(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水を通流する冷却板を介装してなる燃料電池本体と、該冷却板に冷却水を供給し、冷却板から排出される高温の冷却水を導入して水蒸気と水とに分離する水蒸気分離器と、燃料電池における生成水を回収するための生成水回収器とを備え、かつ、前記水蒸気分離器は、内部の貯留水を生成水回収器へ吐出させるためのブローダウン回路を備え、このブローダウン回路は、回路の主配管より管路断面積の小さな細管を用いてなるブローダウン水圧力調整手段を備えた燃料電池発電装置において、前記生成水回収器へ吐出するブローダウン水吐出口を、前記水蒸気分離器における水位制御位置より高い位置に設けたことを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池発電装置において、前記ブローダウン水圧力調整手段を、前記水位制御位置より高い位置に設けたことを特徴とする燃料電池発電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池発電装置における燃料電池冷却水系、特に水蒸気分離器が備えるブローダウン回路の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のとおり、リン酸型燃料電池は、反応ガスとしての燃料ガス（例えば、水素）および酸化剤ガス（例えば、空気）を電極触媒層を備えた燃料極および酸化剤極に連続的に供給して、燃料のもつエネルギーを電気化学的に電気エネルギーに変換するものである。図２は、リン酸型水冷式燃料電池を用いた従来の燃料電池発電装置の燃料ガス供給系、空気供給系、ならびに冷却水系の基本構成を示す模式図である。
【０００３】
模式的に表示した燃料電池本体１は、リン酸を保持した電解質層を燃料極と空気極で挟持して形成した単セルを積層して構成されており、複数層ごとに発電に伴う発熱を除去する冷却板が介装されている。燃料電池本体１の燃料極へは、原燃料を水添脱硫器４で脱硫し、エゼクタポンプ３で水蒸気と混合し、燃料改質器２で改質された水素濃度の高い燃料ガスが供給される。
【０００４】
すなわち、原燃料を水添脱硫器４に導入して水素を添加し、付臭剤として原燃料に含まれている硫黄を吸着除去したのち、エゼクタポンプ３において水蒸気分離器５より送られる水蒸気と混合し、燃料改質器２に送って加熱して触媒反応によって水素濃度の高い燃料ガスを生成し、燃料極へと供給している。なお、燃料ガスを燃料極へと供給する配管には、水添脱硫器４に導入する原燃料に燃料ガスの一部を再循環させて混合するためのリサイクルガス回路が接続されており、再循環させた燃料ガスに含まれる水素を水添脱硫器４における脱硫に有効利用するよう構成されている。
【０００５】
また、燃料極より反応に寄与しないで排出される残存水素を含む燃料極オフガスと外部よりブロアによって供給される燃焼空気を、燃料改質器２の燃焼器に導入し、燃焼させることにより、燃料改質器２の通流ガスを加熱している。一方、燃料電池本体１の空気極へは、反応空気をブロアで取り込んで供給している。空気極より排出される空気極オフガスには、電気化学反応に伴って生じた反応生成水が含まれ、また燃料改質器２の燃焼器より排出される燃焼排ガスには燃焼に伴って生じた燃焼生成水が含まれている。したがって、空気極オフガスと燃焼排ガスは生成水回収装置７へと送られ、生成水を回収したのち外部へ排出されるように構成されている。
【０００６】
燃料電池本体の冷却板には水蒸気分離器５より冷却水を供給して、発電に伴って発生する熱を除去し、燃料電池本体の温度を所定の運転温度に維持している。冷却板において発熱を受けて高温となった冷却水は、冷却水冷却器６により冷却されたのち、水蒸気分離器５に戻され、水蒸気と水とに分離される。なお、冷却水冷却器６の冷却によって得られた熱は外部に取り出され有効利用される。水蒸気分離器５で分離された水蒸気は、前述のようにエゼクタポンプ３に送られ、改質に用いられる。また、エゼクタポンプ３へ水蒸気を供給することにより減少する水量を補うため、生成水回収装置７で回収された生成水を水処理装置８で純化して導入している。
【０００７】
さらに、水蒸気分離器５には、貯留された水をブローダウンして生成水回収装置７へと送るブローダウン回路１００が設けられており、貯留水をブローダウン回路より生成水回収装置７へと送り、水処理装置８で純化して水蒸気分離器５に戻すことにより、貯留水の水質低下を防止している。
【０００８】
上記ブロ−ダウン回路１００は、図２に示すように、ブロ−ダウン水圧力調整手段としての細管１０と電磁遮断弁１１および手動弁９を備えている。このブロ−ダウン回路は、運転時、常に負荷に見合った流量の水が流れるようにしており、装置の通常停止或いは緊急停止時には、再運転に備えた所定貯水量に応ずる所定の水位制御位置１２に到達したところで、電磁遮断弁１１を遮断して、水蒸気分離器５の貯留水が全て流出しないように保護している。手動弁９は、気密試験の際の回路遮断用に用いる。
【０００９】
ところで、ブロ−ダウン水圧力調整手段として、上記のように細管１０を用いる構成は、固定絞りを用いる場合の水のフラッシュに伴う流量低下の問題を解決するために、本願出願人が、特開平１１−８６８８９号公報において提案している構成である。前記細管１０の内径は、水蒸気分離器５の運転中の圧力（通常約０．６MPaG）から生成水回収装置７（大気圧）までの圧力降下を考慮し、３ｍｍ以下が好適である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の燃料電池発電装置においては、電磁遮断弁１１を遮断して、水蒸気分離器５の貯留水が全て流出しないように保護しているが、下記のような問題があった。
【００１１】
装置停止時にブロ−ダウン水に含まれる微少なゴミ、シリカ形成物等の異物が堆積付着して電磁遮断弁１１に噛み込んだ場合、ブロ−ダウン水が出流れを生じて、所定の水位制御位置より徐々に水位が低下し、ついには水蒸気分離器５の貯留水が全て流出してしまう問題があった。この場合には、再起動時の水蒸気分離器５並びに燃料電池本体１を含む冷却水系統の水を再注入する必要があり、再起動に時間がかかる問題があった。
【００１２】
この発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、装置停止時において水蒸気分離器の貯留水が全て流出するトラブルを防止し、ブローダウン回路の簡素化を図って、トータルコストの低減を図った燃料電池発電装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、この発明は、冷却水を通流する冷却板を介装してなる燃料電池本体と、該冷却板に冷却水を供給し、冷却板から排出される高温の冷却水を導入して水蒸気と水とに分離する水蒸気分離器と、燃料電池における生成水を回収するための生成水回収器とを備え、かつ、前記水蒸気分離器は、内部の貯留水を生成水回収器へ吐出させるためのブローダウン回路を備え、このブローダウン回路は、回路の主配管より管路断面積の小さな細管を用いてなるブローダウン水圧力調整手段を備えた燃料電池発電装置において、前記生成水回収器へ吐出するブローダウン水吐出口を、前記水蒸気分離器における水位制御位置より高い位置に設けたものとする（請求項１）。
【００１４】
上記構成においては、後に詳述するように、ブローダウン回路の電磁遮断弁を省略できる。そのため、電磁遮断弁に堆積する異物に起因し、装置停止時に水蒸気分離器の貯留水が全て流出するトラブルがなくなり装置の信頼性が向上できる。また、電磁遮断弁がない分、ブローダウン回路が簡素化され、製作時の工数、直材費用、ソフト製作の面でコストの低減が可能となる。
【００１５】
さらに、前記請求項１記載の燃料電池発電装置において、前記ブローダウン水圧力調整手段を、前記水位制御位置より高い位置に設けたもの（請求項２）とするのが好適である。
【００１６】
上記により、装置停止時に、ブローダウン水圧力調整手段としての細管内部の水が排出されるので、水中に含まれるスケールが滞留・堆積して徐々に水流が悪くなる問題を未然に防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に基づき、本発明の実施例について以下にのべる。なお、図１の実施例において、図２に示す部材と同一機能を示す部材には、同一番号を付して説明を省略する。
【００１８】
図１の実施例が図２と異なる点は、水蒸気分離器５における内部の貯留水を生成水回収器７へ吐出させるための吐出口１３を、水蒸気分離器５の水位制御位置１２よりも高い位置とするために、ブローダウン回路１００中の細管１０の後段に立ち上げ配管１４を設け、図２における電磁遮断弁１１を削除した点である。なお、図１において、細管１０は、水位制御位置より低い位置に図示しているが、必要に応じ高い位置に設けることは可能で、その方が前述のように好適である。また、この場合には細管１０の後段の配管は、下方に向けて配管されて生成水回収器７へ接続される場合もある。
【００１９】
上記のような構成において、通常運転時は水蒸気分離器５出口で約０．６MPaG,細管１０出口で約０．２MPaGの水圧であれば、細管１０後段の配管を水蒸気分離器５の水位制御位置１２よりも上に立ち上げてブローダウン水を生成水回収器７に導入しても充分ブローダウンすることが可能である。
【００２０】
一方、装置停止時は、水蒸気分離器５、並びにブローダウン回路の系内の圧力が徐々に低下し大気圧になる為、細管１０後段の立ち上げ配管部１４での水位が水位制御位置と一致した状態で水流が停止して水封状態となり、ブローダウン水が生成水回収器７に流れなくなる。よって、従来装置のように電磁遮断弁１１がなくとも、信頼性の高い安定した装置停止が可能となる。
【００２１】
【発明の効果】
上記のとおり、この発明によれば、冷却水を通流する冷却板を介装してなる燃料電池本体と、該冷却板に冷却水を供給し、冷却板から排出される高温の冷却水を導入して水蒸気と水とに分離する水蒸気分離器と、燃料電池における生成水を回収するための生成水回収器とを備え、かつ、前記水蒸気分離器は、内部の貯留水を生成水回収器へ吐出させるためのブローダウン回路を備え、このブローダウン回路は、回路の主配管より管路断面積の小さな細管を用いてなるブローダウン水圧力調整手段を備えた燃料電池発電装置において、前記生成水回収器へ吐出するブローダウン水吐出口を、前記水蒸気分離器における水位制御位置より高い位置に設けたものとしたので、装置停止時において水蒸気分離器の貯留水が全て流出するトラブルを防止し、ブロ−ダウン回路の簡素化を図って、トータルコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例に関わる燃料電池発電装置のシステム系統図
【図２】従来の燃料電池発電装置のシステム系統図
【符号の説明】
１：燃料電池本体、２：燃料改質器、５：水蒸気分離器、７：生成水回収器、８：水処理装置、１０：細管、１２：水位制御位置、１３：吐出口、１００：ブローダウン回路。
【図１】
0003741257.tif 000002
【図２】
0003741257.tif 000003