(57)【要約】    【課題】排気口から侵入した塵埃、異物の回収水中への混入が効果的に防止され、長期にわたり安定した運用が可能となる燃料電池発電装置を得る。    【解決手段】燃料電池本体、改質装置、電池冷却水供給装置、オフガス及び燃焼排ガスから生成水を回収する生成水回収装置を備えた燃料電池発電装置において、上記の生成水回収装置を、上部に排気口を有する排気塔２２とその下部に連結された回収水タンク２１から構成し、かつ、この生成水回収装置のオフガス配管接続部及び燃焼排ガス配管接続部より下方に、排気口から侵入する塵埃、異物を捕捉する略円筒状のフィルター２３を着脱可能に配設する。【選択図】          図１
2008176999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス及び反応空気を導入して電気化学反応により発電を行う燃料電池本体、原燃料を燃料ガスに改質する改質装置、燃料電池本体に冷却水を循環供給する電池冷却水供給装置、燃料電池本体のオフガス及び改質装置の燃焼排ガスから反応生成水及び燃焼生成水を回収する生成水回収装置を備えた燃料電池発電装置において、
前記生成水回収装置が上部に排気口を有する排気塔とその下部に連結された回収水タンクとからなり、該生成水回収装置のオフガス配管接続部及び燃焼排ガス配管接続部より下方に、排気口から侵入する異物を捕捉するフィルターが着脱可能に配設されていることを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記フィルターが、前記回収水タンクと前記排気塔との連結部より着脱可能に配設され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】
前記フィルターが筒状形状に形成され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】
本発明は燃料電池発電装置、特に、頻繁に起動停止が行われる燃料電池発電装置の排気口から侵入する塵埃、異物の電池冷却水系への混入を防止する構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
クリーンな発電装置として広く普及することが期待されている燃料電池発電装置は、燃料ガス及び反応空気を導入して電気化学反応により発電を行う燃料電池本体、原燃料を高水素濃度の燃料ガスに改質する改質装置、燃料電池本体に冷却水を循環供給する電池冷却水供給装置、燃料電池本体からのオフガスや改質装置からの燃焼排ガスを排出する排気塔、これらの排出ガスに含まれる反応生成水及び燃焼生成水を回収する回収水タンク等によって構成されている。この燃料電池発電装置は、屋外に設置される場合が多く、装置内部への塵埃、異物の侵入による不具合の発生を防止するために、防塵構造に構成されるのが通例である。また、一般家庭など、昼間に比べて夜間の電力需要が著しく低下するサイトに設置される燃料電池発電装置は、経済的に運用するために、適宜、運転停止状態に保持される。
【０００３】
上記の排気塔の排気口は、燃料電池本体からの反応生成水を含んだオフガスや、燃焼生成水を含んだ改質器バーナーからの燃焼排ガスを外気中へ円滑に排出する必要があり、面積の大きな開口部により外気と接するように形成されている。このため、外気中の塵埃、異物がこの開口部を介して排気塔の内部、さらには回収水タンクの内部へと侵入する恐れがある。特に発電装置の運転停止時には、排出ガスの流出がないがために塵埃、異物の侵入の危険性が高まり、侵入した塵埃、異物により回収水タンク中の回収水を送出するポンプが閉塞する等の異常事態が生じて、発電装置の長期安定運転が妨げられる恐れがある。
【０００４】
このような塵埃、異物の侵入に因る異常事態の発生を防止する方法として、例えば、排気口に微細な塵埃防止用フィルターを設置する方法が考えられるが、この方法を採ると、発電装置運転時に排出されるオフガスや燃焼排ガス中の水蒸気がこのフィルターに結露して付着するので、排気ガス系の圧力損失が過大となり、所要補機動力が増大して発電装置の安定運用が妨げられることとなる。
【０００５】
上記のごとき排気口へのフィルターの設置による塵埃、異物の侵入防止法の難点を解決するものとしては、回収水タンクの内部を平板状のフィルター材によって完全に２室に分割し、取り込んだ回収水をこのフィルター材を通過させたのち次段の水処理装置に送ることによって塵埃等を除去するように構成したもの（例えば、特許文献１を参照）や、タンクの内部に貯えられた回収水に接触しない領域に平板状のフィルターを設置し、このフィルターを通過して不純物が除去された凝縮水のみを貯えるように構成したもの（例えば、特許文献２を参照）等がある。
【特許文献１】特開平９−19678号公報
【特許文献２】特開2004―66179号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のごとく、特許文献１に開示されているような構成、あるいは特許文献２に開示されているような構成とすれば、排気口を通して侵入する塵埃、異物をフィルター部分で除去でき、かつ、排気ガス中の水蒸気のフィルターへの結露もないので排気ガス系の圧力損失が増大して発電装置の安定運用が妨げられることもない。しかしながら、このように構成した燃料電池発電装置においても、なお、以下のごとき問題点がある。
【０００７】
すなわち、これらの装置の構成においては、いずれの装置も、回収水タンクの内部に平板状のフィルターを配置して塵埃、異物を除去して装置の安定運用を図っているが、運用時間が長くなるにしたがってフィルター部に付着、堆積する塵埃、異物が増大し、装置の安定運用が阻害されることとなるので、所定の運用時間に達すると、発電装置の運転を停止して回収水タンクを分解し、内部に組み込まれた平板状のフィルターを取り出し、洗浄して再度組み込むことが必要となる。このため、装置のメンテナンスに相応の時間を要するので効率的な運用が損なわれるという問題点がある。また、特許文献１、あるいは特許文献２に開示されている構成においては、排出ガスの必要処理量に対応した表面積を持つフィルターを設置する必要があるが、本構成では平板状のフィルターを組み込むこととしているため、排出ガスの必要処理量が増大するとフィルターの所要表面積が増大し、これに対応して回収水タンクの断面積も大きくなり、装置が大型化するという難点がある。
【０００８】
本発明は、上記のごとき従来の装置の技術的問題点を考慮してなされたもので、本発明の目的は、頻繁に起動停止が行われる燃料電池発電装置において、オフガスや燃焼排ガスを排出する排気塔の排気口から侵入した塵埃、異物の回収水中への混入がメンテナンスの容易なフィルターによって効果的に防止され、長期にわたり安定した運用が可能となる燃料電池発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明においては、
燃料ガス及び反応空気を導入して電気化学反応により発電を行う燃料電池本体、原燃料を燃料ガスに改質する改質装置、燃料電池本体に冷却水を循環供給する電池冷却水供給装置、燃料電池本体のオフガス及び改質装置の燃焼排ガスから反応生成水及び燃焼生成水を回収する生成水回収装置を備えた燃料電池発電装置において、
（１）上記の生成水回収装置を、上部に排気口を有する排気塔とその下部に連結された回収水タンクとから構成し、かつ、この生成水回収装置のオフガス配管接続部及び燃焼排ガス配管接続部より下方に、排気口から侵入する塵埃、異物を捕捉するフィルターを着脱可能に配設することとする。
【００１０】
（２）また、上記の（１）において、上記のフィルターを、回収水タンクと排気塔との連結部で着脱できるように配設することとする。
（３）また、上記の（１）または（２）において、上記のフィルターを筒状形状に形成することとする。
【発明の効果】
【００１１】
燃料電池本体、改質装置、電池冷却水供給装置、生成水回収装置を備えた燃料電池発電装置において、上記の（１）のごとく、排気塔とその下部に連結された回収水タンクとからなる生成水回収装置のオフガス配管接続部及び燃焼排ガス配管接続部より下方に、排気口から侵入する塵埃、異物を捕捉するフィルターを配設することとすれば、フィルターは、排気塔内部、あるいは回収水タンク内部の、排出されるオフガスおよび燃焼排ガスの流れの下側に位置する部分に配置されるので、フィルターが大量の排出ガスに曝されることがない。したがって、排出ガスの流量が多い装置にあっても、大型化しなくとも排出ガスによる圧力損失の増大を回避することができる。また、フィルターを着脱可能に配設することにより、フィルターに付着した塵埃、異物の除去、ならびにフィルターの洗浄が容易となるので、保守作業に費やす時間が短くなり、効率的に燃料電池発電装置を運用することができる。
【００１２】
また、さらに上記の（２）のごとく、回収水タンクと排気塔との連結部よりフィルターを着脱できる構成にすれば、従来例のように回収水タンク自体、あるいは排気塔自体を分解しなくともフィルターを着脱できるので、着脱が極めて容易となり、燃料電池発電装置の効率的運用に特に有効である。
また、さらに上記の（３）のごとく、フィルターを筒状形状に形成することとすれば、回収水タンクあるいは排気塔の水平断面積が小さくとも、十分な表面積を持ったフィルターを組み込むことができるので、燃料電池発電装置のコンパクト化に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の燃料電池発電装置の最良の実施形態は、
燃料電池本体、改質装置、電池冷却水供給装置、生成水回収装置を備えた燃料電池発電装置において、排気塔とその下部に連結された回収水タンクとからなる生成水回収装置のオフガス配管接続部及び燃焼排ガス配管接続部より下方に、排気口から侵入する塵埃、異物を捕捉するフィルターを着脱可能に配設した形態にある。本形態において、さらに、フィルターを例えば筒型形状のフィルターとし、例えば回収水タンクと排気塔との連結部より着脱可能に配設すれば、より好適である。
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明の燃料電池発電装置の実施例のシステム構成を示すフロー図である。本図に示した燃料電池発電装置３０において、１が、燃料ガス及び反応空気を導入して電気化学反応により発電を行う燃料電池本体である。外部より導入された原燃料は、改質装置を構成する脱硫器２、改質器３、変成器４、ＣＯ除去器５へと順次導かれ、水素濃度が高く、ＣＯ濃度が極めて低い燃料ガスへと改質されて、燃料電池本体１の燃料極へと送られる。起動時には、原燃料の一部が改質器３のバーナーへと送られ、燃焼空気ブロワ７で取り込まれた燃焼空気との反応により燃焼されて改質器３が加熱される。定常運転に入ると、原燃料に代わって燃料予熱器８で加温された燃料極オフガスがバーナーへと送られて、改質器３が加熱される。バーナーより排出された燃焼排ガスは、上記の燃料予熱器８で冷却され、さらに排熱回収器１０で冷却されたのち、排気塔２２へと送られる。燃料電池本体１のもう一方の極である空気極には、反応空気ブロワ９によって取り込まれた反応空気が送られる。燃料電池本体１で電気化学反応に寄与したのち排出されたオフガスは、前記の排熱回収器１０へと送られて冷却されたのち、排気塔２２へと送られる。なお、排熱回収器１０には、これらの高温の燃焼排ガスやオフガスの他に、燃料電池本体１を冷却して排出された電池冷却水が通流されており、冷水ポンプ１１により導入された冷水をこれらの高温の流体と熱交換させて温水を得ることにより、排熱を回収している。また、図において、１２は、燃料電池本体１を冷却する電池冷却水を貯留する電池冷却水タンクであり、この電池冷却水タンク１２に貯留された水を電池冷却水ポンプ１３によって循環させることにより燃料電池本体１が冷却され、運転温度に保持されている。また、オフガスに含まれる反応生成水ならびに燃焼排ガスに含まれる燃焼生成水を回収する生成水回収装置は、上部に排気口を備えた排気塔２２、その下部に連結された回収水タンク２１、それらの内部に配設されたフィルター２３より構成されている。回収水タンク２１に回収された生成水は、回収水ポンプ１６により水処理装置１４へと送られて純化され、そののち電池冷却水タンク１２へ送られて電池冷却水として利用される。
【００１５】
本発明の燃料電池発電装置の実施例の特徴は上記の生成水回収装置の構成にある。すなわち、本実施例の生成水回収装置の第１の特徴は、排気口から侵入する塵埃、異物を捕捉するフィルターが、排気塔２２のオフガス配管接続部及び燃焼排ガス配管接続部より下方に設置されていることにあり、第２の特徴は、このフィルターが着脱可能、特に排気塔２２と回収水タンク２１との連結部で着脱可能に装着されていることにある。また、本実施例の生成水回収装置の第３の特徴は、用いられているこのフィルターが略円筒状に形成されている点にある。図２は、本実施例の生成水回収装置の基本構成を示す分解斜視図である。図に見られるように、上部に排気口２２ａを備えた排気塔２２の下端の開口部と回収水タンク２１の上端に設けられた開口部とをフランジにより連結して一体化されており、この連結部に略円筒状に形成されたフィルター２３が装着されている。本実施例で装着されているフィルター２３は、２００メッシュのステンレス金網よりなり、開口部直径５０ｍｍ、高さ１００ｍｍのコップ形に成形されている。このコップ形のフィルター２３は、回収水タンク２１の開口部から内部に挿入したのち、排気塔２２と回収水タンク２１とを連結することによって、装着、固定されるので、従来のように、排気塔２２や回収水タンク２１そのものを分解する必要がなく、極めて容易に着脱できる。また、このフィルター２３は略円筒状のコップ形に形成されているので、底部の水平面のみならず、広い面積を有する筒部分が濾過作用に寄与するので、小型で効率的に運用される。
【００１６】
なお、本実施例の燃料電池発電装置の生成水回収装置ではフィルター２３を回収水タンク２１の内部に組み込むこととしているが、組み込む場所は回収水タンク２１の内部に限定されるものではなく、排気塔２２のオフガス配管接続部及び燃焼排ガス配管接続部より下方であればよい。したがって、オフガス配管接続部及び燃焼排ガス配管接続部より下方であれば、排気塔２２の内部でもよく、排気塔２２の内部と回収水タンク２１の内部にまたがって組み込まれてもよい。また、本実施例のフィルター２３にはステンレス金網製のフィルターが用いられているが、ステンレス金網製フィルターに替えて樹脂製フィルターを用いてもよい。また、本実施例のフィルター２３は、着脱が容易となるように、上部に比べて下部の径が若干小さくなったコップ形の形状としているが、有底の円筒状や、円錐形状であってもよく、水平断面形状が角形のものであってもよい。
【００１７】
また、本実施例の燃料電池発電装置の生成水回収装置には備えられていないが、装置の据付け条件によっては、枯葉などの大型の異物の侵入を防ぐために排気口２２ａに目の粗いネット、例えば１■２ｍｍの開口をそなえた異物侵入防止ネットが装着される。この程度の開口であれば、排出ガスの圧力損失の増大は問題とならない。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
以上に述べたように、燃料電池発電装置を本発明の請求項１のごとく構成すれば、排出ガスの流量が多い装置にあっても圧力損失の増大を回避することができ、また、フィルターを着脱可能にしたことにより、フィルターに付着した塵埃、異物の除去や洗浄が容易となり、効率的に燃料電池発電装置を運用でき、また、さらに請求項２のごとくとすれば、フィルターの着脱が極めて容易となって燃料電池発電装置の効率的運用が進み、さらに請求項３のごとくとすれば、十分な表面積を持ったフィルターを組み込むことができ、装置のコンパクト化に有効であるので、各種の燃料電池発電装置、特に、頻繁に起動停止が行われる燃料電池発電装置に広く適用される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の燃料電池発電装置の実施例のシステム構成を示すフロー図
【図２】図１の実施例の生成水回収装置の基本構成を示す分解斜視図
【符号の説明】
【００２０】
１    燃料電池本体
２    脱硫器
３    改質器
４    変成器
５    ＣＯ除去器
８    燃料予熱器
１０    排熱回収器
１２    電池冷却水タンク
１４    水処理装置
１６    回収水ポンプ
２１    回収水タンク
２２    排気塔
２２ａ    排気口
２３    フィルター
３０    燃料電池発電装置
【図１】
2008176999.tif 000003
【図２】
2008176999.tif 000004