(57)【要約】【課題】システムが停止した場合に、システムの破損を防止することができる安全装置を提供すること。【解決手段】安全装置４は、安全装置装着用流体流路Ｌ４に設けられる。安全装置４は、被加熱流体Ａ１が流通する被加熱流体流路Ｌ１の一部により構成され、被加熱流体流路Ｌ１に被加熱流体Ａ１が流通することにより安全装置装着用流体流路Ｌ４の一部を冷却する冷却部４１（Ｌ１）と、冷却部４１により冷却される安全装置装着用流体流路Ｌ４の部分の内部側に設けられる溶融部材４２と、を有する。冷却部４１における被加熱流体Ａ１の流通が停止した場合に、安全装置装着用流体流路Ｌ４の温度が上昇することにより溶融部材４２が溶融して安全装置装着用流体流路Ｌ４を遮断する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
安全装置装着用流体流路に設けられる安全装置であって、
被加熱流体が流通する被加熱流体流路の一部により構成され、前記被加熱流体流路に被加熱流体が流通することにより前記安全装置装着用流体流路の一部を冷却する冷却部と、前記冷却部により冷却される前記安全装置装着用流体流路の部分の内部側に設けられる溶融部材と、を有し、
前記冷却部における被加熱流体の流通が停止した場合に、前記安全装置装着用流体流路の温度が上昇することにより前記溶融部材が溶融して前記安全装置装着用流体流路を遮断する安全装置。
【請求項２】
前記溶融部材の上方側に前記溶融部材に当接して載置される落下部材と、前記溶融部材の下方側に配置される受止部材と、を更に有しており、
前記冷却部における被加熱流体の流通が停止した場合に、前記安全装置装着用流体流路の温度が上昇して、前記溶融部材が溶融して前記落下部材が落下することにより、前記落下部材が前記受止部材に受け止められて前記安全装置装着用流体流路を遮断する請求項１に記載の安全装置。
【請求項３】
燃料電池に被加熱流体としての燃料ガスを供給する燃料ガスラインを更に備え、
前記被加熱流体流路は、前記燃料ガスラインにより構成される請求項１又は２に記載の安全装置。
【請求項４】
前記安全装置装着用流体流路は、熱交換器において被加熱流体に対して熱交換して被加熱流体を加熱する加熱流体が流通する加熱流体流路により構成され、
前記冷却部により冷却される前記安全装置装着用流体流路の一部は、加熱流体の流れにおける前記熱交換器の上流側に配置されている請求項１又は請求項２に記載の安全装置。
【請求項５】
前記安全装置装着用流体流路は、熱交換器において加熱された後の被加熱流体が流通する被加熱流体流路の一部により構成され、
前記冷却部を構成する前記被加熱流体流路は、被加熱流体の流れにおける前記熱交換器の上流側に配置されている請求項１又は請求項２に記載の安全装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池と、燃料電池から排気されるオフガスを流通させる排ガスラインと、を備える燃料電池システム等に設けられる安全装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムとして、燃料電池と、燃料電池から排気されるオフガスを流通させるオフガスライン（排ガスライン）と、を備える燃料電池システムが知られている。
このような燃料電池システムにおいて、外部の空気がオフガスラインを介して燃料電池の内部に入り込まないように、オフガスラインの排気管を開閉するダンパが設けられた燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、ダンパは、外部から入り込む風の強弱の程度に応じてオフガスラインの排気管を開閉する。特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、風が強い場合には、ダンパがオフガスラインの排気管を閉じて、外部の空気が燃料電池の内部に入り込むことを抑制することができるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１３５２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、ダンパがオフガスラインの排気管を開閉するために移動可能となっている。そのため、燃料電池システムが停止した場合に、ダンパとオフガスラインの排気管との隙間から、外部の空気が自然対流によりオフガスラインを逆流して、燃料電池の内部に流入する可能性がある。オフガスラインを逆流した空気が燃料電池の内部に流入すると、燃料電池のアノードに含まれるニッケルが空気と接触して、ニッケルが酸化して、燃料電池の発電セルが破損する虞がある。
従って、システムが停止した場合に、オフガスライン（排ガスライン）から燃料電池の内部への空気の流入を防止することができる燃料電池システムが望まれている。
【０００６】
本発明は、システムが停止した場合に、システムの破損を防止することができる安全装置を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、安全装置装着用流体流路に設けられる安全装置であって、被加熱流体が流通する被加熱流体流路の一部により構成され、前記被加熱流体流路に被加熱流体が流通することにより前記安全装置装着用流体流路の一部を冷却する冷却部と、前記冷却部により冷却される前記安全装置装着用流体流路の部分の内部側に設けられる溶融部材と、を有し、前記冷却部における被加熱流体の流通が停止した場合に、前記安全装置装着用流体流路の温度が上昇することにより前記溶融部材が溶融して前記安全装置装着用流体流路を遮断する安全装置に関する。
【０００８】
また、前記溶融部材の上方側に前記溶融部材に当接して載置される落下部材と、前記溶融部材の下方側に配置される受止部材と、を更に有しており、前記冷却部における被加熱流体の流通が停止した場合に、前記安全装置装着用流体流路の温度が上昇して、前記溶融部材が溶融して前記落下部材が落下することにより、前記落下部材が前記受止部材に受け止められて前記安全装置装着用流体流路を遮断することが好ましい。
【０００９】
また、燃料電池に被加熱流体としての燃料ガスを供給する燃料ガスラインを更に備え、前記被加熱流体流路は、前記燃料ガスラインにより構成されることが好ましい。
【００１０】
また、前記安全装置装着用流体流路は、前記熱交換器において被加熱流体に対して熱交換して被加熱流体を加熱する加熱流体が流通する加熱流体流路により構成され、前記冷却部により冷却される前記安全装置装着用流体流路の一部は、加熱流体の流れにおける前記熱交換器の上流側に配置されていることが好ましい。
【００１１】
また、前記安全装置装着用流体流路は、前記熱交換器において加熱された後の被加熱流体が流通する被加熱流体流路の一部により構成され、前記冷却部を構成する前記被加熱流体流路は、被加熱流体の流れにおける前記熱交換器の上流側に配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、システム停止時において、システムの破損を防止することができる安全装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態における安全装置４を備える燃料電池システム１を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態における安全装置４を説明する図であって、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は上方側から視た図である。
【図３】本発明の第２実施形態における安全装置４を備える燃料電池システム１Ａを示す概略図である。
【図４】本発明の第３実施形態における安全装置４Ａを説明する図であって、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は上方側から視た図である。
【図５】本発明の第４実施形態における安全装置４を備える給湯システム１Ｂを示す概略図である。
【図６】本発明の第５実施形態における安全装置４を備える給湯システム１Ｃを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態における安全装置４を備える燃料電池システム１について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態における安全装置４を備える燃料電池システム１を示す概略図である。図２は、本発明の第１実施形態における安全装置４を説明する図であって、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は上方側から視た図である。
【００１５】
図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池２と、改質器３と、安全装置４と、ファン５と、を備える。
【００１６】
また、燃料電池システム１は、燃料ガスライン及び被加熱流体流路としての空気供給ラインＬ１と、燃料ガス供給ラインＬ２と、水素供給ラインＬ３と、排ガスラインである安全装置装着用流体流路としてのアノードオフガスラインＬ４と、カソードオフガスラインＬ７と、水供給ラインＬ５と、を備える。「ライン」とは、流路、経路、管路等の総称である。
【００１７】
空気供給ラインＬ１は、上流側においてファン５に接続されており、下流側において燃料電池２に接続されている。空気供給ラインＬ１には、ファン５の駆動により流入する被加熱流体としての（酸素を含む）空気Ａ１が流通する。
【００１８】
これにより、空気供給ラインＬ１は、燃料電池２に、冷媒としての空気Ａ１（燃料ガス）を供給する。本実施形態においては、空気Ａ１は、燃料電池２に供給される燃料ガスの一種でもある。
【００１９】
燃料ガス供給ラインＬ２は、上流側において燃料としての都市ガス等の燃料ガスＧ１の供給源（図示せず）に接続されており、下流側において改質器３に接続されている。燃料ガス供給ラインＬ２には、燃料ガスＧ１が流通する。
【００２０】
水素供給ラインＬ３は、上流側において改質器３に接続されており、下流側において燃料電池２に接続されている。水素供給ラインＬ３には、改質器３において生成された水素Ｇ２が流通する。
【００２１】
アノードオフガスラインＬ４は、燃料電池２から排気されるアノードオフガスＧ３１を流通させるラインである。アノードオフガスラインＬ４は、上流側において燃料電池２に接続されている。アノードオフガスラインＬ４は、下流側においてアノードオフガスＧ３１を燃料電池システム１の外部に排出するラインである。
アノードオフガスラインＬ４の途中には、改質器３及び安全装置４が設けられている。改質器３及び安全装置４の詳細については後述する。
【００２２】
アノードオフガスラインＬ４（排ガスライン）は、水平部分Ｌ４Ａと、垂直部分Ｌ４Ｂとを有する。
水平部分Ｌ４Ａは、燃料電池２から略水平方向に延びる。垂直部分Ｌ４Ｂは、水平部分Ｌ４Ａの下流側の端部から略垂直方向の下方側に向かって延びる。
【００２３】
カソードオフガスラインＬ７は、燃料電池２から排気されるカソードオフガスＧ３２を流通させるラインである。カソードオフガスラインＬ７は、上流側において燃料電池２に接続されている。カソードオフガスラインＬ７は、下流側においてカソードオフガスＧ３２を燃料電池システム１の外部に排出するラインである。
カソードオフガスラインＬ７の途中には、改質器３が設けられている。
【００２４】
水供給ラインＬ５は、上流側において水Ｗ等の供給源（図示せず）に接続されており、下流側において改質器３に接続されている。水供給ラインＬ５には、水Ｗが流通する。
【００２５】
燃料電池２は、高温型の燃料電池であるＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）である。燃料電池２は、発電セル（不図示）とセパレータ（不図示）とが交互に複数積層されて構成される燃料電池スタック（不図示）を有している。発電セルは、アノードと、カソードと、該アノード及び該カソードの間に設けられた電解質層と、を有する。
【００２６】
燃料電池２は、改質器３から水素供給ラインＬ３を介して供給される水素Ｇ２と、空気供給ラインＬ１から供給される空気Ａ１中の酸素と、を反応させることにより、発電を行う。燃料電池２において発電を行うときの温度である運転温度は、７００℃〜１０００℃と高温である。燃料電池２によって発電された電気は、パワーコンディショナ（図示せず）に送られ、ＡＣ電圧に変換される。燃料電池２は、アノードオフガスラインＬ４を介してアノードオフガスＧ３１を排気すると共に、カソードオフガスラインＬ７を介してカソードオフガスＧ３２を排気する。
【００２７】
改質器３には、燃料ガス供給ラインＬ２を介して燃料ガスＧ１が供給されると共に、水供給ラインＬ５を介して水Ｗが供給される。改質器３は、燃料ガスＧ１及び水Ｗから水素Ｇ２を生成する。この際、燃料ガスＧ１を８００℃程度にまで加熱する必要がある。この加熱は、改質器３の熱交換器においてアノードオフガスＧ３１及びカソードオフガスＧ３２から得た熱により行われる。改質器３によって生成された水素Ｇ２は、水素供給ラインＬ３を介して燃料電池２へ供給される。
【００２８】
安全装置４は、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂに設けられる。
安全装置４は、図２に示すように、冷却部４１と、溶融部材４２と、落下部材としての落下球体４３と、受止部材としての受止部４５と、を備える。
【００２９】
本実施形態においては、冷却部４１は、燃料ガスラインとしての空気供給ラインＬ１の一部により構成される。空気供給ラインＬ１（冷却部４１）は、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの一部に複数回数巻き付けられている。空気供給ラインＬ１（冷却部４１）は、被加熱流体である冷媒としての空気Ａ１を流通させることにより、アノードオフガスラインＬ４の一部を冷却する。
【００３０】
空気供給ラインＬ１（冷却部４１）は、燃料電池システム１の運転が停止した場合に、空気Ａ１（冷媒）の流通が停止されるように構成される。詳細には、空気供給ラインＬ１（冷却部４１）において、燃料電池システム１の運転が停止した場合に、不図示の制御部等の動作も停止し、その結果、空気供給ラインＬ１（冷却部４１）を流通する空気Ａ１（冷媒）の流通が停止される。
【００３１】
溶融部材４２は、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂにおける空気供給ラインＬ１（冷却部４１）により冷却された部分の内部側に設けられる。具体的には、溶融部材４２は、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの管体において、空気供給ラインＬ１（冷却部４１）が複数回数巻き付けられている部分の内部側に設けられている。
【００３２】
溶融部材４２は、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂが空気供給ラインＬ１（冷却部４１）により冷却されていない状態において、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂを流通するアノードオフガスＧ３１の熱により溶融するように構成される。溶融部材４２は、例えば、ロウ材や、ガラス材により構成され、例えば１００〜７００℃程度の融点（軟化点）を有する。
【００３３】
溶融部材４２は、溶融する前においては、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの管体の内周面の一部に固定される。溶融部材４２は、上方側に後述する落下球体４３を配置可能に、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの管体の内周面に沿って形成されている。溶融部材４２は、周方向に離間する２つの円弧状の部分からなる。
【００３４】
溶融部材４２は、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの管体の内部の部分において、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂにおける空気供給ラインＬ１が複数回数巻き付けられている部分に、垂直方向に延びている。
【００３５】
アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの管体の内径は、溶融部材４２がアノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの管体の内周面に固定されることにより、後述する落下球体４３の径よりも小さくなるように狭められている。これにより、溶融部材４２は、上方側に落下球体４３（後述）を当接させて載置して、落下球体４３（後述）を落下させない状態で維持する。
【００３６】
落下球体４３は、溶融部材４２の上方側に、溶融部材４２に当接して載置される。落下球体４３は、球状に形成される。落下球体４３は、アノードオフガスＧ３１の熱により溶融されない材料、例えば金属材料により形成される。
【００３７】
図２（ｂ）に示すように、落下球体４３とアノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの管体の内周面との間には、溶融部材４２の上方側に落下球体４３が載置された場合に、アノードオフガスＧ３１が流通するための隙間４４が形成されている。隙間４４は、落下球体４３と溶融部材４２とが当接する部分をつなぐ水平方向の平面において、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂにおける内周面の溶融部材４２が設けられていない部分と、落下球体４３との間に形成される。これにより、燃料電池システム１の運転中においては、アノードオフガスＧ３１は、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂにおける落下球体４３とアノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの管体の内面との間に形成される隙間４４を通り、アノードオフガスラインＬ４を流通する。
【００３８】
受止部４５は、溶融部材４２の下方側に配置される。受止部４５は、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの内部側において、溶融部材４２が設けられる部分の下方側の部分において、管体の内側に突出するように形成されている。本実施形態においては、受止部４５は、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの管体の内側に一体的に構成される。
【００３９】
受止部４５は、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの管体の内周の周方向に沿って全周にわたって形成される。受止部４５は、溶融部材４２が溶融することにより落下球体４３が落下した場合に、上方側から落下する溶融部材４２及び落下球体４３を受け止める。
これにより、落下部材４３は、受止部４５との間に隙間がない状態で、受止部４５の全周にわたって当接する。そして、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂは、溶融部材４２及び落下球体４３に塞がれて遮断される。
【００４０】
ここで、図１に示すように、第１実施形態の燃料電池システム１において、燃料電池２、改質器３、安全装置４、空気供給ラインＬ１の下流側の一部、燃料ガス供給ラインＬ２の下流側の一部、水素供給ラインＬ３、アノードオフガスラインＬ４の上流側の一部、及び、水供給ラインＬ５の下流側の一部を、図１の一点鎖線の範囲Ｄにおいて、断熱材により囲んで構成してもよい。
【００４１】
このように構成される安全装置４においては、燃料電池システム１が停止することにより、空気供給ラインＬ１（冷却部４１）における空気Ａ１（冷媒）の流通が停止する。この場合に、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの温度が上昇して、溶融部材４２が溶融して、落下球体４３は、落下する。これにより、落下球体４３は、受止部４５に受け止められて、アノードオフガスラインＬ４を遮断する。
【００４２】
具体的には、安全装置４の溶融部材４２は、燃料電池システム１の運転中においては、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの一部が、冷却部４１により例えば４００〜５００℃程度に保たれて冷却されている。そのため、溶融部材４２は、溶融せずに、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの管体の内周面の一部に固定されている。これにより、落下球体４３は、溶融部材４２の上方側に載置されている状態にある。
【００４３】
そして、安全装置４は、燃料電池システム１が故障等により停止することにより、空気供給ラインＬ１（冷却部４１）における空気Ａ１（冷媒）の流通が停止した場合に、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの温度が上昇することにより、溶融部材４２が溶融する。これにより、図２（ａ）において二点鎖線で示すように、溶融部材４２の上方側に載置された落下球体４３が落下して、溶融部材４２及び落下球体４３は、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの受止部４５に受け止められる。このため、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂを塞ぐことによって、アノードオフガスラインＬ４を遮断して、燃料電池２への外部からの空気の流入を防止することができる。
【００４４】
第１実施形態の安全装置４を備える燃料電池システム１によれば、例えば、以下の効果が奏される。
安全装置４は、安全装置装着用流体流路としてのアノードオフガスラインＬ４に設けられる。安全装置４は、被加熱流体としての空気Ａ１が流通する被加熱流体流路としての空気供給ラインＬ１の一部により構成され、空気供給ラインＬ１に空気Ａ１が流通することによりアノードオフガスラインＬ４の一部を冷却する冷却部４１と、冷却部４１により冷却されるアノードオフガスラインＬ４の部分の内部側に設けられる溶融部材４２と、を有する。
【００４５】
具体的には、本実施形態の燃料電池システム１においては、燃料電池２と、燃料電池２から排気されるアノードオフガスＧ３１を流通させるアノードオフガスラインＬ４と、アノードオフガスラインＬ４に設けられる安全装置４であって、冷媒Ａ１を流通させることによりアノードオフガスラインＬ４の一部を冷却する空気供給ラインＬ１（冷却部４１）と、アノードオフガスラインＬ４における空気供給ラインＬ１（冷却部４１）により冷却された部分の内部側に設けられる溶融部材４２と、を有する安全装置４と、を備える。そして、安全装置４は、空気供給ラインＬ１（冷却部４１）における空気Ａ１（冷媒）の流通が停止した場合に、アノードオフガスラインＬ４の温度が上昇することにより溶融部材４２が溶融してアノードオフガスラインＬ４を遮断する。
【００４６】
そのため、燃料電池システム１が停止した場合に、安全装置４は、アノードオフガスラインＬ４を介して燃料電池２への外部からの空気の流入を防止することができる。これにより、燃料電池システム１が停止した場合に、燃料電池２の発電セルが破損することを防止することができる。
また、バルブ等により流路を開閉する制御をすることなく、溶融部材４２が溶融することによりアノードオフガスラインＬ４が遮断されるため、簡易な構成で、確実に、燃料電池２への空気の流入を防止することができる。
【００４７】
また、本実施形態の燃料電池システム１においては、安全装置４は、溶融部材４２の上方側に溶融部材４２に当接して載置される落下球体４３と、溶融部材４２の下方側に配置される受止部４５と、を更に有しており、安全装置４は、空気供給ラインＬ１（冷却部４１）における空気Ａ１（冷媒）の流通が停止した場合に、アノードオフガスラインＬ４の温度が上昇して、溶融部材４２が溶融して落下球体４３が落下することにより、落下球体４３が受止部４５に受け止められてアノードオフガスラインＬ４を遮断する。
そのため、溶融部材４２を溶融させて落下球体４３を落下させるだけの簡易な構成で、アノードオフガスラインＬ４を遮断できるため、アノードオフガスラインＬ４を介して、外部の空気が燃料電池２に流入することを容易に防止することができる。
【００４８】
また、本実施形態の燃料電池システム１においては、燃料電池２に冷媒としての空気Ａ１（燃料ガス）を供給する空気供給ラインＬ１（燃料ガスライン）を更に備え、冷却部４１は、空気供給ラインＬ１により構成される。
そのため、燃料電池２に供給される空気Ａ１を冷媒として利用できるため、既存の設備を有効的に活用して、燃料電池システム１の安全装置４に要するコストを低減することができる。
【００４９】
＜第２実施形態＞
次に、図３により、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態については、主として、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様な構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。第２実施形態において、特に説明しない点は、第１実施形態についての説明が適宜適用される。また、第２実施形態においても、第１実施形態と同様な効果が奏される。
図３は、本発明の第２実施形態における安全装置４を備える燃料電池システム１Ａを示す概略図である。
【００５０】
第２実施形態の安全装置４を備える燃料電池システム１Ａは、図３に示すように、第１実施形態と比べて、燃料電池システム１Ａの全体構成が異なる。なお、第２実施形態の安全装置４の構成は、第１実施形態の安全装置４の構成とほぼ同様である。
【００５１】
図３に示すように、燃料電池システム１Ａは、燃料電池２と、ボイラ装置１０と、安全装置４と、ファン５と、を備える。
また、燃料電池システム１Ａは、空気供給ラインＬ１と、燃料電池側空気ラインＬ１１と、ボイラ側空気ラインＬ１２と、被加熱流体流路としての冷媒用空気ラインＬ１３と、燃料ガス供給ラインＬ２と、燃料電池側ガスラインＬ２１と、ボイラ側ガスラインＬ２２と、排ガスラインである安全装置装着用流体流路としてのアノードオフガスラインＬ２１１と、カソードオフガスラインＬ２１２と、ボイラ側オフガスラインＬ６と、を備える。
【００５２】
空気供給ラインＬ１は、上流側においてファン５に接続されており、下流側において第１空気分岐部Ｊ１１に接続されている。空気供給ラインＬ１は、第１空気分岐部Ｊ１１を介して、燃料電池側空気ラインＬ１１及びボイラ側空気ラインＬ１２に分岐されている。
【００５３】
燃料電池側空気ラインＬ１１は、下流側において燃料電池２に接続されている。燃料電池側空気ラインＬ１１には、空気Ａ１から分岐された燃料電池用空気Ａ１１が流通する。
ボイラ側空気ラインＬ１２は、下流側においてボイラ装置１０に接続されている。ボイラ側空気ラインＬ１２には、空気Ａ１から分岐されたボイラ側空気Ａ１２が流通する。
【００５４】
ボイラ側空気ラインＬ１２の途中には、第２空気分岐部Ｊ１２において、冷媒用空気ラインＬ１３が接続されている。ボイラ側空気ラインＬ１２における第２空気分岐部Ｊ１２よりも下流側には、ボイラ側空気Ａ１２から分岐されたボイラ供給空気Ａ１２Ａが流通する。
【００５５】
冷媒用空気ラインＬ１３は、上流側において第２空気分岐部Ｊ１２に接続されており、下流側において接続部Ｊ１３に接続されている。接続部Ｊ１３は、燃料電池側空気ラインＬ１１における第１空気分岐部Ｊ１１よりも下流側に設けられている。冷媒用空気ラインＬ１３には、ボイラ側空気Ａ１２から分岐された被加熱流体としての冷媒用空気Ａ１２Ｂが流通する。ボイラ側空気Ａ１２から分岐された冷媒用空気Ａ１２Ｂは、接続部Ｊ１３を介して、燃料電池側空気ラインＬ１１を流通する。
【００５６】
燃料ガス供給ラインＬ２は、上流側において燃料としての都市ガス等の燃料ガスＧ１の供給源（図示せず）に接続されており、下流側においてガス分岐部Ｊ２に接続されている。燃料ガス供給ラインＬ２は、ガス分岐部Ｊ２を介して、燃料電池側ガスラインＬ２１及びボイラ側ガスラインＬ２２に分岐されている。
【００５７】
燃料電池側ガスラインＬ２１は、下流側において燃料電池２に接続されている。燃料電池側ガスラインＬ２１には、燃料ガスＧ１から分岐された燃料電池用ガスＧ１１が流通する。
ボイラ側ガスラインＬ２２は、下流側においてボイラ装置１０に接続されている。ボイラ側ガスラインＬ２２には、燃料ガスＧ１から分岐されたボイラ用ガスＧ１２が流通する。
【００５８】
燃料電池２は、アノードオフガスラインＬ２１１を介してアノードオフガスＧ１１Ａ（オフガス）を排気すると共に、カソードオフガスラインＬ２１２を介してカソードオフガスＧ１１Ｂを排気する。
【００５９】
アノードオフガスラインＬ２１１は、上流側において燃料電池２に接続されており、下流側においてボイラ装置１０の燃焼室（図示せず）に接続されている。アノードオフガスラインＬ２１１には、燃料電池２から排出されたアノードオフガスＧ１１Ａが流通される。燃料電池２から排出されたアノードオフガスＧ１１Ａは、アノードオフガスラインＬ２１１を通ってボイラ装置１０の燃焼室（不図示）に供給され、燃焼に用いられる。
アノードオフガスラインＬ２１１は、水平部分Ｌ２１１Ａと、垂直部分Ｌ２１１Ｂとを有する。
【００６０】
カソードオフガスラインＬ２１２は、上流側において燃料電池２に接続されており、下流側においてボイラ装置１０の燃焼室（図示せず）に接続されている。カソードオフガスラインＬ２１２には、燃料電池２から排出されたカソードオフガスＧ１１Ｂが流通される。燃料電池２から排出されたカソードオフガスＧ１１Ｂは、カソードオフガスラインＬ２１２を通ってボイラ装置１０の燃焼室（不図示）に供給され、燃焼に用いられる。
【００６１】
安全装置４は、アノードオフガスラインＬ２１１の垂直部分Ｌ２１１Ｂに設けられる。安全装置４は、第１実施形態と同様に、冷却部４１を備える。第２実施形態における安全装置４の構成については、冷却部４１が冷媒用空気ラインＬ１３の一部により構成される以外の点において、第１実施形態の構成と同様である。
【００６２】
第２実施形態においては、冷却部４１は、冷媒用空気ラインＬ１３の一部により構成される。冷媒用空気ラインＬ１３（冷却部４１）は、アノードオフガスラインＬ２１１の垂直部分Ｌ２１１Ｂの一部に複数回数巻き付けられている。冷媒用空気ラインＬ１３（冷却部４１）は、冷媒としての冷媒用空気Ａ１２Ｂを流通させることにより、アノードオフガスラインＬ２１１の一部を冷却する。
【００６３】
冷媒用空気ラインＬ１３（冷却部４１）は、燃料電池システム１Ａの運転が停止した場合に、冷媒用空気Ａ１２Ｂ（冷媒）の流通が停止されるように構成される。
【００６４】
ボイラ装置１０は、加熱バーナ（不図示）を有している。加熱バーナは、燃焼室（不図示）に設けられている。ボイラ装置１０の燃焼室には、前述の通り、アノードオフガスラインＬ２１１及びカソードオフガスラインＬ２１２が接続されている。また、ボイラ装置１０の燃焼室には、ボイラ側ガスラインＬ２２が接続されている。加熱バーナによって燃焼されたボイラ用ガスＧ１２は、ボイラ側オフガス排ガスＧ４となり、ボイラ側オフガスラインＬ６を通して排気される。
【００６５】
以上のように構成される第２実施形態の燃料電池システム１Ａにおいては、燃料電池システム１Ａが停止することにより、冷媒用空気ラインＬ１３（冷却部４１）における冷媒用空気Ａ１２Ｂ（冷媒）の流通が停止する。この場合に、アノードオフガスラインＬ２１１の垂直部分Ｌ２１１Ｂの温度が上昇して、安全装置４は、アノードオフガスラインＬ２１１を遮断する。
【００６６】
このため、第２実施形態の燃料電池システム１Ａが停止した場合に、安全装置４は、ボイラ側オフガスラインＬ６、ボイラ装置１０及びアノードオフガスラインＬ２１１を介して、外部の空気が燃料電池２に流入することを容易に防止することができる。また、安全装置４は、ボイラ側空気ラインＬ１２を流通するボイラ供給空気Ａ１２Ａ及びカソードオフガスラインＬ２１２を流通するカソードオフガスＧ１１Ｂが、ボイラ装置１０及びアノードオフガスラインＬ２１１を介して、燃料電池２に流入することを容易に防止することができる。これにより、燃料電池システム１Ａが停止した場合に、燃料電池２の発電セルが破損することを防止することができる。
【００６７】
＜第３実施形態＞
次に、図４により、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態については、主として、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、第１実施形態と同様な構成については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。第３実施形態において、特に説明しない点は、第１実施形態についての説明が適宜適用される。また、第３実施形態においても、第１実施形態と同様な効果が奏される。
図４は、本発明の第３実施形態における安全装置４Ａを説明する図であって、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は上方側から視た図である。
【００６８】
第３実施形態の燃料電池システム１は、図４に示すように、第１実施形態と比べて、安全装置４Ａの構成が異なる。第３実施形態の安全装置４Ａにおいては、図４（ａ）に示すように、第１実施形態における落下球体４３を備えておらず、受止部材としてのパンチングメタル４８を備えている。
【００６９】
第３実施形態の安全装置４Ａは、図４に示すように、冷却部４１と、溶融部材４２Ａと、受止部材としてのパンチングメタル４８と、を備える。
【００７０】
第３実施形態の安全装置４Ａの溶融部材４２Ａは、溶融する前においては、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの管体の内部において、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの管体の内周面の周方向に沿って周方向の全域に亘って固定されている。
溶融部材４２Ａは、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの管体の内部の部分において、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂにおける空気供給ラインＬ１（冷却部４１）が複数回数巻き付けられている部分に、垂直方向に延びている。
【００７１】
パンチングメタル４８は、溶融部材４２Ａの下方側に設けられる。パンチングメタル４８は、円板状に形成され、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの径方向に広がるように形成される。パンチングメタル４８の径は、上方側から視た場合に、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの管体の内径とほぼ同じである。パンチングメタル４８は、アノードオフガスＧ３１の熱により溶融されない材料、例えば金属材料により形成される。
【００７２】
パンチングメタル４８には、複数の孔４８ａが形成される。複数の孔４８ａは、円板状に形成されるパンチングメタル４８を上下方向に貫通する。溶融部材４２Ａの溶融する前においては、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂを流通するアノードオフガスＧ３１は、パンチングメタル４８の複数の孔４８ａを通過する。
【００７３】
以上のように構成される第３実施形態の安全装置４Ａは、燃料電池システム１が停止することにより、空気供給ラインＬ１（冷却部４１）における空気Ａ１（冷媒）の流通が停止した場合に、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂの温度が上昇することにより、溶融部材４２Ａが溶融する。これにより、溶融した溶融部材４２Ａが重力により落下して、溶融部材４２Ａは、図４（ａ）において二点鎖線にて示すように、複数の孔４８ａを塞ぐように、パンチングメタル４８の上面に溜まっていく。そして、溶融部材４２Ａは、パンチングメタル４８の複数の孔４８ａを塞ぎ、アノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂを塞ぐことによって、アノードオフガスラインＬ４を遮断する。
従って、第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、燃料電池システム１が停止した場合に、アノードオフガスラインＬ４を介して燃料電池２への外部からの空気の流入を防止することができる。
【００７４】
＜第４実施形態＞
次に、図５により、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態では、安全装置４を備える給湯システム１Ｂについて説明する。第４実施形態において、特に説明しない点には、第１実施形態についての説明が適宜適用される。また、第４実施形態においても、第１実施形態と同様な効果が奏される。図５は、本発明の第４実施形態における安全装置４を備える給湯システム１Ｂを示す概略図である。
【００７５】
第４実施形態は、図５に示すように、第１実施形態と比べて、安全装置４が設けられている給湯システム１Ｂの全体構成が異なる。本実施形態では、安全装置装着用流体流路は、加熱流体Ｆ２が流通する加熱流体流路としての加熱流体ラインＬ３０４により構成される点で、第１実施形態とは異なる。加熱流体Ｆ２は、熱交換器３０３において被加熱流体Ｆ１に対して熱交換して被加熱流体Ｆ１を加熱する。なお、第４実施形態の安全装置４の構成は、第１実施形態の安全装置４の構成とほぼ同様である。
【００７６】
図５に示すように、給湯システム１Ｂは、熱交換器３０３と、安全装置４と、を備える。また、給湯システム１Ｂは、被加熱流体流路としての被加熱流体ラインＬ３０１と、加熱流体流路及び安全装置装着用流体流路としての加熱流体ラインＬ３０４と、を備える。
【００７７】
加熱流体ラインＬ３０４には、上流側において加熱流体Ｆ２を供給する加熱流体供給部（図示せず）が接続されている。加熱流体ラインＬ３０４の下流側の途中には、熱交換器３０３が接続されている。加熱流体ラインＬ３０４には、熱交換器３０３において被加熱流体Ｆ１に対して熱交換して被加熱流体Ｆ１を加熱する加熱流体Ｆ２が流通する。加熱流体ラインＬ３０４は、略鉛直方向に延びている。加熱流体Ｆ２としては、例えば、高温のガスや液体や蒸気等が用いられる。
【００７８】
被加熱流体ラインＬ３０１には、上流側において冷媒としての被加熱流体供給部（図示せず）が接続されている。被加熱流体ラインＬ３０１の下流側の途中には、熱交換器３０３が接続されている。被加熱流体ラインＬ３０１には、熱交換器３０３において加熱流体Ｆ２に対して熱交換して加熱流体Ｆ２により加熱される被加熱流体Ｆ１が流通する。被加熱流体Ｆ１としては、例えば、低温のガスや液体等が用いられる。
【００７９】
本実施形態においては、冷却部４１は、被加熱流体ラインＬ３０１により構成される。被加熱流体ラインＬ３０１は、加熱流体ラインＬ３０４の一部に複数回数巻き付けられている。被加熱流体ラインＬ３０１は、冷媒としての被加熱流体Ｆ１を流通させることにより、加熱流体ラインＬ３０４の一部を冷却する。冷却部４１により冷却される加熱流体ラインＬ３０４の一部は、加熱流体Ｆ２の流れにおける熱交換器３０３の上流側に配置されている。
【００８０】
第４実施形態の安全装置４を備える給湯システム１Ｂによれば、例えば、以下の効果が奏される。
安全装置装着用流体流路は、熱交換器３０３において被加熱流体Ｆ１に対して熱交換して被加熱流体Ｆ１を加熱する加熱流体Ｆ２が流通する加熱流体流路としての加熱流体ラインＬ３０４により構成される。そして、冷却部４１により冷却される加熱流体ラインＬ３０４の一部は、加熱流体Ｆ２の流れにおける熱交換器３０３の上流側に配置されている。
【００８１】
そのため、何らかの原因によって被加熱流体流路としての被加熱流体ラインＬ３０１に被加熱流体Ｆ１が流れなくなった場合であっても、熱交換器３０３の上流側において、加熱流体ラインＬ３０４を遮断することができる。その結果、熱交換器３０３に高温の加熱流体Ｆ２が流入することを防ぐことができ、熱交換器３０３が過度に加熱され破損することを防止することができる。
【００８２】
＜第５実施形態＞
次に、図６により、本発明の第５実施形態について説明する。第５実施形態では、安全装置４を備える給湯システム１Ｃについて説明する。第５実施形態において、特に説明しない点には、第１実施形態についての説明が適宜適用される。また、第５実施形態においても、第１実施形態と同様な効果が奏される。図６は、本発明の第５実施形態における安全装置４を備える給湯システム１Ｃを示す概略図である。
【００８３】
第５実施形態は、図６に示すように、第１実施形態と比べて、安全装置４が設けられている給湯システム１Ｃの全体構成が異なる。本実施形態では、安全装置装着用流体流路は、熱交換器４０３において加熱された後の被加熱流体Ｆ１が流通する被加熱流体流路としての被加熱流体ラインＬ４０１の一部（垂直部分Ｌ４０１Ｂ）により構成される点で、第１実施形態とは異なる。なお、第５実施形態の安全装置４の構成は、第１実施形態の安全装置４の構成とほぼ同様である。
【００８４】
図６に示すように、給湯システム１Ｃは、熱交換器４０３と、安全装置４と、制御用バルブ４０５と、を備える。また、給湯システム１Ｃは、被加熱流体流路及び安全装置装着用流体流路としての被加熱流体ラインＬ４０１と、加熱流体ラインＬ４０４と、を備える。
【００８５】
加熱流体ラインＬ４０４には、上流側において加熱媒体を供給する加熱流体供給部（図示せず）が接続されている。加熱流体ラインＬ４０４の下流側の途中には、熱交換器４０３が接続されている。加熱流体ラインＬ４０４には、熱交換器４０３において被加熱流体Ｆ１に対して熱交換して被加熱流体Ｆ１を加熱する加熱流体Ｆ２が流通する。加熱流体Ｆ２としては、例えば、高温のガスや液体や蒸気等が用いられる。
【００８６】
被加熱流体ラインＬ４０１には、上流側において冷媒としての被加熱流体Ｆ１を供給する被加熱流体供給部（図示せず）が接続されている。被加熱流体ラインＬ４０１の下流側の途中の部分は、後述の垂直部分Ｌ４０１Ｂの一部に複数回数巻き付けられている。それよりも被加熱流体ラインＬ４０１の下流側の途中の部分には、制御用バルブ４０５が接続されている。それよりも被加熱流体ラインＬ４０１の下流側の途中の部分は、熱交換器４０３に接続されている。更にそれよりも被加熱流体ラインＬ４０１の下流側の途中の部分は、水平部分Ｌ４０１Ａと、垂直部分Ｌ４０１Ｂとを、被加熱流体Ｆ１の流れに沿ってこの順で有している。従って、安全装置装着用流体流路は、熱交換器４０３において加熱された後の被加熱流体Ｆ１が流通する被加熱流体流路としての被加熱流体ラインＬ４０１の一部により構成されている。
【００８７】
被加熱流体ラインＬ４０１には、熱交換器４０３において加熱流体Ｆ２に対して熱交換して加熱流体Ｆ２により加熱される被加熱流体Ｆ１が流通する。制御用バルブ４０５が調整されることにより、被加熱流体ラインＬ４０１に流れる被加熱流体Ｆ１の流量が調整される。被加熱流体Ｆ１としては、例えば、低温のガスや液体等が用いられる。
【００８８】
本実施形態においては、冷却部４１は、被加熱流体Ｆ１の流れにおける熱交換器４０３よりも上流側の被加熱流体ラインＬ４０１の部分により構成される。被加熱流体ラインＬ４０１は、冷媒としての被加熱流体Ｆ１を流通させることにより、垂直部分Ｌ４０１Ｂの一部を冷却する。冷却部４１を構成する被加熱流体ラインＬ４０１の一部は、被加熱流体Ｆ１の流れにおける熱交換器４０３の上流側に配置されている。
【００８９】
第５実施形態の安全装置４を備える給湯システム１Ｃによれば、例えば、以下の効果が奏される。
安全装置装着用流体流路は、熱交換器４０３において加熱された後の被加熱流体Ｆ１が流通する被加熱流体ラインＬ４０１の一部である垂直部分Ｌ４０１Ｂにより構成される。そして、冷却部４１を構成する被加熱流体ラインＬ４０１の部分は、被加熱流体Ｆ１の流れにおける熱交換器４０３の上流側に配置されている。
【００９０】
そのため、何らかの原因によって制御用バルブ４０５が破損して、十分な量の被加熱流体Ｆ１が、被加熱流体流路としての被加熱流体ラインＬ４０１に流れなくなった場合であっても、被加熱流体Ｆ１の流れにおける熱交換器４０３の下流側において、被加熱流体ラインＬ４０１を遮断することができる。その結果、制御用バルブ４０５と熱交換器４０３との間に残っていた被加熱流体Ｆ１が、熱交換器４０３によって高温に加熱され、安全装置４よりも下流側に排出されることを防止することができる。この結果、例えば、高温の被加熱流体Ｆ１が排出されて、ユーザーが火傷等することを防止することができる。
【００９１】
以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。
例えば、第１実施形態においては、落下部材を、球状の落下球体により構成したが、これに制限されない。例えば、落下部材を、円柱状の部材により構成してもよい。
【００９２】
また、実施形態においては、冷却部４１を空気供給ラインＬ１又は冷媒用空気ラインＬ１３により構成したが、これに制限されない。冷却部４１は、燃料ガス供給ラインＬ２又は水供給ラインＬ５により構成してもよいし、新たに冷却部として設けられる水冷ラインで構成してもよい。
冷却部４１を燃料ガス供給ラインＬ２により構成する場合には、燃料ガス供給ラインＬ２を流通する冷媒としては、例えば都市ガス等の燃料ガスＧ１である。また、冷却部４１を水供給ラインＬ５又は水冷ラインにより構成する場合には、水供給ラインＬ５又は水冷ラインを流通する冷媒としては、例えば温水や常温の水である。
【００９３】
また、第１実施形態においては、受止部材を、アノードオフガスラインＬ４の一部を構成する受止部４５としてアノードオフガスラインＬ４と一体的に設けたが、これに制限されない。受止部材をアノードオフガスラインＬ４と別体に設けて、受止部材をアノードオフガスラインＬ４の管体の内部に配置してもよい。
【００９４】
また、第１実施形態においては、安全装置４をアノードオフガスラインＬ４の垂直部分Ｌ４Ｂに設けるように構成したが、これに制限されない。アノードオフガスラインＬ４において水平方向に対して傾斜する傾斜部分の管体を設けることにより、安全装置４をアノードオフガスラインＬ４の傾斜部分に設けるように構成してもよい。このように構成されることで、溶融部材４２が溶融した場合に、溶融部材４２は、重力により下方側に移動して、アノードオフガスラインＬ４を遮断する。
【符号の説明】
【００９５】
１、１Ａ  燃料電池システム
１Ｂ、１Ｃ  給湯システム
２  燃料電池
４、４Ａ  安全装置
４１  冷却部（空気供給ライン、冷媒用空気ライン、被加熱流体ライン）
４２、４２Ａ  溶融部材
４３  落下球体（落下部材）
４５  受止部（受止部材）
３０３、４０３  熱交換器
Ｌ１  空気供給ライン（燃料ガスライン）
Ｌ４、Ｌ２１１  アノードオフガスライン（排ガスライン）
Ｌ１３  冷媒用空気ライン（冷却部）
Ｌ３０１、Ｌ４０１  被加熱流体ライン
Ｌ３０４、Ｌ４０４  加熱流体ライン
Ａ１  空気（冷媒、燃料ガス）
Ａ１２Ｂ  冷媒用空気（冷媒）
Ｆ１  被加熱流体
Ｆ２  加熱流体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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