(57)【要約】【課題】循環再利用するガスに含まれる固体の不純物を効率よく除去・回収することができる燃料電池発電システムを提供することにある。【解決手段】加湿された水素ガスを燃料電池スタックの燃料極側へ供給する一方、加湿された酸素ガスを燃料電池スタックの酸化極側へ供給すると共に、燃料電池スタックから排出された水素ガスを前記加湿された水素ガスと共に燃料電池スタックの燃料極側へ供給して循環流通する一方、燃料電池スタックから排出された酸素ガスを前記加湿された酸素ガスと共に燃料電池スタックの酸化極側へ供給して循環流通する燃料電池発電システムであって、水素ガスが循環流通する経路の途中に、前記ガスに混入された固体の不純物５と当該ガスをそれらの比重差を利用して固気分離して固体の不純物５のみを回収する不純物回収機構１０を設けるようにした。【選択図】図１
2012169053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極と酸化極とで電解質を挟んだセルを複数積層した燃料電池本体と、
水素ガスを前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側へ供給する水素ガス供給手段と、
酸素ガスを含有する酸化ガスを前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ供給する酸化ガス供給手段と、
前記水素ガスを加湿水により加湿する水素ガス加湿手段と、
前記酸化ガスを加湿水により加湿する酸化ガス加湿手段と、
前記燃料電池本体から排出された前記水素ガスを前記水素ガス供給手段からの前記水素ガスと共に当該燃料電池本体に供給する水素ガス循環流通手段と、
前記燃料電池本体から排出された前記酸化ガスを前記酸化ガス供給手段からの前記酸化ガスと共に当該燃料電池本体に供給する酸化ガス循環流通手段とを具備する燃料電池発電システムであって、
前記水素ガス循環流通手段および前記酸素ガス循環流通手段の少なくとも一方の途中に、前記ガスに混入された固体の不純物と当該ガスをそれらの比重差を利用して固気分離して固体の不純物のみを回収する不純物回収手段を設けた
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載された燃料電池発電システムにおいて、
前記不純物回収手段は、前記循環流通手段に設けられる循環ブロアのガス送出口の直径よりも大きい直径をなす大径部を有す第１の配管と、前記第１の配管の前記大径部近傍に設けられ、取り外し可能な容器とを備える
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項３】
請求項１に記載された燃料電池発電システムにおいて、
前記不純物回収手段は、前記循環流通手段に設けられる循環ブロアのガス送出口の直径よりも大きい直径をなす大径部を有し、横方向へ延在する第１の配管と、前記第１の配管に連通して設けられ、上下方向へ延在する第２の配管と、前記第２の配管の下端部に連通して設けられ、取り外し可能な容器とを備える
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項４】
請求項３に記載された燃料電池発電システムにおいて、
前記不純物回収手段は、前記第２の配管の内壁部に設けられた突起部を備える
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４の何れか１項に記載された燃料電池発電システムにおいて、
前記不純物回収手段は、前記第１の配管または前記第２の配管に設けられた窓部を備える
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載された燃料電池発電システムにおいて、
前記不純物回収手段は、前記配管に振動を付与する加振器をさらに備える
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項７】
請求項１に記載された燃料電池発電システムにおいて、
前記不純物回収手段は、前記循環流通手段に設けられる循環ブロアのガス送出口に連通して設けられ、上下方向に延在する有頂筒部と、前記筒部の頂部に連通して設けられ当該筒部の直径よりも小径をなす小径配管と、前記筒部の下端部に連通して設けられ、取り外し可能な容器とを備える
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載された燃料電池発電システムにおいて、
前記不純物回収手段が並列に設けられ、当該不純物回収手段の上流側および下流側のそれぞれに開閉バルブが設けられる
ことを特徴とする燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電システムは、燃料極と酸化極で挟んだセルを複数積層した燃料電池スタックを備えている。燃料極へ水素ガスを含有する燃料ガスを供給すると共に、酸化極へ酸素ガスを含有する酸化ガスを供給することにより、水素ガスと酸素ガスがセルで電気化学的に反応して、水を生成すると共に、電力を発生するようになっている。
【０００３】
上述の燃料電池発電システムにおいて、燃料電池スタックにて上述の電気化学的な反応に寄与することなく当該燃料電池スタックから排出された水素ガスや酸素ガスを有効に利用するように、燃料ガス供給源からの燃料ガスや酸化ガス供給源からの酸化ガスと共に、燃料電池スタックから排出された上記ガスを燃料電池スタックに再び供給して循環再利用することが行われる構成になっている場合がある。
【０００４】
ところで、燃料極へ供給する燃料ガスおよび酸化極へ供給する酸化ガスには加湿水により加湿が行われている。加湿水にはシリカが混入しておりイオン交換樹脂などの前処理によってシリカの濃度が低減されるものの、加湿水には僅かながら、例えば１０ｐｐｍ程度のシリカが混入している。燃料電池スタックを構成するセパレータには、製造時に付着したカーボンを取りきれずに付着している場合がある。さらに、燃料ガスおよび酸化ガスを送給する配管などから金属粉が生じる場合がある。そのため、上述のように燃料ガスおよび酸化ガスを循環再利用すると、上述の固体の不純物（シリカ、カーボン、金属粉など）の濃度が次第に高くなり、発電能力の低下を招くようになってしまう。
【０００５】
このため、例えば、下記特許文献１等には、燃料電池の燃料極へ燃料ガスを供給する燃料供給ラインに不純物除去装置を設けると共に、不純物除去装置と燃料電池との間に不純物濃度センサを設け、このセンサにより測定された燃料中の不純物濃度に応じて、不純物除去装置の上流側に設置される燃料流量調節弁を制御するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−８７４７９号公報（例えば、第３頁右上欄第２行〜左下欄第９行、同頁左下欄第１４行〜第４頁左上欄第１０行、第１図など参照）
【特許文献２】特開２００２−２７３４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の方法では、活性炭もしくは触媒層を充填したもので構成される不純物除去装置により燃料ガスに含まれる不純物を除去することができるものの、活性炭および触媒層が固体の不純物を吸着除去するものであるため、この吸着量が多くなると、その吸着量に応じて圧力損失が増加したり目詰まりが生じたりしてしまい、循環再利用するガスに含まれる固体の不純物を効率よく分離することができなくなる可能性があった。
【０００８】
以上のことから、本発明は、前述した課題を解決するためのもので、循環再利用するガスに含まれる固体の不純物を効率よく除去・回収することができる燃料電池発電システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した課題を解決する本発明に係る燃料電池発電システムは、燃料極と酸化極とで電解質を挟んだセルを複数積層した燃料電池本体と、水素ガスを前記燃料電池本体の内部の前記燃料極側へ供給する水素ガス供給手段と、酸素ガスを含有する酸化ガスを前記燃料電池本体の内部の前記酸化極側へ供給する酸化ガス供給手段と、前記水素ガスを加湿水により加湿する水素ガス加湿手段と、前記酸化ガスを加湿水により加湿する酸化ガス加湿手段と、前記燃料電池本体から排出された前記水素ガスを前記水素ガス供給手段からの前記水素ガスと共に当該燃料電池本体に供給する水素ガス循環流通手段と、前記燃料電池本体から排出された前記酸化ガスを前記酸化ガス供給手段からの前記酸化ガスと共に当該燃料電池本体に供給する酸化ガス循環流通手段とを具備する燃料電池発電システムであって、前記水素ガス循環流通手段および前記酸素ガス循環流通手段の少なくとも一方の途中に、前記ガスに混入された固体の不純物と当該ガスをそれらの比重差を利用して固気分離して固体の不純物のみを回収する不純物回収手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、前述した課題を解決する本発明に係る燃料電池発電システムは、上述した燃料電池発電システムにおいて、前記不純物回収手段が、前記循環流通手段に設けられる循環ブロアのガス送出口の直径よりも大きい直径をなす大径部を有す第１の配管と、前記第１の配管の前記大径部近傍に設けられ、取り外し可能な容器とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、前述した課題を解決する本発明に係る燃料電池発電システムは、上述した燃料電池発電システムにおいて、前記不純物回収手段が、前記循環流通手段に設けられる循環ブロアのガス送出口の直径よりも大きい直径をなす大径部を有し、横方向へ延在する第１の配管と、前記第１の配管に連通して設けられ、上下方向へ延在する第２の配管と、前記第２の配管の下端部に連通して設けられ、取り外し可能な容器とを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、前述した課題を解決する本発明に係る燃料電池発電システムは、上述した燃料電池発電システムにおいて、前記不純物回収手段が、前記第２の配管の内壁部に設けられた突起部を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、前述した課題を解決する本発明に係る燃料電池発電システムは、上述した燃料電池発電システムにおいて、前記不純物回収手段が、前記第１の配管または前記第２の配管に設けられた窓部を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、前述した課題を解決する本発明に係る燃料電池発電システムは、上述した燃料電池発電システムにおいて、前記不純物回収手段が、前記配管に振動を付与する加振器をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
また、前述した課題を解決する本発明に係る燃料電池発電システムは、上述した燃料電池発電システムにおいて、前記不純物回収手段が、前記循環流通手段に設けられる循環ブロアのガス送出口に連通して設けられ、上下方向に延在する有頂筒部と、前記筒部の頂部に連通して設けられ当該筒部の直径よりも小径をなす小径配管と、前記筒部の下端部に連通して設けられ、取り外し可能な容器とを備えることを特徴とする。
【００１６】
また、前述した課題を解決する本発明に係る燃料電池発電システムは、上述した燃料電池発電システムにおいて、前記不純物回収手段が並列に設けられ、当該不純物回収手段の上流側および下流側のそれぞれに開閉バルブが設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る燃料電池発電システムによれば、循環再利用するガスに含まれる固体の不純物を効率よく除去・回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施例に係る燃料電池発電システムが具備する不純物回収機構の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る燃料電池発電システムの構成図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る燃料電池発電システムが具備する不純物回収機構の説明図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係る燃料電池発電システムが具備する不純物回収機構の説明図である。
【図５】本発明の第４の実施例に係る燃料電池発電システムが具備する不純物回収機構の説明図であって、図５（ａ）にその全体を示し、図５（ｂ）に図５（ａ）におけるＶ−Ｖ断面を示す。
【図６】本発明の第５の実施例に係る燃料電池発電システムが具備する不純物回収機構の説明図である。
【図７】本発明の第６の実施例に係る燃料電池発電システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る燃料電池発電システムについて、各実施例にて具体的に説明する。
【実施例１】
【００２０】
本発明の第１の実施例に係る燃料電池発電システムについて、図１および図２を参照して説明する。
【００２１】
本実施例に係る燃料電池発電システムは、図２に示すように、燃料極と酸化極とで電解質を挟んだセルを複数積層した燃料電池スタック（燃料電池本体）１０１を備える。燃料電池スタック１０１における燃料極側の燃料ガス受入口には、燃料ガスである水素ガス１を供給する水素ガス貯蔵手段である水素ガスボンベ（図示せず）が燃料ガス供給ライン１１０を介して連結される。燃料ガス供給ライン１１０には、燃料電池スタック１０１側から順番に燃料ガス用加湿器（燃料ガス加湿手段）１１１および流量調整バルブ１１２が設けられている。加湿器１１１は水素ガス１を加湿水により加湿している。
【００２２】
燃料電池スタック１０１における酸化極側の酸化ガス受入口には、酸化ガスである酸素ガス２を供給する酸素ガス貯蔵手段である酸素ガスボンベ（図示せず）が酸化ガス供給ライン１２０を介して連結される。酸化ガス供給ライン１２０には、燃料電池スタック１０１側から順番に酸化ガス用加湿器（酸化ガス加湿手段）１２１および流量調整バルブ１２２が設けられている。加湿器１２１は酸素ガス２を加湿水により加湿している。
【００２３】
燃料電池スタック１０１における燃料極側の燃料ガス排出口は、燃料ガス排出ライン１１３を介して燃料ガス用循環ブロア１１４のガス受入口１１４ａに接続している。循環ブロア１１４のガス送出口１１４ｂには、燃料ガス送出ライン１１５が連結される。燃料ガス送出ライン１１５には、燃料ガス循環ライン１１６が連結されている。この燃料ガス循環ライン１１６の他方の端部が燃料ガス供給ライン１１０における上記流量調整バルブ１１２と上記加湿器１１１の間に連結される。また、燃料ガス送出ライン１１５の他方の端部には、系外へ接続するリーク用開閉バルブ１１７が連結されている。
【００２４】
燃料電池スタック１０１における酸化極側の酸化ガス排出口は、酸化ガス排出ライン１２３を介して酸化ガス用循環ブロア１２４のガス受入口１２４ａに接続している。循環ブロア１２４のガス送出口１２４ｂには、酸化ガス送出ライン１２５が連結される。酸化ガス送出ライン１２５には、酸化ガス循環ライン１２６が連結されている。この酸化ガス循環ライン１２６の他方の端部が酸化ガス供給ライン１２０における上記流量調整バルブ１２２と上記加湿器１２１の間に連結される。また、酸化ガス送出ライン１２５の他方の端部には、系外へ接続するリーク用開閉バルブ１２７が連結されている。
【００２５】
上記循環ブロア１１４のガス送出口１１４ｂには、図１に示すように、不純物回収手段である不純物回収機構１０が設けられている。この不純物回収機構１０は、循環ブロア１１４のガス送出口１１４ｂに管継手１１を介して連結され、横方向に延在する第１の配管１２と、第１の配管１２の端部に連結され上下方向へ延在する第２の配管１５と、第２の配管１５の下端に取外し可能に連結して設けられた回収器（ダストカップ）１６とを備える。第１の配管１２は、小径部１３と、これに接続する大径部１４とを有する。小径部１３は、管継手１１に接続して設けられ、循環ブロア１１４のガス送出口１１４ｂと略同じ直径をなして形成されている。大径部１４は、小径部１３よりも大きな直径をなして形成されている。回収器１６は、固体の不純物５を溜めることが可能な容器である。
【００２６】
なお、本実施例では、前記水素ボンベ、燃料ガス供給ライン１１０、バルブ１１２等により燃料ガス供給手段である水素ガス供給手段を構成し、燃料ガス排出ライン１１３、循環ブロア１１４、燃料ガス送出ライン１１５、燃料ガス循環ライン１１６等により水素ガス循環流通手段を構成し、前記酸素ガスボンベ、酸化ガス供給ライン１２０、バルブ１２２等により酸化ガス供給手段である酸素ガス供給手段を構成し、酸化ガス排出ライン１２３、循環ブロア１２４、酸化ガス送出ライン１２５、酸化ガス循環ライン１２６等により酸素ガス循環流通手段を構成している。
【００２７】
ここで、上述した構成の燃料電池発電システムの動作について説明する。
燃料電池発電システムを制御する制御装置（図示せず）は、水素ガスボンベからの水素ガス１および酸素ガスボンベからの酸素ガス２をそれぞれ所定の運転圧力で送給するように流量調整バルブ１１２，１２２を開放制御すると共に、循環ブロア１１４，１２４を作動させるように制御する。
【００２８】
前記水素ガスボンベからの水素ガス１は、燃料電池スタック１０１の燃料ガス受入口から内部のセルの燃料極へ供給される。前記酸素ガスボンベからの酸素ガス２は、燃料電池スタック１０１の酸化ガス受入口から内部のセルの酸化極へ供給される。これらガス１，２がセルにて電気化学的に反応することにより、燃料電池スタック１０１から電力が得られる。
【００２９】
燃料電池スタック１０１内にて上記反応に寄与しなかった酸素ガス２は、前記酸化ガス排出口から排出され、酸化ガス排出ライン１２３を介して循環ブロア１２４のガス受入口１２４ａへ吸気される。循環ブロア１２４へ吸気された酸素ガス２は、所定の運転圧力で循環ブロア１２４のガス送出口１２４ｂから酸素ガス送出ライン１２５、酸素ガス循環ライン１２６を介して、前記酸素ガスボンベからの新たな酸素ガス２に合流され、加湿器１２１を経て燃料電池スタック１０１の酸化ガス受入口へ再び供給される。
【００３０】
燃料電池スタック１０１内にて上記反応に寄与しなかった水素ガス１は、前記燃料ガス排出口から排出され、燃料ガス排出ライン１１３を介して循環ブロア１１４のガス受入口１１４ａへ吸気される。循環ブロア１１４へ吸気された水素ガス１は、所定の運転圧力で循環ブロア１１４のガス送出口１１４ｂから排気されて不純物回収機構１０へ送出される。この不純物回収機構１０にて第１の配管１２の小径部１３を経て当該第１の配管１２の大径部１４を流通するにあたって、その流速が減少し、前記水素ガス１に混入された固体の不純物（例えば、シリカ、カーボン、金属粉など）５と水素ガス１の比重差により、固体の不純物５のみが回収器１６に落下していく。すなわち、第１の配管１２の大径部１４にて固気分離が行われる。このように固気分離された水素ガス１は、第２の配管１５、燃料ガス送出ライン１１５、燃料ガス循環ライン１１６を介して、前記水素ガスボンベからの新たな水素ガス１に合流され、加湿器１１１を経て燃料電池スタック１０１の燃料ガス受入口へ再び供給される。
【００３１】
このようにして前記ガスボンベからの前記ガス１，２を循環流通させて再利用しながら発電運転を継続して、回収器１６内に固体の不純物５が所定量溜まると、この回収器１６を取外し、固体の不純物を燃料電池発電システムから除去することができる。また、固体の不純物が溜まっていない新たな回収器１６を取り付けることができる。不純物回収機構１０がガスの流速の減少を利用して固気分離しているため、フィルタやストレーナ等の圧力損失が増加したり目詰まりが生じたりすることなく、継続して固体の不純物を回収・除去することができる。
【００３２】
なお、前記ガスボンベからの前記ガスを循環流通させて再利用しながら発電運転を継続していき、循環流通している当該ガス中に混在する不純物ガス（例えば、窒素ガス、二酸化炭素ガス、アルゴンガスなど）の濃度（分圧）が高くなると、リーク用開閉弁１１７，１２７を制御して、当該燃料電池スタック１０１の外部へガスを排出するようにしている。
【００３３】
したがって、本実施例に係る燃料電池発電システムによれば、循環再利用するガスに含まれる固体の不純物５を効率よく除去・回収することができる。
【００３４】
なお、上記では、循環ブロア１１４のガス送出口１１４ｂの直径と同じ直径をなす小径部１３と、小径部１３よりも大径をなす大径部１４を有す第１の配管１２と、第２の配管１５と、回収器１６とを備える不純物回収機構１０を具備する燃料電池発電システムについて説明したが、循環ブロア１１４のガス送出口１１４ｂの直径と同じ直径をなす小径部と、小径部よりも大径をなす大径部を有す第１の配管と、第１の配管の下端側に取外し可能に設けられた回収器とを備える不純物回収機構を具備する燃料電池発電システムとすることも可能である。このような燃料電池発電システムであっても、第１の実施例に係る燃料電池発電システムと同様、第１の配管の大径部にて、固気分離し、固体の不純物を回収器に溜め、この固体の不純物を効率よく除去・回収することができる。
【実施例２】
【００３５】
本発明の第２の実施例に係る燃料電池発電システムについて、図３を参照して説明する。
本実施例に係る燃料電池発電システムは、上述した第１の実施例に係る燃料電池発電システムが具備する不純物回収機構に窓部を追加した構成であって、それ以外は第１の実施例に係る燃料電池発電システムと同じ機器を備えている。すなわち、本実施例では、燃料電池スタックから排出された燃料ガスを当該燃料電池スタックの燃料ガス受入口側へ循環させる循環ブロアの下流側に不純物回収機構を適用した場合について説明する。
【００３６】
本実施例に係る燃料電池発電システムが具備する不純物回収機構２０は、図３に示すように、上述した第１の実施例に係る燃料電池発電システムと同様、小径部１３および大径部１４を有する第１の配管１２と、第２の配管１５と、回収器１６とを備える。この不純物回収機構２０は、さらに、第２の配管１５に設けられた窓部２１を備える。窓部２１は、第１の配管１２と第２の配管１５との連通箇所に対向した位置に配置される。
【００３７】
この窓部２１により、第１の配管１２および第２の配管１５の内部を目視にて観察することができる。これにより、前記ガスボンベからの前記ガス１，２を循環流通させて再利用しながら発電運転を継続し、第１の配管１２および第２の配管１５の内部への固体の不純物５の付着の有無を目視により確認することができる。この目視による観察結果に基づき、回収器１６に溜まった固体の不純物５の量を適切に予測し、当該回収器１６から固体の不純物５を適切な時期に回収することができる。すなわち、効率よくメンテナンス作業を行うことができる。
【００３８】
したがって、本実施例に係る燃料電池発電システムによれば、第１の実施例に係る燃料電池発電システムと同様、循環再利用するガスに含まれる固体の不純物５を効率よく除去・回収することができる。
【００３９】
なお、上記では、第１の配管１２との連通箇所に対向した位置に設けられた窓部２１を備える不純物回収機構２０を具備する燃料電池発電システムについて説明したが、窓部２１の設置箇所はこの箇所に限らず、第１の配管１２や第２の配管１５の内部を目視にて確認できる箇所であれば良い。
【実施例３】
【００４０】
本発明の第３の実施例に係る燃料電池発電システムについて、図４を参照して説明する。
本実施例に係る燃料電池発電システムは、上述した第１の実施例に係る燃料電池発電システムが具備する不純物回収機構を変更したシステムであって、それ以外は第１の実施例に係る燃料電池発電システムと同じ機器を備えている。すなわち、本実施例では、燃料電池スタックから排出された燃料ガスを当該燃料電池スタックの燃料ガス受入口側へ循環させる循環ブロアの下流側に不純物回収機構を適用した場合について説明する。
【００４１】
本実施例に係る燃料電池発電システムが具備する不純物回収機構３０は、図４に示すように、循環ブロア１１４のガス送出口１１４ｂに管継手（図示せず）を介して連結されるガス送出管３１と、ガス送出管３１に連結して設けられるサイクロン３２と、サイクロン３２の下端に取外し可能に連結して設けられた回収器１６とを備える。
【００４２】
サイクロン３２は、有頂筒状をなす第１の固気分離用配管（筒部）３３と、第１の固気分離用配管３３の直径よりも小径に形成された第２の固気分離用配管（小径配管）３４とで構成される。第１の固気分離用配管３３および第２の固気分離用配管３４は、その長手方向が縦方向へ延在して配置され、同軸をなして配置される。なお、第２の固気分離用配管３４の下端は、回収器１６近傍まで延在している。第２の固気分離用配管３４が第１の固気分離用配管３３の頂部を連通して配置される。ガス送出管３１の一方の端部が第１の固気分離用配管３３の上端部近傍に連通している。
【００４３】
これにより、循環ブロア１１４のガス送出口１１４ｂから送出されたガス１は、ガス送出管３１を介して、第１の固気分離用配管３３の上端近傍に案内され、第１の固気分離用配管３３内にて、第２の固気分離用配管３４の周方向に沿って下方へ流通し、すなわち、ガスが螺旋状に流通し、第２の固気分離用配管３４の下端からこの内部に入って上方へ流通し、燃料ガス送出ライン１１５を介して燃料ガス循環ライン１１６へ流通することになる。このとき、ガス送出管３１から第１の固気分離用配管３３内へ送出されたガス１が第２の固気分離用配管３４内へ流通するにあたって、その流速が減少し、水素ガス１に混入された固体の不純物５と水素ガス１の比重差により、固体の不純物５のみが回収器１６に落下していく。すなわち、第１の固気分離用配管３３の上端部近傍へ水素ガス１を送給し、第２の固気分離用配管３４の下端から内部を上方へ流通して系外へ送給することでサイクロン気流が生じて固気遠心分離が行われることになる。すなわち、ガス１と固体の不純物５の比重差により、固体の不純物５のみが回収器１６に落下していくことになる。なお、燃料ガス循環ライン１１６へ送給された水素ガス１は、前記水素ボンベからの新たな水素ガス１に合流され、加湿器１１１を経て燃料電池スタック１０１の燃料ガス受入口へ再び供給される。
【００４４】
このようにして前記ガスボンベからの前記ガス１，２を循環流通させて再利用しながら発電運転を継続して、回収器１６内に固体の不純物５が所定量溜まると、この回収器１６を取外し、固体の不純物を燃料電池発電システムから除去することができる。また、固体の不純物が溜まっていない新たな回収器１６を取り付けることができる。不純物回収機構１０がガスの流速の減少を利用して固気分離しているため、フィルタやストレーナ等の圧力損失が増加したり目詰まりが生じたりすることなく、継続して固体の不純物を回収・除去することができる。
【００４５】
したがって、本実施例に係る燃料電池発電システムによれば、第１の実施例に係る燃料電池発電システムと同様、循環再利用するガスに含まれる固体の不純物５を効率よく除去・回収することができる。
【実施例４】
【００４６】
本発明の第４の実施例に係る燃料電池発電システムについて、図５を参照して説明する。
本実施例に係る燃料電池発電システムは、上述した第２の実施例に係る燃料電池発電システムが具備する不純物回収機構に突起部を追加した構成であって、それ以外は第２の実施例に係る燃料電池発電システムと同じ機器を備えている。すなわち、本実施例では、燃料電池スタックから排出された燃料ガスを当該燃料電池スタックの燃料ガス受入口側へ循環させる循環ブロアの下流側に不純物回収機構を適用した場合について説明する。
【００４７】
本実施例に係る燃料電池発電システムが具備する不純物回収機構４０は、図５に示すように、上述した第２の実施例に係る燃料電池発電システムと同様、小径部１３および大径部１４を有する第１の配管１２と、第２の配管１５と、回収器１６と、窓部２１とを備える。この不純物回収機構４０は、さらに、第２の配管１５の内壁部に設けられた突起部４１を備える。この突起部４１は半円形のリング状をなしている。突起部４１は、第１の配管１２と第２の配管１５との連通箇所よりも上方であって、この連通箇所に対向した位置に配置される。
【００４８】
これにより、循環ブロア１１４に吸気された水素ガス１は、所定の運転圧力で循環ブロア１１４のガス送出口１１４ｂから排気されて不純物回収機構４０へ送出される。この不純物回収機構４０にて第１の配管１２の小径部１３を経て当該第１の配管１２の大径部１４を流通するにあたって、その流速が減少し、前記水素ガス１に混入された固体の不純物５と水素ガス１の比重差により固体の不純物５のみが回収器１６に落下していく。さらに、第１の配管１２の大径部１４を経て第２の配管１５へ送出されたガス１は、第２の配管１５に設けられた突起部４１によりその流速が弱められると共に、その円滑な流れが妨げられる。これにより、第１の配管１２の大径部１４で十分に固気分離されずに第２の配管１５に流通したガス１に固体の不純物５が混入した場合であっても、固体の不純物５が突起部４１に付着したり、突起部４１と第２の配管１５との間に堆積したり、この固体の不純物５の堆積量が多くなって回収器１６に落下したりするなどして第２の配管１５の上方への固体の不純物の送出を防ぐことができる。
【００４９】
したがって、本実施例に係る燃料電池発電システムによれば、第１の実施例に係る燃料電池発電システムと同様、循環再利用するガスに含まれる固体の不純物５を効率よく除去・回収することができる。
【実施例５】
【００５０】
本発明の第５の実施例に係る燃料電池発電システムについて、図６を参照して説明する。
本実施例に係る燃料電池発電システムは、上述した第２の実施例に係る燃料電池発電システムが具備する不純物回収機構に加振器を追加した構成であって、それ以外は第２の実施例に係る燃料電池発電システムと同じ機器を備えている。すなわち、本実施例では、燃料電池スタックから排出された燃料ガスを当該燃料電池スタックの燃料ガス受入口側へ循環させる循環ブロアの下流側に不純物回収機構を適用した場合について説明する。
【００５１】
本実施例に係る燃料電池発電システムが具備する不純物回収機構５０は、図６に示すように、上述した第２の実施例に係る燃料電池発電システムと同様、小径部１３および大径部１４を有する第１の配管１２と、第２の配管１５と、回収器１６と、窓部２１とを備える。この不純物回収機構５０は、さらに、第１の配管１２の大径部１４に設けられた加振器５１を備える。
【００５２】
これにより、第１の配管１２の大径部１４などの内壁部に固体の不純物５が付着したり堆積したりしても、この加振器５１により第１の配管１２に振動を与えることにより、この振動により、前記固体の不純物５の回収器１６への移動を促進することができる。
【００５３】
したがって、本実施例に係る燃料電池発電システムによれば、第１の実施例に係る燃料電池発電システムと同様、循環再利用するガスに含まれる固体の不純物５を効率よく除去・回収することができる。
【００５４】
なお、上記では、第１の配管１２の大径部１４に設けられた加振器５１を備える不純物回収機構５０を具備する燃料電池発電システムについて説明したが、加振器５１の設置箇所はこの箇所に限らず、第１の配管１２に、特に第１の配管１２の大径部１４に振動を与え、この振動により、第１の配管１２の大径部１４などの内壁部に付着したり堆積したりした固体の不純物５の回収器１６への移動を促進できる箇所であれば良い。
【実施例６】
【００５５】
本発明の第６の実施例に係る燃料電池発電システムについて、図７を参照して説明する。
本実施例に係る燃料電池発電システムは、上述した第１の実施例に係る燃料電池発電システムが具備するガス循環ラインを２系列とし、これらを切替可能にした構成であって、それ以外は第１の実施例に係る燃料電池発電システムと同じ機器を備えている。
【００５６】
本実施例に係る燃料電池発電システムは、図７に示すように、不純物回収機構１０が水素ガス用循環ブロア１１４のガス送出口１１４ｂおよび酸素ガス用循環用ブロア１２４のガス送出口１２４ｂのそれぞれに２台が併設されたシステムとなっている。水素ガス用循環用ブロア１１４のガス送出口１１４ｂ側にあっては、一方の不純物回収機構１０の上流側および下流側のそれぞれに開閉バルブ２０１Ａ，２０２Ａが配置され、一方の不純物回収機構１０に対し併設された他方の不純物回収機構１０の上流側および下流側のそれぞれに開閉バルブ２０１Ｂ，２０２Ｂが配置される。酸素ガス用循環ブロア１２４のガス送出口側１２４ｂにあっては、一方の不純物回収機構１０の上流側および下流側のそれぞれに開閉バルブ２０３Ａ，２０４Ａが配置され、一方の不純物回収機構１０に対し併設された他方の不純物回収機構１０の上流側および下流側のそれぞれに開閉バルブ２０３Ｂ，２０４Ｂが配置される。
【００５７】
このように水素ガス用循環ブロア１１４のガス送出口１１４ｂ側および酸素ガス用循環ブロア１２４のガス送出口１２４ｂ側のそれぞれに不純物回収機構１０を併設し、上流側および下流側のそれぞれに開閉バルブ２０１Ａ，２０２Ａ、２０１Ｂ，２０２Ｂ、２０３Ａ，２０４Ａ、２０３Ｂ，２０４Ｂを配置することにより、循環ブロア１１４，１２４から送出されたガスの流通経路を第１の経路または第２の経路を通って燃料電池スタック１０１のガス受入口側へ供給することができる。これにより、不純物回収機構１０の上流側および下流側の開閉バルブを制御して閉じておくことにより、当該経路へのガスの流入を防ぐことができる。このようにガスの流入が防がれた経路に配置される回収器を取外し、回収器内の固体の不純物を回収・除去することができる。
【００５８】
したがって、本実施例に係る燃料電池発電システムによれば、上述した第１の実施例に係る燃料電池発電システムと同様、循環再利用するガスに含まれる固体の不純物を効率よく除去・回収することができる。また、ガス循環ラインの経路を切替えることができ、連続運転中に回収器を交換することができる。これにより、効率よくメンテナンスすることができる。
【００５９】
なお、上述した第１〜第５の実施例に係る燃料電池発電システムでは、燃料ガスを循環させる循環ブロアのガス送出口側にのみ不純物回収機構を設けた場合について説明したが、酸化ガスを循環させる循環ブロアのガス送出口側に不純物回収機構を設けた燃料電池発電システムとしたり、燃料ガスを循環させる循環ブロアのガス送出口側に不純物回収機構を設けると共に、酸化ガスを循環させる循環ブロアのガス送出口側に不純物回収機構を設けた燃料電池発電システムとしたりすることも可能である。このような燃料電池発電システムであっても、上述した第１〜第５の実施例に係る燃料電池発電システムと同様、ガスに含まれる固体の不純物を回収・除去することができる。
【００６０】
なお、上述した第６の実施例に係る燃料電池発電システムでは、第１の実施例に係る燃料電池発電システムが具備する不純物回収機構を備える場合について説明したが、第２〜第５の実施例に係る燃料電池発電システムが具備する不純物回収機構を備えるようにすることも可能である。このような燃料電池発電システムであっても、上述した第６の実施例に係る燃料電池発電システムと同様に、連続運転中に回収器を交換することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係る燃料電池発電システムによれば、循環再利用するガスに含まれる固体の不純物を効率よく除去・回収することができるため、各種産業で有益に利用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１            水素ガス
２            酸素ガス
５            不純物
１０，２０，３０，４０，５０  不純物回収機構
１２          第１の配管
１３          小径部
１４          大径部
１５          第２の配管
１６          回収器
２１          窓部
３２          サイクロン
４１          突起部
５１          加振器
１０１        燃料電池スタック
１１０，１２０  ガス供給ライン
１１１，１２１  加湿器
１１２，１２２  流量調整バルブ
１１３，１２３  ガス排出ライン
１１４，１２４  循環ブロア
１１４ａ，１２４ａ  ガス受入口
１１４ｂ，１２４ｂ  ガス送出口
１１５，１２５  ガス送出ライン
１１６，１２６  ガス循環ライン
１１７，１２７  リーク用開閉バルブ
【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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