(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池冷却水の汚染を防止することができると共に、冷却水タンクの圧力を大気圧に維持可能な燃料電池発電装置を提供する。【解決手段】燃料電池本体１と、前記燃料電池本体の冷却水を貯留する冷却水タンク１２と、水を貯留すると共に二酸化炭素を含有するガスが流入する回収水タンク１９とを備えた燃料電池発電装置において、前記冷却水タンクと前記回収水タンクの間を連通させる配管であり、かつ、前記回収水タンク側を水により閉塞する第１閉塞部位３０aと、前記第１閉塞部位より前記冷却水タンク側の大気開放部位３０bとを持つ連通管３０と、前記第１閉塞部位より上に前記連通管内と大気とを連通させる大気開放手段４１を備える構造にした。【選択図】図１
2008171806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池本体と、前記燃料電池本体の冷却水を貯留する冷却水タンクと、水を貯留すると共に二酸化炭素を含有するガスが流入する回収水タンクとを備えた燃料電池発電装置において、
前記冷却水タンクと前記回収水タンクの間を連通させる配管であり、かつ、前記回収水タンク側を水により閉塞する第１閉塞部位と、前記第１閉塞部位より前記冷却水タンク側の大気開放部位とを持つ連通管と、前記第１閉塞部位より上に前記連通管内と大気とを連通させる大気開放手段を備えていることを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記連通管が、前記大気開放部位より前記冷却水タンク側を水により閉塞する第２閉塞部位を備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記第２閉塞部位に水を供給する閉塞水供給手段を備え、前記第２閉塞部位は、Ｕ状管であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記第１閉塞部位は、回収水タンクの最低水位より下で回収水タンク内へ開口することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
前記大気開放手段は、前記連通管に孔が空いている大気開放孔、または前記大気開放孔を備えかつ前記連通管と連通する大気開放管であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
前記冷却水タンクから前記大気開放手段の大気開放孔までの配管長さを、前記大気開放手段から排出されるガスの温度が５０℃以下になるまで延長していることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項７】
前記冷却水タンクから前記大気開放手段に至るまでの連通管の少なくとも一部を冷却する冷却手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項８】
前記冷却水タンクから前記大気開放手段に至るまでの連通管の少なくとも一部を前記回収水により冷却する水冷式冷却手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項９】
前記大気開放手段と前記回収水タンクとの間の連通管に、前記回収水タンクの回収水をオーバーフローさせる排出管を接続していることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を用いた発電システムに関し、特に燃料電池本体（以下燃料電池）が概ね６０℃〜８０℃で運転される固体高分子型燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、固体高分子型燃料電池発電システムでは、燃料電池が６０〜８０℃程度の温度で運転されている。燃料電池内を循環する冷却水を密閉系で運転する場合、運転前の常温冷却水から発電中には冷却水温度が上昇して高温冷却水に変化し、それに従って冷却水タンク内部の圧力及び冷却水路の水圧が上昇する。発電装置の停止時には、発電中の高温冷却水から運転終了後の常温冷却水に冷却水温度が変化し、それに従って冷却水タンク内部の圧力及び冷却水路の水圧が下降する。したがって、温度変化による圧力変動に耐え得る冷却水タンク及び冷却水路構造にする必要がある。
従来は、冷却水の温度変化による圧力変動を軽減するための対策として、冷却水タンクと大気に開放された回収水タンク（凝縮水タンク）との間に連通路を設ける工夫がなされている（例えば、特許文献１参照）。図１４は特許文献１に記載された固体高分子型燃料電池発電システムの構成図である。燃料電池１１１において電気化学反応によって燃料ガス内の水素と酸化剤ガス内の酸素が消費され、酸化剤ガス側に水が生成される。燃料電池１１１から排出された酸化剤ガスは空気側凝縮器１１２に導かれ外気と熱交換することにより温度が低下し、排出空気に含まれる水蒸気は凝縮して水として回収水タンク１１３に回収される。一方、燃料電池１１１から排出された排気燃料ガスは燃料側凝縮器１１４に導かれ外気と熱交換することにより温度が低下し、排気燃料ガスに含まれる水蒸気は凝縮し水として回収水タンク１１３に回収される。
【０００３】
また、発電を行なう燃料電池１１１を所定温度に保つために、冷却水路１１５を通して、冷却水ポンプ１１６で水を循環させる。冷却水を循環する途中で熱交換器１１７において燃料電池１１１で発生した熱を外部へ放出する。また冷却水タンク１１８内部の冷却水が減少したときは、水供給路１１９の水供給ポンプ１２０を作動させることにより冷却水タンク１１８に回収水タンク１１３の水を供給する。このとき水が過剰に入ったとしても、水排出路１２１により余剰冷却水は回収水タンク１１３に排出される。
さらに、冷却水タンク１１８の気相部は水排出路１２１を通じて大気開放された回収水タンク１１３の気相部と連通している。したがって、冷却水タンク１１８の上方にある気体は水排出路１２１を通じて大気開放された回収水タンク１１３と接続されているため、冷却水タンク１１８内部の圧力は常に大気開放された状態となる。
【特許文献１】特開２００２−１４１０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載の固体高分子型燃料電池発電システムのように、燃料電池から排出される空気および燃料ガス中の水分を回収するものの他、燃料ガスを生成する改質装置から排出される燃焼ガス中の水分も凝縮し回収するものも従来から知られている。
特に、燃焼排ガス凝縮水を回収する回収水タンクの気相中には、運転中は炭酸ガス濃度が高い燃焼排ガスの成分が充満しており、さらに、都市ガスを燃料として運転した運転開始時には硫黄酸化物が存在し、停止時又は故障時は、燃焼状態によっては煤煙が存在する。これらの物質が混入した水を燃料電池の冷却水として用いた場合は、水処理装置メンテナンス周期の頻度上昇、電気伝導度の上昇による絶縁不良、電池本体の触媒機能低下といった不具合を起こす可能性がある。
特許文献１に記載の固体高分子型燃料電池発電システムの如く、回収水タンク１１３の気相部と冷却水タンクの気相部とを水排出路にて連通すると、回収水タンクの気相成分が、拡散作用等により冷却水タンクに流入してしまう恐れがある。特に発電装置を停止した後は、上述の通り冷却水タンク内部の圧力及び冷却水路の水圧が下降していくので、圧力差により２０〜４０℃の回収水タンク側から冷却水タンクへ回収水タンク内のガスが吸気される現象が発生する。これは、冷却水タンクに、冷却水の純度を低下させるガスが流入することを意味する。
【０００５】
これを避けるために、水排出路１２１上に逆止弁を設けることも考えられるが、その場合、冷却水タンクの温度上昇時に、逆止弁が低圧で開弁するものであること、および異常振動を起こさないことを要し、また逆に温度低下時には、冷却水タンクや接続機器が負圧に耐えられる構造にしなければならないという従前からの課題が解決できない。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、燃料電池冷却水の汚染を防止することができると共に、冷却水タンクの圧力を大気圧に維持可能な燃料電池発電装置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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、燃料電池本体と、前記燃料電池本体の冷却水を貯留する冷却水タンクと、水を貯留すると共に二酸化炭素を含有するガスが流入する回収水タンクとを備えた燃料電池発電装置において、次の構成を有することを特徴とする。
１）前記冷却水タンクと前記回収水タンクの間を連通させる配管であり、かつ、前記回収水タンク側を水により閉塞する第１閉塞部位と、前記第１閉塞部位より前記冷却水タンク側の大気開放部位とを持つ連通管と、前記第１閉塞部位より上に前記連通管内と大気とを連通させる大気開放手段を備えている。
第１閉塞部位によって冷却水タンクの気相と回収水タンクの気相が絶縁されるので、回収水タンク内のガスが冷却水タンクに流入することを防止できる。
２）上記１）に加え、さらに、前記連通管が、前記大気開放部位より前記冷却水タンク側を水により閉塞する第２閉塞部位を備えている。
第１閉塞部位によって冷却水タンクの気相と回収水タンクの気相が絶縁されるので、回収水タンク内のガスが冷却水タンクに流入することを防止できる。さらに、第２閉塞部位によって冷却水タンクの気相と大気が絶縁されるので、冷却水タンクの蒸気が装置内に拡散することを防止できる。
【０００７】
３）上記２）に加え、さらに、前記第２閉塞部位に水を供給する閉塞水供給手段を備え、前記第２閉塞部位は、Ｕ状管である。
第２閉塞部位は、閉塞水供給手段から供給された水の流入によって閉塞する。そうすると、第２閉塞部位は冷却水タンクの気相と大気を絶縁するので、冷却水タンクの蒸気が装置内に拡散することを防止できる。
４）上記１）または２）に加え、さらに、第１閉塞部位は、回収水タンクの最低水位より下で回収水タンク内へ開口する。
第１閉塞部位は、回収水タンクに貯留された水の流入によって閉塞する。そうすると、冷却タンクの気相と回収水タンクの気相が絶縁され、回収水タンク内のガスが冷却水タンクに流入することを防止できる。
５）上記１）または２）に加え、さらに、前記大気開放手段は、前記連通管に孔が空いている大気開放孔、または前記大気開放孔を備えかつ前記連通管と連通する大気開放管である。
大気開放手段とは、より具体的には、連通管に孔が空いている大気開放孔、または大気開放孔を備えかつ連通管と連通する大気開放管である。これらの大気開放手段により、連通管内と連通する冷却水タンク内が負圧状態になることを防止できる。
【０００８】
６）上記１）または２）に加え、さらに、前記冷却水タンクから前記大気開放手段のガス排出部位までの配管長さを、前記大気開放手段から排出されるガスの温度が５０℃以下になるまで延長している。
燃料電池発電装置は、外気を取り入れてパッケージ内を常時換気しており、燃料電池発電装置の吸気の最高温度は約４０℃である。そこで、大気開放手段から排出されるガスの上限温度を、燃料電池発電装置の吸気の最高温度４０℃より１０℃高い５０℃とした。そして、パッケージ内の空気に接している配管外周の伝熱面積を調節して、吸気温度が４０℃の条件下で大気開放手段から排出されるガスの温度が５０℃以下になるように、冷却水タンクから大気開放手段のガス排出部位までの配管の長さを調節した。そして、冷却水タンクから連通管へ流入した蒸気が、５０℃以下になった後、大気開放手段から燃料電池発電装置内の空間へ排出されることとした。
これにより、冷却水タンクから連通管へと流入したガス中の水分を減少させた後、そのガスを大気開放手段から装置内へ排出することが可能となり、冷却水タンクの蒸気が周辺機器に悪影響を及ぼすことを防止できる。
７）上記１）または２）に加え、さらに、前記冷却水タンクから前記大気開放手段に至るまでの連通管の少なくとも一部を冷却する冷却手段を備えている。
【０００９】
冷却手段として、連通管外側にフィンや空冷ファンを設けることができる。これにより、冷却水タンクから大気開放手段までの配管を上記６）の構成よりも短くしても、冷却水タンクから排出される蒸気中の水分を大気開放手段に至る間に、十分に凝縮させてから排気することができる。
８）上記１）または２）に加え、さらに、前記冷却水タンクから前記大気開放手段に至るまでの連通管の少なくとも一部を前記回収水により冷却する水冷式冷却手段を備える。これにより、冷却水タンク１２から大気開放手段までの配管を上記６）の構成よりも短くしても、冷却水タンク１２から排出される蒸気中の水分を大気開放手段に至る間に、十分に凝縮させてから排気することができる。
９）上記１）または２）に加え、さらに、前記大気開放手段と前記回収水タンクとの間の連通管に、前記回収水タンクの回収水をオーバーフローさせる排出管を接続する。
すなわち、連通管の一部分を排出管の一部として兼用する構成にすることで、個々に回収水タンク１９に接続するより、製作が容易になる。また、大気開放手段が、排出管がサイフォンを形成する事を防止するサイフォンブレーカーの役割も担うので、排出管に別個にサイフォンブレーカーを接続する必要がない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の燃料電池発電装置は、上記の構成を備えることにより、冷却水タンク内の温度変化に起因する圧力変動負荷を軽減することができ、冷却水タンクを耐圧性の高い構成とすることを要しない。さらに、冷却水タンク内は大気開放され、かつ冷却水タンクの気相と回収水タンクの気相とが連通管内の水により絶縁されているので、回収水タンク内の不純物を含有するガスが冷却水タンク内に拡散または吸引されないことにより、冷却水の汚染を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
[実施例１]
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る燃料電池発電装置の構成図である。図１に示す燃料電池発電装置は、燃料極１ａと酸化剤極１ｂとで電解質１ｃを狭持してなる単位セルを積層し、この単位セルを複数個重ねる毎に冷却水流路１ｄを有する冷却板を配置して燃料電池本体１を構成している。燃料電池本体１の燃料極１ａには燃料ガスを供給し、酸化剤極１ｂには酸化剤ガスを供給するように構成している。
燃料電池本体１の燃料極１ａに燃料ガスを供給する燃料ガス供給系統には、原燃料から硫黄を除去する脱硫器２、脱硫器２から供給される原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを得る改質器３、一酸化炭素変成反応によって燃料ガス中の水素濃度を高めるＣＯ変成器４及び一酸化炭素選択酸化反応によって燃料ガス中の一酸化炭素を低減させるＣＯ除去器５が配置されている。また、燃料電池本体１の酸化剤極１ｂには反応空気ブロワ６によって酸化剤ガスが供給されている。
改質器３の燃焼器７には、燃焼空気ブロワ８により燃焼空気を供給し、起動用の燃料は起動用燃料ライン９を経由して原燃料を供給する。また、燃料電池本体１の燃料極１ａの排ガスに含まれる可燃成分を、燃料予熱器１１で加熱してから燃焼器７に燃料として供給するように構成している。
【００１２】
冷却水タンク１２に貯えられた冷却水は、冷却水ポンプ１３により冷却水路１４を経由して燃料電池本体１の冷却水流路１ｄへ供給される。燃料電池本体１内を循環した高温冷却水は排熱回収器１５を経由して冷却された後に冷却水タンク１２に回収されるように構成されている。冷却水の一部は改質用水ポンプ１６により改質用水として改質器３に供給される。
排熱回収器１５には、ユーザ側冷却水系が排熱回収系１７として直接挿入されており、酸化剤極１ｂから排出される排空気、および改質器３から燃焼排ガスライン１８を経由して導入される燃焼排ガスを、排熱回収系１７の冷却水と壁を介して冷却することにより、これらのガス中に含まれる水分を凝縮させている。
排熱回収系１７には温水ポンプ１７ａによりからユーザ側冷却水系の冷水が供給される。排熱回収器１５は、燃料電池本体１内を循環して排出された高温冷却水の冷却も行っている。本発明は、排空気または燃焼排ガス中の水分の回収方式について、上記回収方式に限定されるものではなく、前述した先行技術の凝縮器による回収方式としても良い。
回収水タンク１９には、排熱回収器１５にて凝縮された水分が回収水として貯えられる。回収水の水位はレベル計（図示せず）により監視され、回収水が不足して予め決められた回収水タンクの最低水位に到達すると補給水弁２６を開き市水が補給される。また逆に、回収水が予め決められた回収水タンクの最高水位に到達した場合には、排出管２７から余剰の回収水が排出される。
【００１３】
回収水タンク１９の気相部には排気部２１が設けられており、水分が除去された乾燥排ガスが排気部２１から装置外へ排気されるように構成されている。
回収水タンク１９内に貯留された回収水は、回収水ポンプ２４により水処理装置２５に送水され浄化された後、冷却水タンク１２へ供給されている。
さらに、冷却水タンク１２と回収水タンク１９とを連通する連通管３０を備え、この連通管３０は、連通管内側と大気を連通させる大気開放孔と連通している。  以下、第1の実施例の特徴部分である冷却水タンク１２と回収水タンク１９とを連通する連通管３０の構成を中心に説明する。
本実施例では、連通管３０の回収水タンク１９側の端が、回収水タンク１９の回収水の最低水位よりも下方まで挿入されており、回収水タンク１９内の気相に開口することがないように構成されている。
一方、連通管３０の冷却水タンク１２側の端は、冷却水タンクの気相部分に開口するよう接続されている。
そして、連通管３０には、図２の（ａ）に示すように重力方向に開口部４０aを有する配管４１が接続されており、これにより連通管３０は大気開放されている。
【００１４】
燃料電池発電装置の運転開始および停止時には、冷却水タンク１２の冷却水および蒸気の温度が変化するが、本実施例の燃料電池発電装置は、冷却水タンク１２の気相部は連通管３０および配管４１を経由して大気に開放されているので、冷却水の温度変化による圧力変動を無くすことができ、冷却水タンク１２及び冷却水路１４に掛かる負荷を軽減することができる。
また、冷却水タンク１２の水位が異常により高くなった場合には、連通管３０を通じて溢れた冷却水を回収水タンク１９内に回収することができる。一方で、連通管３０の一方端が回収水中に開口しているので、冷却水タンク１２の気相と回収水タンク１９の気相は絶縁されており、回収水タンク１９中の排ガスが冷却水タンク１２中へ拡散したり、冷却水タンク１２内の温度低下に伴って吸入されたりする恐れもない。
尚、本実施例においては、冷却水タンク１２は、回収水タンク１９よりも上方に配置しているが、冷却水タンク１２内の冷却水の最高水位（冷却水が連通管３０を通って排出される水位）の高さが、回収水タンク１９の最高水位（オーバーフローライン）よりも高く、連通管３０に流入した冷却水が重力により自然に回収水タンク中に回収される配置構成となっていれば種々変更が可能である。
【００１５】
図２には、図１に示す本実施例の連通管３０を抜き出した図（ａ）と、これと異なる変形例（ｂ）および（ｃ）を示す。図２（ｂ）は、連通管３０に直接大気開放孔４０ｂを形成した例、（ｃ）は反重力方向に開口した大気開放孔４０ｃを有する配管が連通管３０に接続された変形例である。これらの何れの構成であっても、冷却水タンク１２中の気相を大気開放することが可能であるが、冷却水タンク１２から連通管３０へ流入した冷却水が漏水するのを防止するという観点から、（ｂ）よりも（ｃ）の構成が好ましく、大気開放孔４０からの塵等の異物混入防止という観点から、さらに（ｃ）よりも（ａ）の構成が好ましい。また、これらの大気開放孔４０には、防塵用フィルターを設けることが好ましい。
さらに、冷却水タンク１２から流出し、大気開放孔４０を通って燃料電池発電装置内に排出される蒸気が、他の機器に悪影響を及ぼすのを防止するため、大気開放孔４０に至るまでに、蒸気中の水分が十分凝縮されることが好ましい。
そこで、本実施例では、冷却水タンク１２から大気開放孔４０までの配管距離を十分長くとることで、連通管３０へ流入した蒸気が放熱により冷却され、含まれる水分が十分凝縮されるようにしている。具体的には以下のように構成した。
【００１６】
燃料電池発電装置は、外気を取り入れてパッケージ内を常時換気しており、燃料電池発電装置の吸気の最高温度は約４０℃である。そこで、大気開放手段から排出されるガスの上限温度を、燃料電池発電装置の吸気の最高温度４０℃より１０℃高い５０℃とした。そして、パッケージ内の空気に接している配管外周の伝熱面積を調節して、吸気温度が４０℃の条件下で大気開放手段から排出されるガスの温度が５０℃以下になるように、冷却水タンク１２から大気開放手段のガス排出部位までの配管の長さを調節した。そして、冷却水タンク１２から連通管３０へ流入した蒸気が、５０℃以下になった後、大気開放手段から燃料電池発電装置内の空間へ排出されることとした。
これにより、冷却水タンク１２から連通管３０へと流入したガス中の水分を減少させた後、そのガスを大気開放手段から装置内へ排出することが可能となり、冷却水タンクの蒸気が周辺機器に悪影響を及ぼすことを防止できる。
本実施例の構成は上述のものに限定されず、例えば次のような変形例を採用することもできる。
排出管２７は、図１に示すように回収水の最高水位（オーバーフローライン）の高さで回収水タンク１９に接続される構成に代えて、図３に示すように回収水タンクの底部付近の回収水中に開口するよう接続し、回収水の最高水位の高さまで配管を引き上げて形成したオーバーフローライン部５０ａを有する排出管５０としてもよい。排出管５０には、回収水の水位がオーバーフローラインに達して排出管を通流して排水される際、サイフォン現象により水位がオーバーフローラインを下回った後も排水が続くことを防止するために、大気開放孔５１aを有する配管５１（以下、サイフォンブレーカーとも言う）がオーバーフローライン部５０ａに接続されている。
【００１７】
排出管５０の上方向に立ち上がる部位に透明な管を用いることにより、回収水タンク１９の水位を外部から容易に見られるという利点がある。  また、連通管３０の回収水タンク１９への接続形態も図１に記載のものに限られず、例えば、図４に示す変形例のように構成してもよい。図４に示す変形例では、大気開放用の配管４２が接続された連通管３２は、回収水タンク１９の側面から回収水中に開口するよう接続されている。さらに、図４に示すように、オーバーフローライン部５２aを有する排出管５２にサイフォンブレーカー５３を接続する構成としてもよい。
[実施例２]
次に、本発明の第２の実施例について図５または６を用いて説明する。尚、図１に示された構成と同じ構成については図示を省略する。
図５に示されるように、本実施例の燃料電池発電装置は、図３に示されたものと同様の排出管５０と、これに接続された大気開放手段（サイフォンブレーカー）４４とを備えている。そして、連通管３１が、大気開放手段（サイフォンブレーカー）４４に連結している点を特徴とする。
または、これに代えて、図６に示されるように、図４に示されたものと同様の排出管５２と、これに接続された大気開放手段（サイフォンブレーカー）４４とを備えた燃料電池発電装置において、連通管３３をサイフォンブレーカー５３に連結した構成としてもよい。
【００１８】
尚、連通管３３の回収水タンク１９側の端は、回収水の最低水位より下方で開口するよう構成されている。
本実施例の構成においては、冷却水タンク１２内の気相は、大気開放手段（サイフォンブレーカー）４４に設けられた大気開放孔を通じて大気開放され、大気圧に維持することができると共に、回収水タンク１９内の気相とは連通管３１，３３内に侵入している回収水により絶縁されており、回収水タンク１９内の気体が冷却水タンク１２中へ拡散して汚染される恐れがない。
一方、冷却水タンク１２から流出した冷却水は、回収水タンク１９内の水位が最高水位に達するまで回収水タンクへと流入し、回収水タンク１９内の水位が最高水位に達している場合は、排出管５０，５２を通流して装置外へと排水される。これにより、冷却水タンク１２の保有水位が上昇しても装置内に漏水することを防止できる。
尚、大気開放手段（サイフォンブレーカー）４４の大気開放孔には実施例１と同様、防塵フィルターを設けることができる。また、その配置位置も実施例１と同様に、排出される蒸気中の水分が十分凝縮される位置に設けることが好ましい。
[実施例３]
次に、本発明の第３の実施例について図７を参照して説明する。図１に示された構成と同じ構成については図示を省略する。
【００１９】
本実施例では、冷却水タンク１２から連通管３２へ流入した蒸気が大気開放孔４０に至るまでの間の配管を冷却する冷却手段３２ａを設けた点を特徴とする。
具体的には、連通管３２は、回収水タンクの回収水中を通った後、大気開放孔４０を有する大気開放手段４３と分岐して接続し、連通管３２の回収水タンク１９側の端が回収水タンク１９の最低水位より下で開口するように構成されている。冷却水タンク１２から連通管３０へ流入した蒸気は、回収水中に引きこまれた第２閉塞部位３２ａを通流中に回収水と熱交換することにより冷却される。凝縮した水は、第２閉塞部位３２ａに滞留し、冷却水タンクの気相と大気とを絶縁する。回収水タンク１９中の回収水の温度は、約１０℃から４０℃である。パッケージ内温度が高い場合には、連通管３０内を通流中の蒸気を連通管３０外壁から大気への放熱により冷却させる第１の実施例に比べ、第２閉塞部位３２ａで水と熱交換させる本実施例の方が冷却性能が高い。そして、パッケージ内の大気温度に比べて回収水の温度変化は小さいので、本実施例は安定した冷却性能が得られる。
従って、本実施例によれば、冷却水タンク１２から大気開放孔４０までの配管を第１の実施例よりも短くしても、パッケージ内温度が高温の場合にも冷却水タンク１２から排出される蒸気中の水分を大気開放孔４０に至る間に、十分に凝縮させてから排気することができる。そして、第２閉塞部位３２ａに滞留した水は、冷却水タンクの気相と大気とを絶縁できる。なお、閉塞水供給手段により第２閉塞部位に水を供給するとは、次のようなことである。すなわち、第２閉塞部位３２ａに水を滞留させるために、回収水ポンプ２４を作動させて回収水配管６０に備えた水処理装置２５で回収水を脱イオンした後、冷却水タンク１２に水を供給し、冷却水タンクをオーバーフローした水が第２閉塞部位３２ａに流入するようにすることもできる。
【００２０】
[実施例４]
本発明の第４の実施例について、図８に示す。図１に示された構成と同じ構成については図示を省略する。
第４の実施例も第３の実施例の同様に、冷却水タンク１２から連通管３０に流入した蒸気が大気開放手段４１の先端の大気開放孔４０から排出されるまでの間に通流する配管の少なくとも一部を冷却する機構を設けた点を特徴としている。
回収水タンク１９の回収水は、回収水配管６０の途中に備えた水処理装置２５で精製された後、冷却水タンク１２へ供給される。本実施例では、水処理装置２５と冷却水タンクとの間の回収水配管６０から分岐させた分岐回収水配管２９を流れる水と連通管３０中を流れる蒸気とを熱交換させる冷却手段２９aを備えた構成となっている。
これにより、分岐回収水配管２９を流れる回収水が連通管３０内を通流する蒸気を冷却して蒸気中の水分を凝縮させるので、大気開放孔４０から排出される蒸気量を十分に減少させることができる。
[実施例５]
次に、本発明の第５の実施例について、図９を用いて説明する。図１に示された構成と同じ構成については図示を省略する。
【００２１】
本実施例では、連通管３５の冷却水タンク側の端は、冷却水タンク１２の気相部の上面に接続されている。大気開放孔４０を有する大気開放用配管４５は、冷却水タンク１２の気相部の上面と直線的に接続されており、この直線部分から分岐した連通管３５の回収水タンク側の端は、回収水タンク１９の回収水中に挿入されている。
これにより、冷却水タンク１２は、大気開放されているので冷却水タンク１２内の気相は大気圧に維持される。また、冷却水タンク１２の水位異常により、冷却水タンク１２から冷却水が溢れる場合は、連通管３５を通流して回収水タンク１９へと流入するので、燃料電池発電装置内に漏水することはない。
尚、図９に示した連通管３５は、図１０に示す連通管３６のように、回収水タンク１９側の端を回収水タンク１９の最低水位より下の側壁部分に接続しても良い。
また、排出管２７に代えて、図３や図４に示す回収水の排出構造（排出管５０とサイフォンブレーカー５１、または排出管５２とサイフォンブレーカー５３）の何れを選択して組み合わせても良い。
[実施例６]
次に、本発明の第６の実施例について、図１１を用いて説明する。図１に示された構成と同じ構成については図示を省略する。
【００２２】
本実施例も、第５の実施例と同様に、冷却水タンク１２の気相部に、大気開放孔４０を有する大気開放用配管４５が接続されている。一方、連通管３０は、第１の実施例と同様、一方端が冷却水タンク１２の気相部に接続されると共に、他端が回収水タンクの回収水中に挿入されている。
これにより、冷却水タンク１２は、大気開放されているので冷却水タンク１２内の気相は大気圧に維持される。また、冷却水タンク１２の水位異常により、冷却水タンク１２から冷却水が溢れる場合は、冷却水が連通管３０を通流して回収水タンク１９へと流入するので、燃料電池発電装置内に漏水することはない。
尚、図１１に示した連通管３０は、図１２に示す連通管３２のように、回収水タンク１９側端を回収水タンク１９の側壁部分に接続し、回収水タンク中に開口するように構成しても良い。
また、排出管２７に代えて、図３や図４に示す回収水の排出構造（排出管５０とサイフォンブレーカー５１、または排出管５２とサイフォンブレーカー５３）の何れを選択して組み合わせても良い。
[実施例７]
次に、本発明の第７の実施例について、図１３を用いて説明する。図１に示された構成と同じ構成については図示を省略する。
【００２３】
本実施例の特徴点は、連通管３７が冷却水タンク１２の液相と回収水タンクの液相とを連通している点である。連通管３７は、冷却水タンク１２の最高水位（冷却水をオーバーフローさせる水位）に等しい高さまで引き上げられた冷却水オーバーフローライン部３７aを有し、また冷却水タンク１２の最高水位より低い位置に形成された第２閉塞部位３７ｂを有する。また連通管３７上には、大気開放孔４０を有する大気開放手段４１が接続されている。第２閉塞部位３７ｂには、冷却水タンク１２をオーバーフローした水が滞留する。閉塞水供給手段により第２閉塞部位に水を供給するとは、次のようなことである。すなわち、第２閉塞部位３７ｂに水が無い場合は、第２閉塞部位３７ｂに水を滞留させるために、回収水ポンプ２４を作動させて回収水配管６０に備えた水処理装置２５で回収水を脱イオンした後、冷却水タンク１２に水を供給し、冷却水タンク１２をオーバーフローした水を第２閉塞部位３７ｂに流入させることもできる。
これにより、常時は冷却水タンク１２内の気相は、連通管３７内の第２閉塞部位３７ｂに浸入している冷却水により大気開放孔４０との間が遮断されているので、冷却水タンク１２内の蒸気がパッケージ内に排出されることがなく、蒸気による他の機器への悪影響が防止できる。
【００２４】
また、冷却水タンク内の冷却水水位が、異常により冷却水オーバーフローライン部３７aの高さまで上昇した場合は、冷却水は連通管３７に流入して回収水タンク１９に回収される。
一方、温度上昇や異常により冷却水タンク１２内の気相の圧力が上昇し、冷却水タンク内のガスが第２閉塞部位３７ｂの底の高さまで冷却水面を押し下げた場合は、連通管３７へ流入するガスは、配管４１の大気開放孔４０を通じて大気開放される。
従って、異常等により冷却水タンク１２内の圧力が高圧となった場合は、冷却水タンク１２内の気相と大気開放孔４０とが連通するので、それ以上に高圧になることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施例に係る燃料電池発電装置
【図２】本発明の第１の実施例に係る燃料電池発電装置の連通管の変形例
【図３】本発明の第１の実施例に係る燃料電池発電装置の排出管の変形例
【図４】本発明の第１の実施例に係る燃料電池発電装置の連通管および排出管の変例
【図５】本発明の第２の実施例に係る燃料電池発電装置の連通管および排出管
【図６】本発明の第２の実施例に係る燃料電池発電装置の連通管および排出管の変例
【図７】本発明の第３の実施例に係る燃料電池発電装置の連通管の配管構成図
【図８】本発明の第４の実施例に係る燃料電池発電装置の連通管の配管構成図
【図９】本発明の第５の実施例に係る燃料電池発電装置の連通管の配管構成図
【図１０】本発明の第５の実施例に係る燃料電池発電装置の連通管の変形例
【図１１】本発明の第６の実施例に係る燃料電池発電装置の連通管の配管構成図
【図１２】本発明の第６の実施例に係る燃料電池発電装置の連通管の変形例
【図１３】本発明の第７の実施例に係る燃料電池発電装置の連通管の配管構成図
【図１４】従来の固体高分子形燃料電池発電装置
【符号の説明】
【００２６】
１…燃料電池本体
１ａ…燃料極
１ｂ…酸化剤極
１ｃ…電解質
１ｄ・・・冷却板冷却水流路
２…脱硫器
３…改質器
４…ＣＯ変成器
５…ＣＯ除去器
６…反応空気ブロワ
７…燃焼器
８…燃焼空気ブロワ
９…起動用燃料ライン
１１…燃料予熱器
１２…冷却水タンク
１３…冷却水ポンプ
１４…冷却水路
１５…排熱回収器
１６…改質用水ポンプ
１７…排熱回収系
１７ａ・・・温水ポンプ
１８…燃焼排ガスライン
１９…回収水タンク
２１…排気部
２４…回収水ポンプ
２５…水処理装置
２６…補給水弁
２７，５０，５２…排出管
２９…分岐回収水配管
２９ａ…冷却手段（または水冷式冷却手段）
３０，３１，３２，３３，３５，３６，３７…連通管
３０ａ…第１閉塞部位
３０ｂ…大気開放部位
３２ａ，３７ｂ…第２閉塞部位
３７ａ…冷却水オーバーフローライン部
４０…大気開放孔
４１，４２，４３，４５…大気開放手段
４４…大気開放手段（サイフォンブレーカー）
５１,５３…サイフォンブレーカー
６０…回収水配管
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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