燃料电池装置的制作方法

本发明涉及燃料电池装置。

背景技术：

近年来，作为下一代能源，提出了各种将燃料电池模块和用于使该燃料电池模块动作的各种辅助设备收纳于外装壳体内而成的燃料电池装置，该燃料电池模块通过将具备能使用燃料气体(含氢气体)和空气(含氧气体)来获得电力的燃料电池单元的单元堆装置收纳于收纳装置内而成。

专利文献1所记载的燃料电池系统例示出将容积及重量大的氧化剂气体供给装置配置在燃料电池系统的下部的结构。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-62134号公报

技术实现要素：

本实施方式的燃料电池装置具备：燃料电池模块，所述燃料电池模块通过将燃料电池单元收纳于收纳容器而成；多个辅助设备，所述多个辅助设备用于使所述燃料电池模块工作；以及长方体形状的外装壳体，所述外装壳体收纳所述燃料电池模块及所述辅助设备。所述燃料电池装置的重心处于比所述外装壳体的高度的一半低的位置。

附图说明

图1a是表示本实施方式的燃料电池装置的一例的主视图。

图1b是表示本实施方式的燃料电池装置的一例的左侧视图。

图1c是表示本实施方式的燃料电池装置的一例的俯视图。

图2a是表示本实施方式的燃料电池装置的变形例的主视图。

图2b是表示本实施方式的燃料电池装置的变形例的左侧视图。

图2c是表示本实施方式的燃料电池装置的变形例的俯视图。

图3a是对图1所示的燃料电池装置进行内部透视而得到的主视图。

图3b是对图1所示的燃料电池装置进行内部透视而得到的右侧视图。

图3c是对图1所示的燃料电池装置进行内部透视而得到的俯视图。

图4是示出本实施方式的燃料电池模块的一例的分解立体图。

图5是示出图1～3所示的燃料电池装置的结构的一例的结构图。

具体实施方式

例如，在一般家庭用或小规模店铺用的燃料电池装置中，存在重视小型化的情况。就小型化而言，要求装置的低高度化或设置面积的狭小化，或者同时要求低高度化和狭小化，但即便实现了低高度化，设置面积的狭小化也会使燃料电池装置的设置稳定性下降。尤其是在地震灾害时，有可能导致燃料电池装置翻倒。

然而，在抑制燃料电池装置的翻倒时，不仅仅要将容积及重量大的构件配置于下部，燃料电池装置整体上的重量平衡也变得重要。即，通过采用考虑了重量平衡的燃料电池装置，能够抑制翻倒，能够实现即便小型化也可维持稳定的设置状态的燃料电池装置。以下，针对本公开的燃料电池装置详细进行说明。

本实施方式的一例的燃料电池装置通过将在收纳容器收纳有燃料电池单元的燃料电池模块和用于使燃料电池模块工作的多个辅助设备收纳于长方体形状的外装壳体而成。也可以根据需要将燃料电池模块及辅助设备以外的各种装置收纳在外装壳体内。

以下，使用图1～图5对本实施方式的一例的燃料电池装置进行说明。图1a是表示本实施方式的一例的燃料电池装置100的主视图。图1b是表示本实施方式的一例的燃料电池装置100的左侧视图。图1c是表示本实施方式的一例的燃料电池装置100的俯视图。图2是表示本实施方式的变形例的燃料电池装置101的外观图，图2a是表示本实施方式的变形例的燃料电池装置101的主视图。图2b是表示本实施方式的变形例的燃料电池装置101的左侧视图。图2c是表示本实施方式的变形例的燃料电池装置101的俯视图。图3a是对燃料电池装置100进行内部透视而得到的主视图。图3b是对燃料电池装置100进行内部透视而得到的右侧视图。图3c是对燃料电池装置100进行内部透视而得到的俯视图。图4是表示燃料电池模块的一例的分解立体图。图5是表示图1～3所示的燃料电池装置的结构的一例的结构图。

在本实施方式的燃料电池装置100中，外装壳体1为长方体形状，六个面中的面积最大的一对面和与面积最大的面的短边相邻的一对面这四个面构成侧面，剩余的一对面构成底面和上表面。以下为了方便，将四个侧面中的面积最大的一对面称为正面1a及背面1b，将与面积最大的面的短边相邻的一对面称为左侧面1c及右侧面1d，但这些名称并不限定燃料电池装置100的设置方向或设置状态等。需要说明的是，底面1e及上表面1f是在燃料电池装置100的设置状态下分别相当于底面及上表面的面。

本实施方式的燃料电池装置100的重心g处于比外装壳体1的高度的一半低的位置。燃料电池装置100的重心g是在将包含燃料电池模块及辅助设备在内的全部装置收纳于外装壳体1内的状态下将燃料电池装置100作为一个质量体时的质量中心。燃料电池装置100的重心位置能够通过基于使燃料电池装置100向多个方向倾斜时的平衡姿势而测定的方法、基于在多个位置处悬吊燃料电池装置100时的平衡姿势而测定的方法等公知的重心测定方法来进行测定。需要说明的是，在测定重心g时，以实际上能够使燃料电池装置100运转的状态进行测定。实际上能够使燃料电池装置100运转的状态是指在具有各种介质用的罐的情况下填充有各种介质的状态。例如在燃料电池装置100内具有后述的蓄热罐5的情况下，是指在蓄热罐5中填充有介质的状态。

外装壳体1的高度是外装壳体1的底面1e至上表面1f的距离，是正面1a及背面1b与和它们相邻的左侧面1c及右侧面1d所交叉的边的长度(正面1a及背面1b的短边长度)。以下，将外装壳体1的高度以记号h示出。

在本实施方式中，燃料电池装置100的重心g处于比外装壳体1的高度h的一半(h/2)低的位置。即，燃料电池装置100的重心g距底面1e的距离hg小于h/2(hg＜(h/2))。当使燃料电池装置100小型化时，若例如减小底面1e的面积，则阻力力矩减少，可能发生翻倒。与此相对，将燃料电池装置100的重心g设为比外装壳体1的高度h的一半(h/2)低的位置。由此，即便由于燃料电池装置100的小型化而减小底面1e的面积从而使阻力力矩减少，也能够减少翻倒力矩，能够维持稳定的设置状态。

此外，如图1c的俯视图所示，在俯视观察燃料电池装置100的情况下，燃料电池装置100中的重心g的位置从宽度方向上的中心偏移。在图1c所示的俯视图中，宽度方向是指将左侧面1c与右侧面1d连结的面朝纸面观察时的左右方向即长边宽度方向、或者与左右方向垂直的面朝纸面观察时的上下方向即短边宽度方向中的任一方向。在本例中，重心g的位置在短边宽度方向上偏移。需要说明的是，在本实施方式中，重心的位置从宽度方向上的中心偏移是指，将宽度方向的尺寸三等分时在中央以外的两端部分的任一范围内存在重心的情况。

这里，在图1c的俯视图中，在本实施方式中，重心g的位置比中心偏向背面1b侧。通过重心g从宽度方向的中心偏移，由此在因地震等施加了比较大的振动的情况下，能够预测燃料电池装置100会向重心g偏移的一侧倾斜或倾倒，因此，能够采取防止翻倒的对策。另外，在燃料电池装置100的搬运时，在使用将燃料电池装置100以倾斜的状态进行搬运的台车的情况下，通过向重心偏移的一侧倾斜地进行搬运，从而能够在倾斜的状态下保持稳定，能够防止搬运时从台车落下，能够防止搬运时因晃动而引起的内部装置的破损等。需要说明的是，通过使重心g向面积最大的一对面即正面1a或背面1b侧偏移，从而假定燃料电池装置100倾斜的情况而以支承最大的面的方式采取防止翻倒的对策，由此，能够更加有效地采取防止翻倒的对策。

对作为本实施方式的变形例的燃料电池装置101进行说明。如图2a所示，燃料电池装置101在其重心g’处于比外装壳体1的高度的一半低的位置这一点与图1所示的燃料电池装置100是相同的。在本变形例中，如图2c的俯视图所示，在俯视观察燃料电池装置101的情况下，燃料电池装置101中的重心g’的位置处于宽度方向上的中心。在图2c所示的俯视图中，宽度方向是指将左侧面1c与右侧面1d连结的面朝纸面观察时的左右方向即长边宽度方向、或者与左右方向垂直的面朝纸面观察时的上下方向即短边宽度方向中的任一方向。在本变形例中，至少重心g’的位置处于短边宽度方向上的中心即可。另外，在长边宽度方向上也可以将重心g’的位置设置于中心。需要说明的是，在本实施方式中，重心的位置处于宽度方向上的中心是指，在将宽度方向的尺寸三等分时在中央部分的范围内存在重心的情况。

在重心g’的位置处于宽度方向的中心时，在设置状态下稳定性提高，能够降低发生翻倒的可能性。在成为难以采取防止翻倒的对策的设置状态的情况下，如本变形例那样通过将重心g’的位置设为宽度方向的中心，能够提高稳定性。

如图3a～图3c所示，本实施方式的燃料电池装置100在外装壳体1内收纳有燃料电池模块2及多个辅助设备。需要说明的是，在本说明书中，辅助设备是指在向燃料电池模块2供给流体(燃料气体、空气、水)时直接使用的设备类(例如阀、流量计、泵、过滤器、各种罐、供流体流动的管等)。另外，在图3a～图3c中，为了容易理解附图而仅图示出一部分结构，并非图示出全部的结构。此外，图3a～图3c所示的外装壳体1内的各结构的配置位置仅是一例，只要重心g、g’处于比外装壳体1的高度h的一半低的位置即可，可以是任意的配置。

以下，对本实施方式的外装壳体1内的各结构的配置的一例进行说明。在本实施方式中，在外装壳体1内，在靠右侧面1d的位置且在底面1e侧配设有散热器3。在该散热器3的上方配设有燃料电池模块2。此外，在外装壳体1内，在靠左侧面1c的位置配设有在内部蓄积热介质的蓄热罐5。例如，通过在外装壳体1内对这些辅助设备的配置进行调整，从而能够使重心的位置从宽度方向上的中心偏移，还能够将重心的位置设为宽度方向上的中心。以下，对本实施方式的燃料电池模块的一例进行说明。

图4是表示燃料电池模块的一例的分解立体图。在燃料电池模块2中，在长方体形状的收纳容器21内收纳有单元堆装置22。单元堆装置22通过在单元堆23的上方配置重整器25而成，该重整器25用于对原燃料进行重整而生成向燃料电池单元24供给的燃料气体。在单元堆23中，将在内部具有供燃料气体从一端向另一端流通的气体流路的中空平板型的柱状的燃料电池单元24以竖立设置的状态排列为一列。排列方向上相邻的燃料电池单元24之间经由导电构件而串联地电连接。利用绝缘性粘接材料将燃料电池单元24的下端固定于歧管26。需要说明的是，作为燃料电池单元24，只要是柱状的燃料电池单元即可，例如也能够应用于圆筒型或横条纹型。

收纳容器21由一面开口的箱体21a和将箱体21a的开口21b堵塞的盖体21c构成。在本实施方式中，箱体21a是长方体形状，长方体的六个面中的面积最大的一对面的一个面开口。单元堆装置22从开口21b收纳于箱体21a内，利用盖体21c将开口21b堵塞而构成燃料电池模块2。在单元堆装置22中，将从外部供给的空气作为含氧气体，与由重整器25生成的燃料气体进行发电反应。反应后的气体通过燃烧催化剂等燃烧之后，作为高温的废气从燃料电池模块2排出。该高温的废气从盖体21c侧排出之后向热交换器4供给。

图5是表示图1～3所示的燃料电池装置的结构的一例的结构图。本实施方式的燃料电池装置在蓄热罐5与热交换器4之间设置有供热介质在内部循环的循环线路x。在热交换器4中，在高温的废气与从蓄热罐5供给的热介质之间进行热交换，通过热交换而加热后的热介质向蓄热罐5返回。热介质通过循环线路x在蓄热罐5与热交换器4之间循环，为了在热交换器4中充分地降低废气温度，从蓄热罐5流出的热介质在向热交换器4流入之前，被循环线路x所具有的前述的散热器3冷却。通过热交换器4与热介质进行热交换后的废气从配设于右侧面1d的排气口40向装置外部排出。需要说明的是，在热交换器4中燃料电池模块2的废气所含的水分作为凝结水而产生，将该凝结水贮存于凝结水罐7。通过将贮存于凝结水罐7的凝结水向重整器25供给而能够对原燃料进行水蒸气重整。

散热器3在正面1a具有取入冷却用的外部气体的取入口31，在右侧面1d具有用于排出所取入的外部气体的排气扇32。需要说明的是，在本实施方式中，在燃料电池模块2的下方配置有散热器3。

在本实施方式中，热交换器4与燃料电池模块2的盖体21c相邻地配设，在外装壳体1内位于燃料电池模块2的背面1b侧。

在热交换器4中的热交换的作用下，通过冷却废气而被加热了的热介质对从装置外部供给的自来水进行加热，向装置外部流出热水。所流出的热水例如在家庭内的浴室、厨房或洗面台等中被用作生活用水。

在本实施方式中，在设置于蓄热罐5内或蓄热罐5外的热交换器8中，在自来水与热介质之间进行热交换，加热后的自来水作为热水而流出。该情况下的热介质可以是水，也可以是水以外的物质。另外，在热介质为水的情况下，也可以不使用热交换器8，而在蓄热罐5中使自来水与作为热介质的水混合后以热水的形式流出。在本实施方式中，向燃料电池装置100内导入自来水的上水口52及流出热水的热水出口53均配设在配设有排气扇32的右侧面1d。

另外，在本实施方式中，配置于燃料电池装置100的外装壳体1内的状态下的燃料电池模块2的重心gm的位置(高度hgm)处于比燃料电池装置100的重心g(或重心g’)低的位置(hg>hgm)。燃料电池模块2的质量在燃料电池装置100的结构中比较大，因此，通过使燃料电池模块2的重心gm低于燃料电池装置100的重心g，从而能够以更加稳定的状态设置燃料电池装置100。

关于燃料电池模块2的重心gm，能够如以下方式进行确定。首先，通过与燃料电池装置100的重心g的测定方法相同的方法对燃料电池模块2单独的重心进行测定。基于测定出的重心的位置，来确定配置在外装壳体1内的状态下的燃料电池模块2的重心gm。例如在通过测定而得到燃料电池模块2单独的重心处于与收纳容器21的底面相距acm的高度的情况下，若收纳容器21的底面的高度位置在燃料电池装置100的外装壳体1内距外装壳体1的底面1e的高度为bcm，则外装壳体1内的燃料电池模块2的重心gm的高度hgm能够确定为(a+b)cm。

如上所述，散热器3在外装壳体1内配设于其底面1e侧，在本实施方式中，载置在外装壳体1内的内底面上。散热器3与燃料电池模块2同样地质量比较大，因此，通过配设于底面1e侧，从而能够以更加稳定的状态设置燃料电池装置100。另外，通过使散热器3处于较低的位置，从而将取入外部气体的取入口31也设置于低的位置，能够取入温度比较低的外部气体，因此，能够提高冷却效率。另外，燃料电池装置100设置于屋外，根据设置场所的不同，也有时被照射直射日光。即便在这样的情况下，通过使散热器3处于较低的位置，从而防止因直射日光的照射而引起的温度上升，因此，能够提高散热器3的冷却效率。

在本实施方式中，蓄热罐5配设在外装壳体1内靠左侧面1c的位置，具有l字状的形状。l字状的蓄热罐5的纵向延伸的上部分50与外装壳体1的左侧面1c相邻地沿着左侧面1c配设。l字状的蓄热罐5的横向延伸的下部分51在比外装壳体1的高度的一半低的位置处沿着外装壳体1的底面1e的面向壳体内的面即内底面延伸，上部分50位于延伸方向的端部。在本实施方式中，下部分51是沿着内底面且沿着长边宽度方向延伸的形状，但不局限于此，也可以为沿着内底面且沿着短边宽度方向延伸的形状。由于蓄热罐5为这样的形状，因而能够通过向蓄热罐5放入热介质而使燃料电池装置100的重心成为更加低的位置。

蓄热罐5的形状只要是如上述那样在比外装壳体1的高度的一半低的位置处所具有的部分沿着外装壳体1的内底面延伸的形状即可，也可以不为l字状。例如，即便为仅由下部分51构成的方筒或圆筒等筒状，只要沿底面1e的长边方向或短边方向延伸的长度比其高度长，则也能够得到上述的效果。此外，也可以是圆锥台状或四棱锥台状等锥台状。也可以为上部分50不位于下部分51的端部而位于中央部分的t字或倒t字状这样的形状，还能够为底面面积大于上表面面积的形状。通过使底面面积大于上表面面积，从而蓄热罐5的设置稳定性提高。这里，蓄热罐5的上表面面积是俯视观察蓄热罐5时的上部分50的上端面50a的面积。蓄热罐5的底面面积是仰视观察蓄热罐5时的下部分51的下端面的面积。

在本实施方式中，蓄热罐5的下部分51直接载置在外装壳体1的内底面上，但也可以在下部分51与内底面之间具有空隙，还可以在下部分51与内底面之间存在其他构件、例如隔热件等。

在本实施方式中，还配设有从原燃料的供给源连接到重整器25的原燃料供给线路y。在本实施方式中，原燃料的供给源是配设在与配设有排气口40、上水口52、热水出口53及排气扇32的侧面相同的右侧面1d上的原燃料供给口250。原燃料供给线路y包含：供原燃料气体从原燃料供给口250流动至重整器25的燃料管251；以及从上游侧依次配置于燃料管251的电磁阀252、流量计253及气体泵254。另外，原燃料供给线路y还可以包含用于去除原燃料气体所含有的硫的脱硫器等。电磁阀252、流量计253及气体泵254等辅助设备能够使用燃料电池装置100所配备的公知的设备。

在本实施方式中，原燃料供给线路y中的电磁阀252、流量计253及气体泵254、以及燃料管251的一部分配设在燃料电池模块2的上方。上述那样的原燃料供给线路y所含的结构的质量比较小，因此，通过配置在燃料电池模块2的上方、即外装壳体1内的上部，从而能够降低燃料电池装置100的重心g(或重心g’)，以更加稳定的状态设置燃料电池装置100。

此外，通过将原燃料供给线路y上的各辅助设备配设在燃料电池模块2的上方，即便在从原燃料供给线路y发生了气体泄漏的情况下，也能够通过在燃料电池模块2的上方配置气体检测装置来有效地检测气体泄漏。

在本实施方式中，在外装壳体1内配设有取入燃料电池装置100的外部的空气(外部气体)并作为含氧气体向燃料电池模块2供给的外部气体供给线路。外部气体供给线路包含：对外部气体中的浮游颗粒状物质等进行吸附去除而净化外部气体的空气过滤器255；以及使由空气过滤器255净化后的空气流动至燃料电池模块2的空气供给管256。

在本实施方式中，空气过滤器255的质量比较小，因此，通过配置在燃料电池模块2的上方、即外装壳体1内的上部，从而能够降低燃料电池装置100的重心g(或重心g’)，以更加稳定的状态设置燃料电池装置100。流过空气过滤器255的外部气体在空气供给管256流动，贯穿燃料电池模块2的盖体21c而向燃料电池模块2内供给，从而用于发电。此外，通过将外部气体供给线路的一部分配置在燃料电池模块2的上方，从而取入到燃料电池装置100的外部气体容易受到来自燃料电池模块2的辐射热，能够向燃料电池模块2供给高温的空气，还能够提高发电效率。

另外，在本实施方式中，燃料电池装置100还包含功率调节器6。功率调节器6用于将由燃料电池装置100产生的电力与系统电源配合地向外部负载供给，例如，将安装有cpu(中央运算处理装置)、半导体存储器及其他的电子部件等的布线基板等收容于长方体形状的保护壳体60。功率调节器6在外装壳体1内与上部分50相邻地配设于蓄热罐5的下部分51的上方。

本实施方式的燃料电池装置100除了上述之外还具备从凝结水罐7向重整器25供给水的水泵、用于取入向燃料电池模块2供给的空气的鼓风机等，这些设备也可以收纳配置在外装壳体1内。即便在具备更多的辅助设备的情况下，只要使包含收纳于外装壳体1内的全部装置在内的燃料电池装置100的重心处于比外装壳体1的高度的一半低的位置即可。

以上，对本发明详细进行了说明，但本发明不局限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更、改良等。

附图标记说明

1外装壳体

1a正面

1b背面

1c左侧面

1d右侧面

1e底面

1f上表面

2燃料电池模块

3散热器

4热交换器

5蓄热罐

6功率调节器

21收纳容器

21a箱体

21b开口

21c盖体

22单元堆装置

23单元堆

24燃料电池单元

25重整器

26歧管

31取入口

32排气扇

41排气口

50上部分

50a上端面

51下部分

52上水口

53热水出口

60保护壳体

100燃料电池装置

250原燃料供给口

251燃料管

252电磁阀

253流量计

254气体泵

255空气过滤器

256空气供给管

x循环线路