(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼器の排気経路に排水経路が接続されている燃料電池システムにおいて、排水経路に設けられた水封部の機能不全をより適切に検出する。【解決手段】燃料ガスを生成する燃料処理器１と、燃料ガスを用いて発電する燃料電池２と、燃料処理器を加熱する燃焼器３と、を備えた燃料電池システム１００であって、燃焼器に接続され、燃焼器から排出される燃焼排ガスを大気に排出するための排気経路４と、排気経路に接続され、排気経路内に発生する凝縮水を燃料電池システムの外部に排出するための排水経路５と、排水経路に設けられ、排水経路と排気経路との接続部と排水経路の出口との連通を液体の水により遮断する水封部６と、水封部より下流側の排水経路中に燃焼排ガスが含まれていることを検知する排ガス検知器７と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスを生成する燃料処理器と、
前記燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料処理器を加熱する燃焼器と、を備えた燃料電池システムであって、
前記燃焼器に接続され、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスを大気に排出するための排気経路と、
前記排気経路に接続され、前記排気経路内に発生する凝縮水を燃料電池システムの外部に排出するための排水経路と、
前記排水経路に設けられ、前記排水経路と前記排気経路との接続部と前記排水経路の出口との連通を液体の水により遮断する水封部と、
前記水封部より下流側の前記排水経路中に前記燃焼排ガスが含まれていることを検知する排ガス検知器と、
を備える、燃料電池システム。
【請求項２】
前記排ガス検知器が前記排水経路に設けられている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記水封部は、前記排水経路に設けられた第１水封部と、前記第１水封部よりも下流側の前記排水経路に設けられた第２水封部とを備え、
前記排ガス検知器が、前記第１水封部から前記第２水封部に至る前記排水経路に設けられている、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記排ガス検知器は、一酸化炭素検知器と二酸化炭素検知器と酸素検知器とからなる群から選ばれた少なくとも一つの検知器である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記排ガス検知器は、圧力検知器である、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記排ガス検知器は、
前記水封部より下流側の前記排水経路に形成された開口部と、
前記開口部から流出する前記燃焼排ガスを検出可能な位置に配置された、一酸化炭素検知器と二酸化炭素検知器と酸素検知器とからなる群から選ばれた少なくとも一つの検知器と、
を備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記水封部は、前記排水経路に設けられた第１水封部と、前記第１水封部よりも下流側の前記排水経路に設けられた第２水封部とを備え、
前記開口部が、前記第１水封部から前記第２水封部に至る前記排水経路に設けられている、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記排ガス検知器と通信可能に接続され、前記排ガス検知器が前記水封部より下流側の前記排水経路中に前記燃焼排ガスが含まれていることを検知した場合に前記燃料電池システムを停止させるように構成された制御器を備える、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱と電気を供給する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質を挟持した電極の一方に水素や水素含有ガスを供給し（以下、水素含有ガスが供給される電極の側をアノード側と称す）、他方に酸素を含んだ空気などの酸化剤ガスを供給して（以下、酸化剤ガスが供給される電極の側をカソード側と称す）、電気化学反応によって発電を行うものである。
【０００３】
燃料電池システムは、燃料電池で発電した電力を需要家へ供給し電力負荷を賄うとともに、発電に伴う排熱を回収して蓄熱することで需要家の給湯負荷を賄うコージェネレーションシステムである。
【０００４】
燃料電池の発電に必要な水素含有ガス（以下、燃料ガスと称す）を生成する方法の一つとして、燃料電池システムでは都市ガスやＬＰＧなどの炭化水素系の原料ガスやメタノールや灯油などの液体の炭化水素系原料を水蒸気とともに導入して改質する改質器を有する水素生成器を備えたものが一般的である。
【０００５】
水素生成器には燃焼用ガスを燃焼させて改質器を加熱する燃焼器が備えられている。ここで燃焼用ガスとは、燃焼器での燃焼に利用されるガスであり、原料ガス（液体の炭化水素系原料の場合は気化させたもの）、燃料ガス、及び燃料電池のアノード側から排出される、発電に利用されなかった水素を含むガス（以下、オフ燃料ガスと称す）等が用いられる。燃焼器には燃焼用ガスを導入する燃焼用ガス経路の他に、燃焼に利用される空気（以下、燃焼空気と称す）を導入するための燃焼空気経路が接続されている。燃焼空気ファン等の手段は、燃焼空気経路を経由して、燃焼用ガスの流量に応じた空気を燃焼器に供給する。
【０００６】
水素生成器で燃料ガスを生成する際には、改質器に炭化水素系原料と水とを導入し、燃焼器により改質器を加熱する。これにより、吸熱反応である改質反応に必要な熱が供給され、改質反応が進行する。更に水素生成器には、必要に応じて一酸化炭素低減器が備えられており、改質器で生成した燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低減させて、水素濃度の高い燃料ガスとして燃料電池のアノード側に供給される。
【０００７】
燃料電池のカソード側には、空気ブロワ等の手段により、酸化剤ガスとしての空気が供給される（以下、カソード空気と称す）。
【０００８】
燃料電池システムで利用する空気、すなわち燃焼空気およびカソード空気は、燃料電池システムの外部から供給される。燃焼器で燃焼用ガスを燃焼させることで発生するガス（以下、燃焼排ガスと称す）、および燃料電池のカソード側から排出される、発電で酸素の一部が消費された空気（以下、オフ酸化剤ガスと称す）は、燃料電池システムの外部に排出される。これらの燃料電池システムから排出される排ガス、すなわち燃焼排ガスおよびオフ酸化剤ガスには、燃焼で生じた水蒸気および燃料電池の発電によって生成された水蒸気が含まれている。
【０００９】
特許文献１は、屋内に設置するパッケージ型燃料電池発電装置を開示する。同文献の燃料電池発電装置は、燃料処理装置及び燃料電池本体から排気されるシステム排気に含まれる水蒸気を凝縮し、ドレン管を通じて水タンクに回収する。同水タンクにおいて、水位を確保して水封することにより、凝縮水が本体の内部に逆流することを防止できると記載されている。
【００１０】
特許文献２は、水素生成器と燃料電池の少なくともいずれか一方から排気される排ガスに含まれる水を蓄える、密閉された筐体で形成された水タンクを備え、さらに該水タンクに水位を検知する水位検知器を備える、燃料電池システムを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−２５３０２０号公報
【特許文献２】特開２０１１−０９０８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来の構成では、水封部の機能不全が発生する場合があった。本発明は、かかる課題に対応するものであり、燃焼器の排気経路に排水経路が接続されている屋内設置型の燃料電池システムにおいて、排水経路に設けられた水封部の機能不全をより適切に検出することを一つの目的としうる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃料ガスを生成する燃料処理器と、前記燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料処理器を加熱する燃焼器と、を備えた燃料電池システムであって、前記燃焼器に接続され、前記燃焼器から排出される燃焼排ガスを大気に排出するための排気経路と、前記排気経路に接続され、前記排気経路内に発生する凝縮水を燃料電池システムの外部に排出するための排水経路と、前記排水経路に設けられ、前記排水経路と前記排気経路との接続部と前記排水経路の出口との連通を液体の水により遮断する水封部と、前記水封部より下流側の前記排水経路中に前記燃焼排ガスが含まれていることを検知する排ガス検知器と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池システムによれば、燃焼器の排気経路に排水経路が接続されている屋内設置型の燃料電池システムにおいて、排水経路に設けられた水封部の機能不全をより適切に検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、第１実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図３】図３は、第１実施形態の実施例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、第２実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図５】図５は、第２実施形態の実施例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図６】図６は、第３実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図７】図７は、第３実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【図８】図８は、第３実施形態の実施例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（本発明の基礎となった知見）
本発明者らは、屋内設置型の燃料電池システムの最適化につき鋭意検討した。その結果、以下の知見を得た。
【００１７】
屋内設置型の燃料電池システムでは、燃焼排ガスを屋外に排出するために、排気経路を備える。燃焼排ガスには、多くの水分が含まれる。燃焼排ガスが排気経路を流れていくに従い、燃焼排ガスの温度は低下し、凝縮水が発生する。凝縮水は、排水経路を通じて回収され、排出される。屋内設置型の燃料電池システムでは、かかる排水経路の排水口が、屋内の下水口に接続されることが多い。
【００１８】
排水経路は排気経路と接続されているため、燃焼排ガスが、排水経路の排水口を経由して屋内に流入する可能性がある。排水口に水封部を設け、排水経路と屋内空間との連通を遮断することで、かかる可能性を低減できる。さらに、水封部に水位計を設置し、水位を維持することで、燃焼排ガスが屋内に流入する可能性はさらに低減される。
【００１９】
しかしながら、燃焼器から排出される燃焼排ガスには、煤などの異物が含まれる。このため、燃焼排ガスに由来する凝縮水は汚れていることが多い。かかる汚れは、水封部の機能不全を引き起こすことがある。すなわち、水位計が光センサを利用するものである場合、光源やセンサ部分に汚れが付着することで、水位の検出ができず、水位の低下が放置されることがある。水位計がフロートを利用するものである場合、フロートに汚れが付着して適切に動かなくなる等して、水位の検出ができず、水位の低下が放置されることがある。排気経路が汚れによって目詰まりし、背圧が上昇すると、水封部の水位が正常であっても、高圧となった燃焼排ガスが水封部を通過してしまうことがある。
【００２０】
かかる水封部の不具合が放置されると、排ガスが屋内に流入する。かかる状態を放置することは好ましくない。排水口に水封部を設け、水位計を設置するのみでは、水封部の機能不全を検出できず、燃焼排ガスの屋内への流出も検出できない。
【００２１】
本発明者らは、かかる課題に対し、水封部より下流側の排水経路中に、燃焼排ガスが含まれていることを検知する排ガス検知器を設置することで、水封部の機能不全を適切に検出できることに想到した。排ガス検知器としては、ガスの成分を直接検出する検知器はもちろん、圧力検知器、温度検知器、流速検知器、および、流量計検知器等を用いることもできる。
【００２２】
（第１実施形態）
第１実施形態（embodiment）の第１態様（aspect）の燃料電池システムは、燃料ガスを生成する燃料処理器と、燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、燃料処理器を加熱する燃焼器と、を備えた燃料電池システムであって、燃焼器に接続され、燃焼器から排出される燃焼排ガスを大気に排出するための排気経路と、排気経路に接続され、排気経路内に発生する凝縮水を燃料電池システムの外部に排出するための排水経路と、排水経路に設けられ、排水経路と排気経路との接続部と排水経路の出口との連通を液体の水により遮断する水封部と、水封部より下流側の排水経路中に燃焼排ガスが含まれていることを検知する排ガス検知器と、を備える。
【００２３】
かかる構成では、燃焼器の排気経路に排水経路が接続されている屋内設置型の燃料電池システムにおいて、排水経路に設けられた水封部の機能不全をより適切に検出することができる。例えば、水封部の機能不全が発生すると、燃焼排ガスが排水経路を経由して屋内に流入する可能性があるが、本実施形態の燃料電池システムではかかる可能性を低減できる。
【００２４】
「水封部より下流側」とは、水封部の最上流部よりも下流であることが好ましい。すなわち、水封部が複数の水封部を備えるような場合に、最上流側にある水封部よりも下流であることが好ましい。水封部が複数の水封部を備えるような場合に、最下流側にある水封部よりも下流であってもよい。
【００２５】
「燃焼排ガスが含まれていることを検知する」とは、燃焼排ガスを検知することのみならず、例えば、燃料電池システムの排出ガスに燃焼排ガスが混入している場合において、該排出ガスを検知することを含む。
【００２６】
第１実施形態の第２態様の燃料電池システムは、第１実施形態の第１態様の燃料電池システムであり、さらに、排ガス検知器が排水経路に設けられている。
【００２７】
第１実施形態の第３態様の燃料電池システムは、第１実施形態の第１態様または第２態様の燃料電池システムであり、さらに、排ガス検知器は、一酸化炭素検知器と二酸化炭素検知器と酸素検知器とからなる群から選ばれた少なくとも一つの検知器である。
【００２８】
第１実施形態の第４態様の燃料電池システムは、第１実施形態の第１ないし３態様のいずれかの燃料電池システムであり、さらに、排ガス検知器と通信可能に接続され、排ガス検知器が水封部より下流側の排水経路中に燃焼排ガスが含まれていることを検知した場合に燃料電池システムを停止させるように構成された制御器を備える。
【００２９】
［装置構成］
図１は、第１実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【００３０】
図１に示す例では、本実施形態の燃料電池システム１００は、燃料処理器１と、燃料電池２と、燃焼器３と、排気経路４と、排水経路５と、水封部６と、排ガス検知器７とを備える。
【００３１】
燃料処理器１は、燃料ガスを生成する。具体的には例えば、原料及び水蒸気を用いて改質反応により水素含有ガスを生成する。改質反応は、いずれの改質反応でもよく、具体的には、水蒸気改質反応、オートサーマル反応及び部分酸化反応が例示される。燃料処理器１の内部には、改質触媒が配設されている。改質触媒によって、改質反応が進行し、原料及び水から水素含有ガスを生成することができる。改質反応に要する熱は燃焼器３から供給される。
【００３２】
原料は、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含み、具体的には、天然ガス、都市ガス、ＬＰＧ、ＬＮＧ等の炭化水素が例示される。都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。原料供給源として、これらのガスのインフラストラクチャ、及び、これらのガスを貯蔵するボンベ等が例示される。
【００３３】
燃料電池２は、燃料ガスを用いて発電する。具体的には例えば、水素含有ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する。燃料電池２は、いずれの種類の燃料電池であってもよく、例えば、高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、及び、りん酸形燃料電池等を用いることができる。高分子電解質形燃料電池の場合、燃料電池システム１００において、燃料処理器１と燃料電池２とが別個に構成される。固体酸化物形燃料電池の場合、改質反応を実行する改質部（燃料処理器１）と燃料電池部（燃料電池２）とをそれぞれ個別に有する間接内部改質型、及び、燃料電池本体内部で改質反応も行う直接内部改質型のいずれであってもよい。つまり、燃料電池２と燃料処理器１とが一体化した形態が採用される場合があり、本発明の燃料電池システムは、そのような形態も含むものである。
【００３４】
燃焼器３は、燃料処理器１を加熱する。具体的には例えば、バーナであって、原料およびオフ燃料ガスの少なくとも一方を燃焼し、燃料処理器１を加熱する。燃料電池２が固体酸化物形燃料電池の場合、燃焼器３は、燃料処理器１および燃料電池２の両方を加熱する構成としうる。
【００３５】
排気経路４は、燃焼器３に接続され、燃焼器３から排出される燃焼排ガスを大気に排出するための経路である。排気経路４は、燃焼排ガスのみを屋外に排出する経路であってもよい。排気経路４は、燃料電池２から排出されるオフ酸化剤ガスを屋外に排出する経路と合流し、燃焼排ガスとオフ酸化剤ガスとを屋外に排出する経路であってもよい。後者は、燃焼排ガスおよびオフ酸化剤ガスの両方から発生する凝縮水を同時に処理できる点で好ましい。
【００３６】
排水経路５は、排気経路４に接続され、排気経路４内に発生する凝縮水を燃料電池システム１００の外部に排出するための経路である。具体的には例えば、排気経路４から分岐して下方に延びることで、排気経路４の内部で生じた凝縮水が重力によって自ら流下するように形成される。
【００３７】
水封部６は、排水経路５に設けられ、排水経路５と排気経路４との接続部と排水経路５の出口１７との連通を液体の水により遮断する。具体的には例えば、排水経路５を介して回収された凝縮水を貯留する貯水部を設け、排水経路５の途中に形成した開口部を貯水部に浸漬させることで、水封を実現しうる。あるいは、排水経路５にＵ字状に形成した部位（Ｕ字管）を設け、該Ｕ字管に水を張ることで、水封を実現しうる。水封に用いられる液体の水は、排気経路４から回収された凝縮水であってもよいし、燃料電池システム１００の他の部位から供給された水であってもよいし、燃料電池システム１００の外部から供給されて水であってもよいし、それらの複数種類の水が混合されたものであってもよい。出口１７は、例えば、屋内の下水口に接続されるのが好ましい。水封部６には、水位計が設けられていてもよい。水封部６には、水位計が設けられていなくてもよい。
【００３８】
排ガス検知器７は、水封部より下流側の排水経路中に燃焼排ガスが含まれていることを検知する。具体的には例えば、ガスの成分を直接検出する検知器、圧力検知器、温度検知器、流速検知器、および、流量計検知器等が用いられる。ガスの成分を直接検出する検知器としては、例えば、一酸化炭素検知器と二酸化炭素検知器と酸素検知器とからなる群から選ばれた少なくとも一つの検知器を用いることができる。
【００３９】
ガスの成分を直接検出する検知器を用いる場合、水封部より下流側の排水経路のガスの成分を検出することで、水封部の機能不全を検出できる。室内の空気と燃焼排ガスとは成分が異なる。よって、例えば、一酸化炭素検知器、二酸化炭素検知器、および酸素検知器等を用いることで、燃焼排ガスの流入を検出できる。
【００４０】
圧力計を用いる場合、水封部より下流側の排水経路のガス圧を検出することで、水封部の機能不全を検出できる。排気経路の目詰まりなどによって背圧が上昇すると、燃焼排ガスが水封部を通過して室内に流入する。この場合、水封部より下流側の排水経路のガス圧が上昇する。よって、圧力検知器によって燃焼排ガスの流入を検出できる。
【００４１】
温度計を用いる場合、水封部より下流側の排水経路の温度を検出することで、水封部の機能不全を検出できる。燃焼排ガスの温度は室内の空気よりも高い。よって、温度検知器によって燃焼排ガスの流入を検出できる。
【００４２】
流速計および流量計の少なくとも一方を用いる場合、水封部より下流側の排水経路における流速ないし流量を検出することで、水封部の機能不全を検出できる。水封部が適切に機能している場合、水封部より下流側の排水経路にはガスの流れが存在しない。何等かのガスの流れが発生していれば燃焼排ガスが通流している可能性が高い。よって、流速計および流量計の少なくとも一方によって、燃焼排ガスの流入を検出できる。
【００４３】
排ガス検知器７は、排水経路５に設けられているのが好ましい。具体的には例えば、排水経路５を構成する配管の内部に、排ガス検知器７のセンサ部分が配置されていることが好ましい。かかる構成では、水封部６より下流側の排水経路５への燃焼排ガスの流入を、迅速かつ確実に検出できる。
【００４４】
排ガス検知器７と通信可能に接続され、水封部より下流側の排水経路中に燃焼排ガスが含まれていることを排ガス検知器７が検知した場合にその旨を報知する、報知器を備えていてもよい。報知器としては、例えば、ブザーおよび液晶表示装置等を使用できる。
【００４５】
燃料電池システム１００は、建物２００の内部に設置される、屋内設置型の燃料電池システムである。
【００４６】
［変形例］
図２は、第１実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【００４７】
図２に示す例では、本実施形態の燃料電池システム１０５は、燃料処理器１と、燃料電池２と、燃焼器３と、排気経路４と、排水経路５と、水封部６と、排ガス検知器７と、制御器１９とを備える。
【００４８】
燃料処理器１と、燃料電池２と、燃焼器３と、排気経路４と、排水経路５と、水封部６と、排ガス検知器７とは、図１に関して上述した構成と同様の構成を採用しうるので、詳細な説明を省略する。
【００４９】
制御器１９は、排ガス検知器７と通信可能に接続され、排ガス検知器７が水封部６より下流側の排水経路５中に燃焼排ガスが含まれていることを検知した場合に燃料電池システム１０５を停止させるように構成されている。
【００５０】
制御器１９は、制御機能を有するものであればよく、例えば、演算処理部と、制御プログラムを記憶する記憶部とを備える。制御器１９としては、マイクロコントローラ、ＰＬＣ(Programmable Logic Controller) 等が例示される。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵ等が例示される。記憶部としては、メモリが例示される。制御器１９は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
【００５１】
制御器１９は、燃料電池システム１０５の全体を制御するものであってもよい。あるいは、燃料電池システム１０５の全体の制御は他の制御器等が行い、制御器１９は、当該他の制御器等に指令を出すことで、燃料電池システム１０５を停止させてもよい。
【００５２】
制御器１９と通信可能に接続され、水封部６より下流側の排水経路５中に燃焼排ガスが含まれていることを排ガス検知器７が検知した場合にその旨を報知する、報知器を備えていてもよい。報知器としては、例えば、ブザーおよび液晶表示装置等を使用できる。
【００５３】
本変形例は、第２実施形態の各態様および第３実施形態の各態様においても適用可能である。
【００５４】
［実施例］
図３は、第１実施形態の実施例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【００５５】
図３に示すように、本実施例にかかる燃料電池システム１１０は、建物２００の内部に配置されている。燃料電池システム１１０は、水素生成装置１４、酸化剤ガス供給器１５、燃料電池１１、換気ファン１３、および制御装置１０２を筐体１２の内部に備えている。また、燃料電池システム１１０は、排出経路７０と給気経路７８を有する給排気機構１０４に接続されている。
【００５６】
制御装置１０２は、燃料電池システム１１０を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよい。制御装置１０２は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成される記憶部を備えている。そして、制御装置１０２は、演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、これらの情報を処理し、かつ、これらの制御を含む燃料電池システム１１０に関する各種の制御を行う。
【００５７】
制御装置１０２は、単独の制御装置で構成される形態だけでなく、複数の制御装置が協働して燃料電池システム１１０の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御装置１０２は、マイクロコンピュータで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ(programmable logic controller)、論理回路等によって構成されていてもよい。
【００５８】
筐体１２を構成する壁の適所には、壁の厚み方向に貫通する孔１６が設けられていて、該孔１６には、排出経路７０と、排出経路７０を取り囲む給気経路７８とを構成する二重の配管（いわゆる、二重配管）が接続されている。排出経路７０を構成する配管が、給気経路７８を構成する配管の内側に配置されている。
【００５９】
排出経路７０は、その上流端が筐体１２を貫通して後述する混合部９０に接続されていて、燃料電池システム１１０から排出される排出ガス（本実施例では、燃焼排ガスとオフ酸化剤ガスと換気ファン１３により筐体１２内から排出されるガスとの混合ガス）が通流するように構成されている。排出経路７０は、建物２００の外側にまで延びるように形成されていて、その下流端（開口）は、大気に開放されている。また、給気経路７８は、その下流端は、筐体１２に接続されていて、その上流端（開口）は、大気に開放されている。燃料電池システム１１０は、給気経路７８を介して、外部（ここでは、建物２００の外部）から空気を供給することができる。
【００６０】
燃料電池１１は、アノードとカソードを有している（いずれも図示せず）。燃料電池１１では、燃料ガス経路１１Ａに供給された燃料ガスが、燃料ガス経路１１Ａを通流する間に、アノードに供給される。また、酸化剤ガス経路１１Ｂに供給された酸化剤ガスが、酸化剤ガス経路１１Ｂを通流する間に、カソードに供給される。アノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとが反応し、電気と熱とが発生する。
【００６１】
発生した電気は、図示されない電力調整器により、外部電力負荷（例えば、家庭の電気機器）に供給される。発生した熱は、図示されない熱媒体経路を通流する熱媒体により回収される。熱媒体が回収した熱は、例えば、温水を生成するのに使用することができる。本実施例においては、燃料電池１１は、高分子電解質形燃料電池や固体酸化物形燃料電池等の各種の燃料電池を用いることができる。燃料電池１１の構成は、一般的な燃料電池と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
燃料ガス経路１１Ａの出口には、オフ燃料ガス経路７３の上流端が接続されている。オフ燃料ガス経路７３の下流端は、後述する燃焼器１４ｂに接続されている。燃料電池１１で使用されなかった水素を含む燃料ガス（オフ燃料ガス）は、オフ燃料ガス経路７３を介して、燃焼器１４ｂに供給される。
【００６３】
また、酸化剤ガス経路１１Ｂの出口には、オフ酸化剤ガス経路７４の上流端が接続されている。オフ酸化剤ガス経路７４の下流端は、排出経路７０に接続されている。燃料電池１１で使用されなかった酸化剤ガス（オフ酸化剤ガス）は、酸化剤ガス経路１１Ｂの出口からオフ酸化剤ガス経路７４を介して、混合部９０から排出経路７０に排出され、建物２００外に排出される。
【００６４】
水素生成装置１４は、燃料電池１１に燃料ガス（水素Ｈ２を含有するガス）をその流量を調整しながら供給するものであり、改質器１４ａ（燃料処理器）と燃焼器１４ｂと燃焼ファン１４ｃとを有している。また、水素生成装置１４には、燃料ガス供給経路７１を介して、燃料電池１１（燃料電池１１の燃料ガス経路１１Ａの入口）が接続されている。
【００６５】
改質器１４ａには、原料供給器（図示せず）及び水蒸気供給器（図示せず）が接続されていて、原料及び水蒸気が、それぞれ、改質器１４ａに供給される。原料としては、メタンを主成分とする天然ガスやＬＰガス等を用いることができる。
【００６６】
改質器１４ａは、改質触媒を有している。改質触媒としては、例えば、原料と水蒸気とから水素含有ガスを発生させる水蒸気改質反応を触媒することができれば、どの様な物質を使用してもよい。例えば、アルミナ等の触媒担体にルテニウム（Ｒｕ）を担持させたルテニウム系触媒や同様の触媒担体にニッケル（Ｎｉ）を担持させたニッケル系触媒等を、改質触媒として使用できる。
【００６７】
改質器１４ａは、供給された原料と水蒸気との改質反応により、水素含有ガスを生成する。生成された水素含有ガスは、燃料ガスとして、燃料ガス供給経路７１を通流して、燃料電池１１の燃料ガス経路１１Ａに供給される。
【００６８】
なお、本実施例においては、改質器１４ａで生成された水素含有ガスが、燃料ガスとして、燃料電池１１に送出される構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、水素生成装置１４内に変成器を設け、変成器内に、改質器１４ａより送出された水素含有ガス中の一酸化炭素をシフト反応により低減するための変成触媒（例えば、銅−亜鉛系触媒）を配置してもよい。そして、変成器を通過した後の水素含有ガスが燃料電池１１に送出される構成であってもよい。
【００６９】
あるいは、水素生成装置１４内に一酸化炭素除去器を設け、一酸化炭素除去器内に、変成器より送出された水素含有ガス中の一酸化炭素を選択酸化反応で低減する一酸化炭素酸化触媒（例えば、ルテニウム系触媒）、および、かかる一酸化炭素をメタン化反応で低減するメタン化触媒（例えば、ルテニウム系触媒）の少なくとも一方を配置してもよい。そして、一酸化炭素除去器を通過した後の水素含有ガスが燃料電池１１に送出される構成であってもよい。
【００７０】
燃焼器１４ｂには、オフ燃料ガス経路７３の下流端が接続されていて、燃料電池１１からオフ燃料ガスが、オフ燃料ガス経路７３を通流して、燃焼用ガスとして供給される。また、燃焼器１４ｂには、空気供給経路７９を介して、燃焼ファン１４ｃが接続されている。燃焼ファン１４ｃは、燃焼器１４ｂに燃焼用空気を供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。
【００７１】
燃焼器１４ｂでは、供給されたオフ燃料ガスと燃焼用空気が燃焼して熱が発生し、燃焼排ガスが生成される。燃焼器１４ｂで生成された燃焼排ガスは、改質器１４ａ等を加熱した後、燃焼排ガス経路８０に排出される。燃焼排ガス経路８０に排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路８０を通流し、混合部９０を経て排出経路７０に排出される。排出経路７０に排出された燃焼排ガスは、排出経路７０を通流して燃料電池システム１１０の外部および建物２００の外部に排出される。
【００７２】
すなわち、本実施例において、燃焼器１４ｂに接続され、燃焼器１４ｂから排出される燃焼排ガスを大気に排出するための排気経路は、燃焼排ガス経路８０と混合部９０と排出経路７０とを含み構成される。
【００７３】
なお、本実施例においては、燃料電池１１から排出されるオフ燃料ガスを燃焼用ガスとして燃焼するように燃焼器１４ｂを構成したが、これに限定されるものではない。燃焼用ガス供給器（図示せず）から燃焼用ガスが別途供給されるように燃焼器１４ｂを構成してもよい。
【００７４】
酸化剤ガス供給器１５は、燃料電池１１に酸化剤ガス（空気）をその流量を調整しながら供給することができれば、どのような構成であってもよい。酸化剤ガス供給器１５は、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。酸化剤ガス供給器１５は、酸化剤ガス供給経路７２を介して、燃料電池１１（燃料電池１１の酸化剤ガス経路１１Ｂの入口）と接続されている。
【００７５】
換気ファン１３は、換気経路７５を介して、混合部９０と接続されており、混合部９０の下流側に延びる排出経路７０と接続されている。換気ファン１３としては、筐体１２内を換気することができれば、どのような構成であってもよい。換気ファン１３を作動させることにより、給気経路７８から燃料電池システム１１０外の空気が筐体１２内に給気され、筐体１２内のガス（主として、空気）が換気経路７５及び排出経路７０を介して建物２００の外に排出され、筐体１２内が換気される。
【００７６】
なお、本実施例においては、換気器としてファンを用いたが、これに限定されず、ブロワを用いてもよい。換気ファン１３は、筐体１２内に配置するように構成したが、これに限定されない。換気ファン１３は、排出経路７０内に配置するように構成してもよい。
【００７７】
このように、本実施例においては、燃焼ファン１４ｃと酸化剤ガス供給器１５、および換気ファン１３が作動することにより筐体１２の内部に供給されるガス（空気）が、燃料電池システム１１０に供給される外気として、例示される。なお、燃料電池システムに供給される外気は、これらのガス（空気）に限定されず、例えば、燃料処理器が選択酸化器を備えている場合には、選択酸化空気であってもよい。また、一酸化炭素による触媒の被毒を防止するために燃料電池１１のアノードへ供給される、ブリードエアー（bleed air）であってもよい。
【００７８】
本実施例においては、燃焼排ガス、オフ酸化剤ガス、及び換気ファン１３により筐体１２内から排出されるガスが、燃料電池システム１１０から排出される排出ガスとして、例示される。これらの排出ガスは、筐体１２内の混合部９０で混合され、排出経路７０を介して燃料電池システム１１０の外部および建物２００の外部に排出される。
【００７９】
混合部９０の下方には、貯水部の第１水封部に相当する水タンク９１が設けられおり、混合部９０と水タンク９１とは、第１凝縮水経路９２によって接続されている。水タンク９１の上部には、一端が筐体１２の外部と連通した第２凝縮水経路９３が接続されている。本実施例の排水経路は、第１凝縮水経路９２と水タンク９１と第２凝縮水経路９３とを含み構成される。
【００８０】
混合部９０は、混合部９０で排出ガスの温度が低下して発生した凝縮水が、第１凝縮水経路９２を介して水タンク９１に流入するように、傾斜などの形状、更にはオフ酸化剤ガス経路７４、燃焼排ガス経路８０、換気経路７５、排出経路７０、および第１凝縮水経路９２の接続位置が配慮して構成されている。排出経路７０は、屋外に向けて上り勾配になるように設置されている。
【００８１】
水タンク９１は、第１凝縮水経路９２を介して流入した凝縮水が貯まるように構成されている。第２凝縮水経路９３の出口（排水経路の出口）は、燃料電池システム１１０の外部にありかつ建物２００の内部にある、屋内の排水口に接続されている。水タンク９１内の水面が所定の高さ以上に上昇した場合には、所定の高さ以上の余分な水が、第２凝縮水経路９３を介して燃料電池システム１１０の外部にありかつ建物２００の内部にある、屋内の排水口に排水されるように構成されている。
【００８２】
更に、水タンク９１と第１凝縮水経路９２と第２凝縮水経路９３とは、水タンク９１中の水を利用して、燃料電池システム１１０から排出される排出ガス、特に排出ガス中に含まれる燃焼排ガスが、第２凝縮水経路９３を介して燃料電池システム１１０（筐体１２）外の屋内に流出するのを防止する水封機能を備える。具体的には、第１凝縮水経路９２が水タンク９１中の下方まで挿入されている。混合部９０にかかる背圧よりも、第１凝縮水経路９２内の水面と、水タンク９１内での水面との高低差で生じる水圧の方が大きくなるように、第１凝縮水経路９２の下端から水タンク９１の第２凝縮水経路９３の接続部までの高さが設定されている。
【００８３】
なお、本実施例の燃料電池システムでは、貯水部の第１水封部として水タンクを用いたが、これに限定されず、水封機能を実現できれば、例えばＵ字管を用いて、貯水部の第１水封部を構成してもよい。
【００８４】
水封部より下流側の排水経路、すなわち第２凝縮水経路９３には、排ガス検知器として第２凝縮水経路９３中の気体の酸素濃度を検知する酸素濃度検知器９４が設置されている。なお、酸素濃度検知器９４は、第２凝縮水経路９３内の酸素濃度を検知することができれば、どのような構成であってもよく、使用される機器は限定されない。また、本実施例においては、酸素濃度検知器９４は、第２凝縮水経路９３内に配置する構成としたが、これに限定されず、センサ部分を第２凝縮水経路９３内に配置し、他の部分を第２凝縮水経路９３外に配置する構成としてもよい。ここで、酸素濃度検知器９４によって第２凝縮水経路９３中のガス（空気）の酸素濃度を適切に検出するためには、酸素濃度検知器９４の少なくともセンサ部分が、第２凝縮水経路９３を介して排水される余剰の凝縮水中に水没しないように配置されるのが好ましい。
【００８５】
酸素濃度検知器９４は、第２凝縮水経路９３中の酸素濃度を測定し、その測定した酸素濃度を制御装置１０２に信号として入力する。制御装置１０２は、酸素濃度検知器９４が測定した酸素濃度が、あらかじめ記憶しておいた所定の酸素濃度よりも低くなった場合、水タンク９１の水封機能が損なわれ、燃料電池システム１１０の排出ガスが第２凝縮水経路９３に流入し、第２凝縮水経路９３を介して屋内に漏れていると判断する。制御装置１０２は、燃料電池システム１１０の動作を停止させる。
【００８６】
以上のように構成された燃料電池システム１１０について、以下その動作、作用について説明する。燃料電池システム１１０の起動動作、発電動作、および停止動作は、一般的な燃料電池システムと同様に行われるので、その詳細な説明は省略する。本実施例においては、制御装置１０２が、燃料電池システム１１０を構成する各機器を制御するものとして説明するが、燃料電池システム１１０を構成する各機器を制御する制御装置が制御装置１０２とは別に設けられていてもよい。
【００８７】
燃料電池システム１１０の発電動作時、燃料電池１１には、水素生成装置１４から燃料ガスが供給され、酸化剤ガス供給器１５から酸化剤ガスが供給される。酸化剤ガスは、燃料電池１１において一部の酸素が発電に利用され、酸素濃度が低下する。酸素濃度の低下した酸化剤ガスは、オフ酸化剤ガスとして、酸化剤ガス経路１１Ｂの出口からオフ酸化剤ガス経路７４へと排出される。
【００８８】
燃料電池１１で利用されなかった水素を含むオフ燃料ガスは、オフ燃料ガス経路７３を経由して燃焼器１４ｂに供給される。燃焼器１４ｂでは、オフ燃料ガスが、燃焼ファン１４ｃで供給された燃焼用空気と共に燃焼される。燃焼器１４ｂでの燃焼により酸素濃度の低い燃焼排ガスが発生する。燃焼排ガスは、改質器１４ａを加熱した後、燃焼排ガス経路８０へと排出される。
【００８９】
燃料電池システム１１０の発電動作時、換気ファン１３が駆動され、筐体１２内のガス（空気）が換気経路７５に排出される。
【００９０】
よって、燃料電池システム１１０の発電動作時には、オフ酸化剤ガス、燃焼排ガスおよび換気ファン１３により筐体１２内から排出されるガス（空気）が、排出ガスとして混合部９０を介して排出経路７０に排出される。このとき排出ガス中の酸素濃度は、通常の空気に比べ、酸素濃度が低下している。
【００９１】
一般的に、燃料電池システム１１０から排出されるオフ酸化剤ガスと燃焼排ガスとは、温度が高く、また水蒸気を多く含んでいる。よって、オフ酸化剤ガスと燃焼排ガスとの熱を回収して有効に利用するために、熱交換器を設けてもよい。具体的には例えば、熱交換器が、オフ酸化剤ガス経路７４および燃焼排ガス経路８０の合流部の下流に設けられる。そして、オフ酸化剤ガスおよび燃焼排ガスの混合ガスが、熱媒体経路（図示せず）を通流する熱媒体と、該熱交換器を介して熱交換した後、混合部９０に排出される。
【００９２】
熱交換器でオフ酸化剤ガスと燃焼排ガスとが冷却されることで生じた凝縮水は、別途、回収水タンク（図示せず）に回収され、水素生成装置１４の改質器１４ａで原料から燃料ガスを生成する改質反応に利用してもよい。あるいは、凝縮水が水タンク９１に供給されてもよい。オフ酸化剤ガス由来の凝縮水は改質反応に利用され、燃焼排ガス由来の凝縮水は水タンク９１に供給されてもよい。
【００９３】
上述のように燃料電池システム１１０が熱交換器を備える場合においても、熱交換器を出たオフ酸化剤ガスおよび燃焼排ガスは、混合部９０および排出経路７０を介して建物２００の外部に排出されるまでの間に冷却され、凝縮水が発生する。凝縮水は混合部９０に流下し、第１凝縮水経路９２を介して水タンク９１に貯められる。水タンク９１には、常に凝縮水が補充され、通常時には水封機能を常に発揮することができる。必要以上に発生した余分な凝縮水は、第２凝縮水経路９３を介して筐体１２の外部かつ建物２００の内部にある排水口へと排水される。水タンク９１の水封機能により、燃料電池システム１１０の排出ガスは、第２凝縮水経路９３に流入せず、燃料電池システム１１０の筐体１２の外部かつ建物２００の内部に排出されることもない。
【００９４】
しかしながら、水タンク９１内の水がなくなった場合、水タンク９１の水封機能は損なわれる（水封部の機能不全）。その結果、排出ガスが、第１凝縮水経路９２と、水タンク９１と、第２凝縮水経路９３とを順次通流して、筐体１２の外（屋内）に漏れ出る。水タンク９１内の水がなくなった場合としては、例えば、設置直後やメンテナンスにおいて水タンク９１を空にし、その後、水タンク９１に水を入れずに放置され、燃料電池システムが運転された場合が挙げられる。本実施例の燃料電池システム１１０では、第２凝縮水経路９３に設けた酸素濃度検知器９４により、酸素濃度の低下を検知することで、第２凝縮水経路９３に排出ガスが流入していることを検知することができる。これにより、水封部の機能不全が検知可能となる。
【００９５】
制御装置１０２は、酸素濃度検知器９４によって第２凝縮水経路９３中に酸素濃度の低い排出ガスが流れてきたことを検知すると、燃料電池システム１１０の発電動作を停止させる。本実施例において、発電動作を停止させるとは、燃焼器１４ｂでの燃焼を停止させると共に、燃料電池１１での発電を停止させ、酸素濃度の低い排出ガスの排出を停止させることを意味する。
【００９６】
本実施例では、燃料電池システム１１０の発電動作時について説明したが、燃料電池システム１１０の起動動作時においても、同様の手段で、水封部の機能不全を検知することが可能である。
【００９７】
以上のように、本実施例で示した燃料電池システム１１０では、水タンク９１の水封機能が損なわれ、排水経路を介して排出ガスが燃料電池システム１１０の外部かつ建物２００の内部に漏れ出ることを防止することができる。
【００９８】
本実施例の燃料電池システムでは、排ガス検知器として酸素濃度検知器を使用したが、これに限定されず、例えば、二酸化炭素濃度検知器を使用してもよい。燃焼器１４ｂで燃焼用ガスが燃焼する際、二酸化炭素が生成されるため、排出ガス中の二酸化炭素の濃度が通常の空気よりも高いことを利用するものである。この場合、第２凝縮水経路９３中の二酸化炭素濃度が所定の閾値濃度よりも高くなった場合、燃料電池システム１１０の排出ガスが第２凝縮水経路９３を介して屋内に漏れていると判断する。該判断がされた場合には、燃料電池システム１１０の動作を停止させてもよい。以上のような構成によっても、本実施例の燃料電池システム１１０と同様の効果が得られる。
【００９９】
本実施例の燃料電池システム１１０において、水タンク９１中の水がなくなり、水封機能が損なわれる事例として、排出経路７０が一部、もしくは完全に閉塞された場合が考えられる。この場合、想定以上の背圧が混合部９０にかかり、水タンクの水封が破壊されうる。背圧が上昇すると、燃焼器１４ｂに供給される燃焼用空気の流量が不足し、燃焼器１４ｂにおいて不完全燃焼が発生して、燃焼排ガス中に一酸化炭素が含まれる場合もある。かかる状態を検知するために、排ガス検知器として、酸素濃度検知器の代わりに一酸化炭素検知器を使用してもよい。以上のような構成では、一酸化炭素を含む排出ガスが排水経路を介して屋内に排出するのを防止することが可能である。
【０１００】
（第２実施形態）
第２実施形態（embodiment）の第１態様（aspect）の燃料電池システムは、第１実施形態の第１態様の燃料電池システムであり、さらに、水封部は、排水経路に設けられた第１水封部と、第１水封部よりも下流側の排水経路に設けられた第２水封部とを備え、排ガス検知器が、第１水封部から第２水封部に至る排水経路に設けられている。
【０１０１】
かかる構成では、例えば、第２水封部の機能不全は発生しておらず、第１水封部の機能不全が発生している場合でも、かかる機能不全を検出できる。第２水封部の機能不全が発生していなければ、第２水封部を通じて燃焼排ガスが屋内に流入することはない。よって、燃焼排ガスが屋内に流入する可能性が低い段階で、水封部の機能不全を検出できる。
【０１０２】
「第１水封部より下流側」とは、第１水封部の最上流部よりも下流であることが好ましい。すなわち、第１水封部が複数の水封部を備えるような場合に、最上流側にある水封部よりも下流であることが好ましい。第１水封部が複数の水封部を備えるような場合に、最下流側にある水封部よりも下流であってもよい。
【０１０３】
第２実施形態の第２態様の燃料電池システムは、第２実施形態の第１態様の燃料電池システムであり、さらに、排ガス検知器は、一酸化炭素検知器と二酸化炭素検知器と酸素検知器とからなる群から選ばれた少なくとも一つの検知器である。
【０１０４】
第２実施形態の第３態様の燃料電池システムは、第２実施形態の第１態様の燃料電池システムであり、排ガス検知器は、圧力検知器である。
【０１０５】
第２実施形態の第４態様の燃料電池システムは、第２実施形態の第１ないし３態様のいずれかの燃料電池システムであり、さらに、排ガス検知器と通信可能に接続され、排ガス検知器が水封部より下流側の排水経路中に燃焼排ガスが含まれていることを検知した場合に燃料電池システムを停止させるように構成された制御器を備える。
【０１０６】
［装置構成］
図４は、第２実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【０１０７】
図４に示す例では、本実施形態の燃料電池システム１２０は、燃料処理器１と、燃料電池２と、燃焼器３と、排気経路４と、排水経路５と、水封部６と、排ガス検知器７とを備える。
【０１０８】
燃料処理器１と、燃料電池２と、燃焼器３と、排気経路４と、排ガス検知器７とは、第１実施形態と同様に構成しうるので、詳細な説明を省略する。
【０１０９】
排水経路５は、排気経路４に接続され、排気経路４内に発生する凝縮水を燃料電池システム１００の外部に排出するための経路である。具体的には例えば、排気経路４から分岐して下方に延びることで、排気経路４の内部で生じた凝縮水が重力によって自ら流下するように形成される。
【０１１０】
本実施形態の水封部は、排水経路５に設けられた第１水封部８と、第１水封部８よりも下流側の排水経路５に設けられた第２水封部９とを備える。
【０１１１】
第１水封部８は、排水経路５に設けられ、排水経路５と排気経路４との接続部と、排水経路５の排ガス検知器７が設けられた部分との連通を、液体の水により遮断する。具体的には例えば、排水経路５を介して回収された凝縮水を貯留する貯水部を設け、排水経路５の途中に形成した開口部を貯水部に浸漬させることで、水封を実現しうる。あるいは、排水経路５にＵ字状に形成した部位（Ｕ字管）を設け、該Ｕ字管に排水経路５を介して回収された凝縮水を張ることで、水封を実現しうる。水封に用いられる液体の水は、排気経路４から回収された凝縮水であってもよいし、燃料電池システム１００の他の部位から供給された水であってもよいし、燃料電池システム１００の外部から供給されて水であってもよいし、それらの複数種類の水が混合されたものであってもよい。第１水封部８には、水位計が設けられていてもよい。第１水封部８には、水位計が設けられていなくてもよい。
【０１１２】
第２水封部９は、第１水封部８および排ガス検知器７より下流側の排水経路５に設けられ、排水経路５の排ガス検知器７が設けられた部分と排水経路５の出口１７との連通を液体の水により遮断する。具体的には例えば、第１水封部８から排出された液体の水を貯留する貯水部を設け、排水経路５の途中に形成した開口部を貯水部に浸漬させることで、水封を実現しうる。あるいは、排水経路５にＵ字状に形成した部位（Ｕ字管）を設け、該Ｕ字管に第１水封部８から排出された液体の水を張ることで、水封を実現しうる。水封に用いられる液体の水は、排気経路４から回収された凝縮水であってもよいし、第１水封部８から排出された水であってもよいし、燃料電池システム１００の他の部位から供給された水であってもよいし、燃料電池システム１００の外部から供給されて水であってもよいし、それらの複数種類の水が混合されたものであってもよい。出口１７は、例えば、屋内の下水口に接続されるのが好ましい。第２水封部９には、水位計が設けられていてもよい。第２水封部９には、水位計が設けられていなくてもよい。
【０１１３】
排ガス検知器７と通信可能に接続され、水封部より下流側の排水経路中に燃焼排ガスが含まれていることを排ガス検知器７が検知した場合にその旨を報知する、報知器を備えていてもよい。報知器としては、例えば、ブザーおよび液晶表示装置等を使用できる。
【０１１４】
排ガス検知器７と通信可能に接続され、排ガス検知器７が第１水封部８より下流側の排水経路５中に燃焼排ガスが含まれていることを検知した場合に燃料電池システム１２０を停止させるように構成された制御器を備えてもよい。さらに、制御器と通信可能に接続され、第１水封部８より下流側の排水経路中に燃焼排ガスが含まれていることを排ガス検知器７が検知した場合にその旨を報知する、報知器を備えていてもよい。報知器としては、例えば、ブザーおよび液晶表示装置等を使用できる。
【０１１５】
制御器は、第１実施形態の変形例で説明した制御器１９と同様に構成しうるので、詳細な説明を省略する。
【０１１６】
燃料電池システム１２０は、建物２００の内部に設置される、屋内設置型の燃料電池システムである。
【０１１７】
［実施例］
図５は、第２実施形態の実施例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【０１１８】
図５に示すように、本実施例にかかる燃料電池システム１３０は、第１実施形態の実施例にかかる燃料電池システム１１０と基本的構成は同じであるが、貯水部が第１水封部である水タンク９１の下流に更に第２水封部であるＵ字管９５を備えている点と、水タンク９１とＵ字管９５とを接続する接続経路９６の途中に、排ガス検知器として圧力計９７を備えている点と、が異なる。
【０１１９】
本実施例の排水経路は、第１凝縮水経路９２と水タンク９１と接続経路９６とＵ字管９５と第２凝縮水経路９３とを含み構成される。
【０１２０】
具体的には、水タンク９１の上部とＵ字管９５の一端とは接続経路９６で接続されており、Ｕ字管９５の他端は第２凝縮水経路９３と接続されて筐体１２の外部と連通している。第２凝縮水経路９３の出口（排水経路の出口）は、燃料電池システム１１０の外部にありかつ建物２００の内部にある、屋内の排水口に接続されている。
【０１２１】
接続経路９６には接続経路９６内の圧力を検知する圧力計（排ガス検知器）が備えられている。圧力計は圧力検知器の一例である。
【０１２２】
Ｕ字管９５は、接続経路９６が水タンク９１からＵ字管９５に向かって下り傾斜となるように配置されている。かかる構成により、水タンク９１から排水される余剰な凝縮水は、重力の作用で、Ｕ字管９５のＵ字部に自動的に流れ込む。
【０１２３】
Ｕ字管９５の第２凝縮水経路９３との接続側は接続経路９６との接続側よりも低い位置となるように構成されている。かかる構成により、Ｕ字管９５から排水される余剰な凝縮水は、重力の作用で、第２凝縮水経路９３の出口から筐体１２の外部へと流れ出る。
【０１２４】
Ｕ字管９５は、ある程度の圧力が接続経路９６側からかかった場合でも、その水封機能が損なわれることがないように、Ｕ字部の高さが設定されている。Ｕ字管９５の水封機能が破壊される圧力は、水タンク９１の水封既納が破壊される圧力よりも大きいことが好ましい。
【０１２５】
圧力計９７は、本実施例の燃料電池システム１３０では、接続経路９６内の圧力と第２凝縮水経路９３内の圧力（＝筐体１２の外部（屋内）の圧力）の差を測定する差圧計を使用した。圧力計９７の構成はこれに限定されるものではない。例えば、接続経路９６内の圧力と筐体１２内の圧力との差を測定する差圧計を圧力計９７に使用してもよい。この場合、通常時（すなわち水タンク９１およびＵ字管９５の水封機能が損なわれていないとき）の圧力計９７の値をあらかじめ制御装置１０２に記憶させておけばよい。
【０１２６】
以上のように構成された燃料電池システム１３０の動作および作用を以下に説明する。
【０１２７】
排出経路７０で発生した凝縮水は、混合部９０に接続された第１凝縮水経路９２を通流して水タンク９１に貯められる。必要以上に発生した余分な凝縮水は、水タンク９１から接続経路９６を介してＵ字管９５に流入する。Ｕ字管９５の貯水容量を超える水は、第２凝縮水経路９３を介して燃料電池システム１００の筐体１２の外部かつ建物２００の内部にある排水口へと排水される。
【０１２８】
通常の燃料電池システム１３０の運転状態（起動動作、発電動作、停止動作中を意味する）では、水タンク９１の水封機能により、第１凝縮水経路９２の出口が液体の水により封止されている。よって、燃料電池システム１３０から排出される排出ガスは、全て排出経路７０から建物２００外に排出される。混合部９０にかかる背圧は、水タンク９１内の水位差による水圧と相殺される。よって、圧力計９７で計測している接続配管の圧力はほぼ一定となる。Ｕ字管９５の接続経路９６側の水面の高さと、第２凝縮水経路９３側の水面の高さとの間にも、違いが生じない。
【０１２９】
しかしながら、水タンク９１内に水がなくなった場合、水タンク９１の水封機能は損なわれる（第１水封部の機能不全）が、Ｕ字管９５の接続経路９６側に混合部９０の背圧と同等の圧力がかかっても、第２水封部に相当するＵ字管９５の水封機能により、排出ガスが第２凝縮水経路９３を介して筐体１２の外（屋内）に漏れ出ることがない。加えて、接続経路９６の内部の圧力が高くなるために、水タンク９１の水封機能が損なわれていることを圧力計９７により検知できる。
【０１３０】
一方で、水タンク９１の水封機能は健全である（すなわち水タンク９１に十分に水がある場合を意味する）が、Ｕ字管９５の水封機能が損なわれた場合においては、第１水封部である水タンク９１の水封機能により、排出ガスが筐体１２の外（屋内）に漏れることはない。
【０１３１】
このように、第１水封部と第２水封部の両方を備えることで、排出ガスが屋内に漏れ出る可能性をより効果的に低減できる。
【０１３２】
水タンク９１とＵ字管９５との両方の水位が低下し、両方の水封機能が損なわれることは非常に稀ではある。かりにかかる事態が生じた場合でも、圧力計９７の圧力は、Ｕ字管９５と第２凝縮水経路９３との圧力損失分（より正確には、圧力計が設置されている場所よりも、下流の経路の圧力損失分）だけ、筐体１２外の圧力よりも上昇する。よって、圧力計９７により、水タンク９１およびＵ字管９５の両方の水封機能が損なわれていることを検知できる。
【０１３３】
圧力計９７はその検知した圧力を制御装置１０２に信号として入力する。制御装置１０２では、圧力計９７で検知した圧力と、あらかじめ記憶していた所定の圧力とを比較して、所定の圧力以上である場合に、貯水部（すなわち水タンク９１とＵ字管９５）の水封機能が損なわれたと判断する。水封機能が損なわれたと判断すると、制御装置１０２は、燃料電池システム１３０の動作を停止させる。
【０１３４】
本実施例の燃料電池システムでは、第１水封部として水タンクを使用し、第２水封部としてＵ字管を使用したが、この構成に限定されるものではなく、両者を共に、水タンクまたはＵ字管のいずれか一方で構成してもよく、また、第１水封部としてＵ字管を使用し、第２水封部として水タンクを使用してもよい。
【０１３５】
本実施例の燃料電池システムでは、排ガス検知器として圧力計を使用したが、第１実施形態の実施例にかかる燃料電池システムと同様に、酸素濃度検知器、二酸化炭素濃度検知器、および一酸化炭素濃度検知器等を利用しても同等の効果が得られる。
【０１３６】
（第３実施形態）
第３実施形態（embodiment）の第１態様（aspect）の燃料電池システムは、第１実施形態の第１態様の燃料電池システムであり、さらに、排ガス検知器は、水封部より下流側の排水経路に形成された開口部と、開口部から流出する燃焼排ガスを検出可能な位置に配置された、一酸化炭素検知器と二酸化炭素検知器と酸素検知器とからなる群から選ばれた少なくとも一つの検知器と、を備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【０１３７】
かかる構成では、排ガス検知器を用いて、例えば、燃料電池システムの排出ガスが筐体内に漏れたことを検知することができる。
【０１３８】
「水封部より下流側」とは、水封部の最上流部よりも下流であることが好ましい。すなわち、水封部が複数の水封部を備えるような場合に、最上流側にある水封部よりも下流であることが好ましい。水封部が複数の水封部を備えるような場合に、最下流側にある水封部よりも下流であってもよい。
【０１３９】
第３実施形態の第２態様の燃料電池システムは、第３実施形態の第１態様の燃料電池システムであり、さらに、水封部は、排水経路に設けられた第１水封部と、第１水封部よりも下流側の排水経路に設けられた第２水封部とを備え、開口部が、第１水封部から第２水封部に至る排水経路に設けられている。
【０１４０】
かかる構成では、例えば、第２水封部の機能不全は発生しておらず、第１水封部の機能不全が発生している場合でも、かかる機能不全を検出できる。第２水封部の機能不全が発生していなければ、第２水封部を通じて燃焼排ガスが屋内に流入することはない。よって、燃焼排ガスが屋内に流入する可能性が低い段階で、水封部の機能不全を検出できる。
【０１４１】
「第１水封部より下流側」とは、第１水封部の最上流部よりも下流であることが好ましい。すなわち、第１水封部が複数の水封部を備えるような場合に、最上流側にある水封部よりも下流であることが好ましい。第１水封部が複数の水封部を備えるような場合に、最下流側にある水封部よりも下流であってもよい。
【０１４２】
第３実施形態の第３態様の燃料電池システムは、第３実施形態の第１態様または第２態様の燃料電池システムであり、さらに、排ガス検知器と通信可能に接続され、排ガス検知器が水封部より下流側の排水経路中に燃焼排ガスが含まれていることを検知した場合に燃料電池システムを停止させるように構成された制御器を備える。
【０１４３】
［装置構成］
図６は、第３実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【０１４４】
図６に示す例では、本実施形態の燃料電池システム１４０は、燃料処理器１と、燃料電池２と、燃焼器３と、排気経路４と、排水経路５と、水封部６と、排ガス検知器７とを備える。
【０１４５】
燃料処理器１と、燃料電池２と、燃焼器３と、排気経路４と、水封部６とは、第１実施形態と同様に構成しうるので、詳細な説明を省略する。
【０１４６】
排水経路５は、排気経路４に接続され、排気経路４内に発生する凝縮水を燃料電池システム１４０の外部に排出するための経路である。具体的には例えば、排気経路４から分岐して下方に延びることで、排気経路４の内部で生じた凝縮水が重力によって自ら流下するように形成される。排水経路５は、水封部６より下流側に、開口部１０が形成されている。開口部１０は、例えば、鉛直上向きに分岐して上端が開口する配管により形成され、液体の水は開口部１０から排出されないが、ガスは開口部１０から排出されるように形成されるのが好ましい。
【０１４７】
排ガス検知器７は、水封部６より下流側の排水経路５に形成された開口部１０と、開口部１０から流出する燃焼排ガスを検出可能な位置に配置された、一酸化炭素検知器と二酸化炭素検知器と酸素検知器とからなる群から選ばれた少なくとも一つの検知器２０と、を備える。
【０１４８】
検知器２０（排ガス検知器７）と通信可能に接続され、水封部より下流側の排水経路中に燃焼排ガスが含まれていることを排ガス検知器７が検知した場合にその旨を報知する、報知器を備えていてもよい。報知器としては、例えば、ブザーおよび液晶表示装置等を使用できる。
【０１４９】
検知器２０（排ガス検知器７）と通信可能に接続され、検知器２０が水封部６より下流側の排水経路５中に燃焼排ガスが含まれていることを検知した場合に燃料電池システム１４０を停止させるように構成された制御器を備えてもよい。さらに、制御器と通信可能に接続され、水封部６より下流側の排水経路中に燃焼排ガスが含まれていることを検知器２０（排ガス検知器７）が検知した場合にその旨を報知する、報知器を備えていてもよい。報知器としては、例えば、ブザーおよび液晶表示装置等を使用できる。
【０１５０】
制御器は、第１実施形態の変形例で説明した制御器１９と同様に構成しうるので、詳細な説明を省略する。
【０１５１】
燃料電池システム１４０は、建物２００の内部に設置される、屋内設置型の燃料電池システムである。
【０１５２】
［変形例］
図７は、第３実施形態の変形例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【０１５３】
図７に示す例では、本実施形態の燃料電池システム１５０は、燃料処理器１と、燃料電池２と、燃焼器３と、排気経路４と、排水経路５と、第１水封部８と、排ガス検知器７と、第２水封部９とを備える。
【０１５４】
燃料処理器１と、燃料電池２と、燃焼器３と、排気経路４とは、第１実施形態と同様に構成しうるので、詳細な説明を省略する。
【０１５５】
第１水封部８と、第２水封部９とは、第２実施形態と同様に構成しうるので、詳細な説明を省略する。
【０１５６】
排水経路５は、排気経路４に接続され、排気経路４内に発生する凝縮水を燃料電池システム１５０の外部に排出するための経路である。具体的には例えば、排気経路４から分岐して下方に延びることで、排気経路４の内部で生じた凝縮水が重力によって自ら流下するように形成される。排水経路５は、第１水封部８より下流側かつ第２水封部９より上流側、すなわち第１水封部８から第２水封部９に至る部分に、開口部１０が形成されている。開口部１０は、例えば、鉛直上向きに分岐して上端が開口する配管により形成され、液体の水は開口部１０から排出されないが、ガスは開口部１０から排出されるように形成されるのが好ましい。
【０１５７】
排ガス検知器７は、第１水封部８から第２水封部９に至る排水経路５に設けられている開口部１０と、開口部１０から流出する燃焼排ガスを検出可能な位置に配置された、一酸化炭素検知器と二酸化炭素検知器と酸素検知器とからなる群から選ばれた少なくとも一つの検知器２０と、を備える。
【０１５８】
検知器２０（排ガス検知器７）と通信可能に接続され、水封部より下流側の排水経路中に燃焼排ガスが含まれていることを排ガス検知器７が検知した場合にその旨を報知する、報知器を備えていてもよい。報知器としては、例えば、ブザーおよび液晶表示装置等を使用できる。
【０１５９】
検知器２０（排ガス検知器７）と通信可能に接続され、検知器２０が水封部６より下流側の排水経路５中に燃焼排ガスが含まれていることを検知した場合に燃料電池システム１４０を停止させるように構成された制御器を備えてもよい。さらに、制御器と通信可能に接続され、水封部６より下流側の排水経路中に燃焼排ガスが含まれていることを検知器２０（排ガス検知器７）が検知した場合にその旨を報知する、報知器を備えていてもよい。報知器としては、例えば、ブザーおよび液晶表示装置等を使用できる。
【０１６０】
制御器は、第１実施形態の変形例で説明した制御器１９と同様に構成しうるので、詳細な説明を省略する。
【０１６１】
燃料電池システム１５０は、建物２００の内部に設置される、屋内設置型の燃料電池システムである。
【０１６２】
［実施例］
図８は、第３実施形態の実施例にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
【０１６３】
図８に示すように、本実施例にかかる燃料電池システム１６０は、第２実施形態の実施例にかかる燃料電池システム１３０と基本的構成は同じであるが、排ガス検知器として圧力計９７の代わりに、水タンク９１とＵ字管９５とを接続する接続経路９６の途中に設けられた開口部９８と、筐体１２内に設けられた検知器９９とを備えている点が異なる。
【０１６４】
検知器９９は、酸素濃度検知器であり、筐体１２内の酸素濃度を検知するものである。検知器９９は、検知した酸素濃度を信号として制御装置１０２に送る。制御装置１０２では、検知器９９で検知した酸素濃度を、あらかじめ記憶していた所定の酸素濃度と比較する。
【０１６５】
以上のように構成された燃料電池システム１６０について、以下その動作および作用について説明する。
【０１６６】
燃料電池システム１６０の動作中に、水タンク９１の水封機能が損なわれた場合、接続経路９６の開口部から燃料電池システム１００の排出ガスが筐体１２内に漏れ出る。その結果、筐体１２内の酸素濃度が低下する。検知器９９では、筐体１２内の酸素濃度を検知し、その値を制御装置１０２に信号として送る。制御装置１０２では、あらかじめ記憶していた酸素濃度よりも検知器９９が検知した酸素濃度が低い場合に、水タンク９１の水封機能が損なわれていることを検知できる。制御装置１０２は、水タンク９１の水封機能が損なわれていることを検知すると、燃料電池システム１００の動作を停止させる。
【０１６７】
以上のように、本実施例の燃料電池システム１６０では、水封部（ここでは、第１水封部としての水タンク９１）の水封機能が損なわれていることを検知することが可能である。
【０１６８】
更に、本実施例の燃料電池システム１６０では、例えば燃焼排ガス経路８０が破損し、筐体１２内に燃焼排ガスが漏れた場合でも筐体１２内の酸素濃度が低下した場合にも、検知器９９でこれを検知し、燃料電池システムを停止させることが可能である。
【０１６９】
このように、本実施例の燃料電池システム１６０では、排ガス検知器は、燃料電池システムの排出ガスが、その排出ガスが通流する経路の故障などによって筐体内に漏れたことを検知する検知器としても利用することが可能である。
【０１７０】
なお、本実施例の燃料電池システム１６０では、検知器９９として酸素濃度検知器を使用したが、これに限定されず、二酸化炭素濃度検知器や一酸化炭素濃度検知器を使用しても、同様の効果を得ることが可能である。
【０１７１】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１７２】
本発明の燃料電池システムは、燃焼器の排気経路に排水経路が接続されている屋内設置型の燃料電池システムであって、排水経路に設けられた水封部の機能不全をより適切に検出することができる燃料電池システムとして有用である。
【符号の説明】
【０１７３】
１  燃料処理器
２  燃料電池
３  燃焼器
４  排気経路
５  排水経路
６  水封部
７  排ガス検知器
８  第１水封部
９  第２水封部
１０  開口部
１１  燃料電池
１１Ａ  燃料ガス経路
１１Ｂ  酸化剤ガス経路
１２  筐体
１３  換気ファン
１４  水素生成装置
１４ａ  改質器
１４ｂ  燃焼器
１４ｃ  燃焼ファン
１５  酸化剤ガス供給器
１６  孔
１７  出口
１９  制御器
２０  検知器
７０  排出経路
７１  燃料ガス供給経路
７２  酸化剤ガス供給経路
７３  オフ燃料ガス経路
７４  オフ酸化剤ガス経路
７５  換気経路
７８  給気経路
７９  空気供給経路
８０  燃焼排ガス経路
９０  混合部
９１  水タンク
９２  第１凝縮水経路
９３  第２凝縮水経路
９４  酸素濃度検知器
９５  Ｕ字管
９６  接続経路
９７  圧力計
９８  開口部
９９  検知器
１００  燃料電池システム
１０２  制御装置
１０４  給排気機構
１０５  燃料電池システム
１１０  燃料電池システム
１２０  燃料電池システム
１３０  燃料電池システム
１４０  燃料電池システム
１５０  燃料電池システム
１６０  燃料電池システム
２００  建物
【図１】
2013161754.tif 000003
【図２】
2013161754.tif 000004
【図３】
2013161754.tif 000005
【図４】
2013161754.tif 000006
【図５】
2013161754.tif 000007
【図６】
2013161754.tif 000008
【図７】
2013161754.tif 000009
【図８】
2013161754.tif 000010