(57)【要約】【課題】燃焼排ガスを外部に排出する排出路に詰まりが生じた場合においても、料電池本体で使用する水質の良い水を排出せずに、燃焼排ガスが水回収部の排水経路から屋外へ流れ出すことを防止すること。【解決手段】燃料電池システム１００内の第１排気経路７７内を流れる排ガス中の水分を凝縮水として回収する第１水回収部８５と、第１排気経路と接続される燃料電池システム１００外部の第２排気経路７０内を流れる雨水を回収する第２水回収部９１を設け、第１水回収部８５と第２水回収部９１を第１排水経路８７で接続し、第２水回収部９１に水封機能を持たせる。これにより、燃料電池本体の発電に使用する水質の良い凝縮水を排出せずに、燃料電池システムの排出ガスが排水経路を介して屋内に漏れることを防止できる。【選択図】図１
2014002883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード及びカソードを有し、水素含有ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池のアノード側から排出されるアノード排ガス及び前記燃料電池のカソード側から排出されるカソード排ガスのうちの少なくとも１つの排ガスを排気する第１排気経路と、
前記燃料電池及び前記第１排気経路を収納する筺体と、
前記第１排気経路の下流端に接続され、前記第１排気経路から排出される前記排ガスを前記筺体の外側に排気する第２排気経路と、
前記第１排気経路に接続され、前記第１経路を流れる前記排ガス中に含まれる水分が凝縮して発生する凝縮水を排出する第１凝縮水経路と、
前記第１排気経路のうちの前記第１凝縮水経路より下流側の経路又は前記第２排気経路に接続され、前記第２排気経路内の水を排出する第２凝縮水経路と、
前記第１凝縮水経路に接続され、水を回収する第１水回収部と、
前記第２凝縮水経路に接続され、水を回収する第２水回収部と、
前記第２水回収部から前記筺体の外部へ水を排出する第２排水経路と、
を備え、
前記第２水回収部は、前記排ガスが前記第２凝縮水経路から前記第２排水経路へ流れないように水封する水封構造を有する、
燃料電池システム。
【請求項２】
前記第１水回収部は、前記第１水回収部から前記第２凝縮水経路へ水を排出する第１排水経路を備えた、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１水回収部は、前記排ガスが前記第１凝縮水経路から前記第１排水経路へ流れないように水封する水封構造を有する、請求項１〜２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
可燃性ガス及び燃焼用空気を燃焼して燃焼排ガスを排出する燃焼器を備え、
前記第１排気経路は、前記燃料電池のアノード側から排出されるアノード排ガス、前記燃料電池のカソード側から排出されるカソード排ガス、及び、前記燃焼排ガスのうちの少なくとも１つの排ガスを排気する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第１水回収部内の水を浄化処理する浄水装置を備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱と電気を供給する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質を挟持した電極の一方に水素や水素リッチガスを供給し（以下、水素リッチガスを供給する方をアノード側と称す）、他方に酸素を含んだ空気などの酸化剤ガスを供給して（以下、酸化剤ガスを供給する方をカソード側と称す）、電気化学反応によって発電を行うものである。
【０００３】
燃料電池システムは、燃料電池で発電した電力を需要家へ供給し電力負荷を賄うとともに、発電に伴う排熱を回収して蓄熱することで需要家の給湯負荷を賄うコージェネレーションシステムである。
【０００４】
燃料電池の発電に必要な水素リッチガス（以下、燃料ガスと称す）を生成する方法の一つとして、燃料電池システムでは都市ガスやＬＰＧなどの炭化水素系の原料ガスやメタノールや灯油などの液体の炭化水素系原料を水蒸気とともに導入して改質する改質部を有する水素生成器を備えたものが一般的である。つまり、燃料電池システムの発電運転の際には、水蒸気を発生させるための水を供給することが必要不可欠である。
【０００５】
通常、燃料電池システムへ水を供給するための水の供給手段としては、水道が好適に用いられる。ただし、水道水中のカルシウムの堆積や塩素による配管の腐食等により、燃料電池システムの性能が経時的に劣化するため、これらの成分を除去する必要がある。そのため、従来の燃料電池システムには、イオン交換樹脂等を備える浄水器が設けられている。
【０００６】
しかしながら、イオン交換樹脂等を備える浄水器によれば、水に含まれるカルシウムや塩素等の成分を十分に除去することが可能であるが、使用時間に応じてイオン交換樹脂等の浄水性能が劣化する。つまり、このイオン交換樹脂等を用いる構成では、浄水器を頻繁にメンテナンスする必要がある。これは、燃料電池システムのランニングコストを悪化させる要因となる。そのため、従来の燃料電池システムでは、燃料電池で発電に伴って生成する水や、燃料電池や水素含有ガス供給部の加熱に利用される燃焼器から排出される水分を含んだガス（燃焼排ガス）を冷却して得られる凝縮水等を回収して利用する、水の自立供給形態が採られることが多い。
【０００７】
また、水素生成器には燃焼用ガスを燃焼させて改質部を加熱する燃焼部が備えられている。ここで燃焼用ガスとは、燃焼部で燃焼に利用するガスであり、原料ガス（液体の炭化水素系原料の場合は気化させたもの）や燃料ガス、さらには燃料電池で発電に利用されなかった水素を含むガス（以下、オフ燃料ガスと称す）のことを指す。また、燃焼部には燃焼用ガスを導入する燃焼用ガス経路の他に、燃焼空気を導入するための燃焼空気経路が接続されており、燃焼空気ファン等の送風機によって燃焼用ガスの流量に応じた空気が燃焼部に供給されるようになっている。
【０００８】
水素生成器で燃料ガスを生成する際には、改質部に炭化水素系原料と水とを導入し、燃焼部で燃焼用ガスを燃焼させることにより加熱して、吸熱反応である改質反応に必要な熱を供給して改質反応を進行させる。更に水素生成器には、必要に応じて一酸化炭素低減部が備えられており、改質部で生成した燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低減させて、水素濃度の高い燃料ガスとして燃料電池のアノード側に供給される。
【０００９】
また、燃料電池システムでは、燃料電池のカソード側には空気ブロワ等の送風機によって酸化剤ガスとして空気が供給されるようになっている（以下、適宜、カソード空気と称す）。
【００１０】
また、燃料電池システムで利用する空気、すなわち燃焼部で燃焼用ガスを燃焼させるのに必要な空気や、燃料電池のカソード側に酸化剤ガスとして供給される空気は、燃料電池システムの外部から供給され、また、燃焼部で燃焼用ガスを燃焼させることで発生した燃焼排ガス、および燃料電池のカソード側から排出される一部発電で酸素を消費された空気（以下、適宜、オフ酸化剤ガスと称す）は、燃料電池システムから外部に排出される。これらの燃料電池システムから排出される排ガス（燃焼排ガスおよびオフ酸化剤ガス）には、燃焼で生じた水蒸気と、燃料電池の発電によって生成された水蒸気とが含まれている。
【００１１】
このような燃料電池システムとして、建物内に設置され、燃料電池システムに接続された給気経路を介して燃料電池システムで利用する空気を建物の外部から供給し、燃料電池システムに接続された排気経路を介して、燃料電池システムで発生した排ガスを、建物の外部に排気する燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されている燃料電池システムでは、燃料電池システムから排出される水蒸気を含んだ排ガスが、排気経路を通流する間に冷却された発生した凝縮水を貯める水タンクが設けられている。
【００１２】
図６は、特許文献１に開示されている燃料電池システムの構成図である。
【００１３】
図６に示すように、特許文献１に開示されている燃料電池システムの吸排気装置は、ダクト接続部３２により本体３０の上部に取り付けられた２重管ダクト３１と、システム空気ダクト３４と、換気下降ダクト３５と、排気ファン３６が取り付けられた混合ボックス３７とを有する。
【００１４】
２重管ダクト３１は、内管３１ａと外管３１ｂとにより環状の吸排気流路を構成している。２重管ダクト３１の外管３１ｂから導入される空気４０（屋外の新鮮な空気）は、システム空気ダクト３４と換気下降ダクト３５により、本体３０の内部で分岐される。
【００１５】
本体３０の燃料処理装置及び燃料電池本体から排気されるシステム排気４５には、多量の水蒸気が含まれている。混合ボックス３７では、換気ファン３６により送り出される換気４６との混合により、システム排気４５に含まれる水蒸気分圧が低下する。しかし、換気４６の温度が低い場合には、水蒸気分が凝縮して、混合ボックス３７の下部に溜まる。
【００１６】
一方、２重管ダクト３１の内管３１ａを流れる混合排気４７は、内管３１ａの内壁を通じて吸入される空気に冷却されるため水蒸気分が壁面に凝縮する。この内管３１ａの壁面に凝縮した水分は、ダクト３１の勾配により、混合ボックス３７に向かって流下する。
【００１７】
従って、凝縮した水分（凝縮水）は、全て混合ボックス３７に集められて、さらにドレン管５０を通じて貯水部である水タンク５１に貯められる。この水タンク５１に回収された凝縮水は、発電本体３０での発電に使用することも可能である。不要な場合は、水タンク５１の上部座より本体３０の外部へ排水経路（図示せず）を介して排水するように構成される。
【００１８】
なお、水タンク５１において水位を確保することで、水封することにより混合排気（すなわち燃料電池システムの排出ガス）４７が、本体３０の外部に流出することを防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００６−２５３０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、特許文献１に開示されている燃料電池システムのような構成において、二重管ダクトの内管が閉塞するなどして、想定以上の圧力が水タンクにかかり、水タンク中の水が減少したり、水タンク内の水が全て排水される。これにより、水封機能を果たせなくなり、燃料電池システムの排出ガスが排水経路を介して屋内に漏れるという課題と、二重管ダクトは屋外に延出している為雨水が流入することもあり、燃料電池本体の発電に使用するには水質が良くないという課題があった。
【００２１】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、水質の良い凝縮水を第１水回収部に、雨水を第２水回収部に２つに分けて回収し、第２水回収部に水封構造を持たせるものである。これにより、燃料電池システムの排出路が閉塞する等して排出路内の圧力が上昇した場合においても、燃料電池本体の発電に使用する水質の良い第１水回収部の水を排出せずに、燃料電池システムの排出ガスが排水経路を介して屋内に漏れることを防止できる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記従来の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムの第２水回収部は、前記排ガスが前記第２凝縮水経路から前記第２排水経路へ流れないように水封する水封構造を有することを特徴とするものである。
【００２３】
これによって、燃料電池システムの排出路が閉塞する等して排出路内の圧力が上昇した場合においても、燃料電池本体の発電に使用する水質の良い凝縮水を排出せずに、燃料電池システムの排出ガスが排水経路を介して屋内に漏れることを防止できる。また、水質の良い凝縮水を第１水回収部に、雨水を第２水回収部に、２つに分けて回収することで、燃料電池本体の発電には水質の良い第１水回収部の水のみを使用することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの排出路が閉塞する等して排出路内の圧力が上昇した場合においても、燃料電池本体の発電に使用する水質の良い凝縮水を排出せずに、燃料電池システムの排出ガスが排水経路を介して屋内に漏れることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図
【図２】本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図
【図３】本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図
【図４】本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図
【図５】本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図
【図６】従来の燃料電池システムの概略構成を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
第１の発明は、アノード及びカソードを有し、水素含有ガス及び酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池のアノード側から排出されるアノード排ガス及び前記燃料電池のカソード側から排出されるカソード排ガスのうちの少なくとも１つの排ガスを排
気する第１排気経路と、前記燃料電池及び前記第１排気経路を収納する筺体と、前記第１排気経路の下流端に接続され、前記第１排気経路から排出される前記排ガスを前記筺体の外側に排気する第２排気経路と、前記第１排気経路に接続され、前記第１経路を流れる前記排ガス中に含まれる水分が凝縮して発生する凝縮水を排出する第１凝縮水経路と、前記第１排気経路のうちの前記第１凝縮水経路より下流側の経路又は前記第２排気経路に接続され、前記第２排気経路内の水を排出する第２凝縮水経路と、前記第１凝縮水経路に接続され、水を回収する第１水回収部と、前記第２凝縮水経路に接続され、水を回収する第２水回収部と、前記第２水回収部からと前記筺体の外部へ水を排出する第２排水経路と、を備えている。そして、前記第２水回収部は、前記排ガスが前記第２凝縮水経路から前記第２排水経路へ流れないように水封する水封構造を有することを特徴とするものである。
【００２７】
これによって、水質の良い凝縮水を第１水回収部に、雨水を第２水回収部に２つに分けて回収することで、燃料電池本体の発電には水質の良い第１水回収部の水のみを使用することができ、燃料電池システムの排出路が閉塞する等して排出路内の圧力が上昇した場合においても、燃料電池本体の発電に使用する水質の良い凝縮水を排出せずに、燃料電池システムの排出ガスが排水経路を介して屋内に漏れることを防止できる。
【００２８】
第２の発明は、特に、第１の発明の燃料電池システムにおいて、前期第１水回収部は、前記第１水回収部から前記第２凝縮水経路へ水を排出する第１排水経路を備えたことにより、第１水回収部の余分な水を第２水回収部に排水することができ、水質の良い凝縮水を第１水回収部に、雨水を第２水回収部に２つに分けて回収する。これにより、燃料電池本体の発電には水質の良い第１水回収部の水のみを使用することができ、燃料電池システムの排出路が閉塞する等して排出路内の圧力が上昇した場合においても、燃料電池本体の発電に使用する水質の良い凝縮水を排出せずに、燃料電池システムの排出ガスが排水経路を介して屋内に漏れることを防止できる。
【００２９】
第３の発明は、第１〜２いずれか１つの発明の燃料電池システムにおいて、前記第１水回収部は、前記排ガスが前記第１凝縮水経路から前記第１排水経路へ流れないように水封する水封構造を有することで、第１水回収部の水封構成を隔てた２つの水面に作用する圧力が等しくなる為、圧力の影響を受けて第１水回収部の水位が変動しない。即ち、燃料電池システムの排出路が閉塞する等して排出路内の圧力が上昇した場合においても、燃料電池本体の発電に使用する水質の良い凝縮水を排出せずに、燃料電池システムの排出ガスが排水経路を介して屋内に漏れることを防止できる。
【００３０】
第４の発明は、第１〜３いずれか１つの発明の燃料電池システムにおいて、可燃性ガス及び燃焼用空気を燃焼して燃焼排ガスを排出する燃焼器を備えている。そして、前記第１排気経路は、前記燃料電池のアノード側から排出されるアノード排ガス、前記燃料電池のカソード側から排出されるカソード排ガス、及び、前記燃焼排ガスのうちの少なくとも１つの排ガスを排気することにより、燃焼排ガスを含めた燃料電池システムの排出ガスが排水経路を介して屋内に漏れることを防止できる。
【００３１】
第５の発明は、第１〜４いずれか１つの発明の燃料電池システムにおいて、前記第１水回収部内の水を浄化処理する浄水装置を備えたことにより、第１水回収部の水を浄化することで、燃料電池本体の発電に使用する水の水質を良くすることができる。
【００３２】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。
【００３３】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成について、図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００３５】
図１に示すように、本実施の形態１に係る燃料電池システム１００は、建物２００の内部に配置されている。燃料電池システム１００は、燃料処理器１４、酸化剤ガス供給器１５、および燃料電池１１と、換気ファン１３と、制御装置１０２と、を筐体１２内に備えている。また、燃料電池システム１００は、第２排気経路７０と給気流路７８を有する給排気機構１０４に接続されている。
【００３６】
制御装置１０２は、燃料電池システム１００を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよい。制御装置１０２は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成される記憶部を備えている。そして、制御装置１０２は、演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、これらの情報を処理し、かつ、これらの制御を含む燃料電池システム１００に関する各種の制御を行う。
【００３７】
なお、制御装置１０２は、単独の制御装置で構成される形態だけでなく、複数の制御装置が協働して燃料電池システム１００の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御装置１０２は、マイクロコンピュータで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｌｏｇｉｃ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、論理回路等によって構成されていてもよい。
【００３８】
筐体１２を構成する壁の適所には、壁の厚み方向に貫通する孔１６が設けられていて、孔１６を境にして、燃料電池システム１００内部の第１排気経路７７と燃料電池システム１００外部の第２排気経路７０を構成する配管が接続されている。なお、本実施の形態では、第２排気経路７０を構成する配管が、給気流路７８を構成する配管の内側に配置されている二重配管の構成としたが、燃料電池システム１００内部の第１排気経路７７と燃料電池システム１００外部の第２排気経路７０が接続されている構成であれば良く、必ずしも二重配管の構成である必要はない。
【００３９】
第２排気経路７０は、建物２００の外側にまで延びるように形成されていて、その下流端（開口）は、大気に開放されている。また、給気流路７８は、その下流端は、筐体１２に接続されていて、その上流端（開口）は、大気に開放されている。燃料電池システム１００に外部（ここでは、建物２００外）から空気を供給することができる。
【００４０】
燃料電池１１は、アノードとカソードを有している（いずれも図示せず）。燃料電池１１では、燃料ガス流路１１Ａに供給された燃料ガスが、燃料ガス流路１１Ａを通流する間に、アノードに供給される。また、酸化剤ガス流路１１Ｂに供給された酸化剤ガスが、酸化剤ガス流路１１Ｂを通流する間に、カソードに供給される。そして、アノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとが、反応して電気と熱が発生する。
【００４１】
ここで、発生した電気は、図示されない電力調整器により、外部電力負荷（例えば、家庭の電気機器）に供給される。また、発生した熱は、図示されない熱媒体流路を通流する熱媒体が回収する。熱媒体が回収した熱は、例えば、水を加熱するのに使用することがで
きる。また、本実施の形態１においては、燃料電池１１は、高分子電解質形燃料電池や固体酸化物形燃料電池等の各種の燃料電池を用いることができる。さらに、燃料電池１１の構成は、一般的な燃料電池と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
燃料ガス流路１１Ａの出口には、オフ燃料ガス流路７３の上流端が接続されている。オフ燃料ガス流路７３の下流端は、後述する燃焼器１４ｂに接続されている。燃料電池１１で使用されなかった水素を含む燃料ガス（以下、オフ燃料ガス）は、オフ燃料ガス流路７３を介して、燃焼器１４ｂに供給される。
【００４３】
また、酸化剤ガス流路１１Ｂの出口には、オフ酸化剤ガス流路７４の上流端が接続されている。オフ酸化剤ガス流路７４の下流端は、後述する混合部９０に接続されている。燃料電池１１で使用されなかった酸化剤ガス（以下、オフ酸化剤ガス）は、酸化剤ガス流路１１Ｂの出口からオフ酸化剤ガス流路７４、混合部９０、第１排気経路７７から第２排気経路７０を経て建物２００外に排出される。
【００４４】
燃料処理器１４は、燃料電池１１に燃料ガス（水素を含有したガス）をその流量を調整しながら供給するものであり、改質器１４ａと燃焼器１４ｂと燃焼ファン１４ｃを有している。また、燃料処理器１４には、燃料ガス供給流路７１を介して、燃料電池１１（正確には、燃料電池１１の燃料ガス流路１１Ａの入口）が接続されている。
【００４５】
改質器１４ａには、原料供給器及び水蒸気供給器が接続されていて（それぞれ、図示せず）、原料及び水蒸気が、それぞれ、改質器１４ａに供給される。原料としては、メタンを主成分とする天然ガスやＬＰガス等を用いることができる。
【００４６】
また、改質器１４ａは、改質触媒を有している。改質触媒としては、例えば、原料と水蒸気とから水素含有ガスを発生させる水蒸気改質反応を触媒することができれば、どの様な物質を使用してもよく、例えば、アルミナ等の触媒担体にルテニウム（Ｒｕ）を担持させたルテニウム系触媒や同様の触媒担体にニッケル（Ｎｉ）を担持させたニッケル系触媒等を使用することができる。
【００４７】
そして、改質器１４ａでは、供給された原料と水蒸気との改質反応により、水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、燃料ガスとして、燃料ガス供給流路７１を通流して、燃料電池１１の燃料ガス流路１１Ａに供給される。
【００４８】
なお、本実施の形態１においては、改質器１４ａで生成された水素含有ガスが、燃料ガスとして、燃料電池１１に送出される構成としたが、これに限定されず、燃料処理器１４内に改質器１４ａより送出された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するための変成触媒（例えば、銅−亜鉛系触媒）を有する変成器や、酸化触媒（例えば、ルテニウム系触媒）や、メタン化触媒（例えば、ルテニウム系触媒）を有する一酸化炭素除去器を通過した後の水素含有ガスが燃料電池１１に送出される構成であってもよい。
【００４９】
燃焼器１４ｂには、オフ燃料ガス流路７３の下流端が接続されていて、燃料電池１１からオフ燃料ガスが、オフ燃料ガス流路７３を通流して、燃焼用ガスとして供給される。また、燃焼器１４ｂには、燃焼空気供給流路７９を介して、燃焼ファン１４ｃが接続されている。燃焼ファン１４ｃは、燃焼器１４ｂに燃焼用空気を供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。
【００５０】
燃焼器１４ｂでは、供給されたオフ燃料ガスと燃焼用空気が燃焼して熱が発生し、燃焼排ガスが生成される。燃焼器１４ｂで生成された燃焼排ガスは、改質器１４ａ等を加熱し
た後、燃焼排ガス流路８０に排出される。燃焼排ガス流路８０に排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路８０を通流して、混合部９０から第１排気経路７７を経て第２排気経路７０に排出される。第２排気経路７０に排出された燃焼排ガスは、第２排気経路７０を通流して燃料電池システム１００（建物２００）外に排出される。
【００５１】
なお、本実施の形態１においては、燃焼器１４ｂを燃料電池１１からオフ燃料ガスが燃焼用ガスとして供給されるように構成したが、これに限定されず、燃焼器１４ｂに燃焼用ガス供給器から燃焼用ガスが別途供給されるように構成してもよい。
【００５２】
酸化剤ガス供給器１５は、燃料電池１１に酸化剤ガス（空気）をその流量を調整しながら供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。酸化剤ガス供給器１５には、酸化剤ガス供給流路７２を介して、燃料電池１１（正確には、燃料電池１１の酸化剤ガス流路１１Ｂの入口）が接続されている。
【００５３】
また、換気ファン１３は、換気流路７５を介して、混合部９０と接続されており、混合部９０の下流側で第１排気経路７７と接続されている。換気ファン１３としては、筐体１２内を換気することができれば、どのような構成であってもよい。これにより、給気流路７８から燃料電池システム１００外の空気が筐体１２内に給気され、換気ファン１３を作動させることにより、筐体１２内のガス（主として、空気）が換気流路７５及び混合部９０、第１排気経路７７、第２排気経路７０を介して、建物２００外に排出され、筐体１２内が換気される。
【００５４】
なお、本実施の形態１においては、換気器としてファンを用いたが、これに限定されず、ブロワを用いてもよい。換気ファン１３は、筐体１２内に配置するように構成したが、これに限定されない。換気ファン１３は、第１排気経路７７内に配置するように構成してもよい。
【００５５】
このように、本実施の形態１においては、燃焼ファン１４ｃと酸化剤ガス供給器１５、および換気ファン１３が作動することにより筐体１２に供給されるガス（空気）が、燃料電池システム１００に供給される外気として、例示される。なお、燃料電池システムに供給される外気は、これらのガス（空気）に限定されず、例えば、燃料処理器が選択酸化器を備えている場合には、選択酸化空気であっても良い。また、燃料電池１１のアノードに一酸化炭素による触媒の被毒を防止するために供給するブリードエアーであっても良い。
【００５６】
また、本実施の形態１においては、燃焼排ガス、オフ酸化剤ガス、及び換気ファン１３が作動することによる筐体１２内のガスが、燃料電池システム１００から排出される排出ガスとして、例示される。これらの排出ガスは、筐体１２内の混合部９０で混合された後、第１排気経路７７に排出され、燃料電池システム１００外の第２排気経路７０を介して屋外に排出される。即ち混合部９０には、燃焼排ガス流路８０、オフ酸化剤ガス流路７４及び換気流路７５が接続され、燃焼排ガス、オフ酸化剤ガス、換気ファンからの空気が合流する第１排気経路７７の一部を構成する。
【００５７】
また、混合部９０の下方には、第１水回収部８５が設けられおり、混合部９０と第１水回収部８５とは、第１凝縮水経路８６によって接続されている。
【００５８】
混合部９０は、混合部９０で排出ガスの温度が低下して発生した凝縮水が第１凝縮水経路８６を介して第１水回収部８５に流入するように、傾斜などの形状、更にはオフ酸化剤ガス流路７４、燃焼排ガス流路８０、換気流路７５、混合部９０、第１排気経路７７、および第１凝縮水経路８６の接続位置が配慮して構成されている。また、第１排気経路７７
は、屋外に向けて上り勾配になるように設置されている。
【００５９】
第１排気経路７７と第２排気経路７０の接続部８９の下方には、第２水回収部９１が設けられおり、第２凝縮水経路９２によって接続されている。また、第２水回収部９１の上部には、一端が筐体１２の外部と連通した第２排水経路９３が接続されている。
【００６０】
第１水回収部８５は、第１凝縮水経路８６を介して流入された第１排気経路７７内の凝縮水を貯める構成であり、第２水回収部９１は、第２凝縮水経路９２を介して流入した雨水を貯める構成で、第２水回収部９１内の水面が所定の高さ以上に上昇した場合には、所定の高さ以上の余分な水が、第２排水経路９３を介して燃料電池システム１００の外部に排水されるようの構成されている。
【００６１】
更に、第２水回収部９１と第２凝縮水経路９２と第２排水経路９３とは、第２水回収部９１中の水を利用して、燃料電池システム１００から排出される排出ガスが、第２排水経路９３を介して燃料電池システム１００（筐体１２）外の屋内に流出するのを防止する水封機能を備えるように配慮して構成されている。具体的には、第２凝縮水経路９２が第２水回収部９１中の下方まで挿入されており、第２凝縮水経路９２の下端から第２水回収部９１の第２排水経路９３の接続部までの高さを、接続部８９にかかる背圧よりも、第２凝縮水経路９２内の水面と、第２水回収部９１内での水面との高低差で生じる水圧の方が大きくなるように配慮して構成されている。なお、本実施の形態１の燃料電池システムでは、水封構成としてとして水回収部を用いたが、これに限定されず、水封機能を実現できれば、例えばＵ字管を用いた構成としても良い。
【００６２】
以上のように構成された燃料電池システムについて、以下その動作、作用について説明する。なお、燃料電池システム１００の起動動作、発電動作、および停止動作は、一般的な燃料電池システムと同様に行われるので、その詳細な説明は省略する。また、本実施の形態１においては、制御装置１０２が、燃料電池システム１００を構成する各機器を制御するものとして説明する。
【００６３】
燃料電池システム１００が発電動作中には、燃料電池１１には、燃料処理器１４で生成した燃料ガスが供給され、また、酸化剤ガス供給器１５によって酸化剤ガスが供給される。燃料電池１１で一部の酸素が発電によって利用され、酸素濃度が低下したオフ酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路１１Ｂの出口からオフ酸化剤ガス流路７４に排出される。
【００６４】
また、燃料電池１１で利用されなかった水素を含むオフ燃料ガスは、燃焼器１４ｂに供給され、燃焼ファン１４ｃで供給された燃焼用空気と共に燃焼される。燃焼器１４ｂでの燃焼により発生した酸素濃度の低い燃焼排ガスは、改質器１４ａを加熱した後、燃焼排ガス流路８０に排出される。
【００６５】
また、燃料電池システム１００の発電動作中には、換気ファン１３を駆動させ、筐体１２内のガス（空気）が換気流路７５に排出される。
【００６６】
よって、燃料電池システム１００の発電動作中には、オフ酸化剤ガス、燃焼排ガスおよび換気ファン１３が作動することによる筐体１２内のガス（空気）が、排出ガスとして混合部９０にて混合され、第１排気経路７７、接続部８９、第２排気経路７０を経て屋外に排出される。
【００６７】
一般的に、燃料電池システム１００から排出されるオフ酸化剤ガスと燃焼排ガスとは、温度が高く、また水蒸気を多く含んでいる。よって、オフ酸化剤ガスと燃焼排ガスとの熱を回収して有効に利用するために、オフ酸化剤ガスと燃焼排ガスとは、図示しない熱媒体
流路を通流する熱媒体と、オフ酸化剤ガス流路７４と燃焼排ガス流路８０との途中に設けられた熱交換器（図示せず）を介して熱交換を行い、その後、混合部９０に排出される構成としても良い。また、熱交換器（図示せず）でオフ酸化剤ガスと燃焼排ガスとが冷却されることで生じた凝縮水は、第１凝縮水経路８６を経て第１水回収部８５に回収され、燃料処理器１４の改質器１４ａで原料から燃料ガスを生成する改質反応に利用しても良い。
【００６８】
上述のように構成された燃料電池システム１００においても、熱交換器（図示せず）を出たオフ酸化剤ガスおよび燃焼排ガスは、混合部９０、第１排気経路７７、接続部８９、第２排気経路７０を経て建物２００の外部に排出されるまでの間に冷却され、凝縮水が発生する。特に、第２排気経路７０内で発生した凝縮水は接続部８９に流下し、第２凝縮水経路９２を介して第２水回収部９１に貯められる。さらに、第２排気経路７０内に雨水が流入した場合においても、その雨水は第２水回収部９１に貯められる。よって、第２水回収部９１には、常に水が補充されるため、通常時には水封機能を常に発揮することができる。また、必要以上に貯まった余分な凝縮水は、第２排水経路９３を介して筐体１２外に排水される。これにより、燃料電池システム１００の排出ガスは、第２水回収部９１の水封機能で排出ガスが第２排水経路９３から燃料電池システム１００の筐体１２外に排出されることはない。
【００６９】
このように、混合部９０や第１排気経路７７で発生した凝縮水は、第１水回収部８５で回収され、第２排気経路７０内で発生した凝縮水や第２排気経路７０内に流入した雨水は第２水回収部９１に貯められる。一般的に、第２排気経路７０は、建物に既設の設備であることが多い為、第２排気経路７０内の凝縮水は汚れが混じっている。すなわち、燃料電池本体の発電に使用する水質の良い凝縮水を第１水回収部８５内に確保することができるので、その水を燃料処理器１４の改質器１４ａで原料から燃料ガスを生成する改質反応に利用することで、燃料電池システム１００の水自立運転が可能となり、運転を継続させることが出来る。
【００７０】
また、第２排気経路７０内の閉塞などにより、第１排気経路７７内の圧力が上昇した場合においても、第２凝縮水経路９２の下端から第２水回収部９１の第２排水経路９３の接続部までの高さを、接続部８９にかかる背圧よりも、第２凝縮水経路９２内の水面と、第２水回収部９１内での水面との高低差で生じる水圧の方が大きくなるように配慮して構成することで、燃料電池システム１００外に排ガスが流出するのを防止している。さらに、第１排気経路７７内の圧力が上昇した場合においても、第１水回収部８５は圧力の影響を受けて水位が変動しない為、圧力の影響によって燃料電池システム１００内で使用する水を失うことがない。
【００７１】
なお、本発明の燃料電池システム１００は、第１水回収部８５の凝縮水を筺体内で燃料電池システム１００の運転に用いるための水利用経路をさらに備えていてもよい。水利用経路は、例えば、燃料電池１１の熱回収に用いる冷却水として、第１水回収部の凝縮水を用いるための冷却水経路であってもよい。また、水利用経路は、例えば、炭化水素を改質する改質水として第１水回収部の凝縮水を用いるための改質水経路であってもよい。
【００７２】
本実施の形態では、燃料電池１１に燃料ガス（水素を含有したガス）を供給する装置として、改質器１４ａと燃焼器１４ｂと燃焼ファン１４ｃを有した燃料処理器１４を用いたが、これに限定されず、例えば水素ボンベ等により水素含有ガスを燃料電池１１に直接供給する水素含有ガス供給器を備える構成としても良い。
【００７３】
また、第１排気経路７７内で発生した凝縮水を第１水回収部８５で回収し、第２排気経路７０内の凝縮水や第２排気経路７０に流入した雨水を第２水回収部９１で回収する構成としたが、第１排気経路７７内で発生した凝縮水の一部が第２水回収部９１に回収される
構成であっても良い。
【００７４】
以上のように、本実施の形態１で示した燃料電池システムでは、燃料電池システムの排出路が閉塞する等して排出路内の圧力が上昇した場合においても、燃料電池本体の発電に使用する水質の良い凝縮水を排出させずに、燃料電池システムの排出ガスが排水経路を介して屋内に漏れることを防止できる。また、水質の良い凝縮水を第１水回収部に、管路内の汚れが混じった凝縮水や雨水を第２水回収部に、２つに分けて回収することで、燃料電池本体の発電には水質の良い第１水回収部の水のみを使用することができる。
【００７５】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。なお、第１の実施の形態と同様の構成要素については、図１と同一番号を付して説明を省略する。
【００７６】
図２に示すように、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムは、実施の形態１に係る燃料電池システムと基本的に同じであるが、第１水回収部８５の上部に、第２凝縮水経路９２と接続される第１排水経路８７が設けられている点が異なる。
【００７７】
第１排気経路７７と第２排気経路７０の接続部８９の下方には、第２水回収部９１が設けられおり、第２凝縮水経路９２によって接続されている。第２凝縮水経路９２は、第１排水経路８７とも接続されている。また、第２水回収部９１の上部には、一端が筐体１２の外部と連通した第２排水経路９３が接続されている。
【００７８】
第１水回収部８５は、第１凝縮水経路８６を介して流入された第１排気経路７７内の凝縮水を貯める構成で、第１水回収部８５内の水面が所定の高さ以上に上昇した場合には、所定の高さ以上の余分な水が、第１排水経路８７を介して第２凝縮水経路９２へ排水され、第２水回収部９１に貯められる。
【００７９】
以上のように構成された燃料電池システム１００の動作および作用を以下に説明する。
【００８０】
第１水回収部８５と第２水回収部９１を設け、第１排水経路８７を介して第１水回収部８５内の余分な水を第２水回収部９１に排水することで、第２水回収部９１内の水が第１水回収部８５に流入することを防止できる。
【００８１】
さらに、第１排気経路７７内の圧力が上昇した場合においても、第１水回収部８５内の圧力は、第１排水経路８７を通じて第２凝縮水経路９２に逃がすように構成され、圧力の影響を受けて水位が変動しない為、圧力の影響によって燃料電池システム１００内で使用する水を失うことがない。
【００８２】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００８３】
図３に示すように、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システムは、実施の形態１に係る燃料電池システムと基本的に同じであるが、燃料電池システム１００から排出される排出ガスが、第１凝縮水経路８６から第１排水経路８７へと流出するのを防止するために、第１水回収部９５内に水封機能を備えている点が異なる。
【００８４】
以上のように構成された燃料電池システム１００の動作および作用を以下に説明する。
【００８５】
燃料電池システム１００から排出される燃焼排ガス、オフ酸化剤ガス、及び換気ファン１３が作動することによる筐体１２内のガス中の水分を、筐体１２内の混合部９０の下方に設けた第１水回収部９５内に凝縮水として回収している。第２排気経路７０内の閉塞などにより、第１排気経路７７内の圧力が上昇した場合においても、第１水回収部９５内の水封構成を隔てて、第１排水経路８７を介して第１水回収部９５内の水面に作用する圧力と、第１凝縮水経路８６を介して第１水回収部９５の水面に作用する圧力が等しい為、圧力の影響を受けて第１水回収部９５内の水位が変動しない。すなわち、圧力の影響によって燃料電池システム１００内で使用する水を失うことがない。
【００８６】
なお、本実施の形態２の燃料電池システムでは、第１水回収部及び第２回収部に水封機能を備える構成としたが、この構成に限定されるものではなく、水封機能を備える構成であれば、いずれか一方または両方をＵ字管構成としても良い。
【００８７】
（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００８８】
図４に示すように、本発明の実施の形態４に係る燃料電池システム１００は、実施の形態３に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、第２排気経路７０内の雨水や凝縮水を回収する第２水回収部９１及び第２凝縮水経路９２が燃料電池システム１００外部に構成されており、第１排水経路９７の一端が筐体１２の外部と連通している点が異なる。
【００８９】
以上のように構成された燃料電池システム１００の動作および作用を以下に説明する。
【００９０】
燃料電池システム１００から排出される燃焼排ガス、オフ酸化剤ガス、及び換気ファン１３が作動することによる筐体１２内のガス中の水分を、筐体１２内の混合部９０の下方に設けた第１水回収部９５内に凝縮水として回収する。一方、第２排気経路７０内を流れる排ガス中の凝縮水と雨水を、接続部８９の下方に設けた燃料電池システム１００外部の第２水回収部９１内に回収する。第１水回収部９５内の余った水は第１排水経路９７を経て屋外に排水され、第２水回収部９１内の余った水は第２排水経路９３を経て屋外に排水される。第２水回収部９１内の水封機能により、燃料電池システム１００の排出ガスは屋外に排出されることはない。また、第２水回収部９１を燃料電池システム１００外部に構成することで、燃料電池システム１００をコンパクトに設計することができる。
【００９１】
なお、本実施の形態として、第１排水経路９７は屋外に排水される構成としたが、第１排水経路９７が第２凝縮水経路９２もしくは第２排水経路９３に接続される構成としても良い。
【００９２】
（実施の形態５）
図５は、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００９３】
図５に示すように、本発明の実施の形態５に係る燃料電池システム１００は、実施の形態３に係る燃料電池システム１００と基本的構成は同じであるが、第１水回収部９５に浄水装置９８が接続されている点が異なる。
【００９４】
燃料電池システム１００から排出される燃焼排ガス、オフ酸化剤ガス、及び換気ファン１３が作動することによる筐体１２内のガス中の水分を、筐体１２内の混合部９０の下方に設けた第１水回収部９５内に凝縮水として回収し、第１水回収部９５内の水を浄水装置
９８に通すことで浄化する。浄化された水は改質器１４ａでの改質反応に利用される。水道水を利用する場合に比べて、カルシウムの堆積や塩素による配管の腐食等による燃料電池システムの性能が経時的に劣化することを防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明の燃料電池システムでは、燃料電池システムの排出路が閉塞する等して排出路内の圧力が上昇した場合においても、燃料電池本体の発電に使用する水質の良い凝縮水を排出せずに、燃料電池システムの排出ガスが排水経路を介して屋内に漏れることを防止できる為、屋内設置を含めた様々な形態の燃料電池システムに適用できる。
【符号の説明】
【００９６】
１１  燃料電池
１１Ａ  燃料ガス流路
１１Ｂ  酸化剤ガス流路
１２  筐体
１３  換気ファン
１４  燃料処理器
１４ａ  改質器
１４ｂ  燃焼器
１４ｃ  燃焼ファン
１５  酸化剤ガス供給器
１６  孔
７０  第２排気経路
７１  燃料ガス供給流路
７２  酸化剤ガス供給流路
７３  オフ燃料ガス流路
７４  オフ酸化剤ガス流路
７５  換気流路
７７  第１排気経路
７８  給気流路
７９  燃焼空気供給流路
８０  燃焼排ガス流路
８５  第１水回収部
８６  第１凝縮水経路
８７  第１排水経路
８９  接続部
９０  混合部
９１  第２水回収部
９２  第２凝縮水経路
９３  第２排水経路
９５  第１水回収部
９７  第１排水経路
９８  浄水装置
１００  燃料電池システム
１０２  制御装置
１０４  給排気機構
２００  建物
【図１】
2014002883.tif 000003
【図２】
2014002883.tif 000004
【図３】
2014002883.tif 000005
【図４】
2014002883.tif 000006
【図５】
2014002883.tif 000007
【図６】
2014002883.tif 000008