(57)【要約】【課題】発電を開始時の一時的な大量の流入する滞留水等の水に対しても、ガス配管から水を円滑に排出処理することができ、ガスの流通を妨げる虞がなく、発電電圧の低下などを生じる虞のない燃料電池発電ユニットを提供する。【解決手段】燃料電池本体１からのアノード出口ガスが通流するアノードガス排出管１ａｂの中間部に、運転停止時に閉止するアノード出口遮断弁３が挿入されたもので、アノードガス排出管１ａｂの下流側端部に滞留水等を貯溜するバッファタンク４ａを、上部にガス送出配管４ａａが接続されるガス送出口、下部に貯溜水を排出するためのフロート弁４ｂを設けて燃料電池本体１の下方に位置するよう接続すると共に、バッファタンク４ａの貯溜容量を燃料電池本体１の定格発電出力１ｋＷ当たり０．４リットル以上となる容量とする。【選択図】図１
2008300161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池本体からのアノード出口ガスが通流するアノードガス排出流路の中間部に、運転停止時に閉止する遮断弁が挿入された燃料電池発電ユニットであって、
前記アノードガス排出流路の下流側端部にバッファタンクを、上部にガス送出口、下部にドレン排出手段を設けて前記燃料電池本体の下方に位置するよう接続すると共に、前記バッファタンクの貯溜容量を前記燃料電池本体の定格発電出力１ｋＷ当たり０．４リットル以上となる容量としたことを特徴とする燃料電池発電ユニット。
【請求項２】
前記バッファタンクは、アノード出口ガスをタンク内に導入する導入口が、該バッファタンクからガスを送出する前記ガス送出口より下方に開口し、かつ底面から前記導入口の開口下端までの容積が、前記燃料電池本体の定格発電出力１ｋＷ当たり０．４リットル以上の容積であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電ユニット。
【請求項３】
燃料電池本体からのアノード出口ガスが通流するアノードガス排出流路の中間部に、運転停止時に閉止する遮断弁が挿入された燃料電池発電ユニットであって、
前記アノードガス排出流路の下流側端部に、アノード出口ガスより低温の冷媒を低温側とし、アノード出口ガスを高温側として熱交換を行わせながら通流させる熱交換器を、前記燃料電池本体の下方に位置するよう設け、かつ前記熱交換器の下方にバッファタンクを、上部にガス送出口、下部にドレン排出手段を設けて接続すると共に、前記バッファタンクの貯溜容量を前記燃料電池本体の定格発電出力１ｋＷ当たり０．４リットル以上となる容量としたことを特徴とする燃料電池発電ユニット。
【請求項４】
前記熱交換器は、アノード出口ガスを交換器内に導入する導入口が、該熱交換器からガスを送出する前記ガス送出口より下方の位置に開口していることを特徴とする請求項３記載の燃料電池発電ユニット。
【請求項５】
前記遮断弁が、前記燃料電池本体のアノード出口ガスのガス排出口の鉛直下方位置に、流路が鉛直方向となるよう配置されたことを特徴とする請求項１または請求項３記載の燃料電池発電ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電ユニットに関し、特にガス配管中の水を円滑に排出処理することができるようにした燃料電池発電ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の通り、燃料電池発電ユニットは、燃料処理装置により生成された水素と酸素の結合エネルギを、燃料電池本体において直接電気エネルギに変換するものである。また、化学反応による発電であるために発電効率が高く、汚染物質の排出及び騒音が少ない環境性に優れた発電装置として評価されている。
【０００３】
このような燃料電池発電ユニットでは、発電することにより水分が発生し、また導入した燃料ガスなど共に水分が導入される。そして、発生したり、導入されたりした水分が水となり、燃料電池アノード極やカソード極への燃料ガスの導入用ガス配管や、燃料電池アノード極やカソード極からの排出ガスの排出用ガス配管途中に存在するようなことがあると、燃料ガスや排出ガスなどの流通を阻害して発電電圧の低下などの問題を生じる虞があった。そのため、燃料電池発電ユニット内にドレントラップを設けてガス配管中のドレンを抜くようにしている。
【０００４】
例えば、燃料電池アノード極やカソード極から排出されたガス（排水素、排空気）をそれぞれ別個に設けたコンデンサに導き、ガス中の水分を凝縮させて下流に流さないようにする（例えば、特許文献１参照。）。また、改質装置と燃料電池アノード極の間、燃料電池アノード極と改質装置燃焼部の間、燃料電池カソード極出口にそれぞれ気液分離器を設け、流入した燃料ガスや排出ガスから水を分離し、分離した水を各気液分離器の内部に設けたフロート弁を作動させることにより排出する（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
このように燃料電池発電ユニットの配管途中にコンデンサや気液分離器などのドレントラップを設けることは広く行われている。しかし、これらのドレントラップは、いずれもガス中に含まれる水分を凝縮させて凝縮水として排出することを目的としている。しかもガスからの凝縮水の発生は継続的であって、かつ少量であるから、ドレントラップの保持容積を大きく取る必要がない。そのため、燃料電池発電ユニットのパッケージングとコストの面から、ドレントラップのサイズは通常極小となるように設計されることになる。
【特許文献１】特開２００２−２８００３２号公報
【特許文献２】特開２００３−１６３０２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、燃料電池の形式によっては、発電を開始するために燃料電池アノード極出口の電磁弁を開けてアノード燃料を流通させる際、一時的に大量の水がアノード出口配管に流入することがある。この流入する水を排出処理しなければ、アノード燃料の流通に齟齬をきたすのみならず、水がアノード残燃料を燃やすバーナ燃焼部に入ると、バーナ失火により運転停止に至るのみならず、バーナ排気中に望ましくない未燃焼分が発生し含まれてしまう虞がある。従って、このような特性を持つ燃料電池を用いた燃料電池発電ユニットでは、一時的に排出される水を後逸することなくガス配管から除去する必要がある。
【０００７】
このような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは発電を開始する際、一時的に大量に流入する水に対しても円滑にガス配管から排出処理することができ、ガス配管中のガスの流通を妨げることがなく、発電電圧の低下などの問題を生じる虞のない燃料電池発電ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の燃料電池発電ユニットは、
燃料電池本体からのアノード出口ガスが通流するアノードガス排出流路の中間部に、運転停止時に閉止する遮断弁が挿入された燃料電池発電ユニットであって、
前記アノードガス排出流路の下流側端部にバッファタンクを、上部にガス送出口、下部にドレン排出手段を設けて前記燃料電池本体の下方に位置するよう接続すると共に、前記バッファタンクの貯溜容量を前記燃料電池本体の定格発電出力１ｋＷ当たり０．４リットル以上となる容量としたことを特徴とするものであり、
さらに、前記バッファタンクは、アノード出口ガスをタンク内に導入する導入口が、該バッファタンクからガスを送出する前記ガス送出口より下方に開口し、かつ底面から前記導入口の開口下端までの容積が、前記燃料電池本体の定格発電出力１ｋＷ当たり０．４リットル以上の容積であることを特徴とするものである。
【０００９】
また、燃料電池本体からのアノード出口ガスが通流するアノードガス排出流路の中間部に、運転停止時に閉止する遮断弁が挿入された燃料電池発電ユニットであって、
前記アノードガス排出流路の下流側端部に、アノード出口ガスより低温の冷媒を低温側とし、アノード出口ガスを高温側として熱交換を行わせながら通流させる熱交換器を、前記燃料電池本体の下方に位置するよう設け、かつ前記熱交換器の下方にバッファタンクを、上部にガス送出口、下部にドレン排出手段を設けて接続すると共に、前記バッファタンクの貯溜容量を前記燃料電池本体の定格発電出力１ｋＷ当たり０．４リットル以上となる容量としたことを特徴とするものであり、
さらに、前記熱交換器は、アノード出口ガスを交換器内に導入する導入口が、該熱交換器からガスを送出する前記ガス送出口より下方の位置に開口していることを特徴とするものであり、
さらに、前記遮断弁が、前記燃料電池本体のアノード出口ガスのガス排出口の鉛直下方位置に、流路が鉛直方向となるよう配置されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発電を開始する際、一時的に大量に流入する滞留水等の水に対しても、水をガス配管から円滑に排出処理することができ、ガス配管中のガスの流通を妨げることがなくなり、発電電圧の低下などを生じる虞がなくなる等の効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
先ず第１の実施形態を図１乃至図４により説明する。図１は概略の構成図であり、図２は第１の変形形態の要部を示す図であり、図３は第２の変形形態のバッファタンクを示す斜視図であり、図４は第３の変形形態のバッファタンクを示す斜視図である。
【００１３】
図１において、燃料電池発電ユニットは、例えば固体高分子電解質膜形燃料電池によりなる燃料電池本体１と、原燃料を改質して水素リッチガスを生成する改質装置２を備えて構成されている。燃料電池本体１は、燃料電池アノード極１ａと燃料電池カソード極１ｂとの間に固体高分子電解質膜１ｃを挟持し、燃料電池アノード極１ａに改質装置２から水素リッチガスを、アノードガス導入管１ａａを介して供給し、燃料電池カソード極１ｂに酸化剤ガスとして空気を、カソードガス導入管１ｂａを介して供給することにより発電を行う。発電にともなう燃料電池アノード極１ａ及びカソード極１ｂからの排出ガスであるアノード出口ガス、カソード出口ガスは、アノードガス排出管１ａｂ、カソード排出管１ｂｂから燃料電池本体１外に排出される。
【００１４】
また改質装置２は、改質器２ａ、シフト部（ＬＴＳ）２ｂ、選択酸化部（ＰＲＯＸ）２ｃ、バーナ燃焼部２ｄを備えている。そして改質装置２では、原燃料に水蒸気を混合して改質器２ａの５００℃〜７００℃にまで加熱された改質触媒層を通過させ、水蒸気改質反応によって水素を主成分として水蒸気、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）を含むガスとし、さらにＣＯ濃度をＬＴＳ２ｂで低減し、ＰＲＯＸ２ｃでＣＯを選択的に酸化してＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下に低減するようにして水素リッチガスを生成する。なお、水蒸気改質反応が吸熱反応であるため、バーナ燃焼部２ｄに燃料と空気を供給し、温度と反応を維持するように改質器２ａの加熱を行う。このときの燃料には、原燃料を用いてもよく、その他の燃料でもよい。さらに、後述するアノード出口ガスを混合燃焼させてもよい。
【００１５】
また、燃料電池アノード極１ａの下底部に形成され下方向に開口するガス排出口には、アノードガス排出流路であるアノードガス排出管１ａｂの上端が接続されており、アノードガス排出管１ａｂの中間部分には、アノード出口遮断弁３がガス排出口の鉛直下方位置に、流路が鉛直方向となるよう挿入されており、アノードガス排出管１ａｂの下端には、断面形状が縦長長方形のバッファタンク４ａがアノード出口遮断弁３やバーナ燃焼部２ｄよりも下方位置となるようにして、タンク側壁上部の流入口からアノード出口ガス等が流入するように接続されている。さらに、バッファタンク４ａの鉛直下方には、ドレン排出手段としてフロート弁４ｂが設けられ、バッファタンク４ａに貯溜されたドレンの排出を行い、水位を所定値以下とするようになっている。またさらに、バッファタンク４ａには、その天井部にアノード出口遮断弁３を介して流入したアノード出口ガスをバーナ燃焼部２ｄに供給し得るように、ガス送出口にガス送出配管４ａａが接続されている。
【００１６】
なお、アノード出口遮断弁３は、燃料電池発電ユニットが運転を停止している間に、燃料電池アノード極１ａや改質装置２などの高濃度の水素を含むガスが流通する部分に空気が進入することが好ましくないため、設けられている。またアノード出口遮断弁３には、順方向の流れ、すなわち燃料電池アノード極１ａからバッファタンク４ａ方向の流れに対して開動作し、逆方向の流れに対して閉動作する逆支弁や、電磁弁などを用いる。電磁弁を用いる場合には、停電などで電源が切れた場合に閉止するために、ノーマリークロオーズタイプの電磁弁を使用することが好ましい。
【００１７】
そして、このような構成を有する燃料電池発電ユニットでは、改質装置２から送出された水素リッチガスが、燃料電池本体１に導入される。燃料電池本体１では、燃料電池アノード極１ａに導入された水素リッチガス中の水素と、燃料電池カソード極１ｂに導入された空気中の酸素との間で電気化学反応が発生し、直流起電力が発生する。発電に際し、燃料電池アノード極１ａでは、水素リッチガス中の水素の５割から８割を通常消費するため、燃料電池アノード極１ａのアノードガス排出管１ａｂを介し排出されるアノード出口ガス中には、水素などの可燃ガスが含まれていることになり、アノード出口ガスは、バーナ燃焼部２ｄに送られ、空気や他の燃料と混合されて改質器２ａの加熱に使用される。
【００１８】
また、燃料電池発電ユニットが運転を停止した状態になると、アノード出口遮断弁３は閉動作し、停止している間は閉動作を継続する。そして、燃料電池発電ユニットは温度が低下する。こうした温度の低下が始まると、燃料電池発電ユニット内では、冷却による凝縮などによって水が生じる。凝縮等によって生じた水は、閉止したアノード出口遮断弁３より上流に滞留することになる。その後、アノード出口遮断弁３を開けて原燃料の流通を開始すると、滞留していた水が、バーナ燃焼部２ｄに向かって一度に押し出されることになる。そして、押し出された滞留水が、そのままバーナ燃焼部２ｄに流入した場合にはバーナ失火や有害な未燃成分の発生の原因となるが、アノード出口遮断弁３とバーナ燃焼部２ｄの間にバッファタンク４ａが設けられているため、滞留水はバッファタンク４ａに貯溜されて、バーナ燃焼部２ｄに流入せず、バーナ失火等の発生が防止される。
【００１９】
一方、燃料電池発電ユニットの運転停止により発生する滞留水については、そのほとんどが燃料電池アノード極１ａで発生する。そして、燃料電池アノード極１ａの容積は燃料電池本体１のセル積層数に比例し、セル積層数は燃料電池発電ユニットの定格発電出力に比例することから、滞留水の量は、定格発電出力に比例関係にあると言える。このため、バッファタンク４ａの容量（アノードガス排出管１ａｂから流入してくる位置とフロート弁４ｂを介し流出する位置の間の容量）を、単位発電出力当たり発生する水量に合せ、定格発電出力に対応する発生水量以上となるよう、例えば定格発電出力１ｋＷ当たり、０．４リットル以上、望ましくは０．５リットル以上とすることで、滞留水をバーナ燃焼部２ｄに後逸させずにバッファタンク４ａに貯溜することができる。
【００２０】
また、バッファタンク４ａに貯溜された水については、バッファタンク４ａの下底部の鉛直下方となる位置に設けたドレン排出手段のフロート弁４ｂを通じて排出される。なお、ドレン排出手段については、フロート弁４ｂ以外に、水が流入した際に開いて通常はガスタイトであるような弁であればよく、例えばバッファタンク４ａの水位検知を行うようにして電磁弁の開閉を行わせるようにしたものでも、また手動ボール弁の開閉によるものでもよい。
【００２１】
以上の通り構成することで、運転開始時にアノード出口遮断弁３が開き、凝縮等によって生じアノード出口遮断弁３より上流に滞留していた滞留水が流出してもバッファタンク４ａに貯溜でき、滞留水がガス送出配管４ａａからバーナ燃焼部２ｄへと流れる虞がなく、バーナ燃焼部２ｄの燃焼状態に影響を与えることなく起動操作を継続することができる。また運転中に燃料電池アノード極１ａのガス排出口とバーナ燃焼部２ｄとの間のアノードガス排出管１ａｂとガス送出配管４ａａなどで発生する凝縮水についても、バッファタンク４ａ、フロート弁４ｂを通じて排出することができ、運転中の水素リッチガス流通を円滑に行うことができる。
【００２２】
次に、上記実施形態におけるアノード出口遮断弁３の挿入位置に関しての第１の変形形態を説明する。
【００２３】
図２において、燃料電池本体１の燃料電池アノード極１ａの下部にはガス排出口が横方向に開口しており、そのガス排出口には、上側部分が水平もしくは順流れ方向に若干下がり勾配、中間部分が略垂直、下側部分が水平もしくは順流れ方向に若干下がり勾配となるよう曲折させたアノードガス排出管１ａｂの上側端が接続されている。さらに、アノードガス排出管１ａｂの略垂直となっている中間部分には、アノード出口遮断弁３が挿入され、アノードガス排出管１ａｂの下側端はバッファタンク４ａのタンク側壁上部に接続されている。
【００２４】
このように形成したアノードガス排出管１ａｂの中間部分にアノード出口遮断弁３を設けることで、運転開始時に燃料電池アノード極１ａから滞留水が一度に流出しても、水素リッチガスの流通を阻害することなく、バッファタンク４ａに向けて円滑に排水することができる。
【００２５】
さらに次の上記実施形態におけるバッファタンクに関しての第２の変形形態を説明する。
【００２６】
図３において、バッファタンク４ａは、縦断面形状が長方形の円柱や角柱、あるいは錐体や錐台などの形状となっている。またバッファタンク４ａには、そのタンク側壁上部に入口配管取合４ｅを片端がバッファタンク４ａ内に開口するように設け、他端にアノードガス排出管１ａｂの下端を接続し、アノード出口ガスと滞留水がバッファタンク４ａ内に流入するようになっている。さらに、バッファタンク４ａには、その天井部に送出配管取合４ｆを下端が天井内面位置で開口するように設け、上端にガス送出配管４ａａを接続し、バッファタンク４ａに流入したアノード出口ガスのみをバーナ燃焼部２ｄへ送出するようになっている。
【００２７】
またさらに、バッファタンク４ａは、その下底部にドレン取合４ｇを上端がバッファタンク４ａ内に開口するように設け、下端にフロート弁４ｂを接続し、バッファタンク４ａに貯溜した水を排出するようになっている。そして、バッファタンク４ａの入口配管取合４ｅとドレン取合４ｇの各取付け位置間の容量が、単位発電出力当たり発生する水量に合せ、定格発電出力に対応する発生水量以上となるよう、例えば定格発電出力１ｋＷ当たり、０．４リットル以上、望ましくは０．５リットル以上となるようになっている。
【００２８】
このようにすることで、バッファタンク４ａに入口配管取合４ｅから燃料電池アノード極１ａなどからの滞留水が流入しても、入口配管取合４ｅよりも上方に設けられた送出配管取合４ｆには流入することなく、下底部のドレン取合４ｇを通じてドレン排出手段のフロート弁４ｂから外部に排出される。また、入口配管取合４ｅがタンク側壁最上部に設けられている場合に、入口配管取合４ｅまで貯溜水の水面が上昇するようなことがあっても、バッファタンク４ａ内上部には、送出配管取合４ｆが設けられた天井部内面との間に入口配管取合４ｅの管径に対応する分の空間が形成され、十分なガス流通空間が確保でき、アノード出口ガスを円滑にバーナ燃焼部２ｄへ送出することができる。
【００２９】
さらに次の上記実施形態におけるバッファタンクに関しての第３の変形形態を説明する。
【００３０】
図４において、バッファタンク４ａは、縦断面形状が長方形の円柱や角柱、あるいは錐体や錐台などの形状となっている。またバッファタンク４ａには、その天井部に入口配管取合４ｅと送出配管取合４ｆとがそれぞれの片端をバッファタンク４ａ内に開口させるように設けられている。入口配管取合４ｅについては、バッファタンク４ａ内に下端部分が所定寸法だけ延出して開口しており、上端にはアノードガス排出管１ａｂの下端を接続してアノード出口ガスと滞留水がバッファタンク４ａ内に流入するようになっている。また、送出配管取合４ｆは、下端が天井内面位置で開口しており、上端にはガス送出配管４ａａを接続してバッファタンク４ａに流入したアノード出口ガスのみをバーナ燃焼部２ｄへ送出するようになっている。
【００３１】
さらに、バッファタンク４ａの下底部にドレン取合４ｇを上端がバッファタンク４ａ内に開口するよう設け、下端にフロート弁４ｂを接続してバッファタンク４ａに貯溜した水を排出するようになっている。そして、入口配管取合４ｅのタンク内に延出した下端位置とドレン取合４ｇの上端位置間のバッファタンク４ａ容量が、単位発電出力当たり発生する水量に合せ、定格発電出力に対応する発生水量以上となるよう、例えば定格発電出力１ｋＷ当たり、０．４リットル以上、望ましくは０．５リットル以上となるようになっている。
【００３２】
このようにすることで、バッファタンク４ａに入口配管取合４ｅから燃料電池アノード極１ａなどからの滞留水が流入しても、入口配管取合４ｅのタンク内に延出した下端よりも上方に下端が位置する送出配管取合４ｆには流入することなく、下底部のドレン取合４ｇを通じてドレン排出手段のフロート弁４ｂから外部に排出される。またバッファタンク４ａ内上部には、送出配管取合４ｆの下端に対し入口配管取合４ｅの下端がタンク内に延出している寸法分だけの空間が形成されるので、十分なガス流通空間が確保でき、アノード出口ガスを円滑にバーナ燃焼部２ｄへ送出することができる。
【００３３】
次に第２の実施形態を図５及び図６により説明する。図５は概略の構成図であり、図６は変形形態の要部を示す図で、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は縦断面図、図６（ｃ）は下面図である。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本変形形態の構成について説明する。
【００３４】
本実施形態は、第１の実施形態とは、主として燃料電池本体１とバッファタンク４ａとの間に凝縮熱交換器４ｃを設けた点において異なっており、図５において、燃料電池発電ユニットは、例えば固体高分子電解質膜形燃料電池によりなる燃料電池本体１と、水素リッチガスを生成する改質装置２を備え、燃料電池本体１の燃料電池アノード極１ａにアノードガス導入管１ａａを介して改質装置２から水素リッチガスを供給し、燃料電池カソード極１ｂにカソードガス導入管１ｂａを介して酸化剤ガスの空気を供給することにより発電を行う構成となっている。そして、発電にともなう燃料電池アノード極１ａ及びカソード極１ｂからの排出ガスであるアノード出口ガス、カソード出口ガスは、アノードガス排出管１ａｂ、カソード排出管１ｂｂから燃料電池本体１外に排出される。
【００３５】
また、燃料電池アノード極１ａの下底部に形成され下方向に開口するガス排出口には、アノードガス排出管１ａｂの上端が接続されており、さらにアノードガス排出管１ａｂの中間部分には、アノード出口遮断弁３が挿入され、アノードガス排出管１ａｂの下端には、凝縮熱交換器４ｃがアノード出口遮断弁３やバーナ燃焼部２ｄよりも下方位置となるように接続されている。
【００３６】
凝縮熱交換器４ｃは、上端板４ｃａと下端板４ｃｂで両端が閉塞された外筒体４ｃｃと、外筒体４ｃｃの上端板４ｃａ内面に上端が気密に固着された内筒体４ｃｄとの二重筒構造をなし、外筒体４ｃｃと内筒体４ｃｄとの間に、冷媒が通流する螺旋状の冷却管４ｄを内装した構造となっている。また凝縮熱交換器４ｃは、外筒体４ｃｃの側壁下部に設けられた導入口から導入された冷媒が、螺旋状冷却管４ｄ内を上方向に向かって通流し、側壁上部に設けられた導出口から外部に導出されるよう構成されている。
【００３７】
さらに、凝縮熱交換器４ｃは、アノードガス排出管１ａｂの下端が接続された外筒体４ｃｃの側壁上部に設けられた流入口からは、アノード出口ガス等が外筒体４ｃｃと内筒体４ｃｄとの間に流入するようになっている。また凝縮熱交換器４ｃの下端板４ｃｂには、断面形状が縦長長方形のバッファタンク４ａが鉛直下方に位置するように連結管４ｈを間に設けて接続されていて、凝縮熱交換器４ｃ内を通流した水が、凝縮熱交換器４ｃの下端板４ｃｂと内筒体４ｃｄの下端縁との間隙を通り、下端板４ｃｂに形成された流出口から流出し、連結管４ｈを流下してバッファタンク４ａの天井部に形成された流入口からバッファタンク４ａ内に流入し、貯溜されるようになっている。
【００３８】
またさらに、凝縮熱交換器４ｃは、その上端板４ｃａの中央部に、下端が内筒体４ｃｄ内に連通するようにガス送出配管４ａａが接続されていて、アノード出口遮断弁３を介して凝縮熱交換器４ｃ内に流入したアノード出口ガスをバーナ燃焼部２ｄに供給し得るようになっている。また凝縮熱交換器４ｃの下方に設けられたバッファタンク４ａについては、その鉛直下方に、ドレン排出手段としてフロート弁４ｂが設けられ、バッファタンク４ａに貯溜されたドレン等の水の排出を行い、水位を所定値以下とするようになっている。なお、バッファタンク４ａの貯溜し得る容量（天井部の流入口から流入してくる位置とフロート弁４ｂを介し流出する位置の間の容量）は、単位発電出力当たり発生する水量に合せ、定格発電出力に対応する発生水量以上、例えば定格発電出力１ｋＷ当たり、０．４リットル以上、望ましくは０．５リットル以上で、滞留水をバーナ燃焼部２ｄに後逸させることなくバッファタンク４ａに貯溜することができるようになっている。
【００３９】
そして、このような構成を有する燃料電池発電ユニットでは、第１の実施形態と同様にして発電が行われる。また第１の実施形態と同様に、燃料電池発電ユニットが運転を停止した状態になると、アノード出口遮断弁３は閉動作し、停止している間は閉動作を継続する。そして、燃料電池発電ユニットでは、運転停止にともない温度が低下し、冷却による凝縮などによって水が生じる。凝縮等によって生じた水は、閉止したアノード出口遮断弁３より上流に滞留する。その後、アノード出口遮断弁３を開けて原燃料の流通を開始すると、滞留していた水は一度に押し出され、凝縮熱交換器４ｃ内を通流し連結管４ｈを流れてバッファタンク４ａに貯溜される。これにより、滞留していた水はバーナ燃焼部２ｄに流入せず、バーナ失火等の発生が防止される。バッファタンク４ａに貯溜された水については、バッファタンク４ａの下底部の鉛直下方となる位置に設けたドレン排出手段のフロート弁４ｂを通じて排出される。
【００４０】
以上の通り構成することで、運転開始時にアノード出口遮断弁３が開き、凝縮等によって生じアノード出口遮断弁３より上流に滞留していた滞留水が流出しても、凝縮熱交換器４ｃ内を通流後にバッファタンク４ａに貯溜でき、滞留水がガス送出配管４ａａからバーナ燃焼部２ｄへと流れる虞がなく、バーナ燃焼部２ｄの燃焼状態に影響を与えることなく起動操作を継続することができる。
【００４１】
また運転中についても、燃料電池アノード極１ａのガス排出口から排出されるアノード出口ガスを、凝縮熱交換器４ｃの外筒体４ｃｃと内筒体４ｃｄとの間に内装された冷却管４ｄに沿って下方に通流させることで含まれている余剰の水分を凝縮させて除去し、余剰水分を除去した後の水素リッチガスについては、内筒体４ｃｄ内を内壁に沿って上昇させて、上端板４ｃａの中央部に接続されたガス送出配管４ａａを通じバーナ燃焼部２ｄに供給することができる。一方、凝縮熱交換器４ｃで生じた凝縮水は、バッファタンク４ａに流下させて貯溜し、フロート弁４ｂを通じて排出することができ、運転中の水素リッチガス流通を円滑に行うことができる。
【００４２】
次に上記実施形態におけるバッファタンクと凝縮熱交換器に関しての第１の変形形態を説明する。
【００４３】
図６において、縦断面形状が長方形の円柱や角柱、あるいは錐体や錐台などの形状となっているバッファタンク４ａと凝縮熱交換器４ｃとは、凝縮熱交換器４ｃの下端板４ｃｂとバッファタンク４ａの天井部とを共通にして接合した構造となっており、下端板４ｃｂの中央部には、凝縮熱交換器４ｃからの凝縮水がバッファタンク４ａに流入する流入口４ａｂが形成されている。そして、バッファタンク４ａの流入口とドレン取合４ｇの上端位置間の容量が、単位発電出力当たり発生する水量に合せ、定格発電出力に対応する発生水量以上となるよう、例えば定格発電出力１ｋＷ当たり、０．４リットル以上、望ましくは０．５リットル以上となるようになっている。
【００４４】
また、バッファタンク４ａ内には、冷却管４ｄの冷媒導入側管部４ｄａが上下方向に貫通しており、その管下端部分がドレン取合４ｇと共に下底面から突出している。さらに冷却管４ｄの冷媒導入側管部４ｄａの管上端部分は、バッファタンク４ａの天井部である下端板４ｃｂから延出して、外筒体４ｃｃと内筒体４ｃｄとの間の螺旋状部分に連通している。また冷却管４ｄの冷媒導出側管部４ｄｂの管上端部分は、送出配管取合４ｆと共に凝縮熱交換器４ｃの上端板４ｃａから突出している。
【００４５】
このように構成しているので、燃料電池発電ユニットの運転中に燃料電池アノード極１ａのガス排出口から排出されるアノード出口ガスは、入口配管取合４ｅから凝縮熱交換器４ｃに流入し、外筒体４ｃｃと内筒体４ｃｄとの間に内装された冷却管４ｄに沿って下方に通流する間に、冷却管４ｄ内を流れる冷媒との熱交換により冷却され、余剰の水分が凝縮されて除去される。余剰水分を除去した後の水素リッチガスは、内筒体４ｃｄ内を内壁に沿って上昇し、上端板４ｃａの中央部に接続されたガス送出配管４ａａを通じバーナ燃焼部２ｄに供給される。一方、凝縮水は、バッファタンク４ａに流して貯溜され、フロート弁４ｂを通じて排出されることになり、運転中の水素リッチガス流通を円滑に行うことができる。
【００４６】
運転開始時にアノード出口遮断弁３が開き、アノード出口遮断弁３より上流に滞留していた滞留水が一度に流出した場合、滞留水は入口配管取合４ｅから凝縮熱交換器４ｃに流入し、外筒体４ｃｃと内筒体４ｃｄとの間を流下して流入口４ａｂからバッファタンク４ａ内に流入し貯溜される。そして、貯溜水は、ドレン取合４ｇを通じてフロート弁４ｂに流れ、排出される。その結果、滞留水がガス送出配管４ａａからバーナ燃焼部２ｄへと流れる虞がなく、バーナ燃焼部２ｄの燃焼状態に影響を与えることなく起動操作を継続することができる。
【００４７】
なお、上記実施形態、変形形態における冷媒については、上水、純水のほか、エチレングリコール水などの不凍液等、条件に応じて用いることが可能である。また冷却管４ｄを螺旋状の管としたが、形状はこれに限るものではなく、二重管などでもよく、凝縮熱交換器４ｃについても、外筒体４ｃｃや内筒体４ｃｄの形状は円筒状、横断面形状が方形、他の多角形等の角筒状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す概略の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における第１の変形形態の要部を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における第２の変形形態のバッファタンクを示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における第３の変形形態のバッファタンクを示す斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す概略の構成図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における変形形態の要部を示す図で、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は縦断面図、図６（ｃ）は下面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…燃料電池本体
１ａｂ…アノードガス排出管
２…改質装置
３…アノード出口遮断弁
４ａ…バッファタンク
４ａａ…ガス送出配管
４ｂ…フロート弁
【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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