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(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】
(24)【登録日】2023-04-19
(45)【発行日】2023-04-27
(54)【発明の名称】排出熱回収構成要素を備える燃料電池システム
(51)【国際特許分類】
H01M 8/04 20160101AFI20230420BHJP
H01M 8/04007 20160101ALI20230420BHJP
H01M 8/0612 20160101ALI20230420BHJP
H01M 8/0662 20160101ALI20230420BHJP
H01M 8/04746 20160101ALI20230420BHJP
H01M 8/04858 20160101ALI20230420BHJP
H01M 8/04701 20160101ALI20230420BHJP
H01M 8/2475 20160101ALI20230420BHJP
H01M 8/12 20160101ALN20230420BHJP
H01M 8/10 20160101ALN20230420BHJP
【ＦＩ】
H01M8/04 J
H01M8/04007
H01M8/0612
H01M8/0662
H01M8/04 Z
H01M8/04746
H01M8/04858
H01M8/04701
H01M8/2475
H01M8/12 101
H01M8/10 101
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2021537140
(86)(22)【出願日】2019-12-23
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-02-24
(86)【国際出願番号】 US2019068298
(87)【国際公開番号】W WO2020139818
(87)【国際公開日】2020-07-02
【審査請求日】2022-11-25
(31)【優先権主張番号】62/785,019
(32)【優先日】2018-12-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】514116578
【氏名又は名称】ブルーム エネルギー コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】110002354
【氏名又は名称】弁理士法人平和国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】バレンティン，アルネ
(72)【発明者】
【氏名】マーラー，ジェシカ
(72)【発明者】
【氏名】ベンカタラマン，スワミナサン
(72)【発明者】
【氏名】ペリー，マーティン
(72)【発明者】
【氏名】ウェインガートナー，デイビッド
(72)【発明者】
【氏名】ジュデー，サミュエル
(72)【発明者】
【氏名】ダコ，クリスチャン
【審査官】加藤 昌人
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１４－５０７７５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／００６９９２３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／０１６３１９２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ８／０４－８／０６６８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
キャビネットと、前記キャビネット内に配置された燃料電池を備える電力モジュールと、前記キャビネットから排出されるキャビネット排出物を受け取るように構成された外部ダクトと、
前記外部ダクトの内側に配置され、前記電力モジュールの前記燃料電池から排出される、前記キャビネット排出物よりも相対的に高温の反応排出物を受け取るように構成された内部ダクトと
を備える排出送管と
を備える、燃料電池システム。
【請求項2】
前記排出送管内に配置され、前記反応排出物から熱を取り出すように構成された熱交換器をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記熱交換器がボイラを含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記反応排出物の少なくとも一部分を、前記内部ダクトから前記外部ダクト内に分流させるように構成されたダンパと、前記ダンパを開閉するように構成されたアクチュエータと
をさらに備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項5】
前記外部ダクト及び前記内部ダクトを通って延在し、燃料源から少なくとも一つの前記電力モジュールに燃料を供給するように構成された反応導管と、前記反応導管内に配置された第１の触媒と、
前記反応導管を通る燃料の流れの方向に対して、前記第１の触媒よりも下流に、前記反応導管内に配置された第２の触媒と
をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記第１の触媒が、前記燃料から硫黄種を取り除くように構成された金属酸化物触媒を含み、前記第２の触媒が、改質又はメタン化触媒を含む、
請求項５に記載のシステム。
【請求項7】
前記反応導管上に、前記排出送管の外側に、かつ、前記第２の触媒の下流に配置された二酸化炭素分離器と、前記反応導管上に、前記外部ダクト内に、かつ、前記第２の触媒の下流に配置された熱交換器と
をさらに備える、請求項５に記載のシステム。
【請求項8】
前記反応導管上に、前記排出送管の外側に、かつ、前記第１の触媒の上流に配置された流れ制御弁と、前記反応導管上に、前記排出送管の外側に、かつ、前記熱交換器の下流に配置されたアノード再循環送風機と
をさらに備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項9】
前記内部ダクトと前記外部ダクトとの間に配置された熱電発電機モジュールをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
前記排出送管が、前記外部ダクト内に配置された複数の前記内部ダクトを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項11】
前記電力モジュールが、垂直に積み重ねられた列に配置され、前記排出送管が、２列の前記電力モジュールの後ろ側の間に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項12】
前記燃料電池が、ホット・ボックス内に配置され、前記ホット・ボックスが、前記電力モジュールのキャビネットの内側に配置される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項13】
前記内部ダクトが、前記ホット・ボックスの排出導管に流体的に接続される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項14】
前記外部ダクトが、前記キャビネットの排出導管に流体的に接続される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項15】
燃料電池システムを動作させる方法であって、発電するためにキャビネットの内側に配置されるホット・ボックス内に配置された燃料電池を動作させることと、
キャビネット排出物を、前記キャビネットから送管の外部ダクトに供給することと、
前記キャビネット排出物よりも相対的に高温の反応排出物を、前記ホット・ボックスから前記送管の前記外部ダクト内に配置された内部ダクトに供給することと
を含む、方法。
【請求項16】
前記内部ダクト内に配置された熱交換器内で、前記反応排出物から熱を取り出すことをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項17】
前記反応排出物の少なくとも一部分を、前記内部ダクトから前記外部ダクト内に分流させるために、ダンパを開くことをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項18】
前記内部ダクトを通って流れる前記反応排出物からの熱を使用して、前記内部ダクト内に配置された反応導管内で、炭化水素燃料を改質すること、脱硫すること、メタン化すること、又は、分画することのうち少なくとも１つを行うことをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項19】
送管の外部ダクト内における、前記キャビネット排出物の前記キャビネットからの流れ方向が、前記送管の内部ダクト内における、前記反応排出物の前記ホット・ボックスからの流れ方向と同じである、請求項１５に記載の方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は一般に、燃料電池システムに関し、より詳細には、排出熱回収構成要素を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【0002】
現在の燃料電池システムはまた、都市部の狭い空間には、その外側と内側の両方で大きすぎて収まらない場合がある。このようなシステムはまた、大きすぎて建物内部で移動できない場合がある。さらに、現在の燃料電池システムには、屋内用途のダクト・システムに接続するための簡略な方法がない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0003】
様々な実施形態によれば、燃料電池システムは、燃料電池を備える電力モジュールと、電力モジュールに接続された排出送管（ｅｘｈａｕｓｔ ｆｌｕｅ）とを備える。排出送管は、相対的に低温のキャビネット排出物を、電力モジュールから受け取るように構成された外部ダクトと、外部ダクトの内側に配置され、相対的に高温の反応排出物を、電力モジュールから受け取るように構成された内部ダクトとを備える。
【0004】
様々な実施形態によれば、燃料電池システムを動作させる方法は、発電するためにキャビネットの内側に配置されるホット・ボックス内に配置された燃料電池を動作させることと、相対的に低温のキャビネット排出物を、キャビネットから供給することと、相対的に高温の反応排出物を、ホット・ボックスから送管に供給することとを含む。
【0005】
各添付図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部分を構成し、開示された装置及び方法の各例を説明し、先に述べた概要及び以下に述べる詳細な説明とともに、本発明の特徴を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】本開示による空冷電子モジュールの概略側面図である。
【図2】本開示による空冷電子モジュールの概略の３次元斜視図である。
【図3】本開示による、電子装置及び他の構成要素が取り除かれた燃料電池モジュール・キャビネットの３次元ビューである。
【図4】本開示による様々な電子装置及び構成要素を含む燃料電池モジュール・キャビネットの３次元ビューである。
【図5】本開示による燃料電池システムの等角図である。
【図6】本開示による、燃料電池システムで使用され得るドアの開放状態における等角図である。
【図10】本開示による、閉位置にあるドアを示す、側壁が取り外された状態の燃料電池システムの側面図である。
【図11】本開示による、開位置にあるドアを示す、側壁が取り外された状態の燃料電池システムの側面図である。
【図12】本開示による、ドアが取り外された状態での、現場で交換可能な燃料電池モジュール（ＦＣＭ）を含む燃料電池システム・モジュールを示す等角図である。
【図13】本開示の様々な実施形態による、ルーフ・キャップ・アセンブリを含む燃料電池システムの斜視図である。
【図18】本開示の様々な実施形態による、換気モジュールを含む燃料電池システム・モジュールの３次元ビューである。
【図20】本開示の様々な実施形態による、屋内運転向けに構成された燃料電池システムの斜視図である。
【図25】本開示の様々な実施形態による燃料電池システムの、部分分解された３次元ビューである。
【図26】一実施形態による共有排出プレナムを有する、積み重ねられた燃料電池モジュールを有するシステムの概略図である。
【図30】各実施形態による積重ね可能な燃料電池モジュールの斜視図である。
【図31】従来技術の輸送コンテナを示す図である。
【図32】一実施形態による積重ね可能な電力システムの斜視図である。
【図33】一実施形態による別の積重ね可能な電力システムの斜視図である。
【図34】一実施形態による別の積重ね可能な電力システムの斜視図である。
【図35】一実施形態による別の積重ね可能な電力システムの斜視図である。
【図36】一実施形態による別の積重ね可能な電力システムの垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
添付図面を参照して、様々な例を詳細に説明する。可能な限り、同じ又は同様の部分を示すために、各図面全体を通して同じ参照番号を使用する。特定の例及び実装形態への言及は、例示目的のためのものであり、本発明又は特許請求の範囲に記載の範囲を限定するものではない。また、図示した各例が、互いに矛盾しないものであることも理解される。ある一例（たとえば、ある１つの図）に示す特徴は、他の例（たとえば、他の図）に含まれてもよい。
【0008】
［空冷電子モジュール］
燃料電池システムで利用される電子装置は、たとえば、空気、水などによって冷却されることがある。本発明者らは、電子部品を空気で冷却するとき、このような電子部品を冷却空気流に曝すと、電子部品において、かつ／又は電子装置板上において、腐食及び／又は回路短絡の原因となる場合があることを認識した。その結果、パワー・エレクトロニクス・モジュールの寿命が短くなる。電子部品用の燃料電池システムのハウジング内の電子部品用に、２つ以上の分割された（たとえば、分離した）空気区域（たとえば、デュアル空気区域）を備えてもよい。第１の空気区域は、実質的に密閉されていてもよく、また加圧空気を含んでもよい。第１の空気区域は、空気中の湿気、粉塵、燃料、又は他の汚染物質に起因した腐食及び／又は回路短絡の影響を受けやすい電子部品を含んでもよい。第１の空気区域内に含まれる損傷しやすい電子部品は、第２の空気区域内に含まれる電子部品と比較して、かなりの量の熱を発生しない場合がある。加圧空気は、大部分の空気及び／又は燃料と空気の混合物が、電子部品上の第１の空気区域内に形成されるのを実質的に防止することができる。さらに、加圧空気はまた、ほぼ流れないでいるので、湿気及び他の汚染物質が、損傷しやすい電子部品に自由に入ることができない（たとえば、第１の空気区域内には、空気流が存在しないか、又は制限されている）。第２の空気区域は、空気中の湿気、粉塵、燃料、又は他の汚染物質に起因して、腐食及び／又は回路短絡の影響を相対的に受けにくい電子部品を含んでもよい。第２の空気区域内に含まれる相対的に損傷しにくい電子部品は、第１の空気区域内に含まれる電子部品と比較してかなりの量の熱を発生する場合があり、したがって、空気又は他の冷却材の流れによる冷却を必要とすることがある。相対的に損傷しにくいこの電子部品は、主要な熱源／熱発生器でもよく、第２の空気区域内の電子部品は、第１の空気区域内の電子部品よりも多くの熱を動作中に発生させることがある。第２の空気区域には、そこに含まれる発熱電子部品を十分に冷却するために、（たとえば、１以上のファンによって）ある速度の空気流が供給されてもよい。分割された空気区域の構成では、第１の空気区域内に含まれ、湿気の影響を受けやすく相対的に発熱が少ない電子部品には、滞留しているほぼ湿気のない空気が供給され、第２の空気区域内に含まれ、湿気の影響を受けにくく相対的に発熱が多い電子部品には、流動する冷却空気が供給される。
燃料電池システムで利用される電子装置は、たとえば、空気、水などによって冷却されることがある。本発明者らは、電子部品を空気で冷却するとき、このような電子部品を冷却空気流に曝すと、電子部品において、かつ／又は電子装置板上において、腐食及び／又は回路短絡の原因となる場合があることを認識した。その結果、パワー・エレクトロニクス・モジュールの寿命が短くなる。電子部品用の燃料電池システムのハウジング内の電子部品用に、２つ以上の分割された（たとえば、分離した）空気区域（たとえば、デュアル空気区域）を備えてもよい。第１の空気区域は、実質的に密閉されていてもよく、また加圧空気を含んでもよい。第１の空気区域は、空気中の湿気、粉塵、燃料、又は他の汚染物質に起因した腐食及び／又は回路短絡の影響を受けやすい電子部品を含んでもよい。第１の空気区域内に含まれる損傷しやすい電子部品は、第２の空気区域内に含まれる電子部品と比較して、かなりの量の熱を発生しない場合がある。加圧空気は、大部分の空気及び／又は燃料と空気の混合物が、電子部品上の第１の空気区域内に形成されるのを実質的に防止することができる。さらに、加圧空気はまた、ほぼ流れないでいるので、湿気及び他の汚染物質が、損傷しやすい電子部品に自由に入ることができない（たとえば、第１の空気区域内には、空気流が存在しないか、又は制限されている）。第２の空気区域は、空気中の湿気、粉塵、燃料、又は他の汚染物質に起因して、腐食及び／又は回路短絡の影響を相対的に受けにくい電子部品を含んでもよい。第２の空気区域内に含まれる相対的に損傷しにくい電子部品は、第１の空気区域内に含まれる電子部品と比較してかなりの量の熱を発生する場合があり、したがって、空気又は他の冷却材の流れによる冷却を必要とすることがある。相対的に損傷しにくいこの電子部品は、主要な熱源／熱発生器でもよく、第２の空気区域内の電子部品は、第１の空気区域内の電子部品よりも多くの熱を動作中に発生させることがある。第２の空気区域には、そこに含まれる発熱電子部品を十分に冷却するために、（たとえば、１以上のファンによって）ある速度の空気流が供給されてもよい。分割された空気区域の構成では、第１の空気区域内に含まれ、湿気の影響を受けやすく相対的に発熱が少ない電子部品には、滞留しているほぼ湿気のない空気が供給され、第２の空気区域内に含まれ、湿気の影響を受けにくく相対的に発熱が多い電子部品には、流動する冷却空気が供給される。
【0009】
図１は、本開示による空冷電子モジュール２の概略側面図である。空冷電子モジュール２は、燃料電池システム・モジュール１００内に含まれてもよい（たとえば、図４に示す）。電子モジュール２は、ハウジング１を備えてもよい。ハウジング１は、様々な電子部品を収容するための大きさ又は空間を画定してもよい。一例では、ハウジング１は、第１の部分４（第１の空気区域４又は非空気流領域４）と、第２の部分６（第２の空気区域６又は空気流領域６）とに分離されてもよい。こうした２つの分離された部分（たとえば、各空気区域）は、電子モジュール２に含まれる空気を分離することを可能にする。第１の部分４は、たとえば、１以上のＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ（図２）及び１以上の制御回路３Ｂ（図２）を含む、燃料電池システム・モジュール１００で利用される、１以上の電子部品を含むように構成されてもよい。第１の部分４内に含まれる１以上の電子部品は、かなりの量の熱を発生させることはないが、空気中の湿気、粉塵、燃料、又は他の汚染物質に起因する腐食及び／又は回路短絡の影響を受けやすい場合がある。第２の部分６は、他の電子部品を収容するように構成されてもよく、これは、かなりの量の熱を発生することがあり、空気中の湿気、粉塵、燃料、又は他の汚染物質に起因する腐食及び／又は回路短絡の影響を受けにくくなる場合がある。第２の部分６内に含まれる電子部品は、たとえば、トランス７及び／又はインダクタ９を備えてもよい。例によっては、トランス７及び／又はインダクタ９は、冷却空気内の湿気、粉塵、燃料、又は他の汚染物質による損傷を防止又は軽減するために、保護材料で被覆又は塗装されてもよい。
【0010】
図１を参照すると、第２の部分６に含まれる発熱電子部品は、冷却が必要になる場合がある。電子モジュール２は、ハウジング１の少なくとも１つの端部（たとえば、前端部、後端部、又は側端部）に配置された少なくとも１つのファン８を備えてもよい。この少なくとも１つのファン８は、第２の部分６内に含まれる構成部品を冷却するために、第２の部分６内に冷却空気を吹き込むことができる。図２及び図４に示すように、電子モジュール２は、この電子モジュール２の前端部（又は後端部、側端部）に配置された２つ以上のファン８を備えてもよい。電子モジュール２は、ハウジング１内に配置され、ハウジング１を第１の部分４と第２の部分６に分離する熱交換器５を備えてもよい。熱交換器５は、（１以上の）他のセパレータとともに、第２の部分６に含まれる空気から第１の部分４を実質的に密封してもよく、第２の部分６の冷却空気が第１の部分４に流入するのを実質的に防止するための障壁として機能し、それにより、第１の部分４内に含まれる損傷しやすい電子部品を、冷却空気中の湿気、燃料、粉塵、及び／又は他の汚染物質、並びにハウジング１を囲繞する大気中の空気から保護することができる。以下に述べるように、第１の部分４内に配置された電子部品を冷却するために、所望の速度で第２の部分６内に空気が流れてもよい。第１の部分４内の空気流は、制限されてもよい（たとえば、実質的に滞留してもよい）。一例では、第１の部分４は、たとえば、１．１～２気圧など、１気圧よりも高い圧力の加圧空気を含んでもよく、これは、そこに存在する空気流をさらに制限する。第１の部分４内の電子部品によって発生する熱は、熱交換器５を介して、第１の部分４から第２の部分６に（たとえば、第１の部分４内に含まれる空気と熱交換器５との間で熱交換することによって）伝達され（たとえば、取り除かれ）てもよく、第２の部分６内に含まれる流動冷却空気が、熱交換器５から熱を奪い去る。したがって、第１の部分４内の熱は、熱交換器５と、第２の部分６内の冷却空気とによって取り除くことができる。
【0011】
熱交換器５は、熱伝導性材料で作製されるセパレータ板など、任意の適切な熱交換構成部品又は熱交換装置を備えてもよい。たとえば、熱交換器５は、フィンなどのヒート・シンクを備えてもよい。熱交換器５は、たとえば、アルミニウム、アルミニウム合金、又は熱交換に適した他の任意の金属若しくは金属合金など、任意の適切な材料を含んでもよい。例によっては、熱交換器５は、この熱交換器５からつるされた水平又は垂直の板を備えてもよい。たとえば、図２に示すように、熱交換器５は、この熱交換器５から第２の部分６へ向けて垂直に延在する、少なくとも１つのフィン１１を備えてもよい。この少なくとも１つのフィン１１は、アルミニウム、アルミニウム合金、又は熱交換に適した他の任意の材料を含んでもよい。フィン１１は、板状、ハニカム状など、適切な任意の形状又は形態をとってもよい。冷却空気がフィン１１を通過するとき、第１の部分４内の空気からフィン１１に伝達される熱が、冷却空気によって奪い去られてもよい（たとえば、フィン１１と冷却空気の間で熱が交換される）。
【0012】
図１を参照すると、電子モジュール２の第１の部分４は、一方向の入口すなわち弁１９、及び一方向の出口すなわち弁１５を備えてもよい。図１には、電子モジュール２の後端部に配置されているように示してあるが、一方向の入口１９及び／又は一方向の出口１５は、ハウジング１の他の任意の適切な位置に配置されてもよい。第１の部分４内の圧力が、第１の閾値圧力（たとえば、１．０１３×１０５パスカル又は１気圧）を下回るとき、一方向の出口１５が密閉されて（たとえば、閉じられて）、第１の部分４から空気が流出するのを防止するようにしてもよい。第１の部分４内の圧力が、第１の閾値圧力を超えるとき（たとえば、第１の部分４に含まれる空気の温度が上昇することに起因して）、一方向の出口１５が開いて、第１の部分４内に含まれる空気の一部分が、第１の部分４からハウジング１の外側の大気中に出て、それにより第１の部分４内の圧力が低下するようにしてもよい。第１の部分４内の圧力が、第２の閾値圧力（たとえば、１．０１３×１０５パスカル又は１気圧）よりも高いとき、一方向の入口１９が密閉されて（たとえば、閉じられて）、それにより大気中から第１の部分４に空気が流入するのを防止するようにしてもよい。第１の部分４内の圧力が第２の閾値圧力を下回るとき（たとえば、第１の部分４内の空気の温度が低下することに起因して）、一方向の入口１９が開いて、ハウジング１の外側の大気中から第１の部分４に空気を流入させ、それにより第１の部分４内の圧力を上昇させてもよい。第１の閾値圧力は、第２の閾値圧力と同じでも同じでなくてもよい。例によっては、一方向の入口１９及び／又は一方向の出口１５は、一方の側での圧力が閾値圧力を超えるとき、空気流が通過するのを許すように構成された透過性膜を備えてもよい。
【0013】
別法として、又は追加として、第１の部分４は、第１の部分４と第２の部分６を分離する熱交換器５の適切な部分に配置された、一方向弁２１を備えてもよい。第１の部分４内の圧力が第３の閾値圧力（たとえば、２．０２６×１０５パスカル又は２気圧）を下回るとき、一方向弁２１が密閉されて（たとえば、閉じられて）、第１の部分４内で滞留している空気が、第２の部分６に出ていくのを防止するようにしてもよい。第１の部分４内の圧力が第３の閾値圧力を超えると（たとえば、第１の部分４内に含まれる空気の温度が上昇することに起因して）、一方向弁２１が開いて、第１の部分４から第２の部分６に空気の一部分が流れるようにし、それにより圧力逃がし弁として働くようにしてもよい。第１の部分４からの空気は、一方向弁２１を通って、第２の部分６の任意の適当な位置に流れてもよい。一例では、第１の部分４からの空気は、一方向弁２１を通って、トランス７に流れてもよい。この一方向弁２１は、任意の適切な弁でよい。一例では、一方向弁２１は、透過性膜を備えてもよい。この透過性膜は、第１の部分４内の圧力が、第３の閾値圧力を超えるときにのみ、第１の部分４内の空気が、第２の部分６に流入できるように構成されてもよい。第３の閾値圧力は、第１及び／又は第２の閾値圧力と同じでも同じでなくてもよい。電子モジュール２の第１の部分４は、一方向の入口１９、一方向の出口１５、又は一方向弁２１が開かれているときを除いて、実質的に滞留している空気を含んでいることに留意されたい。
【0014】
図２には、本開示による、図１に示す空冷電子モジュール２の概略の３次元斜視図が示してある。図２に示すように、空冷電子モジュール２は、前端部に２つ以上のファン８（たとえば、３つのファン）を備えてもよい。一例では、少なくとも１つのフィン１１が、第１の部分４と第２の部分６を分離する熱交換器５から、第２の部分６へ向けて延在してもよい。冷却空気が第２の部分６を通って流れるとき、この冷却空気は少なくとも１つのフィン１１と熱交換する。図２には示していないが、熱交換器５はまた、第１の部分４内に延在する少なくとも１つのフィン１１を備えて、第１の部分４内に含まれる空気と熱交換してもよいことが理解される。
【0015】
図２に示すように、空冷電子モジュール２は、電気入力部１２をさらに備えてもよい。電気入力部１２は、図４に示すホット・ボックス１３内に収容された燃料電池スタックからの電気接続部（有線又は無線）を備えてもよい。空冷電子モジュール２はさらに、電気出力部１７を備えてもよい。この電気出力部１７は、たとえば、図５に示す入力／出力モジュール１４、又は図５に示す電力調節モジュール１８などの、燃料電池システムの別の構成要素に至る電気接続部（有線又は無線）を備えてもよい。空冷電子モジュール２は、たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３Ａ、制御回路３Ｂ、トランス７、及び／又はインダクタ９など、様々な電子部品を接続する１以上の電気接続部３７（有線又は無線）を備えてもよい。
【0016】
［燃料電池モジュール・キャビネット］
図３及び図４には、燃料電池モジュール・キャビネット２２を含む燃料電池システム・モジュール（たとえば、電力モジュール）１００の例が示してある。例示するために、図３には、燃料電池システム・モジュール１００の他の構成要素が取り除かれた状態での、燃料電池モジュール・キャビネット２２の３次元ビューが示してある。図４には、電子装置及び他の構成要素が取り付けられた状態での、燃料電池モジュール・キャビネット２２の３次元ビューが示してある。燃料電池モジュール・キャビネット２２は、電気キャビネット２４（第２の区画）及び燃料電池キャビネット２６（第１の区画）用の別々の空気空間を設けていて、電気キャビネット２４は正のゲージ圧を維持してもよく、燃料電池キャビネット２６は負のゲージ圧を維持してもよい。燃料電池キャビネット２６及び電気キャビネット２４は、燃料電池モジュール・キャビネット２２の共通のフレーム又はハウジング内に設けられてもよい。この設計により、燃料電池システム・モジュール１００のサイズを削減し、貨物エレベータや貨物用通路など、屋内用途向けの小さな空間に、この燃料電池システム・モジュール１００が収まるようにすることができる。燃料電池モジュール・キャビネット２２は、この燃料電池モジュール・キャビネット２２を、燃料電池キャビネット２６と電気キャビネット２４とに分離する少なくとも１つの壁又はプラットフォーム２５を備えてもよい。図３及び図４には、電気キャビネット２４が、燃料電池キャビネット２６の上に積み重ねられている様子が示してある。例によっては、電気キャビネット２４は、燃料電池キャビネット２６の下方に設けられてもよいことが理解される。例によっては、燃料電池キャビネット２６及び電気キャビネット２４は、並列に配置されてもよい。
図３及び図４には、燃料電池モジュール・キャビネット２２を含む燃料電池システム・モジュール（たとえば、電力モジュール）１００の例が示してある。例示するために、図３には、燃料電池システム・モジュール１００の他の構成要素が取り除かれた状態での、燃料電池モジュール・キャビネット２２の３次元ビューが示してある。図４には、電子装置及び他の構成要素が取り付けられた状態での、燃料電池モジュール・キャビネット２２の３次元ビューが示してある。燃料電池モジュール・キャビネット２２は、電気キャビネット２４（第２の区画）及び燃料電池キャビネット２６（第１の区画）用の別々の空気空間を設けていて、電気キャビネット２４は正のゲージ圧を維持してもよく、燃料電池キャビネット２６は負のゲージ圧を維持してもよい。燃料電池キャビネット２６及び電気キャビネット２４は、燃料電池モジュール・キャビネット２２の共通のフレーム又はハウジング内に設けられてもよい。この設計により、燃料電池システム・モジュール１００のサイズを削減し、貨物エレベータや貨物用通路など、屋内用途向けの小さな空間に、この燃料電池システム・モジュール１００が収まるようにすることができる。燃料電池モジュール・キャビネット２２は、この燃料電池モジュール・キャビネット２２を、燃料電池キャビネット２６と電気キャビネット２４とに分離する少なくとも１つの壁又はプラットフォーム２５を備えてもよい。図３及び図４には、電気キャビネット２４が、燃料電池キャビネット２６の上に積み重ねられている様子が示してある。例によっては、電気キャビネット２４は、燃料電池キャビネット２６の下方に設けられてもよいことが理解される。例によっては、燃料電池キャビネット２６及び電気キャビネット２４は、並列に配置されてもよい。
【0017】
電気キャビネット２４は、図１～図２に示す１以上の電子モジュール２を収容するように構成されてもよい。図３及び図４に示すように、電気キャビネット２４に設けられた２つ以上のスロット内には、２つ以上の電子モジュール２が配置されてもよい。燃料電池キャビネット２６は、１以上の発電構成要素など、１以上の他の燃料電池システム電子装置を収容するように構成されてもよい。１以上の発電構成要素は、１以上の燃料電池スタックを含むホット・ボックス１３と、送風機、弁、及び制御板などを含むバランス・オブ・プラント（ＢＯＰ）のサブシステム２７とを備えてもよい。図４にはまた、それぞれの電子モジュール２が、２つ以上のファン８（たとえば、３つのファン）を備えてもよいことが示してある。
【0018】
［燃料電池システム］
図５には、本開示による燃料電池システム１０が示してある。この燃料電池システム１０は、２００７年１月２２日出願の米国特許出願第１１／６５６，００６号、及び２０１１年９月２３日発行の米国特許第８，４４０，３６２Ｂ２号に記載された、燃料電池のモジュール及び構成要素を含んでもよく、その内容の全体を参照により本明細書に明示的に援用する。燃料電池システム１０は、モジュール式でもよく、すなわち、１以上の燃料電池システム・モジュール１００及び他のモジュールを備えてもよい。モジュール式の燃料電池システム１０は、柔軟なシステムの設置及び運用を可能にすることができる。モジュール式の燃料電池システム１０は、組み込まれた発電容量の柔軟なスケーリングを可能にする。モジュール式の燃料電池システム１０はまた、発電の信頼性を高め、単一の設計セットを用いて燃料処理の柔軟性並びに電力出力の電圧及び周波数の柔軟性を高める。モジュール式の設計により、可用性と信頼性が高い「常時オン」ユニットを実現する。たとえば、ある１つの燃料電池システム・モジュール１００がオフラインになるとき（たとえば、保守管理、修理、又は交換のために）、他の燃料電池システム・モジュール１００は影響を受けることなく、動作を継続することができる。このモジュール式の設計はまた、顧客の設備の特定の要件条件を満たすようにスケール変更する容易な手段を実現する。たとえば、電力需要が増加すると、モジュール式の設計により、燃料電池システム・モジュール１００の数を増やして、さらに多くの電力を発生させるのを容易にする。モジュール式の設計により、顧客及び／又は地理的領域によって異なることがある、利用可能な燃料、並びに必要とされる電圧及び周波数を使用することが可能となる。
図５には、本開示による燃料電池システム１０が示してある。この燃料電池システム１０は、２００７年１月２２日出願の米国特許出願第１１／６５６，００６号、及び２０１１年９月２３日発行の米国特許第８，４４０，３６２Ｂ２号に記載された、燃料電池のモジュール及び構成要素を含んでもよく、その内容の全体を参照により本明細書に明示的に援用する。燃料電池システム１０は、モジュール式でもよく、すなわち、１以上の燃料電池システム・モジュール１００及び他のモジュールを備えてもよい。モジュール式の燃料電池システム１０は、柔軟なシステムの設置及び運用を可能にすることができる。モジュール式の燃料電池システム１０は、組み込まれた発電容量の柔軟なスケーリングを可能にする。モジュール式の燃料電池システム１０はまた、発電の信頼性を高め、単一の設計セットを用いて燃料処理の柔軟性並びに電力出力の電圧及び周波数の柔軟性を高める。モジュール式の設計により、可用性と信頼性が高い「常時オン」ユニットを実現する。たとえば、ある１つの燃料電池システム・モジュール１００がオフラインになるとき（たとえば、保守管理、修理、又は交換のために）、他の燃料電池システム・モジュール１００は影響を受けることなく、動作を継続することができる。このモジュール式の設計はまた、顧客の設備の特定の要件条件を満たすようにスケール変更する容易な手段を実現する。たとえば、電力需要が増加すると、モジュール式の設計により、燃料電池システム・モジュール１００の数を増やして、さらに多くの電力を発生させるのを容易にする。モジュール式の設計により、顧客及び／又は地理的領域によって異なることがある、利用可能な燃料、並びに必要とされる電圧及び周波数を使用することが可能となる。
【0019】
燃料電池システム１０は、図３～図５について先に述べた１以上の燃料電池システム・モジュール１００を備えてもよい。この燃料電池システム１０はまた、１以上の燃料処理（又は燃料注入）モジュール１６を備えてもよい。燃料電池システム１０は、１以上の電力調節（たとえば、電気出力）モジュール１８を備えてもよい。燃料電池システム・モジュール１００は、燃料電池システム１０内、たとえばベース２０内、に設けられたワイヤ、ケーブル、及び／又は導管を介して、燃料処理モジュール１６又は電力調節モジュール１８のうち少なくとも１つと電気的にかつ／又は流体的に接続されてもよい。たとえば、燃料電池システム・モジュール１００は、ベース２０に設けられたワイヤを介して、電力調節モジュール１８及び／又は燃料処理モジュール１６と電気的に接続されてもよい。燃料電池システム・モジュール１００は、ベース２０に設けられた流体導管（たとえば、パイプ）を介して燃料処理モジュール１６と流体的に接続されてもよく、脱硫燃料などの燃料を燃料処理モジュール１６から受け取ってもよい。
【0020】
電力調節モジュール１８は、直流（ＤＣ）、交流（ＡＣ）、又はその両方を供給するように構成されてもよい。電力調節モジュール１８は、インバータなど、ＤＣをＡＣに変換する機構を備えてもよい。燃料電池システム１０は、２個～３０個の燃料電池システム・モジュール１００を含むとするなど、任意の数の燃料電池システム・モジュール１００を含んでもよい。たとえば、図５に示す燃料電池システム１０は、６つの燃料電池システム・モジュール１００（１列に並んで配置されている）、１つの燃料処理モジュール１６、及び１つの電力調節モジュール１８を備える。燃料電池システム・モジュール１００、燃料処理モジュール１６、及び電力調節モジュール１８は、共通のベース２０上に配置されてもよい。ベース２０はまた、燃料電池システム・モジュール１００と、燃料処理モジュール１６及び／又は電力調節モジュール１８とを接続することのできる配線ケーブル、電力線、導管用の共通空間を設けてもよい。燃料電池システム・モジュール１００、燃料処理モジュール１６、及び電力調節モジュール１８のそれぞれは、それ自体のキャビネットを備えてもよい。別法として、又は追加として、以下でより詳細に説明するように、燃料処理モジュール１６及び電力調節モジュール１８は、１つのキャビネット内に配置された単一の入力／出力モジュール１４に組み合わせてもよい。
【0021】
燃料電池システム・モジュール１００のそれぞれは、電気キャビネット２４と燃料電池キャビネット２６とに分離され得る燃料電池モジュール・キャビネット２２を備える。燃料電池キャビネット２６は、少なくとも１つのホット・ボックス１３を収納するように構成されてもよい。各ホット・ボックス１３は、たとえば、導電性相互接続板によって分離されたセラミック酸化物電解質を有する固体酸化物燃料電池の１以上のスタック又はカラムなど、燃料電池の１以上のスタック又はカラム（明確にするため図示せず）を含んでもよい。プロトン交換膜（ＰＥＭ）、溶融炭酸塩、リン酸など、他の燃料電池のタイプも、ホット・ボックス１３に含まれてもよい。燃料電池スタックは、外部及び／又は内部で複数重ね合わされたスタックを含んでもよい。たとえば、燃料電池層及び／又は各燃料電池間の相互接続板での開口部を通って延在する、燃料及び空気のライザを用いて、燃料及び空気のために、燃料電池スタックが内部で複数重ね合わされてもよい。
【0022】
別法として、又は追加として、燃料入口及び排出ライザのみが、燃料電池層及び／又は各燃料電池間の相互接続板における開口部を通って延在する場合には、燃料電池スタックは、燃料用に内部で複数重ね合わされ、空気用に外部で複数重ね合わされてもよく、これは、２０１０年５月１１日発行の米国特許第７，７１３，６４９号に記載されており、その内容の全体を参照により本明細書に明示的に援用する。燃料電池は、様々な燃料／空気流の構成を有してもよい。たとえば、各燃料電池は、クロス・フロー構成（空気と燃料が、各燃料電池での電解質の両側で互いにおおよそ直角に流れる）、向流並列構成（空気と燃料が、互いに対して大まかに平行に、ただし各燃料電池での電解質の両側で逆向きに流れる）、及び／又は並行流並列構成（空気と燃料が、各燃料電池での電解質の両側で互いに対しておおよそ平行に同じ方向に流れる）を有してもよい。
【0023】
燃料処理モジュール１６は、たとえば、吸着ベッド（たとえば、脱硫器及び／又は他の不純物吸着ベッド）など、燃料の前処理に使用される構成要素を含むキャビネットを備えてもよい。燃料処理モジュール１６は、様々なタイプの燃料を処理するように構成されてもよい。たとえば、燃料処理モジュール１６は、同じキャビネット内、又は別々のキャビネット内に、ディーゼル燃料処理モジュール、天然ガス燃料処理モジュール、又はエタノール燃料処理モジュールのうち少なくとも１つを備えてもよい。特定の燃料に合わせて調製された異なるベッド組成物が、各燃料処理モジュール１６に備えられてもよい。燃料処理モジュール１６は、以下の燃料、すなわち、パイプラインから供給される天然ガス、圧縮天然ガス、メタン、プロパン、液化石油ガス、ガソリン、ディーゼル、家庭向け暖房用オイル、灯油、ＪＰ－５、ＪＰ－８、航空燃料、水素、アンモニア、エタノール、メタノール、合成ガス、バイオガス、バイオディーゼル、及び他の適切な炭化水素又は水素含有燃料のうち少なくとも１つを処理してもよい。例によっては、燃料処理モジュール１６内に改質器１７が備えられてもよい。例によっては、改質器１７は、（１以上の）燃料電池スタックと熱的に統合されてもよい。このような例では、別々の改質器１７が、それぞれの燃料電池システム・モジュール１００の各ホット・ボックス１３内に配置されてもよい。例によっては、内部を改質する燃料電池を使用する場合、外部の改質器１７を省略してもよい。燃料処理モジュール１６は、処理済みの燃料（たとえば、脱硫燃料）を１以上の燃料電池システム・モジュール１００に供給するために、たとえばベース２０に設けられた導管を介して、１以上の燃料電池システム・モジュール１００と流体的に接続されてもよい。
【0024】
電力調節モジュール１８は、燃料電池システム・モジュール１００内に含まれる燃料電池スタックによって生成される直流電力を交流電力に変換するための構成要素（たとえば、２０１０年４月２７日発行の米国特許第７，７０５，４９０号に記載のＤＣ／ＤＣコンバータ及びＤＣ／ＡＣコンバータであり、その内容の全体を参照により本明細書に明示的に援用する）、電力網に交流電力を出力するための電気コネクタ、電気過渡現象を管理するための回路、システム制御装置（たとえば、コンピュータ又は専用の制御論理装置若しくは制御論理回路）を含むキャビネットを備えてもよい。電力調節モジュール１８は、燃料電池モジュールからの直流電力を、様々な交流電圧及び交流周波数に変換するように構成されてもよい。２０８Ｖ／６０Ｈｚ、４８０Ｖ／６０Ｈｚ、４１５Ｖ／５０Ｈｚ、及び他の一般的な電圧と周波数での設計を実現してもよい。電力調節モジュール１８は、たとえば、ベース２０に設けられたワイヤを介して、１以上の燃料電池システム・モジュール１００と電気的に接続されて、この燃料電池システム・モジュール１００に電力を供給し、燃料電池システム・モジュール１００によって生成される電力を受け取ってもよい。
【0025】
図５を参照すると、例によっては、燃料処理モジュール１６及び電力調節モジュール１８は、共通のキャビネットを備えた単一の入力／出力モジュール１４内に収納されてもよい。単一の入力／出力モジュール１４が設けられているとき、燃料処理モジュール１６及び電力調節モジュール１８は、単一の入力／出力モジュール１４内で、垂直方向（たとえば、電力調節モジュール１８は、燃料処理モジュール１６の脱硫器キャニスタ／ベッドの上方又は下方に積み重ねられてもよい）に配置されてもよく、又は互いに並んで配置されてもよい。
【0026】
図５に示すように、１つの入力／出力モジュール１４が、この入力／出力モジュール１４の片側に直線的に並んで配置された６つの燃料電池システム・モジュール１００の１列について設けられてもよい。燃料電池システム・モジュール１００のこの列は、たとえば、燃料電池システム１０が電力を供給する建物に隣接して配置されてもよい。図５には１列の燃料電池システム・モジュール１００が示してあるが、燃料電池システム１０は、燃料電池システム・モジュール１００の２つ以上の列を備えてもよい。たとえば、燃料電池システム１０は、背中合せに、端から端まで、並んで積み重ねられるか、又は１つずつ積み重ねられた燃料電池システム・モジュール１００の２つ以上の列を備えてもよい。
【0027】
燃料電池システム１０は、容易に拡張できる。たとえば、燃料電池システム１０によって提供される建物又は他の施設の電力ニーズに基づいて、任意の適切な数の燃料電池システム・モジュール１００が、この燃料電池システム１０に備えられてもよい。燃料電池システム・モジュール１００及び入力／出力モジュール１４はまた、他の比率で備えられてもよい。たとえば、例によっては、１つの入力／出力モジュール１４に隣接して、６個より多いか又は６個未満の燃料電池システム・モジュール１００が設けられてもよい。さらに、燃料電池システム１０は、２つ以上の入力／出力モジュール１４（たとえば、それぞれが別々の燃料処理モジュール１６及び別々の電力調節モジュール１８を含む、２つの入力／出力モジュール１４）を備えてもよい。図５に示す例では、入力／出力モジュール１４は、燃料電池システム・モジュール１００の列の端部に配置されているが、この入力／出力モジュール１４はまた、たとえば燃料電池システム・モジュール１００の列の中央など、燃料電池システム１０の他の位置に配置されてもよい。顧客の仕様（たとえば、電力の需要）に応じて、１以上の燃料電池システム・モジュール１００を燃料電池システム１０に追加してもよく、又は、１以上の燃料電池システム・モジュール１００を燃料電池システム１０から遮断してもよく、若しくは取り外してもよい。
【0028】
燃料電池システム１０は、システムの整備を容易にするように構成されてもよい。定期的に保守される構成要素（消耗部品など）は、整備にかかる時間を短縮するために、単一のモジュールに配置されてもよい。たとえば、天然ガス燃料システム用のパージガス及び脱硫器の材料が、単一のモジュール（たとえば、燃料処理モジュール１６又は複合入力／出力モジュール１４）内に配置されてもよい。サービス担当者は、定期的な保守の間、各構成要素を整備するために、単一のモジュール又はキャビネットにアクセスするだけでもよい。したがって、燃料電池システム・モジュール１００、入力／出力モジュール１４、燃料処理モジュール１６、及び電力調節モジュール１８のそれぞれは、他のモジュール又はキャビネットを開けることなく、またその他のモジュール又はキャビネットの整備、修理、又は取外しをおこなうことなく、整備し、修理し、又は燃料電池システム１０から取外したりすることができる。
【0029】
たとえば、前述の通り、燃料電池システム１０は、複数の燃料電池システム・モジュール１００を備えてもよい。例によっては、少なくとも１つの燃料電池システム・モジュール１００がオフラインになるとき（たとえば、燃料電池システム・モジュール１００に含まれるホット・ボックス１３内のスタックによって電力が生成されない）、残りの燃料電池システム・モジュール１００、燃料処理モジュール１６、及び電力調節モジュール１８（若しくは複合入力／出力キャビネット１４）は影響を受けることなく、電力を生成するよう動作し続けることができる。さらに、燃料電池システム１０は、燃料電池システム・モジュール１００、１４、１６、又は１８の各タイプのうち２つ以上を含んでもよい。例によっては、特定のタイプの少なくとも１つのモジュールがオフラインになるとき、同じタイプの残りのモジュールは影響を受けることなく、動作し続けることができる。
【0030】
例によっては、複数のモジュール又はキャビネットを含む燃料電池システム１０において、モジュール１００、１４、１６、又は１８のそれぞれが、燃料電池システム１０内のその他のモジュールの動作に影響を及ぼすことなく、燃料電池システム１０が発電し続けられるように、個別に電気が切断され、燃料電池システム１０から個別に取り外され、かつ／又は個別に整備若しくは修理されるようにしてもよい。１つのホット・ボックス１３内の燃料電池の１つのスタックが機能不良に陥り、又は整備のためにオフラインにされても、燃料電池システム１０全体をシャットダウンする必要がないようにすることができる。
【0031】
［ドア］
燃料電池スタックのホット・ボックスはサイズが著しく大きいので、大型の固定型燃料電池システム・キャビネットは、大きなキャビネット・ドアを有する。ドアは、高さが１～３メートル、幅が１～３メートルで、鋼又はアルミニウムなどの金属で作製されてもよい。ドアの寸法が大きいと、その結果、キャビネットへの機械的負荷の要求条件が高くなり、ドアの重量が増加し、ドアの取扱いが難しくなる。さらに、大型のドアは、側部蝶番式ドアを旋回して開閉できるようにするために、各キャビネットと隣接する構造体（たとえば、建物、別のキャビネットなど）との間に、無駄に離された広い空間を必要とする。
燃料電池スタックのホット・ボックスはサイズが著しく大きいので、大型の固定型燃料電池システム・キャビネットは、大きなキャビネット・ドアを有する。ドアは、高さが１～３メートル、幅が１～３メートルで、鋼又はアルミニウムなどの金属で作製されてもよい。ドアの寸法が大きいと、その結果、キャビネットへの機械的負荷の要求条件が高くなり、ドアの重量が増加し、ドアの取扱いが難しくなる。さらに、大型のドアは、側部蝶番式ドアを旋回して開閉できるようにするために、各キャビネットと隣接する構造体（たとえば、建物、別のキャビネットなど）との間に、無駄に離された広い空間を必要とする。
【0032】
従来のドア開放機構（左右の蝶番機構など）は、特に路地などの狭い空間で、キャビネットの内部へのアクセスを妨げることもある位置に、開放されたドアが置かれたままになり、又は他のドア若しくは機器からの損傷に曝されることもある位置に、かかるドアが置かれたままになる。さらに、側部からドアに蝶番をつけることは、ドアの自重及び寸法から、ドアのたわみの原因となることもある。屋外運用向けの燃料電池キャビネットを設計するときに直面するさらなる問題は、各ドアの境界部分でのウェザー・シールの完全性である。キャビネットへの水及び異物の侵入による信頼性の影響を排除するには、シールを確実にしなければならない。
【0033】
さらに、各ドアは、燃料電池ホット・ボックス１３を環境から保護すること、ホット・ボックス１３の外側と周囲の間に熱障壁を設けること、エア・フィルタを収納すること、掛け金、蝶番、及びシール用の取付け位置を設けることなど、ドアが果たす複数の機能により、数多くの部品から構成されてもよい。部品の量が多いと、ドアの品質及び配置確度に影響を及ぼす場合がある。
【0034】
図６には、開放状態での燃料電池システム１０で使用され得るドア３０の等角図が示してある。ドア３０は、燃料電池システム・モジュール１００、燃料処理モジュール１６、電力調節モジュール１８、及び／又は入力／出力モジュール１４に含まれてもよい。燃料電池システム１００で使用されるとき、燃料電池モジュール・キャビネット２２にドア３０が取り付けられてもよい。ドア３０は、ハッチ、アクセス・パネルなどでもよく、これにより、（たとえば、保守管理、修理、交換などのために）それぞれのモジュールの内部構成要素にアクセスできるようにしてもよい。一例では、燃料電池システム・モジュール１００及び入力／出力モジュール１４は、各モジュールの一面にのみ１以上のドア３０を有する直線配列で配置されており、システムの連続的な列を、各端部において互いに隣接して設置できるようにする。したがって、燃料電池システム・モジュール１００及び入力／出力モジュール１４は、モジュール列の軸に垂直な方向を向いているドアを有してもよい。このようにして、燃料電池システム１０のサイズ及び容量は、たとえば、（１以上の）既存の燃料電池システム・モジュール１００、入力／出力モジュール１４、及びベース２０の最小の再配置で、（１以上の）追加の燃料電池システム・モジュール１００、（１以上の）入力／出力モジュール１４、及び（１以上の）ベース２０を用いて調整されてもよい。例によっては、入力／出力モジュール１４へのドア３０は、この入力／出力モジュール１４の前端部ではなく、側端部に取り付けられてもよい。
【0035】
例によっては、ドア３０は、少なくとも１つの内側部分３２、及び少なくとも１つの外側部分３４を備えてもよい。内側部分３２は、ドア３０用のフレーム枠を形成し、燃料電池モジュール・キャビネット２２又は入力／出力モジュール１４のフレームに、ドア３０を連結できるようにする機能を含む。外側部分３４は、内側部分３２に連結されてもよく、ドア３０用のカバーを設けてもよい。例によっては、外側部分３４は高分子材料を含んでもよく、内側部分３２は金属材料を含んでもよい。ドア３０の外側部分３４を、少なくとも部分的に高分子成分で形成することにより、建築費及び塗装費、総重量、並びに外装熱負荷を低減してもよく、ドア３０の耐デント性を向上させることができる。特定の用途に必要なとき、外側部分３４の材料には、ＵＬ７４６Ｃ準拠の難燃性が含まれてもよい。
【0036】
例によっては、ドア３０全体が、単一の構造体として射出成形される。射出成形のドア３０は、総部品点数を低減し、取付けポイントを設け、高品質部品の製造を簡略化するように、可能な限り数多くの機能を組み込んでもよい。このような成形ドア用の金型は、ドアの内部側（すなわち、閉じたときにキャビネットに面する側）が、耐熱性及び難燃性のプラスチック・シートから作製され、ドアの外部側が、難燃性及び高温耐性をもたずとも、耐候性をもち、美的に満足のいくプラスチック・シートから作製されるように、２種類の異なるプラスチックを同じ金型に共射出できるように構成されてもよい。例によっては、ドア３０は、真空熱成形プロセスによって形成されてもよい。まず、シートはＵＬ及びコスメティックな要求条件を満たす２つ以上のプラスチックの共押出し成形で形成されてもよい。次いで、共押出しされたシートを真空熱成形してドア３０を形成してもよい。
【0037】
高温燃料電池（たとえば、ＳＯＦＣ）は高温で動作するので、ドア３０は、このドア３０の難燃性を高める材料又は機能を有するように形成されてもよい。炎又は極度の熱に曝される危険がない場合、標準的で低コストのカラー・プラスチック材料を使用してドア３０を形成してもよい。炎の危険が低い場合は、ドア３０の外観品質を維持しながら、標準的なプラスチックに添加剤を混合してもよい。たとえば、共射出成形法により、標準的なプラスチックを使用して外装（たとえば、外側部分３４）を成形し、要求されるＵＬ７４６Ｃ難燃性プラスチックを使用して内装（たとえば、内側部分３２）を成形してもよい。必要とされる機能を可能にするためのインサートとともに、単一の共射出成形金型を使用して、ドア３０を形成してもよい。例によっては、ＵＬ７４６Ｃ準拠の難燃性が必要なとき、ドア３０は、その表面に別のタイプの難燃性の機能を備えてもよい。たとえば、外側部分３４の内面（すなわち、内側部分３２に面する表面）に難燃性コーティングを施してもよい。別の例として、布など別々の可撓性の難燃層が、外側部分３４の内面にわたって設けられてもよい。さらに別の例として、押出し平面プラスチックなど別々の剛性難燃層を、外側部分３４の内面に追加してもよい。例によっては、様々な難燃性材料を互いに組み合わせて使用してもよい。
【0038】
外側部分３４は、様々な色のポリマーから、成形されても、又は他の方法で形成されてもよく、それにより塗装が必要でなくなる。一例では、外側部分３４の大部分が高分子材料から作製される。ポリマーを含む外側部分３４は、耐デント性及び耐落書き性を有してもよい。ポリマーを含む外側部分３４は、引っかき傷に強く、発生する引っかき傷は、金属本体上の同様の引っかき傷よりも目立ちにくく、また関連する腐食問題を引き起こさないであろう。さらに、外側部分３４は、ドア３０の組立て及びドア３０の設置をより容易に、より速く、より正確におこなえるようにするため、フィルタ・ハウジングや留め具など一体成形される追加の部品及び機能を備えてもよい。ポリマーを含む外側部分３４は、ドア３０の組立てに必要なコスト、労力、及び材料を削減することができる。射出成形などのプロセスを用いて外側部分３４を形成することによって、さらに良好に形状適合し、ドア３０の組立てがさらに容易になる。高分子材料は、金属材料から形成された対応する部分よりも軽量である。外側部分３４に高分子材料を含むドア３０により、取扱い、持上げ、及び出荷を容易にすることができる。
【0039】
図７Ａには、本開示による燃料電池システム１０で使用され得るドアの外観図が示してある。図７Ｂには、本開示による燃料電池システム１０で使用され得るドアの内部図が示してある。電気キャビネット２４と燃料電池キャビネット２６とに、分離した空気空間を保持するために、ドア３０は、この電気キャビネット２４と燃料電池キャビネット２６との間に延在する突出部分３６を備えてもよい。この分離により、電気キャビネット２４は正のゲージ圧を維持し、燃料電池キャビネット２６は負のゲージ圧を維持することができるようになる。突出部分３６は、燃料電池モジュール・キャビネット２２の深さの適切な部分（すべて、半分、３分の１など）で空間内に突出してもよい。ドア３０は、燃料電池モジュール・キャビネット２２及び／若しくは燃料処理モジュール１６、電力調節モジュール１８、又は、燃料処理モジュール１６及び電力調節モジュール１８を含み得る入力／出力モジュール１４用のドアとして使用されてもよい。
【0040】
［フィルタ・アセンブリ］
燃料電池システム・キャビネットは一般に、このキャビネットを通過して流入流入冷却空気を濾過するための濾過システムを備える。高ダスト環境下では、多層フィルタは急速に目詰まりを起こし、頻繁に交換する必要が生じる場合がある。空気圧式バック・フラッシュ・フィルタは、空気取入れ口が閉鎖されているときにのみ機能し、一般に、常時オンの燃料電池システムではうまく機能しない。落下する水のカーテンが水を通過する空気から粒子を除去するウォータ・カーテン・フィルタは、電力及び水流を必要とし、システムの動作が複雑になる。このようなシステムは、閉鎖系では水フィルタ、又は開放系では一定の水供給を必要とする。
燃料電池システム・キャビネットは一般に、このキャビネットを通過して流入流入冷却空気を濾過するための濾過システムを備える。高ダスト環境下では、多層フィルタは急速に目詰まりを起こし、頻繁に交換する必要が生じる場合がある。空気圧式バック・フラッシュ・フィルタは、空気取入れ口が閉鎖されているときにのみ機能し、一般に、常時オンの燃料電池システムではうまく機能しない。落下する水のカーテンが水を通過する空気から粒子を除去するウォータ・カーテン・フィルタは、電力及び水流を必要とし、システムの動作が複雑になる。このようなシステムは、閉鎖系では水フィルタ、又は開放系では一定の水供給を必要とする。
【0041】
図６に示すように、ドア３０は、１以上の空気濾過装置を備えてもよい。この空気濾過装置は、エア・フィルタ、スクリーン、膜、及び他の空気清浄構成要素を備えてもよい。例によっては、ドア３０は、内側部分３２と外側部分３４の間の空間に、少なくとも１つの空気濾過装置を備えてもよい。説明のため、図６に示す例では、２つのエア・フィルタ４０が、ドア３０の内側部分３２と外側部分３４との間の空間において互いに重なり合って配置される。図８は、図７Ａの線Ａ－Ａに沿ったドア３０の断面図であり、本開示によるドア３０を通る空気流を示している。図８に示すように、ドア３０の左縁部及び／又は右縁部が、内側部分３２と外側部分３４の間のエア・フィルタ４０が配置された空間に、大気から空気が流れることができるように構成された、空気入口４２を備えてもよい。空気がエア・フィルタ４０を通過し、このエア・フィルタ４０が、空気からの異物（たとえば、粉塵、汚れなど）を濾過する。次いで、ドア３０の内側部分３２に配置された出口４４を介して、燃料電池モジュール・キャビネット２２の内部に（たとえば、燃料電池キャビネット２６及び／又は電気キャビネット２４に）、濾過された空気が供給される。エア・フィルタ４０は、（１以上の）入口４２と出口４４の間に設けられてもよい。濾過された空気は、燃料電池モジュール・キャビネット２２内に配置された送風機によって、ホット・ボックス１３内に配置された燃料電池スタックに吹き込まれる吸入空気流の役割を果たしてもよい。
【0042】
ドア３０はさらに、粗い濾過機構又は初期の濾過機構など、他の空気濾過装置を備えてもよい。図８に示すように、この初期の濾過機構は、空気からの微粒子及び水／湿気を濾過できる、１以上の有孔スクリーン４６を備えてもよい。この有孔スクリーン４６は、空気入口４２とエア・フィルタ４０との間の空気流路に配置されてもよい。各スクリーン４６は、ドア３０の上部から見たとき、「Ｌ」字形を有していてもよい。流入する空気を事前に濾過することによって、エア・フィルタ４０を汚す粉塵及び他の微粒子の量をドア３０が減少させる。
【0043】
図８に示すように、空気（矢印で示す）は、１以上のドア側（たとえば、ドア３０の左縁部面及び／又は右縁部面）から入口４２を通って入り、入口４２とスクリーン４６との間に配置された膨張室４１に入る。膨張室４１は、内側部分３２と外側部分３４との間の内部空間の一部分でもよい。例によっては、膨張室４１の幅は、隣接する入口４２の幅よりも広くてよい。これによって、空気が、膨張室４１で膨張し、減速することができるようになる。空気が減速して、空気中に浮遊している汚れ、粉塵、及び他の粒子状物質が、有孔スクリーン４６に到達する前に、膨張室４１の底部に落下するようにしてもよい。次いで、空気は、有孔スクリーン４６を通過し、内側部分３２と外側部分３４との間の内側キャビティ４５に入り、ここで、この空気はさらに、エア・フィルタ４０の前方のプレナムに流れる。この内側キャビティ４５は、内側部分３２と外側部分３４との間の内部空間の一部分でもよい。スクリーン４６はまた、空気流に乱流を発生させてもよい。空気流がさらに乱れて急に旋回すると、有孔スクリーン４６を通過する同伴粒子及び浮遊粒子がさらに空気中からこぼれ落ちることになる。次いで、異物が低減した空気は、エア・フィルタ４０を通過する。このエア・フィルタ４０は、垂直なバッフルを内部に形成する。一例では、エア・フィルタ４０は最終的な濾過を提供する。濾過された空気は、ドア３０の内側部分３２での出口４４を通ってキャビネットに入る。
【0044】
ドア３０の外側部分３４は、エア・フィルタ４０及び／又は他の濾過装置の迅速で容易な整備に役立つように、（図６に示すように）内側ドア３２に対して外側に蝶番で連結されるように構成されてもよい。燃料電池システム・モジュール１００又は入力／出力モジュール１４の内部を露出させるために、ドア３０の内側部分３２を開くことなく、エア・フィルタ４０及び／又は他の濾過装置を保守管理のために露出させるために、ドア３０の外側部分３４が下方に揺動するように、ドア３０のフレームの下端に蝶番が配置されてもよい。このように、エア・フィルタ４０及び／又はスクリーン４６は、燃料電池システム・モジュール１００又は入力／出力モジュール１４のキャビネットに対してドア３０全体を開くことなく、整備又は交換することができる。
【0045】
図６に示すように、ドア３０は、エア・フィルタ４０を保持する１以上のフレーム部材３８を備えてもよい。図６に示すように、このフレーム部材３８は、外側に枢動するように構成されてもよく、又はエア・フィルタ４０のみが外側に枢動できるようにするように構成されてもよい。フレーム部材３８及び／又はエア・フィルタ４０は、このフレーム部材３８の下端部に配置された旋回軸を使用して外側に旋回するように構成されてもよい。フレーム部材３８及び／又はエア・フィルタ４０は、ドア３０の外側部分３４が外側に枢動すると、自動的に外側に枢動するように構成されてもよい。或いは、フレーム部材３８及び／又はエア・フィルタ４０は、ドア３０の外側部分３４が外側に枢動された後、人間のオペレータによる手動で又は機械によって外側に枢動されてもよい。ドア３０の内側部分３２の水密シールを破ることなく、エア・フィルタ４０の整備を実行してもよい。たとえば、エア・フィルタ４０を整備するには、外側ドア部分３４を傾けてもよく、またエア・フィルタ４０を持ち出して交換してもよい。図６に示すように、エア・フィルタ４０を交換した後、外側部分３４は、上方に旋回されて、ドア３０の内側部分３２に掛け金をかけられることによって閉じられる。
【0046】
ドア３２での入口４２の形状は、ドア３０の前部、及び燃料電池システム・モジュール１００又は入力／出力モジュール１４の前部から、空気の入口領域が直接見えないように構成されており、それによって、燃料電池システム１０の美的外観が向上する。例によっては、入口４２は、ドア３０の完全に垂直な左右の縁部に沿って延在してもよい。入口での圧力降下を減少させて、燃料電池システム１０の寄生消費電力を低減させてもよい。例によっては、入口４２は、ドア３０の左側と右側の一方又は両方に配置されてもよい。環境異物に系統的バイアス（たとえば、一方向からドア３０に吹き込まれる雪、漂砂、又は他のデブリ）が存在する場合、２つの側部のうちの一方が、異物の影響を著しく受けることなく、向かってくる風の「風下」（すなわち、下流）に、効果的に配置して、暴風雨においても支障なく、ユニットが動作できるようにしてもよい。
【0047】
図８に示すドア３０の構成は、いくつかの非限定的な利点を有する。ドア３０を通過する空気は、エア・フィルタ４０に最初に入る前でも、従来のドアよりも大幅に清潔である。前述の通り、空気の受動的な濾過を使用することによって、第１段の異物除去を実行するために直接電力を消費することがない。エア・フィルタ４０に到達する異物の量を低減することによって、エア・フィルタ４０を交換しなければならない頻度が減少する。エア・フィルタ４０の寿命を延ばすことにより、燃料電池システム１０においては、サービス要員の訪問及びフィルタの消耗品に起因する２次的なコストが著しく削減される。
【0048】
［受動式空気取入れルーバー］
図９は、図７Ａの線Ａ－Ａに沿った、燃料電池システム１０で使用され得るドア３０の概略断面図であり、本開示によるドア３０を通る空気流を示している。図９には、ドア３０が、このドア３０の内側部分３２と外側部分３４との間の空間内に配置された、受動式空気取入れルーバー５９を備えてもよいことが示してある。受動式空気取入れルーバー５９は、内側部分３２と外側部分３４との間の空間に向けて突出する複数の内部バッフル４７を備えてもよい。この空間は空気流路の役割を果たし、バッフル４７が空気流路内に配置される。バッフル４７は、（１以上の）入口４２からの空気流が、出口４４に到達する前に内部空間の内側で、たとえば少なくとも２回、その流れの方向を変えるようにしてもよい。たとえば、ｃチャネルのオフセットした対向列がドア３０の内側に連結された状態で、内部バッフル４７が形成されてもよい。
図９は、図７Ａの線Ａ－Ａに沿った、燃料電池システム１０で使用され得るドア３０の概略断面図であり、本開示によるドア３０を通る空気流を示している。図９には、ドア３０が、このドア３０の内側部分３２と外側部分３４との間の空間内に配置された、受動式空気取入れルーバー５９を備えてもよいことが示してある。受動式空気取入れルーバー５９は、内側部分３２と外側部分３４との間の空間に向けて突出する複数の内部バッフル４７を備えてもよい。この空間は空気流路の役割を果たし、バッフル４７が空気流路内に配置される。バッフル４７は、（１以上の）入口４２からの空気流が、出口４４に到達する前に内部空間の内側で、たとえば少なくとも２回、その流れの方向を変えるようにしてもよい。たとえば、ｃチャネルのオフセットした対向列がドア３０の内側に連結された状態で、内部バッフル４７が形成されてもよい。
【0049】
バッフル４７は、たとえば、細片、棒、板、又はレールなど、任意の形態又は形状をとってもよい。バッフル４７は、ほぼくし型の配置で（たとえば、バッフルが、ドア３０の相対する部分３２及び３４に取り付けられて、ドアの厚さ方向に部分的に重なっていたり、重なっていなかったりする）、ドア３０の内側部分３２及び／又は外側部分３４に交互に取り付けられてもよい。バッフル４７は、ドア３０の垂直高さの全体又は一部分を通って延在してもよい。バッフル４７は、入口４２から流れる空気流が、出口４４へ一直線に移動するのを実質的に防止する任意の適切な構成で配置されてもよい。その代わりに、バッフル４７は、入口４２から出口４４までの蛇行経路を空気流に移動させるように構成される。
【0050】
空気流中の異物（粉塵、砂、ミストなど）は、バッフル４７の回りで空気が向きを変えている間も、前進し続ける運動量を有する。粉塵及び砂は、バッフル４７によって形成された隅部（たとえば、上流のバッフル面）に積もり、ドア３０の底部に配置された１以上の開口部４８を通ってドアから排出される。粉塵及び汚れが大幅に低減された空気は、出口４４を通ってルーバー・アセンブリから排出される。
【0051】
図９の空気取入れルーバー５９は、図８に示すスクリーン４６、膨張室４１、及び／又は（１以上の）エア・フィルタ４０とともに使用されてもよい。例によっては、空気は、空気取入れルーバー５９のバッフル４７に到達する前に、入口４２から膨張室４１及び／又はスクリーン４６を通過する。次いで、この空気は、図６及び図８に示すように、（１以上の）エア・フィルタ４０から、ドア３０内の出口４４を通って、燃料電池システム・モジュール１００又は入力／出力モジュール１４内に通過する。別法として、又は追加として、空気取入れルーバー５９は、図８に示すスクリーン４６、膨張室４１、又は（１以上の）エア・フィルタ４０のうち少なくとも１つを含まないドア３０内に存在してもよい。
【0052】
図９には、ドア３０の左側と右側での２つの入口４２から空気が入る、２組の空気取入れルーバー５９の構造体が示してある。例によっては、２組より多い又は少ない空気取入れルーバー５９の構造体が、周期的又は不規則でランダムな間隔で、ドア３０内に設けられてもよい。例によっては、２つより多い入口４２が、ドア３０に設けられてもよい。さらに、入口４２は、図９でのドア３０の外側部分３４に示してあるが、追加として、又は別法として、入口４２は、図８に示すように、ドア３０の側部（すなわち、縁部）に配置されてもよい。
【0053】
［ドア・アセンブリ］
図１０は、側壁が取り外された状態の燃料電池システム１０の側面図であり、本開示による閉位置にあるドア３０を示している。図１１は、側壁が取り外された状態の燃料電池システム１０の側面図であり、本開示による開位置にあるドア３０を示している。例によっては、内側部分３２と外側部分３４の両方を含むドア３０全体を開いて、燃料電池システム・モジュール１００又は入力／出力モジュール１４を含む燃料電池システム１０の内部にアクセスしてもよい。ドア３０が開かれたときにドア３０にかかるトルクから生じ得るドアのたわみを軽減するために、大型の固定型発電機のドア構造は、一般に、高価で複雑な構造部材によって大幅に補強されている。
図１０は、側壁が取り外された状態の燃料電池システム１０の側面図であり、本開示による閉位置にあるドア３０を示している。図１１は、側壁が取り外された状態の燃料電池システム１０の側面図であり、本開示による開位置にあるドア３０を示している。例によっては、内側部分３２と外側部分３４の両方を含むドア３０全体を開いて、燃料電池システム・モジュール１００又は入力／出力モジュール１４を含む燃料電池システム１０の内部にアクセスしてもよい。ドア３０が開かれたときにドア３０にかかるトルクから生じ得るドアのたわみを軽減するために、大型の固定型発電機のドア構造は、一般に、高価で複雑な構造部材によって大幅に補強されている。
【0054】
従来のドア・パネル構成には、取外し可能なキャビネット・ドアを備えるものがある。このような設計では、燃料電池システムを保守する際に、ドア・パネルが取り外され、脇に置かれる。大規模な固定型燃料電池発電機の場合、大きくて重いドア・アセンブリを持ち上げるには、一般にフィールド・サービス要員が２人必要となるので、取外し可能なドアは一般に採用されない。
【0055】
本開示のいくつかの例によれば、図１０～図１１に示すように、ドア３０の内側部分３２及び外側部分３４は、実質的に垂直から実質的に水平に揺動（たとえば「ガルウイング」スタイルで）して、縦に並んで（たとえば、一緒に）開くように構成されてもよい。ドア３０は、上方に移動し、次いで、燃料電池システム１０の上端を少なくとも部分的に覆うように、実質的に水平方向に移動することによって開く。「実質的に垂直」及び「実質的に水平」という用語は、正確な垂直方向及び水平方向からそれぞれ０度～１０度など、０度～３０度のずれを含む。
【0056】
図１０～図１１に示すように、ドア３０は、２つのアーム５０及び２つのアーム５４など、独立した複数の機械式アームを用いて、燃料電池システム１０の少なくとも１つの壁に取り付けられてもよい。たとえば、ドア３０は、燃料電池モジュール・キャビネット２２の壁、燃料処理モジュール１６の壁、電力調節モジュール１８の壁、及び／又は入力／出力モジュール１４（これは、燃料処理モジュール１６及び電力調節モジュール１８を含んでもよい）の壁に取り付けられてもよい。図１０～図１１には、燃料電池システム１０の右側の１つのアーム５０及び１つのアーム５４が示してある。燃料電池システム１０の左側の対応するアーム５０及び５４は、右側のアームによって隠され、したがって、図１０～図１１の側面図では見ることができない。したがって、非限定的な例では、ドア３０の両側に２つのアーム５０及び５４が設けられており、合計４つのアームとなる。
【0057】
第１のアーム５０は、実質的に直線の第１の端部５１、及び湾曲した第２の端部５２を含んでもよい。第２のアーム５４は、湾曲した第１の端部５５、及び実質的に直線の第２の端部５６を含んでもよい。第１のアーム５０及び第２のアーム５４は、他の適切な形状（直線状又は湾曲状）とされてもよいことが理解される。第２のアーム５４は、第１のアーム５０よりも長くてもよく、又はその逆でもよい。第２のアーム５４は、一端に、さらに顕著な湾曲部を含んでもよい。第１の端部５１及び５５の少なくとも一方が、互いに対して固定された距離又は調整可能な距離で、燃料電池システム１０の壁の内部（又は外部）の表面に連結されてもよい。たとえば、第１の端部５１と５５の両方は、燃料電池モジュール・キャビネット２２の壁、燃料処理モジュール１６の壁、電力調節モジュール１８の壁、及び／又は入力／出力モジュール１４（これは、燃料処理モジュール１６及び電力調節モジュール１８を含んでもよい）の壁の内部（又は外部）の表面に連結されてもよい。第２の端部５２及び５６の少なくとも一方が、互いに対して固定された距離又は調整可能な距離でドア３０に連結されてもよい。第１の端部５１は、第１の端部５５よりもドア３０に近い位置に配置されてもよい。第２の端部５２は、ドア３０での第２の端部５６よりも上方に配置されてもよい。
【0058】
ドア３０が開閉する際のドア３０に対する迎え角は、ドア３０及び／又は燃料電池システム１０上での枢支点の位置を変更することによって調整されてもよい。例によっては、ドア３０に対する迎え角は、アーム５０及び５４の形状及び／又は長さを調整することによって調整されてもよい。ドア３０が閉じたときの垂直位置と、ドア３０が開いたときの水平位置との変化は、ドア３０及び／又は燃料電池システム１０での枢支点の位置を変更することによって調整されてもよい。別法として、又は追加として、ドア３０が閉じているときの垂直位置と、ドア３０が開いているときの水平位置との変化は、アーム５０及び５４の形状及び／又は長さを調整することによって調整されてもよい。
【0059】
図１１に示すように、開位置では、アーム５０及び５４、並びにバイアス部材（図示せず）は、燃料電池システム１０の上方に実質的に水平な向きでドア３０を保持するように協働する。アーム５０及び５４によって抑制される閉位置（図１０）と開位置（図１１）との間でのドア３０の動きは、従来の側部蝶番式ドアに勝るいくつかの利点を有する。この蝶番機構は、部品の点数が相対的に少ない。ガルウイング・ドア３０で必要とされるサイト・レイアウト（たとえば、燃料電池システム１０の周囲に必要とされるクリアランス）は、ドア３０が開くときにドア３０によってたどられる経路が、従来の側部蝶番式ドアによってたどられるより長い経路と比較して短いので、同じ寸法の従来の側部蝶番式ドアに必要とされるサイト・レイアウトよりも小さい。ドア３０を閉じるとき、ユーザは、バイアス部材５８の力に抗して、その重力によって補助される。
【0060】
さらに、図１１に示す開位置において、ドア３０の上部は、燃料電池システム１０の上面（たとえば、燃料電池モジュール・キャビネット２２の上面）全体に配置されてもよく、ドア３０の下部は、燃料電池システム１０への開口部に張り出してもよい（たとえば、上面の縁部に張り出してもよい）。この構成では、ドア３０の下部が燃料電池システム１０の上面から張り出しているので、このドア３０には、ユーザ／オペレータを雨及び雪から保護するという利点がある。別法として、又は追加として、ドア３０全体が、開位置での燃料電池システム１０の上面全体に配置されてもよい。
【0061】
［燃料電池システム・モジュールでのホット・ボックスの配置］
燃料電池システム・モジュール１００の内部構成要素は、整備、修理、又は交換するためなど、定期的に取り外すことが必要となる場合がある。従来、ホット・ボックス１３及び／又はバランス・オブ・プラント・サブシステム２７などの構成要素は、フォークリフトを用いて燃料電池システム・モジュール１００から取り外される。従来の燃料電池アセンブリは、フォークリフトを配置し、格納装置から構成要素を取り外すために、すべての側にかなりの空間を必要とする場合があり、ときにはホット・ボックス１３の長さの４倍～５倍の長さを必要とする場合がある。
燃料電池システム・モジュール１００の内部構成要素は、整備、修理、又は交換するためなど、定期的に取り外すことが必要となる場合がある。従来、ホット・ボックス１３及び／又はバランス・オブ・プラント・サブシステム２７などの構成要素は、フォークリフトを用いて燃料電池システム・モジュール１００から取り外される。従来の燃料電池アセンブリは、フォークリフトを配置し、格納装置から構成要素を取り外すために、すべての側にかなりの空間を必要とする場合があり、ときにはホット・ボックス１３の長さの４倍～５倍の長さを必要とする場合がある。
【0062】
図１２は、本開示による、ドア３０が取り外された状態での、現場で交換可能な燃料電池モジュール（ＦＣＭ）を含む燃料電池システム・モジュール１００を示す等角図である。図１２に示すように、燃料電池システム・モジュール１００は、現場で交換可能な燃料電池モジュール（ＦＣＭ）７０を備えてもよい。このＦＣＭ７０は、燃料電池スタック及び熱交換器アセンブリを含み得る円筒形のホット・ボックスなどのホット・ボックス１３、並びに送風機、弁、及び制御板などを含むバランス・オブ・プラント（ＢＯＰ）サブシステムを備えてもよい。ＦＣＭ７０は、取外し可能な支持体７２に取り付けられてもよく、これにより、燃料電池システム・モジュール１００のキャビネットから、このＦＣＭ７０を単一ユニットとして取り外すことができる。図１２には、ＦＣＭ７０の構成の非限定的な例が示してあり、ここでＦＣＭ７０は、円筒形のホット・ボックス１３と、ＢＯＰ構成要素を支持するフレームとを備える。ホット・ボックス１３及びフレームは、たとえば取外し可能な支持体７２など、共通の支持体に取り付けられ、取外し可能な支持体７２は、たとえばフォークリフトのレールでもよい。他の構成を使用してもよい。たとえば、ホット・ボックス１３の形状は、球状、立方体状、角柱状など、円筒形以外の形状でもよい。取外し可能な支持体７２は、レールではなくプラットフォームを含んでもよい。フレームは、互いに異なる構成を有してもよく、その代わりに、ホット・ボックス１３及び／又は取外し可能な支持体７２に取り付けられたＢＯＰ構成要素を以て、完全に省略されてもよい。ＦＣＭ７０は、燃料電池システム・モジュール１００の開口部（たとえば、ドア３０によって閉じられた開口部）よりも寸法が小さい。一例によれば、ＦＣＭ７０は、単一のアセンブリとして、燃料電池システム・モジュール１００のキャビネットに取り付けられてもよく、又はそこから取り外されてもよい。ＦＣＭ７０は、最小数の迅速な接続／切断機構を使用して、燃料電池システム１０のその他の構成要素に連結されてもよい。たとえば、ＦＣＭ７０は、整備時間を短縮するために、迅速な接続／切断機構を使用して、ベース２０に収容された導水管、燃料導管、及びバスバー導管に接続されてもよい。
【0063】
［モジュール換気］
図１３は、本開示の様々な実施形態による燃料電池システム２００の斜視図を示す。燃料電池システム２００は、図５の燃料電池システム１０と類似しており、したがって、これらの間の相違点のみを詳細に説明する。
図１３は、本開示の様々な実施形態による燃料電池システム２００の斜視図を示す。燃料電池システム２００は、図５の燃料電池システム１０と類似しており、したがって、これらの間の相違点のみを詳細に説明する。
【0064】
図１３を参照すると、燃料電池システム２００は、ルーフ・キャップ・アセンブリ２１０を備える。このルーフ・キャップ・アセンブリ２１０は、燃料電池システム２００の排出ポートを覆う。特に、ルーフ・キャップ・アセンブリ２１０は、水及び／又は他のデブリが燃料電池システムに侵入するのを防止するように構成される。ルーフ・キャップ・アセンブリ２１０は、燃料電池モジュール１００からのシステム排出物を、燃料電池システム２００の上面を横切って横方向に導くようにも構成される。各燃料電池モジュール１００によって生成されるシステム排出物は、相対的に高温の反応排出物ＲＥ及び相対的に低温のキャビネット排出物ＣＥを含み得る（図１４及び図１５参照）。反応排出物ＲＥは、燃料電池スタックの燃料排出物が、アノード・テール・ガス酸化装置内の燃料電池スタック空気排出物と反応するときに生じる反応生成物を指すことがあり、キャビネット排出物ＣＥは、ホット・ボックス１３又はスタックに入ることなく、ファン／送風機によって燃料電池モジュール１００のキャビネットを通って送風される換気空気を指すことがある（たとえば、図１の電子モジュール２及び／又は図３の燃料電池キャビネット２６の底部領域を通ってファン８によって送風される空気）。
【0065】
しかし、キャビネット排出物ＣＥ及び反応排出物ＲＥは横方向に向けられるので、開放されたキャビネット・ドア３０とルーフ・キャップ・アセンブリ２１０との間に干渉が存在すると、燃料電池キャビネット２６に相対するキャビネット・ドア３０が整備のために開放された際に、問題が存在する場合がある。さらに、反応排出物ＲＥは、開放されたキャビネット・ドア３０の下面、及びキャビネット・ドア３０の下方に立っている人（技術者）に向けられることがある。反応排出物ＲＥは、キャビネット・ドア３０の内面を変色させ、かつ／又はキャビネット・ドア３０のシーリング・ガスケットを溶解させる潜在的可能性もある。別の潜在的な問題は、燃料電池システム２００の換気システムにおいて過剰な背圧が発生する場合があることであり、このことは、燃料電池モジュール１００の動作に、悪影響又は潜在的に有害な影響を及ぼす場合がある。
【0066】
図１４及び図１５にはそれぞれ、キャビネット・ドア３０が閉じているとき、及び開いているときの、様々な実施形態によるルーフ・キャップ・アセンブリ２１０の横断面図が示してある。図１６及び図１７にはそれぞれ、キャビネット・ドア３０が閉じているとき、及び開いているときの、燃料電池システム２００の垂直断面図が示してある。キャビネット・ドア３０及び関連する構成要素は、図１０及び図１１に示すものと同様である。
【0067】
図１４～図１７を参照すると、ルーフ・キャップ・アセンブリ２１０は、ハウジング２３０、及びこのハウジング２３０上に配置されたカバー・アセンブリ２２０を備える。ハウジング２３０は、キャビネット排出物ＣＥを受けるように構成された第１のチャンバ２３２、及び反応排出物ＲＥを受けるように構成された第２のチャンバ２３４を備える。ハウジング２３０は、第１のチャンバ２３２と第２のチャンバ２３４を分離する、内部バッフル２３６を備えてもいる。ハウジング２３０は、第１のチャンバ２３２の入口２３１に、水及び／又はデブリが侵入するのを防止するように構成された転流装置２４０と、第２のチャンバ２３４の入口２３３に、水及び／又はデブリが侵入するのを防止するように構成された転流装置２４２とを備えてもよい。
【0068】
ハウジング２３０は、デブリがハウジング２３０に侵入するのを防止するように構成されたスクリーン２４３を備えてもよい。移動可能な分流装置２３８（たとえば、ランプ又はドア）が、カバー・アセンブリ２２０とハウジング２３０との間に延在してもよい。ハウジングは、傾斜した上面２３５を備えてもよい。
【0069】
カバー・アセンブリ２２０は、開口部２２３を有するカバー２２２と、カバー２２２に接続されたドア２２４と、ドアをハウジング２３０に接続する移動可能なアーム２２６とを備える。ドア２２４は、ヒンジ２２５によってカバー２２２に接続されてもよい。
【0070】
様々な実施形態によれば、カバー・アセンブリ２２０は、図１４及び図１６に示すように、第１の位置（キャビネット・ドア３０の閉位置）と、図１５及び図１７に示すように、第２の位置（キャビネット・ドア３０の開位置）との間で移動するように構成される。特に、第１の位置にあるとき、カバー２２２は、傾斜上面２３５とカバーの相対する部分とが鋭角を形成するように、傾斜上面２３５から離間している。第２の位置にあるとき、カバー２２２の相対する部分は、傾斜上面２３５と平行に延在してもよく、この傾斜上面２３５に接触してもよい。すなわち、第１の位置から第２の位置まで移動すると、ドア２２４が、ヒンジ２２５上で枢動して、閉位置から開位置まで移動し、カバー２２２の左側がハウジング２３０に向けて移動してもよい。
【0071】
いくつかの実施形態によれば、カバー・アセンブリ２２０は、カバー２２２上に配置されたストッパ２３７を備えてもよい。カバー・アセンブリ２２０が第１の位置に配置されると、ストッパ２３７は、ハウジング２３０上に配置されてもよい。カバー・アセンブリ２２０が第２の位置に配置されると、ストッパ２３７は、ハウジング２３０から離間（すなわち、持ち上げられて）されてもよい。
【0072】
図１４及び図１６に示すように、カバー・アセンブリ２２０が第１の位置にあると、キャビネット・ドア３０が閉じられ、分流装置２３８がハウジング２３０に対して持ち上げられた位置に配置され、カバー・アセンブリ２２０は、反応排出物ＲＥを、ハウジング２３０を横切り、開口部２２３に向けて横方向に導く。さらに、ハウジング２３０は、キャビネット排出物ＣＥを、分流装置２３８に向けて横方向に導く。分流装置２３８は、持ち上がっているので、キャビネット排出物を開口部２２３に向けて上方に導く。したがって、キャビネット排出物ＣＥと反応排出物ＲＥの両方は、混合され、閉じたキャビネット・ドア３０に垂直な線Ｎに対して約３０度～約９０度の角度Ｘで、開口部２２３を通り、ルーフ・キャップ・アセンブリ２１０の側部から外へ導かれる。
【0073】
図１５及び図１７に示すように、キャビネット・ドア３０が開いていると、キャビネット・ドア３０が開いたときに、キャビネット・ドア３０がカバー２２２の上方に位置できるように、カバー２２２は、ハウジング２３０に向かって下方に移動でき、分流装置２３８は、実質的に水平な位置に下げられる。ドア２２４は、このドア２２４の第１の部分２２４Ａがアーム２２６によって持ち上げられて開くとき、ヒンジ２２５上で枢動する。その一方で、ドアの第２部分２２４Ｂ（たとえば、セパレータ）が、バッフル２３６に向けて下降し、第２チャンバ２３４内の反応排出物ＲＥが、開口部２２３に入るのを防止する。
【0074】
したがって、キャビネット排出物ＣＥは、開口部２２３を通って導かれ、反応排出物ＲＥは、ドア２２４によって覆われていない開口部２２７を通って、異なる方向にハウジングの外へ導かれる。すなわち、反応排出物ＲＥは、開いたキャビネット・ドア３０によって露出された、キャビネット２６内の開口部から離れる方へ導かれる。このように、反応排出物ＲＥは、キャビネット・ドア３０及び／又は開いたキャビネット・ドア３０に隣接して位置する人（たとえば、技術者）から離れる方へ導かれ、キャビネット排出物ＣＥは、開いたキャビネット・ドア３０の下方に導かれる。すなわち、キャビネット・ドア３０が閉じているとき、ルーフ・キャップ・アセンブリ２１０は、図１４に示すように第１の位置に配置され、キャビネット排出物ＣＥと反応排出物ＲＥは、混合され、ドアに垂直な線に対して約３０度～約９０度の間の角度Ｘで、キャビネット・ドア３０に向けて導くことができる。キャビネット・ドア３０が開いていると、ルーフ・キャップ・アセンブリ２１０は、反応排出物ＲＥが、閉じたキャビネット・ドア３０に垂直な線Ｎに対して約９０度よりも大きい角度Ｙで導かれ、キャビネット排出物ＣＥが、閉じたキャビネット・ドア３０に垂直な線Ｎに対して約３０度よりも小さい角度Ｚで導かれるように、第２の位置に配置されることができる。
【0075】
いくつかの実施形態によれば、ハウジングは、アーム２２６を駆動し、それによってドア２２４を開閉し、カバー２２２を移動させるためのアクチュエータ２４４を備えてもよい。アクチュエータ２４４は、電気モータ、又はスプリング・アセンブリでもよい。アクチュエータ２４４は、キャビネット・ドア３０が開かれると自動的に作動するように構成されてもよい。たとえば、キャビネット・ドア３０が開かれると、カバー・アセンブリ２２０は、自動的に第２の位置を取ってもよく、キャビネット・ドア３０が閉じられると、カバー・アセンブリ２２０は、自動的に第１の位置を取ってもよい。別の選択肢では、ルーフ・キャップ・アセンブリ２１０は、手動で操作されてもよい。他の実施形態では、電気アクチュエータを使用して掛け金を解放して、キャビネット・ドア３０が開いているときにカバー・アセンブリ２２０が傾斜するようにしてもよい。さらに、このような構成は、電子キーなど、遠隔制御又は持ち運ぶ装置からの符号化信号とともに使用して、追加のセキュリティを実現することもできる。
【0076】
図１８は、本開示の様々な実施形態による、換気モジュール３００を含む燃料電池システム・モジュール１００の３次元ビューを示す。図１９は、換気モジュール３００の３次元ビューを示す。燃料電池システム・モジュール１００は、図３及び図４に示す燃料電池システム・モジュール１００と同様であり、したがって、それらの間の相違点のみを詳細に考察する。
【0077】
図１８及び図１９を参照すると、燃料電池システム・モジュール１００の燃料電池モジュール・キャビネット２２に、換気モジュール３００が取り付けられている。燃料電池システム・モジュール１００が屋外（すなわち、閉鎖された室内ではないところ）に配置される場合には、換気モジュール３００は、屋外で使用するように構成されてもよい。換気モジュール３００は、キャビネット・ドア３０と反対側の、燃料電池モジュール１００の後ろに取り付けられてもよい。換気モジュール３００は、ハウジング３２０を備え、その上にカバー換気口３１０を配置してもよい。特に、ハウジング３２０は、燃料電池モジュール・キャビネット２２の対応する取付け箇所（図示せず）と結合するように構成された、第１のブラケット３２２及び第２のブラケット３２４を備えてもよい。本明細書では、ハウジング３２０は換気口ハウジングと呼ばれることもある。燃料電池モジュール・キャビネット２２は、換気モジュール３００を挿入するように空間を設けるステップを後ろに備えてもよい。
【0078】
ハウジング３２０は、燃料電池キャビネット２６の対応する開口部から排出された燃料電池排出物を受けるように構成された入口３２６、燃料電池キャビネット２６の対応する開口部から排出されたキャビネット排出物を受けるように構成された入口３２８、及び上部開口部３２５を備える。以下に述べるように、ハウジング３２０は、ファン・アセンブリ・ガイド３３２、流れガイド３３４、及びバッフル３３６を備えもする。
【0079】
ファン・アセンブリ３４０は、ハウジング３２０に配置される。ファン・アセンブリ３４０は、ファン・ハウジング３４２、ファン・ハウジング３４２に配置されたファン３４４、及びファン・ハウジング３４４に取り付けられたハンドル３４６を備える。ファン３４４は、入口３２８を介してキャビネット排出物をハウジング３２０の中に誘引するように、反対方向のインペラとして動作するように構成される。ファン・アセンブリ３４０は、ファン・アセンブリ・ガイド３３２上に摺動可能に取り付けられるように構成される。ファン・アセンブリ・ガイドは、ハウジング３２０に対して適切な位置にファン・アセンブリ３４０を誘導するように構成されたガイド・レールを備えてもよい。特に、レール間の距離が短くなり、それによってファン・アセンブリ３４０を固定することができる位置で、ファン・アセンブリ３４０がハウジング３２０に適切に配置されるまで、ファン・ハウジング３４２はレールに沿って摺動してもよい。
【0080】
したがって、燃料電池システム・モジュール１００からハウジング３２０を取り外すことなく、ファン３４４を交換することができる。特に、技術者は、ハンドル３４６を握って、ハウジング３２０からファン・アセンブリを引き出してもよい。これにより、特定の空気流要求条件に従って、現場でファン３４４を交換することが可能になるとともに、他のタイプのファンをファン・アセンブリ３４０の中に挿入することも可能になる。
【0081】
キャビネット排出物は、入口３２８を通って、ファン・アセンブリ３４０に入る。次いで、キャビネット排出物は、流れガイド３３４の下に配置された、ファン・ハウジング３４２の開口部３３０を通ってファン・アセンブリ３４０から排出される。ファン・ハウジング３４２は、ファン・ハウジング３４２が、流れガイド３３４に向けてキャビネット排出物を誘導するように、流れガイド３３４と位置合せされるバッフル構造体を備えてもよい。流れガイド３３４は、ガイド・レール３３２から入口３２６まで延在する第１のバッフル３３４Ａ、及び入口３２６の下方縁部に沿って延在する第２のバッフル３３４Ｂを備えてもよい。流れガイド３３４は、キャビネット排出物をバッフル３３６の方へ送るように構成される。バッフル３３６は、キャビネット排出物をハウジング３２０の上部の方にそらせ、かつ／又は流れるキャビネット排出物の中に乱流を形成し得る。流れガイド３３４は、入口３２６に入る反応排出物をハウジング３２０の上部の方へ送るように構成されもする。その結果、キャビネット排出物と反応排出物は、上部開口部３２５を通ってハウジング３２０から出る前に、ハウジング３２０内で混合されてもよい。
【0082】
ハウジング３２０は、側部換気口３３８を備えてもよい。バッフル３３６を流れるキャビネット排出物は、側部換気口を通ってハウジング３２０に入る周囲空気と混合してもよい。ハウジングは、バッフル３３６の下に配置された下部開口部３３７及び側部開口部３３８を備えてもよい。周囲空気は、下部開口部３３７及び側部開口部３３８を通ってハウジング３２０に入ってもよい。たとえば、キャビネット排出物がバッフル３３６を通過するとき、周囲空気は、ハウジング３２０の下方領域に取り込まれ、次いで、下部開口部３３７又は側部開口部３３８を通ってバッフル３３６の下の領域に取り込まれてもよい。したがって、換気モジュール３００は屋外に配置され、排出物を上方に排出できるので、キャビネット排出物と反応排出物の混合物が上部開口部３２５を通ってハウジング３２０から出る前に、周囲空気はハウジング３２０に入り、その混合物と混ざってもよい。
【0083】
図２０には、本開示の様々な実施形態による、屋内運転向けに構成された燃料電池システム４００の斜視図が示してある。図２１は、燃料電池システム４００の上面図である。図２２は、燃料電池システム４００の側面図である。燃料電池システム４００は、図１３の燃料電池システム２００と類似しており、したがって、これらの違いのみを詳細に説明する。
【0084】
図２０～図２２を参照すると、燃料電池システム４００が部屋ＲＭに配置されているが、ここでは説明のために天井を省いている。燃料電池システム４００は、燃料電池システム・モジュール１００、燃料電池システム・モジュール１００によって排出された排出物を受け、部屋の壁、床、又は天井に配置された外部換気口４０２にこの排出物を送るように構成された換気アセンブリ４１０を備える。換気アセンブリ４１０は、コネクタ４０４によって燃料電池システム・モジュール１００に接続されてもよく、又は燃料電池システム・モジュールに直接接続されてもよい。実施形態によっては、換気アセンブリ４１０は、前述の通り、換気アセンブリ４１０がキャビネット排出物と反応排出物の混合物を受けることができるように、前述の通り燃料電池システム・モジュール１００に接続されてもよい。すなわち、燃料システム・モジュール１００は、対応するシステムが屋内又は屋外に配置されているかに応じて、換気アセンブリ３００又は４１０に接続されてもよい。
【0085】
排出物は室内上方に排出されないので、換気アセンブリ４１０の上面は、燃料電池モジュール１００の上面とともに実質的に平面でもよい。したがって、燃料電池システム４００が占める縦空間を削減することができ、その結果、燃料電池システム４００を天井の下方に配置することができるようになる。図２２に示すように、換気アセンブリ４１０は、換気アセンブリ４１０を介して排出物を吸い込み、外部換気口４０２を介して排出物を部屋から吸い出すように構成された１以上のファン４０６（たとえば、吸引ファン）を備えてもよい。さらに、燃料電池システム４００は、換気アセンブリ４１０を支持するように支持構造体４０８を備えてもよい。
【0086】
図２３は、換気アセンブリ４１０の上部断面図である。図２４は、換気アセンブリ４１０の垂直断面斜視図である。図２３及び図２４を参照すると、換気アセンブリ４１０は、上部ダクト４１８、下部ダクト４２０、及び上部ダクト４１８と下部ダクト４２０との間に配置された内部ダクト４１２を備えている。内部ダクト４１２は、燃料電池モジュール１００の排出物（たとえば、燃料電池キャビネット排出物と反応排出物の混合物）が内部ダクト４１２に入るときに通過する排出入口４１６を備える。上部ダクト４１８及び下部ダクト４２０は、外部（たとえば、部屋）の空気が、上部ダクト４１８及び下部ダクト４２０の中に取り込まれる場合に通過する空気入口４２２を備える。換気アセンブリ４１０の第１の端部４２６は密閉され、第２の端部４２８は開放されている。第２の端部４２８は、ファン４０６及び／又は外部換気口４０２に接続されてもよい。
【0087】
図２３に示すように、換気アセンブリ４１０は場合によっては、内部ダクト４１２に配置されたデフレクタ４２４を備えてもよい。説明のために、図２３から空気入口４２２を省いている。デフレクタ４２４は、入ってくる排出物を換気アセンブリ４１０の第２の端部４２８に向けてそらすように構成されてもよい。デフレクタ４２４は台形で示してあるが、デフレクタ４２４が第２の端部４２８の方に排出物を誘導するように動作する限り、本開示は特定の形状に限定されない。特に、デフレクタは、弓形や平板形状などでもよい。
【0088】
ファン４０６は、外部換気口４０２に向けて、内部ダクト４１２を介して排出物４２４を誘引する。さらに、ファン４０６は、換気口４０２の方に、入口４２２を介して、周囲空気を上部ダクト４１８及び下部ダクト４２０の中に吸い込む。したがって、上部ダクト４１８及び下部ダクト４２０は、内部ダクト４１２を冷却するように動作する。さらに、内部ダクト４１２から漏れたガスは、上部ダクト４１８及び下部ダクト４２０の外部空気によって換気口４０２の方へ運ばれる。したがって、燃料電池システム４００は、屋内で安全に動作することができる。
【0089】
上部ダクト４１８及び下部ダクト４２０が別々のダクトとして示してあるが、上部ダクト４１８及び下部ダクト４２０は、内部ダクト４１２を囲繞する単一ダクトの各部分でもよい。特に、上部ダクト４１８と下部ダクト４２０は、内部ダクト４１２の側面上に延在し、互いに接続してもよい。
【0090】
図２５には、本開示の様々な実施形態による、屋内使用向けの燃料電池システム５００の、部分的に分解された３次元ビューが示してある。図２５を参照すると、燃料電池システム５００は、燃料電池システム・モジュール１００、及び燃料電池システム・モジュール１００によって排出された反応排出物とキャビネット排出物を別々に受けるように構成された換気アセンブリ５１０を備えている。従来の実施形態のように、燃料システム・モジュール１００は、対応するシステムが屋内又は屋外に配置されているかに応じて、モジュールに変更を加えることなく、換気アセンブリ４１０又は５１０に接続されてもよい。キャビネット排出物を使用して、反応排出物が部屋の中に漏れるのを防止又は低減してもよい。図２５には、燃料電池システム・モジュール１００と、換気アセンブリ５１０の対応する要素の１列のみが示してある。しかし、本開示はそれに限定されない。特に、燃料電池システム５００は、燃料電池システム・モジュール１００の、図に示してある列と平行に配置された燃料電池システム・モジュール１００の第２の列を備えてもよく（たとえば、図２０を参照）、換気アセンブリ５１０が燃料電池システム・モジュール１００の両方の列を備えるように、換気アセンブリ５１０の構造が二重又は鏡写しにされてもよい。
【0091】
換気アセンブリ５１０は、外側ハウジング５２０及び内側ハウジング５３０を備える。外側ハウジングは、燃料電池システム・モジュール１００のキャビネット出口５０４からキャビネット排出物を受けるように構成される。内側ハウジング５３０は、燃料電池システム・モジュール１００のシステム出口５０２から反応排出物を受けるように構成される。特に、内側ハウジング５３０は、排出マニホルド５３２及び排出導管５３４を備える。排出マニホルド５３２は、単一の又は隣接するシステム出口５０２から反応排出物を受ける。
【0092】
排出導管５３４は、排出マニホルド５３２から反応排出物を受けるように構成された入口５３６を備える。説明のために、入口５３６を卵形で示してある。しかし、入口５３６は任意の適切な形状でもよい。
【0093】
換気アセンブリ５１０はさらに、換気モジュール５４０を備えてもよい。換気モジュール５４０は、ファン・ハウジング５４６内に配置された第１のファン５４２及び第２のファン５４４を備えてもよい。ファン５４２、５４４は、換気アセンブリ５１０の中に空気を吸い込むように構成されてもよい。換気アセンブリ５１０が、２列の燃料電池システム・モジュール１００とともに動作するように構成される場合、第２のファン５４４Ａを追加して備えてもよい。しかし、換気アセンブリ５１０は、ファンの数を増減して備えてもよいので、特定の数のファンに限定されない。ファン・ハウジング５４６は、中空の本体でもよく、又はファンが配置される貫通孔を除いて、実質的に中空でなくてもよい。
【0094】
第１のファン５４２は、外側ハウジング５２０と連通する、ファン・ハウジング５４６の開口部に配置される。第１のファン５４２は、外側ハウジング５２０に吸引を適用するように構成される。したがって、第１のファン５４２は、外側ハウジング５２０からキャビネット排出物を排出するように動作してもよい。たとえば、第１のファン５４２は、燃料電池システム５００の周囲環境にキャビネット排出物を排出してもよい。実施形態によっては、第１のファン５４２は、各開口部５０４に配置されてもよい。
【0095】
第２のファン５４４は、内側ハウジング５３０、特に、導管５３４の開口端と連通する、ファン・ハウジング５４６の開口部に配置される。第２のファン５４４は、内側ハウジング５３０に吸引を適用するように構成される。したがって、第２のファン５４４は、内側ハウジング５３０から反応排出物を排出するように動作してもよい。たとえば、第１のファン５４２は、外部換気口４０２にキャビネット排出物を排出してもよく、ファン５４４は、外部換気口４０２又は異なる外部換気口に反応排出物ＲＥを排出してもよい。しかし、実施形態によっては、以下に述べるように、反応排出物は付加的に処理されてもよい。
【0096】
外側ハウジング５２０及び内側ハウジング５３０は、異なる圧力に維持することができる。実施形態によっては、外側ハウジング５２０は、内側ハウジング５３０よりも高圧に維持されてもよい。すなわち、換気アセンブリ５１０は、第１のファン５４２及び第２のファン５４４の動作を制御することによって、キャビネット出口５０４よりもシステム出口５０２への吸引の方が強くなるように構成することができる。したがって、周りを囲む外側ハウジング５２０での相対的に圧力が高いキャビネット排出物によって、相対的に圧力が低い反応排出物が内側ハウジング５３０から部屋の中に漏れるのを防止する。
【0097】
さらに、換気アセンブリ５１０の構成によって、キャビネット排出物及び反応排出物を燃料電池システム５００から別々に排出することが可能になる。したがって、実施形態によっては、排出された反応排出物は、ファン・ハウジング５４６に取り付けられた分流導管５４８を介して、熱交換器５５０の方へ送られてもよい。したがって、反応排出物の熱及び／又は水が回収されてもよい。
【0098】
他の実施形態によると、導管５３４は、図２４に示す換気アセンブリ４１０の構造と類似する二重壁構造でもよい。他の実施形態では、換気モジュール５４０の代わりに、図１９の換気モジュール３００を代用してもよく、又は単一の換気モジュール５４０の代わりに、複数の換気モジュール３００を代用してもよい。さらに、換気アセンブリ５１０はまた、排出導管５３４に配置され、内側ハウジング５３０のそれぞれの圧力を決定するように構成された圧力センサ５５０、及び外側ハウジング５２０に配置され、その圧力を決定するように構成された圧力センサ５５２を備えてもよい。内側ハウジング５３０内の圧力が外側ハウジング５２０内の圧力に近づく場合、１以上の上記のファンの速度を制御することによって、外側ハウジング５２０内の圧力を上げてもよく、かつ／又は内側ハウジング５３０の圧力を下げてもよい。
【0099】
したがって、上記の屋内換気アセンブリ４１０、５１０は、外側導管をそれぞれ流れる周囲空気又はキャビネット排出物を使用して、外側導管の内側の内側導管を流れる反応排出物が部屋の中に漏れるのを防止する。
【0100】
通常の設置では、燃料電池モジュール１００は、地面に縦列及び横列に配置される。これは一般に、天然ガス、水、電力、及びデータ用の地上設備路の上又は中にあることを必要とする。これによって、相当な設置費用が発生し、また、所与のレベルに合う、モジュールの最大密度に電力密度が制限される。従来の燃料電池モジュール１００は、典型的には、単一のレベルに提供され、それによって積み重ねる必要がなくなるが、同時にパッキングすることによる高電力密度の恩恵も失うことになる。
【0101】
一実施形態では、燃料電池モジュール１００などの電力モジュールは、向かい合せ及び背中合せの方向に配置されて、共通入口プレナム空間及び共通排出プレナム空間を形成する。一実施形態では、入口は正面から設けられ、排出出口は背面から設けられる。燃料電池モジュール１００がこのようにして積み重ねられるとき、ダクトの取付け又は煙突機材を追加することなく、共通プレナムが形成され、それにより、費用が著しく低下し、積み重ねて設置する方法の実用性が著しく向上します。
【0102】
図２６には、共有排出プレナム２６０２を有する燃料電池モジュール（たとえば、電力モジュール）を備える、積み重ねられた燃料電池システム１０を有する一実施形態が示してある。図３及び図４について先に述べたように、燃料電池モジュール１００は、内部に配置された空冷電子モジュール２を有する電気キャビネット２４を有する燃料電池モジュール・キャビネット２２を備えてもよい。燃料電池モジュール・キャビネット２２の中の、電気キャビネット２４の下方に、ホット・ボックス１３を備える燃料電池キャビネット２６が配置される。図に示すように、この実施形態は、積み重ねられた燃料電池システム１０の２つの列２６０１を備える。この実施形態では、燃料電池モジュール１００は、これには限定されないが、ドア３０の空気入口４２などの冷気入口が、外側にあるように構成され、また、これには限定されないが、ルーフ・キャップ・アセンブリ２１０の上部開口部２２７、換気モジュール３００の開口部３２５、並びに／又は換気モジュール５４２の第１のファン５４２及び第２のファン５４４などの高温排出出口２６０３は、「高温通路」、たとえば、燃料電池システム１０の各列２６０１の間に配置された共有排出プレナム２６０２に、流入するように構成される。燃料電池システム１０の３つ以上の列２６０１を設ける場合、代替の高温通路２６０２、及び「低温通路」、たとえば、入口プレナム２６０４が形成されるように列２６０１を構成することができる。一実施形態では、燃料電池システム１０は、１以上の燃料電池モジュール１００、１以上の燃料処理モジュール１６、１以上の電力調節モジュール１８、及び／又は１以上の入力／出力モジュール１４を単一のコンテナ２６０６に設けてもよい。輸送コンテナ、ラック、パレットなど、任意の適切なコンテナ２６０６が使用されてもよい。次いで、燃料電池システム１０をそれぞれが備えるコンテナ２６０６は、別のコンテナ２６０６に垂直に積み重ねられてもよい。２つ～６つのコンテナ２６０６など、２つ以上のコンテナ２６０６の垂直スタック２６０７が設けられてもよい。一実施形態では、コンテナ２６０６の垂直スタック２６０７は、高温通路２６０２が各列の間に形成されるように、複数の列に配置されてもよい。コンテナ２６０６のスタック２６０７の３つ以上の列が設けられる場合、代替の高温通路２６０２及び低温通路２６０４が形成されるように、積み重ねられた列２６０１を構成することができる。
【0103】
［一般の代替実施形態］
代替実施形態は、燃料電池モジュール１００の代わりに、Ｃｏ－Ｇｅｎユニット（たとえば、エンジン、タービン、バッテリ・キャビネット）を使用すること、又はエンジン、タービン、バッテリ・キャビネット、及び／又は燃料電池モジュール１００の組合せを使用することを含む。別の代替実施形態は、流れを変えるか、又は再循環を遮断するように、フィン（図示せず）を追加することを含む。図２７Ａには、特に、コンテナ２６０６がパレット又は開放型ラックを備える場合、さらに支持するように、コンテナ２６０６のベース２０の端部にＸ字筋違い、又は支持壁２７００が設けられる一実施形態が示してある。或いは、システムが圧縮天然ガスを含む場合、さらに支持するように、エクソスケルトンが設けられてもよい。別の実施形態では、コンテナ２６０６は、輸送コンテナの角部に、かつ／又は輸送コンテナ２６０６の縁部に沿って設けられたロック機構を備える輸送コンテナでもよい。図２７Ｂ～図２７Ｄに示すさらに他の実施形態では、燃料電池モジュール１００、又はモジュールを収納するコンテナ２６０６は、パッキング密度を高めるように、矩形状、正方形状、三角形状、又は角柱状に配置されてもよい。図２７Ｂには、非発熱（たとえば、入力／出力、及び／又は電力調節の）モジュールが、他の場合には何にも使用されることのない区域、すなわちこの構成においては空き空間２７０２に配置される一実施形態が示してある。図２７Ｃには、コンテナ２６０６が三角形の構成で配置された一実施形態が示してある。コンテナ２６０６の外側に空気入口が配置され、三角形に配置することによって形成された内側筐体２７０４に排出物が配置されてもよい。或いは、コンテナ２６０６の外側に排出出口が配置され、三角形に配置することによって形成された内側筐体２７０４に空気入口が配置されてもよい。図２７Ｄには、３つよりも多い燃料電池モジュール１００、又は燃料電池モジュール１００のコンテナ２６０６を含む、実現可能な構成が示してある。燃料電池モジュール１００又はコンテナ２６０６が互いに固定されるとき、様々な積み重ねられた構成の形状によって、構造的な剛性を共有することが可能になる。
代替実施形態は、燃料電池モジュール１００の代わりに、Ｃｏ－Ｇｅｎユニット（たとえば、エンジン、タービン、バッテリ・キャビネット）を使用すること、又はエンジン、タービン、バッテリ・キャビネット、及び／又は燃料電池モジュール１００の組合せを使用することを含む。別の代替実施形態は、流れを変えるか、又は再循環を遮断するように、フィン（図示せず）を追加することを含む。図２７Ａには、特に、コンテナ２６０６がパレット又は開放型ラックを備える場合、さらに支持するように、コンテナ２６０６のベース２０の端部にＸ字筋違い、又は支持壁２７００が設けられる一実施形態が示してある。或いは、システムが圧縮天然ガスを含む場合、さらに支持するように、エクソスケルトンが設けられてもよい。別の実施形態では、コンテナ２６０６は、輸送コンテナの角部に、かつ／又は輸送コンテナ２６０６の縁部に沿って設けられたロック機構を備える輸送コンテナでもよい。図２７Ｂ～図２７Ｄに示すさらに他の実施形態では、燃料電池モジュール１００、又はモジュールを収納するコンテナ２６０６は、パッキング密度を高めるように、矩形状、正方形状、三角形状、又は角柱状に配置されてもよい。図２７Ｂには、非発熱（たとえば、入力／出力、及び／又は電力調節の）モジュールが、他の場合には何にも使用されることのない区域、すなわちこの構成においては空き空間２７０２に配置される一実施形態が示してある。図２７Ｃには、コンテナ２６０６が三角形の構成で配置された一実施形態が示してある。コンテナ２６０６の外側に空気入口が配置され、三角形に配置することによって形成された内側筐体２７０４に排出物が配置されてもよい。或いは、コンテナ２６０６の外側に排出出口が配置され、三角形に配置することによって形成された内側筐体２７０４に空気入口が配置されてもよい。図２７Ｄには、３つよりも多い燃料電池モジュール１００、又は燃料電池モジュール１００のコンテナ２６０６を含む、実現可能な構成が示してある。燃料電池モジュール１００又はコンテナ２６０６が互いに固定されるとき、様々な積み重ねられた構成の形状によって、構造的な剛性を共有することが可能になる。
【0104】
一実施形態は、燃料電池システム１０を輸送するとき、振動及びショックを吸収するように、コンテナ２６０６のベースに配置され得る輸送ショック・ダンパ２８００を備える。図２８Ａ～図２８Ｃには、輸送ショック・ダンパ２８００の一実施形態が示してある。この実施形態では、輸送ショック・ダンパ２８００は、上部取付けプレート２８０４Ａ、下部取付けプレート又は下部耐摩耗プレート２８０４Ｂ、及び複数のコイル２８０２を備える。上部取付けプレート２８０４Ａの貫通孔を通るボルト又はクランプを介して、コンテナ２６０６に輸送ショック・ダンパ２８００を取り付けることができる。上部取付けプレート２８０４Ａの貫通孔２８０５を通るボルト又はクランプを介して、輸送ショック・ダンパ２８００に、燃料電池モジュール１００などのモジュールを取り付けることができる。コイル２８０２は、伸縮し、ショック及び振動を吸収し、それにより、取り付けたモジュールを安定化することができる。図２８Ｃに示す一実施形態では、輸送ショック・ダンパ２８００の下部取付けプレート２８０４Ｂの第１の幅がｗである。図２８Ａ及び図２８Ｃに示すように、上部取付けプレート２８０４Ａの相対的に長い第２の幅がＷである。しかし、上部取付けプレート２８０４Ａの幅は相対的に短くてもよい。一実施形態では、輸送ショック・ダンパ２８００の長さはＬであり、コンテナ２６０６の長さと同じでもよく、又はそれよりも短くてもよい。輸送ショック・ダンパ２８００の全高Ｈは、上部取付けプレート２８０４Ａと、下部取付けプレート又は下部耐摩耗プレート２８０４Ｂと、複数のコイル２８０２の厚さの合計である。上部取付けプレート２８０４Ａ及び下部取付けプレート２８０４Ｂの孔２８０５は、任意の適切な距離だけ離して配置されてもよい。
【0105】
別の実施形態では、現場で所定の位置に配置されるとき、システム１０の耐用年数にわたって弛んだりしないように、輸送ショック・ダンパ２８００をロックするように構成されたロック機構が提示される。場合によっては、輸送中に、輸送ショック・ダンパ２８００がロックされてもよい。別の実施形態では、振動絶縁システム内にアンチロール（スウェイバー）制御が与えられる。スウェイバーは、輸送中、ロール制御を与えるように、動的状況の間は自由に移動することができ、次いで、静的な設置ではロック可能であってもよい。一実施形態では、アンチロール制御は、地震振動を軽減するのに役立つように、設置後にアクティブになる。
【0106】
図２９Ａ～図２９Ｃには、積重ね可能なコンテナ２６０６の追加の実施形態が示してある。図２９Ａ及び図２９Ｂに示すように、積重ね可能なコンテナ２６０６は、互いに向けて、又は離れるように摺動するように構成することができる。たとえば、積重ね可能なコンテナ２６０６は、車輪又はローラを備えてもよく、摺動可能に軌道に取り付けられてもよい。各コンテナ２６０６は、図２９Ａに示すように、互いに向けて摺動し、輸送中にともにロックされてもよく、次いで、図２９Ｂに示すように、発電サイトでは、各コンテナ間にプレナム２６０２及び／又は２６０４が設けられるように、ロック解除され、摺動して離れる。互いに向けて、また離れて物体を摺動することが可能になる他の適切な機構もまた、使用されてもよい。一実施形態では、図２９Ａに示すように、標準的な輸送コンテナのロック機構を角部及び縁部に使用して、電力モジュールを所定の位置に保持するように、錠２９０６が設けられる。一実施形態では、コンテナ２６０６はまた、輸送用の船又はトラックにコンテナ２６０６をロックするように、錠又は留め具を備えてもよい。
【0107】
図２９Ｃには、排出ルーバー２９０２及び／又は入口ルーバー２９０４が、コンテナ２６０６に設けられている一実施形態が示してある。この実施形態では、外気の入口流、及び排出ガスの出口流が提供され、調節され、かつ／又は送られてもよい。たとえば、入口ルーバー２９０４を部分的に閉じることによって、外気の流入を低減することができる。別の例では、排出ガスの方向（たとえば、地面に向かって下方向、空に向かって上方向、又は任意の中間方向）は、その方向に応じてルーバーを回転することによって調節されてもよい。
【0108】
図３０には、複数の実施形態による、積重ね可能な電力モジュール、たとえば、燃料電池モジュール１００が示してある。これらの実施形態では、電力モジュールは、支持構造体、たとえば、パレット又はラックタイプのコンテナ２６０６の上、又はその中に配置された電力モジュールの列２６０１の端部に配置されたＸ字筋違い、又は支持壁２７００、を備える。図３０に示す実施形態などの一実施形態では、パレットは一組の棚２９１０の中に摺動してもよく、ここで棚は積み重ねられた構造を形成し、コンクリート又は鋼から形成され、それにより排出及び入口用の高温及び低温のプレナムを形成する。
【0109】
図３１には、一実施形態のコンテナ２６０６として使用することができる、ｗｗｗ．ａｃｅｃｏｎｔａｉｎｅｒｐａｒｔｓ．ｃｏｍによる、従来技術の輸送コンテナが示してある。輸送コンテナは、床４．２．１６、側壁４．２．２、後部ドア・アセンブリ４．３、及び屋根パネル４．２．１０を備える。輸送コンテナは、側壁４．２．２のうちの１つに、換気装置４．２．９及びマーキング・パネル４．２．５を備えもする。床４．２．１６、側壁４．２．２、後部ドア・アセンブリ４．３、及び屋根パネル４．２．１０は、前端フレーム４．１．８、後端フレーム４．１．５、上側レール４．１．９、及び下側レール４．１．１０とともに所定の位置に保持される。床４．２．１６は、横材４．１．１１によって支持される。輸送コンテナはまた、敷居プレート４．２．１８、及び床４．２．１６の中央を長手方向に延在する接合ストリップ４．２．１７を備える。コンテナを持ち上げるのに役立つように、フォークリフト・ポケット４．２．１３が設けられる。
【0110】
図３２は、一実施形態による、先に述べた、燃料電池モジュール１００又はコジェネレーション（「Ｃｏ－Ｇｅｎ」）モジュールなど、積重ね可能な電力モジュールを備える、積重ね可能な電力システム３２００の斜視図である。積重ね可能な電力システム３２００は、燃料電池モジュール１００に加えて、１以上の入力／出力モジュール１４、燃料処理モジュール１６、及び／又は電力調節モジュール１８を備えてもよい。一実施形態では、入力／出力モジュール１４、燃料処理モジュール１６、及び／又は電力調節モジュール１８の各ドア３０は、図８に示す燃料電池モジュール１００の空気入口４２及び／又はフィルタ４０を備えていなくてもよい。さらに、動作するホット・ボックス１３が内部に配置されない燃料電池モジュール１００は、固体の遮断材料でふさがれる空気入口４２を備えてもよい。一実施形態では、積重ね可能な電力システム３２００は、２つ以上のベース２０を有する、ラックタイプのコンテナ２６０６を備える。複数のベース２０は、互いに距離をあけて配置されてもよく、支柱３２０２によって支持されてもよい。一実施形態では、ベース２０は、支柱３２０２を受けるように構成されたキャビティを備える。一代替実施形態では、ベース２０は底部に突出部分を備え、支柱３２０２は、この突出部分を受けるように構成されたキャビティを備える。一実施形態では、積重ね可能な電力システム３２００の各モジュールを、さらに安定させるように後部支持体３２０４が設けられる。電力システム（たとえば、各燃料電池システム１０）のモジュール１４、１６、１８、１００は、それぞれ垂直方向に別々に、ラックタイプのコンテナ２６０６のベース２０に配置される。図に示すように、積重ね可能な電力システム３２００は、２列のモジュールの単一垂直スタックである。しかし、３つ、４つ、５つ、又はそれ以上の列のモジュールなど、任意の数のモジュール、又はモジュールのコンテナ２６０６が、必要に応じて積み重ねられてもよい。一実施形態では、各コンテナ２６０６が、輸送後に取り外される取外し可能な側部パネルを有する、モジュールの積み重ねられたコンテナ２６０６によって、積重ね可能な電力システム３２００が形成される。一実施形態では、モジュールとそれぞれの底部ベース２０との間に、ショック・ダンパ２８００が配置されてもよい。
【0111】
図３３は、別の実施形態による積重ね可能な電力システム３３００の斜視図である。この実施形態では、積重ね可能な電力システム３３００は、ベース２０及び支柱３２０２をそれぞれ有するラックタイプのコンテナ２６０６に配置された燃料電池システム１０など、電力モジュールの複数の垂直スタック２６０７を備える。この実施形態では、各ベース２０は、積重ね可能な電力モジュールの２つの列２６０１を支持するように構成される。好ましくは、電力モジュールは、同じベース２０に配置された隣接する電力モジュールの間に、空気入口プレナム２６０４が形成されるように構成される。一実施形態では、コンテナ２６０６の複数の列が設けられる。好ましくは、コンテナ２６０６の間に空間が設けられ、それにより、共有排出プレナム２６０２が列の間に形成される。一実施形態では、さらに支持するように支持ビーム３３０４が設けられてもよい。支持ビーム３３０４は、積み重ねられた電力モジュールを支持するように、ベース２０の主表面に垂直に配向して設けられてもよい。支持ビーム３３０４は、積み重ねられた電力モジュールを支持するように、ベース２０の表面と平行に配向して設けられてもよい。
【0112】
図３４は、別の実施形態による積重ね可能な電力システム３４００の斜視図である。この実施形態では、各ベース２０は、燃料電池システム１０などの電力モジュールの複数の列を支持するように構成される。一実施形態では、各ベース２０は、第１の方向に向けられた複数の燃料電池システム１０Ａ、及び第１の方向と異なる第２の方向に向けられた複数の燃料電池システム１０Ｂを支持するのに十分に大きい。一実施形態では、第２の方向は第１の方向と直交している。しかし、燃料電池システム１０、１０Ａ、１０Ｂは、図２７Ｂ～図２７Ｄに示すように多くの異なる構成で配置されてもよい。一実施形態では、燃料電池システム１０、１０Ａ、１０Ｂは、共有排出プレナム２６０２及び入口プレナム２６０４を形成するように構成されてもよい。一実施形態では、隣接するベース２０の間の距離が電力モジュールの高さを超える場合、燃料電池システム１０の上部からベース２０の底部まで上方に延びる壁／仕切り３４０４が設けられる。このようにして、電力モジュールを越えて流れ、流入した空気と混ざることなく、共有排出プレナム２６０２に排出ガスを閉じ込めることができる。一実施形態では、最も低いベース２０が、電気室３４０２の上に配置される。電気室３４０２は、積重ね可能な電力システム３２００を制御するのに使用されるトランスやコンピュータなどの電気機器を収納してもよい。電気室３４０２はまた、スペア・パーツ、予備燃料、道具などを保管するのに使用されてもよい。
【0113】
一実施形態は、排出プレナムで分離される処理排出とキャビネット排出を持続するための機器を備える。別の実施形態は、保守管理すべき事象の発生中などに、排出プレナム２６０２（たとえば、高温通路）での逆流を防止するように、送風機又は換気扇などの機器を備える。一実施形態では、積み重ねられた構成２６０２で空のスロットをふさぐ虞もある逆流を防止するように、遮断壁又は遮断部品３４０４が設けられる。これを使用して、製造時に導入されない発電ユニットを将来的に増設するのを容易にしてもよい。一実施形態は、あらゆる再循環通路を遮断するように機械要素を備える。
【0114】
図３５には、一実施形態による別の積重ね可能な電力システム３５００が示してある。この実施形態は、先に述べた、図３２及び図３３に示す実施形態に類似する。特に、この実施形態は、燃料電池モジュール１００などの積重ね可能な電力モジュールを有する、図３２の複数の電力システム３２００を備える。この複数の電力システム３２００は、先に述べた、図３３に示す実施形態と同様に、共有排出プレナム２６０２及び入口プレナム２６０４が形成されるように、列で構成されてもよい。
【0115】
従来の実施形態では、排出プレナム２６０２と入口プレナム２６０４は、壁又は他の仕切りによって機械的に分離されて、排出プレナム２６０２からの高温排出物が入口プレナム２６０４に入るのを防止する。一代替実施形態では、排出プレナム２６０２からの排出物の全部又は一部は、入口プレナム２６０４の吸入空気に再循環されて、（混合によって）又は熱伝達を介して直接予熱する。一実施形態では、図３５に示すように、空気入口の圧力及び流れを増大し、又は排出物を吸引して、排出流を増やすように、送風機３５０２を設けることもできる。一実施形態では、システムが作動している間に、サービス要員が入口プレナム２６０４にいるには高温排出流の温度が高すぎると考えられる場合、送風機はまた、外気を排出プレナムに加えて、排出流を希釈し、入口プレナム２６０４にいるサービス要員に適した温度まで高温排出流の温度を下げることができる。或いは、高温排出流の一部のみが、排出プレナム２６０２と入口プレナム２６０４との間で、壁又は仕切りの、サイズが限られた１以上の開口部を介して、入口プレナム２６０４に再循環されて、室温を超えるように、ただし、入口プレナムにいるサービス要員には危険であると考えられる温度を下回るように、入口プレナムの温度を維持してもよい。別の実施形態では、サービス要員が入口プレナム２６０４、又はシステム全体が配置される部屋に入るとき、入口プレナム２６０４は、密閉され、稼働状態での排出導管２６０２内の圧力よりも高い圧力まで加圧されてもよい。すなわち、部屋及び／又は入口プレナム２６０４のドアが開いているとき、室温の空気で入口プレナム２６０４全体を加圧するように、ファン又は送風機が作動する。
【0116】
一実施形態では、コンテナ２６０６の上に又はその中に利用可能な空間があるとき、モジュール１００は、再循環を防止するように必要に応じて、間隔をあけて配置され、隙間がふさがれる。一実施形態では、底部モジュール１００、又は一組のモジュール１００からの排出ダクトが、スタックの次の層のモジュール１００まで設けられる。一実施形態では、ルーバーなどの手段が、スタックの他のモジュール１００の排出を妨害することなく、モジュール１００の区間ごとでの、又は完全なモジュール１００での排出プレナムの排出を遮断するように、スタック内のモジュール１００の排出プレナム内に設けられる。これは、ハウジング内での電力モジュール２６０６から電力モジュール２６０６への漏れに対して、スタック内でのモジュール１００からモジュール１００への漏れを防止するフィルタ遮断装置と類似する。
【0117】
図３６には、一実施形態による別の積重ね可能な電力システム３６００が示してある。この実施形態は、先に説明した図に示す、前述の実施形態に類似する。この実施形態では、屋根３６０４を備える建物３６０２の内部にモジュール１００が配置される。モジュールは、ベース２０の上に積み重ねられてもよく、このベース２０は、建物３６０２の床、又は先に述べた機械的な支持体でもよい。この実施形態では、システムは、建物３６０２の屋根３６０４を通って延在する煙突３６０６内に末端をなす排出送管３７０１を備える。屋根３６０４に配置される、空気処理装置、空気取入れダクトなどの建物空気取入れ装置３６０８の上方に、煙突３６０６の出口（すなわち、上部開口部）３６０７が配置される。この実施形態では、燃料電池システム排出流３６１０は、排出送管３７０１及び煙突３６０６を通った後に、建物空気取入れ装置３６０８上部の上方にある出口３６０７を通って供給される。これは、排出流３６１０が建物空気取入れ装置３６０８に入るのを防止し、各国の建築基準法に適合する。この実施形態では、垂直に積み重ねられた複数の電力モジュール１００が、建物空気取入れ装置３６０８が建物３６０２の屋根３６０４の上に配置された建物３６０２の中に配置される。排出送管３７０１は、建物３６０２の屋根３６０４に配置された煙突３６０６に、流体的に接続され、その結果、排出流３６１０が、排出送管３７０１から煙突３６０６へ直接流れ、又は中間ダクト若しくはパイプを介して、排出送管３７０１から煙突３６０６へ間接的に流れてもよい。煙突３６０６の出口３６０７は、空気取入れ装置３６０８の上方に配置される。
【0118】
［排出熱回収構成要素］
図３７Ａは、本開示の様々な実施形態による、排出熱回収及び／又は利用向けに構成された、垂直に積み重ねられた燃料電池システム３７００の斜視図である。図３７Ｂは、図３７Ａのシステム３７００の概略図であり、図３７Ｃは、図３７Ａのシステム３７００に含まれ得る任意の要素を示す概略図である。
図３７Ａは、本開示の様々な実施形態による、排出熱回収及び／又は利用向けに構成された、垂直に積み重ねられた燃料電池システム３７００の斜視図である。図３７Ｂは、図３７Ａのシステム３７００の概略図であり、図３７Ｃは、図３７Ａのシステム３７００に含まれ得る任意の要素を示す概略図である。
【0119】
図３７Ａ及び図３７Ｂを参照すると、システム３７００は、建物の１以上の床Ｆ上に列設される、先に述べた電力モジュール１００と、燃料処理モジュール１６と、入力／出力又は電力調節モジュール１８とのためのキャビネット２２を備える。システム３７００は、１以上の内部ダクト３７０２と、少なくとも１つの外部ダクト３７０４とを備える排出送管３７０１を備える。内部ダクト３７０２は、電力モジュール１００のうち少なくとも１つのホット・ボックス１３から、相対的に高温の反応排出物Ｒを受け取るように構成されてもよい。高温の反応排出物Ｒは、ホット・ボックス１３内に配置されたアノード・テール・ガス酸化剤（ＡＴＯ）からの排出物を含んでもよい。ＡＴＯは、ホット・ボックス内に配置された燃料電池からの（たとえば、燃料電池スタックからの）アノード排出（すなわち、燃料排出）流の少なくとも一部分を、燃料電池からのカソード排出（すなわち、空気排出）流などの空気と反応させて、酸化された燃料排出物を高温の反応排出物Ｒとする。燃料電池（たとえば、燃料電池スタック、カラム、及び／又はセグメント）は、ホット・ボックス１３内に配置される。ホット・ボックス１３は、電力モジュール１００のキャビネット２２の内側に配置される。内部ダクト３７０２は、ホット・ボックス１３の排出導管３７０６に流体的に接続され、外部ダクトは、キャビネット２２の排出導管３０１に流体的に接続される。
【0120】
一実施形態では、システム３７００は、ホット・ボックス１３を内部ダクト３７０２に流体的に接続するように構成された伝達導管３７０６を備えてもよい。外部ダクト３７０４は、相対的に低温のキャビネット排出物Ｃを、電力モジュール１００のうち少なくとも１つのキャビネット２２から受け取るように構成されてもよい。たとえば、外部ダクト３７０４は、換気ダクト３０１によってキャビネット２２に取り付けられた換気モジュール３００に流体的に接続されてもよい。実施形態によっては、送管３７０１は、キャビネット排出物を、キャビネット２２のすべてから受け取るように構成される単一の外部ダクト３７０４と、単一の外部ダクト３７０４内に配置された複数の内部ダクト３７０２とを備えてもよい。他の実施形態では、送管３７０１は、少なくとも１つの内部ダクト３７０２が内に配置される複数の外部ダクト３７０４を備えてもよい。たとえば、４つ以上の内部ダクト３７０２が、各外部ダクト３７０４内に配置されてもよい。
【0121】
様々な実施形態では、システム３７００は、内部ダクト３７０２のうち少なくとも１つ内に配置された熱交換器３７１０を備えてもよい。熱交換器３７１０は、反応排出物Ｒから流体に、熱を伝達するように構成されてもよい。たとえば、熱交換器３７１０は、反応排出物Ｒから捕捉された熱を使用して、水（たとえば、ホット・ボックス１３内の燃料入口流に供給される水）を加熱するように構成されたボイラでもよい。他の実施形態では、熱交換器３７１０は、液化天然ガスなどの燃料入口流を加熱して、燃料電池用の燃料としてホット・ボックス１３に提供されるガス状の天然ガスを発生させるように構成されてもよい。さらに他の実施形態では、熱交換器３７１０によって捕捉された熱は、統合された蓄熱サブシステムを使用して蓄えられることもある。
【0122】
システム３７００はまた、分流装置３７２０を備えてもよい。分流装置３７２０は、反応排出物Ｒの一部分を、内部ダクト３７０２から外部ダクト３７０４内に導くように構成されてもよい。したがって、分流装置３７２０は、熱交換器３７１０内の流体の過熱を防止するように構成されてもよい。
【0123】
図３７Ｃを参照すると、システム３７００は、内部ダクト３７０２のうち少なくとも１つ内に配置され、燃料を燃料源から受け取るように、かつ／又は、未反応燃料（たとえば、水素、メタンなどの残りの未反応燃料）を、ホット・ボックス１３内の燃料電池から受け取るように構成された、反応導管３７１２を任意に備えてもよい。第１の触媒３７１４及び／又は第２の触媒３７１６が、改質導管３７１２内に配置されてもよい。実施形態によっては、質量流れ制御弁３７２２及び熱交換器３７２４が、反応導管３７１２上に配置されてもよい。質量流れ制御弁３７２２は、送管３７０１の外側に配置されてもよく、熱交換器３７２４は、外部ダクト３７０４の内側に配置されてもよい。他の実施形態では、二酸化炭素分離器が、送管３７０１の外側で、反応導管３７１２上に配置されてもよい。
【0124】
触媒３７１４、３７１６は、触媒及び／又は吸着剤などの様々な燃料処理材料を含んでもよい。たとえば、触媒３７１４、３７１６は、触媒粒子ベッド、及び／又は、触媒被覆された壁、フィン、若しくは他の導管３７１２の構造特徴として構成され、高級炭化水素に対して水蒸気改質反応及び／又はメタン化反応を触媒するように構成された改質触媒、並びに、酸化亜鉛などの、硫黄種低減触媒を含んでもよい。
【0125】
たとえば、Ｃ３Ｈ８などの炭化水素燃料に対する改質反応が、システム３７００によって実行される実施形態では、燃料入口流（たとえば、Ｃ３Ｈ８）に、燃料電池からの再循環されたアノード排出流を加えた燃料混合流が、高温の反応流Ｒによって、熱交換器３７１０内かつ／又は内部ダクト３７０２内で、約３００℃～約３６０℃など、約２５０℃～約４００℃の範囲に及ぶ温度に加熱されるように、反応導管３７１２を通過させられる。特に、燃料混合物は、導管３７１２内の第１の触媒ベッドに配置された第１の酸化亜鉛脱硫器触媒３７１４を通過させ、次いで、導管３７１２内の第２の触媒ベッドに配置された第２のＣ３Ｈ８改質触媒３７１６を通過させてもよい。次いで、燃料混合物は、外部ダクト３７０４内に配置された熱交換器３７２４、又は、熱交換器３７１０を通過させてもよく、燃料混合物の温度は、約１５０℃など、約１２５℃～約２００℃の範囲に及ぶ温度に低下させられてもよい。次いで、燃料混合物は、アノード再循環送風機３７２６、及び、ホット・ボックス１３内に配置された燃料電池内に提供されてもよい。実施形態によっては、燃料混合物はまた、送管３７０１の外側で、反応導管３７１２に配置された二酸化炭素分離器３７２８を通過させてもよい。
【0126】
実施形態によっては、反応導管３７１２は、分画が価値を有する場合に、反応排出物Ｒからの熱を使用して、重炭化水素燃料又は他の化学物質に関する分画ステップを実行するように構成された分画機器を備えてもよい。他の実施形態では、反応導管３７１２は、燃料電池に供給されるために、引き続いて燃料入口流と混合され、又は混合されない廃水を、低温殺菌かつ／又は減菌するように構成されてもよい。他の実施形態では、反応導管３７１２は、固体廃棄物を処理するように構成されてもよく、又は、反応排出物Ｒからの熱を使用して、そのそれぞれの機能を実行する吸着式冷凍機機器を備えてもよい。
【0127】
実施形態によっては、システム３７００は、内側導管３７０２と外側導管３７０４との間の境界面に配置された少なくとも１つの熱電発電機（ＴＥＧ）モジュール３７１８を任意に備えてもよい。ＴＥＧモジュール３７１８は、内部ダクト３７０２と外部ダクト３７０４との間に形成された温度勾配を利用して発電するように構成される熱電装置を備える。すなわち、ＴＥＧモジュール３７１８の高温表面が、内部ダクト３７０２内の相対的に高温の反応排出物Ｒに曝されてもよく、ＴＥＧモジュール３７１８の低温表面が、外部ダクト３７０４内の相対的に低温のキャビネット排出物に曝されてもよい。
【0128】
他の実施形態では、内部ダクト３７０２は、定常状態で動作するホット・ボックス１３から、起動状態で動作するホット・ボックスへの、高温ガス（すなわち、相対的に高温の反応排出物Ｒ）の小さな反対方向の流れを発生させることによって、動作していないホット・ボックスに対する起動タイミング及びプロセスを改善するために、熱の源を発生させるために使用されることがある。さらに他の実施形態では、内部ダクト３７０２からの反応排出物Ｒは、追加の発電のために、下流熱エンジン・プロセスへ向けて導かれることがある。さらなる実施形態では、内部及び／又は外部ダクト流は、熱出力を増やすために熱の増倍を可能とするために、熱ポンプへ向けて導かれることがある。
【0129】
様々な実施形態では、システム３７００は、アノード排出物冷却器熱交換器が電力モジュール１００から省略されることを可能にすることができ、内部ダクト３７０２は、電力モジュール１００の（燃料入口流と、燃料電池のアノード排出流との間で熱を交換する）アノード・レキュペレータ熱交換器から直接、反応排出物を受け取るように構成されてもよい。特に、アノード排出物冷却器熱交換器内でアノード排出流を使用して空気入口流を加熱する代わりに、ホット・ボックス１３への空気入口流は、送管３７０１内に配置された熱交換器３７１０内で加熱されてもよい。
【0130】
図３８Ａ及び図３８Ｂは、本開示の様々な実施形態による、ダンパ３７２０の動作を示す概略図である。図３８Ａ及び図３８Ｂを参照すると、ダンパ３７２０が閉じているとき、反応排出物Ｒ及びキャビネット排出物Ｃはそれぞれ、内部ダクト３７０２及び外部ダクト３７０４内にとどまる。ダンパ３７２０が開いているとき、反応排出物Ｒのすべて又は一部分を、外部ダクト３７０４内に分流させることができる。したがって、ダンパは、熱交換器３７１０の温度を、その熱交換器に供給される反応排出物Ｒの量を制御することによって制御することができる。さらに、ダンパ３７２０は、整備されている電力モジュール１００内への排出物逆流を低減かつ／又は防止するために、熱交換器３７１０に迂回路を付けるように動作することができる。
【0131】
代替実施形態では、相対的に低温のキャビネット排出物Ｃは、送管３７０１に提供されるのではなく、大気中に排出されてもよい。この実施形態では、送管３７０１は、内部ダクト３７０２のみからなってもよく、外部ダクト３７０４は省略される。相対的に高温の反応排出物Ｒは、送管３７０１を通って流れ、相対的に低温のキャビネット排出物Ｃは、送管３７０１を通過することなく、大気中に排出される。さらに、垂直に積み重ねられたモジュール１００が図３７Ａ～図３７Ｃに示されるが、代替実施形態では、モジュール１００は、垂直に積み重ねられなくてもよく、代わりに、単に水平の列に配置されてもよい。
【0132】
図３９Ａ及び図３９Ｂは、本開示の様々な実施形態による、たとえばシステム３７００に含まれてもよい直線アクチュエータ３７３０など、アクチュエータを示す斜視図である。図３９Ａ及び図３９Ｂを参照すると、直線アクチュエータ３７３０は、ダクト３０１及び３７０４内に配置されてもよく、ダンパ３７２０を開閉するように伸縮するように構成されてもよく、そのダンパ３７２０は、その開位置では、内部ダクト３７０２内に延在し、内部ダクトと外部ダクトとの間の通り道を開くフラップであってもよい。代替実施形態では、回転式アクチュエータ又は空気圧式アクチュエータなどの別の適切なアクチュエータが、直線アクチュエータ３７３０の代わりに使用されてもよい。
【0133】
他の実施形態では、送管３７０１は、水平に配置されてもよく、水平に配置された電力モジュールに接続されてもよい。他の実施形態では、電力モジュール１００は、垂直に積み重ねられず、１以上の水平の列に配置される。一実施形態では、ホット・ボックス内の燃料電池に空気を提供する主送風機を使用して、外部ダクト３７０４内の空気圧力を維持することによって、単純さのために、ファンが省略される。
【0134】
要約すると、一実施形態では、燃料電池システム３７００を動作させる方法は、発電するためにキャビネット２２の内側に配置されるホット・ボックス１３内に配置された燃料電池を動作させることと、相対的に低温のキャビネット排出物Ｃを、キャビネット２２から送管３７０１の外部ダクト３７０４に供給することと、相対的に高温の反応排出物Ｒを、ホット・ボックス１３から送管３７０１の内部ダクト３７０２に供給することとを含む。
【0135】
一実施形態では、方法は、内部ダクト３７０２内に配置された熱交換器３７１０内で、反応排出物Ｒから熱を取り出すことをさらに含む。一実施形態では、方法は、反応排出物Ｒの少なくとも一部分を、内部ダクトから外部ダクト内に分流させるために、ダンパ３７２０を開くことをさらに含む。一実施形態では、方法は、内部ダクトを通って流れる反応排出物Ｒからの熱を使用して、内部ダクト３７０２内に配置された反応導管３７１２内で、炭化水素燃料を改質すること、脱硫すること、メタン化すること、又は、分画することのうち少なくとも１つを行うことをさらに含む。
【0136】
［電気アーキテクチャ］
図４０Ａは、システム起動の間の燃料電池システム４０００の電気アーキテクチャを通る電力流を示す概略図であり、図４０Ｂは、本開示の様々な実施形態による、定常状態動作の間の燃料電池システム電気アーキテクチャを通る電力流を示す概略図である。当業者には明らかとなるように、以下に述べる構成要素「接続」は、別段の指定がない限り、「電気接続」を指すものである。図４０Ａ及び図４０Ｂを参照すると、システム４０００は、以下に述べるような、起動バス及び燃料電池（たとえば、定常状態）バスによって、少なくとも１つの電力モジュール１００に接続されたグリッド並列インバータ・モジュール４００１を備えてもよい。たとえば、システム４０００は、複数の電力モジュール１００にそれぞれが接続される、複数のインバータ・モジュール４００１を備えてもよい。一実施形態では、各インバータ・モジュール４００１は、電力モジュール１００のそれぞれのハウジング２２とは別々のハウジング４０２２内に配置されてもよい。
図４０Ａは、システム起動の間の燃料電池システム４０００の電気アーキテクチャを通る電力流を示す概略図であり、図４０Ｂは、本開示の様々な実施形態による、定常状態動作の間の燃料電池システム電気アーキテクチャを通る電力流を示す概略図である。当業者には明らかとなるように、以下に述べる構成要素「接続」は、別段の指定がない限り、「電気接続」を指すものである。図４０Ａ及び図４０Ｂを参照すると、システム４０００は、以下に述べるような、起動バス及び燃料電池（たとえば、定常状態）バスによって、少なくとも１つの電力モジュール１００に接続されたグリッド並列インバータ・モジュール４００１を備えてもよい。たとえば、システム４０００は、複数の電力モジュール１００にそれぞれが接続される、複数のインバータ・モジュール４００１を備えてもよい。一実施形態では、各インバータ・モジュール４００１は、電力モジュール１００のそれぞれのハウジング２２とは別々のハウジング４０２２内に配置されてもよい。
【0137】
インバータ・モジュール４００１は、電気公共設備（たとえば、電力網）に接続される、定常状態トランス４００２と、起動トランス４００４とを備えてもよい。定常状態トランス４００２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４０１２に接続されてもよい。ＡＣ／ＤＣコンバータ４０１２は、バランス・オブ・プラント（ＢＯＰ）負荷に接続される定常状態ダイオード４０１０に接続されてもよい。起動トランス４００４は、整流器４００６に接続されてもよい。整流器４００６は、起動バス４００７を介して、ＢＯＰ負荷に接続された起動ダイオード４００８に接続されてもよい。
【0138】
電力モジュール１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０１８と、起動ダイオード４０１４と、定常状態ダイオード４０１６とを備えてもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ４０１８は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４０１２、及び、電力モジュール１００のキャビネット２２内に配置されたホット・ボックス内の燃料電池に電気的に接続されてもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ４０１８はまた、定常状態ダイオード４０１６に接続されてもよい。ダイオード４０１４、４０１６は、ＢＯＰ負荷に接続されてもよい。起動ダイオード４０１４は、整流器４００６に電気的に接続されてもよい。
【0139】
図４０Ａを参照すると、システム４０００の起動の間、燃料電池は、燃料電池が動作温度に到達するまで加熱される。動作温度に到達する前に、燃料電池は、ＢＯＰ負荷に対する十分な電力の量を発生させないことがある。したがって、起動の間、公共設備からの電力が、起動バスを介してＢＯＰ負荷に提供される。特に、電力は、起動バス４００７を介して、起動トランス４００４、整流器４００６、起動ダイオード４００８、４０１４を通り、次いで、ＢＯＰ負荷に流れる。インバータ４０１２、コンバータ４０１８、及び定常０状態バス４０２０は、システム起動の間は使用されない。
【0140】
図４０Ｂを参照すると、燃料電池が所望の定常状態動作温度（たとえば、７５０℃以上）に到達すると、システム４０００の定常状態動作が始まり、電力が、燃料電池からＢＯＰ負荷に供給される。特に、電力は、燃料電池から、定常状態バス４０２０を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０１８、ＡＣ／ＤＣインバータ４０１２を通り、定常状態トランス４００２を通り、公共設備に、かつ／又は、任意の局所的負荷に流れる。電力は、定常状態ダイオード４０１０、４０１６を通って、必要に応じてＢＯＰ負荷にも分流される。したがって、整流器４００６及び起動トランス４００４は使用されない。定常状態動作は、トランス４００２、４００４が公共設備（たとえば、電力網）から切断されるときを含めて、燃料電池が発電するのに十分に高温であるときに、常に継続し、それは、燃料電池の動作寿命のほとんどすべてを占める。
【0141】
一実施形態では、１以上のインバータ・モジュール４００１が、図３７Ａに示す下部層（たとえば、下部床Ｆ）上に配置されてもよく、電力モジュール１００が、図３７Ａに示す下部層上、及び上部層上に（たとえば、すべての床Ｆ）配置されてもよい。
【0142】
図４０Ａ及び図４０Ｂの実施形態によれば、燃料電池システムは、燃料電池を備える電力モジュールと、電力モジュールを電力網に電気的に接続するインバータ・モジュールとを備える。インバータ・モジュールは、システムの起動の間、第１のバスを使用してグリッドから電力モジュールに電力を供給し、システムの定常状態動作の間、第２のバスを使用して電力モジュールからグリッドに電力を供給するように構成される。
【0143】
様々な例に示す構成及び配置は例示的なものにすぎない。ごくわずかな例を本開示において詳細に説明してきたが、本明細書に記載の主題による新規な教示及び利点から著しく逸脱することなく、多くの修正を加えることが可能である（たとえば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状、及び割合、パラメータの値、取付け構成、材料、色、配向の使用における変更など）。一体的に形成されたものとして示す要素の中には、複数の部品又は要素から構成されてもよいものもあり、各要素の位置は、反対の位置又は別の位置に変更されてもよく、個々の要素又は位置の性質又は数は、変更又は変動してもよい。代替の例に従って、任意のプロセスの順番若しくは順序、論理アルゴリズム、又は方法のステップは、変更してもよく、又は並べ替えてもよい。また、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な例の設計、動作条件、及び配置に、他の代用、修正、変更、及び省略が加えられてもよい。１以上の他の例の、１以上の他の特徴と組み合わせて、任意の例の１以上の特徴が使用されてもよい。本明細書及び各例は、例示的なものにすぎないと考えられ、真の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって示されるものである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27A】
【図27B】
【図27C】
【図27D】
【図28A-28C】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37A】
【図37B】
【図37C】
【図38】
【図39】
【図40】
