特許 6382681 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6382681

(24)【登録日】2018年8月10日

(45)【発行日】2018年8月29日

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20180820BHJP

   H01M 8/12 20160101ALI20180820BHJP

   H01M 8/04701 20160101ALI20180820BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 Z

   H01M8/12

   H01M8/04701

【請求項の数】10

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-218007(P2014-218007)

(22)【出願日】2014年10月27日

(65)【公開番号】特開2015-222708(P2015-222708A)

(43)【公開日】2015年12月10日

【審査請求日】2017年7月4日

(31)【優先権主張番号】特願2014-93448(P2014-93448)

(32)【優先日】2014年4月30日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114605

【弁理士】

【氏名又は名称】渥美 久彦

(72)【発明者】

【氏名】濱谷 正吾

(72)【発明者】

【氏名】柴田 昌宏

【審査官】 今井 貞雄

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１８７１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０２３２６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−２３８５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２４２２９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／０４

Ｈ０１Ｍ ８／０４７０１

Ｈ０１Ｍ ８／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

断熱容器内に収容され、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う固体酸化物形燃料電池と、
前記断熱容器の外側に配置され、運転時に発熱する複数の発熱機器、及び発電後のオフガスに含まれる水蒸気を凝縮させた凝縮水を貯える凝縮水タンクと、
天板、底板及び側板を有するとともに筐体吸気口及び筐体排気口を有し、前記固体酸化物形燃料電池、前記発熱機器及び前記凝縮水タンクを収容する筐体と
を備えた燃料電池システムであって、
前記筐体内において、前記筐体吸気口と前記凝縮水タンクとを繋ぐ流路であり、前記底板と平行な水平方向に延びて前記筐体吸気口から導入された空気を水平方向に流すための流路を形成する整流板を備え、
前記筐体吸気口と前記凝縮水タンクとの間に、前記発熱機器が配置されているとともに、前記発熱機器によって暖められた空気が前記凝縮水タンクに吹き付けられる
ことを特徴とする燃料電池システム。

【請求項2】

前記整流板は前記筐体内の収容空間を複数の領域に仕切る複数の棚板であり、前記棚板は多段状に設けられ、
最上段の前記棚板上には前記固体酸化物形燃料電池が配置され、
前記固体酸化物形燃料電池と前記凝縮水タンクとを繋ぐ水配管を備え、
前記筐体内において前記凝縮水タンクの上方には、前記筐体排気口に繋がる流路であって前記筐体吸気口から導入された空気を排出する垂直流路が設けられており、
前記水配管が前記垂直流路内に配設されている
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記筐体において、前記固体酸化物形燃料電池と前記水配管との接合部より上方に前記筐体排気口があることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記筐体において、前記棚板によって仕切られた各領域に対応して前記筐体吸気口がそれぞれ設けられ、
前記各領域の最上領域以外の領域にはそれぞれ前記発熱機器が配置されている
ことを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池システム。

【請求項5】

前記筐体内において、最下段の領域には前記凝縮水タンクが配置されるとともに、上段側の前記各棚板の間に形成される前記各領域内の流路が前記凝縮水タンクの上方の前記垂直流路に合流するように、前記各棚板が設けられていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。

【請求項6】

前記筐体内には、前記凝縮水を浄化するためのフィルタが収納され、
前記発熱機器と前記凝縮水タンクとの間には、前記フィルタが設置されている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。

【請求項7】

前記筐体は直方体状であり、前記筐体において直方体状の内部空間を前記筐体の底面に対して垂直方向と平行な仮想平面により半分に分けたときの一方の小空間に前記筐体吸気口が配設されるとともに、他方の小空間に前記筐体排気口が配設されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。

【請求項8】

前記筐体吸気口及び前記筐体排気口のうちの少なくとも一つに、前記筐体内を換気するための送風手段を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。

【請求項9】

前記送風手段は、回転翼を有するファンであり、
前記回転翼の前記回転数を検出する回転数検出部と、前記回転数検出部が回転数ゼロを検出したときに、前記燃料電池システムに異常が発生していると判断してその旨を通知する異常判断部とを備える
ことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。

【請求項10】

前記送風手段は、回転翼を有するファンであり、
前記筐体の内部及び外部のうちの少なくとも一方の温度を検出する温度検出部と、前記温度検出部からの温度検出信号に基づき、前記回転翼の前記回転数を制御する回転制御部とを備える
ことを特徴とする請求項８または９に記載の燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う固体酸化物形燃料電池を備えた燃料電池システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、燃料電池として、例えば固体電解質層（固体酸化物層）を備えた固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ；ＳＯＦＣ）が知られている。この燃料電池は、燃料ガスに接する燃料極と酸化剤ガスに接する空気極とが固体電解質層の両側に配置された単セルを備えている。なお、単セルの燃料極及び空気極には、それぞれ燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気中の酸素）とが供給される。そして、水素と酸素とが固体電解質層を介して反応（発電反応）することにより、空気極を正極、燃料極を負極とする直流の電力が発生するようになっている。

【0003】

水素と酸素との発電反応では水が生成されるため、燃料電池から排出されるオフガスは水蒸気を含んでいる。この燃料電池のオフガスは、排熱交換器において凝縮水とガスとに分離され、凝縮水は凝縮水タンクに一旦貯えられる。また、凝縮水タンクの凝縮水は、水フィルタで浄化された後、発電に必要な燃料ガスを生成するための改質水として使用される。このように、固体酸化物形燃料電池では、水を扱う部材（凝縮水タンク、水フィルタ、それらを接続する水配管などの部材）が設けられている。

【0004】

また、通常発電に必要な部材は、外的要因（雨風等）から部材を守るため筐体の中に収容されている。従って、固体酸化物形燃料電池の発電に必要な酸化剤ガスは、筐体内の空気を空気ポンプ（空気ブロワ）によって取り込むことで供給されている。また、筐体には、筐体の酸素量を低下させないために空気を循環させるための吸気口と排気口とが設けられている。

【0005】

従って、筐体外の温度が低くなる場合、筐体内に吸気される低温の空気により、凝縮水タンクやフィルタなどにおいて凝縮水が凍結してしまうといった問題が生じる。この問題を解消するために、従来の燃料電池では、筐体内において水を扱う箇所にヒータなどの加熱装置を設置して凍結を防止するように構成している。また、特許文献１に開示されている燃料電池では、筐体の吸入口の近傍に放熱器を設け、オフガスを利用して放熱器から放熱することで、凍結を防止している。さらに、特許文献１の燃料電池では、放熱器をバイパスする配管を設け、凍結が起きない時期には放熱器から熱を出さないような工夫も施されている。このようにすると、筐体内の温度が必要以上に高くならず、ポンプやそれを制御する制御回路などの誤動作が回避されるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００９−１６０７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところが、特許文献１の従来の燃料電池では、発電に必要ではない部材である放熱器やバイパス配管を設ける必要がある。この場合、放熱器やそれを接続する配管などの部材が増えてしまうため、部品コストが増加することに加え、システム設計の自由度やメンテナンス性の低下を招くといった問題が生じる。また、燃料電池にヒータを設ける場合でも、部品コストが増加するとともに、ヒータを駆動する際に電力が消費される。このため、エネルギー効率が低下するといった問題が生じてしまう。

【0008】

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品コストの増加を抑えつつ、システム設計の自由度やメンテナンス性を確保した上での筐体内における凍結を防止することができる燃料電池システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

そして上記課題を解決するための手段（手段１）としては、断熱容器内に収容され、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う固体酸化物形燃料電池と、前記断熱容器の外側に配置され、運転時に発熱する複数の発熱機器、及び発電後のオフガスに含まれる水蒸気を凝縮させた凝縮水を貯える凝縮水タンクと、天板、底板及び側板を有するとともに筐体吸気口及び筐体排気口を有し、前記固体酸化物形燃料電池、前記発熱機器及び前記凝縮水タンクを収容する筐体とを備えた燃料電池システムであって、前記筐体内において、前記筐体吸気口と前記凝縮水タンクとを繋ぐ流路であり、前記底板と平行な水平方向に延びて前記筐体吸気口から導入された空気を水平方向に流すための流路を形成する整流板を備え、前記筐体吸気口と前記凝縮水タンクとの間に、前記発熱機器が配置されているとともに、前記発熱機器によって暖められた空気が前記凝縮水タンクに吹き付けられることを特徴とする燃料電池システムがある。

【0010】

手段１に記載の発明によると、整流板によって筐体吸気口と凝縮水タンクとを繋ぐ水平流路が形成され、筐体吸気口と凝縮水タンクとの間に発熱機器が配置されている。この場合、筐体吸気口から筐体内に導入された空気は、換気用の水平流路を通過する際に各発熱機器によって暖められた後、確実に凝縮水タンクに吹き付けられる。そして、その空気によって、凝縮水タンクが温められるため、凝縮水の凍結が回避される。このように、本発明の燃料電池システムでは、運転時に発熱する発熱機器や凝縮水タンクの配置を工夫し、凝縮水タンクへ確実に温められた空気が運ばれるように水平流路を形成する整流板を設けることにより、発電に不要な部材や電力消費部材の追加が不要になる。従って、大幅な部品コストの増加を抑えつつ、余分な部材の取り回しの煩雑さを解消し、システム設計の自由度やメンテナンス性を確保した上での筐体内における凝縮水の凍結を防止することができる。

【0011】

整流板は筐体内の収容空間を複数の領域に仕切る複数の棚板であり、棚板は多段状に設けられていてもよい。このように棚板が多段状に設けられる場合、最上段の棚板上には固体酸化物形燃料電池が配置される。この場合、筐体内に発電に必要な部材を配置するための棚板が整流板となるため、余分な部材の追加が不要になる。よって、よりいっそう部品コストの増加を抑えつつ、余分な部材の取り回しの煩雑さを解消し、システム設計の自由度やメンテナンス性を確保した上での筐体内における凝縮水の凍結を防止することができる。

【0012】

また、本発明に用いられる固体酸化物形燃料電池は、運転時に高温（例えば、７００℃〜１０００℃の温度）になるため、断熱容器内に収容されている。この断熱容器には、反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）の供給やオフガスの排出を行うための配管等が設けられているが、それら配管等を通じて発電時の熱が断熱容器の周囲に逃げてしまう。このため、筐体内において、固体酸化物形燃料電池が収容される断熱容器の近傍が最も温度が高くなる。従って、固体酸化物形燃料電池（断熱容器）を最上段の棚板上に配置することで、その発熱を筐体排気口から効率よく排出することができる。このため、筐体内における過昇温を防ぐことができ、下段側の棚板に配置される機器の誤作動を防止することが可能となる。

【0013】

筐体内には、固体酸化物形燃料電池と凝縮水タンクとを繋ぐ水配管が備えられている。また、筐体内において凝縮水タンクの上方には、筐体排気口に繋がる流路であって筐体吸気口から導入された空気を排出する垂直流路が設けられており、その垂直流路内に水配管が配置されていてもよい。この場合、凝縮水タンクを温めた温風は、その凝縮水タンクの上方の垂直流路を通り、筐体の上側に設けた筐体排気口から効率よく排出される。また、温風が垂直流路を通過する際に水配管を温めることができるので、水配管での凝縮水の凍結を防止することができる。さらに、水配管の凝縮水を温めつつ燃料電池に供給することが可能となり、燃料電池の発電効率を高めることができる。

【0014】

筐体において、固体酸化物形燃料電池と水配管との接合部より上方に筐体排気口があることが好ましい。このようにすると、発熱機器により温められた空気が水配管全体を確実に温めることが可能となり、よりいっそう水配管での凝縮水の凍結を防止することができる。

【0015】

筐体において、棚板によって仕切られた各領域に対応して筐体吸気口がそれぞれ設けられ、最上領域以外の各領域にはそれぞれ発熱機器が配置されていてもよい。この場合、筐体内の空気の換気を迅速に行うことができる。また、各領域に配置された固体酸化物形燃料電池及び発熱機器からの熱によって、吸気口から取り込まれた空気による筐体内の温度低下を抑制することができる。従って、発電に必要な空気（詳しくは酸素）を筐体内に取り込みつつ、凝縮水タンク及び水配管内の凝縮水の凍結を防止することができる。また、最下段の領域には、凝縮水タンクが配置されるとともに、少なくとも最下段の領域においては、吸気口と凝縮水タンクとの間には、複数の発熱機器が配置され、発熱量の大きいものほど筐体吸気口側に近接し、発熱量の小さいものほど筐体吸気口側から離間するようにして配置されていてもよい。このようにすると、凝縮水タンクへ確実に暖められた空気が送られることとなり、冬場の低温時における凝縮水の凍結を確実に防止することができる。また、筐体吸気口を複数設けることで、各筐体吸気口から導入される空気の風量が増すため、筐体内の換気を迅速に行うことができる。この結果、冬場の低温時における凝縮水の凍結防止ばかりでなく、夏場の高温時における筐体内の温度上昇も抑制することができる。

【0016】

筐体内において、最下段の領域には凝縮水タンクが配置されるとともに、上段側の各棚板の間に形成される各領域内の流路が凝縮水タンクの上方の垂直流路に合流するように、各棚板が設けられていてもよい。つまり、凝縮水タンクの手前となる位置まで棚板が延設され、凝縮水タンクの直上には棚板が設けられておらず、凝縮水タンクの上方が吹き抜けになっている。このように各棚板を形成すると、凝縮水タンクの上方を効率よく温めることができるため、その上方に設けられた水配管における凝縮水の凍結をより確実に防止することができる。さらに、水配管の凝縮水を温めつつ燃料電池に供給することができるため、燃料電池の発電効率をより高めることができる。

【0017】

筐体内には、凝縮水を浄化するためのフィルタが収納され、発熱機器と凝縮水タンクとの間には、フィルタが設置されていてもよい。このようにすると、各発熱機器で暖められた温風によって、フィルタにおける凝縮水の凍結を防止することができる。

【0018】

筐体は直方体状であり、筐体において直方体状の内部空間を筐体の底面に対して垂直方向と平行な仮想平面により半分に分けたときの一方の小空間に筐体吸気口が配設されるとともに、他方の小空間に筐体排気口が配設されている。このように筐体吸気口及び筐体排気口を設けることで、筐体内における換気を効率よく確実に行うことができる。

【0019】

本発明の燃料電池システムにおいて、筐体内には、筐体吸気口及び筐体排気口を繋ぐ換気用の流路であり、水平流路と垂直流路とからなるＬ字状流路が設けられる。そして、そのＬ字状流路において水平流路と垂直流路との交差部分に凝縮水タンクが配置されるとともに、水平流路に複数の発熱機器が配置される。このように燃料電池システムを構成すると、筐体吸気口から筐体内に導入された空気は、水平流路を通過する際に複数の発熱機器によって暖められた後、凝縮水タンクに吹き付けられる。従って、凝縮水タンクは、各発熱機器で十分に暖められた空気の流れ（温風）を受けることができるため、凝縮水の凍結を回避することができる。また、凝縮水タンクに吹き付けられた温風は、凝縮水タンクの上方に設けられた垂直流路を通じて筐体排気口から効率よく排出される。

【0020】

筐体における筐体吸気口が設けられた側板に対向する別の側板の側に、凝縮水タンクが配置されていてもよい。このようにすると、筐体吸気口に対して十分な距離をとることができる。従って、凝縮水タンクと筐体吸気口との間により多くの発熱機器を配置することが可能となり、凝縮水タンクには、各発熱機器で十分に暖められた空気が吹き付けられる。この結果、筐体内における凝縮水の凍結を確実に防止することができる。

【0021】

筐体内には、固体酸化物形燃料電池から排出されるオフガスを熱交換して気液分離する排熱交換器が収納され、排熱交換器は、他の機器よりも筐体排気口側に近接して配置されていてもよい。燃料電池システムにおいて、排熱交換器には固体酸化物形燃料電池から高温のオフガスが供給されるため、排熱交換器からの放熱量が大きい。従って、排熱交換器を筐体排気口側に近接して配置することにより、排熱交換器からの放熱を筐体排気口を通じて筐体外部に効率よく逃がすことができるため、筐体内における過昇温を防ぐことができる。

【0022】

本発明の燃料電池システムでは、筐体内における凝縮水タンクの上方に排熱交換器が配置され、凝縮水を流す水配管を介して排熱交換器と凝縮水タンクとが接続されていてもよい。この場合、排熱交換器において水蒸気が冷やされて水滴となった凝縮水を下側の凝縮水タンクに効率よく集めることができる。さらに、凝縮水を流す水配管が、凝縮水タンクの上方、つまり温風の流れる垂直流路内に配置されるため、水配管内での凝縮水の凍結を確実に防止することができる。

【0023】

また、断熱容器の側面であって、排熱交換器と接続するための配管が設けられる配管の突き出し面が、筐体排気口と対向するよう設けられていることが好ましい。このようにすると、排熱交換器やそれと接続される配管からの放熱を筐体排気口を通じて筐体外部に効率よく逃がすことができるため、筐体内における過昇温を防ぐことができる。

【0024】

筐体において、対向配置される２つの側板のうちの一方の側板の下端部に筐体吸気口が設けられるとともに、他方の側板の上端部に筐体排気口が設けられていてもよい。また、筐体において、対向配置される２つの側板のうちの一方の側板に筐体吸気口が設けられるとともに、天板における他方の側板の側に筐体排気口が設けられていてもよい。このように筐体吸気口及び筐体排気口を設けることにより、凝縮水の凍結を防止しつつ、筐体内の換気を効率よく行うことができる。

【0025】

筐体において、複数の棚板によって仕切られた領域毎に、類似した発熱機器がそれぞれ配置されていてもよい。このようにすると、筐体内における各機器の設置を効率よく行うことができるため、製造工程での組み付け性が向上する。

【0026】

本発明の燃料電池システムは、筐体吸気口及び筐体排気口のうちの少なくとも一つに、筐体内を換気するための送風手段を備えていてもよい。このようにすると、筐体内に空気が強制的に取り込まれ、あるいは筐体内から空気が強制的に排出される。よって、筐体内の空気の換気をより効率よく迅速に行うことができる。

【0027】

筐体吸気口の数は限定されず１つであっても複数であってもよい。また、筐体排気口数は限定されず１つであっても複数であってもよい。ここで、筐体吸気口が複数存在する場合、送風手段は各々の筐体吸気口に備えられている必要はなく、一部の筐体吸気口に備えられていればよい。同様に、筐体排気口が複数存在する場合、送風手段は各々の筐体排気口に備えられている必要はなく、一部の筐体排気口に備えられていればよい。ちなみに、送風手段は、筐体吸気口自体や筐体排気口自体に直に設置されていてもよいが、筐体内または筐体外に送風手段を設置してそれをホース等の連結手段を用いて筐体吸気口や筐体排気口とつないでもよい。

【0028】

送風手段の種類としては特に限定されず、例えば回転翼を有するファンなどを用いることができる。このようなファンは、送風手段のなかでも比較的小型、安価かつ省電力なものであるため、筐体吸気口自体や筐体排気口自体に直に設置するのに適している。送風手段としては、回転翼のような回転運動をする部材を有していないものを選択することも可能である。

【0029】

送風手段が回転翼を有するファンである場合、本発明の燃料電池システムは、回転翼の回転数を検出する回転数検出部と、回転数検出部が回転数ゼロを検出したときに、燃料電池システムに異常が発生していると判断してその旨を通知する異常判断部とを備えていてもよい。この構成によると、システムにおける異常を迅速にかつ確実に通知することができる。

【0030】

また、送風手段が回転翼を有するファンである場合、本発明の燃料電池システムは、筐体の内部及び外部のうちの少なくとも一方の温度を検出する温度検出部と、温度検出部からの温度検出信号に基づき、回転翼の回転数を制御する回転制御部とを備えていてもよい。この構成によると、周囲の温度に応じて回転翼の回転数を適宜制御することができ、送風手段をより的確に駆動することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本実施の形態における燃料電池システムの概略構成を示す断面図。

【図2】上方の天板側から見た筐体を示す平面図。

【図3】ファンの回転数制御動作を説明するためのフローチャート。

【図4】システムの異常検出動作を説明するためのフローチャート。

【図5】天板に筐体排気口を設けた別の実施の形態の筐体を示す平面図。

【図6】天板に筐体排気口を設けた別の実施の形態の筐体を示す正面図。

【図7】筐体吸気口が設けられている側板と直交する側板に筐体排気口を設けた別の実施の形態の上方の天板側から見た筐体を示す平面図。

【図8】対向配置される２つの側板のうちの一方に筐体吸気口を設けるとともに他方に筐体排気口を設けた別の実施の形態の筐体を示す正面図。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、本発明を燃料電池システムに具体化した一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

【0033】

図１に示されるように、燃料電池システム１は、断熱容器２内に収容される燃料電池３と、燃料電池３の発電に寄与する処理を行う複数の機器３０〜３９と、燃料電池３及び各機器３０〜３９を収容する筐体５とを備える。本実施の形態の燃料電池３は、固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell ；ＳＯＦＣ）である。燃料電池３は、燃料電池スタック８、気化器９、及び改質器１０等を備え、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う。

【0034】

燃料電池スタック８は、単セル１１を複数個（例えば２０個）積層してなる。断熱容器２内において、燃料電池スタック８の下方に気化器９及び改質器１０が配置される。気化器９は、改質水を気化して水蒸気を生成し、その水蒸気と燃料ガスを混合して改質器１０に供給する。改質器１０は、原燃料と水蒸気とを改質反応させて水素濃度の高い燃料ガスに改質し、その燃料ガスを燃料電池スタック８に供給する。

【0035】

燃料電池スタック８を構成する各単セル１１は、空気極、燃料極及び固体電解質層を有し、反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）の発電反応により電力を発生する。具体的には、固体電解質層は、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などのセラミック材料（酸化物）によって略矩形板状に形成されている。固体電解質層は、酸素イオン伝導性固体電解質体として機能するようになっている。また、固体電解質層の上面には、燃料電池スタック８に供給された酸化剤ガスに接する空気極が貼付され、固体電解質層の下面には、同じく燃料電池スタック８に供給された燃料ガスに接する燃料極が貼付されている。即ち、空気極及び燃料極は、固体電解質層の両側に配置されている。単セル１１において、空気極はカソード層として機能し、燃料極はアノード層として機能する。

【0036】

筐体５は、直方体状の容器であり、天板１４、底板１５、及び側板１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを有するとともに、筐体吸気口１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ、及び筐体排気口１９を有している。筐体５において、対向配置される２つの側板１６ａ，１６ｂのうちの一方の側板１６ａに複数の筐体吸気口１８ａ〜１８ｄが設けられ、他方の側板１６ｂの上端部に筐体排気口１９が設けられている。つまり、図２に示されるように、筐体５において直方体状の内部空間Ｓ０を筐体５の底面に対して垂直方向と平行な仮想平面Ｐ１により半分に分けたときの一方の小空間Ｓ１に各筐体吸気口１８ａ〜１８ｄが配設されるとともに、他方の小空間Ｓ２に筐体排気口１９が配置される。

【0037】

図１に示されるように、筐体排気口１９は、燃料電池３と水配管４２との接合部５０よりも上側に配設されている。そして、筐体排気口１９には、筐体５内の空気Ａ１を排気するための送風手段として、回転翼２０ａを有するファン２０が設けられている。本実施の形態では、筐体排気口１９にファン２０を設けたが、筐体吸気口１８ａ〜１８ｄのうちのいずれか１つ、２つもしくは３つ、または筐体吸気口１８ａ〜１８ｄの４つ全てにファン２０を設けてもよい。つまり、送風手段であるファン２０は、筐体吸気口１８ａ〜１８ｄ及び筐体排気口１９のうちの少なくとも一つに備えられていればよい。

【0038】

本実施の形態の筐体５内には、収容空間である内部空間Ｓ０を複数の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に仕切る複数の棚板２１，２２，２３，２４が多段状に設けられている。各段の棚板２１〜２４は、水平方向に平行となるよう所定の間隔をあけて配置され、垂直方向に延びる支持枠２５により固定されている。そして、筐体５の側板１６ａには、複数の棚板２１〜２４によって仕切られた各領域Ｒ１〜Ｒ４に対応した位置に筐体吸気口１８ａ〜１８ｄがそれぞれ設けられている。各棚板２１〜２４は、燃料電池３や各機器３１〜３９を載置させるための機能に加えて、各筐体吸気口１８ａ〜１８ｄから導入された空気Ａ１を水平方向に流すための流路を形成する整流板としても機能する。

【0039】

本実施の形態の燃料電池システム１では、筐体５内に収容される複数の機器として、排熱交換器３０、凝縮水タンク３１、水フィルタ３２、エアポンプ３３、回収水ポンプ３４、燃料ポンプ３５、改質水ポンプ３６、電力変換器３７、制御基板３８，３９等が挙げられる。より詳しくは、排熱交換器３０は、断熱容器２内の燃料電池３から排出されるオフガスを熱交換して気液分離する機器であり、筐体排気口１９の近傍に配置されている。発電後のオフガスは水蒸気を含み、排熱交換器３０では、熱交換によって水蒸気が凝縮する結果、凝縮水とガスとに分離される。

【0040】

凝縮水タンク３１及び水フィルタ３２は、水処理装置を構成する機器である。具体的には、凝縮水タンク３１は、水配管４１を介して排熱交換器３０に接続されており、その水配管４１を通じて排熱交換器３０から供給される凝縮水が凝縮水タンク３１に一旦貯えられる。凝縮水タンク３１の凝縮水は、水フィルタ３２によって浄化される。この結果、原燃料から改質ガス（燃料ガス）を生成するために必要な改質水が精製される。この改質水は、改質水ポンプ３６及び水配管４２や図示しない流量センサ等からなる改質水供給部によって、燃料電池３（断熱容器２内の気化器９）に供給されるようになっている。

【0041】

エアポンプ３３は、燃料電池３に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給部を構成する機器である。なお、酸化剤ガス供給部は、エアポンプ３３に加えて図示しないエアフィルタ、流量センサ及び配管などからなる。また、燃料ポンプ３５は、原燃料を供給するための燃料供給部を構成する機器である。燃料供給部は、燃料ポンプ３５に加えて図示しない電磁弁や流量センサなどからなる。

【0042】

回収水ポンプ３４は、熱交換用の液体（具体的には水）を排熱交換器３０に供給するための熱交換水供給部を構成する機器である。熱交換水供給部は、回収水ポンプ３４及び配管（図示略）によって構成されている。電力変換器３７は、燃料電池３で発電した電力を変換してシステム外部に供給するための機器である。制御基板３８，３９は、各ポンプ３３〜３６や各センサ等を制御するための制御部（マイコンＭ１）を構成する機器である。制御基板３８，３９には、制御部を構成する複数の電子部品（ドライバなどの回路部品）が搭載されている。

【0043】

本実施の形態の筐体５において、最上段の棚板２１上には、燃料電池３を収容した断熱容器２が配置されており、最上段の棚板２１以外の棚板２２〜２４上には、複数の機器３１〜３９が配置されている。ここで、各機器３１〜３９の配置について詳述すると、上から２段目の棚板２２には電力変換器３７が配置され、上から３段目の棚板２３には、複数の制御基板３８，３９が配置されている。さらに、上から４段目である最下段の棚板２４には、エアポンプ３３、回収水ポンプ３４、燃料ポンプ３５、改質水ポンプ３６、水フィルタ３２及び凝縮水タンク３１が配置されている。

【0044】

より詳しくは、筐体５内において、最下段の棚板２４は、筐体吸気口１８ａ〜１８ｄが設けられている側板１６ａからその側板１６ａと対向する別の側板１６ｂまで延設されている。最下段の棚板２４において、筐体吸気口１８ａ〜１８ｄの反対側となる別の側板１６ｂの側に、凝縮水タンク３１が配置されている。そして、凝縮水タンク３１と筐体吸気口１８ｄとの間に、エアポンプ３３、回収水ポンプ３４、燃料ポンプ３５、改質水ポンプ３６が配置されている。

【0045】

エアポンプ３３、回収水ポンプ３４、燃料ポンプ３５、改質水ポンプ３６は、運転時に発熱する発熱機器であり、最も発熱量が大きいエアポンプ３３が最下段の棚板２４上において筐体吸気口１８ｄ側に最も近接して配置されている。また、筐体吸気口１８ｄ側ほど発熱量が大きな機器となるように、エアポンプ３３の下流側（図１では右側）には回収水ポンプ３４、燃料ポンプ３５、改質水ポンプ３６の順番に複数の発熱機器が配置されている。さらに、最下段の棚板２４上において、改質水ポンプ３６と凝縮水タンク３１との間に水フィルタ３２が配置されている。

【0046】

下から２段目の棚板２３に配置される複数の制御基板３８，３９、及び３段目の棚板２２に配置される電力変換器３７も、運転時に発熱する発熱機器である。そして、２段目の棚板２３上に配置される複数の制御基板３８，３９のうち、発熱量の大きな制御基板３８が筐体吸気口１８ｃ側に近接して配置され、その下流側に発熱量の小さな制御基板３９が配置されている。つまり、本実施の形態では、棚板２２〜２４で仕切られる各領域Ｒ３，Ｒ４において、複数の発熱機器は、発熱量の大きな機器ほど筐体吸気口１８ｃ，１８ｄ側に近接し、発熱量の小さいものほど筐体吸気口１８ｃ，１８ｄ側から離間するようにして配置されている。

【0047】

燃料電池システム１において、筐体５内には、筐体吸気口１８ｄ及び筐体排気口１９を繋ぐ換気用の流路であり、底板１５と平行な水平方向に延びる水平流路Ｌ１と側板１６ａ〜１６ｄのいずれかと平行な垂直方向に延びる垂直流路Ｌ２とからなるＬ字状流路Ｌ０が設けられている。Ｌ字状流路Ｌ０において、水平流路Ｌ１と垂直流路Ｌ２との交差部分に凝縮水タンク３１が配置される。つまり、水平流路Ｌ１は、筐体吸気口１８ｄと凝縮水タンク３１とを繋ぐ流路であり、垂直流路Ｌ２は、凝縮水タンク３１と筐体排気口１９とを繋ぐ流路となっている。そして、水平流路Ｌ１における筐体吸気口１８ｄと凝縮水タンク３１との間に、エアポンプ３３、回収水ポンプ３４、燃料ポンプ３５、改質水ポンプ３６の複数の発熱機器が配置されている。

【0048】

ここで、筐体５内における流路構成について詳述する。筐体５において、上段側の各棚板２１〜２３は凝縮水タンク３１の手前となる位置まで延設され、凝縮水タンク３１の直上には棚板２１〜２３が設けられておらず、凝縮水タンク３１の上方が吹き抜けになっている。そして、凝縮水タンク３１の直上にある空間が、筐体排気口１９に繋がる垂直流路Ｌ２、つまり、各筐体吸気口１８ａ〜１８ｄから導入された空気Ａ１を排出する流路となる。なお、本実施の形態では、各棚板２１〜２４を固定する支持枠２５及び側板１６ｂ〜１６ｄが、垂直流路Ｌ２を構成する垂直流路用の整流板となっている。

【0049】

上段側の各棚板２１〜２３及び天板１４の間には、各筐体吸気口１８ａ〜１８ｄから導入された空気Ａ１が流れる水平方向の流路Ｌ３〜Ｌ５が形成されている。そして、各流路Ｌ３〜Ｌ５は、凝縮水タンク３１の上方の垂直流路Ｌ２に合流するようになっている。

【0050】

凝縮水タンク３１の上方の垂直流路Ｌ２内には、上述した排熱交換器３０や水配管４１，４２が設けられている。排熱交換器３０は、他の機器よりも筐体排気口１９側に近接して配置されている。そして、断熱容器２の側面であって、排熱交換器３０と接続する配管４５が設けられる配管の突き出し面２ａが、筐体排気口１９と対向するように設けられている。この結果、断熱容器２と排熱交換器３０との距離が短くなる。また、断熱容器２と排熱交換器３０とを接続する配管４５の表面、及び排熱交換器３０の表面には、熱効率を高めるために、シート状の断熱材４６，４７が巻かれている。

【0051】

さらに、凝縮水タンク３１、水フィルタ３２、改質水ポンプ３６及びそれら機器同士を繋ぐ水配管４２において、凝縮水が通過する箇所の少なくとも一部が断熱材４８，４９で覆われている。具体的には、燃料電池システム１において、凝縮水タンク３１の表面に断熱材４８が設けられ、水フィルタ３２の表面に断熱材４９が設けられている。また、排熱交換器３０における熱交換後の温水を流す配管（図示略）にも、断熱材が巻かれている。

【0052】

燃料電池システム１では、改質水ポンプ３６から燃料電池３に供給する改質水の流速を速くする必要があるため、改質水を供給する水配管４２としては、管径が細い配管が用いられる。このため、水配管４２には断熱材を巻くことが困難であり、水配管４２の表面が露出した状態となっている。水配管４２は、水フィルタ３２や改質水ポンプ３６を介して凝縮水タンク３１と燃料電池３とを接続しており、空気Ａ１が流れるＬ字状流路Ｌ０（水平流路Ｌ１及び垂直流路Ｌ２）に沿って敷設されている。また、本実施の形態では、筐体５内において、水配管４２と燃料電池３との接合部５０や配管４５と燃料電池３との接合部５１よりも上方（天板１４側）に筐体排気口１９が設けられている。

【0053】

次に、上記のように構成した燃料電池システム１の動作について説明する。

【0054】

燃料電池システム１の運転時には、制御基板３８，３９によって、エアポンプ３３、回収水ポンプ３４、燃料ポンプ３５、改質水ポンプ３６、ファン２０等の各機器が駆動される。このとき、改質水ポンプ３６の駆動により、凝縮水タンク３１の凝縮水は、水フィルタ３２に送られて浄化された後、改質水として断熱容器２内の気化器９に送られる。また、燃料ポンプ３５の駆動により、原燃料が断熱容器２内に送られる。そして、気化器９にて改質水が気化した水蒸気と原燃料とが混合された後、改質器１０に送られる。この結果、発電に必要な改質ガス（燃料ガス）が生成され、その燃料ガスが燃料電池スタック８（各単セル１１）に供給される。

【0055】

さらに、エアポンプ３３の駆動により、酸化剤ガス（空気）が燃料電池スタック８（各単セル１１）に供給される。そして、各単セル１１において、燃料ガスの水素と酸化剤ガスの酸素とが反応することにより、空気極を正極、燃料極を負極とする直流の電力が発生する。この燃料電池３の電力は、電力変換器３７で所定規格の電圧に変換された後、電力変換器３７からシステム外部の装置に出力される。

【0056】

本実施の形態の燃料電池システム１では、運転時において燃料電池３が発熱するため断熱容器２内は７００℃程度の高温となるが、断熱容器２にてその燃料電池３の熱が遮断される結果、断熱容器２の周囲は８０℃程度の温度になる。この断熱容器２において発熱が最も大きくなる面は、反応ガスや改質水の供給やオフガスの排出を行うための配管４２，４５等が設けられている突き出し面２ａ（図１では右側の側面）である。従って、断熱容器２において配管４２，４５等の突き出し面２ａの近傍の空気Ａ１が最も高温となる。配管４２，４５等の突き出し面２ａは、筐体５における筐体排気口１９に対向しているため、高温となった空気Ａ１は、ファン２０の駆動により筐体排気口１９から外部に効率よく排気される。また、ファン２０の駆動により、筐体吸気口１８ａから空気Ａ１が導入され、その空気Ａ１によって断熱容器２の周囲が冷却される。

【0057】

ファン２０の駆動時には、断熱容器２に対応した筐体吸気口１８ａに加えてその下側に設けられている各筐体吸気口１８ｂ〜１８ｄからも空気Ａ１が導入される。そして、最下部にある筐体吸気口１８ｄから導入された空気Ａ１は、水平流路Ｌ１を流される際に、各ポンプ３３〜３６の排熱によって暖められた後、水フィルタ３２及び凝縮水タンク３１に吹き付けられる。さらに、その空気Ａ１は、凝縮水タンク３１の上方に設けられた垂直流路Ｌ２を流れた後、筐体排気口１９から排出される。下から２番目の筐体吸気口１８ｃから導入された空気Ａ１は、流路Ｌ３を通過する際に各制御基板３８，３９の排熱によって暖められ、下から３番目の筐体吸気口１８ｂから導入された空気Ａ１は、流路Ｌ４を通過する際に電力変換器３７の排熱によって暖められる。それら流路Ｌ３，Ｌ４を通過した空気Ａ１は、凝縮水タンク３１の上方の垂直流路Ｌ２に合流して流れた後、筐体排気口１９から排出される。

【0058】

次に、本実施の形態の燃料電池システム１における電気的な構成及びその動作について説明する。

【0059】

まず、同システム１が行うファン回転数制御動作について述べる。この燃料電池システム１では、ファン回転数制御を行うために、筐体５の内部及び外部のうちの少なくとも一方の温度を検出する温度検出部として、温度センサが設けられる。温度センサは例えば図１に示すような位置ＳＥ１〜ＳＥ４に設置される。具体的には、ＳＥ１に示す位置、即ち筐体５の外面の位置に温度センサを設置し、筐体５の外部の気温を検出してもよい。あるいはＳＥ４に示す位置、即ち最下段の棚板２４と３段目の棚板２３との間の領域Ｒ４に温度センサを設置し、筐体５の内部の気温を検出してもよい。あるいはＳＥ２に示す位置、即ち凝縮水タンク４８内に温度センサを設置し、凝縮水タンク４８内の水温を検出してもよい。あるいはＳＥ３に示す位置、即ち改質水ポンプ３６から燃料電池３に水を供給する水配管４２の途上に温度センサを設置し、水配管４２中の水温を検出してもよい。本実施形態ではＳＥ２に示す位置に温度センサが設置されている。その温度センサは、制御基板３８または制御基板３９におけるマイコンＭ１に電気的に接続され、かつマイコンＭ１に対して温度検出信号を出力している。なお、温度センサとしては、取り付けする箇所に適した従来公知の温度センサを使用することができる。例えば、熱電対、小型チップ形状の抵抗式温度センサ等を使うことが可能である。

【0060】

回転制御部としてのマイコンＭ１は、モータドライバ回路(図示略)を介してファン２０の有するモータ(図示略)に電気的に接続されている。マイコンＭ１は、温度検出信号に基づき当該モータへの通電量を変化させることで、回転翼２０ａの回転数を制御する。具体的には、マイコンＭ１は図３のフローチャートに示す手順で制御を行う。

【0061】

燃料電池システム１の運転時において回転翼２０ａが所定回転数で回転しているとき、まずマイコンＭ１は、筐体５内においてＳＥ４に設置した温度センサからの温度検出信号に基づき、筐体内温度Ｔ（℃）とあらかじめ設定した筐体内温度の上限の閾値Ｔ１（本実施形態では例えば６０℃）とを比較する。本実施形態では、筐体内温度の上限の閾値Ｔ１は、筐体内に組み込まれる補機類の許容動作温度や部材の耐熱温度を基に設定する。そして、マイコンＭ１は「Ｔ≧Ｔ１」であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。Ｔ≧Ｔ１の判定結果が「ＹＥＳ」である場合（即ち筐体内温度Ｔが６０℃以上になった場合）には、回転制御部としてのマイコンＭ１は、ステップＳ１１０に移行し、回転翼２０ａの回転数を上げる制御を行う。この後、マイコンＭ１は、ステップＳ１２０に移行して再び筐体内温度Ｔと前記閾値Ｔ１とを比較し、「Ｔ＜Ｔ１」であるか否かを判定する。Ｔ＜Ｔ１の判定結果が「ＮＯ」である場合（即ち筐体内温度Ｔが６０℃よりも低くなっていない場合）には、マイコンＭ１は、再びステップＳ１００に移行し、回転翼２０ａの回転数をさらに上げる制御を行う。Ｔ＜Ｔ１の判定結果が「ＹＥＳ」である場合（即ち筐体内温度Ｔが６０℃よりも低くなった場合）には、マイコンＭ１は回転翼２０ａの回転数を維持する制御を行い（ステップＳ１６０）、一連の制御動作を終了する。

【0062】

また、ステップＳ１００にてＴ≧Ｔ１の判定結果が「ＮＯ」である場合（即ち筐体内温度Ｔが６０℃未満である場合）には、マイコンＭ１は、回転数を上げる制御を行うことなくステップＳ１３０に移行する。ステップＳ１３０において、マイコンＭ１は、筐体内温度Ｔとあらかじめ設定した筐体内温度の下限の閾値Ｔ２（本実施形態では例えば−５℃）とを比較する。本実施形態では、筐体内温度の下限の閾値Ｔ２は、凝縮水タンク３１内に貯えられた水や配管４２を流れる水が凍結する温度を基に設定する。そして、マイコンＭ１は「Ｔ≦Ｔ２」であるか否かを判定する。Ｔ≦Ｔ２の判定結果が「ＹＥＳ」である場合（即ち筐体内温度Ｔが−５℃以下の場合）には、回転制御部としてのマイコンＭ１は、ステップＳ１４０に移行し、回転翼２０ａの回転数を下げる制御を行う。この後、マイコンＭ１は、ステップＳ１５０に移行して再び筐体内温度Ｔと前記閾値Ｔ２とを比較し、「Ｔ＞Ｔ２」であるか否かを判定する。Ｔ＞Ｔ２の判定結果が「ＮＯ」である場合（即ち筐体内温度Ｔが−５℃よりも高くなっていない場合）には、マイコンＭ１は、再びステップＳ１４０に移行し、回転翼２０ａの回転数をさらに下げる制御を行う。Ｔ＞Ｔ２の判定結果が「ＹＥＳ」である場合（即ち筐体内温度Ｔが−５℃よりも高くなった場合）には、マイコンＭ１は回転翼２０ａの回転数を維持する制御を行い（ステップＳ１６０）、一連の制御動作を終了する。同様に、ステップＳ１３０においてＴ≦Ｔ２の判定結果が「ＮＯ」である場合、マイコンＭ１は回転翼２０ａの回転数を維持する制御を行い（ステップＳ１６０）、一連の制御動作を終了する。

【0063】

以上のように本実施形態の燃料電池システム１の場合、筐体内温度Ｔが所定の設定温度範囲の上限の閾値Ｔ１以上のときには、回転翼２０ａの回転数を上げる制御が行われる。そのため、筐体５から外部に排出される空気の量が増え、筐体５からの排熱量が増加する結果、筐体内温度Ｔが低くなる。逆に、筐体内温度Ｔが所定の設定温度範囲の下限の閾値Ｔ２以下のときには、回転翼２０ａの回転数を下げる制御が行われる。そのため、筐体５から外部に排出される空気の量が減り、排熱量が減少する結果、筐体内温度Ｔが高くなる。つまり、この構成によると、筐体５の内部における温度に応じて回転翼２０ａの回転数を適宜制御することができ、ファン２０をより的確に駆動することが可能となる。それゆえ、筐体内温度Ｔが常に所定の設定温度範囲内に維持され、筐体５内における過昇温や過冷却を未然にかつ確実に防ぐことができる。

【0064】

続いて、同システム１が行うシステム異常通知動作について述べる。この燃料電池システム１では、回転数検出部としてのマイコンＭ１は、ファン２０が出力する回転検出信号を取り込み、そのときの回転翼２０ａの回転数を検出する。そして、異常判断部であるマイコンＭ１は、この検出結果に基づいて異常発生を判断し、通知する制御を行う。具体的には、マイコンＭ１は図４のフローチャートに示す手順で制御を行う。

【0065】

燃料電池システム１の運転時において、まずマイコンＭ１は、ファン２０からの回転検出信号に基づき、回転翼２０ａの回転数ゼロを検出したか否かを判定する（ステップＳ２００）。回転数ゼロ検出の判定結果が「ＮＯ」である場合には、システム１に特に異常が発生していないことから、マイコンＭ１はシステム１の運転を継続する制御を行い（ステップＳ２１０）、一連の動作を終了する。これに対して、回転数ゼロ検出の判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、マイコンＭ１は、ステップＳ２２０においてシステム１に何らかの異常が発生したと判断した後、ステップＳ２３０においてシステム１の異常を通知する。このときの通知の態様としては特に限定されないが、例えば、筐体５の外面に設けた図示しない操作用ディスプレイ上にて、文字や画像をもって異常発生を通知するようにしてもよい。なお、筐体５から離れた操作用ディスプレイを利用して異常発生通知を行うことも勿論許容される。あるいは、筐体５にブザー等の音声発生手段を設けておき、その音声をもって異常発生を通知するようにしてもよい。さらにこの後、マイコンＭ１は、ステップＳ２４０に移行し、システム１の運転を停止する制御を行い、一連の動作を終了する。

【0066】

以上のように本実施形態の燃料電池システム１の場合、システム１に異常が発生したと判断したときには、その異常が迅速にかつ確実に通知されるばかりでなく、直ちにシステム１が停止される。

【0067】

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。

【0068】

（１）本実施の形態の燃料電池システム１では、筐体吸気口１８ｄと凝縮水タンク３１とを繋ぐ換気用の水平流路Ｌ１が棚板２３，２４によって形成され、筐体吸気口１８ｄと凝縮水タンク３１との間に複数の発熱機器３３〜３６が配置されている。この場合、筐体吸気口１８ｄから筐体５内に導入された空気Ａ１は、換気用の水平流路Ｌ１を通過する際に複数の発熱機器３３〜３６によって暖められた後、凝縮水タンク３１に吹き付けられる。本実施の形態では、凝縮水タンク３１は、筐体吸気口１８ｄが設けられた側板１６ａに対向する別の側板１６ｂの側に配置されているため、筐体吸気口１８ｄに対して十分な距離をとることができる。従って、凝縮水タンク３１と筐体吸気口１８ｄとの間により多くの発熱機器３３〜３６を配置することが可能となり、凝縮水タンク３１は、各発熱機器３３〜３６で十分に暖められた空気Ａ１の流れ（温風）を受けることができる。そして、その温風によって、凝縮水タンク３１が温められるため、凝縮水の凍結が回避される。このように、本実施の形態の燃料電池システム１では、各発熱機器３３〜３６や凝縮水タンク３１の配置を工夫することにより、各発熱機器３３〜３６の熱によって凝縮水タンク３１を効率よく暖めることができる。この結果、大幅な部品コストの増加を抑えつつ、余分な部材の取り回しの煩雑さを解消し、システム設計の自由度やメンテナンス性を確保した上での筐体５内における凝縮水の凍結を防止することができる。

【0069】

（２）本実施の形態の燃料電池システム１において、筐体５内の収容空間Ｓ０を複数の領域Ｒ１〜Ｒ４に仕切る複数の棚板２１〜２４が多段状に設けられている。そして、最上段の棚板２１上には燃料電池３が配置され、最上段の棚板２１以外の棚板２２〜２４上に複数の機器３１〜３９が配置されている。このように、筐体５内に発電に必要な複数の機器３１〜３９を配置するための棚板２１〜２４が整流板となるため、余分な部材の追加が不要になる。よって、よりいっそう部品コストの増加を抑えつつ、余分な部材の取り回しの煩雑さを解消し、システム設計の自由度やメンテナンス性を確保した上での筐体５内における凝縮水の凍結を防止することができる。さらに、燃料電池３を最上段の棚板２１上に配置することで、その発熱を筐体排気口１９から効率よく排出することができる。このため、筐体５内における過昇温を防ぐことができ、下段側の棚板２２〜２４上に配置された各機器３３〜３９の誤作動を防止することが可能となる。

【0070】

（３）本実施の形態の燃料電池システム１では、燃料電池３と水配管４２との接合部５０よりも上側に筐体排気口１９が配設されており、凝縮水タンク３１の上方には、筐体吸気口１８ｄから導入された空気Ａ１を排出する垂直流路Ｌ２が設けられている。この場合、凝縮水タンク３１を温めた温風は、その凝縮水タンク３１の上方の垂直流路Ｌ２を通り、筐体５の上側に設けた筐体排気口１９から効率よく排出される。また、垂直流路Ｌ２には、燃料電池３と凝縮水タンク３１とを繋ぐ水配管４２が設けられている。この場合、凝縮水タンク３１を温めた温風が垂直流路Ｌ２を通過する際に水配管４２を温めることができるので、水配管４２での凝縮水の凍結を防止することができる。さらに、水配管４２の凝縮水を温めつつ燃料電池３に供給することが可能となり、燃料電池３の発電効率を高めることができる。
（４）本実施の形態の燃料電池システム１では、筐体５において、複数の棚板２１〜２４によって仕切られた各領域Ｒ１〜Ｒ４に対応して筐体吸気口１８ａ〜１８ｄがそれぞれ設けられ、領域Ｒ１には、燃料電池３が配置され、領域Ｒ２〜Ｒ４には、それぞれ発熱機器３３〜３６，３８，３９が配置されている。このようにすると、筐体５内の空気Ａ１の換気を迅速に行うことができる。また、領域Ｒ１に配置された燃料電池３、領域Ｒ２〜Ｒ４に配置された発熱機器３３〜３６，３８，３９からの熱によって、各吸気口１８ａ〜１８ｄから取り込まれた空気Ａ１による筐体５内の温度低下を抑制することができる。従って、発電に必要な空気（詳しくは酸素）を筐体５内に取り込みつつ、凝縮水タンク３１及び各水配管４１，４２内の凝縮水の凍結を防止することができる。また、少なくとも最下段の領域Ｒ４における複数の発熱機器３３〜３６は、発熱量の大きいものほど筐体吸気口１８ｄ側に近接し、発熱量の小さいものほど筐体吸気口１８ｄ側から離間するようにして配置されている。このようにすると、凝縮水タンク３１へ確実に暖められた空気Ａ１が送られることとなり、筐体５内の温度を効率よく高めることができ、冬場の低温時における凝縮水の凍結を確実に防止することができる。

【0071】

（５）本実施の形態の燃料電池システム１では、筐体５において、最下段の領域Ｒ４（水平流路Ｌ１）には凝縮水タンク３１が配置される。また、上段側の各棚板２１〜２３の間に形成される流路Ｌ３〜Ｌ５が凝縮水タンク３１の上方の垂直流路Ｌ２に合流するように、各棚板２１〜２３が設けられている。このように各棚板２１〜２３を形成すると、凝縮水タンク３１の上方を効率よく温めることができるため、その上方に設けられた水配管４１，４２における凝縮水の凍結をより確実に防止することができる。さらに、垂直流路Ｌ２における水配管４２内で温めた凝縮水を燃料電池３に供給することができるため、燃料電池３の発電効率をより高めることができる。

【0072】

（６）本実施の形態の燃料電池システム１では、最下段の領域Ｒ４において、発熱機器である改質水ポンプ３６と凝縮水タンク３１との間に、凝縮水を浄化するための水フィルタ３２が配置されている。この場合、各発熱機器３３〜３６で暖められた温風によって、水フィルタ３２における凝縮水の凍結を防止することができる。

【0073】

（７）本実施の形態の燃料電池システム１では、筐体５において直方体状の内部空間Ｓ０を垂直方向と平行な仮想平面Ｐ１により半分に分けたときの一方の小空間Ｓ１に筐体吸気口１８ａ〜１８ｄが配設されるとともに、他方の小空間Ｓ２に筐体排気口１９が配設されている（図２参照）。このように筐体吸気口１８ａ〜１８ｄ及び筐体排気口１９を設けることで、筐体５内における換気を効率よく確実に行うことができる。

【0074】

（８）本実施の形態の燃料電池システム１では、筐体５内において、排熱交換器３０は、他の機器３１〜３９よりも筐体排気口１９側に近接して配置されている。この場合、排熱交換器３０には高温のオフガスが供給されるため、排熱交換器３０からの放熱量が大きくなるが、その排熱交換器３０からの放熱を筐体排気口１９を通じて筐体外部に効率よく逃がすことができ、筐体５内における過昇温を防ぐことができる。

【0075】

（９）本実施の形態の燃料電池システム１では、凝縮水タンク３１、水フィルタ３２、改質水ポンプ３６及びそれら機器同士を繋ぐ水配管４２において、凝縮水が通過する箇所の少なくとも一部が、断熱材４８，４９で覆われている。このように断熱材４８，４９を設けることにより、凝縮水の凍結をより確実に防止することができる。

【0076】

（１０）本実施の形態の燃料電池システム１では、筐体５内における凝縮水タンク３１の上方に排熱交換器３０が配置され、凝縮水を流す水配管４１を介して凝縮水タンク３１と排熱交換器３０とが接続されている。この場合、排熱交換器３０において水蒸気が冷やされて水滴となった凝縮水を下側の凝縮水タンク３１に効率よく集めることができる。

【0077】

（１１）本実施の形態の燃料電池システム１では、断熱容器２の側面であって、排熱交換器３０と接続するための配管４５や水配管４２が設けられる配管の突き出し面２ａが、筐体排気口１９と対向するよう設けられている。また、筐体５において、水配管４２や配管４５と燃料電池３との接合部５０，５１よりも上方に筐体排気口１９が設けられている。このようにすると、燃料電池３に接続される水配管４２や配管４５からの放熱を筐体排気口１９を通じて筐体外部に効率よく逃がすことができるため、筐体５内における過昇温を防ぐことができる。

【0078】

（１２）本実施の形態の燃料電池システム１では、筐体５において、複数の棚板２２〜２４によって仕切られた領域Ｒ３，Ｒ４毎に、類似した発熱機器３３〜３６，３８，３９がそれぞれ配置されている。このようにすると、筐体５内における各機器３３〜３６，３８，３９の設置を効率よく行うことができるため、製造工程での組み付け性が向上する。

【0079】

（１３）本実施の形態の燃料電池システム１では、上述したように回転制御部であるマイコンＭ１が図３のフローチャートに示す手順で所定の制御を行う。このため、周囲の温度に応じて回転翼２０ａの回転数を適宜制御することができ、ファン２０をより的確に駆動することが可能となる。それゆえ、筐体内温度Ｔが常に所定の設定温度範囲内に維持され、筐体５内における過昇温や過冷却を未然にかつ確実に防ぐことができる。

【0080】

（１４）本実施の形態の燃料電池システム１では、上述したように異常判断部であるマイコンＭ１が図４のフローチャートに示す手順で所定の制御を行う。このため、システム１に異常が発生したと判断したときには、その異常を迅速にかつ確実に通知することができるばかりでなく、直ちにシステム１を停止することができる。

【0081】

なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。

【0082】

・上記実施の形態の燃料電池システム１では、筐体５において対向配置される２つの側板１６ａ，１６ｂのうちの一方の側板１６ａに筐体吸気口１８ａ〜１８ｄが設けられ、他方の側板１６ｂの上端部に筐体排気口１９が設けられるものであったが、これに限定されるものではない。図５及び図６に示される筐体５Ａのように、対向配置される２つの側板１６ａ，１６ｂのうちの一方の側板１６ａに筐体吸気口１８ａ〜１８ｄが設けられるとともに、天板１４における他方の側板１６ｂの側に筐体排気口１９が設けられていてもよい。この場合も、筐体５Ａにおいて、直方体状の内部空間Ｓ０を垂直方向と平行な仮想平面Ｐ１により半分に分けたときの一方の小空間Ｓ１に各筐体吸気口１８ａ〜１８ｄが配設されるとともに、他方の小空間Ｓ２に筐体排気口１９が配置される。また、筐体排気口１９は筐体吸気口１８ａ〜１８ｄが設けられる側板１６ａと対向する側板１６ｂに設けられる必要はなく、図７に示される筐体５Ｂのように、筐体吸気口１８ａ〜１８ｄが設けられる側板１６ａと直交する側板１６ｃに筐体排気口１９を設けてもよい。図７に示す筐体５Ｂの場合でも、直方体状の内部空間Ｓ０を垂直方向と平行な仮想平面Ｐ１により半分に分けたときの一方の小空間Ｓ１に各筐体吸気口１８ａ〜１８ｄが配設されるとともに、他方の小空間Ｓ２に筐体排気口１９が配置されている。従って、この場合でも、筐体５Ｂ内における換気を効率よく確実に行うことができる。

【0083】

・上記実施の形態の燃料電池システム１では、筐体５，５Ａ，５Ｂに複数の筐体吸気口１８ａ〜１８ｄが設けられていたが、図８に示される筐体５Ｃのように、１つの筐体吸気口１８が設けられていてもよい。なおこの場合、対向配置される一方の側板１６ａの下端部に筐体吸気口１８が設けられ、他方の側板１６ｂの上端部に筐体排気口１９が設けられる。このように筐体吸気口１８及び筐体排気口１９を設けることで、筐体５Ｃ内の換気を効率よく行うことができる。

【0084】

・上記実施の形態の燃料電池システム１では、筐体５内において、複数の棚板２１〜２４によって仕切られた領域Ｒ３，Ｒ４毎に、類似した発熱機器３３〜３６，３８，３９がそれぞれ配置されていたが、これに限定されるものではなく、機能に応じた複数の機器を各領域に分けて配置してもよい。具体的には、例えばエアポンプ３３とエアポンプ３３を駆動する制御基板３８とを同じ領域に配置し、改質水ポンプ３６と改質水ポンプ３６を駆動する制御基板３９とを同じ領域に配置してもよい。このようにすると、各ポンプ３３，３６と制御基板３８，３９とを接続する電気配線を短くすることが可能となる。

【0085】

・上記実施の形態の燃料電池システム１では、筐体５内において凝縮水タンク３１をＬ字状流路Ｌ０のコーナ部（水平流路Ｌ１と垂直流路Ｌ２の交差部分）に配置し、水平流路Ｌ１において凝縮水タンク３１の上流側に水フィルタ３２を配置していたが、凝縮水タンク３１と水フィルタ３２との位置を変更してもよい。つまり、凝縮水タンク３１及び水フィルタ３２が発熱機器３３〜３６よりも下流側に配置されるものであればよく、Ｌ字状流路Ｌ０のコーナ部に水フィルタ３２を配置し、水フィルタ３２の上流側に凝縮水タンク３１を配置してもよい。また、水配管等のスペースが確保される場合には、凝縮水タンク３１の上方の垂直流路Ｌ２内に水フィルタ３２を配置してもよい。

【0086】

・上記実施の形態の燃料電池システム１では、筐体５の内部においてＳＥ４に示す位置に設置した温度センサの検出する筐体内温度Ｔの値に基づきファン２０の回転数制御を実施していたが、筐体５の外面においてＳＥ１に示す位置にある温度センサに基づいて実施してもよい。また、凝縮水タンク４８内の位置（ＳＥ２）や、水配管４２の途上の位置（ＳＥ３）にある水温を検出する温度センサ基づいて回転数制御を実施してもよい。

【0087】

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

【0088】

（１）手段１において、前記筐体内には、前記筐体吸気口及び前記筐体排気口を繋ぐ換気用の流路であり、前記水平流路と垂直流路とからなるＬ字状流路が設けられ、前記Ｌ字状流路において前記水平流路と前記垂直流路との交差部分に前記凝縮水タンクが配置されるとともに、前記水平流路に前記複数の発熱機器が配置されていることを特徴とする燃料電池システム。

【0089】

（２）手段１において、前記筐体における前記筐体吸気口が設けられた側板に対向する別の側板の側に、前記凝縮水タンクが配置されることを特徴とする燃料電池システム。

【0090】

（３）手段１において、前記筐体内には、前記固体酸化物形燃料電池から排出されるオフガスを熱交換して気液分離する排熱交換器が収納され、前記排熱交換器は、他の機器よりも前記筐体排気口側に近接して配置されていることを特徴とする燃料電池システム。

【0091】

（４）技術的思想（３）において、前記筐体内における前記凝縮水タンクの上方に前記排熱交換器が配置され、前記凝縮水を流す水配管を介して前記排熱交換器と前記凝縮水タンクとが接続されていることを特徴とする燃料電池システム。

【0092】

（５）技術的思想（３）または（４）において、前記断熱容器の側面であって、前記排熱交換器と接続するための配管が設けられる前記配管の突き出し面が、前記筐体排気口と対向するよう設けられていることを特徴とする燃料電池システム。

【0093】

（６）手段１において、前記筐体において、対向配置される２つの側板のうちの一方の側板の下端部に前記筐体吸気口が設けられるとともに、他方の側板の上端部に前記筐体排気口が設けられることを特徴とする燃料電池システム。

【0094】

（７）手段１において、前記筐体において、対向配置される２つの側板のうちの一方の側板に前記筐体吸気口が設けられるとともに、前記天板における他方の側板の側に前記筐体排気口が設けられることを特徴とする燃料電池システム。

【0095】

（８）手段１において、前記整流板は前記筐体内の収容空間を複数の領域に仕切る複数の棚板であり、最下段の領域には、前記凝縮水タンクが配置されるとともに、発熱量の最も大きな前記発熱機器が前記筐体吸気口側に最も近接して配置されていることを特徴とする燃料電池システム。

【0096】

（９）技術的思想（８）において、前記各領域における前記複数の発熱機器は、発熱量の大きいものほど前記筐体吸気口側に近接し、発熱量の小さいものほど前記筐体吸気口側から離間するようにして配置されていることを特徴とする燃料電池システム。

【0097】

（１０）手段１において、前記筐体内において、複数の棚板によって仕切られた領域毎に、類似した前記発熱機器がそれぞれ配置されることを特徴とする燃料電池システム。

【0098】

（１１）手段１において、前記発熱機器には、前記酸化剤ガスを供給するためのエアポンプが含まれることを特徴とする燃料電池システム。

【0099】

（１２）手段１において、前記発熱機器には、前記固体酸化物形燃料電池で発電した電力を変換する電力変換器が含まれることを特徴とする燃料電池システム。

【0100】

（１３）手段１において、前記発熱機器には、複数の電子部品を搭載した制御基板が含まれることを特徴とする燃料電池システム。

【符号の説明】

【0101】

１…燃料電池システム
２…断熱容器
３…固体酸化物形燃料電池
５,５Ａ〜５Ｃ…筐体
１４…天板
１５…底板
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ…側板
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ…筐体吸気口
１９…筐体排気口
２０…送風手段としてのファン
２０ａ…回転翼
２１〜２４…棚板
３０…排熱交換器
３１…凝縮水タンク
３２…フィルタとしての水フィルタ
３３…発熱機器としてのエアポンプ
３４…発熱機器としての回収水ポンプ
３５…発熱機器としての燃料ポンプ
３６…発熱機器としての改質水ポンプ
３７…発熱機器としての電力変換器
３８，３９…発熱機器としての制御基板
４２…水配管
４８，４９…断熱材
５０…接合部
Ａ１…空気
Ｌ１…水平流路
Ｌ２…垂直流路
Ｌ３〜Ｌ５…垂直流路に合流する流路
Ｐ１…仮想平面
Ｓ０…内部空間
Ｓ１，Ｓ２…小空間
Ｒ１〜Ｒ４…領域
Ｍ１…回転数検出部、異常判断部、回転制御部としてのマイコン
ＳＥ１〜ＳＥ４…温度検出部としての温度センサの設置位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】