(57)【要約】【課題】燃焼排ガス中の凝縮水の付着によって、逆流防止装置の固着や換気ファンの錆による劣化を防止すること。【解決手段】外部配管と接続される合流経路７０と、合流経路７０の第１接続部８９に接続され、換気ガスを排出する換気経路７５と、合流経路７０の第１接続部８９よりも下流に位置する第２接続部９０に接続され、排ガスを排出する排気経路７７と、換気経路７５に設けられた逆流防止装置２０とを設け、第１接続部８９と第２接続部９０は鉛直上向きに配置される構造である。そして、換気経路７５のうち逆流防止装置２０よりも下流の流路は液体が下流側から上流側へ流れることを抑制する構造とすることで、逆流防止装置２０や換気経路７５の最上流に接続される換気ファン１３に排気経路７７内や合流経路７０内で発生した凝縮水が付着することを防止できるので、逆流防止装置２０の固着や換気ファン１３の錆による劣化を防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原燃料を用いて発電を行う発電器と、
外部と接続される合流経路と、
一端が前記合流経路の第１接続部に接続され、空気を含む換気ガスを排気する換気経路と、
一端が前記合流経路の前記第１接続部よりも前記換気ガスの下流側に位置する第２接続部に接続され、水蒸気を含み前記発電器から排出される排ガスを排気する排気経路と、
前記換気経路に設けられ、前記換気ガスの逆流を防止する逆流防止装置と、
前記換気経路のうち前記逆流防止装置よりも上流側に配置された換気装置と、
を備え、
前記合流経路のうち前記第１接続部と前記第２接続部との間の経路は、前記換気ガスの上流から下流にかけて、鉛直上向きに傾斜している構造または鉛直上向きに配置される構造であり、
前記換気経路のうち前記逆流防止装置よりも下流の経路は、液体が前記換気経路の下流側から上流側へ流れることを抑制する特定構造を有する、発電システム。
【請求項２】
一端が前記合流経路の下部の第３接続部に接続され、前記合流経路内の凝縮水を外部に排水する排水経路をさらに備え、
前記第３接続部は、前記第１接続部よりも鉛直方向の下方に配置される、請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記特定構造は、経路が水平面に対して傾斜している構造、又は、経路内に段差を有している構造、である請求項１又は２に記載の発電システム。
【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】
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１−３参照）。
【０００５】
特許文献１に開示されている燃料電池システムは、燃料電池で発生する排ガスを排出するための排気管が接続されており、この排気管は、屋外へと繋がる上下方向に延びるダクトの下部に連結されている。
【０００６】
図４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。図４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は、一軒家からなる建物の屋内には燃料電池１３１が収容されており、この燃料電池１３１には、燃料電池１３１で発生する排ガスを排出するための排気管１３３が接続されており、この排気管１３３は、建物内に縦にして配置された、言い換えれば、上下方向（高さ方向）に延びるダクト１３５の下部に連結されている。燃料電池１３１は、外装容器１３７内を仕切板１３９で上下に仕切られた上部の部屋に収納され、外装容器１３７の下部の部屋は、燃料電池１３１の補機（図示せず）が収納されている。燃料電池１３１は、収納容器内に、燃料電池セルが複数集合されたセルスタック及び改質器を収納して構成されており（図示せず）、燃料電池セルに燃料ガスと酸素含有ガスが供給され、電気化学反応により発電が行われ、余剰の燃料ガスと酸素含有ガスが排ガスとして排気管１３３、ダクト１３５から排出される。ダクト１３５は、建物内に高さ方向に配置されており、その下端部は建物内部に位置し、上方に延設され、その上端部は、屋根を突き抜け、建物外部に位置している。このような発電装置では、上下方向に延びるダクト１３５の下端部が建物内に位置し、上端部が建物外部に位置するため、ダクト１３５の下端部の温度が上端部よりも高く、発電装置の排気管１３３をダクト１３５の下端部に連結し、燃料電池１３１の排ガスをダクト１３５の下端部に導入すると、排ガスは、排ガス温度が高いことに起因し、さらにダクト１３５の下端部で加温され、排ガスが軽くなって上昇する、いわゆる煙突効果でダクト１３５を上昇し、排ガスの上方への排出を促進し、排気性能を向上できる。
【０００７】
特許文献２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発生した凝縮水を貯める水タンクが設けられている。
【０００８】
図５は、特許文献２に開示されている燃料電池システムの構成図である。図５に示すよ
うに、特許文献２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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
特許文献３に開示されている燃料電池システムでは、排出経路に逆流防止装置が設けられている。図６は、特許文献３に開示されている燃料電池システムの構成図である。図６に示すように、特許文献３に開示されている燃料電池システムは、燃料電池１１、筐体１２、改質器１４ａ、及び燃焼器１４ｂを有する燃料電池システム１０１と、換気ファン（換気器）１３と、制御器１０２と、燃焼装置１０３と、排出流路７０と、逆流防止装置２０と、を備えている。排出流路７０は、燃料電池システム１０１の筐体１２と燃焼装置１０３の排気口１０３Ａとを連通するように設けられている。燃料電池システム１０１の筐体１２内には、燃料電池１１、換気ファン１３、燃料ガス供給器１４、及び酸化剤ガス供給器１５が配置されている。また、制御器１０２も筐体１２内に配置されている。
【００１４】
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、該孔１６には、排出流路７０を構成する配管が、隙間を有するようにして、挿通されている。そして、孔１６と排出流路７０との隙間が、給気口１６を構成する。これにより、給気口１６を介して、筐体１２内部に、発電システム１００外の空気が供給される。
【００１５】
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、排出流路７０に接続されている。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、排出流路７０に接続されている。
【００１６】
換気ファン１３は、換気経路７５を介して排出流路７０と接続されている。これにより、給気口１６から発電システム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）が換気経路７５及び排出流路７０を介して、建物２００外に排出され、筐体１２内が換気される。
【００１７】
燃焼装置１０３は、燃焼器１７と燃焼ファン（燃焼空気供給器）１８を有している。燃焼器１７と燃焼ファン１８は、燃焼空気供給流路７６を介して接続されている。
【００１８】
燃焼器１７には、図示されない燃焼燃料供給器から天然ガス等の可燃性ガスや灯油等の液体燃料等の燃焼燃料が供給される。そして、燃焼器１７では、燃焼ファン１８から供給された燃焼空気と、燃焼燃料供給器から供給された燃焼燃料と、を燃焼して、熱が発生し、燃焼排ガスが生成される。
【００１９】
燃焼器１７には、排出ガス流路７７の上流端が接続されていて、排出ガス流路７７の下流端は、排出流路７０に接続されている。これにより、燃焼器１７で生成された燃焼排ガスは、排出ガス流路７７を介して、排出流路７０に排出される。すなわち、燃焼器１７で生成された燃焼排ガスが、燃焼装置１０３から排出される排出ガスとして、排出流路７０に排出される。そして、排出流路７０に排出された燃焼排ガスは、排出流路７０を通流して、建物２００外に排出される。
【００２０】
燃焼装置１０３を構成する壁の適所には、壁の厚み方向に貫通する孔１９が設けられていて、該孔１９には、排出流路７０を構成する配管が、隙間を有するようにして、挿通されている。そして、孔１９と排出流路７０との隙間が、給気口１９を構成する。これにより、給気口１９を介して、燃焼装置１０３内部に、発電システム１００外の空気が供給される。
【００２１】
また、排出流路７０の孔１６側の上流端と排出流路７０の分岐点との間には、逆流防止装置２０が設けられている。逆流防止装置２０は、ここでは、ボール式逆止弁で構成されていて、ボール（弁体）２０ａと弁座２０ｂを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００８−２１０６３１号公報
【特許文献２】特開２００６−２５３０２０号公報
【特許文献３】国際公開第１２／１５３４８２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、特許文献１〜３に開示されている燃料電池システムのいずれの構成においても、換気と排気が合流することで排気に含まれる水蒸気が冷却されて凝縮し、その凝縮水が換気経路を逆流して逆流防止装置もしくは換気ファンに接触し、逆流防止装置の固着もしくは換気ファンの劣化を引き起こす恐れがあった。これは特許文献１−３の組合せにおいても、解決できない課題である。
【００２４】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、屋外へと繋がるダクトに接続している合流経路を有し、合流経路には空気を含む換気ガスを排気する排気経路が接続される第１接続部と、水蒸気を含む排出ガスを排気する第２接続部とが接続され、第２接続部は合流経路の第１接続部よりも下流に接続され、合流経路の第１接続部と第２接続部との間は上流から下流にかけて鉛直上向きに配置される構造であるとともに、換気経路には逆流防止装置と換気装置を配置し、逆流防止装置は換気装置よりも下流に配置される構造であることにより、換気と排気が合流することで排気に含まれる水蒸気が冷却されて凝縮し、その凝縮水が換気経路を逆流して逆流防止装置もしくは換気ファンに接触し、逆流防止装置の固着及び換気ファンが劣化す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】
【００２５】
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は、原燃料を用いて発電を行う発電器と、外部と接続される合流経路と、一端が前記合流経路の第１接続部に接続され、空気を含む換気ガスを排気する換気経路と、一端が前記合流経路の前記第１接続部よりも前記換気ガスの下流側に位置する第２接続部に接続され、水蒸気を含み前記発電器から排出される排ガスを排気する排気経路と、前記換気経路に設けられ、前記換気ガスの逆流を防止する逆流防止装置と、前記換気経路のうち前記逆流防止装置よりも上流側に配置された換気装置と、を備えている。そして、前記合流経路のうち前記第１接続部と前記第２接続部との間の経路は、前記換気ガスの上流から下流にかけて、鉛直上向きに傾斜している構造または鉛直上向きに配置される構造であり、前記換気経路のうち前記逆流防止装置よりも下流の経路は、液体が前記換気経路の下流側から上流側へ流れることを抑制する特定構造を有することを特徴とするものである。
【００２６】
これによって、仮に発電器で不完全燃焼が発生すると、排気経路内に可燃性ガスが含まれる可能性があるが、この時に外部と接続される外部配管に漏れが発生すると、可燃性ガスが漏れ出す危険性がある。そのため、外部配管よりも上流に位置する合流経路において、空気を含む換気ガスに燃焼排ガスを合流させることで、上記可燃性ガスを希釈することが出来るので、安全性を高めることが出来る。また、合流経路において最初に換気ガスを導入し、換気ガスの下流で燃焼排ガスを合流させることにより、換気経路に設けた逆流防止装置に湿気を含む燃焼排ガスが接触することを低減できる為、逆流防止装置の固着を防止することが出来る。さらに、換気経路に逆流防止装置を設けることにより、湿気を含んだ燃焼排ガスが換気ファンに接触することを防止できる為、換気ファンの錆による劣化を防止できる。また、排気経路内の結露によって生じた凝縮水が換気経路と接続される合流部に流れ込んだ場合においても、合流経路と換気経路の接続箇所である第１接続部から逆流防止装置にかけての流路は下流から上流側へ流体が流れることを抑制している為、凝縮水が逆流防止装置や換気ファンに付着することを防止できる為、逆流防止装置の固着や換気ファンの錆による劣化を防止できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の燃料電池システムによれば、換気と排気が合流することで排気に含まれる水蒸気が冷却されて凝縮し、その凝縮水が換気経路を逆流して逆流防止装置もしくは換気ファンに接触し、逆流防止装置の固着や換気ファンの錆による劣化することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【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】従来（特許文献１）の燃料電池システムの概略構成を示す模式図
【図５】従来（特許文献２）の燃料電池システムの概略構成を示す模式図
【図６】従来（特許文献３）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】
【００２９】
第１の発明は、原燃料を用いて発電を行う発電器と、外部と接続される合流経路と、一端が前記合流経路の第１接続部に接続され、空気を含む換気ガスを排気する換気経路と、一端が前記合流経路の前記第１接続部よりも前記換気ガスの下流側に位置する第２接続部に接続され、水蒸気を含み前記発電器から排出される排ガスを排気する排気経路と、前記換気経路に設けられ、前記換気ガスの逆流を防止する逆流防止装置と、前記換気経路のうち前記逆流防止装置よりも上流側に配置された換気装置と、を備えている。そして、前記合流経路のうち前記第１接続部と前記第２接続部との間の経路は、前記換気ガスの上流から下流にかけて、鉛直上向きに傾斜している構造または鉛直上向きに配置される構造であ
り、前記換気経路のうち前記逆流防止装置よりも下流の経路は、液体が前記換気経路の下流側から上流側へ流れることを抑制する特定構造を有することを特徴とするものである。
【００３０】
これによって、換気と排気が合流することで排気に含まれる水蒸気が冷却されて凝縮し、その凝縮水が換気経路を逆流して逆流防止装置もしくは換気ファンに接触し、逆流防止装置の固着もしくは換気ファンの錆による劣化することを防止できる。
【００３１】
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、一端が前記合流経路の下部の第３接続部に接続され、前記合流経路内の凝縮水を外部に排水する排水経路をさらに備えることで、合流経路内に大量の凝縮水が発生した場合や、雨水が浸入してきた場合においても、合流経路や換気経路内に水があふれることなく、外部に排水できるので、逆流防止装置の固着や換気ファンの錆による劣化を防止できる。ここで、合流経路内に大量の凝縮水が発生する場合としては、合流経路と接続される外部配管にボイラー等の燃焼機器が接続される場合が想定される。さらに、合流経路と接続される外部配管は屋外に延出している為、雨水が流入することは実際に起こりうることである。
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、経路が水平面に対して傾斜している構造、又は、経路内に段差を有している構造、であることにより、排気経路内の結露によって生じた凝縮水が換気経路と接続される合流部に流れ込んだ場合においても、合流経路と換気経路の接続箇所である第１接続部から逆流防止装置にかけての流路は下流から上流側へ流体が流れることを抑制している為、凝縮水が逆流防止装置や換気ファンに付着することを防止できる為、逆流防止装置の固着や換気ファンの錆による劣化を防止できる。
【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、合流経路７０を有する給排気機構１０４を備え、給排気機構１０４は屋外に開放している外部配管７６と接続されている。
【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。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。
【００３７】
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から燃料電池システム１００外部に給排気機構１０４が突出している。給排気機構１０４の端部は屋外に開放している外部配管７６と接続されている。なお、本実施の形態では、合流経路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内部の換気経路７５と排気経路７７が外部配管７６と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。外部配管７６の下流端が屋外に解放していることから、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、後述する第２接続部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、排気経路７７、第２接続部９０、合流経路７０、外部配管７６を経て建物２００外に排出される。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。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。
【００４６】
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。
【００４７】
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、排気経路７７、第２接続部９０、合流経路７０、外部配管７６を経て建物２００外に排出される。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。
【００４８】
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。
【００４９】
また、換気ファン１３は、換気経路７５を介して、合流経路７０と第１接続部８９にて接続されており、合流経路７０の下流側で排気経路７７が第２接続部９０にて合流している。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）が換気経路７５及び第１接続部８９、合流経路７０、外部配管７６を経て建物２００外に排出され、筐体１２内が換気される。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。
【００５０】
また、換気ファン１３と換気経路７５の間には、逆流防止装置２０が設けられている。逆流防止装置２０は、スイング式逆止弁で構成されており、板状のフラップ（弁体）が開閉することで、逆流防止機能を果たしている。なお、逆流防止装置２０は、ここでは、スイング式逆止弁で構成したが、これに限定されず、リフト式逆止弁、ボール式逆止弁及びダイヤフラム式逆止弁等の各種の逆止弁で構成することができる。
【００５１】
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。
【００５２】
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内の合流経路７０の第１接続部８９及び第２接続部９０で混合された後、燃料電池システム１００外の外部配管７６を介して屋外に排出される。
【００５３】
また、燃焼排ガス流路８０の下方には、第１水回収部８５が設けられおり、燃焼排ガス流路８０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。
【００５４】
燃焼排ガス流路８０は、燃焼排ガス流路８０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、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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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）が換気経路７５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、第２接続部９０で合流経路７０に接続され、換気経路７５に排出された筐体１２内のガス（空気）は、第１接続部８９で合流経路７０に接続される。この時、合流経路７０において第２接続部９０は第１接続部８９よりも下流に位置していることにより、第２接続部９０より下流の流路において燃焼排ガスは常に空気によって希釈されていることになる。仮に燃焼器１４ｂで不完全燃焼が発生すると、燃焼排ガス流路８０内に可燃性ガスが含まれる可能性があるが、第２接続部９０において希釈される為、燃料電池システム１００の排気の下流端である給排気機構１０４の排気経路からは、必ず希釈された可燃性ガスが流れるように出来るので、外部配管７６において漏れが発生した場合においても不安全とはならないことから、燃料電池システム１００の安全性を高めることが出来る。
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、排出ガスとして合流経路７０にて混合され、外部配管７６を経て屋外に排出される。
【００５９】
また、換気ファン１３と換気経路７５の間に、逆流防止装置２０を設けていることにより、燃料電池システム１００が停止中で、外部配管７６に連携している燃焼装置（図示せず）から排出された燃焼排ガスが、合流経路７０を逆流してくると、合流経路７０の内圧が高まり、逆流防止装置２０の板状のフラップ（弁体）が閉じる方向に圧力が加わることで、逆流が防止される。一方、一方、燃料電池システム１００及び／又は換気ファン１３が作動することにより、燃料電池システム１００及び／又は換気ファン１３から排出される排出ガスの内圧が大きくなると、フラップ（弁体）が開き、排出ガスが換気経路７５を通流することができる。
【００６０】
さらに、合流経路７０において上流側の第１接続部８９に換気ガスを導入し、換気ガスの下流側、すなわち第２接続部９０において燃焼排ガスを合流させることにより、換気経路７５と換気ファン１３の間に設けた逆流防止装置２０に湿気を含む燃焼排ガスが接触することを低減できる為、逆流防止装置２０の固着を防止することが出来る。また、換気経路７５と換気ファン１３の間に設けた逆流防止装置２０により、湿気を含んだ燃焼排ガスが換気ファン１３に接触することを防止できる為、換気ファン１３の錆による劣化を防止できる。排気経路７７内の結露によって生じた凝縮水が合流経路７０を経て換気経路７５に流れ込んだ場合においても、合流経路７０と換気経路７５の接続箇所である第１接続部８９から逆流防止装置２０にかけての流路は下流から上流側へ流体が流れることを抑制している為、凝縮水が逆流防止装置２０や換気ファン１３に付着することを防止できる為、逆流防止装置２０の固着や換気ファン１３の錆による劣化を防止できる。
【００６１】
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、合流経路７０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。
【００６２】
上述のように構成された燃料電池システム１００においては、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、排気経路７７、合流経路７０、外部配管７６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。
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８５の凝縮水を用いるための改質水経路であってもよい。
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。
【００６３】
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、合流経路７０において上流側の第１接続部８９に換気ガスを導入し、換気ガスの下流側、すなわち第２接続部９
０において燃焼排ガスを合流させることにより、換気経路７５と換気ファン１３の間に設けた逆流防止装置２０に湿気を含む燃焼排ガスが接触することを低減できる為、逆流防止装置２０の固着を防止することが出来る。また、換気経路７５と換気ファン１３の間に設けた逆流防止装置２０により、湿気を含んだ燃焼排ガスが換気ファン１３に接触することを防止できる為、換気ファン１３の錆による劣化を防止できる。
【００６４】
（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。
【００６５】
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、合流経路７０の下端に第２凝縮水経路９２が接続され、第２凝縮水経路９２の下流端には第２水回収部９１を備えている点が異なる。第２水回収部９１には燃料電池システム１００外へと接続される第２排水経路９３を有しており、第２水回収部９１内の余分な水は第２排水経路９３から燃料電池システム１００外に排水される。なお、第１水回収部８５と第２水回収部９１はそれぞれ独立した構成としているが、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２水回収部９１に排水されるように、第１水回収部８５と第２水回収部９１を接続する排水経路を設けても良い。
【００６６】
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。
【００６７】
第１水回収部８５は、排気経路７７や燃焼排ガス流路８０内を流れる燃焼排ガスやカソードオフガスの結露によって生じた凝縮水を貯める構成であり、第２水回収部９１は、外部配管７６や合流経路７０内を流れる燃焼排ガスやカソードオフガスの結露によって生じた凝縮水と外部配管７６の解放端から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。
【００６８】
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、第３接続部９４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２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。
【００６９】
特に、合流経路７０内で発生した凝縮水は第３接続部９４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、合流経路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。
【００７０】
万が一、第２水回収部９１内の水が不足し、水封機能が発揮できない場合においても、合流経路７０の下端に第２水回収部９１と接続される第３接続部９４を有し、合流経路７０の上流側、すなわち鉛直方向に延びる合流経路７０の下方側面に換気経路７５と接続される第１接続部８９を有し、合流経路７０の下流側、すなわち鉛直方向に延びる合流経路７０の上方側面に排気経路７７と接続される第２接続部９０を有していることから、換気ファン１３が動作している限りにおいては、排気経路７７からの燃焼排ガスが第２凝縮水経路９２、第２水回収部９１、第２凝縮水経路９２を経て筐体１２外に排出されることはない。なお、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、合流経路７０内の凝縮水や合流経路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、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。
【００７１】
以上のように、本実施の形態２で示した燃料電池システムでは、合流経路７０内を流れる燃焼排ガスやカソードオフガスの結露によって生じた凝縮水と外部配管７６の解放端から流入した雨水を、第２凝縮水経路９２から第２水回収部９１、第２排水経路９３を経て燃料電池システム１００の筐体１２外に排出することができるので、合流経路７０内に大量の凝縮水や雨水が流れ込んだ場合においても、合流経路７０内の水が溢れることがなく、換気経路７５を水が逆流することのないので、逆流防止装置２０の固着と換気ファン１３の錆による劣化を防止できる。
さらに、燃料電池システム１００の外部配管７６が閉塞する等して合流経路７０の圧力が上昇した場合においても、燃料電池システム１００の排出ガスが合流経路７０の排水経路である第２凝縮水経路９２から第２水回収部９１、第２排水経路９３を介して屋内に漏れることを防止できる。
【００７２】
（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。
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２に係る燃料電池システムと基本的に同じであるが、逆流防止装置２０から空気を含む換気ガスを排出する換気経路７５の上流端に逆流防止装置２０への水の浸入を防止する堰９６を備えている点が異なる。
【００７３】
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。
【００７４】
燃料電池システム１００の合流経路７０内を流れる燃焼排ガスやカソードオフガスの結露によって生じた凝縮水や外部配管７６の解放端から流入した雨水は、合流経路７０の壁面を伝わり換気経路７５内にも流入してくる。しかしながら、換気経路７５の上流端に逆流防止装置２０への水の侵入を防止する堰９６を有していることから、換気経路７５内に流入してきた凝縮水や雨水が堰９６によって堰き止められ、逆流防止装置２０に水が浸入することがない。さらに、換気経路７５は上流端から下流端にかけて水平面に対して下り勾配を有している（傾斜している）構造となっている為、換気経路７５内に流入してきた凝縮水や雨水は自然に換気経路７５の下流側へ、即ち換気経路７５と合流経路７０の接続部である第１接続部８９から合流経路７０へ排出される。合流経路７０へ排出された水は、第３接続部９４に流下し、第２凝縮水経路９２を介して第２水回収部９１に貯められた後、第２排水経路９３を経て燃料電池システム１００の筐体１２外に排出される。
【００７５】
以上の構成によって、換気経路７５内に流入してきた凝縮水や雨水は堰９６によって堰き止められ、換気経路７５の勾配によって合流経路７０へ自然に排出されることにより、逆流防止装置２０に水が浸入することがなくなり、逆流防止装置２０の固着と換気ファン１３の錆による劣化を防止できる。なお、本実施の形態では換気経路７５の上流端から下
流端にかけて配管を傾けることにより下り勾配を有している構造としたが、これに限定されず、換気経路７５の上流端から下流端にかけて水が自然と排出される構成であればよく、例えば換気経路７５の上流端から下流端にかけて拡管することで、下り勾配を設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の燃料電池システムでは、合流経路において最初に換気ガスを導入し、換気ガスの下流で燃焼排ガスを合流させることにより、換気経路に設けた逆流防止装置に湿気を含む燃焼排ガスが接触することを低減できる為、逆流防止装置の固着を防止することが出来き、さらに、逆流防止装置により、湿気を含んだ燃焼排ガスが換気ファンに接触しにくくなり、換気ファンの錆による劣化を防止できる為、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】
【００７７】
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
２０  逆流防止装置
７０  合流経路
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  換気経路
７６  外部配管
７７  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  第１接続部
９０  第２接続部
９１  第２水回収部
９２  第２凝縮水経路
９３  第２排水経路
９４  第３接続部
９５  第１水回収部
９６  堰
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】
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【図２】
2015113987.tif 000004
【図３】
2015113987.tif 000005
【図４】
2015113987.tif 000006
【図５】
2015113987.tif 000007
【図６】
2015113987.tif 000008