JP2010238472A

JP2010238472A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2010238472A
Application number: JP2009084123A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Ogawara; 裕記大河原
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-21
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP5458628B2

Abstract

【課題】燃料電池システムにおいて、燃料電池モジュールだけでなく補機も併せて適切に換気して降温することを可能とする。
【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池２４を少なくとも含んで構成され第１室Ｒ１に収納された燃料電池モジュール２０と、燃料電池２４からの出力電力が供給され第２室Ｒ２内に収納されたインバータ５０と、外部の空気が第２室Ｒ２の空気導入口１１ｃから導入され、該第２室Ｒ２および第１室Ｒ１を流通して第１室Ｒ１の空気導出口１１ｂから外部に導出される換気用空気流路Ｌと、換気用空気流路上Ｌに設けられ、空気導入口１１ｃから空気導出口１１ｂへ向けて流量調整可能に送風する１つの送風手段１５と、燃料電池２４に投入される燃料ガス量または燃料電池２４の発電量、第１室Ｒ１内の第１温度および第２室Ｒ２内の第２温度に基づいて送風手段１５の送風量を制御する制御装置６０と、を備えている。
【選択図】図１In a fuel cell system, not only a fuel cell module but also an auxiliary machine can be appropriately ventilated to lower the temperature.
The fuel cell system includes at least a fuel cell and a fuel cell module that is housed in a first chamber, and is supplied with output power from the fuel cell and is housed in a second chamber. The inverter 50 and the outside air are introduced from the air introduction port 11c of the second chamber R2, circulated through the second chamber R2 and the first chamber R1, and led out to the outside from the air outlet 11b of the first chamber R1. The ventilation air flow path L, the ventilation air flow path L above, one air blowing means 15 that blows air from the air inlet port 11c toward the air outlet port 11b so that the flow rate can be adjusted, and the fuel cell 24. And a control device 60 for controlling the blowing amount of the blowing means 15 based on the amount of fuel gas generated or the amount of power generated by the fuel cell 24, the first temperature in the first chamber R1, and the second temperature in the second chamber R2. ing.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池システムの一例としては、特許文献１に示されている燃料電池システムがある。この燃料電池システムは、特許文献１の図２に示されているように、外装ケース２内に、複数の燃料電池セルを収納してなる燃料電池モジュール３と、燃料電池モジュール３に空気を供給するためのブロワ５とを有し、外装ケース２内に設けられた仕切部７により、燃料電池モジュール３が収納された燃料電池モジュール収納室４と、ブロワ５が収納された補機収納室６とに区画された燃料電池装置１である。この燃料電池装置１は、燃料電池モジュール収納室４内の空気を換気する換気ファン９を備えるとともに、換気ファン９により排気される少なくとも一部の空気をブロワ５へ導く通路を備えたことから、燃料電池モジュール収納室４の温度を低下することができるとともに、燃料電池モジュール収納室４にて暖められた空気を燃料電池モジュール３に供給するようになっている。 An example of the fuel cell system is a fuel cell system disclosed in Patent Document 1. In this fuel cell system, as shown in FIG. 2 of Patent Document 1, a fuel cell module 3 in which a plurality of fuel cells are housed in an outer case 2 and air is supplied to the fuel cell module 3. The fuel cell module storage chamber 4 in which the fuel cell module 3 is stored and the auxiliary device storage chamber 6 in which the blower 5 is stored are separated by a partition 7 provided in the outer case 2. 1 is a fuel cell device 1 partitioned into The fuel cell device 1 includes a ventilation fan 9 that ventilates the air in the fuel cell module storage chamber 4 and a passage that guides at least part of the air exhausted by the ventilation fan 9 to the blower 5. The temperature of the fuel cell module storage chamber 4 can be lowered, and the air heated in the fuel cell module storage chamber 4 is supplied to the fuel cell module 3.

燃料電池システムの他の一例としては、特許文献２に示されている燃料電池システムがある。この燃料電池システムは、特許文献１の図３に示されているように、外装ケース２内に、複数の燃料電池セルを収納してなる燃料電池モジュール３と、燃料電池モジュール３より排気される排ガスの熱を回収するための熱交換器７と、熱交換後の熱交換済み排ガスを外装ケース２の外部に排気する排気管８とを収納し、外装ケース２内に配置された仕切部５により、燃料電池モジュール３が収納された燃料電池モジュール収納室４と、熱交換器７および排気管８が配置された補機収納室６とに区画された燃料電池装置３１である。この燃料電池装置１は、燃料電池モジュール収納室４を構成する外装ケース２に、燃料電池モジュール収納室内の空気を換気するための換気ファン９を設けるとともに、換気ファン９により排気される換気空気を排気管８に流通させるための換気管１３を有することで、燃料電池装置の起動処理時や停止処理時に、排ガスの白煙化を抑制できるようになっている。 As another example of the fuel cell system, there is a fuel cell system disclosed in Patent Document 2. As shown in FIG. 3 of Patent Document 1, this fuel cell system is exhausted from a fuel cell module 3 in which a plurality of fuel cells are housed in an outer case 2 and the fuel cell module 3. A heat exchanger 7 for recovering the heat of the exhaust gas and an exhaust pipe 8 for exhausting the heat-exchanged exhaust gas after heat exchange to the outside of the outer case 2 are accommodated, and the partition portion 5 disposed in the outer case 2 Thus, the fuel cell device 31 is divided into a fuel cell module storage chamber 4 in which the fuel cell module 3 is stored and an auxiliary device storage chamber 6 in which the heat exchanger 7 and the exhaust pipe 8 are disposed. In the fuel cell device 1, a ventilation fan 9 for ventilating air in the fuel cell module storage chamber is provided in the outer case 2 constituting the fuel cell module storage chamber 4, and ventilation air exhausted by the ventilation fan 9 is supplied. By having the ventilation pipe 13 for flowing through the exhaust pipe 8, the white smoke of the exhaust gas can be suppressed during the start-up process and the stop process of the fuel cell device.

特開２００８−２１０６２８号公報JP 2008-210628 A 特開２００８−２４３５９１号公報JP 2008-243591 A

しかし、特許文献１および特許文献２に記載の燃料電池システムにおいては、燃料電池モジュール収納室４の空気を換気して燃料電池モジュール収納室４内の温度を降温（冷却）することで燃料電池の発電効率を向上させるための構造はあるが、補機収納室６の空気を換気して補機収納室６内の温度を降温（冷却）するための構造はない。このため、燃料電池の出力電力が供給され比較的高温となるインバータが補機収納室６に収納されている場合には、補機収納室６内が高温となるおそれがある。 However, in the fuel cell systems described in Patent Document 1 and Patent Document 2, the air in the fuel cell module storage chamber 4 is ventilated to lower the temperature in the fuel cell module storage chamber 4 (cooling). Although there is a structure for improving the power generation efficiency, there is no structure for cooling (cooling) the temperature in the auxiliary machine storage chamber 6 by ventilating the air in the auxiliary machine storage room 6. For this reason, when the inverter which is supplied with the output power of the fuel cell and has a relatively high temperature is stored in the auxiliary machine storage chamber 6, there is a possibility that the interior of the auxiliary machine storage chamber 6 becomes hot.

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、燃料電池システムにおいて、燃料電池モジュールだけでなく補機も併せて適切に換気して降温することを可能とすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to allow a fuel cell system to properly cool down the temperature by appropriately ventilating not only a fuel cell module but also an auxiliary device. .

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、燃料電池と燃料電池を収納するケーシングとを具備する燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールが収納された筐体と、筐体に収納された、燃料電池のための補機と、筐体内の空間は、燃料電池モジュールが収納されている第１空間と、補機が収納されている第２空間を有し、筐体の外部の空気を第２空間に導入するために筐体に設けられた空気導入口と、筐体内の空気を第１空間から外部に導出するために筐体に設けられた空気導出口と、空気導入口から導入された空気を空気導出口へ向けて換気用空気流路を流量調整可能に流通させる送風手段と、燃料電池に投入される燃料ガス量または燃料電池の発電量と、第１空間内の第１温度と、第２空間の第２温度とに基づいて送風手段の送風量を制御する制御装置と、を備えたことである。 In order to solve the above-mentioned problem, the structural features of the invention according to claim 1 are a fuel cell module comprising a fuel cell and a casing for housing the fuel cell, a housing for housing the fuel cell module, The auxiliary device for the fuel cell housed in the housing, the space in the housing has a first space in which the fuel cell module is housed, and a second space in which the auxiliary device is housed. An air inlet provided in the housing for introducing air outside the body into the second space, and an air outlet provided in the housing for deriving the air in the housing from the first space to the outside , A blowing means for allowing the air introduced from the air inlet to flow to the air outlet so that the flow rate of the ventilation air passage is adjustable, the amount of fuel gas input to the fuel cell or the amount of power generated by the fuel cell, Based on the first temperature in one space and the second temperature in the second space A control device for controlling the blowing amount of the blower means Te is that having a.

また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、筐体内は、第１空間を形成する第１室と第２空間を形成する第２室とに仕切部材で区画形成されていることである。 Further, the structural feature of the invention according to claim 2 is that in claim 1, the inside of the housing is partitioned and formed by a partition member into a first chamber that forms the first space and a second chamber that forms the second space. It is that.

また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、制御装置は、燃料電池に投入される燃料ガス量または燃料電池の発電量に基づいて送風手段の送風量の最低量を設定し、送風手段を少なくとも最低量で駆動させるように制御することである。 According to a third aspect of the present invention, the control device according to the first or second aspect is characterized in that the control device is configured to control the amount of air blown by the blowing means based on the amount of fuel gas input to the fuel cell or the amount of power generated by the fuel cell. Is set so that the blower is driven at least with the minimum amount.

また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項３において、制御装置は、さらに、第１温度が第１所定温度以下となりかつ第２温度が第２所定温度以下となるように送風手段の送風量を制御することである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the controller further controls the air flow so that the first temperature is equal to or lower than the first predetermined temperature and the second temperature is equal to or lower than the second predetermined temperature. It is to control the blown amount of the means.

また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、燃料電池に投入される燃料ガス量または燃料電池の発電量、筐体の雰囲気温度に基づいて送風手段の送風量を制御する制御装置を備えたことである。 Further, the structural feature of the invention according to claim 5 is that in claim 1, the amount of fuel gas input to the fuel cell, the amount of power generated by the fuel cell, or the ambient temperature of the casing is controlled based on the amount of air blown by the blowing means. A control device is provided.

また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項５において、制御装置は、燃料電池に投入される燃料ガス量または燃料電池の発電量に基づいて送風手段の送風量の最低量を設定し、雰囲気温度および発電量に基づいて第１温度が第１所定温度以下となるために必要な送風量である第１送風量を導出し、雰囲気温度および発電量に基づいて第２温度が第２所定温度以下となるために必要な送風量である第２送風量を導出し、最低量、第１送風量および第２送風量のうち最大値を送風量として導出し、該送風量となるように送風手段を制御することである。 Further, the structural feature of the invention according to claim 6 is that in claim 5, the control device determines the minimum amount of air blown by the blower means based on the amount of fuel gas input to the fuel cell or the amount of power generated by the fuel cell. The first air flow rate that is necessary for setting the first temperature to be equal to or lower than the first predetermined temperature is derived based on the ambient temperature and the power generation amount, and the second temperature is determined based on the atmospheric temperature and the power generation amount. Deriving a second air flow rate, which is an air flow rate necessary to be equal to or lower than the second predetermined temperature, deriving a maximum value among the minimum amount, the first air flow rate, and the second air flow rate as the air flow rate, This is to control the air blowing means.

また請求項７に係る発明の構成上の特徴は、請求項２乃至請求項６の何れか一項において、制御装置は、第１空間の第１温度が第１所定温度より高い状態が継続して第１所定時間以上となるか、第２空間の第２温度が第２所定温度より高い状態が継続して第２所定時間以上となれば、燃料電池の発電運転を停止するように制御することである。 The structural feature of the invention according to claim 7 is that, in any one of claims 2 to 6, the control device continues the state in which the first temperature of the first space is higher than the first predetermined temperature. If the time exceeds the first predetermined time or the second temperature in the second space is higher than the second predetermined temperature and continues for the second predetermined time, control is performed to stop the power generation operation of the fuel cell. That is.

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、筐体内の空間は、燃料電池モジュールが収納されている第１空間と、補機が収納されている第２空間を有している。送風手段は、空気導入口（筐体の外部の空気を第２空間に導入するために筐体に設けられた）から導入された空気を、空気導出口（筐体内の空気を第１空間から外部に導出するために筐体に設けられた）へ向けて換気用空気流路を流量調整可能に流通させる。制御装置は、燃料電池に投入される燃料ガス量または燃料電池の発電量と、第１空間内の第１温度と、第２空間の第２温度とに基づいて送風手段の送風量を制御する。これにより、補機が収納されている第２空間と、燃料電池モジュールが収納されている第１空間を有し、一つの送風手段を用いて、補機が収納されている第２空間の温度を補機の信頼性を確保できる温度以下にするとともに、燃料電池モジュールの周りの筐体温度を安全温度以下にすることができる。したがって、燃料電池モジュールだけでなく補機も併せて適切に換気して降温することが可能となる。 In the invention according to claim 1 configured as described above, the space in the housing has a first space in which the fuel cell module is accommodated and a second space in which the auxiliary machine is accommodated. The air blowing means converts air introduced from an air inlet (provided in the housing to introduce air outside the housing into the second space), and air outlet (air inside the housing from the first space). The ventilation air flow path is circulated in such a manner that the flow rate can be adjusted toward the outside (provided in the housing for leading out to the outside). The control device controls the blowing amount of the blowing means based on the amount of fuel gas input to the fuel cell or the amount of power generated by the fuel cell, the first temperature in the first space, and the second temperature in the second space. . As a result, the temperature of the second space in which the auxiliary machine is accommodated by using one air blowing means has the second space in which the auxiliary machine is accommodated and the first space in which the fuel cell module is accommodated. The temperature of the casing around the fuel cell module can be reduced below the safe temperature. Therefore, not only the fuel cell module but also the auxiliary equipment can be appropriately ventilated to lower the temperature.

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、請求項１において、筐体内は、第１空間を形成する第１室と第２空間を形成する第２室とに仕切部材で区画形成されている。これにより、第１空間と第２空間を仕切部材で区画することで、第２空間の温度を補機の信頼性を確保できる温度以下にするとともに、燃料電池モジュールの周りの筐体温度を安全温度以下にすることを、より的確に行うことができる。 In the invention which concerns on Claim 2 comprised as mentioned above, in Claim 1, the inside of a housing | casing is partition-formed by the partition member in the 1st chamber which forms 1st space, and the 2nd chamber which forms 2nd space Has been. As a result, the first space and the second space are partitioned by the partition member, so that the temperature of the second space can be kept below the temperature at which the reliability of the auxiliary equipment can be ensured, and the housing temperature around the fuel cell module can be kept safe. It is possible to perform the temperature below the temperature more accurately.

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、制御装置は、燃料電池に投入される燃料ガス量または燃料電池の発電量に基づいて送風手段の送風量の最低量を設定し、送風手段を少なくとも最低量で駆動させるように制御する。これにより、燃料電池に投入される燃料ガス量または燃料電池の発電量に基づいて設定される送風量の空気を少なくとも供給することで、第１空間内に燃料電池モジュールから燃料などが漏れたとしても、燃料電池に投入される燃料ガス量または燃料電池の発電量に応じて適切に供給される空気により、漏れた燃料などを適切に希釈して外部に排気することができる。 In the invention according to claim 3 configured as described above, the control device sets the minimum amount of air blown by the blower unit based on the amount of fuel gas input to the fuel cell or the amount of power generated by the fuel cell, and The means is controlled to be driven with at least a minimum amount. Accordingly, it is assumed that fuel or the like leaks from the fuel cell module into the first space by supplying at least air of a blowing amount set based on the amount of fuel gas input to the fuel cell or the amount of power generated by the fuel cell. In addition, it is possible to appropriately dilute the leaked fuel and the like and exhaust it to the outside by air appropriately supplied according to the amount of fuel gas input to the fuel cell or the amount of power generated by the fuel cell.

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、制御装置は、さらに、第１温度が第１所定温度以下となりかつ第２温度が第２所定温度以下となるように送風手段の送風量を制御する。これにより、燃料電池モジュールが収納されている第１空間の第１温度は第１所定温度以下に抑制されると同時に、補機が収納されている第２空間の第２温度は第２所定温度以下に抑制される。したがって、第１空間の外壁面温度の高温化の抑制と第２空間内の温度の高温化の抑制の両立を的確かつ適切に達成することができる。 In the invention according to claim 4 configured as described above, the control device further includes an air flow rate of the air blowing means such that the first temperature is equal to or lower than the first predetermined temperature and the second temperature is equal to or lower than the second predetermined temperature. To control. As a result, the first temperature in the first space in which the fuel cell module is housed is suppressed to be equal to or lower than the first predetermined temperature, and at the same time, the second temperature in the second space in which the auxiliary machine is housed is the second predetermined temperature. It is suppressed to the following. Therefore, it is possible to accurately and appropriately achieve both the suppression of the increase in the temperature of the outer wall surface of the first space and the suppression of the increase in the temperature of the second space.

上記のように構成した請求項５に係る発明においては、制御装置は、燃料電池に投入される燃料ガス量または燃料電池の発電量、筐体の雰囲気温度に基づいて送風手段の送風量を制御する。これにより、燃料電池に投入される燃料ガス量または燃料電池の発電量、雰囲気温度を使用することで、適切な送風量で送風することができ、発電効率を高く維持することができる。 In the invention according to claim 5 configured as described above, the control device controls the blowing amount of the blowing means based on the amount of fuel gas input to the fuel cell, the power generation amount of the fuel cell, or the ambient temperature of the housing. To do. As a result, by using the amount of fuel gas input to the fuel cell, the amount of power generated by the fuel cell, or the ambient temperature, it is possible to blow with an appropriate amount of blown air, and to maintain high power generation efficiency.

上記のように構成した請求項６に係る発明においては、制御装置は、燃料電池に投入される燃料ガス量または燃料電池の発電量に基づいて送風手段の送風量の最低量を設定し、雰囲気温度および発電量に基づいて第１温度が第１所定温度以下となるために必要な送風量である第１送風量を導出し、雰囲気温度および発電量に基づいて第２温度が第２所定温度以下となるために必要な送風量である第２送風量を導出し、最低量、第１送風量および第２送風量のうち最大値を送風量として導出し、該送風量となるように送風手段を制御する。これにより、雰囲気温度や発電量が変動しても、その変動に応じてより適切な送風量で送風することができ、発電効率を高く維持することができる。 In the invention according to claim 6 configured as described above, the control device sets the minimum amount of air blown by the blower unit based on the amount of fuel gas input to the fuel cell or the amount of power generated by the fuel cell, and the atmosphere Based on the temperature and the power generation amount, a first air flow rate that is necessary for the first temperature to be equal to or lower than the first predetermined temperature is derived, and based on the ambient temperature and the power generation amount, the second temperature is the second predetermined temperature. The second air volume that is necessary for the following is derived, and the maximum value among the minimum air volume, the first air volume, and the second air volume is derived as the air volume, and the air is blown so as to be the air volume. Control means. As a result, even if the atmospheric temperature and the power generation amount vary, it is possible to blow with a more appropriate amount of air flow according to the variation, and the power generation efficiency can be maintained high.

上記のように構成した請求項７に係る発明においては、制御装置は、第１空間内の第１温度が第１所定温度より高い状態が継続して第１所定時間以上となるか、第２空間内の第２温度が第２所定温度より高い状態が継続して第２所定時間以上となれば、燃料電池の発電運転を停止するように制御する。これにより、燃料電池システムに異常がある場合、運転を確実に停止することができる。 In the invention according to claim 7 configured as described above, the control device continues the state in which the first temperature in the first space is higher than the first predetermined temperature and becomes equal to or longer than the first predetermined time. If the state where the second temperature in the space is higher than the second predetermined temperature continues for the second predetermined time or longer, the power generation operation of the fuel cell is controlled to stop. Thereby, when there is an abnormality in the fuel cell system, the operation can be stopped reliably.

本発明による燃料電池システムの一実施の形態の概要を示す概要図である。1 is a schematic diagram showing an outline of an embodiment of a fuel cell system according to the present invention. 図１に示す換気用空気流路を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the air flow path for ventilation shown in FIG. 図１に示す燃料電池システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the fuel cell system shown in FIG. 図３に示す制御装置に記憶されており、燃料ガス量または発電量と換気用空気ブロワの送風量との相関関係を示す図である。It is a figure which is memorize | stored in the control apparatus shown in FIG. 3, and is a figure which shows the correlation with the amount of fuel gas or electric power generation, and the ventilation volume of the ventilation air blower. 図３に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャートである。4 is a flowchart of a control program executed by the control device shown in FIG. 3. 図３に示す制御装置で実行される制御プログラムのフローチャートである。4 is a flowchart of a control program executed by the control device shown in FIG. 3. 図３に示す制御装置に記憶されており、燃料ガス量または発電量と換気用空気ブロワの送風量との相関関係を示すマップと、雰囲気温度毎における発電量と第１送風量との関係を示すマップ（図７の太い実線で示す）と、雰囲気温度毎における発電量と第２送風量との関係を示すマップ（図７の細い実線で示す）とを示す図である。The map which shows the correlation between the fuel gas amount or the power generation amount and the air blowing amount of the ventilation air blower, and the relationship between the power generation amount and the first air blowing amount for each ambient temperature, which are stored in the control device shown in FIG. It is a figure which shows the map (it shows with the thick continuous line of FIG. 7) and the map (it shows with the thin continuous line of FIG. 7) which shows the relationship between the electric power generation amount and 2nd ventilation volume for every atmospheric temperature.

以下、本発明による燃料電池システムの一実施の形態について説明する。図１はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは、箱状の筐体１１、燃料電池モジュール２０、排熱回収システム３０、インバータ装置５０および制御装置６０を備えている。 Hereinafter, an embodiment of a fuel cell system according to the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of this fuel cell system. The fuel cell system includes a box-shaped casing 11, a fuel cell module 20, an exhaust heat recovery system 30, an inverter device 50, and a control device 60.

筐体１１は、筐体１１内を区画して第１室Ｒ１および第２室Ｒ２を形成する仕切部材１２を備えている。第１室Ｒ１は第１空間を形成し、第２室Ｒ２は第２空間を形成する。仕切部材１２は、筐体１１を上下に区画する（仕切る）板状部材である。筐体１１内には、仕切部材１２より上方および下方に第１室Ｒ１および第２室Ｒ２が形成される。なお、本実施の形態では、仕切部材１２を一枚の板状部材で構成したが、仕切部材１２を箱状部材で構成してもよく、また、第１室Ｒ１および第２室Ｒ２をそれぞれ区画する箱状に形成された２つの別部材で構成してもよい。なお、第１室Ｒ１と第２室Ｒ２は、仕切部材１２で区画形成されていなくてもよく、例えばフレームなどで形成されていてもよく、板状の仕切部材１２に第１室Ｒ１と第２室Ｒ２とをつなぐ穴が開いていてもよい。 The case 11 includes a partition member 12 that partitions the inside of the case 11 and forms a first chamber R1 and a second chamber R2. The first chamber R1 forms a first space, and the second chamber R2 forms a second space. The partition member 12 is a plate-like member that partitions (divides) the casing 11 in the vertical direction. A first chamber R1 and a second chamber R2 are formed in the housing 11 above and below the partition member 12. In the present embodiment, the partition member 12 is composed of a single plate-shaped member. However, the partition member 12 may be composed of a box-shaped member, and each of the first chamber R1 and the second chamber R2 is configured as a box-shaped member. You may comprise by two separate members formed in the box shape which divides. The first chamber R1 and the second chamber R2 do not have to be partitioned by the partition member 12, but may be formed by, for example, a frame or the like. A hole connecting the two chambers R2 may be opened.

燃料電池モジュール２０は、第１室Ｒ１内に該第１室Ｒ１の内壁面から空間をおいて収納されている。燃料電池モジュール２０は、ケーシング２１、燃料電池２４を少なくとも含んで構成されるものである。本実施の形態では、燃料電池モジュール２０は、ケーシング２１、蒸発部２２、改質部２３および燃料電池２４を備えている。 The fuel cell module 20 is accommodated in the first chamber R1 with a space from the inner wall surface of the first chamber R1. The fuel cell module 20 includes at least a casing 21 and a fuel cell 24. In the present embodiment, the fuel cell module 20 includes a casing 21, an evaporation unit 22, a reforming unit 23, and a fuel cell 24.

ケーシング２１は、断熱性材料で箱状に形成されている。ケーシング２１は、第１室Ｒ１内に該第１室Ｒ１の内壁面から空間をおいて図示しない支持構造により支持されている。なお、ケーシング２１の全ての面が第１室Ｒ１の内壁面に接していなければよく、ケーシング２１の面（６面）のうちいずれかが第１室Ｒ１の内壁面との間に空間があればよい。ケーシング２１内には、蒸発部２２、改質部２３および燃料電池２４が配設されている。このとき、蒸発部２２、改質部２３が燃料電池２４の上方に位置するように配設されている。 The casing 21 is formed in a box shape with a heat insulating material. The casing 21 is supported in the first chamber R1 by a support structure (not shown) with a space from the inner wall surface of the first chamber R1. Note that it is sufficient that all the surfaces of the casing 21 are not in contact with the inner wall surface of the first chamber R1, and any one of the surfaces (six surfaces) of the casing 21 has a space between the inner wall surface of the first chamber R1. That's fine. In the casing 21, an evaporation unit 22, a reforming unit 23, and a fuel cell 24 are disposed. At this time, the evaporation unit 22 and the reforming unit 23 are disposed above the fuel cell 24.

蒸発部２２は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部２２は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部２３に供給するものである。改質用原料としては天然ガス、ＬＰＧなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。 The evaporation unit 22 is heated by a combustion gas, which will be described later, to evaporate the supplied reforming water to generate water vapor, and to preheat the supplied reforming raw material. The evaporation unit 22 mixes the steam generated in this way with the preheated reforming raw material and supplies it to the reforming unit 23. Examples of the reforming raw material include natural gas, gas fuel for reforming such as LPG, and liquid fuel for reforming such as kerosene, gasoline, and methanol. In the present embodiment, description will be made on natural gas.

この蒸発部２２には、一端（下端）が水タンク１３内に配設された給水管４１の他端が接続されている。給水管４１には、改質水ポンプ４１ａが設けられている。改質水ポンプ４１ａは、蒸発部２２に改質水を供給するとともにその改質水供給量を調整するものである。 One end (lower end) of the water supply pipe 41 provided in the water tank 13 is connected to the evaporation unit 22. The water supply pipe 41 is provided with a reforming water pump 41a. The reforming water pump 41a supplies reforming water to the evaporation unit 22 and adjusts the reforming water supply amount.

また、蒸発部２２には、燃料供給源（図示省略）からの改質用原料が改質用原料供給管４２を介して供給されている。改質用原料供給管４２には、上流から順番に一対の原料バルブ（図示省略）、脱硫器４２ａ、および原料ポンプ４２ｂが設けられている。原料バルブは改質用原料供給管４２を開閉する電磁開閉弁である。脱硫器４２ａは改質用原料中の硫黄分（例えば、硫黄化合物）を除去するものである。原料ポンプ４２ｂは、燃料供給源からの燃料供給量を調整するものである。 The evaporating unit 22 is supplied with a reforming material from a fuel supply source (not shown) through a reforming material supply pipe 42. The reforming raw material supply pipe 42 is provided with a pair of raw material valves (not shown), a desulfurizer 42a, and a raw material pump 42b in order from the upstream. The raw material valve is an electromagnetic on-off valve that opens and closes the reforming raw material supply pipe 42. The desulfurizer 42a removes a sulfur content (for example, a sulfur compound) in the reforming raw material. The raw material pump 42b adjusts the amount of fuel supplied from the fuel supply source.

改質部２３は、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部２２から供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から改質ガスを生成して導出するものである。改質部２３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）は燃料電池２４の燃料極に導出されるようになっている。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）を含んでいる。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。 The reforming unit 23 is heated by a combustion gas, which will be described later, and supplied with heat necessary for the steam reforming reaction, so that the reformed gas is generated from the mixed gas (reforming raw material, steam) supplied from the evaporation unit 22. Is generated and derived. The reforming unit 23 is filled with a catalyst (for example, Ru or Ni-based catalyst), and the mixed gas reacts with the catalyst to be reformed to generate hydrogen gas and carbon monoxide gas (so-called so-called). Steam reforming reaction). At the same time, a so-called carbon monoxide shift reaction occurs in which carbon monoxide generated in the steam reforming reaction reacts with steam to transform into hydrogen gas and carbon dioxide. These generated gases (so-called reformed gas) are led out to the fuel electrode of the fuel cell 24. The reformed gas contains hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, and unreformed natural gas (methane gas). The steam reforming reaction is an endothermic reaction, and the carbon monoxide shift reaction is an exothermic reaction.

燃料電池２４は、燃料極、空気極（酸化剤極）、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル２４ａが積層されて構成されている。本実施の形態の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池２４の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。動作温度は７００〜１０００℃程度である。水素だけではなく天然ガスや石炭ガスなども直接燃料として用いることが可能である。この場合、改質部２３は省略することができる。 The fuel cell 24 is configured by laminating a fuel electrode, an air electrode (oxidant electrode), and a plurality of cells 24a made of an electrolyte interposed between the two electrodes. The fuel cell of the present embodiment is a solid oxide fuel cell, and uses zirconium oxide, which is a kind of solid oxide, as an electrolyte. Hydrogen, carbon monoxide, methane gas, etc. are supplied to the fuel electrode of the fuel cell 24 as fuel. The operating temperature is about 700-1000 ° C. Not only hydrogen but also natural gas and coal gas can be used directly as fuel. In this case, the reforming unit 23 can be omitted.

セル２４ａの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路２４ｂが形成されている。セル２４ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路２４ｃが形成されている。 On the fuel electrode side of the cell 24a, a fuel flow path 24b through which a reformed gas that is a fuel flows is formed. An air flow path 24c through which air (cathode air) that is an oxidant gas flows is formed on the air electrode side of the cell 24a.

燃料電池２４は、マニホールド２５上に設けられている。マニホールド２５には、改質部２３からの改質ガスが改質ガス供給管４３を介して供給される。燃料流路２４ｂは、その下端（一端）がマニホールド２５の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。カソードエアブロワ４４ａ（カソードエア送出（送風）手段）によって送出されたカソードエアはカソードエア供給管４４を介して供給され、空気流路２４ｃの下端から導入され上端から導出されるようになっている。 The fuel cell 24 is provided on the manifold 25. The reformed gas from the reforming unit 23 is supplied to the manifold 25 through the reformed gas supply pipe 43. The lower end (one end) of the fuel flow path 24b is connected to the fuel outlet port of the manifold 25, and the reformed gas led out from the fuel outlet port is introduced from the lower end and led out from the upper end. . Cathode air delivered by the cathode air blower 44a (cathode air delivery (blower) means) is supplied via the cathode air supply pipe 44, introduced from the lower end of the air flow path 24c, and led out from the upper end. .

カソードエアブロワ４４ａは、第２室Ｒ２内に配設されている。カソードエアブロワ４４ａは、第２室Ｒ２内の空気を吸入し燃料電池２４の空気極に吐出するものであり、その吐出量は調整制御（例えば燃料電池２４の負荷電力量（消費電力量）に応じて制御）されるものである。 The cathode air blower 44a is disposed in the second chamber R2. The cathode air blower 44a sucks the air in the second chamber R2 and discharges it to the air electrode of the fuel cell 24. The discharge amount is adjusted and controlled (for example, the load power amount (power consumption amount) of the fuel cell 24). Are controlled accordingly).

燃料電池２４においては、燃料極に供給された燃料と空気極に供給された酸化剤ガスによって発電が行われる。すなわち、燃料極では、下記化１および化２に示す反応が生じ、空気極では、下記化３に示す反応が生じている。すなわち、空気極で生成した酸化物イオン（Ｏ^２−）が電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。したがって、燃料流路２４ｂおよび空気流路２４ｃからは、発電に使用されなかった改質ガスおよび酸化剤ガス（空気）が導出する。 In the fuel cell 24, power generation is performed by the fuel supplied to the fuel electrode and the oxidant gas supplied to the air electrode. That is, the reaction shown in Chemical Formula 1 and Chemical Formula 2 below occurs at the fuel electrode, and the reaction shown in Chemical Formula 3 below occurs at the air electrode. That is, oxide ions (O ²⁻ ) generated at the air electrode permeate the electrolyte and react with hydrogen at the fuel electrode to generate electrical energy. Therefore, the reformed gas and the oxidant gas (air) that have not been used for power generation are derived from the fuel flow path 24b and the air flow path 24c.

（化１）
Ｈ_２＋Ｏ^２−→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻ (Chemical formula 1)
H ₂ + O ²⁻ → H ₂ O + 2e ⁻

（化２）
ＣＯ＋Ｏ^２−→ＣＯ_２＋２ｅ⁻ (Chemical formula 2)
CO + O ²⁻ → CO ₂ + 2e ⁻

（化３）
１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２− (Chemical formula 3)
1 / 2O ₂ + 2e ⁻ → O ²⁻

そして、燃料流路２４ｂおよび空気流路２４ｃから導出した、発電に使用されなかった改質ガスは、燃料電池２４と蒸発部２２（改質部２３）の間の燃焼空間Ｒ３にて、発電に使用されなかった酸化剤ガス（空気）によって燃焼され、その燃焼ガスによって蒸発部２２および改質部２３が加熱される。さらには、燃料電池モジュール２０内を動作温度に加熱している。その後、燃焼ガスは排気口２１ａから燃料電池モジュール２０の外に排気される。 The reformed gas derived from the fuel flow path 24b and the air flow path 24c and not used for power generation is generated in the combustion space R3 between the fuel cell 24 and the evaporation section 22 (reforming section 23). The oxidant gas (air) that has not been used is combusted, and the evaporation part 22 and the reforming part 23 are heated by the combustion gas. Furthermore, the inside of the fuel cell module 20 is heated to the operating temperature. Thereafter, the combustion gas is exhausted out of the fuel cell module 20 through the exhaust port 21a.

排熱回収システム３０は、貯湯水を貯湯する貯湯槽３１と、貯湯水が循環する貯湯水循環ライン３２と、燃料電池モジュール２０からの燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換が行われる第１熱交換器３３と、が備えられている。 The exhaust heat recovery system 30 includes a hot water tank 31 for storing hot water, a hot water circulation line 32 for circulating the hot water, and a first heat exchange between the combustion exhaust gas from the fuel cell module 20 and the hot water. And a heat exchanger 33.

貯湯槽３１は、１つの柱状容器を備えており、その内部に温水が層状に、すなわち上部の温度が最も高温であり下部にいくにしたがって低温となり下部の温度が最も低温であるように貯留されるようになっている。貯湯槽３１の柱状容器の下部には水道水などの水（低温の水）が補給され、貯湯槽３１に貯留された高温の温水が貯湯槽３１の柱状容器の上部から導出されるようになっている。 The hot water storage tank 31 is provided with one columnar container, in which hot water is stored in a layered manner, that is, the temperature of the upper part is the highest and lower as it goes to the lower part, and the temperature of the lower part is the lowest. It has become so. Water (low-temperature water) such as tap water is replenished to the lower part of the columnar container of the hot water tank 31, and hot hot water stored in the hot water tank 31 is led out from the upper part of the columnar container of the hot water tank 31. ing.

貯湯水循環ライン３２の一端は貯湯槽３１の下部に、他端は貯湯槽３１の上部に接続されている。貯湯水循環ライン３２上には、一端から他端に向かって順番に貯湯水循環手段である貯湯水循環ポンプ３２ａ、第１熱交換器３３、および温度センサ３２ｂが配設されている。貯湯水循環ポンプ３２ａは、貯湯槽３１の下部の貯湯水を吸い込んで貯湯水循環ライン３２を図示矢印方向へ通水させて貯湯槽３１の上部に吐出するものであり、その流量（送出量）が制御されるようになっている。温度センサ３２ｂは、貯湯水の貯湯槽３１の入口温度を検出するものであり、その検出結果を制御装置（図示省略）に送信するようになっている。貯湯水循環ポンプ３２ａは、温度センサ３２ｂの検出温度（貯湯水の貯湯槽３１の入口温度）が所定の温度または温度範囲となるように、送出量が制御されるようになっている。 One end of the hot water circulation line 32 is connected to the lower part of the hot water tank 31, and the other end is connected to the upper part of the hot water tank 31. A hot water circulating pump 32a, a first heat exchanger 33, and a temperature sensor 32b, which are hot water circulating means, are disposed on the hot water circulating line 32 in order from one end to the other end. The hot water circulating pump 32a sucks hot water in the lower part of the hot water tank 31, passes the hot water circulating line 32 in the direction of the arrow in the drawing, and discharges it to the upper part of the hot water tank 31, and its flow rate (delivery amount) is controlled. It has come to be. The temperature sensor 32b detects the inlet temperature of the hot water storage tank 31 of the stored hot water, and transmits the detection result to a control device (not shown). The hot water circulating pump 32a is controlled in its delivery amount so that the temperature detected by the temperature sensor 32b (the inlet temperature of the hot water storage tank 31) falls within a predetermined temperature or temperature range.

第１熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽３１からの貯湯水が供給され燃焼排ガスと貯湯水が熱交換する熱交換器である。この第１熱交換器３３は、筐体１１内に配設されている。本実施の形態では、第１熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０の下部に設けられており、少なくとも第１熱交換器３３の下部は仕切部材１２を貫通して第２室Ｒ２に突出されて配設されている。 The first heat exchanger 33 is a heat exchanger in which combustion exhaust gas exhausted from the fuel cell module 20 is supplied and hot water stored in the hot water storage tank 31 is supplied to exchange heat between the combustion exhaust gas and the hot water. The first heat exchanger 33 is disposed in the housing 11. In the present embodiment, the first heat exchanger 33 is provided in the lower part of the fuel cell module 20, and at least the lower part of the first heat exchanger 33 penetrates the partition member 12 and protrudes into the second chamber R2. Arranged.

第１熱交換器３３は、ケーシング３３ａを備えている。ケーシング３３ａには、燃焼排ガスが導入される導入口３３ｂ、燃焼排ガスが導出される導出口３３ｃ、および凝縮された凝縮水が導出される導出口３３ｄが設けられている。ケーシング３３ａ内には、貯湯水循環ライン３２に接続されている熱交換部（凝縮部）３３ｅが配設されている。導入口３３ｂは、燃料電池モジュール２０のケーシング２１の下部に設けられ燃焼排ガスが導出される導出口２１ａに連通するようになっている。燃焼排ガスの導出口３３ｃは、排気管４５を介して第１排気口１１ａに接続されている。凝縮水の導出口３３ｄは、ケーシング３３ａの底部に形成されている。燃焼排ガスの導出口３３ｃは、凝縮水が燃焼排ガスの導出口３３ｃから導出するのを防止するため、凝縮水の導出口３３ｄより上方に形成されている。 The first heat exchanger 33 includes a casing 33a. The casing 33a is provided with an introduction port 33b through which combustion exhaust gas is introduced, a discharge port 33c through which combustion exhaust gas is derived, and a discharge port 33d through which condensed condensed water is derived. A heat exchanging part (condensing part) 33e connected to the hot water circulation line 32 is disposed in the casing 33a. The introduction port 33b is provided in the lower part of the casing 21 of the fuel cell module 20, and communicates with the outlet port 21a from which the combustion exhaust gas is led out. The combustion exhaust outlet port 33 c is connected to the first exhaust port 11 a via the exhaust pipe 45. The condensed water outlet 33d is formed at the bottom of the casing 33a. The combustion exhaust gas outlet 33c is formed above the condensed water outlet 33d in order to prevent the condensed water from being led out from the combustion exhaust gas outlet 33c.

このように構成された第１熱交換器３３においては、燃料電池モジュール２０からの燃焼排ガスは、導入口３３ｂからケーシング３３ａ内に導入され、貯湯水が流通する熱交換部３３ｅを通る際に貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは導出口３３ｃおよび排気管４５を通って第１排気口１１ａから外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水の導出口３３ｄおよび凝縮水供給管４６を通って純水器１４に供給される（自重で落水する）。一方、熱交換部３３ｅに流入した貯湯水は、加熱されて流出される。 In the first heat exchanger 33 configured as described above, the combustion exhaust gas from the fuel cell module 20 is introduced into the casing 33a from the introduction port 33b and passes through the heat exchange section 33e through which the hot water is circulated. Heat is exchanged with water to be condensed and cooled. The condensed combustion exhaust gas is discharged to the outside through the outlet port 33c and the exhaust pipe 45 from the first exhaust port 11a. Condensed condensed water is supplied to the deionizer 14 through the condensed water outlet 33d and the condensed water supply pipe 46 (it falls by its own weight). On the other hand, the hot water stored in the heat exchange unit 33e is heated and discharged.

また、燃料電池システムは、水タンク１３および純水器１４を備えている。水タンク１３および純水器１４は第２室Ｒ２内に配設されている。水タンク１３は、純水器１４から導出された純水を貯めておくものである。純水タンク１３には、純水タンク１３内の純水量を検出する図示しない水量センサ（水位センサ）が設けられている。水量センサは例えばフロート式、静電容量式などの水位計である。水量センサは制御装置に検出信号を送信するようになっている。 Further, the fuel cell system includes a water tank 13 and a deionizer 14. The water tank 13 and the deionizer 14 are disposed in the second chamber R2. The water tank 13 stores pure water derived from the pure water device 14. The pure water tank 13 is provided with a water amount sensor (water level sensor) (not shown) that detects the amount of pure water in the pure water tank 13. The water amount sensor is, for example, a float type or capacitance type water level gauge. The water amount sensor transmits a detection signal to the control device.

純水器１４は、活性炭とイオン交換樹脂を内蔵しており、例えばフレーク状の活性炭と粒状のイオン交換樹脂を充填している。また被処理水の状態によっては、中空糸フィルタを設置しても良い。純水器１４は、第１熱交換器３３からの凝縮水を活性炭とイオン交換樹脂によって純水化するものである。純水器１４は、配管４７を介して純水タンク１３に連通しており、純水器１４内の純水は配管４７を通って純水タンク１３に導出される。 The pure water device 14 contains activated carbon and an ion exchange resin, and is filled with, for example, flaky activated carbon and a granular ion exchange resin. Depending on the state of the water to be treated, a hollow fiber filter may be installed. The deionizer 14 purifies the condensed water from the first heat exchanger 33 with activated carbon and an ion exchange resin. The deionizer 14 communicates with the deionized water tank 13 through a pipe 47, and the deionized water in the deionizer 14 is led to the deionized water tank 13 through the pipe 47.

また、燃料電池システムは、換気用空気流路Ｌを備えている。換気用空気流路Ｌは、図２に示すように、外部の空気が第２室Ｒ２の空気導入口１１ｃから導入され、該第２室Ｒ２および第１室Ｒ１を流通して第１室Ｒ１の空気導出口１１ｂから外部に導出される流路である。図２では、換気用空気流路Ｌの換気用空気の流れの一例をＬを付して矢印で示している。この換気用空気流路Ｌ上には、換気用空気を第２室Ｒ２の空気導入口１１ｃから第１室Ｒ１の空気導出口１１ｂへ向けて流量調整可能に送風する１つの換気用空気ブロワ（送風手段）１５が設けられている。 The fuel cell system also includes a ventilation air flow path L. As shown in FIG. 2, in the ventilation air flow path L, external air is introduced from the air introduction port 11c of the second chamber R2, and flows through the second chamber R2 and the first chamber R1 to form the first chamber R1. This is a flow path led out from the air outlet 11b. In FIG. 2, an example of the flow of ventilation air in the ventilation air flow path L is indicated by an arrow with L attached thereto. On this ventilation air flow path L, one ventilation air blower (ventilation air) that blows ventilation air from the air inlet port 11c of the second chamber R2 toward the air outlet port 11b of the first chamber R1 so that the flow rate can be adjusted ( A blowing means) 15 is provided.

空気導入口１１ｃは、第２室Ｒ２を形成する筐体１１に形成されており（第２室Ｒ２に形成されており）、第２室Ｒ２内に外部からの空気を導入する導入口である。空気導出口１１ｂは、第１室Ｒ１を形成する筐体１１に形成されており（第１室Ｒ１に形成されており）、第１室Ｒ１内の空気（気体）を外部に導入する導出口である。 The air introduction port 11c is formed in the casing 11 forming the second chamber R2 (formed in the second chamber R2), and is an introduction port for introducing air from the outside into the second chamber R2. . The air outlet 11b is formed in the casing 11 forming the first chamber R1 (formed in the first chamber R1), and the outlet for introducing the air (gas) in the first chamber R1 to the outside. It is.

また、第１室Ｒ１と第２室Ｒ２との間を仕切る仕切部材１２には、空気導入口１２ａが形成されている。空気導入口１２ａは、第２室Ｒ２内の空気（気体）を第１室Ｒ１内に導入する導入口である。本実施の形態では、換気用空気ブロワ１５は、空気導入口１２ａに設けられている。この換気用空気ブロワ１５は、第２室Ｒ２内の空気を吸い込んで、空気導入口１２ａを通して第１室Ｒ１内に送出している。換気用空気ブロワ１５は、空気を第２室Ｒ２の空気導入口１１ｃから第１室Ｒ１の空気導出口１１ｂへ向けて流量調整可能に送風する。なお、空気導入口１２ａから空気導出口１１ｂまでの空気が流通する流通路には、空気導入口１２ａおよび空気導出口１１ｂも含まれる。換気用空気ブロワ１５の設置位置は、本実施例では仕切部材１２の位置に設置されているが、空気導入口１１ｃ付近に設置され筐体１１内に空気を押し込む方式でもよく、また、空気導出口１１ｂ付近に設置され筐体１１内の空気を吸い出す方式でも、図２に示す換気用空気流路Lの流れができれば良い。 An air inlet 12a is formed in the partition member 12 that partitions the first chamber R1 and the second chamber R2. The air inlet 12a is an inlet for introducing air (gas) in the second chamber R2 into the first chamber R1. In the present embodiment, the ventilation air blower 15 is provided in the air inlet 12a. This ventilation air blower 15 sucks air in the second chamber R2 and sends it out into the first chamber R1 through the air inlet 12a. The ventilation air blower 15 blows air from the air inlet port 11c of the second chamber R2 toward the air outlet port 11b of the first chamber R1 so that the flow rate can be adjusted. The air passage from the air introduction port 12a to the air outlet port 11b includes the air inlet port 12a and the air outlet port 11b. Although the air blower 15 for ventilation is installed at the position of the partition member 12 in this embodiment, it may be installed in the vicinity of the air inlet 11c to push air into the housing 11, and the air guide Even in a system installed near the outlet 11b and sucking out the air in the housing 11, it is sufficient if the air flow path L for ventilation shown in FIG.

このように、換気用空気流路Ｌは、空気導入口１１ｃと空気導出口１１ｂを有し、空気導入口１１ｃから空気導入口１２ａ経由で空気導出口１１ｂまでの第２室Ｒ２内および第１室Ｒ１内の空間で構成される流路のことである。 Thus, the ventilation air flow path L has the air inlet 11c and the air outlet 11b, and in the second chamber R2 from the air inlet 11c to the air outlet 11b via the air inlet 12a and the first air outlet 11b. It is a flow path constituted by the space in the chamber R1.

換気用空気ブロワ１５の駆動により、第２室Ｒ２内に外部の空気が空気導入口１１ｃを通って流入する。第２室Ｒ２内に導入された外部の空気（換気用空気）は、第２室Ｒ２内の空間を、高温となった部材（例えば、インバータ装置）との間で熱交換を行いながら（すなわちインバータ装置を冷却しながら）仕切部材１２の空気導入口１２ａに向かって流通する。 By driving the ventilation air blower 15, external air flows into the second chamber R2 through the air inlet 11c. The external air (ventilation air) introduced into the second chamber R2 exchanges heat with the member (for example, an inverter device) having a high temperature in the space in the second chamber R2 (ie, the inverter device) (that is, It flows toward the air inlet 12a of the partition member 12 (while cooling the inverter device).

第２室Ｒ２内で熱交換されて昇温された空気が、空気導入口１２ａを通して第１室Ｒ１内に送出される。第１室Ｒ１内に導入された換気用空気は、第１室Ｒ１の内壁面とケーシング２１と間を、燃料電池モジュール２０との間で熱交換を行いながら（すなわち燃料電池モジュール２０もしくは筐体１１の温度を冷却しながら）空気導出口１１ｂに向かって流通する。そして、高温（例えば、４０〜６０℃）となった換気用空気は、空気導出口１１ｂから外部に排出される。 The air whose temperature has been increased by heat exchange in the second chamber R2 is sent into the first chamber R1 through the air inlet 12a. The ventilation air introduced into the first chamber R1 exchanges heat with the fuel cell module 20 between the inner wall surface of the first chamber R1 and the casing 21 (that is, the fuel cell module 20 or the casing). 11), and flows toward the air outlet 11b. And the ventilation air which became high temperature (for example, 40-60 degreeC) is discharged | emitted outside from the air outlet 11b.

さらに、燃料電池システムは、温度センサ２１ｂを備えている。温度センサ２１ｂは、第１室Ｒ１内の温度を検出する温度センサである。本実施の形態では、温度センサ２１ｂは、第１室Ｒ１内で温度が高くなる場所の温度、例えば、燃料電池モジュール２０のケーシング２１の外壁面温度または該外壁面温度を反映する部位の温度を検出するセンサである。なお、温度センサ２１ｂの位置は、燃料電池モジュール２０の周辺温度が測定できればよく、最も望ましいのは筐体温度を測定できる位置（最も高温になりやすい筐体の位置）である。温度センサ２１ｂの検出結果は制御装置６０に送信されている。 Further, the fuel cell system includes a temperature sensor 21b. The temperature sensor 21b is a temperature sensor that detects the temperature in the first chamber R1. In the present embodiment, the temperature sensor 21b measures the temperature at which the temperature rises in the first chamber R1, for example, the temperature of the outer wall surface of the casing 21 of the fuel cell module 20 or the temperature of the part that reflects the outer wall surface temperature. It is a sensor to detect. Note that the position of the temperature sensor 21b only needs to be able to measure the ambient temperature of the fuel cell module 20, and the most desirable is the position where the casing temperature can be measured (the position of the casing that is likely to reach the highest temperature). The detection result of the temperature sensor 21b is transmitted to the control device 60.

また、燃料電池システムは、温度センサ５０ｂを備えている。温度センサ５０ｂは、第２室Ｒ２内の温度を検出する温度センサである。本実施の形態では、温度センサ５０ｂは、第２室Ｒ２内で温度が高くなる場所の温度、例えば、インバータ装置５０のケーシング５０ａの外壁面温度または該外壁面温度を反映する部位の温度を検出するセンサである。温度センサ５０ｂの位置は補機の周辺温度が測定できれば、補機に接触していなくてもよい。温度センサ５０ｂの検出結果は制御装置６０に送信されている。 Further, the fuel cell system includes a temperature sensor 50b. The temperature sensor 50b is a temperature sensor that detects the temperature in the second chamber R2. In the present embodiment, the temperature sensor 50b detects the temperature at which the temperature increases in the second chamber R2, for example, the temperature of the outer wall surface of the casing 50a of the inverter device 50 or the temperature of the part that reflects the outer wall surface temperature. Sensor. The position of the temperature sensor 50b may not be in contact with the auxiliary machine as long as the ambient temperature of the auxiliary machine can be measured. The detection result of the temperature sensor 50 b is transmitted to the control device 60.

また、燃料電池システムは、温度センサ６１を備えている。温度センサ６１は、筐体１１が設置されている雰囲気温度（環境温度）を検出する温度センサである。温度センサ６１の検出結果は制御装置６０に送信されている。 The fuel cell system includes a temperature sensor 61. The temperature sensor 61 is a temperature sensor that detects the ambient temperature (environment temperature) where the housing 11 is installed. The detection result of the temperature sensor 61 is transmitted to the control device 60.

さらに、燃料電池システムは、インバータ装置５０を備えている。インバータ装置５０は、燃料電池２４から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して交流の系統電源５１および外部電力負荷５３に接続されている電源ライン５２に出力する第１機能と、系統電源５１からの交流電圧を電源ライン５２を介して入力し所定の直流電圧に変換して補機に出力する第２機能と、を有している。 Further, the fuel cell system includes an inverter device 50. The inverter device 50 has a first function of inputting a DC voltage output from the fuel cell 24, converting the DC voltage to a predetermined AC voltage, and outputting the AC voltage to a power line 52 connected to an AC system power supply 51 and an external power load 53. And a second function of inputting an AC voltage from the system power supply 51 through the power supply line 52, converting the AC voltage into a predetermined DC voltage, and outputting the converted voltage to the auxiliary machine.

なお、系統電源（または商用電源）５１は、該系統電源５１に接続された電源ライン５２を介して電力負荷５３に電力を供給するものである。燃料電池２４はインバータシステム１５を介して電源ライン１３に接続されている。電力負荷５３は、交流電源で駆動される負荷であり、例えばドライヤ、冷蔵庫、テレビなどの電化製品である。補機は、燃料電池モジュール２０に改質用原料、水、空気を供給するためのモータ駆動のポンプ４１ａ，４２ｂおよび換気用空気ブロワ１５などから構成されている。この補機は直流電圧にて駆動されるものである。 The system power supply (or commercial power supply) 51 supplies power to the power load 53 via a power supply line 52 connected to the system power supply 51. The fuel cell 24 is connected to the power supply line 13 via the inverter system 15. The power load 53 is a load driven by an AC power supply, and is an electrical appliance such as a dryer, a refrigerator, or a television. The auxiliary equipment includes motor-driven pumps 41 a and 42 b for supplying reforming raw material, water, and air to the fuel cell module 20, a ventilation air blower 15, and the like. This auxiliary machine is driven by a DC voltage.

インバータ装置５０は、電流センサ５０ｃを備えている。電流センサ５０ｃは、インバータ装置５０から電源ライン５２を介して外部電力負荷５３に出力される電力、および系統電源５１から電源ライン５２を介してインバータ装置５０に入力される電力を検知する。この検知結果は制御装置６０に送信されるようになっている。 The inverter device 50 includes a current sensor 50c. The current sensor 50 c detects power output from the inverter device 50 to the external power load 53 via the power supply line 52 and power input from the system power supply 51 to the inverter device 50 via the power supply line 52. This detection result is transmitted to the control device 60.

さらに、燃料電池システムには、電流センサ５２ａを備えている。電流センサ５２ａは、電源ライン５２に設けられ、インバータ装置５０から系統電源５１への逆潮流電力、および系統電源５１からインバータ装置５０への順潮流電力を検知する。この検知結果は制御装置６０に送信されるようになっている。 Further, the fuel cell system includes a current sensor 52a. Current sensor 52 a is provided on power supply line 52 and detects reverse power flow from inverter device 50 to system power supply 51 and forward power flow from system power supply 51 to inverter device 50. This detection result is transmitted to the control device 60.

さらに、燃料電池システムは、制御装置６０を備えている。制御装置６０には、上述した温度センサ２１ｂ，３２ｂ，５０ｂ，６１、各電流センサ５０ｃ，５３ａ、各ポンプ３２ａ，４１ａ，４２ｂ、各ブロワ１５，４４ａが接続されている（図３参照）。制御装置６０はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、燃料電池システムの運転を実施している。ＲＡＭは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。 Further, the fuel cell system includes a control device 60. The controller 60 is connected to the temperature sensors 21b, 32b, 50b, 61, the current sensors 50c, 53a, the pumps 32a, 41a, 42b, and the blowers 15, 44a (see FIG. 3). The control device 60 includes a microcomputer (not shown), and the microcomputer includes an input / output interface, a CPU, a RAM, and a ROM (all not shown) connected via a bus. The CPU is operating the fuel cell system. The RAM temporarily stores variables necessary for executing the program, and the ROM stores the program.

この制御装置６０は、燃料電池２４が発電可能な状態において、電流センサ５０ｃにより検知されるインバータ装置５０からの出力電力、および電流センサ５２ａにより検知される系統電源５１に入出する電力に基づいて外部電力負荷５３で消費される消費電力を算出する。例えば、インバータ装置５０からの出力電力と系統電源５１に入出する電力との和が消費電力として算出される。制御装置６０は、燃料電池２４の発電電力が、算出した消費電力となるように、燃料電池モジュール２０に供給する原料、水などの供給量を制御する。なお、消費電力が燃料電池２４の最大発電電力を超える場合には、燃料電池２４は最大発電電力で運転される。 This control device 60 is external based on the output power from the inverter device 50 detected by the current sensor 50c and the power input to and output from the system power source 51 detected by the current sensor 52a in a state where the fuel cell 24 can generate power. The power consumption consumed by the power load 53 is calculated. For example, the sum of the output power from the inverter device 50 and the power input to and output from the system power supply 51 is calculated as the power consumption. The control device 60 controls the supply amount of the raw material, water, etc. supplied to the fuel cell module 20 so that the generated power of the fuel cell 24 becomes the calculated power consumption. When the power consumption exceeds the maximum generated power of the fuel cell 24, the fuel cell 24 is operated with the maximum generated power.

また、制御装置６０には、図示しない記憶装置（記憶部）に、最低送風量（最低換気量）と燃料電池２４に投入される燃料ガス量または燃料電池２４の発電量との相関関係を示すマップ（図４参照）が記憶されている。最低送風量は、換気用空気ブロワ１５の送風量の最低量のことであり、図４に示すように、燃料電池２４に投入される燃料ガス量または燃料電池２４の発電量が大きくなるほど大きい値に設定される。最低送風量は、燃料電池モジュール２０から原料などの可燃ガスが第１室Ｒ１内に漏れた場合や、改質用原料供給管４２から原料が第１室Ｒ１内（または第２室Ｒ２内）に漏れた場合に、その漏れたガスを外部に排気可能な濃度に希釈するのに必要な送風量に設定されている。なお、この最低送風量は、燃料電池２４に投入される燃料ガス量または燃料電池２４の発電量のみによって決定されるものであり、筐体１１の雰囲気温度には左右されない。なお、本実施形態では、燃料電池２４に投入される燃料ガス量とは、改質用原料の供給量（流量）のことを言っている。また、燃料電池２４の発電量は燃料ガス量に比例関係がある。 Further, the control device 60 shows a correlation between the minimum air flow rate (minimum ventilation amount) and the fuel gas amount input to the fuel cell 24 or the power generation amount of the fuel cell 24 in a storage device (storage unit) (not shown). A map (see FIG. 4) is stored. The minimum airflow is the minimum airflow of the ventilation air blower 15 and increases as the amount of fuel gas input to the fuel cell 24 or the power generation amount of the fuel cell 24 increases as shown in FIG. Set to The minimum blast volume is determined when the combustible gas such as raw material leaks from the fuel cell module 20 into the first chamber R1, or when the raw material flows from the reforming raw material supply pipe 42 into the first chamber R1 (or within the second chamber R2). When the air leaks, the air flow required to dilute the leaked gas to a concentration that can be exhausted to the outside is set. The minimum air blowing amount is determined only by the amount of fuel gas input to the fuel cell 24 or the amount of power generated by the fuel cell 24, and is not affected by the ambient temperature of the housing 11. In the present embodiment, the amount of fuel gas input to the fuel cell 24 refers to the supply amount (flow rate) of the reforming raw material. The amount of power generated by the fuel cell 24 is proportional to the amount of fuel gas.

次に、上述した燃料電池システムの作動（特に換気用空気ブロワ１５の作動）について図５を参照して説明する。制御装置６０は、図示しない起動スイッチがオンされると、図５に示すフローチャートに対応するプログラムを所定の短時間毎（例えば、１０ミリ秒）に実行する。制御装置６０は、上述したように別に算出された発電量を読み込み（ステップ１０２）、第１温度Ｔ１を温度センサ２１ｂから読み込み（ステップ１０４）、第２温度Ｔ２を温度センサ５０ｂから読み込む（ステップ１０６）。 Next, the operation of the fuel cell system described above (particularly, the operation of the ventilation air blower 15) will be described with reference to FIG. When a start switch (not shown) is turned on, the control device 60 executes a program corresponding to the flowchart shown in FIG. 5 every predetermined short time (for example, 10 milliseconds). The control device 60 reads the power generation amount calculated separately as described above (step 102), reads the first temperature T1 from the temperature sensor 21b (step 104), and reads the second temperature T2 from the temperature sensor 50b (step 106). ).

制御装置６０は、ステップ１０８において、ステップ１０２で読み込んだ発電量と、予め記憶されている発電量と最低送風量との関係を示すマップ（図４参照）とから、読み込んだ発電量に対応する最低送風量を導出する。制御装置６０は、ステップ１１０において、最低送風量を送風量に設定する。そして、制御装置６０は、ステップ１１２において、その導出した最低送風量で換気用空気ブロワ１５を駆動させる。 In step 108, the control device 60 corresponds to the read power generation amount from the power generation amount read in step 102 and a map (see FIG. 4) showing the relationship between the power generation amount stored in advance and the minimum air blowing amount. Deriving the minimum air flow. In step 110, the control device 60 sets the minimum air blowing amount to the air blowing amount. Then, in step 112, the control device 60 drives the ventilation air blower 15 with the derived minimum blowing amount.

その後、先に読み込んだ第１温度Ｔ１が第１所定温度Ｔ１−ａ未満であり、かつ、先に読み込んだ第２温度Ｔ２が第２所定温度Ｔ２−ａ未満である場合には、制御装置６０は、ステップ１１４，１１６でそれぞれ「ＮＯ」と判定し、換気用空気ブロワ１５を最低送風量で駆動させる（ステップ１１２）。 After that, when the first temperature T1 read first is lower than the first predetermined temperature T1-a and the second temperature T2 read first is lower than the second predetermined temperature T2-a, the control device 60 Are determined to be “NO” in steps 114 and 116, respectively, and the ventilation air blower 15 is driven with the minimum air flow (step 112).

一方、先に読み込んだ第１温度Ｔ１が第１所定温度Ｔ１−ａ以上であるか、または、先に読み込んだ第２温度Ｔ２が第２所定温度Ｔ２−ａ以上である場合には、制御装置６０は、ステップ１１４またはステップ１１６で「ＹＥＳ」と判定し、最低送風量より所定量だけ増大させた送風量を導出する（ステップ１２０）。制御装置６０は、ステップ１２２において、換気用空気ブロワ１５を最低送風量より所定量だけ増大させた送風量で駆動させる。すなわち、換気用空気ブロワ１５の送風量は少なくとも最低送風量に設定されており、第１温度Ｔ１および第２温度Ｔ２がそれぞれ第１所定温度Ｔ１−ａおよび第２所定温度Ｔ２−ａ以下となるように増大させるように制御されている。なお、図５では送風量を所定量増大させているが、Ｔ１，Ｔ２の既定温度以上の部位が既定温度以下となるように、換気ファン流量を温度Ｆ／Ｂ制御しても良い（ステップ１２０）。 On the other hand, when the first temperature T1 read first is equal to or higher than the first predetermined temperature T1-a, or the second temperature T2 read first is equal to or higher than the second predetermined temperature T2-a, the control device 60 determines "YES" in step 114 or step 116, and derives the air blowing amount increased by a predetermined amount from the minimum air blowing amount (step 120). In step 122, the control device 60 drives the ventilation air blower 15 with an air flow rate that is increased by a predetermined amount from the minimum air flow rate. In other words, the air flow rate of the ventilation air blower 15 is set to at least the minimum air flow rate, and the first temperature T1 and the second temperature T2 are equal to or lower than the first predetermined temperature T1-a and the second predetermined temperature T2-a, respectively. It is controlled to increase. In FIG. 5, the air flow rate is increased by a predetermined amount. However, the flow rate of the ventilation fan may be controlled by the temperature F / B so that the portions of T1 and T2 that are equal to or higher than the predetermined temperature are equal to or lower than the predetermined temperature (step 120). ).

なお、第１温度Ｔ１が第１所定温度Ｔ１−ａ以上である状態が継続して第１所定時間以上である場合、または、第２温度Ｔ２が第２所定温度Ｔ２−ａ以上である状態が継続して第２所定時間以上である場合には、制御装置６０は、ステップ１１８，１２４で「ＹＥＳ」と判定し、燃料電池システムの運転（発電運転、起動運転）を停止する（ステップ１２６）。また、第１温度Ｔ１が第１所定温度Ｔ１−ａ以上である状態が継続して第１所定時間未満である場合、または、第２温度Ｔ２が第２所定温度Ｔ２−ａ以上である状態が継続して第２所定時間未満である場合には、制御装置６０は、ステップ１１８，１２４で「ＮＯ」と判定して、上述したように換気用空気ブロワ１５を最低送風量より所定量だけ増大させた送風量で駆動させる。 In addition, when the state where the first temperature T1 is equal to or higher than the first predetermined temperature T1-a continues for the first predetermined time or more, or the state where the second temperature T2 is equal to or higher than the second predetermined temperature T2-a. If it is continuously longer than the second predetermined time, the control device 60 determines “YES” in steps 118 and 124 and stops the operation (power generation operation and start-up operation) of the fuel cell system (step 126). . Further, when the state where the first temperature T1 is equal to or higher than the first predetermined temperature T1-a continues for less than the first predetermined time, or the state where the second temperature T2 is equal to or higher than the second predetermined temperature T2-a. If it is continuously less than the second predetermined time, the control device 60 determines “NO” in steps 118 and 124, and increases the ventilation air blower 15 by a predetermined amount from the minimum air blowing amount as described above. Driven with the blown airflow.

なお、第１所定温度Ｔ１−ａは、筐体１１の外壁面に人が接触可能な温度であり、例えば６０℃である。第２所定温度Ｔ２−ａは、補機、インバータ装置５０が安定して稼働可能な温度であり（補機、インバータ装置５０の動作が保証されている上限温度であり）、例えば６０℃である。第１所定時間は、第１温度の温度変化に対する応答性によって実験によって求められる値であり、例えば１０分である。第２所定時間は、第２温度の温度変化に対する応答性によって実験によって求められる値であり、例えば２０分である。 The first predetermined temperature T1-a is a temperature at which a person can contact the outer wall surface of the housing 11, and is 60 ° C., for example. The second predetermined temperature T2-a is a temperature at which the auxiliary machine and the inverter device 50 can be stably operated (the upper limit temperature at which the operation of the auxiliary machine and the inverter device 50 is guaranteed), and is 60 ° C., for example. . The first predetermined time is a value obtained by experiments based on responsiveness to a temperature change of the first temperature, and is, for example, 10 minutes. The second predetermined time is a value obtained by experiments based on responsiveness to the temperature change of the second temperature, and is, for example, 20 minutes.

また、特許請求の範囲に記載した「補機」は、筐体１１内に収納された、燃料電池２４のための補機であり、第２室Ｒ２内に収納されているものである。信頼性を確保する対象となる「補機」は、上述したインバータ装置５０、ポンプ４１ａ，４２ｂ、ブロワ１５，４４ａ、バルブ（図示省略）、脱硫器４２ａ、純水器１４などである。 The “auxiliary machine” described in the claims is an auxiliary machine for the fuel cell 24 housed in the housing 11 and housed in the second chamber R2. The “auxiliary machines” that are the targets for ensuring the reliability include the inverter device 50, the pumps 41a and 42b, the blowers 15 and 44a, the valves (not shown), the desulfurizer 42a, the deionizer 14 and the like.

上述した説明から明らかなように、本実施の形態においては、換気用空気流路Ｌは、外部の空気を第２室Ｒ２（燃料電池２４からの出力電力が供給されるインバータ装置５０が収納された）の空気導入口１１ｃから導入し、該第２室Ｒ２および第１室Ｒ１（燃料電池２４を少なくとも含んで構成された燃料電池モジュール２０が収納された）を流通させて第１室Ｒ１の空気導出口１１ｂから外部に導出する。この換気用空気流路Ｌ上に換気用空気ブロワ１５（送風手段）が一つだけ設けられ、その換気用空気ブロワ１５は空気を第２室Ｒ２の空気導入口１１ｃから第１室Ｒ１の空気導出口１１ｂへ向けて流量調整可能に送風する。これにより、簡単な構造の換気用空気流路Ｌと一つの換気用空気ブロワ１５とにより、燃料電池モジュール２０だけでなく補機（インバータ装置５０など）も併せて換気して適切に降温することが可能となる。 As is apparent from the above description, in the present embodiment, the ventilation air flow path L accommodates external air in the second chamber R2 (the inverter device 50 to which output power from the fuel cell 24 is supplied). And the second chamber R2 and the first chamber R1 (in which the fuel cell module 20 configured to include at least the fuel cell 24 is housed) are circulated to the first chamber R1. The air is led out from the air outlet 11b. Only one ventilation air blower 15 (air blowing means) is provided on the ventilation air flow path L, and the ventilation air blower 15 sends air from the air inlet 11c of the second chamber R2 to the air of the first chamber R1. The air is blown toward the outlet 11b so that the flow rate can be adjusted. As a result, the ventilation air flow path L having a simple structure and the single ventilation air blower 15 ventilate not only the fuel cell module 20 but also the auxiliary equipment (such as the inverter device 50) and appropriately lower the temperature. Is possible.

また、制御装置６０が、燃料電池２４に投入される燃料ガス量または燃料電池２４の発電量、第１室Ｒ１内の第１温度Ｔ１および第２室Ｒ２内の第２温度Ｔ２に基づいて換気用空気ブロワ１５の送風量を制御する。これにより、換気用空気が第２室Ｒ２を通った後で第１室Ｒ１を通る換気用空気流路Ｌに換気用空気ブロワ１５を一つだけ設ける換気構造において、燃料電池２４に投入される燃料ガス量または燃料電池２４の発電量に基づいて換気用空気ブロワ１５を制御することで燃料電池モジュール２０から漏れたガス（改質用燃料だけでなく、改質後のガス、エミッションの悪い燃焼排気を含む。）を確実かつ適切に希釈し、第２温度Ｔ２に基づいて換気用空気ブロワ１５を制御することでインバータ装置５０などの上限保証温度以下に第２室Ｒ２の温度を降温させ、第１温度Ｔ１に基づいて換気用空気ブロワ１５を制御することで第１室Ｒ１の温度ひいては筐体１１の温度を降温させるという、３つの換気目的を確保した上で、換気用空気の送風量をできるだけ抑制することで発電効率を高く維持することができる。 Further, the control device 60 performs ventilation based on the amount of fuel gas input to the fuel cell 24 or the amount of power generated by the fuel cell 24, the first temperature T1 in the first chamber R1, and the second temperature T2 in the second chamber R2. The air flow rate of the industrial air blower 15 is controlled. As a result, after the ventilation air passes through the second chamber R2, in the ventilation structure in which only one ventilation air blower 15 is provided in the ventilation air flow path L passing through the first chamber R1, the fuel cell 24 is charged. Gas that leaks from the fuel cell module 20 by controlling the air blower 15 for ventilation based on the amount of fuel gas or the amount of power generated by the fuel cell 24 (not only reforming fuel but also reformed gas, combustion with poor emission) The exhaust air is contained) reliably and appropriately, and the temperature of the second chamber R2 is lowered below the upper limit guaranteed temperature of the inverter device 50 and the like by controlling the ventilation air blower 15 based on the second temperature T2. By controlling the air blower 15 for ventilation on the basis of the first temperature T1, the air volume of the ventilation air is secured while ensuring the three ventilation purposes of lowering the temperature of the first chamber R1 and thus the temperature of the housing 11. It is possible to maintain a high power generation efficiency as much as possible suppressed.

また、筐体１１内の空間は、燃料電池モジュール２０が収納されている第１空間Ｒ１と、補機（インバータ５０、ブロワ、ポンプなど）が収納されている第２空間Ｒ２を有している。換気用空気ブロワ（送風手段）１５は、空気導入口１１ｃ（筐体１１の外部の空気を第２空間Ｒ２に導入するために筐体１１に設けられた）から導入された空気を、空気導出口１１ｂ（筐体１１内の空気を第１空間Ｒ１から外部に導出するために筐体１１に設けられた）へ向けて換気用空気流路Ｌを流量調整可能に流通させる。制御装置６０は、燃料電池２４に投入される燃料ガス量または燃料電池２４の発電量と、第１空間Ｒ１内の第１温度と、第２空間Ｒ２の第２温度とに基づいて送風手段１５の送風量を制御する。これにより、補機が収納されている第２空間Ｒ２と、燃料電池モジュール２０が収納されている第１空間Ｒ１を有し、一つの送風手段１５を用いて、補機が収納されている第２空間Ｒ２の温度を補機の信頼性を確保できる温度以下にするとともに、燃料電池モジュール２０の周りの筐体温度を安全温度以下にすることができる。したがって、燃料電池モジュール２０だけでなく補機も併せて適切に換気して降温することが可能となる。 Further, the space in the housing 11 has a first space R1 in which the fuel cell module 20 is accommodated, and a second space R2 in which auxiliary equipment (inverter 50, blower, pump, etc.) is accommodated. . The ventilation air blower (blower unit) 15 converts air introduced from the air introduction port 11c (provided in the housing 11 to introduce air outside the housing 11 into the second space R2). The ventilation air flow path L is circulated so that the flow rate can be adjusted toward the outlet 11b (provided in the housing 11 for leading the air in the housing 11 to the outside from the first space R1). Based on the amount of fuel gas input to the fuel cell 24 or the amount of power generated by the fuel cell 24, the first temperature in the first space R1, and the second temperature in the second space R2, the control device 60 blows the air blowing means 15. To control the air flow. Accordingly, the second space R2 in which the auxiliary machine is stored and the first space R1 in which the fuel cell module 20 is stored, and the auxiliary machine is stored using one air blowing means 15. While the temperature of the two spaces R2 can be made lower than the temperature at which the reliability of the auxiliary machine can be ensured, the housing temperature around the fuel cell module 20 can be made lower than the safe temperature. Therefore, not only the fuel cell module 20 but also the auxiliary equipment can be appropriately ventilated to lower the temperature.

また、筐体１１内は、第１空間を形成する第１室Ｒ１と第２空間を形成する第２室Ｒ２とに仕切部材１２で区画形成されている。これにより、第１空間と第２空間を仕切部材１２で区画することで、第２空間Ｒ２の温度を補機の信頼性を確保できる温度以下にするとともに、燃料電池モジュール２０の周りの筐体温度を安全温度以下にすることを、より的確に行うことができる。 Moreover, the inside of the housing | casing 11 is divided and formed by the partition member 12 in 1st chamber R1 which forms 1st space, and 2nd chamber R2 which forms 2nd space. As a result, the first space and the second space are partitioned by the partition member 12, so that the temperature of the second space R <b> 2 is not more than a temperature at which the reliability of the auxiliary machine can be ensured, and the casing around the fuel cell module 20. It is possible to more accurately perform the temperature below the safe temperature.

また、制御装置６０は、燃料電池２４に投入される燃料ガス量または燃料電池２４の発電量に基づいて換気用空気ブロワ１５の送風量の最低量を設定し、換気用空気ブロワ１５を少なくとも最低量で駆動させるように制御する。これにより、燃料電池２４に投入される燃料ガス量または燃料電池２４の発電量に基づいて設定される送風量の空気を少なくとも供給することで、第１室Ｒ１内に燃料電池モジュール２０から燃料などが漏れたとしても、燃料電池２４に投入される燃料ガス量または燃料電池２４の発電量に応じて適切に供給される空気により、漏れた燃料などを適切に希釈して外部に排気することができる。 Further, the control device 60 sets a minimum amount of air blown from the ventilation air blower 15 based on the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 24 or the amount of power generated by the fuel cell 24, and sets the ventilation air blower 15 to at least the minimum. Control to drive by quantity. As a result, by supplying at least air of a blowing amount set based on the amount of fuel gas input to the fuel cell 24 or the amount of power generated by the fuel cell 24, fuel or the like from the fuel cell module 20 into the first chamber R1. Even if the fuel leaks, it is possible to appropriately dilute the leaked fuel or the like with the air supplied appropriately according to the amount of fuel gas input to the fuel cell 24 or the amount of power generated by the fuel cell 24 and exhaust it to the outside. it can.

また、制御装置６０は、さらに、第１室Ｒ１内の第１温度Ｔ１が第１所定温度Ｔ１−ａ以下となりかつ第２室Ｒ２内の第２温度Ｔ２が第２所定温度Ｔ２−ａ以下となるように換気用空気ブロワ１５の送風量を制御する。これにより、燃料電池モジュール２０が収納されている第１室Ｒ１の第１温度Ｔ１は第１所定温度Ｔ１−ａ以下に抑制されると同時に、インバータ装置５０、ポンプ、ブロワ（補機）が収納されている第２室Ｒ２の第２温度Ｔ２は第２所定温度Ｔ２−ａ以下に抑制される。したがって、第１室Ｒ１の外壁面温度の高温化の抑制と第２室Ｒ２内の温度の高温化の抑制の両立を的確かつ適切に達成することができる。 Further, the control device 60 further determines that the first temperature T1 in the first chamber R1 is equal to or lower than the first predetermined temperature T1-a and the second temperature T2 in the second chamber R2 is equal to or lower than the second predetermined temperature T2-a. The ventilation volume of the air blower 15 for ventilation is controlled so that it may become. Accordingly, the first temperature T1 of the first chamber R1 in which the fuel cell module 20 is accommodated is suppressed to the first predetermined temperature T1-a or less, and at the same time, the inverter device 50, the pump, and the blower (auxiliary machine) are accommodated. The second temperature T2 of the second chamber R2 is suppressed to the second predetermined temperature T2-a or lower. Therefore, it is possible to accurately and appropriately achieve both suppression of the increase in the outer wall surface temperature of the first chamber R1 and suppression of the increase in the temperature of the second chamber R2.

また、制御装置６０は、第１室Ｒ１内の第１温度Ｔ１が第１所定温度Ｔ１−ａより高い状態が継続して第１所定時間以上となるか、第２室Ｒ２内の第２温度Ｔ２が第２所定温度Ｔ２−ａより高い状態が継続して第２所定時間以上となれば、燃料電池２４の発電運転（燃料電池システムの運転）を停止するように制御する。これにより、燃料電池システムに異常がある場合、運転を確実に停止することができる。 In addition, the control device 60 continues the state in which the first temperature T1 in the first chamber R1 is higher than the first predetermined temperature T1-a for a first predetermined time or more, or the second temperature in the second chamber R2. If the state where T2 is higher than the second predetermined temperature T2-a continues and becomes equal to or longer than the second predetermined time, the power generation operation of the fuel cell 24 (operation of the fuel cell system) is controlled to stop. Thereby, when there is an abnormality in the fuel cell system, the operation can be stopped reliably.

なお、上述した実施の形態において、制御装置６０は、図６に示すフローチャートに対応するプログラムを実行して換気用空気ブロワ１５を作動するようにしてもよい。すなわち、制御装置６０は、燃料電池２４に投入される燃料ガス量または燃料電池２４の発電量、筐体１１の雰囲気温度Ｔ３を使用して換気用空気ブロワ１５の送風量を制御するようにしてもよい。 In the embodiment described above, the control device 60 may operate the ventilation air blower 15 by executing a program corresponding to the flowchart shown in FIG. In other words, the control device 60 controls the air flow rate of the ventilation air blower 15 using the amount of fuel gas input to the fuel cell 24, the power generation amount of the fuel cell 24, or the ambient temperature T3 of the housing 11. Also good.

具体的には、制御装置６０は、制御装置６０は、図示しない起動スイッチがオンされると、図６に示すフローチャートに対応するプログラムを所定の短時間毎（例えば、１０ミリ秒）に実行する。なお、図５のフローチャートと同一処理は同一符号を付してその説明を省略する。 Specifically, the control device 60 executes a program corresponding to the flowchart shown in FIG. 6 every predetermined short time (for example, 10 milliseconds) when a start switch (not shown) is turned on. . The same processes as those in the flowchart of FIG.

制御装置６０は、ステップ１５２において、雰囲気温度Ｔ３を温度センサ６１から読み込む。制御装置６０は、ステップ１５４において、ステップ１０２で読み込んだ発電量と、ステップ１５２で読み込んだ雰囲気温度Ｔ３と、予め記憶されている、雰囲気温度毎における発電量と第１送風量との関係を示すマップ（図７の太い実線で示す）とから、読み込んだ発電量、雰囲気温度に対応する第１送風量を導出する。第１送風量は、第１温度Ｔ１が第１所定温度Ｔ１−ａ以下となるために必要な送風量である。雰囲気温度毎における発電量と第１送風量との関係を示すマップは、同一雰囲気温度であれば発電量が大きくなるほど送風量が大きくなるように設定され、同一発電量であれば雰囲気温度が高いほど送風量が大きくなるように設定されている。 In step 152, the control device 60 reads the ambient temperature T3 from the temperature sensor 61. In step 154, the control device 60 indicates the relationship between the power generation amount read in step 102, the ambient temperature T <b> 3 read in step 152, and the power generation amount for each ambient temperature stored in advance and the first blowing amount. From the map (shown by the thick solid line in FIG. 7), the first power generation amount corresponding to the read power generation amount and ambient temperature is derived. The first air volume is an air volume necessary for the first temperature T1 to be equal to or lower than the first predetermined temperature T1-a. The map indicating the relationship between the power generation amount and the first air flow rate for each ambient temperature is set so that the air flow rate increases as the power generation amount increases at the same atmospheric temperature, and the atmosphere temperature increases at the same power generation amount. The air flow is set so as to increase.

制御装置６０は、ステップ１５６において、ステップ１０２で読み込んだ発電量と、ステップ１５２で読み込んだ雰囲気温度Ｔ３と、予め記憶されている、雰囲気温度毎における発電量と第２送風量との関係を示すマップ（図７の細い実線で示す）とから、読み込んだ発電量、雰囲気温度に対応する第２送風量を導出する。第２送風量は、第２温度Ｔ２が第２所定温度Ｔ２−ａ以下となるために必要な送風量である。 In step 156, the control device 60 indicates the relationship between the power generation amount read in step 102, the ambient temperature T <b> 3 read in step 152, and the prestored power generation amount for each ambient temperature and the second blowing amount. From the map (shown by the thin solid line in FIG. 7), the second power generation amount corresponding to the read power generation amount and ambient temperature is derived. The second air volume is an air volume necessary for the second temperature T2 to be equal to or lower than the second predetermined temperature T2-a.

制御装置６０は、ステップ１５８において、先に導出した最低送風量、第１送風量および第２送風量のうち最大値を送風量として導出する（設定する）。そして、制御装置６０は、ステップ１１２において、その導出した送風量で換気用空気ブロワ１５を駆動させる。 In step 158, the control device 60 derives (sets) the maximum value among the previously derived minimum airflow amount, first airflow amount, and second airflow amount as the airflow amount. Then, in step 112, the control device 60 drives the ventilation air blower 15 with the derived blast volume.

低温環境下で発電量が少ない場合、例えば、雰囲気温度が０℃で、発電量が２００Ｗである場合、図７のマップより第１および第２送風量は２０Ｌ／ｍｉｎ、１５Ｌ／ｍｉｎであり、第１および第２送風量はともに最低送風量（２００Ｗにおける送風量）より小さいので、換気量は最低送風量（３０Ｌ／ｍｉｎ）である。 When the power generation amount is small under a low temperature environment, for example, when the ambient temperature is 0 ° C. and the power generation amount is 200 W, the first and second air blowing amounts are 20 L / min and 15 L / min from the map of FIG. Since the first and second air flow rates are both smaller than the minimum air flow rate (the air flow rate at 200 W), the ventilation rate is the minimum air flow rate (30 L / min).

また、高温環境下で発電量が多い場合、例えば、雰囲気温度が４３℃で、発電量が７００Ｗである場合、図７のマップより第１および第２送風量、最低送風量は、１５０Ｌ／ｍｉｎ、１１０Ｌ／ｍｉｎ、８０Ｌ／ｍｉｎであり、最大値は第１送風量の１５０Ｌ／ｍｉｎであるので、換気量は第１送風量（１５０Ｌ／ｍｉｎ）となる。 Further, when the power generation amount is large under a high temperature environment, for example, when the ambient temperature is 43 ° C. and the power generation amount is 700 W, the first and second air blowing amounts and the minimum air blowing amount are 150 L / min from the map of FIG. 110 L / min, 80 L / min, and the maximum value is 150 L / min of the first air flow rate, so the ventilation amount is the first air flow rate (150 L / min).

また、高温環境下で発電量が少ない場合、例えば、雰囲気温度が４３℃で、発電量が２００Ｗである場合、図７のマップより第１および第２送風量、最低送風量は、５０Ｌ／ｍｉｎ、９０Ｌ／ｍｉｎ、３０Ｌ／ｍｉｎであり、最大値は第２送風量の９０Ｌ／ｍｉｎであるので、換気量は第２送風量（９０Ｌ／ｍｉｎ）となる。 Further, when the power generation amount is small under a high temperature environment, for example, when the ambient temperature is 43 ° C. and the power generation amount is 200 W, the first and second air blowing amounts and the minimum air blowing amount are 50 L / min from the map of FIG. , 90 L / min, 30 L / min, and the maximum value is 90 L / min of the second air flow rate, so the ventilation amount is the second air flow rate (90 L / min).

また、低温環境下で発電量が多い場合、例えば、雰囲気温度が０℃で、発電量が７００Ｗである場合、図７のマップより第１および第２送風量、最低送風量は、５０Ｌ／ｍｉｎ、２０Ｌ／ｍｉｎ、８０Ｌ／ｍｉｎであり、最大値は最低送風量の８０Ｌ／ｍｉｎであるので、換気量は最低送風量（８０Ｌ／ｍｉｎ）となる。 Further, when the power generation amount is large under a low temperature environment, for example, when the ambient temperature is 0 ° C. and the power generation amount is 700 W, the first and second air blowing amounts and the minimum air blowing amount are 50 L / min from the map of FIG. 20 L / min, 80 L / min, and the maximum value is the minimum airflow 80 L / min, so the ventilation amount is the minimum airflow (80 L / min).

これによれば、制御装置６０は、燃料電池２４に投入される燃料ガス量または燃料電池２４の発電量、筐体１１の雰囲気温度Ｔ３に基づいて換気用空気ブロワ１５の送風量を制御する。これにより、燃料電池２４に投入される燃料ガス量または燃料電池２４の発電量、雰囲気温度を使用することで、適切な送風量で送風することができ、発電効率を高く維持することができる。 According to this, the control device 60 controls the amount of air blown from the ventilation air blower 15 based on the amount of fuel gas input to the fuel cell 24, the amount of power generated by the fuel cell 24, or the ambient temperature T3 of the housing 11. Thus, by using the amount of fuel gas input to the fuel cell 24, the power generation amount of the fuel cell 24, or the ambient temperature, it is possible to blow with an appropriate air blowing amount, and to maintain high power generation efficiency.

また、制御装置６０は、燃料電池モジュール２４に投入される燃料ガス量または燃料電池２４の発電量に基づいて換気用空気ブロワ１５の送風量の最低量を設定（導出）し、雰囲気温度Ｔ３および発電量に基づいて第１温度Ｔ１が第１所定温度Ｔ１−ａ以下となるために必要な送風量である第１送風量を導出し、雰囲気温度Ｔ３および発電量に基づいて第２温度Ｔ２が第２所定温度Ｔ２−ａ以下となるために必要な送風量である第２送風量を導出し、最低量、第１送風量および第２送風量のうち最大値を送風量として導出し、該送風量となるように換気用空気ブロワ１５を制御する。これにより、雰囲気温度や発電量が変動しても、その変動に応じてより適切な送風量で送風することができ、発電効率を高く維持することができる。 In addition, the control device 60 sets (derived) the minimum amount of air blown from the ventilation air blower 15 based on the amount of fuel gas input to the fuel cell module 24 or the amount of power generated by the fuel cell 24, and the atmospheric temperature T3 and Based on the power generation amount, a first air flow rate that is necessary for the first temperature T1 to be equal to or lower than the first predetermined temperature T1-a is derived, and the second temperature T2 is determined based on the ambient temperature T3 and the power generation amount. Deriving a second air flow rate that is an air flow rate necessary to be equal to or lower than the second predetermined temperature T2-a, deriving a maximum value among the minimum amount, the first air flow rate, and the second air flow rate as the air flow rate, The air blower 15 for ventilation is controlled so that it may become a ventilation volume. As a result, even if the atmospheric temperature and the power generation amount vary, it is possible to blow with a more appropriate amount of air flow according to the variation, and the power generation efficiency can be maintained high.

また、換気用空気ブロワ１５は、空気導入口１２ａに設けるのが好ましく、第２室Ｒ２内に設けることがより好ましい。換気用空気ブロワ１５の耐熱性を上げなくてよく、低価格化を図ることができる。また、高温に曝されないので（通常の耐熱性のものでも）寿命を延ばすことができる。 The ventilation air blower 15 is preferably provided at the air inlet 12a, and more preferably provided in the second chamber R2. The heat resistance of the ventilation air blower 15 does not need to be increased, and the price can be reduced. Moreover, since it is not exposed to high temperature (even normal heat resistance thing), a lifetime can be extended.

１１…筐体、１１ａ…第１排気口、１１ｂ…空気導出口、１１ｃ…空気導入口、１２…仕切部材、１２ａ…空気導入口、１３…水タンク、１４…純水器、１５…換気用空気ブロワ（送風手段）、２０…燃料電池モジュール、２１…ケーシング、２１ａ…導出口、２１ｂ…温度センサ、２２…蒸発部、２３…改質部、２４…燃料電池、２４ａ…セル、２４ｂ…燃料流路、２４ｃ…空気流路、２５…マニホールド、３０…排熱回収システム、３１…貯湯槽、３２…貯湯水循環ライン、３２…貯湯水循環ポンプ、３２ｂ…温度センサ、３３…第１熱交換器、５０…インバータ装置（インバータ）、５０ｂ…温度センサ、５０ｃ…電流センサ、５１…系統電源、５２…電源ライン、５２ａ…電流センサ、５３…外部電力負荷、６０…制御装置、６１…温度センサ、Ｒ１…第１室、Ｒ２…第２室。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Housing, 11a ... 1st exhaust port, 11b ... Air outlet port, 11c ... Air inlet port, 12 ... Partition member, 12a ... Air inlet port, 13 ... Water tank, 14 ... Pure water device, 15 ... For ventilation Air blower (air blowing means), 20 ... fuel cell module, 21 ... casing, 21a ... outlet, 21b ... temperature sensor, 22 ... evaporation unit, 23 ... reforming unit, 24 ... fuel cell, 24a ... cell, 24b ... fuel Flow path, 24c ... Air flow path, 25 ... Manifold, 30 ... Waste heat recovery system, 31 ... Hot water tank, 32 ... Hot water circulation line, 32 ... Hot water circulation pump, 32b ... Temperature sensor, 33 ... First heat exchanger, DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 ... Inverter apparatus (inverter), 50b ... Temperature sensor, 50c ... Current sensor, 51 ... System power supply, 52 ... Power supply line, 52a ... Current sensor, 53 ... External power load, 60 ... Control device, 61 ... Degree sensor, R1 ... first chamber, R2 ... second chamber.

Claims

A fuel cell module comprising a fuel cell and a casing for housing the fuel cell;
A housing containing the fuel cell module;
An auxiliary machine for the fuel cell housed in the housing;
The space in the housing has a first space in which the fuel cell module is stored and a second space in which the auxiliary machine is stored,
An air inlet provided in the housing for introducing air outside the housing into the second space;
An air outlet provided in the casing for leading the air in the casing out of the first space;
A blowing means for circulating air introduced from the air introduction port toward the air outlet port so that the flow rate of the air flow path for ventilation is adjustable;
Control the amount of air blown by the air blowing means based on the amount of fuel gas input to the fuel cell or the amount of power generated by the fuel cell, the first temperature in the first space, and the second temperature of the second space. A control device,
A fuel cell system comprising:

2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the casing is partitioned by a partition member into a first chamber that forms the first space and a second chamber that forms the second space.

3. The control device according to claim 1, wherein the control device sets a minimum amount of air blown by the blower based on an amount of fuel gas input to the fuel cell or a power generation amount of the fuel cell. Is controlled so as to be driven with at least the minimum amount.

4. The control device according to claim 3, wherein the control device further controls the blowing amount of the blowing means so that the first temperature is equal to or lower than a first predetermined temperature and the second temperature is equal to or lower than a second predetermined temperature. A fuel cell system.

The control device according to claim 1, further comprising: a control device configured to control a blowing amount of the blowing unit based on an amount of fuel gas input to the fuel cell, a power generation amount of the fuel cell, or an ambient temperature of the casing. Fuel cell system.

6. The control device according to claim 5, wherein the control device sets a minimum amount of air blown by the blower unit based on an amount of fuel gas input to the fuel cell or an amount of power generated by the fuel cell, and the ambient temperature and the amount of power generated Based on the first temperature, the first air volume that is necessary for the first temperature to be equal to or lower than the first predetermined temperature is derived, and the second temperature is the second temperature based on the ambient temperature and the power generation amount. Deriving a second air flow rate, which is an air flow rate necessary to become a predetermined temperature or less, and deriving a maximum value among the minimum amount, the first air flow rate and the second air flow rate as the air flow rate, and the air flow rate The fuel cell system is characterized by controlling the air blowing means so that

7. The control device according to claim 2, wherein the control device continuously maintains a state in which the first temperature of the first space is higher than a first predetermined temperature, and is equal to or longer than a first predetermined time. 2. A fuel cell system, wherein when the state where the second temperature in the two spaces is higher than the second predetermined temperature continues for a second predetermined time or longer, the fuel cell system is controlled to stop the power generation operation of the fuel cell.