７５およびＦＣ空気総出口ガイド７７の作用と効果について説明する。
【００９８】
まず、ＦＣユニットで使用する全ての空気は、外部空間よりＦＣ空気総入口ガイド入口７５から吸い込まれ、ＦＣ空気総入口ガイド７４を介して、ＦＣ空気総入口７３からＦＣユニットに供給される。
【００９９】
そして、ＦＣユニットの内部で、燃料生成器３２の燃焼に使用する空気と、セルスタック３３で発電に用いる空気と、ＦＣユニットの換気に用いる空気とに分配して供給される。
【０１００】
その後、燃料生成器３２の燃焼に使用された後の空気と、セルスタック３３で発電に用いられた後の空気と、ＦＣユニットの換気に用いられた後の空気は集められ、ＦＣ空気総出口７６から、ＦＣ空気総出口ガイド７７を介して、ＦＣ空気総出口ガイド出口７８より外部に放出される。
【０１０１】
これにより、燃料電池発電装置の周囲に構造物などの遮蔽物（例えば、扉や壁など）で囲まれた狭い空間である燃料電池発電装置設置場の内部の空気を全く使用しない。そのため、燃料電池発電装置設置場６０に、微量物質などの、発電や燃焼に悪影響がある成分を含む空気が存在しても、それらの空気を利用しないので、燃料電池発電装置の発電や燃焼には一切影響することがない。
【０１０２】
また、燃料電池発電装置の各部に外部空間から空気を取り入れる入口と排出する出口を、１つのＦＣ空気総入口７３と１つのＦＣ空気総出口ガイド７７に集約することにより、燃料電池発電装置の設置工事などを簡略化できる。
【０１０３】
つまり、本実施の形態によれば、狭い場所に容易に設置できるとともに、セルスタックの発電や燃料生成器への悪影響を防止して、高い発電効率や熱回収効率を維持できる燃料電池発電装置を実現できる。
【０１０４】
（実施の形態５）
以下に、本発明の実施の形態５の燃料電池発電装置について、図８と図９を用いて説明する。
【０１０５】
図８は、本発明の実施の形態５における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図である。図９は、本発明の実施の形態５における燃料電池発電装置の外装板を取り外した内部の主な部品の構成を示す斜視図である。
【０１０６】
そして、本実施の形態の燃料電池発電装置は、ＦＣユニット１と扉６１の間で、ＦＣ空気総入口ガイドと貯湯吸気口をまとめた全空気入口ガイド８０と、ＦＣ空気総出口ガイドと貯湯排ガスガイドをまとめた全空気出口ガイド８３をガイド部材として設けた点で、実施の形態４とは異なる。他の構成や動作は実施の形態４と同じであるので、説明を書略する。
【０１０７】
つまり、図８と図９に示すように、燃料電池発電装置は、ＦＣ（燃料電池：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）ユニット１と、貯湯ユニット２０とを少なくとも備え、全空気入口ガイド８０および全空気出口ガイド８３を介して扉６１と接続されている。
【０１０８】
また、燃料電池発電装置の正面に設置された扉６１には、燃料電池発電装置と扉６１間に空気の出入りを発生させる下部スリット６２と上部スリット６３が設けられている。さらに、燃料電池発電装置の全空気入口ガイド８０と接続される全空気入口ガイド入口８１および全空気出口ガイド８３と接続される全空気出口ガイド出口８４が設けられている。
【０１０９】
以下に、本実施の形態のポイントである燃料電池発電装置と扉とを接続する全空気入口ガイド８０および全空気出口ガイド８３の作用と効果について説明する。ここで、全空気とは、燃料電池発電装置で使用される空気であり、具体的にはＦＣユニットで使用する全ての空気と補助熱源機５３で使用する空気を合わせたものである。
【０１１０】
まず、燃料電池発電装置で使用する空気は、外部空間より全空気入口ガイド入口８１から吸い込まれ、全空気入口ガイド８０を介して、全空気入口７９から貯湯ユニット２０およびＦＣユニット１に供給される。
【０１１１】
そして、貯湯ユニット２０の補助熱源機５３で使用する空気と、ＦＣユニットの内部の燃料生成器３２の燃焼に使用する空気と、セルスタック３３で発電に用いる空気と、ＦＣユニットの換気に用いる空気が分配して供給される。
【０１１２】
その後、燃料生成器３２の燃焼に使用された後の空気と、セルスタック３３で発電に用いられた後の空気と、ＦＣユニットの換気に用いられた後の空気、および補助熱源機５３で燃焼した後の空気は、全空気出口８２から全空気出口ガイド８３を介して、扉６１の全空気出口ガイド出口８４から外部の空間に放出される。
【０１１３】
なお、貯湯ユニット２０の補助熱源機５３の燃焼に用いられた空気は、酸素の濃度が低く、水蒸気を含み、窒素酸化物などの不純物を含むことが多い。そのため、この空気がＦＣユニットに取り込まれ、燃料生成器３２での燃焼用の空気に流れ込んだ場合、不完全燃焼や燃焼を維持できない状態が発生して、余分なエネルギーや発電の停止が発生して、発電効率が低下する。
【０１１４】
また、セルスタック３３の発電用の空気として取り込まれた場合、酸素濃度が低いことと、不純物による発電反応の阻害などにより、発電効率が低下する。さらに、ＦＣユニット２９の換気用の空気に用いられた場合、燃料生成器３２の断熱材に水分を与えるため、断熱性能が低下し、余分なエネルギーの消費により発電効率が低下する。
【０１１５】
しかし、本実施の形態によれば、ＦＣユニットで使用された空気だけでなく、補助熱源機５３で使用した空気も、ＦＣユニットに吸い込まれることがないため、高い発電効率を
維持できる燃料電池発電装置を実現できる。
【０１１６】
また、燃料電池発電装置の周囲に構造物などの遮蔽物（例えば、扉や壁など）で囲まれた狭い空間である燃料電池発電装置設置場の内部の空気を全く使用しない。そのため、燃料電池発電装置設置場６０に、微量物質などの、発電や燃焼に悪影響がある成分を含む空気が存在していても、それらの空気を利用しないので、燃料電池発電装置の発電や燃焼には一切影響しない。その結果、信頼性や安定性に優れた燃料電池装置を実現できる。
【０１１７】
また、燃料電池発電装置の各部に外部空間から空気を取り入れる入口と排出する出口を、１つの全空気入口ガイド８０と１つの全空気出口ガイド８３に集約することにより、燃料電池発電装置の設置工事などを簡略化できる。
【０１１８】
なお、本実施の形態では、全空気入口ガイド８０と全空気出口ガイド８３は、補助熱源機５３で使用する空気あるいは使用した後の空気と、ＦＣユニットで使用する空気あるいは使用した後の空気が通過する部分が独立した構成を例に説明したが、これに限られない。例えば、一つの配管の内部を分離する壁を設けても、複数の配管を一つに束ねる構成としてもよい。また、ＦＣユニットの内部で、燃料生成器３２、セルスタック３３およびＦＣユニットの換気で使用するあるいは使用した後の空気の通流する経路を分離する構成としてもよい。これにより、補助熱源機５３、燃料生成器３２、セルスタック３３およびＦＣユニットの換気において使用する空気の量が変化しても、それぞれが他に影響を与えることがないため、高い発電効率を維持できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明かかる燃料電池発電装置は、発電や燃焼に影響する成分を含む空気を使用しない構成が可能であるため、一般の一戸建て住宅や集合住宅のほか、業務用で狭い場所に燃料電池発電装置を設置する場合に有用である。
【符号の説明】
【０１２０】
１ ＦＣユニット
２ 正面外装板
３ 左側面外装板
６ 天井外装板
７ 吸気口
１０ 換気出口
１１ ＦＣ換気出口
１２ ＦＰ排ガス排空気出口
１５ ＦＰ排ガス排空気ガイド（排ガス排空気ガイド）
１６ ＦＰ排ガス排空気ガイド出口
２０ 貯湯ユニット
２１ 貯湯吸気口
２２ 貯湯排ガスガイド
２３ 貯湯排ガスガイド出口
２４ 貯湯排ガス出口
３０ 第１フレーム
３１ 酸化剤ガス供給部
３２ 燃料生成器
３３ セルスタック
３４ 冷却水タンク
３６ 浄化部
３７ 回路部
３８ 補機部
４０ 熱交換部
４１ 換気ファン
４９ 貯湯ユニット
５０ 第２フレーム
５１ 貯湯タンク
５２ 混合弁
５３ 補助熱源機
５５ 補助熱源機排気口
６０ 燃料電池発電装置設置場
６１ 扉
６２ 下部スリット
６３ 上部スリット
６５ 壁
６６ 原料ガス配管
６７ 給排水菅
６８ ＦＣ換気出口ガイド
６９ ＦＣ換気出口ガイド出口
７０ ＦＰ燃焼空気入口
７１ ＦＰ燃焼空気入口ガイド
７２ ＦＰ燃焼空気入口ガイド入口
７３ ＦＣ空気総入口
７４ ＦＣ空気総入口ガイド
７５ ＦＣ空気総入口ガイド入口
７６ ＦＣ空気総出口
７７ ＦＣ空気総出口ガイド
７８ ＦＣ空気総出口ガイド出口
７９ 全空気入口
８０ 全空気入口ガイド
８１ 全空気入口ガイド入口
８２ 全空気出口
８３ 全空気出口ガイド
８４ 全空気出口ガイド出口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集合住宅のパイプシャフト（ＰＳ）や一般家庭、事業所などの敷地に設置する定置用コージェネレーションシステムに使用される燃料電池発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高効率で小規模発電が可能である燃料電池発電装置は、発電の際に発生する熱エネルギーを利用するためのシステム構築が容易であるため、高いエネルギー利用効率が可能な分散型の発電システムとして、開発が進められている。
【０００３】
燃料電池発電装置では、発電運転の際、その発電部の本体として配設される燃料電池本体（以降、セルスタックと称する）に、燃料ガスと酸化剤ガスとが各々供給される。そして、セルスタックでは、その供給される燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とを用いて、所定の電気化学反応が進行する。この電気化学反応の進行により、水素および酸素が有する化学的なエネルギーが、電気的なエネルギーと熱的なエネルギーに変換される。電気的なエネルギーは発生する直流を交流に変換し、家庭などで電力として利用される。熱的なエネルギーは有効利用するために、貯湯タンクで湯などの形で貯え、家庭などで使用する湯などの熱として利用される。
【０００４】
そこで、従来の燃料電池発電装置は、図１０に示すように、セルスタックなどの発電をおこなう発電部を含む本体パッケージ１００と、熱を湯として保持し、さらに湯がないときに湯沸かしをおこなう補助熱源を有する貯湯タンクを含む貯湯パッケージ１１０とを、別々に配置する例が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、セルスタックを含む燃料電池発電システムと補助熱源を含む貯湯システムとを、共通台板に備えて燃料電池コージェネレーションシステムを構成した例が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１１１２０８号公報
【特許文献２】特開２００５−３２４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の特許文献１の燃料電池発電装置の構成では、本体パッケージ１００と貯湯パッケージ１１０とを別々に配置するので、占有面積が大きくなるため、設置できる場所が制限されるという課題があった。
【０００８】
また、特許文献２の燃料電池コージェネレーションシステムの構成によれば、現場での接続作業をなくすために、共通台板上に部品を固設し一体化することにより設置性を向上させるとともに、本体の設置面積を小さくできるとしている。しかし、上記構成では、排気の吹き出し方向が定まらず、排気の吹き出し面に排気の吹き出しを阻害する壁や物がある場合、燃料電池コージェネレーションシステムが排出した空気やガスを再び吸い込んでしまうために、発電効率が低下するという課題があった。さらに、周囲に十分な開放空間がないと燃料電池コージェネレーションシステムの配置が制限されるという課題もある。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、排出した空気やガスなどを再び吸い込む
ことがなく高い発電効率を維持するとともに、外部空間の間に構造物がある場所でも容易に設置できる燃料電池発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池発電装置は、原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させるセルスタックとを有するＦＣユニットと、ＦＣユニットで回収された熱を貯蔵する貯湯タンクを有する貯湯ユニットと、ＦＣユニットと貯湯ユニットの周囲を囲む遮蔽物と、を少なくとも有し、ＦＣユニットまたは貯湯ユニットと遮蔽物とを接続するとともに、ＦＣユニットまたは貯湯ユニットに供給または排気する気体を導くガイド部材を設ける。
【００１１】
これにより、排出した空気やガスを再び吸い込むことがないため、高い発電効率を維持するとともに、外部空間の間に構造物があっても設置可能な燃料電池発電装置を実現できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の燃料電池発電装置は、使用するまたは使用した空気などの気体が構造物を介して外部空間と連通するガイド部材を設けることにより、排出した空気やガスを再び吸い込むことがないため高い発電効率を維持できる。そして、周りに壁や扉などがある狭いところにも容易に燃料電池発電装置を設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の外装板を取り外した内部の主な部品の構成を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置を燃料電池装置設置場に設置した状態を説明する模式見取り図
【図４】本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図
【図５】本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図
【図６】本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置の外装板を取り外した内部の主な部品の構成を示す斜視図
【図７】本発明の実施の形態４における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図
【図８】本発明の実施の形態５における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図
【図９】本発明の実施の形態５における燃料電池発電装置の外装板を取り外した内部の主な部品の構成を示す斜視図
【図１０】従来の燃料電池発電装置の構成を示す斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の発明は、原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させるセルスタックとを有するＦＣユニットと、ＦＣユニットで回収された熱を貯蔵する貯湯タンクを有する貯湯ユニットと、ＦＣユニットと貯湯ユニットの周囲を囲む遮蔽物と、を少なくとも有し、ＦＣユニットまたは貯湯ユニットと遮蔽物とを接続するとともに、ＦＣユニットまたは貯湯ユニットに供給または排気する気体を導くガイド部材を設ける燃料電池発電装置である。
【００１５】
これにより、排出した空気やガスを再び吸い込むことがないため、高い発電効率を維持するとともに、外部空間との間に構造物があっても設置可能な燃料電池発電装置を実現できる。
【００１６】
第２の発明は、第１の発明において、ガイド部材が、ＦＣユニットの燃料生成器の排ガスまたは排空気を導く排ガス排空気ガイドである。これにより、発電に悪影響を及ぼす燃焼排ガスの吸い込みを排除して、外部の空気を供給することにより発電効率の低下を防止するとともに、狭い場所でも設置が可能な燃料電池発電装置を実現できる。
【００１７】
第３の発明は、第１または第２の発明において、ガイド部材が、貯湯ユニットの排ガスを導く貯湯排ガスガイドである。これにより、補助熱源機で利用した後の酸素濃度の低い空気を外部の空間に排出できる。そのため、狭い空間の空気を補助熱源機に供給しても、安定的な燃焼を維持することができる。
【００１８】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、ガイド部材が、ＦＣユニットのセルスタックで発電に用いた後の空気を導く排空気ガイドである。これにより、セルスタックで使用した後の酸素濃度の低い空気のＦＣユニットへの吸い込みを排除して、セルスタックの電圧の低下や、燃料生成器の燃焼不良による転化率の低下などを防止できる。その結果、発電効率の低下を抑制するとともに、狭い場所でも設置が可能な燃料電池発電装置を実現できる。
【００１９】
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、ガイド部材が、ＦＣユニットの内部を換気する空気を導く換気ガイドである。これにより、外部の空気をＦＣユニット内部に供給できるため、換気が不十分な空気の吸い込みによる温度むらに起因する発電低下を未然に防止できる。
【００２０】
第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明において、ガイド部材が、ＦＣユニットの燃焼に利用する空気を導く燃焼空気ガイドである。これにより、セルスタックで使用した後の酸素濃度の低い空気のＦＣユニットへの吸い込みを排除して、外部の空気をＦＣユニットに供給できる。その結果、安定的な燃焼による高い転化率を維持して、発電効率の低下を防止するとともに、狭い場所でも設置が可能な燃料電池発電装置を実現できる。
【００２１】
第７の発明は、第１から第５のいずれかの発明において、ガイド部材が、セルスタックで発電時に使用する空気をＦＣユニットに導く空気ガイドである。これにより、発電に悪影響がある燃焼排ガスの吸い込みを排除して、外部の空気を供給することにより発電効率の低下を防止できる。
【００２２】
第８の発明は、第３から第５のいずれかの発明において、ガイド部材が、排ガスと、セルスタックで発電時に用いた後の空気と、ＦＣユニットの内部を換気した後の空気の、少なくとも２つを導く。これにより、複数のガイド部材を装着しにくい場所であっても、外部に燃焼排ガスやセルスタックで使用した後の空気やＦＣユニットを換気した空気を排出させることができる。その結果、発電効率の低下を防止するとともに、設置が容易で簡単な構造の燃料電池発電装置を実現できる。
【００２３】
第９の発明は、第５から第７のいずれかの発明において、ガイド部材が、燃焼に利用する空気と、セルスタックで発電時に用いる空気と、ＦＣユニットの内部を換気するための空気の、少なくとも２つを導く。これにより、複数のガイド部材を装着しにくい場所であっても、外部の空気を供給することができる。その結果、発電効率の低下を防止するとともに、設置が容易で簡単な構造の燃料電池発電装置を実現できる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１の燃料電池発電装置について、図１を用いて説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図である。
【００２７】
図１に示すように、燃料電池発電装置は、ＦＣ（燃料電池：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）ユニット１と、貯湯ユニット２０とを少なくとも備え、ＦＣユニット１のＦＰ（改質器：Ｆｕｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）排ガス排空気ガイド１５と、貯湯ユニット２０の貯湯排ガスガイド２２を介して遮蔽物の一部を構成する、例えば扉６１と接続されている。なお、遮蔽物としては、基本的に、図３で説明するように燃料電池発電システムの周囲を囲む壁や扉で構成されるが、以降では扉を遮蔽物の代表として説明する。
【００２８】
ここで、ＦＣユニット１は、扉６１と対向する面に設けられた正面外装板２と、側面に設けられた左側面外装板３および右側面外装板と、背面に設けられた背面外装板と、天井に設けられた天井外装板６で内部が囲まれている。このとき、正面外装板２には、燃料電池発電装置の内部に空気を取り込む吸気口７と、燃料電池発電装置の換気を行った空気を排出する換気出口１０と、改質反応のための燃焼を行ったＦＰ排ガスと発電に使用した残りの排空気を導くガイド部材として、排ガス排空気ガイドであるＦＰ排ガス排空気ガイド１５とが設けられている。
【００２９】
また、貯湯ユニット２０には、扉６１と対向する面に、貯湯ユニット２０の内部に空気を取り込む貯湯吸気口２１と、貯湯排ガス出口２４から排出される燃焼に用いた後の排ガスを導くガイド部材として、貯湯排ガスガイド２２が設けられている。
【００３０】
そして、燃料電池発電装置で発生する熱は貯湯ユニット２０に蓄えられる。
【００３１】
また、燃料電池発電装置の正面に設置された扉６１には、燃料電池発電装置と扉６１間に空気の出入りを発生させる下部スリット６２と上部スリット６３が設けられている。さらに、ＦＣユニット１のＦＰ排ガス排空気ガイド１５と接続されるＦＰ排ガス排空気ガイド出口１６と、貯湯ユニット２０の貯湯排ガスガイド２２に接続される貯湯排ガスガイド出口２３が設けられている。
【００３２】
以下に、本発明の実施の形態１の燃料電池発電装置について、図２を用いて説明する。
【００３３】
図２は、本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置の外装板を取り外した内部の主な部品の構成を示す斜視図である。
【００３４】
図２に示すように、燃料電池発電装置の第１フレーム３０の内部には、酸化剤ガス供給部３１と、燃料生成器３２と、セルスタック３３と、冷却水タンク３４と、浄化部３６と、回路部３７および補機部３８とが第１フレーム３０に直接または間接に取り付けられている。ここで、酸化剤ガス供給部３１は空気などを供給し、燃料生成器３２は都市ガスなどの原料ガスから水素を含む燃料ガスを生成する。また、セルスタック３３は、酸化剤ガス供給部３１から供給された酸素と、燃料生成器３２から供給された水素から電力を発生する。冷却水タンク３４は、少なくともセルスタック３３で発生する熱を熱交換部４０で回収して、それにより生じる冷却水を貯める。また、浄化部３６は、空気、水および原料ガス中の不純物を取り除く。さらに、回路部３７は、燃料電池発電装置の制御およびセルスタック３３で発生する直流を交流に変換する。なお、補機部３８は、ＦＣユニットを動作させるためのポンプや弁などである。
【００３５】
そして、ＦＣユニットは、燃料生成器３２と、酸化剤ガス供給部３１と、セルスタック３３と、これらを保持する第１フレーム３０から少なくとも構成されている。
【００３６】
また、図２に示すＦＣ換気出口１１は、換気ファン４１によりＦＣユニットの内部の空気を外部に排出する排気口である。さらに、ＦＰ排ガス排空気出口１２は、燃料生成器３２の内部で燃焼した後の排ガスとセルスタック３３から排出された空気を集めて、ＦＣユニットの外部に排出する排気口である。
【００３７】
そして、ＦＣユニットで発生した熱は最終的に貯湯タンク５１に湯として貯蔵され、貯湯タンク５１に貯蔵された湯は混合弁５２で、例えば市水と適切な温度に混合して調節された後、ユーザーに利用される。
【００３８】
また、貯湯ユニット４９は貯湯タンク５１と混合弁５２とから少なくとも構成され、本実施の形態では第２フレーム５０により保持されている。そして、第２フレーム５０には、必要に応じて補助熱源機５３を設け、例えば貯湯タンク５１に貯蔵された湯の温度が低い場合、補助熱源機５３で加熱して、給湯などの湯として使用される。このとき、補助熱源機排気口５５は補助熱源機５３内部のバーナーが燃焼した際の排ガスを排出する排気口で、ＦＰ排ガス排空気出口１２と同一の方向に向かって排気される。なお、本実施の形態では燃料電池発電装置の正面、例えば図１に示す扉側に向かって排気する。
【００３９】
以下に、本発明の実施の形態における燃料電池発電装置の動作の概略について、図１と図２を参照しながら説明する。
【００４０】
まず、燃料電池発電装置を動作させる場合、換気ファン４１を作動して、吸気口７から空気を吸い込み、換気出口１０から空気を排出する。
【００４１】
つぎに、燃料電池発電装置の外部より、メタンやプロパンなどの炭化水素系の原料ガスを導入する。なお、本実施の形態では、都市ガスである１３Ａガスを使用した。
【００４２】
そして、導入された原料ガスは、燃料生成器３２の改質触媒と触媒反応として（化１）で示す化学反応を起こす。なお、本化学反応は吸熱反応であるために、反応中も熱を与える必要がある。このとき、（化１）に示す化学反応が発生すると、水素と二酸化炭素が生成される。さらに、生成された二酸化炭素は、（化２）に示す化学反応により一酸化炭素を発生する。
【００４３】
つぎに、発生した一酸化炭素は、例えば変成触媒と（化３）に示すシフト化反応により、その濃度が低減される。さらに、例えば選択酸化触媒と（化４）に示す一酸化炭素選択酸化反応により、最終的に、例えば２０ｐｐｍ以下程度の微量になるまで一酸化炭素が除去される。
【００４４】
【化１】
【００４５】
【化２】
【００４６】
【化３】
【００４７】
【化４】
【００４８】
つぎに、上記燃料生成器３２の化学反応により、原料ガスから生成した水素、二酸化炭素と水蒸気、および微量な一酸化炭素を含む燃料ガスがセルスタック３３に送られる。また、空気ブロワやコンプレッサーなどの酸化剤ガス供給部３１から供給される空気は、浄化部３６の空気浄化部分に送られるとともに、セルスタック３３に送られる。なお、本実施の形態では酸化剤ガス供給部３１から空気を浄化部３６に送る例で説明したがこれに限られず、浄化部３６を通った空気を酸化剤ガス供給部３１よりセルスタック３３に導いてもよい。
【００４９】
これにより、セルスタック３３は、送られてきた空気中の酸素と水素で（化５）に示す化学反応により水を生成するとともに、熱と電気を発生する。
【００５０】
【化５】
【００５１】
そして、セルスタック３３で発生した電気は、回路部３７で直流から交流に変換することにより、燃料電池発電装置外の外部機器などの電力として利用される。また、セルスタック３３で発生した熱は、冷却水タンク３４に保持されている冷却水がセルスタック３３を通流することによりセルスタック３３から持ち運ばれる。そして、熱を運ぶ冷却水が冷却水タンク３４に再び戻って、循環する。このとき、循環する冷却水は、経路中に配置された熱交換部４０で貯湯タンク５１につながる水と熱交換されることにより、冷却水の温度がほぼ一定に保たれる。
【００５２】
また、セルスタック３３で消費されなかった燃料ガスはオフガスとして燃料生成器３２のバーナーに供給され燃焼される。そして、燃焼により発生した熱は、燃料生成器３２において、（化１）の吸熱反応で必要とされる熱として有効に利用される。
【００５３】
なお、本実施の形態では、ＦＣユニットで発生する熱のうち、セルスタック３３で発生する熱のほか、セルスタック３３で使用されず排出される空気と燃料生成器３２のバーナーで発生したＦＰ排ガスの熱も熱交換部によって回収し、冷却水の温度を上昇させることに使用される。また、本実施の形態ではＦＣユニットを動作させるポンプや熱交換部などの補機は補機部３８に収納してあるが、ＦＣユニットを構成する燃料生成器３２やセルスタック３３などに関係する各補機を個別に配置し、全体に分散して設けてもよい。
【００５４】
また、ＦＣユニットで発生した熱により加熱された冷却水と、熱交換部４０で熱交換して温度が上昇した水は、貯湯タンク５１に貯められる。
【００５５】
そして、図示しないが、貯湯タンク５１の底部から水が取り出され、貯湯側接続部の配管部分を通り、ＦＣ貯湯接続部材を介して、ＦＣ側接続部に水が流れ込み、熱交換部４０
に導かれる。さらに、熱交換部４０で温度が上昇した水は、ＦＣ側接続部から、ＦＣ貯湯接続部材を介して、貯湯側接続部に流れ込んだ後、貯湯タンク５１の上部から水が戻される。つまり、貯湯タンク５１の水は、底部から取り出されて加熱された後、再度上部に戻ることになるため、貯湯タンク５１の水温は底部では低いが、上部は高温となるので、給湯などの湯として利用できる。
【００５６】
なお、本実施の形態では、貯湯タンク５１の上部には６０℃以上の湯が溜まるように循環する水の量を調整しているが、４０℃以上１００℃未満であれば、任意に調整することができる。そのため、家庭などで燃料電池発電装置の湯を利用する場合には、貯湯タンク５１の上部から温度の高い水（つまり湯）が混合弁５２に流れ込むことになる。このとき、混合弁５２は、ユーザーが要求した水の温度になるように、貯湯タンク５１からの湯と、外部で接続されている水道配管などの水とを混合して、ユーザーが要求する温度に調整する。これにより、風呂や台所などのユーザーの要求した場所で要求した温度の水を利用できるようになる。
【００５７】
しかし、燃料電池発電装置の動作開始時や貯湯タンク５１に貯められている湯の量を超える量の需要が生じた場合には、貯湯タンク５１の上部の水であってもユーザーの要求する温度の湯を供給できない場合がある。その場合には、混合弁５２で外部の水を混合した後、補助熱源機５３で加熱しユーザーの要求する温度にして利用される。
【００５８】
なお、本実施の形態では、ＦＣユニットと貯湯ユニットの水などの接続・輸送および電気信号の受け渡しをＦＣ貯湯接続部材で行なう例で説明したが、これに限られない。例えば、水のＦＣユニットから貯湯ユニットへの流れ、貯湯ユニットからＦＣユニットへの水の流れおよびＦＣユニットと貯湯ユニットとの電気および信号の流れを別々の部品でおこなってもよい。
【００５９】
以下に、本実施の形態のポイントである燃料電池発電装置と扉とを接続するガイド部材であるＦＰ排ガス排空気ガイド１５と貯湯排ガスガイド２２の作用と効果について説明する。
【００６０】
そこで、まず、燃料電池発電装置がＦＰ排ガス排空気ガイド１５と貯湯排ガスガイド２２を備えていない場合に生じる現象について説明する。
【００６１】
一般的に、室外環境に設置される燃料電池発電装置において、例えばＦＣユニット内には、様々なガスや微量物質が存在する。
【００６２】
つまり、都市ガスなどの原料ガスや燃料生成器で作られる燃料ガス、またはセルスタック３３での発電において空気を利用するため、発電に空気中の酸素を消費するので、セルスタック３３から排出される排空気の酸素濃度が非常に少なくなる。
【００６３】
また、改質反応に用いるために、セルスタック３３から排出された燃料ガスを燃料生成器３２のバーナーで燃焼させて熱を供給している。そのとき、燃焼した後の燃焼排ガスには、水分や二酸化炭素のほかに、窒素酸化物や硫黄酸化物などの微量成分が含まれている。そして、これらの微量成分は、セルスタック３３に供給される空気に混入すると、セルスタック３３での発電を生じる電気化学反応を阻害して発電効率を低下させる。
【００６４】
また、燃焼排ガスが、燃料電池発電装置内を換気する空気に混入した場合は、燃料生成器３２などに用いられる断熱材に水分が移動して、断熱性能を低下させる。その結果、所定の温度を維持するために、無駄なエネルギーが必要となり、発電や熱回収の効率低下を生じる。
【００６５】
また、セルスタック３３の発電に使用した後の排空気は酸素濃度が低いので、燃料生成器３２の燃焼用空気に混入した場合、酸素不足により燃焼が維持できなくなる場合や不完全燃焼を発生させる場合がある。その結果、原料ガスから燃料ガスの生成に支障をきたし、発電効率や熱回収効率を低下させてしまう。
【００６６】
また、排空気が換気のための空気に混入した場合、ＦＣユニット内の酸素濃度が低くなるため、センサーなどの誤動作を発生させ、発電の中断などにより、発電効率や熱回収効率を低下させてしまう。
【００６７】
そこで、ガイド部材として設けたＦＰ排ガス排空気ガイド１５と貯湯排ガスガイド２２の作用と効果について、図３を用いて説明する。
【００６８】
図３は、本発明の実施の形態における燃料電池発電装置を燃料電池装置設置場に設置した状態を説明する模式見取り図である。なお、図３は、燃料電池発電装置を燃料電池装置設置場に設置したときの上部から見た状態で示している。
【００６９】
図３に示すように、燃料電池発電装置の前面は扉６１を備え、両側面および背面は壁６５で囲まれている。このとき、燃料電池発電装置設置場６０の空気は、図１に示した扉６１に設けられた下部スリット６２と上部スリット６３により換気が行われる。また、燃料電池発電装置には、原料ガスが原料ガス配管６６から供給され、給排水が給排水菅６７から行われる。さらに、ＦＣユニットを換気する空気は、燃料電池発電装置の下部の周りの燃料電池発電装置設置場６０から吸い込まれ、上部に排出される。
【００７０】
そして、発電のために、セルスタック３３で使用される空気は、燃料電池発電装置の下部の周りの燃料電池発電装置設置場６０から吸い込まれ、ＦＰ排ガス排空気ガイド１５によりＦＰ排ガス排空気ガイド出口１６から外部に排出される。また、燃料生成器３２の燃焼に使用される空気も、燃料電池発電装置の下部の周りの燃料電池発電装置設置場６０から吸い込まれ、ＦＰ排ガス排空気ガイド１５によりＦＰ排ガス排空気ガイド出口１６から外部に排出される。
【００７１】
つまり、ＦＰ排ガス排空気ガイド１５がない場合、燃焼排ガスや排空気が、燃料電池発電装置設置場６０の、壁６５と扉６１で囲まれた狭い空間に排出される。そのため、換気の空気、セルスタック３３の発電用の空気や燃料生成器３２の燃焼用の空気として、排出された燃焼排ガスや排空気が再び吸い込まれることがある。
【００７２】
しかし、本実施の形態によれば、周りに構造物などが存在する狭い空間に燃料電池発電装置を配置しても、ＦＰ排ガス排空気ガイド１５により、排空気や排ガスを外部の空間に確実に排出できる。その結果、燃焼排ガスや排空気が再びＦＣユニットに吸い込まれることを防止して、高い発電効率や熱回収効率を維持できる燃料電池発電装置を実現できる。
【００７３】
（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２の燃料電池発電装置について、図４を用いて説明する。
【００７４】
図４は、本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図である。
【００７５】
そして、本実施の形態の燃料電池発電装置は、ＦＣユニット１と扉６１の間で、ＦＣユニット１のＦＣ換気出口にガイド部材として、さらに換気ガイドであるＦＣ換気出口ガイド６８を設けた点で、実施の形態１とは異なる。他の構成や動作は実施の形態１と同じであるので、説明を書略する。
【００７６】
つまり、図４に示すように、燃料電池発電装置は、ＦＣ（燃料電池：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）ユニット１と、貯湯ユニット２０とを少なくとも備え、ＦＣユニット１のＦＰ（改質器：Ｆｕｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）排ガス排空気ガイド１５およびＦＣ換気出口ガイド６８と、貯湯ユニット２０の貯湯排ガスガイド２２を介して扉６１と接続されている。
【００７７】
また、燃料電池発電装置の正面に設置された扉６１には、燃料電池発電装置と扉６１間に空気の出入りを発生させる下部スリット６２と上部スリット６３が設けられている。さらに、ＦＣユニット１のＦＰ排ガス排空気ガイド１５と接続されるＦＰ排ガス排空気ガイド出口１６およびＦＣ換気出口ガイド６８と接続されるＦＣ換気出口ガイド出口６９と、貯湯ユニット２０の貯湯排ガスガイド２２に接続される貯湯排ガスガイド出口２３が設けられている。
【００７８】
以下に、本実施の形態のポイントである燃料電池発電装置と扉とを接続するＦＣ換気出口ガイド６８の作用と効果について説明する。
【００７９】
一般的に、ＦＣユニットを換気する空気には、ＦＣユニットに用いられる機器から発生する油などの微量成分や、継ぎ手などから漏れる原料ガスや燃料ガスが含まれている。そして、燃料電池発電装置の周囲に構造物などの遮蔽物（例えば扉など）がある狭い空間においては、空気の流れ（換気）が少ないので、燃料電池発電装置設置場に油などの微量成分や、継ぎ手などから漏れる原料ガスや燃料ガスが滞留する。
【００８０】
つまり、ＦＣ換気出口ガイド６８がない場合、微量成分、原料ガスや燃料ガスが、燃料電池発電装置と扉６１などで囲まれた狭い空間に排出され、ＦＣ吸気口７や貯湯吸気口２１から、再び吸い込まれることがある。そして、これらの微量成分、原料ガスや燃料ガスが、セルスタック３３に供給される空気に混入すると、セルスタック３３での発電を生じる電気化学反応を阻害して発電効率を低下させる。
【００８１】
しかし、本実施の形態によれば、ＦＣ換気出口ガイド６８に接続された扉６１のＦＣ換気出口ガイド出口６９を介して、微量成分、原料ガスや燃料ガスを外部の空間に放出することができる。これにより、ＦＣユニットを換気した空気が燃料電池置場に滞留することがなくなる。そして、燃料生成器３２での燃焼用の空気や、セルスタック３３の発電用の空気や、ＦＣユニットの換気用の空気として取り入れられることがなくなる。その結果、狭い場所に設置してもセルスタック３３の発電への悪影響を防止して、高い発電効率や熱回収効率を維持できる燃料電池発電装置を実現できる。
【００８２】
（実施の形態３）
以下に、本発明の実施の形態３の燃料電池発電装置について、図５と図６を用いて説明する。
【００８３】
図５は、本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図である。図６は、本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置の外装板を取り外した内部の主な部品の構成を示す斜視図である。
【００８４】
そして、本実施の形態の燃料電池発電装置は、ＦＣユニット１と扉６１の間で、ＦＣユニット１のＦＰ燃焼空気入口７０にガイド部材として、燃焼空気ガイドであるＦＰ燃焼空気入口ガイド７１を設けた点で、実施の形態１とは異なる。他の構成や動作は実施の形態１と同じであるので、説明を省略する。なお、実施の形態１では、ＦＰ燃焼空気入口はＦＣユニット１の内部（外装板で囲まれた領域）に設けられているため図示されていない。
【００８５】
つまり、図５と図６に示すように、燃料電池発電装置は、ＦＣ（燃料電池：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）ユニット１と、貯湯ユニット２０とを少なくとも備え、ＦＣユニット１のＦＰ（改質器：Ｆｕｅｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）排ガス排空気ガイド１５およびＦＰ燃焼空気入口ガイド７１と、貯湯ユニット２０の貯湯排ガスガイド２２を介して扉６１と接続されている。
【００８６】
また、燃料電池発電装置の正面に設置された扉６１には、燃料電池発電装置と扉６１間に空気の出入りを発生させる下部スリット６２と上部スリット６３が設けられている。さらに、ＦＣユニット１のＦＰ排ガス排空気ガイド１５と接続されるＦＰ排ガス排空気ガイド出口１６およびＦＰ燃焼空気入口ガイド７１と接続されるＦＰ燃焼空気入口ガイド入口７２と、貯湯ユニット２０の貯湯排ガスガイド２２に接続される貯湯排ガスガイド出口２３が設けられている。
【００８７】
以下に、本実施の形態のポイントである燃料電池発電装置と扉とを接続するＦＰ燃焼空気入口ガイド７１の作用と効果について説明する。
【００８８】
一般的に、燃料電池発電装置の周囲に構造物などの遮蔽物（例えば、扉や壁など）がある狭い空間においては、空気の流れ（換気）が少ないので、燃料電池発電装置設置場に油などの微量成分や、継ぎ手などから漏れる原料ガスや燃料ガスが滞留する。
【００８９】
このとき、ＦＰ燃焼空気入口ガイド７１がない場合、滞留した微量成分、原料ガスや燃料ガスが、ＦＣユニット１のＦＰ燃焼空気入口から、燃料生成器３２の燃焼で使用する空気として、再び吸い込まれることがある。そして、これらの微量成分、原料ガスや燃料ガスが、燃料生成器３２に供給される空気に混入すると、燃料生成器３２の燃料ガスの生成効率などを低下させる。
【００９０】
しかし、本実施の形態によれば、燃料生成器３２の燃焼で使用する空気として、は、外部の空間からＦＰ燃焼空気入口ガイド入口７２、ＦＰ燃焼空気入口ガイド７１を介して、図６に示すＦＰ燃焼空気入口７０によりＦＣユニットに取り入れることができる。これにより、燃料電池発電装置の周囲に構造物などの遮蔽物（例えば、扉や壁など）がある狭い空間において、通常の酸素と窒素以外の微量成分やガス成分を含む空気が燃料電池発電装置設置場６０に滞留していても、それらを利用する必要がない。そのため、燃料生成器３２での燃焼に影響を与えず、安定した燃焼を維持できる。また、空気中の酸素成分などが変動しないため、燃料生成器で余分に原料ガスや燃料ガスを消費することがないので、燃料生成器の効率を高めることができる。その結果、狭い場所に設置してもセルスタック３３の発電や燃料生成器への悪影響を防止して、高い発電効率や熱回収効率を維持できる燃料電池発電装置を実現できる。
【００９１】
なお、上記では、燃料生成器に空気を導く燃焼空気ガイドを例に説明したが、同様に、セルスタックの空気を導く空気ガイドを設けてもよい。これにより、セルスタックに安定した酸素濃度の空気を供給できる。その結果、セルスタックの発電効率を安定に維持することができる。
【００９２】
（実施の形態４）
以下に、本発明の実施の形態４の燃料電池発電装置について、図７を用いて説明する。
【００９３】
図７は、本発明の実施の形態４における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図である。
【００９４】
そして、本実施の形態の燃料電池発電装置は、ＦＣユニット１と扉６１の間で、ＦＣユニット１のＦＣ吸気口とＦＰ燃焼空気入口をまとめたＦＣ空気総入口ガイド７４と、ＦＣ
排気出口とＦＰ排ガス排空気出口をまとめたＦＣ空気総出口ガイド７７を、ガイド部材として設けた点で、実施の形態１とは異なる。他の構成や動作は実施の形態１と同じであるので、説明を書略する。
【００９５】
つまり、図７に示すように、燃料電池発電装置は、ＦＣ（燃料電池：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）ユニット１と、貯湯ユニット２０とを少なくとも備え、ＦＣユニット１のＦＣ空気総入口ガイド７４およびＦＣ空気総出口ガイド７７と、貯湯ユニット２０の貯湯排ガスガイド２２を介して扉６１と接続されている。
【００９６】
また、燃料電池発電装置の正面に設置された扉６１には、燃料電池発電装置と扉６１間に空気の出入りを発生させる下部スリット６２と上部スリット６３が設けられている。さらに、ＦＣユニット１のＦＣ空気総入口ガイド７４と接続されるＦＣ空気総入口ガイド入口７５およびＦＣ空気総出口ガイド７７と接続されるＦＣ空気総出口ガイド出口７８と、貯湯ユニット２０の貯湯排ガスガイド２２に接続される貯湯排ガスガイド出口２３が設けられている。
【００９７】
以下に、本実施の形態のポイントである燃料電池発電装置と扉とを接続するＦＣ空気総入口ガイド入口７５およびＦＣ空気総出口ガイド７７の作用と効果について説明する。
【００９８】
まず、ＦＣユニットで使用する全ての空気は、外部空間よりＦＣ空気総入口ガイド入口７５から吸い込まれ、ＦＣ空気総入口ガイド７４を介して、ＦＣ空気総入口７３からＦＣユニットに供給される。
【００９９】
そして、ＦＣユニットの内部で、燃料生成器３２の燃焼に使用する空気と、セルスタック３３で発電に用いる空気と、ＦＣユニットの換気に用いる空気とに分配して供給される。
【０１００】
その後、燃料生成器３２の燃焼に使用された後の空気と、セルスタック３３で発電に用いられた後の空気と、ＦＣユニットの換気に用いられた後の空気は集められ、ＦＣ空気総出口７６から、ＦＣ空気総出口ガイド７７を介して、ＦＣ空気総出口ガイド出口７８より外部に放出される。
【０１０１】
これにより、燃料電池発電装置の周囲に構造物などの遮蔽物（例えば、扉や壁など）で囲まれた狭い空間である燃料電池発電装置設置場の内部の空気を全く使用しない。そのため、燃料電池発電装置設置場６０に、微量物質などの、発電や燃焼に悪影響がある成分を含む空気が存在しても、それらの空気を利用しないので、燃料電池発電装置の発電や燃焼には一切影響することがない。
【０１０２】
また、燃料電池発電装置の各部に外部空間から空気を取り入れる入口と排出する出口を、１つのＦＣ空気総入口７３と１つのＦＣ空気総出口ガイド７７に集約することにより、燃料電池発電装置の設置工事などを簡略化できる。
【０１０３】
つまり、本実施の形態によれば、狭い場所に容易に設置できるとともに、セルスタックの発電や燃料生成器への悪影響を防止して、高い発電効率や熱回収効率を維持できる燃料電池発電装置を実現できる。
【０１０４】
（実施の形態５）
以下に、本発明の実施の形態５の燃料電池発電装置について、図８と図９を用いて説明する。
【０１０５】
図８は、本発明の実施の形態５における燃料電池発電装置の外観を示す斜視図である。図９は、本発明の実施の形態５における燃料電池発電装置の外装板を取り外した内部の主な部品の構成を示す斜視図である。
【０１０６】
そして、本実施の形態の燃料電池発電装置は、ＦＣユニット１と扉６１の間で、ＦＣ空気総入口ガイドと貯湯吸気口をまとめた全空気入口ガイド８０と、ＦＣ空気総出口ガイドと貯湯排ガスガイドをまとめた全空気出口ガイド８３をガイド部材として設けた点で、実施の形態４とは異なる。他の構成や動作は実施の形態４と同じであるので、説明を書略する。
【０１０７】
つまり、図８と図９に示すように、燃料電池発電装置は、ＦＣ（燃料電池：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）ユニット１と、貯湯ユニット２０とを少なくとも備え、全空気入口ガイド８０および全空気出口ガイド８３を介して扉６１と接続されている。
【０１０８】
また、燃料電池発電装置の正面に設置された扉６１には、燃料電池発電装置と扉６１間に空気の出入りを発生させる下部スリット６２と上部スリット６３が設けられている。さらに、燃料電池発電装置の全空気入口ガイド８０と接続される全空気入口ガイド入口８１および全空気出口ガイド８３と接続される全空気出口ガイド出口８４が設けられている。
【０１０９】
以下に、本実施の形態のポイントである燃料電池発電装置と扉とを接続する全空気入口ガイド８０および全空気出口ガイド８３の作用と効果について説明する。ここで、全空気とは、燃料電池発電装置で使用される空気であり、具体的にはＦＣユニットで使用する全ての空気と補助熱源機５３で使用する空気を合わせたものである。
【０１１０】
まず、燃料電池発電装置で使用する空気は、外部空間より全空気入口ガイド入口８１から吸い込まれ、全空気入口ガイド８０を介して、全空気入口７９から貯湯ユニット２０およびＦＣユニット１に供給される。
【０１１１】
そして、貯湯ユニット２０の補助熱源機５３で使用する空気と、ＦＣユニットの内部の燃料生成器３２の燃焼に使用する空気と、セルスタック３３で発電に用いる空気と、ＦＣユニットの換気に用いる空気が分配して供給される。
【０１１２】
その後、燃料生成器３２の燃焼に使用された後の空気と、セルスタック３３で発電に用いられた後の空気と、ＦＣユニットの換気に用いられた後の空気、および補助熱源機５３で燃焼した後の空気は、全空気出口８２から全空気出口ガイド８３を介して、扉６１の全空気出口ガイド出口８４から外部の空間に放出される。
【０１１３】
なお、貯湯ユニット２０の補助熱源機５３の燃焼に用いられた空気は、酸素の濃度が低く、水蒸気を含み、窒素酸化物などの不純物を含むことが多い。そのため、この空気がＦＣユニットに取り込まれ、燃料生成器３２での燃焼用の空気に流れ込んだ場合、不完全燃焼や燃焼を維持できない状態が発生して、余分なエネルギーや発電の停止が発生して、発電効率が低下する。
【０１１４】
また、セルスタック３３の発電用の空気として取り込まれた場合、酸素濃度が低いことと、不純物による発電反応の阻害などにより、発電効率が低下する。さらに、ＦＣユニット２９の換気用の空気に用いられた場合、燃料生成器３２の断熱材に水分を与えるため、断熱性能が低下し、余分なエネルギーの消費により発電効率が低下する。
【０１１５】
しかし、本実施の形態によれば、ＦＣユニットで使用された空気だけでなく、補助熱源機５３で使用した空気も、ＦＣユニットに吸い込まれることがないため、高い発電効率を
維持できる燃料電池発電装置を実現できる。
【０１１６】
また、燃料電池発電装置の周囲に構造物などの遮蔽物（例えば、扉や壁など）で囲まれた狭い空間である燃料電池発電装置設置場の内部の空気を全く使用しない。そのため、燃料電池発電装置設置場６０に、微量物質などの、発電や燃焼に悪影響がある成分を含む空気が存在していても、それらの空気を利用しないので、燃料電池発電装置の発電や燃焼には一切影響しない。その結果、信頼性や安定性に優れた燃料電池装置を実現できる。
【０１１７】
また、燃料電池発電装置の各部に外部空間から空気を取り入れる入口と排出する出口を、１つの全空気入口ガイド８０と１つの全空気出口ガイド８３に集約することにより、燃料電池発電装置の設置工事などを簡略化できる。
【０１１８】
なお、本実施の形態では、全空気入口ガイド８０と全空気出口ガイド８３は、補助熱源機５３で使用する空気あるいは使用した後の空気と、ＦＣユニットで使用する空気あるいは使用した後の空気が通過する部分が独立した構成を例に説明したが、これに限られない。例えば、一つの配管の内部を分離する壁を設けても、複数の配管を一つに束ねる構成としてもよい。また、ＦＣユニットの内部で、燃料生成器３２、セルスタック３３およびＦＣユニットの換気で使用するあるいは使用した後の空気の通流する経路を分離する構成としてもよい。これにより、補助熱源機５３、燃料生成器３２、セルスタック３３およびＦＣユニットの換気において使用する空気の量が変化しても、それぞれが他に影響を与えることがないため、高い発電効率を維持できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明かかる燃料電池発電装置は、発電や燃焼に影響する成分を含む空気を使用しない構成が可能であるため、一般の一戸建て住宅や集合住宅のほか、業務用で狭い場所に燃料電池発電装置を設置する場合に有用である。
【符号の説明】
【０１２０】
１ ＦＣユニット
２ 正面外装板
３ 左側面外装板
６ 天井外装板
７ 吸気口
１０ 換気出口
１１ ＦＣ換気出口
１２ ＦＰ排ガス排空気出口
１５ ＦＰ排ガス排空気ガイド（排ガス排空気ガイド）
１６ ＦＰ排ガス排空気ガイド出口
２０ 貯湯ユニット
２１ 貯湯吸気口
２２ 貯湯排ガスガイド
２３ 貯湯排ガスガイド出口
２４ 貯湯排ガス出口
３０ 第１フレーム
３１ 酸化剤ガス供給部
３２ 燃料生成器
３３ セルスタック
３４ 冷却水タンク
３６ 浄化部
３７ 回路部
３８ 補機部
４０ 熱交換部
４１ 換気ファン
４９ 貯湯ユニット
５０ 第２フレーム
５１ 貯湯タンク
５２ 混合弁
５３ 補助熱源機
５５ 補助熱源機排気口
６０ 燃料電池発電装置設置場
６１ 扉
６２ 下部スリット
６３ 上部スリット
６５ 壁
６６ 原料ガス配管
６７ 給排水菅
６８ ＦＣ換気出口ガイド
６９ ＦＣ換気出口ガイド出口
７０ ＦＰ燃焼空気入口
７１ ＦＰ燃焼空気入口ガイド
７２ ＦＰ燃焼空気入口ガイド入口
７３ ＦＣ空気総入口
７４ ＦＣ空気総入口ガイド
７５ ＦＣ空気総入口ガイド入口
７６ ＦＣ空気総出口
７７ ＦＣ空気総出口ガイド
７８ ＦＣ空気総出口ガイド出口
７９ 全空気入口
８０ 全空気入口ガイド
８１ 全空気入口ガイド入口
８２ 全空気出口
８３ 全空気出口ガイド
８４ 全空気出口ガイド出口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとから電力を発生させるセルスタックとを有するＦＣユニットと、
前記ＦＣユニットで回収された熱を貯蔵する貯湯タンクを有する貯湯ユニットと、前記ＦＣユニットと前記貯湯ユニットの周囲を囲む遮蔽物と、を少なくとも有し、
前記ＦＣユニットまたは前記貯湯ユニットと前記遮蔽物とを接続するとともに、前記ＦＣユニットまたは前記貯湯ユニットに供給または排気する気体を導くガイド部材を設ける燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記ガイド部材が、前記ＦＣユニットの前記燃料生成器の排ガスまたは排空気を導く排ガス排空気ガイドである請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記ガイド部材が、前記貯湯ユニットの排ガスを導く貯湯排ガスガイドである請求項１または２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記ガイド部材が、前記ＦＣユニットの前記セルスタックで発電に用いた後の空気を導く排空気ガイドである請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
前記ガイド部材が、前記ＦＣユニットの内部を換気する空気を導く換気ガイドである請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
前記ガイド部材が、前記ＦＣユニットの燃焼に利用する空気を導く燃焼空気ガイドである請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項７】
前記ガイド部材が、前記セルスタックで発電時に使用する空気を前記ＦＣユニットに導く空気ガイドである請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項８】
前記ガイド部材が、前記排ガスと、前記セルスタックで発電時に用いた後の空気と、前記ＦＣユニットの内部を換気した後の空気の、少なくとも２つを導く請求項３から５のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項９】
前記ガイド部材が、前記燃焼に利用する空気と、前記セルスタックで発電時に用いる空気と、前記ＦＣユニットの内部を換気するための空気の、少なくとも２つを導く請求項５から７のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項１】
原料ガスから燃料ガスを生成する燃料生成器と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとから電力を発生させるセルスタックとを有するＦＣユニットと、
前記ＦＣユニットで回収された熱を貯蔵する貯湯タンクを有する貯湯ユニットと、前記ＦＣユニットと前記貯湯ユニットの周囲を囲む遮蔽物と、を少なくとも有し、
前記ＦＣユニットまたは前記貯湯ユニットと前記遮蔽物とを接続するとともに、前記ＦＣユニットまたは前記貯湯ユニットに供給または排気する気体を導くガイド部材を設ける燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記ガイド部材が、前記ＦＣユニットの前記燃料生成器の排ガスまたは排空気を導く排ガス排空気ガイドである請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記ガイド部材が、前記貯湯ユニットの排ガスを導く貯湯排ガスガイドである請求項１または２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記ガイド部材が、前記ＦＣユニットの前記セルスタックで発電に用いた後の空気を導く排空気ガイドである請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
前記ガイド部材が、前記ＦＣユニットの内部を換気する空気を導く換気ガイドである請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
前記ガイド部材が、前記ＦＣユニットの燃焼に利用する空気を導く燃焼空気ガイドである請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項７】
前記ガイド部材が、前記セルスタックで発電時に使用する空気を前記ＦＣユニットに導く空気ガイドである請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項８】
前記ガイド部材が、前記排ガスと、前記セルスタックで発電時に用いた後の空気と、前記ＦＣユニットの内部を換気した後の空気の、少なくとも２つを導く請求項３から５のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項９】
前記ガイド部材が、前記燃焼に利用する空気と、前記セルスタックで発電時に用いる空気と、前記ＦＣユニットの内部を換気するための空気の、少なくとも２つを導く請求項５から７のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２６７３９７（Ｐ２０１０−２６７３９７Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１５４１１（Ｐ２００９−１１５４１１）
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１２日（２００９．５．１２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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