(57)【要約】    【課題】オフガスに含まれるリン酸蒸気やミストから生じる液状のリン酸の蓄積による排出系の配管や機器の腐食、損傷を防止する。    【解決手段】リン酸を電解質とする燃料電池スタック１からのオフガスを排出する排出配管２に、オフガスに含まれるリン酸蒸気やリン酸ミスト、リン酸化合物をトラップして清浄化するリン酸除去手段３を連結するリン酸型燃料電池発電装置において、排出配管２と上記のリン酸除去手段３の入口配管５とを、オフガスが鉛直方向に流通する配管接続部８Ａを介して連結する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リン酸を電解質とする燃料電池スタックからオフガスを排出する排出配管に、オフガスに含まれるリン酸蒸気やリン酸ミスト、リン酸化合物をトラップして清浄化するリン酸除去手段を連結したリン酸型燃料電池発電装置において、前記排出配管と前記リン酸除去手段の入口配管との接続部の配管を鉛直方向に配置して連結されていることを特徴とするリン酸型燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記燃料電池スタックからオフガスを排出する前記排出配管に、オフガスを冷却する冷却手段が備えられていることを特徴とする請求項１に記載のリン酸型燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リン酸を電解質とする燃料電池発電装置、特に、その燃料電池スタックから排出されるオフガスを流通させる配管系の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電装置は、燃料のもつ化学エネルギーを、機械エネルギーや熱エネルギーを介さずに直接電気エネルギーに変換できる高効率の発電装置である。燃料電池は使用する電解質の種類によって区分され、リン酸型燃料電池ではリン酸が電解質として使用される。このリン酸型燃料電池においては、反応ガス、すなわち燃料極に供給する燃料ガスや空気極に供給する酸化剤ガスが電池内部を通過する際、ある程度のリン酸がこれらのガス中に飛散するので、燃料電池スタックから排出されるオフガスにはリン酸蒸気やミストが含まれることとなる。このため、オフガスが流れる排出配管の下流側に組み込まれる機器や配管は、これらのリン酸蒸気やミストに晒され、腐食を生じる危険性があるので、これを回避するために、燃料電池スタックの排出配管には、通常、リン酸を捕集し、除去するためのリン酸除去手段が組み込まれる。（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３を参照のこと）
図５は、排出配管にリン酸除去手段を組み込んだリン酸型燃料電池発電装置の従来例を示すフロー図で、燃料極の排出配管系を例示したものである。図中、１は燃料電池スタック、２は燃料極のオフガスを導く排出配管、３はリン酸除去手段、４はリン酸除去手段３に収納されたフィルタ、７は、燃料極のオフガスが加熱燃焼用として導かれる燃料改質装置である。本構成においては、燃料電池スタック１の燃料極から排出配管２、入口配管５を通してリン酸除去手段３に導かれたオフガスが金属メッシュからなるフィルタ４に接触することによって、ガス中に含まれるリン酸蒸気よりリン酸化合物が生成して捕集される。これにより、リン酸除去手段３の下流へのリン酸蒸気、ミストの流入が防止される。
【特許文献１】特開平6―188015号公報
【特許文献２】特開平9―55220号公報
【特許文献３】特開2000―77087号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述のように、従来のリン酸型燃料電池発電装置では、燃料電池スタックから排出されるオフガスが流れる排出配管にリン酸除去手段を組み込み、オフガスに含まれるリン酸蒸気、ミストを捕集、除去して下流側に組み込まれる機器の腐食を回避している。しかしながら、従来のリン酸型燃料電池発電装置では、図５に図示したように、燃料電池スタック１からの排出配管２と上記リン酸除去手段３の入口配管５が水平方向に伸びる配管接続部８により連結されているのが一般的であり、このため、以下のごとき不具合を生じる危険性があった。
【０００４】
すなわち、この配管接続部８は、図６に例示したように、排出配管２に接続したフランジ２ａと入口配管５に接続したフランジ５ａとをガスケット９を介して気密に接続して構成されているが、排出配管２、フランジ２ａ、ガスケット９、フランジ５ａ、入口配管５等の内のりは必ずしも同一寸法とはならず、図に例示したように寸法差によるポケット１０が生じることとなる。このため、排出配管２と入口配管５を水平方向に連結した配管接続部８の場合には、ポケット１０が液状のリン酸の溜まり場となり、長時間運転を継続すると溜まったリン酸による腐食が進行して、穴明き等を生じる危険性がある。
【０００５】
本発明は、上記のごとき従来技術の問題点を考慮してなされたもので、本発明の解決すべき課題は、燃料電池スタックの排出配管にリン酸除去手段を連結して、オフガスに含まれるリン酸を捕集し、除去するよう構成されたリン酸型燃料電池発電装置で、特に、液状のリン酸の蓄積によって生じる配管や機器の腐食による損傷の恐れのないリン酸型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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明においては、
（１）リン酸を電解質とする燃料電池スタックからのオフガスを排出する排出配管に、オフガスに含まれるリン酸蒸気やリン酸ミスト、リン酸化合物をトラップして清浄化するリン酸除去手段を連結したリン酸型燃料電池発電装置において、上記の排出配管と、オフガスを導入する上記のリン酸除去手段の入口配管との接続部の配管を鉛直方向に配置して連結することとする。
【０００７】
（２）また、上記（１）のリン酸型燃料電池発電装置において、オフガスを上記の燃料電池スタックから排出する排出配管に、オフガスを冷却する冷却手段を備えることとする。
【発明の効果】
【０００８】
上記（１）のように、上記の排出配管とリン酸除去手段の入口配管を、鉛直方向に配管接続すれば、配管接続部に配管やフランジ、あるいはガスケットの内のりの寸法差に起因するポケットが形成されることとなっても、ガスの流れは略垂直方向となり、ポケットは棚状に配置されることとなるので、このポケットが液状のリン酸の溜まり場となる恐れがなくなり、長時間運転を継続しても腐食により多大な損傷を生じることはない。
【０００９】
また、上記の（２）のように、オフガスを燃料電池スタックから排出する排出配管に、オフガスを冷却する冷却手段を備えることとすれば、冷却されることによって、オフガスに含まれるリン酸蒸気、ミストが液化され、捕集器を組み込むことによって捕集される。従来の構成ではオフガスが配管接続部を水平に流れていたので、ポケット状の部分に液状のリン酸が溜まる恐れがあり、リン酸除去手段の前段でオフガスを冷却するのは危険であったが、オフガスが配管接続部を略垂直方向に流れる本発明の構成ではリン酸の滞留の恐れがなく、腐食を生じることなくリン酸蒸気、ミストを安全に捕集、除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明のリン酸型燃料電池発電装置の最良の実施形態は、リン酸を電解質とする燃料電池スタックからのオフガスを排出する配管に、オフガスに含まれるリン酸蒸気やリン酸ミスト、リン酸化合物をトラップして清浄化するリン酸除去手段を連結したリン酸型燃料電池発電装置において、オフガスを排出する配管と上記のリン酸除去手段の入口配管を、オフガスが下方から上方へと略垂直方向に流通する配管接続部を介して連結して構成した実施形態にある。
【００１１】
また、上記の形態において、オフガスを上記の燃料電池スタックから排出する排出配管に、さらに、オフガスを冷却する冷却手段を備えることとすれば、オフガスに含まれるリン酸蒸気、ミストの冷却、液化が一段と効果的に促進されるので、腐食を生じることなくリン酸蒸気、ミストを安全に捕集、除去できるリン酸型燃料電池発電装置としてより好適である。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明のリン酸型燃料電池発電装置の第１の実施例の構成を示すフロー図で、燃料極から排出されるオフガスの系統を示すものである。本図は、従来例として示した図５に対比して図示されており、重複する説明は省略するために、同一機能を備えた構成要素には同一符号が付されている。図１の構成と図５の構成との相違点は、燃料電池スタック１からの排出配管２とリン酸除去手段３の入口配管５との連結方法にあり、図５の従来例ではポリテトラフルオロエチレン製の排出配管２と入口配管５とが水平方向に伸びる配管接続部８により連結されていたのに対して、図１の第１の実施例では、排出配管２と入口配管５とが垂直方向に伸びる配管接続部８Ａにより連結されている。
【００１３】
この実施例のように連結すれば、配管接続部８Ａは図２に示したごとくオフガスが上方へと垂直方向に流れるように配置されているので、二つの配管２，５やフランジ２ａ，５ａ、あるいはガスケット９の内のりの寸法差に起因するポケット１０Ａが形成されることとなっても、ガスの流れは略垂直方向となり、ポケット１０Ａは棚状に配置されることとなるので、このポケット１０Ａが液状のリン酸の溜まり場となる恐れはなく、長時間運転しても腐食により多大な損傷を生じることはない。  
【実施例２】
【００１４】
図３は、本発明のリン酸型燃料電池発電装置の第２の実施例の構成を示すフロー図である。第２の実施例の構成の特徴は、第１の実施例のリン酸型燃料電池発電装置の排出配管２に、さらにオフガスを冷却する冷却手段１１とドレンポット１２を組み込んだ点にある。冷却手段１１は、図４に断面を示したように、ポリテトラフルオロエチレン製の排出配管２の外周にらせん状に冷却水配管１３を巻回して構成されており、冷却水配管１３に冷却水を流通させることによって排出配管２に流れるオフガスが冷却され、オフガス中に含まれるリン酸蒸気、ミストが冷却、液化される。液化されたリン酸は、冷却手段１１の下流側に設けられたドレンポット１２へと捕集される。仮に液化されたリン酸がドレンポット１２へ捕集されないで、さらに下流側へと流れても、配管接続部８Ａは第１の実施例のごとくオフガスが上方へと垂直方向に流れるように配置されているので、仮にポケットが存在しても液状のリン酸の溜まり場となる恐れはなく、腐食等の損傷を生じることなく、長時間安定して運転することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
以上述べたように、リン酸型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、配管接続部に、配管やフランジ、ガスケット等の寸法差に起因するポケットが形成されることとなっても、ポケットは棚状に配置されることとなるので、このポケットが液状のリン酸の溜まり場となる恐れがなくなり、長時間運転を継続しても腐食による損傷は回避される。したがって、本発明の請求項１のごとき構成は、各種のリン酸型燃料電池発電装置に広く適用される。
【００１６】
また、本発明の請求項２のごとく構成すれば、燃料電池スタックから排出されるオフガスに含まれるリン酸蒸気、ミストが容易に液化され、安全に捕集、除去されるので、オフガスが流れる配管や機器のリン酸による腐食がより効果的に回避される。したがって、本発明の請求項２のごとき構成は、各種のリン酸型燃料電池発電装置に好適であり、広く適用される構成である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のリン酸型燃料電池発電装置の第１の実施例の構成を示すフロー図
【図２】第１の実施例に組み込まれた配管接続部８Ａの断面図
【図３】本発明のリン酸型燃料電池発電装置の第２の実施例の構成を示すフロー図
【図４】第２の実施例に組み込まれた冷却手段１１の断面図
【図５】リン酸型燃料電池発電装置の従来例を示すフロー図
【図６】図５の従来のリン酸型燃料電池発電装置に組み込まれた配管接続部８の断面図
【符号の説明】
【００１８】
１    燃料電池スタック
２    排出配管
３    リン酸除去手段
４    フィルタ
５    入口配管（リン酸除去手段）
７    燃料改質装置
８Ａ    配管接続部
９    ガスケット
１０Ａ    ポケット
１１    冷却手段
１２    ドレンポット
１３    冷却水配管
【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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