(57)【要約】【課題】水蒸気を含有する気体を通流する配管内部で生じた凝縮水を排出する排気配管部材、および当該凝縮水の排出方法、およびこれらを用いた燃料電池設備を提供する。【解決手段】第一管部６１と、第一管部６１に連通する第二管部６２とを備え、第一管部６１は、一端が燃料電池設備に接続された状態で、当該一端から他端に向けた上り勾配の第一勾配αを有し、第二管部６２は、一端が第一管部６１の他端に連通する状態で、当該一端から他端に向けた第一勾配αよりも急な上り勾配の第二勾配βを有し、第一管部６１は、管壁６１ａ（内壁）から径方向の内向きに環状に突出する環状の第一凸部６４と、第一凸部６４と第二管部６２の間における下部側の管壁６１ａに貫通形成される貫通孔部６５とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気を含む排ガスを排気する設備から当該排ガスを排気するための排気配管部材であって、
第一管部と、当該第一管部に連通する第二管部とを備え、
前記第一管部は、一端が前記設備に接続された状態で、当該一端から他端に向けた上り勾配の第一勾配を有し、
前記第二管部は、一端が前記第一管部の他端に連通する状態で、当該一端から他端に向けた前記第一勾配よりも急な上り勾配の第二勾配を有し、
前記第一管部は、内壁から径方向の内向きに環状に突出する環状の第一凸部と、当該第一凸部と前記第二管部の間における下部側の管壁に貫通形成される貫通孔部とを備える排気配管部材。
【請求項２】
前記第一管部は、前記貫通孔部と前記第二管部との間における上部側の内壁から径方向の内向きに突出する第二凸部を備える請求項１に記載の排気配管部材。
【請求項３】
前記第一勾配が１°から１０°である請求項１または２に記載の排気配管部材。
【請求項４】
炭化水素含有ガスを改質するための改質器と、当該改質器にて改質された改質燃料ガスで発電する燃料電池と、当該燃料電池の燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して回収する凝縮器と、当該凝縮器を経た前記燃焼排ガスを系外に排出する排気配管とを備え、
前記排気配管は、第一管部と、当該第一管部に連通する第二管部とを備え、前記燃焼排ガスを、前記第一管部から前記第二管部の順に通流させて排気し、
前記第一管部は、前記燃焼排ガスの通流方向に向けた上り勾配の第一勾配を有し、
前記第二管部は、前記第一管部に連通する状態で、前記通流方向に向けた前記第一勾配よりも急な上り勾配の第二勾配を有し、
前記第一管部は、内壁から径方向の内向きに環状に突出する環状の第一凸部と、当該第一凸部と前記第二管部の間における下部側の管壁に貫通形成される貫通孔部とを備えた燃料電池設備。
【請求項５】
水蒸気を含む排ガスを排気する設備から、当該排ガスを排気配管を介して系外に排出する場合に、
前記排ガスを、前記設備に接続された一端から他端に向けた上り勾配の第一勾配を有する第一管部に導入し、前記第一管部の前記排ガスの通流方向の下流側から、前記第一勾配に対して相対的に急勾配の第二勾配を有する第二管部へ通流させ、
前記第二管部で凝縮した前記水蒸気の凝縮水を前記第一管部に流下させ、当該凝縮水を当該第一管部の内壁から径方向の内向きに環状に突出する環状の第一凸部でせき止めて、
当該第一凸部と前記第二管部の間における下部側の管壁に貫通形成される貫通孔部から、前記凝縮水を排出する、凝縮水の排出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気を含む排ガスを排気する設備から当該排ガスを排気するための排気配管部材、排気配管部材を用いた配管の凝縮水の排出方法、およびこれらを用いた燃料電池設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
水蒸気を含有する気体（たとえば、燃焼排ガス）を排気する装置として、たとえば、給湯器、暖房装置、コジェネレーション装置、燃料電池等の燃焼装置が挙げられる。これら水蒸気を含有する排気が通流する排気配管においては、当該水蒸気が凝縮（結露）して、凝縮水（結露水）が生じることがある。当該排気配管を通流する際に、排気が冷却されるためである。
【０００３】
特許文献１は、燃料電池設備の排気配管に排出口（ドレン排出口）を設け、当該排気配管で生じた凝縮水（蒸留水）を、当該排出口から回収する事例を開示している。当該凝縮水を、燃料電池設備の水蒸気改質装置で再利用するためである。
【０００４】
特許文献２は、水蒸気が通流する配管から凝縮水（ドレン）を排出するために、当該配管にドレン弁を備えたドレン管を設ける事例を開示している。具体的には、水蒸気を排出するタービンから下方に垂直管を連結し、曲がり管を介して緩い勾配の上昇管を配設し、当該上昇管の最下部にドレン弁を備えたドレン管を設けている。
【０００５】
特許文献３は、燃焼装置の排気から生ずる結露水を回収するために、排気配管の出口である排気口に受け皿部を備えたベントトップ（ルーバー）を設け、当該受け皿部で排気口から流出する凝縮水を回収する事例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１５１３８４号公報
【特許文献２】特開平６−２９９８０２号公報
【特許文献３】特開２０１２−７７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
屋内などの閉空間に燃焼装置を設置する場合、当該閉空間の外部に当該燃焼装置の排気を導くために、屋外などの外部まで、排気配管を延長して敷設する場合がある。この場合、排気配管が長くなると、排気が排気配管中で冷却されて、排気配管内部で水蒸気が凝縮し、結露が生ずることがある。そのため、当該排気配管を「上り勾配」で敷設すると、当該結露による凝縮水が当該燃焼装置に逆流し、故障や汚染の原因となる場合があるため問題となる。
特に集合住宅に設置した給湯器などの排気配管は、設置方法の制約のため、排気配管の管長が長くなる場合があり、結露による凝縮水が生じやすい。
【０００８】
また、特に燃焼装置が燃料電池設備（たとえば、固体酸化物型燃料電池）である場合には、２４時間連続運転を行うため、排気配管に凝縮水が生じやすい。
燃料電池設備の場合には、凝縮水が清浄であれば、水精製機を介して改質水として再利用することもできるが、延長して敷設した排気配管で生じた結露水は、種々の汚染物（例えば、排気配管の継ぎ目部分に塗布されるグリスや、外部環境から混入した塵埃など）を含むため、水精製機や燃料電池設備の故障や寿命短縮の原因となる。よって、結露水の逆流を防止する必要が生ずる。
【０００９】
一方、排気配管を「下り勾配」で敷設すると、排気配管の下流側（出口）から凝縮水が流出する恐れがある。集合住宅に設置した給湯器などの場合は、排気配管の出口が通路壁に設けられる場合があり、凝縮水を排気配管の出口から排出できない場合があるため問題となる。
【００１０】
本発明は、かかる実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、水蒸気を含有する気体を通流する配管内部で生じた凝縮水を排出する排気配管部材、および当該凝縮水の排出方法、およびこれらを用いた燃料電池設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明に係る排気配管部材の特徴構成は、
水蒸気を含む排ガスを排気する設備から当該排ガスを排気するための排気配管部材であって、
第一管部と、当該第一管部に連通する第二管部とを備え、
前記第一管部は、一端が前記設備に接続された状態で、当該一端から他端に向けた上り勾配の第一勾配を有し、
前記第二管部は、一端が前記第一管部の他端に連通する状態で、当該一端から他端に向けた前記第一勾配よりも急な上り勾配の第二勾配を有し、
前記第一管部は、内壁から径方向の内向きに環状に突出する環状の第一凸部と、当該第一凸部と前記第二管部の間における下部側の管壁に貫通形成される貫通孔部とを備える点にある。
【００１２】
上記構成によれば、水蒸気を含有する気体は、第一管部から第二管部に向かう方向に通流し、当該気体の通流方向は、第一管部において水平面に対して上り勾配である第一勾配の向きから第二勾配の向きに転換される。このように水蒸気を含有する気体が配管としての排気配管部材を通流する際に、当該気体が冷却されて配管内で凝縮水が生じると、当該凝縮水は、急勾配の第二管部から第一管部に流下する。
よって、当該凝縮水が、第二管部における第一管部に対する他端側から流出することを回避することができる。
【００１３】
第一管部に流れ落ちた凝縮水は、第一勾配に沿い第一配管内を流下し、第一管部の内壁から径方向の内向きに環状に突出する環状の第一凸部、すなわち、第一管部の管内壁面の周方向の全周にわたり突起する第一凸部でせき止められる。よって、当該凝縮水が、第一管部における第二管部に対する他端側から流出することを回避することができる。
なお、第一凸部は、管内壁面の周方向の全周にわたり存在するため、配管内の底部を流れる凝縮水はもとより、配管内の上部をつたって流れる凝縮水をもせき止めることができる。
【００１４】
第一凸部でせき止められた凝縮水は、第二管部と第一凸部との間の管壁の部分に滞留し、当該管壁の部分に在る貫通孔部から流出する。
すなわち、上記排気配管部材によれば、当該排気配管部材の内部で凝縮水が生じても、排気配管部材の端部から外部に凝縮水が流出することを回避しつつ、凝縮水を排気配管部材の外部に排出することができる。
【００１５】
本発明に係る排気配管部材の更なる特徴構成は、
前記第一管部は、前記貫通孔部と前記第二管部との間における上部側の内壁から径方向の内向きに突出する第二凸部を備える点にある。
【００１６】
上記構成によれば、配管内の上部をつたって流れる凝縮水が第一凸部まで流下する以前に、第二凸部が当該凝縮水をせき止めて、当該凝縮水を配管の底部（配管内の下部側）に落とすことができる。
そのため、凝縮水を確実に第一凸部でせき止めて、貫通孔部から排出することができる。
【００１７】
本発明に係る排気配管部材の更なる特徴構成は、
前記第一勾配が１°から１０°である点にある。
【００１８】
上記構成によれば、凝縮水を確実に第一凸部でせき止めて、貫通孔部から排出することができる。
【００１９】
上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池設備の特徴構成は、
炭化水素含有ガスを改質するための改質器と、当該改質器にて改質された改質燃料ガスで発電する燃料電池と、当該燃料電池の燃焼排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して回収する凝縮器と、当該凝縮器を経た前記燃焼排ガスを系外に排出する排気配管とを備え、
前記排気配管は、第一管部と、当該第一管部に連通する第二管部とを備え、前記燃焼排ガスを、前記第一管部から前記第二管部の順に通流させて排気し、
前記第一管部は、前記燃焼排ガスの通流方向に向けた上り勾配の第一勾配を有し、
前記第二管部は、前記第一管部に連通する状態で、前記通流方向に向けた前記第一勾配よりも急な上り勾配の第二勾配を有し、
前記第一管部は、内壁から径方向の内向きに環状に突出する環状の第一凸部と、当該第一凸部と前記第二管部の間における下部側の管壁に貫通形成される貫通孔部とを備える点にある。
【００２０】
上記構成によれば、燃料電池の燃焼排ガスに含まれる水蒸気が排気配管内部で凝縮して凝縮水が生じた際に、当該凝縮水を第一管部の貫通孔部から排出することができる。
そして、当該凝縮水が燃料電池設備に逆流することを回避することができる。よって、燃料電池設備の凝縮器などの汚染を回避できる。そのため、燃料電池設備の寿命を増大することができる。
また、当該凝縮水が第二管部の下流側から流出することを回避することができる。そのため、例えば、燃焼排ガスを系外に排出する排気配管の排気口から凝縮水が流出する液だれなどを回避することができる。
【００２１】
上記目的を達成するための本発明に係る凝縮水の排出方法の特徴構成は、
水蒸気を含む排ガスを排気する設備から、当該排ガスを排気配管を介して系外に排出する場合に、
前記排ガスを、前記設備に接続された一端から他端に向けた上り勾配の第一勾配を有する第一管部に導入し、前記第一管部の前記排ガスの通流方向の下流側から、前記第一勾配に対して相対的に急勾配の第二勾配を有する第二管部へ通流させ、
前記第二管部で凝縮した前記水蒸気の凝縮水を前記第一管部に流下させ、当該凝縮水を当該第一管部の内壁から径方向の内向きに環状に突出する環状の第一凸部でせき止めて、
当該第一凸部と前記第二管部の間における下部側の管壁に貫通形成される貫通孔部から、前記凝縮水を排出する点にある。
【００２２】
上記構成によれば、燃料電池設備などの燃焼装置（設備）から排気される燃焼排ガスなどの水蒸気を含有する気体を、排気配管を介して系外に排出する場合において、当該水蒸気が凝縮して凝縮水が生じた際に、当該凝縮水を第一管部の貫通孔部から排出するなどの、上述の排気配管部材を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
また、水蒸気を含有する気体として、燃料電池設備などの燃焼装置から排気される燃焼排ガスを排気する場合に、上述の燃料電池設備における場合と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】排気配管部材を用いた燃料電池設備の簡略図
【図２】排気配管部材を用いた燃料電池設備の概略構成図
【図３】排気配管部材の構造を示す一部断面図
【図４】排気配管部材の図３のＩＶ―ＩＶ断面図（第一凸部の断面図）
【図５】排気配管部材の図３のＶ―Ｖ断面図（第二凸部の断面図）
【図６】排気配管と凝縮水の排出についての説明図
【図７】排気配管部材と凝縮水の排出についての説明図
【図８】燃料電池設備に排気配管部材を取り付けた具体例の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１から図８に基づいて、本発明の実施形態に係る、水蒸気を含む排ガスＧを排気する燃料電池設備１（設備）から排ガスＧを排気するための排気配管部材６０、当該凝縮水の排出方法、およびこれらを用いた燃料電池設備１について説明する。
【００２５】
以下では、燃料電池設備１を例示して説明する。
まず、燃料電池設備１の概略構成を説明する。
【００２６】
本実施形態に係る燃料電池設備１は、図２に示すように、燃料ガスとしての炭化水素含有ガス（例えば、天然ガス）を改質するための改質器２９と、改質器２９にて改質された改質燃料ガスおよび酸化材としての空気の酸化および還元によって発電を行う燃料電池１０とを備え、さらに、燃料電池１０の排ガスＧ（燃焼排ガス、水蒸気を含む排ガス）に含まれる水蒸気を回収する凝縮器３と、凝縮器３を経た排ガスＧを系外に排出する排気配管としての排ガス排出ダクト５０を備える。
燃料電池設備１は、排ガス排出ダクト５０に、後述の排気配管部材６０を備え、排ガスＧを、排気配管部材６０の第一管部６１から第二管部６２の順に通流させて排気する。
【００２７】
本実施形態に係る排気配管部材６０は、図３に示すように、第一管部６１と、第一管部６１に連通する第二管部６２とを備え、第一管部６１は、一端が燃料電池設備１に接続された状態で、当該一端から他端に向けた上り勾配の第一勾配αを有し、第二管部６２は、一端が第一管部６１の他端に連通する状態で、当該一端から他端に向けた第一勾配αよりも急な上り勾配の第二勾配βを有し、第一管６１部は、管壁６１ａ（内壁）から径方向の内向きに環状に突出する環状の第一凸部６４と、第一凸部６４と第二管部６２の間における下部側の管壁６１ａ（内壁）に貫通形成される貫通孔部６５とを備える。
ここで、第一勾配αおよび第二勾配βは、水平面Ｈに対する上り勾配として規定される。
【００２８】
また、本実施形態に係る排気配管部材６０は、第一管部６１は、貫通孔部６５と第二管部６２間との間における上部側の管壁６１ａ(内壁)から径方向の内向きに突出する第二凸部を備える。
【００２９】
以下、燃料電池設備１の各構成要素について説明する。
燃料電池設備１は水蒸気を含む排ガスＧを排気する燃料電池ユニット２と、凝縮器３と、排気配管部材６０を含む排ガス排出ダクト５０とを備える（図１参照）。燃料電池ユニット２から排出される排ガスＧは、凝縮器３を経て、排ガス排出ダクト５０から大気に放出（排気）される。
【００３０】
燃料電池設備１は、図２に示すように、燃料電池設備１の容器である燃料電池設備ハウジング１００の内部に、燃料電池ユニット２の容器である電池ハウジング２０と、凝縮器３の容器である凝縮器ハウジング３０とを備える。
【００３１】
また、燃料電池設備１は、図２に示すように、燃料電池設備ハウジング１００の外部に、排ガス排出ダクト５０を備える。
【００３２】
燃料電池ユニット２には、燃料電池１０、改質器２９および空気予熱器２６を含み、燃料電池ユニット２の電池ハウジング２０の内側空間は、高温状態に保たれる高温空間となり、燃料電池１０、改質器２９および空気予熱器２６は、この電池ハウジング２０の内側空間である高温空間内に配設される。
【００３３】
燃料電池１０は、例えば固体酸化物形燃料電池から構成されるが、その他の形態のもの、例えば固体高分子形燃料電池などでもよい。この燃料電池１０は、燃料電池反応によって発電を行うための燃料電池セルを積層配列したセルスタックから構成され、このような燃料電池セルは、酸素イオンを伝導する固体電解質１１と、固体電解質１１の一方側に設けられた燃料極１２と、固体電解質１１の他方側に設けられた酸素極１３とを備え、固体電解質１１として例えばイットリアをドープしたジルコニアが用いられる。
【００３４】
燃料電池１０の燃料極１２の導入側は、改質燃料ガス送給流路１４を介して改質器２９に接続され、この改質器２９は、燃料ガス供給流路１６を介して燃料ガスを供給するための燃料ガス供給源１８（例えば、都市ガスのガス管など）に接続され、この燃料ガス供給流路１６には、燃料ガスを供給するための燃料ポンプ１９が配設されている。
【００３５】
また、改質器２９には水供給流路２１を介して改質用水を供給するための水供給源２３（例えば、市水）に接続され、この水供給流路２１には、水を一次貯留する水タンク２２と、水タンク２２から水を改質器２９に供給するための水ポンプ２５が配設されている。
【００３６】
また、燃料電池１０の酸素極１３の導入側は、空気送給流路２４を介して空気を予熱するための空気予熱器２６に接続され、この空気予熱器２６は、空気供給流路２８を介して送風ブロア２７に接続されている。
【００３７】
燃料電池１０の燃料極１２および酸素極１３の各排出側には燃焼域（図示せず）が設けられ、燃料極１２から排出された反応燃料ガス（残余燃料ガスを含む）と酸素極１３から排出された空気（酸素を含む）とがそれぞれこの燃焼域に送給されて燃焼される。
この燃焼域は排ガス送給流路３２を介して空気予熱器２６に接続され、この空気予熱器２６には排ガス排出流路３４が接続されている。
【００３８】
この燃料電池設備１では、燃料電池ユニット２から排ガス排出流路３４を通して排出される排ガスＧに含まれる水蒸気を凝縮させて回収するための凝縮器３が設けられている。
【００３９】
凝縮器３は、排ガス排出流路３４を流れる排ガスとの間で熱交換を行うための凝縮用熱交換器３３を備え、排ガス排出流路３４と排ガス排出ダクト接続路３９との間に配設されている。
凝縮用熱交換器３３には、冷却水循環流路３５が接続され、冷却水が循環供給されている。
【００４０】
この凝縮器３は、さらに、凝縮用熱交換器３３にて凝縮した凝縮水（純水）を回収して貯めるための凝縮水回収容器３７を備え、この凝縮水回収容器３７と凝縮用熱交換器３３とが凝縮水回収流路３６を介して接続される。
なお、回収される純水中の不純物を除去するために、この凝縮水回収流路３６にはろ過部３８が設けられる。
凝縮水回収容器３７には、余剰の凝縮水を系外へ排出する排水チューブ４１と、水タンク２２へ凝縮水を送水して改質用水として再利用する戻り流路４２が接続される。
【００４１】
排ガス排出流路３４は、例えば凝縮用熱交換器３３に接続され、下流側の排ガス排出ダクト接続路３９は、凝縮用熱交換器３３の上壁から凝縮器ハウジング３０の壁を貫通して、燃料電池設備ハウジング１００の側壁部に設けられた排出ダクト接続部５１に導かれる。
排ガス排出ダクト接続路３９は、排出ダクト接続部５１で排ガス排出ダクト５０と接続される。排ガス排出ダクト５０の下流側端部にある出口５８（図６参照）は、大気に開放されている。
【００４２】
排ガス排出ダクト５０について図２、図６を参照して説明する。
排ガス排出ダクト５０は、たとえば亜鉛鋼板を筒状に形成した管部材である。例えば外径６０ｍｍの管部材である。
【００４３】
図６に示すように、排ガス排出ダクト５０は、排出ダクト接続部５１で排ガス排出ダクト接続路３９（図２参照）と接続される排気配管部材６０を含み、さらに、一つ以上の直管５２と、一つ以上の曲管５３で構成される。
【００４４】
排ガス排出ダクト５０は、排気配管部材６０の下流側に、直管５２ないし曲管５３を任意に組み合わせて上り勾配で敷設され、排ガス排出ダクト５０の下流側端部の出口５８には、ルーバー状のベントトップなどの排気トップ５９を備える。
【００４５】
排ガスＧは、排ガス排出ダクト接続路３９から排ガス排出ダクト５０の排気配管部材６０へ供給されて、直管５２ないし曲管５３を経て、ベントトップなどの排気トップ５９から大気へ解放される。
以下では、排ガス排出ダクト５０において、排ガスＧが通流する方向の下流側を、単に「下流側」と称する。また、その逆を単に「上流側」と称する。
すなわち、本実施形態においては、上り勾配で敷設される排ガス排出ダクト５０の上り勾配の上方側が、排ガスＧが排ガス排出ダクト５０を通流する方向の下流側であり、排ガス排出ダクト５０の上り勾配の下方側が、排ガスＧが通流する方向の上流側である。
【００４６】
排ガス排出ダクト５０において、直管５２ないし曲管５３は、下流側に向けた上り配管として敷設される。
直管５２および曲管５３はそれぞれ、下流側の一端が他の直管５２ないし曲管５３の外側に嵌り（外嵌し）、他端が他の直管５２ないし曲管５３の内側に嵌り（内嵌し）、一体の排ガス排出ダクト５０となる。つまり、下流側にある直管５２ないし曲管５３が、上流側にある直管５２ないし曲管５３に内嵌し、一体の排ガス排出ダクト５０となる。
【００４７】
排気配管部材６０についてさらに図３を参照しつつ詳述する。
排気配管部材６０は、排ガス排出ダクト５０と同様に、たとえば亜鉛鋼板を筒状に形成した管部材である。例えば排ガス排出ダクト５０と同様に、外径６０ｍｍの管部材である。
【００４８】
排気配管部材６０は、排ガス排出ダクト接続路３９（図２参照）と接続される直管の第一管部６１と、曲管の屈曲管部６３と、直管の第二管部６２とを備えた、いわゆる屈曲管（エルボー、曲げ配管、Ｌ字管などとも呼ばれる）である。
第一管部６１の軸心Ｐ１（第一管部６１の管の軸心）と、第二管部６２の軸心Ｐ２（第二管部６２の管の軸心）とは、同一平面上にあり、当該同一平面は、水平面Ｈに対して垂直に交わる面として規定される。図３は、排気配管部材６０の外観と、排気配管部材６０の内部の構造を説明するための、当該同一平面における排気配管部材６０の一部の断面図である。
【００４９】
排気配管部材６０は、排ガス排出ダクト接続路３９の側から順に排ガスＧの流れの通流方向の下流側に向けて、第一管部６１、屈曲管部６３、第二管部６２の順にならび、それぞれ順に連通し、一体の屈曲管を形成している。排気配管部材６０は、たとえば、屈曲管部６３の管部を、固定具である支持具５４で排出ダクト接続部５１にねじ止め（図示せず）などで取り付けて、固定支持される。
つまり、排気配管部材６０の燃料電池設備ハウジング１００の側が、第一管部６１である。
また、第二管部６２は、排ガスＧの通流方向の下流側で屈曲管部６３を介して第一管部６１と連通している。
【００５０】
排気配管部材６０は、図３に図示するように、横向きに（水平方向に向けて）排気される排ガスＧの気流を、上向きの気流に方向転換するための管部材である。具体的には、図８に図示するように、排気配管部材６０は排ガス排出ダクト５０の一部として燃料電池設備ハウジング１００の側壁に設けられ、当該側壁部分から横向きに延出した管を上向きに曲げた管として設けられる。
【００５１】
第一管部６１は、水平方向、すなわち地面に対して上り勾配の第一勾配αを有する。
本実施形態では、第一勾配αは、例えば１°から１０°の範囲で定められる。本実施形態では、第一勾配αが２°の場合を示している。
なお、第一勾配αは、水平方向に沿う面である水平面Ｈに対する第一管部６１の軸心Ｐ１の傾きに等しい。
【００５２】
第一管部６１は、第一管部６１の径方向の内向きに環状に延出する第一凸部６４を備えている。
第一凸部６４は、本実施形態では一例として、第一管部６１の管壁６１ａを周方向にわたり、第一管部６１の径方向の内向きに山状に突出するように屈曲させて形成した場合を例示している。
第一凸部６４は、第一管部６１の径方向断面、すなわち管軸方向視において、第一管部６１の管壁６１ａの全周にわたる堰となるように形成される。
【００５３】
第一凸部６４の管壁６１ａからの最大延出長さ（管壁６１ａから垂直方向の最大高さ）は、本実施形態では、排ガス排出ダクト５０の管径（本実施形態では、管の外径）の５パーセントから１０パーセントの所定長さｔ１で形成した場合を示している（図４参照）。第一凸部６４をあまりに長く延出させると第一管部６１を排ガスＧが通流する際の圧力損失が大きくなることがある。
【００５４】
第一管部６１は、第二管部６２と第一凸部６４との間の内側の管壁６１ａの下部に、貫通孔部６５を備えている。
貫通孔部６５は、本実施形態では一例として管壁６１ａを貫通する丸穴の開口（貫通孔）として設けた場合を示しているが、貫通孔部６５は、第一管部６１の外側にやや延出する短管として設ける場合もある。
貫通孔部６５の中心は、第一管部６１の軸心Ｐ１と第二管部６２の軸心Ｐ２とを含む同一平面上にある。
【００５５】
排ガス排出ダクト５０で凝縮した凝縮水はドレンｄ（凝縮水）として、貫通孔部６５から排気配管部材６０の外部へ排出される。排出されたドレンｄは、排出ダクト接続部５１で受け止められて、排出ダクト接続部５１から貫通孔部５１ａからさらに外部へ排出される（図７参照）。本実施形態では、排出ダクト接続部５１から外部へ排出されたドレンは、ドレンチューブ４３を介して排水チューブ４１に集約して排出されるようになっている（図２参照）。
【００５６】
貫通孔部６５の貫通孔の開口径は、本実施形態では、排ガス排出ダクト５０の管径（本実施形態では、管の外径）の５パーセントから１０パーセントの開口径（開口の内径）で形成した場合を示している。貫通孔部６５の開口径をあまりに大きくすると第一管部６１を排ガスＧが通流する際に、排ガスＧが貫通孔部６５から多量に漏れ出ることがある。
【００５７】
貫通孔部６５は、第一凸部６４と隣接した位置に設けられている。具体的には、貫通孔部６５は、第一凸部６４から上流側に向けて、排ガス排出ダクト５０の管径（本実施形態では、管の外径）の０パーセントから３０パーセントの長さ程度の所定距離ｘだけ離れた位置（隣接した位置）に設けると好適である。なお、所定距離ｘは、第一凸部６４の下流側の端部から、貫通孔部６５の上流側端部までの距離を言う。
【００５８】
第一管部６１は、さらに、貫通孔部６５と第二管部６２との間の内側の管壁６１ａの上部に第一管部６１の径方向の内向きに延出して突出する第二凸部６６を備えている。
本実施形態では一つの態様として、第一管部６１の管壁６１ａの上部（上方の管壁６１ａの一部）を、第一管部６１の径方向の内向きに山状に突出するように一部を屈曲させて、第二凸部６６を形成した場合を例示している。
【００５９】
第二凸部６６は、第一管部６１の管の上部の一部分に配置されている。
第二凸部６６の少なくとも一部は、第一管部６１の軸心Ｐ１と第二管部６２の軸心Ｐ２とを含む同一平面上にある。
【００６０】
図５には、一つの態様として、第一管部６１の管の上部に、第一管部６１の管壁６１ａの頂部を中心として第一管部６１の管の周方向に、第一管部６１の管の周長のおよそ３０パーセントの長さの範囲で第二凸部６６を設けた場合を例示している。第二凸部６６は、第一管部６１の管の上方に偏位した位置に、第一管部６１の管の周長のおよそ２５パーセントから７０パーセントの長さの範囲で設けるとよい。つまり、第一管部６１の底部には、第二凸部６６は設けないのである。なお、第一管部６１の底部の第二凸部６６が設けられない部分は、第一管部６１の軸心Ｐ１と第二管部６２の軸心Ｐ２とを含む同一平面上にある。
【００６１】
第二凸部６６の管壁６１ａからの最大延出長さ（管壁６１ａから垂直方向の最大高さ）は、本実施形態では、排ガス排出ダクト５０の管径（本実施形態では、管の外径）の１０パーセントから２０パーセントの所定長さｔ２で形成した場合を示している。第二凸部６６をあまりに長く延出させると第一管部６１を排ガスＧが通流する際の圧力損失が大きくなることがある。
【００６２】
第一管部６１は、排ガス排出ダクト接続路３９と接続する第一接続部６７を備える。第一接続部６７は、本実施形態では一例として、排気配管部材６０を排ガス排出ダクト接続路３９の管の内側に嵌めて（内嵌して）、排気配管部材６０と排ガス排出ダクト接続路３９とを接続する場合を例示している。
第一接続部６７はさらに、排気配管部材６０を排ガス排出ダクト接続路３９に内嵌した場合に、排気配管部材６０の外側から排ガス排出ダクト接続路３９の内側に向けて、排気配管部材６０と排ガス排出ダクト接続路３９との隙間をシールするシール部６７aを備える。例えば排気配管部材６０の管壁６１ａに溝部を形成して、当該溝部に環状に形成したゴムなどの弾性部材（例えば、フッ素ゴムのオーリング）を嵌めて、シール部６７aとして機能させることができる。
【００６３】
第二管部６２は、第一勾配αに対して相対的に急勾配の第二勾配βを有する。
本実施形態では、水平方向、すなわち地面に対して第二勾配βが９０°である場合を示している。第二勾配βは、通常、３０°から９０°の範囲に定められる。
なお、第二勾配βは、水平方向に沿う面である水平面Ｈに対する第二管部６２の軸心Ｐ２の傾きとして定義される。
【００６４】
第二管部６２は、屈曲管部６３を介して第一管部６１と連通している。
上述のごとく第一勾配αおよび第二勾配βが定められるため、第二勾配βから第一勾配αを差し引いた差分は、９０°よりも小さくなるように配置されることになる。つまり、第二管部６２は、第一管部６１と、鋭角で交わる配置である。
【００６５】
第二管部６２は、他の排ガス排出ダクト５０、すなわち直管５２ないし曲管５３と接続する第二接続部６９を備える。第二接続部６９は、本実施形態では一つの態様として、他の排ガス排出ダクト５０の管の外側に嵌めて（内嵌して）、排気配管部材６０と他の排ガス排出ダクト５０とを接続する場合を例示している。
【００６６】
屈曲管部６３は、排気配管部材６０の管の曲げ部分である。本実施形態では、屈曲管部６３は、いわゆる蛇腹管である場合を図示している。
【００６７】
この燃料電池設備１の稼働は、次のようにして行われる。主に図２、図６、図７を参照して説明する。
図２に示すように、燃料ガス供給源１８からの燃料ガスが燃料ガス供給流路１６を通して改質器２９に供給されると共に、水供給源２３からの改質用水が水供給流路２１を通して改質器２９に供給される。改質器２９においては、改質用水により燃料ガスが水蒸気改質され、改質された改質燃料ガスが改質燃料ガス送給流路１４を通して燃料電池１０の燃料極１２に送給される。
また、送風ブロア２７からの空気は、空気供給流路２８を通して空気予熱器２６に供給され、この空気予熱器２６において排ガスＧとの熱交換で加温された後に、空気送給流路２４を通して燃料電池１０の酸素極１３に送給される。
【００６８】
燃料電池１０の燃料極１２では、改質された改質燃料ガスが酸化され、またその酸素極１３では、空気中の酸素が還元され、燃料極１２の酸化および酸素極１３の還元による燃料電池反応（電気化学反応）により発電が行われる。燃料極１２からの反応燃料ガスおよび酸素極１３からの空気はそれぞれ燃焼域に送給され、空気中の酸素を利用して余剰の燃料ガスが燃焼される。
【００６９】
燃焼域からの排ガスＧは、排ガス送給流路３２を通して空気予熱器２６に送給され、この空気予熱器２６において送風ブロア２７からの空気との熱交換に利用された後に、排ガス排出流路３４、凝縮器３を経て、排ガス排出ダクト５０に排出される。
排ガスＧ中に含まれた水蒸気の大部分は、凝縮水として凝縮器３によって凝縮回収される。
【００７０】
その後、依然として水蒸気を含む排ガスＧは、排ガス排出ダクト接続路３９を経て、排ガス排出ダクト５０に排気される。
排ガスＧは、図６に示すように、排ガス排出ダクト５０を通流する際に冷却されて、さらに凝縮水を生ずる。当該凝縮水は、排ガス排出ダクト５０の直管５２や曲管５３の嵌合部分に塗布されたグリスや、排ガス排出ダクト５０内の塵埃を取り込んで、汚染された凝縮水のドレンｄ（凝縮水）となる。
このドレンｄが成長すると（凝縮水がたくさん生ずると）、排ガス排出ダクト５０の上流側に向けて流下するようになる。
【００７１】
もしドレンｄが燃料電池設備ハウジング１００内に逆流すると、燃料電池設備１の汚損の原因となる。たとえばドレンｄが凝縮器３に逆流すると、ろ過部３８が汚染され、凝縮水回収容器３７に貯留された清浄な凝縮水が汚染され、その結果、燃料電池設備１の寿命短縮をきたす原因となる。
【００７２】
そこで、本実施形態に係る凝縮水の排出方法は、水蒸気を含む排ガスＧを排気する燃料電池設備１（設備）から、当該排ガスＧを排ガス排出ダクト５０（排気配管）を介して系外に排出する場合に、排ガスＧを、燃料電池設備１に接続された一端から他端に向けた上り勾配の第一勾配αを有する第一管部６１に導入し、第一管部６１の排ガスＧの通流方向の下流側から、第一勾配αに対して相対的に急勾配の第二勾配βを有する第二管部６２へ通流させ、第二管部６２で凝縮した水蒸気のドレンｄ（凝縮水）を第一管部６１に流下させ、ドレンｄを当該第一管部６１の管壁６１ａ（内壁）から径方向の内向きに環状に突出する環状の第一凸部６４でせき止めて、当該第一凸部６４と第二管部６２の間における下部側の管壁６１ａに貫通形成される貫通孔部６５から、ドレンｄを排出する方法を採用する。
【００７３】
排ガス排出ダクト５０で生じたドレンｄは、排ガス排出ダクト５０の上流側に向けて流下する。ドレンｄは、やがて排気配管部材６０まで流下する。以下、図７を参照する。
この流下したドレンｄは、排気配管部材６０において、第二管部６２から屈曲管部６３、さらに第一管部６１へ導かれる（流下する）。
【００７４】
第一管部６１へ導かれたドレンｄは、第一凸部６４でせき止められる。そして、貫通孔部６５から、排気配管部材６０の外部へ排出される。そのため、ドレンｄが排ガス排出ダクト接続路３９へ逆流して侵入することを回避できる。そのため、汚染された凝縮水が凝縮器３へ侵入し、ろ過部３８を汚染したり、凝縮水回収容器３７に貯留された清浄な凝縮水を汚染したりすることを回避できる。そのため、燃料電池設備１の寿命が増大する。
【００７５】
なお、第一管部６１の第一勾配αは、本実施形態では１°から１０°の範囲が好適である。第一勾配αを設けないと、ドレンｄが貫通孔部６５から流出せず、第一管部６１に滞留し、第一凸部６４を超えて、排ガス排出ダクト接続路３９へ逆流するおそれが生じる。また、第一勾配αが１０°を超えると、ドレンｄが貫通孔部６５から流出する前に、第一凸部６４を超えて、排ガス排出ダクト接続路３９へ逆流するおそれが生じる。
【００７６】
第一凸部６４の最大延出長さが所定長さｔ１とされていると、第一管部６１を排ガスＧが通流する際の圧力損失が大きくなりすぎることを回避しつつ、第一管部６１の管内の第一凸部６４がある部分を通流する排ガスＧの通流速度を適度に増加せしめることになる。当該増加した排ガスＧの通流速度による流体抵抗により、排ガスＧがドレンｄを上流側へ押し戻し、ドレンｄが、第一凸部６４を超えて、排ガス排出ダクト接続路３９へ逆流することを、さらに確実ならしめることができるため好ましい。
【００７７】
貫通孔部６５が、第一凸部６４から上流側に向けて所定距離ｘだけ離れて設けられていると、第一管部６１の管内の第一凸部６４がある部分を通流する際に通流速度が増加した排ガスＧの流れで貫通孔部６５が誘引されて、貫通孔部６５からの排ガスＧの漏えいを回避しつつ、ドレンｄを重力で貫通孔部６５から流出させることができるため好ましい。
【００７８】
また、貫通孔部６５が、第一凸部６４から上流側に向けて所定距離ｘを超えて離れた位置に設けられると、ドレンｄが貫通孔部６５から流出せず、第一管部６１に滞留し、第一凸部６４を超えて、排ガス排出ダクト接続路３９へ逆流するおそれが生じる。
【００７９】
なお、ドレンｄが屈曲管部６３から第一管部６１へ導かれる際に、屈曲管部６３の管内の上部をつたって流れるドレンｄｘは、第二凸部６６でせき止められて、第一管部６１の底部に落下する。そのため、ドレンｄｘが、第一管部６１の上部をつたって排ガス排出ダクト接続路３９に逆流することを確実に回避することができる。
なお、第一管部６１の底部に至る範囲に第二凸部６６を設けると、第二凸部６６でドレンｄがせき止められて、上流側にドレンｄが滞留するおそれが生ずる。
【００８０】
以上のようにして、排気配管部材６０は、排ガス排出ダクト５０で生じたドレンｄを排出することができる。
【００８１】
［別実施形態］
（１）上記実施形態では、第一管部６１の管壁６１ａを周方向にわたり、第一管部６１の径方向の内向きに山状に突出するように屈曲させて、第一凸部６４を形成した場合を例示した。
しかしながら、リング状の平板を第一管部６１の内面の管壁６１ａに溶接して第一凸部６４を形成してもよい。
【００８２】
（２）上記実施形態では、第一管部６１の管壁６１ａの上部を、第一管部６１の径方向の内向きに山状に突出するように一部を屈曲させて、第一凸部６４を形成した場合を例示した。
しかしながら、平板を第一管部６１の内面の管壁６１ａに溶接して第二凸部６６を形成してもよい。
【００８３】
（３）上記実施形態では、第二凸部６６を設ける場合を例示した。
しかしながら、第二凸部６６は、必ず必要ではないため、第二凸部６６を設けない場合もある。
【００８４】
（４）上記実施形態では、燃焼装置として燃料電池設備１を例示したが、燃焼装置は燃料電池１０を含む燃料電池設備１における燃料としての燃料電池反応（電気化学反応）を行うものに限られず、炎を発する燃焼を利用する燃焼装置全般を含む。つまり、水素の酸化反応を伴う燃焼装置、水蒸気を排出する燃焼装置であればよい。
【００８５】
（５）上記実施形態において、貫通孔部６５に、さらに必要時に開閉自在の弁を設ける場合もある。当該弁を設けると、貫通孔部６５から排ガスＧは漏れ出ることを確実に回避することができる。
【００８６】
（６）上記実施形態においては、第二管部６２と、直管５２もしくは曲管５３とは別々に備える構成を例示したが、直管５２ないし曲管５３は第二管部６２に含めて構成してもよい。
【００８７】
（７）上記実施形態においては、丸穴の貫通孔部６５を一つ備える場合を例示したが、貫通孔部６５は二つ以上備えてもよい。また、貫通孔部６５は、丸穴の開口以外にも、方形の穴や、スリット状の開口として構成してもよい。
【００８８】
（８）上記実施形態においては、第二凸部６６を一つ備える場合を例示したが、第二凸部６６は二つ以上備えてもよい。例えば、排ガスＧの通流方向に平行して二列以上並べてもよい。
【００８９】
なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、燃料電池設備などから排気される排ガスなどの、水蒸気を含有する気体を通流させる配管内部で生じた凝縮水を排出する排気配管部材、および凝縮水の排出方法に適用できる。
【符号の説明】
【００９１】
１        ：燃料電池設備（設備）
３        ：凝縮器
１０      ：燃料電池
２９      ：改質器
５０      ：排ガス排出ダクト（排気配管）
６０      ：排気配管部材（排気配管）
６１      ：第一管部
６１ａ    ：管壁(内壁)
６２      ：第二管部
６４      ：第一凸部
６５      ：貫通孔部
６６      ：第二凸部
Ｇ        ：排ガス（水蒸気を含む排ガス）
ｄ        ：ドレン（凝縮水）
ｄｘ      ：ドレン（凝縮水）
α        ：第一勾配
β        ：第二勾配
【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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【図７】
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【図８】
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