(57)【要約】【課題】燃料電池発電装置において、排気通路に単一のブロワを設置した構造であって、排気通路を流れる排気から凝縮水を確実に回収可能な構造を備えたもの、等を提供することである。【解決手段】燃料電池発電装置１は、燃料ガスと空気の供給を受けて発電を行う燃料電池発電モジュール２と、この燃料電池発電モジュール２から発電後の排気を機外に排出する為の排気通路５と、この排気通路５を流れる排気の排熱を回収する為の排熱回収用熱交換器６と、この排熱回収用熱交換器６によって発生した凝縮水を回収する為の凝縮水回収部２１とを備え、排気通路５の途中部に排気ブロワ７が設けられ、凝縮水回収部２１は、排気ブロワ７の下流側に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気の供給を受けて発電を行う発電部と、この発電部から発電後の排気を機外に排出する為の排気通路と、この排気通路を流れる排気の排熱を回収する為の排熱回収用熱交換器と、この排熱回収用熱交換器によって発生した凝縮水を回収する為の回収部とを備えた燃料電池発電装置において、
前記排気通路の途中部に排気ブロワが設けられ、
前記回収部は、前記排気ブロワの下流側に配置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】
前記発電部に燃料ガスを供給する為の燃料ガス通路を備え、
前記燃料ガス通路の途中部に流量調節手段が設けら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】
前記排熱回収用熱交換器は、前記排気通路の前記排気ブロワの上流側に配置されていることを特徴とする請求項１又は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に関し、特に発電後の排気を器具外に排出する為の排気通路に排気ブロワが設置されたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ジルコニア等のイオン伝導性セラミックスを使用した電解質を挟み込むように１対の電極（酸素極及び燃料極）を設け、酸素極（カソード）側に酸化剤ガスを供給し、燃料極（アノード）側に改質ガス（水素含有ガス）を供給して、これらを高温環境下で酸化還元反応させることで化学エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発生させる燃料電池発電装置が実用に供されている。
【０００３】
上記の燃料電池発電装置は、酸化剤ガスと改質ガスとで発電を行なう燃料電池セルスタックとこの燃料電池セルスタックに供給する改質ガスを純水（水蒸気）と燃料ガスから生成する燃料改質器とオフガスを燃焼処理するオフガス燃焼室等を有する燃料電池発電モジュール、この燃料電池発電モジュールからの排気を外部に排出する排気通路、この燃料電池発電モジュールに酸化剤ガスや燃料ガス及び純水等を供給する各種供給装置や各種器具を制御する制御ユニット等を備えている。
【０００４】
上記の各種供給装置において、一般的に、燃料電池発電モジュールに燃料ガスを供給する燃料ガス通路及び酸化剤ガスを供給する発電用空気通路には、専用のブロワが夫々設置されている。また、例えば、特許文献１の燃料電池発電システムにおいて、燃料電池発電モジュールから器具外に排気を流す排気通路に１つの排気ブロワを設置し、燃料電池発電モジュールの上流側の燃料ガス通路や発電用空気通等の昇圧ブロワや送風ファンを省略することで、排気ブロワを各種のガスの供給・排出の為に共有化した構造も開示されている。
【０００５】
ところで、従来の燃料電池発電装置では、燃料電池発電モジュールから器具外に流れる排気を冷却することによって生成された凝縮水を回収して再使用する、所謂水自立運転が行われている。例えば、排気通路に設置された排熱回収熱交換器にて貯湯タンクの湯水を利用して排気との間で熱交換を行い、排気に含まれる水蒸気を冷却して凝縮水を回収し、この凝縮水を浄化してから再使用している。また、特許文献１の図２に記載の燃料電池発電システムにおいては、排気通路に設置された復水器（コンデンサ）にて排気に含まれる水蒸気を圧冷却して凝縮水を回収している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平８−２１４１１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、特許文献１の燃料電池発電システムにおいては、凝縮水を回収する復水器（凝縮水回収部）が、排気通路の排気ブロワの上流側に配置されている構造上、排気通路から凝縮水を回収する場合には、排気ブロワの回転駆動に伴い、排気通路の排気ブロワの上流側が負圧になる為、復水器から延びる純水回収通路側から大気が吸引されるので、凝縮水の回収が阻害される虞がある。
【０００８】
本発明の目的は、燃料電池発電装置において、排気通路に単一のブロワを設置した構造であって、排気通路を流れる排気から凝縮水を確実に回収可能な構造を備えたもの、等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の燃料電池発電装置は、燃料ガスと空気の供給を受けて発電を行う発電部と、この発電部から発電後の排気を機外に排出する為の排気通路と、この排気通路を流れる排気の排熱を回収する為の排熱回収用熱交換器と、この排熱回収用熱交換器によって発生した凝縮水を回収する為の回収部とを備えた燃料電池発電装置において、前記排気通路の途中部に排気ブロワが設けられ、前記回収部は、前記排気ブロワの下流側に配置されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２の燃料電池発電装置は、請求項１の発明において、前記発電部に燃料ガスを供給する為の燃料ガス通路を備え、前記燃料ガス通路の途中部に流量調節手段が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３の燃料電池発電装置は、請求項１又は２の発明において、前記排熱回収用熱交換器は、前記排気通路の前記排気ブロワの上流側に配置されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、排気通路の途中部に排気ブロワが設けられ、回収部は、排気ブロワの下流側に配置されているので、排気ブロワを回転駆動する場合、排気通路の回収部の近傍には、負圧が発生しない。
【００１３】
従って、排気通路に排気ブロワを設置した構造であっても、回収部を排気ブロワの下流側に配置することで、排気ブロワの負圧の影響を受けずに、回収部から大気の吸引を防止することできるので、排気通路を流れる排気から生成した凝縮水を、回収部から確実に回収することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、発電部に燃料ガスを供給する為の燃料ガス通路を備え、燃料ガス通路の途中部に流量調節手段が設けられているので、流量調節手段によって、燃料ガス量を発電部に供給される空気量に応じて調整してから発電部に供給することができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、排熱回収用熱交換器は、排気通路の排気ブロワの上流側に配置されているので、排熱回収用熱交換器によって排気が冷却されることで、排気ブロワに高温状態の排気が流れ込むことを防止することができる。このため、排気ブロワに耐熱性能の高い高価なものを採用する必要がないので、コスト増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例に係る燃料電池発電装置の概略構成図である。
【図２】排気通路の部分拡大概略図である。
【図３】部分変更形態に係る排気通路の部分拡大概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００１８】
先ず、燃料電池発電装置１の全体構成について説明する。
図１に示すように、燃料電池発電装置１は、燃料電池発電モジュール２、発電用空気通路３、燃料ガス通路４、排気通路５、排熱回収用熱交換器６、排気ブロワ７、純水供給手段８等を備え、燃料電池発電モジュール２にて発電された直流電力がパワーコンディショナユニット（図示略）を介して交流電力に変換されて外部に出力される。
【００１９】
尚、この燃料電池発電装置１は、例えば、排熱回収用熱交換器６による熱交換後の湯水を貯湯する貯湯タンクを備えた貯湯給湯装置と、この貯湯給湯装置と燃料電池発電装置１とに亙って湯水を循環させる為の排熱回収循環回路９等と組み合わせることで燃料電池コージェネレーションシステムを構成することができるが、燃料電池発電装置１以外の構成の詳細な説明は省略する。
【００２０】
次に、燃料電池発電モジュール２について説明する。
図１に示すように、燃料電池発電モジュール２（発電部に相当する）は、燃料電池セルスタック１１、蒸発器１２、燃料改質器１３、空気用熱交換器１４、これら器具（蒸発器１２、燃料改質器１３、空気用熱交換器１４）を燃焼ガスによって加熱するオフガス燃焼室１５等を備えている。燃料電池発電モジュール２は、燃料改質器１３によって改質された改質ガス及び酸化剤ガスを燃料電池セルスタック１１で高温の環境下で化学反応させることで発電を行うものである。
【００２１】
燃料電池セルスタック１１は、複数の燃料電池セルを並べて構成されている。各燃料電池セルの燃料極側（各燃料電池セルの内部通路）には、燃料改質器１３から改質ガス通路１６を介して改質ガスが供給され、各燃料電池セルの酸素極側（各燃料電池セルの外部）には、空気用熱交換器１４から酸化剤ガス通路１７を介して酸化剤ガスが供給され、これらを高温の環境下で電気化学反応させて直流電力を生成する。
【００２２】
蒸発器１２は、燃料ガスに混合する為の水蒸気を純水から生成して燃料改質器１３に供給するものである。燃料改質器１３は、ニッケルや白金等の改質触媒を有し、脱硫された燃料ガスと水蒸気と（起動時には改質用空気と）を混合して反応（水蒸気改質、部分酸化改質等）させて改質ガスを生成し、この改質ガスを燃料電池セルスタック１１の燃料極側に供給する。
【００２３】
オフガス燃焼室１５は、燃料電池セルスタック１１の発電に伴い生じる残余燃料ガスを燃焼処理する為のものであり、燃料電池セルスタック１１の燃料電池セルの燃料極側及び酸素極側の各排出側と接続されている。オフガス燃焼室２５では、燃料極側から排出された残余燃料ガスと、酸素極側から排出された酸素を含む空気とを燃焼させることによって高温の排気を生成し、この排気で燃料改質器１３等を加熱してから、排気通路５を介して外部に排出する。
【００２４】
次に、各種通路３〜５について説明する。
発電用空気通路３は、燃料電池発電モジュール２へ発電用空気を供給するものである。発電用空気通路３の上流端には、外部から空気を導入可能なフィルタ付き空気吸入部３ａが設けられている。発電用空気通路３において、空気吸入部３ａから発電用空気を外部から取り込み、この取り込まれた発電用空気を酸化剤ガスとして、燃料電池発電モジュール２の空気用熱交換器１４に供給する。
【００２５】
燃料ガス通路４は、燃料電池発電モジュール２へ燃料ガスを供給するものである。燃料ガス通路４の上流端には、ガス吸入部４ａが設けられ、燃料ガス通路４の途中部には、発電量に応じて燃料ガスの流量を調節する流量調節弁４ｂ（流量調節手段に相当する）及び燃料ガスを脱硫する脱硫器４ｃが設けられている。燃料ガス通路４において、ガス供給源からガス吸入部４ａに供給された燃料ガスを脱硫器４ｃを通して脱硫し、この脱硫された燃料ガスを燃料電池発電モジュール２の蒸発器１２及び燃料改質器１３に供給する。
【００２６】
排気通路５は、燃料電池発電モジュール２から発電後の排気を機外に排出するものである。排気通路５の途中部には、この排気通路５を流れる排気の熱を回収する為の排熱回収用熱交換器６と、排気を送風する為の排気ブロワ７が設けられ、排気通路５の下流端に排気口５ａが設けられている。
【００２７】
排熱回収用熱交換器６は、貯湯タンクから排熱回収循環回路９を流れる湯水を利用して、排気通路５を流れる排気を冷却して凝縮水を生成すると共に排熱を回収するものである。排気通路５において、燃料電池発電モジュール２から排出される排気を、排熱回収用熱交換器６にて排熱回収循環回路９を循環する湯水との間で熱交換して温度を低下させた後に排気ブロワ７に取り込み、この排気ブロワ７に取り込まれた排気を外部に排出する。
【００２８】
次に、排気ブロワ７について説明する。
排気ブロワ７は、排気通路５から排気を器具外に排出すると共に、発電用空気通路３に発電用空気を取り込み、燃料ガス通路４に燃料ガスを取り込むものである。即ち、この排気ブロワ７の回転駆動に伴い、燃料ガス及び発電用空気（改質用空気を含む）を燃料電池発電モジュール２に専用のブロワを介さずに供給可能である。燃料電池発電装置１は、単一の排気ブロワ７で各流体の供給及び排出を可能に構成されたものである。
【００２９】
次に、純水供給手段８について説明する。
純水供給手段８は、排熱回収用熱交換器６にて凝縮されて生成された凝縮水を回収して不純物を取り除き、浄化された凝縮水を貯留した後に、燃料電池発電モジュール２の蒸発器１２及び燃料改質器１３に供給するものであり、凝縮水回収部２１（回収部に相当する）、凝縮水回収通路２２、処理タンク２３、貯留タンク２５、純水供給通路２７、純水ポンプ２８等を備えている。
【００３０】
凝縮水回収部２１は、排気通路５を流れる凝縮水を回収するものであり、凝縮水回収通路２２の上流端であって排気通路５と凝縮水回収通路２２との接続部で構成されている。凝縮水回収部２１は、排気通路５の排気ブロワ７の下流側に配置されている。この凝縮水回収部２１によって回収された凝縮水は、凝縮水回収通路２２を通って処理タンク２３に送られる。
【００３１】
処理タンク２３は、凝縮水回収通路２２から送られた凝縮水の不純物を除去するものであり、凝縮水を浄化する為のイオン交換樹脂が収納されている。貯留タンク２５は、処理タンク２３により処理された純水（浄化された凝縮水）を貯留するものである。貯留タンク２５と処理タンク２３との間は、接続通路２４を介して接続されている。貯留タンク２５の上部は、オーバーフロー用の排水通路２６が設けられている。貯留タンク２５は、オーバーフロー用の排水通路２６を介して大気開放状態である。
【００３２】
純水供給通路２７は、貯留タンク２５に貯留された純水を燃料電池発電モジュール２の蒸発器１２に供給するものである。純水供給通路２７の途中部には、純水ポンプ２８が設置されている。純水ポンプ２８は、プランジャの進退駆動に伴いチャンバ内の純水を蒸発器１２に圧送するものである。
【００３３】
次に、本発明に関連する排気通路５の途中部の器具配置構造について説明する。
図１，図２に示すように、排気通路５の横方向（水平方向）に延びる途中部には、上流側から下流側に向かって、排熱回収用熱交換器６、排気ブロワ７、凝縮水回収部２１が配置されている。即ち、排熱回収用熱交換器６は、排気通路５の排気ブロワ７の上流側に配置され、凝縮水回収部２１は、排気通路５の排気ブロワ７の下流側に配置されている。
【００３４】
次に、本発明の燃料電池発電装置１の作用及び効果について説明する。
燃料電池発電装置１の発電運転時においては、排気ブロワ７の回転駆動に伴い、燃料電池発電モジュール２に対して、発電用空気通路３を介して発電用空気が供給されると共に燃料ガス通路４を介して流量調節弁４ｂによって流量が調整された燃料ガスが供給され、燃料電池発電モジュール２から発電後の排気が排気通路５に排出される。
【００３５】
図２に示すように、排気通路５において、燃料電池発電モジュール２からの排気は排熱回収用熱交換器６にて冷却されると共に凝縮水を生成し、この生成された凝縮水は、排気ブロワ７の送風圧により下流側の凝縮水回収部２１に向かって流され、凝縮水回収部２１にて回収されて凝縮水回収通路２２を経て処理タンク２３へ送られる。
【００３６】
以上説明したように、燃料電池発電装置１において、排気通路５の途中部に排気ブロワ７が設けられ、凝縮水回収部２１は、排気ブロワ７の下流側に配置されているので、排気ブロワ７を回転駆動する場合、排気通路５の凝縮水回収部２１の近傍には、負圧が発生しない。
【００３７】
従って、排気通路５に排気ブロワ７を設置した構造であっても、凝縮水回収部２１を排気ブロワ７の下流側に配置することで、排気ブロワ７の負圧の影響を受けずに、凝縮水回収部２１から大気の吸引を防止することできるので、排気通路５を流れる排気から生成した凝縮水を、凝縮水回収部２１から確実に回収することができる。
【００３８】
また、燃料電池発電モジュール２に燃料ガスを供給する為の燃料ガス通路４を備え、燃料ガス通路４の途中部に流量調節弁４ｂが設けられているので、流量調節弁４ｂによって、燃料ガス量を燃料電池発電モジュール２に供給される空気量に応じて調整してから燃料電池発電モジュール２に供給することができる。
【００３９】
さらに、排熱回収用熱交換器６は、排気通路５の排気ブロワ７の上流側に配置されているので、排熱回収用熱交換器６によって排気が冷却されることで、排気ブロワ７に高温状態の排気が流れ込むことを防止することができる。このため、排気ブロワ７に耐熱性能の高い高価なものを採用する必要がないので、コスト増加を抑制することができる。
【００４０】
次に、前記実施例を部分的に変更した形態について説明する。
［１］図３に示すように、排気通路５Ａの途中部には、上流側から下流側に向かって、排気ブロワ７、排熱回収用熱交換器６、凝縮水回収部２１が配置されても良い。即ち、排熱回収用熱交換器６と凝縮水回収部２１は、排気通路５Ａの排気ブロワ７の下流側に配置されている。この構造の場合、排気ブロワ７には、耐熱性能の高いものが必要になるが、耐蝕性能については凝縮水との接触が回避されるので低いものを採用可能である。
【００４１】
［２］前記実施例において、横向きの排気通路５に設置された排熱回収用熱交換器６、排気ブロワ７、凝縮水回収部２１の形状は特に限定する必要はなく、燃料電池発電装置１の能力やサイズに応じて適宜変更可能である。
【００４２】
［３］その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。
【符号の説明】
【００４３】
１      燃料電池発電装置
２      燃料電池発電モジュール（発電部）
４      燃料ガス通路
４ｂ    流量調節弁（流量調節手段）
５      排気通路
６      排熱回収用熱交換器
７      排気ブロワ
２１    凝縮水回収部
【図１】
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【図２】
2016207579.tif 000004
【図３】
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