JP2003173811A

JP2003173811A - 燃料電池発電システム

Info

Publication number: JP2003173811A
Application number: JP2001370918A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Okazaki; 洋岡崎; Shogo Goto; 荘吾後藤
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2003-06-20
Anticipated expiration: 2021-12-05
Also published as: JP4026360B2

Abstract

(57)【要約】【課題】コスト低減を図りつつ、ドレイン排水部におけ
るシール性を確保すると共に、ドレイン排水部の水を吐
出できる熱料電池発電システムを提供する。【解決手段】燃料電池８と、ドレイン排水部６１と、ド
レイン排水部６１の水を吐出させる排水シール手段７０
が設けられている。排水シール手段７０は、高さ方向に
延設された第１集水通路７１と、第１集水通路７１に連
通するように高さ方向に延設された第２集水通路７２
と、第１集水通路７１に連通すると共にドレイン排水部
６１における水を受けて第１集水通路７１に流す受水口
７３と、第２集水通路７２内の水を吐出可能な吐水口７
４とをもつ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は滞留した水を吐出さ
せるドレイン排水部を有する燃料電池発電システムの改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料電池発電システムが注目され
ている。燃料電池発電システムは、燃料ガスと酸化剤で
ある酸素含有ガス（一般的には空気）とを用いて発電す
る燃料電池と、燃料を燃料電池に供給する燃料供給通路
と、酸素含有ガスを燃料電池に供給する酸化剤供給通路
とを有する。このような燃料電池発電システムの各経路
では、水が滞留することがある。殊に、燃料電池発電シ
ステムの性能を高めるために、酸素含有ガスは加湿され
ていることが多い。電解質膜の過剰乾燥は、発電性能の
確保に好ましくないためである。燃料ガスも改質反応に
より水蒸気を含むことが多い。このため燃料電池発電シ
ステムの各経路においては、水が滞留することが多い。
滞留した水は、酸素含有ガスや燃料ガスの流路面積を小
さくするおそれがある。この場合、燃料電池発電システ
ムの性能向上には好ましくない。そこで各経路にドレイ
ン排水部を適宜設け、ドレイン排水部から水を外部に排
出する技術が開発されている。

【０００３】特開平８−１９５２１５号公報には、水が
溜まる通路の下方に向けて直列に配置された複数のタン
クと、タンク内の水位を検知する水位センサと、タンク
内を開閉する開閉電磁バルブとを備えている燃料電池発
電システムが開示されている。水がタンク内に溜まる
と、タンク内の水位が所定水位となったことを水位セン
サが検知したら、電磁バルブを開放させて水を排出させ
る。

【０００４】また特開平５−２５１１０７号公報には、
燃料電池の入口側のマニホルドと出口側配管とを、内径
の小さな排水管でつなぎ、燃料電池の入口側のマニホル
ドに滞留する滞留水を排水管を経て出口側配管に排出さ
せる燃料電池発電システムが開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平８−１９５
２１５号公報に係る技術によれば、水位センサ、開閉電
磁バルブを必要とし、コスト的に不利である。特開平５
−２５１１０７号公報に係る技術によれば、入口側のマ
ニホルドの滞留水を排水管を経て出口側配管に排出させ
得るものの、排水管は水で常にシールされるものではな
く、従って入口側のマニホルドと出口側配管とが連通さ
れている関係上、燃料電池の反応ガスが排水管を経て漏
れることになり、反応ガスの利用効率が低下するおそれ
がある。

【０００６】本発明は上記した実情に鑑みてなされたも
のであり、コストの低減を図りつつ、ドレイン排水部に
おけるシール性を確保すると共に、ドレイン排水部に溜
まった水を吐出できる熱料電池発電システムを提供する
ことを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る燃料電池
発電システムは、燃料及び酸化剤に基づいて発電する燃
料電池と、燃料を燃料電池に供給する燃料供給通路と、
酸化剤を燃料電池に供給する酸化剤供給通路と、燃料電
池発電システムに設けられたドレイン排水部と、ドレイ
ン排水部に接続されドレイン排水部の水を吐出させる排
水シール手段とを具備する燃料電池発電システムにおい
て、排水シール手段は、高さ方向に延設された第１集水
通路と、第１集水通路に連通するように高さ方向に延設
された第２集水通路と、第１集水通路に連通すると共に
ドレイン排水部における水を受けて第１集水通路に流す
受水口と、第２集水通路に連通すると共に第２集水通路
内の水を吐出可能な吐水口と、ドレイン排水部側の圧力
が過剰に増加したときにおいて前記吐水口からの水の過
剰吐出を抑制する過剰吐出抑制手段とを有することを特
徴とするものである。

【０００８】燃料電池発電システムではドレイン排水部
に水が流れる。ドレイン排水部に流れた水は、受水口か
ら第１集水通路に流れ、第１集水通路及び第２集水通路
に溜まる。第１集水通路及び第２集水通路における水量
が増加すると、吐水口から吐出される。第１集水通路及
び第２集水通路は、当該通路に貯められた水でシールさ
れているため、ドレイン排水部から気体が漏れることは
抑えられる。ドレイン排水部側の圧力が過剰に増加した
とき、過剰吐出抑制手段により、吐水口からの水の過剰
吐出が抑制される。

【０００９】

【発明の実施の形態】（１）本発明に係る燃料電池発電
システムによれば、燃料電池発電システムにおけるドレ
イン排水部に接続された排水シール手段が設けられてい
る。排水シール手段はドレイン排水部の水を吐出させる
ものである。排水シール手段は、高さ方向に延設された
第１集水通路と、第１集水通路に連通するように高さ方
向に延設された第２集水通路と、第１集水通路に連通す
ると共にドレイン排水部における水を受けて第１集水通
路に流す受水口と、第２集水通路に連通すると共に第２
集水通路内の水を吐出可能な吐水口とをもつ。

【００１０】燃料電池発電システムにおけるドレイン排
水部としては、水が溜まる部位であれば、どこに設けて
も良い。例えば、凝縮部のドレイン排水部、燃料電池に
装備されているマニホルドのドレイン排水部等が代表的
なものである。

【００１１】排水シール手段は、前記ドレイン排水部側
の圧力が過剰に増加したときにおいて前記吐水口からの
水の過剰吐出を抑制する過剰吐出抑制手段を有する。過
剰吐出抑制手段として、第１集水通路及び第２集水通路
のうちの少なくとも一方に設けられた絞り孔を採用する
ことができる。絞り孔は複数個設けることができる。こ
の場合、水の流れにそって直列に設けても良いし、並列
に設けても良い。

【００１２】第１集水通路の受水口及びドレイン排水部
はそれぞれ複数設けられている実施形態を採用すること
ができる。この場合、各受水口は複数のドレイン排水部
にそれぞれ接続されている。また燃料電池から排出され
た発電後のオフガスが流れる凝縮部が設けられているこ
とが好ましい。この場合、前記したドレイン排水部とし
て、凝縮部のドレイン排水部を用いることができる。

【００１３】燃料電池は、これの酸化剤極（空気極）に
酸化剤（酸素含有ガス、一般的には空気）を供給するマ
ニホルド、及び、これの燃料極に燃料を供給するマニホ
ルドを有することが好ましい。ドレイン排水部として
は、酸化剤極のマニホルド及び燃料極のマニホルドのう
ちの少なくとも一方のドレイン排水部を用いることがで
きる。更に燃料電池発電システムに各種の熱交換部が設
けられている場合には、各熱交換部に設けられたドレイ
ン排水部を用いても良い。

【００１４】（２）本発明に係る燃料電池発電システム
は、燃料電池、改質部、燃焼部、原料水供給通路、燃焼
部、凝縮部を有することが好ましい。燃料電池は燃料及
び酸化剤ガスに基づいて発電するものであり、電池セル
を積層した方式を例示できる。代表的な燃料としてはガ
ス状、液体状の燃料を採用でき、炭化水素系等の燃料ガ
スが挙げられる。燃料ガスとしては、メタン、プロパ
ン、ブタン等の少なくとも１種を主要成分とするガスを
用いることができ、天然ガス、メタノール、ガソリン、
バイオガスを例示することができる。燃料としては、燃
料を改質した改質ガスである水素含有ガスを用いること
ができる。酸化剤としては空気などの酸素含有ガスを用
いることができる。燃料電池は業務用、家庭用、定置
用、車載用、固定式、可動式を問わない。蒸発部は、燃
料と反応して改質ガスとしての水素含有ガスを生成する
水蒸気を生成するために原料水を蒸発させるものであ
る。原料水供給通路は、水源の原料水を蒸発部に供給す
るものであり、水源と蒸発部とを接続する。原料水は水
蒸気を生成するための原料として機能する水であり、純
度が高いものが好ましく、純水を例示できる。燃焼部
は、燃料供給通路から供給された燃料を燃焼させるもの
であり、改質部で改質ガスを生成する熱源として用いる
ことができる。凝縮部は、燃料電池から排出された発電
後のオフガス（燃料極のオフガス、酸化剤極つまり空気
極のオフガス）に含まれている水分を凝縮によりオフガ
スから低減させるものである。

【００１５】

【実施例】（第１実施例）（全体構成）以下、本発明の
第１実施例について説明する。図１は定置形の燃料電池
発電システムの概念図を示す。まず全体構成から説明す
る。本実施例に係る燃料電池発電システムは、図１に示
すように、燃料としての燃料ガスと水蒸気とで改質反応
を生じさせて発電に適する水素含有ガスを生成する改質
部１と、水素含有ガスを生成する水蒸気を生成するため
に原料水を蒸発させる蒸発部２と、改質部１に熱交換部
３を経て燃料ガスを供給する燃料ガス供給通路（燃料供
給通路）４と、改質部１で生成された水素含有ガスに含
まれている一酸化炭素を除去するＣＯ除去部５と、給水
源としての水道管に接続された水源６（例えば水タン
ク）と、水源６と蒸発部２とを接続し水源６の原料水を
蒸発部２に供給する原料水供給通路７とを有する。燃料
ガスから発電に適する水素含有ガスを生成する改質系
は、改質部１、蒸発部２、後述する燃焼部１３で構成さ
れる。燃焼部１３の熱は改質部１に伝達される。ＣＯ除
去部５は、シフト反応により一酸化炭素を低減させるＣ
Ｏシフト部と、空気を用いて一酸化炭素を低減させるＣ
Ｏ選択酸化部とを有するが、これらに限定されるもので
はない。

【００１６】本実施例に係る燃料電池発電システムは、
図１に示すように、酸素含有ガスとしての空気（酸化
剤、酸化剤ガス）と水素含有ガスとで発電する燃料電池
８と、改質部１で生成された水素含有ガスを弁９ａを経
て燃料電池８に供給する水素供給通路９（燃料供給通
路）と、燃料電池８から排出された発電後の燃料極のオ
フガスを弁１０ａ、燃料極側の凝縮部１０、弁１０ｃを
経て流す燃料オフガス通路１２と、燃料オフガス通路１
２に接続され燃料電池８の燃料極のオフガスを燃焼させ
る燃焼部１３と、燃料ガス供給通路４と燃焼部１３とを
分岐部４ｍを介して接続すると共に燃料ガスを燃焼のた
めに燃焼部１３に供給する燃焼部連通路１４と、燃料オ
フガス通路１２において燃焼部１３と燃料電池８との間
に位置するように設けられた燃料極側の凝縮部１０と、
酸素含有ガスとしての発電用の空気を燃料電池８に供給
する空気供給通路（酸化剤供給通路）１６と、燃料電池
８から排出された発電後の空気のオフガスを流して排出
させる空気オフガス通路（酸化剤オフガス通路）１８
と、空気オフガス通路１８に設けられた加湿部２０とを
有する。燃料電池８は高分子電解質型であり、プロトン
伝導性高分子膜を電解質として用いたセルを複数積層し
たスタックで構成されている。

【００１７】図１に示すように、燃焼部連通路１４に
は、燃料ガスを燃焼部１３に向けて搬送するポンプ１４
ｐが設けられている。燃料ガス供給通路４から供給され
た燃料ガスは、燃焼部連通路１４を経て燃焼部１３に供
給されて燃焼部１３で燃焼されるため、燃焼部１３が高
温となる。よって、改質部１の温度を改質反応に適する
ように温度領域に維持することができ、ひいては改質系
において水素含有ガスを効果的に発生させる。

【００１８】燃料ガス供給通路４の上流端は燃料ガス源
１５（都市ガスの配管）に接続されており、メタン、プ
ロパン、ブタン等の少なくとも１種を主要成分とする燃
料ガスを供給する。燃料ガス供給通路４には、２個並設
された弁２７，２８からなる二連弁２９，燃料ガス搬送
用のポンプ４ｐ、脱硫部４ａ、弁４ｂ、合流部４ｃが設
けられている。合流部４ｃは、燃料ガス供給通路４から
の燃料ガスと蒸発部２で蒸発された水蒸気とを混合し、
熱交換部３を介して改質部１に供給する。

【００１９】図１に示すように、空気供給通路１６には
空気清浄化用のフィルタ１６ａ、空気搬送用のファン１
６ｂ、空気加湿用の加湿部２０が設けられている。加湿
部２０は、燃料電池８に供給する酸素含有ガスである空
気を加湿する。燃料電池８の電解質膜が過剰に乾燥され
ると、燃料電池８の発電効率が低下するためである。原
料水供給通路７には、原料水浄化用のフィルタ７ａ、弁
７ｂ、弁７ｃ、原料水の浄化度を高める水精製装置７
ｄ、水源６、原料水搬送用のポンプ７ｆ、開閉制御弁７
ｈが設けられている。

【００２０】図１に示すように、燃料電池８の熱を奪う
冷却水が流れる電池冷却通路２２には、ポンプ２２ｐ、
熱交換部２３が設けられている。燃料電池発電システム
全体で発生する熱を奪って湯として貯留する貯湯部２６
が設けられている。貯湯部２６の吐出口２６ｉから延設
された熱交換通路３１には、冷却水搬送用のポンプ３１
ｐ、燃料側の凝縮部１０が設けられており、更に適宜の
部位に図略の複数の熱交換部が設けられている。従って
貯湯部２６から熱交換通路３１を流れた冷却水は、燃料
側の凝縮部１０を経て、更に適宜の部位に設けた図略の
複数の熱交換部を流れ、熱交換により加熱され、熱交換
部２３を経て、貯湯部２６の吸入口２６ｏに帰還する。
このため、貯湯部２６に貯留されている冷却水は熱を帯
び、湯となる。貯湯部２６の冷却水である湯は、他の用
途への給湯源として利用できる。貯湯部２６には給水源
である水道から水が補給通路２６ｋを経て補給される。

【００２１】（要部構成）さて図２は本実施例の要部構
成を示す。図２に示すように、燃料電池発電システムの
構成要素である空気側の凝縮部６０が空気オフガス通路
１８に設けられている。燃料電池８から排出され空気オ
フガス通路１８を流れる空気のオフガスは、水分と共に
熱を有する。熱の有効利用を図るため、空気オフガス通
路１８を流れる空気のオフガスは、凝縮部６０の冷却通
路６０ｘを流れる冷却水と凝縮部６０において熱交換さ
れる。このとき凝縮部６０の室６０ｍで結露が生じ、室
６０ｍで水が生成される。生成水は室６０ｍの流路面積
を制限するおそれがある。このため凝縮部６０の底部に
はドレイン排水部６１が設けられている。ドレイン排水
部６１の下方には、ドレイン排水部６１に溜まった水を
吐出させる排水シール手段７０が設けられている。排水
シール手段７０は、高さ方向に延設された第１集水通路
７１と、第１集水通路７１の底部に連通するように高さ
方向に延設された第２集水通路７２と、第１集水通路７
１の上部に連通すると共に水を受けて第１集水通路７１
に流す受水口７３と、第２集水通路７２の上部に連通す
ると共に第２集水通路７２内の水を吐出可能な吐水口７
４とをもつ。吐水口７４は吐出通路７９を経て生成水収
集タンク８０（貯水部）に接続されている。生成水収集
タンク８０は大気に連通する。

【００２２】図２に示すように、燃料電池発電システム
の構成要素である燃料電池８の空気極側のマニホルド８
ｆには、ドレイン排水部６１Ｂが設けられている。ドレ
イン排水部６１Ｂの下方には、ドレイン排水部６１Ｂの
水を吐出させる排水シール手段７０Ｂが設けられてい
る。排水シール手段７０及び排水シール手段７０Ｂは互
いに独立している。排水シール手段７０Ｂは、排水シー
ル手段７０と同様の構造であり、高さ方向に延設された
第１集水通路７１Ｂと、第１集水通路７１Ｂの底部に連
通するように高さ方向に延設された第２集水通路７２Ｂ
と、第１集水通路７１Ｂの上部に連通すると共に水を受
けて第１集水通路７１Ｂに流す受水口７３Ｂと、第２集
水通路７２Ｂの上部に連通すると共に第２集水通路７２
Ｂ内の水を吐出可能な吐水口７４Ｂとをもつ。吐水口７
４Ｂは吐出通路７９を経て生成水収集タンク８０に接続
されている。

【００２３】ところで燃料電池発電システムの運転時に
は、燃料電池に供給される空気は、発電出力を高めるた
め、加湿部２０で予熱及び加湿されている。このため燃
料電池８の運転が継続されると、凝縮部６０内で生成し
た水がドレイン排水部６１に次第に溜まる。凝縮部６０
のドレイン排水部６１に溜まった水は、受水口７３から
第１集水通路７１に流れるため、排水シール手段７０の
第１集水通路７１及び第２集水通路７２に次第に溜ま
る。運転時には凝縮部６０の室６０ｍの内圧は、配管の
圧損により外気よりもやや高い。故に第１集水通路７１
の水位は、一般的には、第２集水通路７２の水位よりも
やや低い。

【００２４】受水口７３からの受水量が増加すると、第
１集水通路７１の水位及び第２集水通路７２の水位が上
昇する。第２集水通路７２の水位が受水口７３の高さ位
置に至ると、第２集水通路７２に集水されていた水は吐
水口７４から吐出され、生成水収集タンク８０に移し替
えられる。このようにして凝縮部６０の室６０ｍに溜ま
った水を生成水収集タンク８０に自動的に吐出すること
ができる。ここで排水シール手段７０の第１集水通路７
１及び第２集水通路７２は、当該通路７１，７２に貯め
られた水でシールされているため、凝縮部６０の室６０
ｍの空気が生成水収集タンク８０側に漏れることは抑え
られる。故に本実施例によれば、凝縮部６０のドレイン
排水部６１におけるシール性を確保しつつ、ドレイン排
水部６１に溜まった水を良好に吐出することができ、凝
縮部６０の室６０ｍ等の流路を狭めることを防止するこ
とができ、空気の円滑流れに有利である。

【００２５】燃料電池８の運転が継続すると、燃料電池
８の空気極側のマニホルド８ｆのドレイン排水部６１Ｂ
にも水が次第に溜まる。ドレイン排水部６１Ｂに溜まっ
た水は、第２排水シール手段７０Ｂの受水口７３Ｂから
第１集水通路７１Ｂに流れるため、排水シール手段７０
Ｂの第１集水通路７１Ｂ及び第２集水通路７２Ｂに溜ま
る。第１集水通路７１Ｂ及び第２集水通路７２Ｂにおけ
る水量が次第に増加すると、前述同様に、第２集水通路
７２Ｂの水は吐水口７４Ｂから吐出され、生成水収集タ
ンク８０に移し替えられる。このようにして燃料電池８
の空気極側のマニホルド８ｆのドレイン排水部６１Ｂに
溜まった水を生成水収集タンク８０に吐出することがで
きる。ここで排水シール手段７０Ｂの第１集水通路７１
Ｂ及び第２集水通路７２Ｂは、当該通路７１Ｂ，７２Ｂ
に貯められた水でシールされているため、空気極側のド
レイン排水部６１Ｂからの空気が生成水収集タンク８０
側に漏れることは抑えられる。故に、燃料電池８の空気
極側のマニホルド８ｆのドレイン排水部６１Ｂにおける
シール性を確保しつつ、ドレイン排水部６１Ｂに溜まっ
た水を良好に吐出することができ、燃料電池８の空気極
側のマニホルド８ｆの流路を狭めることを防止すること
ができる。

【００２６】燃料電池８に供給する空気の圧力は燃料電
池発電システムの用途及び種類によって多少相違するも
のの、一般的には、０．５〜１０ＫＰａ、殊に１〜３Ｋ
Ｐａ程度である。このため９．８Ｐａ≒１ｍｍＨ₂Ｏと
すると、水柱に換算したとき、１ＫＰａ≒１０２ｍｍＨ
₂Ｏ≒１０ｃｍＨ₂Ｏのため、水柱の高さとしてはコンパ
クトで済む利点が得られる。しかも高価な開閉電磁バル
ブを設けずとも良く、コスト低廉にも有利である。

【００２７】なお、運転開始直後から排水シール手段７
０，７０Ｂにおけるシール性を良好に維持させるために
は、排水シール手段７０の第１集水通路７１及び第２集
水通路７２に水を予め供給しておくと共に、排水シール
手段７０Ｂの第１集水通路７１Ｂ及び第２集水通路７２
Ｂに水を予め供給しておくが好ましい。

【００２８】（他の実施例）以下述べる他の実施例は基
本的には前記した実施例と同様の構成であり、基本的に
は同様の作用効果を奏する。以下相違する部分を中心と
して説明する。同一機能を奏する部位には同一の符号を
付する。

【００２９】図３は第２実施例を示す。本実施例によれ
ば、図３に示すように、燃料電池発電システムの構成要
素である燃料電池８の燃料極側のマニホルド８ｋの底部
には、ドレイン排水部６１Ｃが設けられている。ドレイ
ン排水部６１Ｃの下方には、ドレイン排水部６１Ｃの水
を吐出させる排水シール手段７０Ｃが設けられている。
ドレイン排水部６１Ｃに溜まった水は、排水シール手段
７０Ｃの受水口７３Ｃから第１集水通路７１Ｃに流れる
ため、排水シール手段７０Ｃの第１集水通路７１Ｃ及び
第２集水通路７２Ｃに溜まる。第１集水通路７１Ｃ及び
第２集水通路７２Ｃにおける水量が次第に増加すると、
第２集水通路７２Ｃに集水された水は吐水口７４Ｃから
吐出され、生成水収集タンク８０に移し替えられる。

【００３０】更に図３に示すように、燃料電池発電シス
テムの構成要素である燃料極側の凝縮部１０の底部に、
ドレイン排水部６１Ｄが設けられている。ドレイン排水
部６１Ｄの下方には、ドレイン排水部６１Ｄの水を吐出
させる排水シール手段７０Ｄが設けられている。ドレイ
ン排水部６１Ｄに溜まった水は、排水シール手段７０Ｄ
の受水口７３Ｄから第１集水通路７１Ｄに流れるため、
排水シール手段７０Ｄの第１集水通路７１Ｄ及び第２集
水通路７２Ｄに溜まる。第１集水通路７１Ｄ及び第２集
水通路７２Ｄにおける水量が次第に増加すると、第２集
水通路７２Ｄに集水された水は吐水口７４Ｄから吐出さ
れ、生成水収集タンク８０に移し替えられる。

【００３１】図４は第３実施例を示す。本実施例によれ
ば、図４に示すように、排水シール手段７０は縦長の円
筒形状または縦長の角筒形状をなしており、高さ方向に
延設された縦長の第１集水通路７１と、縦長の第１集水
通路７１の底部に連通路７１ｅを介して連通するように
高さ方向に延設された第２集水通路７２と、第１集水通
路７１の上部に連通すると共にドレイン排水部６１の水
を受けて第１集水通路７１に流す縦向きの受水口７３
と、第２集水通路７２の上部に連通すると共に第２集水
通路７２内の水を吐出可能な横向きの吐水口７４とをも
つ。縦長とは、高さ寸法が幅寸法、径寸法よりも大きい
意味である。第１集水通路７１及び第２集水通路７２は
互いに隣設しており、仕切壁７１ｗにより仕切られてい
るものの、一体化されている。第１集水通路７１及び第
２集水通路７２は、図４に示すように、高さ方向におい
て同じ位置に配置されており、底部同士が連通してい
る。

【００３２】第２集水通路７２内には複数の仕切壁７２
ｍが所定の間隔で複数設けられており、各仕切壁７２ｍ
には、オリフィスなどの絞り孔７２ｘ，７２ｙ，７２ｚ
が過剰吐出抑制手段として設けられている。絞り孔７２
ｘ，７２ｙ，７２ｚは第２集水通路７２の長さ方向に沿
って、つまり水の流れ方向にそって直列に３個形成され
ている。

【００３３】燃料電池発電システムの運転状況によって
は、凝縮部６０の室６０ｍの圧力が変動することがあ
る。凝縮部６０の室６０ｍの圧力が変動したときには、
変動量の如何によっては、第２集水通路７２の水位上昇
に伴い水が吐水口７４から過剰漏出されてしまうおそれ
がある。この場合、排水シール手段７０における必要水
量が確保されず、排水シール手段７０におけるシール性
を確保するのに好ましくない。この点本実施例によれ
ば、第２集水通路７２の通過流量を絞る絞り孔７２ｘ，
７２ｙ，７２ｚが形成されているため、凝縮部６０の室
６０ｍの圧力が変動するときであっても、第２集水通路
７２に集水されている水の液面の昇降変動を抑えること
ができ、ひいては第２集水通路７２の水が吐水口７４か
ら過剰漏出されてしまうことを抑えることができる。故
に排水シール手段７０における必要水量を確保するのに
有利であり、排水シール手段７０におけるシール性を確
保するのに有利である。なお、絞り孔７２ｘ，７２ｙ，
７２ｚの数は３個に限定されず、１個でも、２個でも、
４個でも良い。絞り孔７２ｘ，７２ｙ，７２ｚの絞り径
は適宜選択できる。複数の絞り孔７２ｘ，７２ｙ，７２
ｚにおいて、各絞り径は同一でも良いし、異径でも良
い。水路の下流に向かうにつれて、絞り孔７２ｘ，７２
ｙ，７２ｚの絞り径を小さくしても良い。

【００３４】図５は第４実施例を示す。本実施例によれ
ば図５に示すように、排水シール手段７０Ｆの第１集水
通路７１の上部には複数の受水口７３ｒ，７２ｓ，７３
ｔ，７３ｕ，７３ｖが設けられている。各受水口７３
ｒ，７２ｓ，７３ｔ，７３ｕ，７３ｖは、燃料電池発電
システムの複数の各種のドレイン排水部にそれぞれ個別
に接続されている。排水シール手段７０は各ドレイン排
水部に共通するものである。

【００３５】図６は第５実施例を示す。本実施例によれ
ば図６に示すように、排水シール手段７０Ｈの第１集水
通路７１の流路面積よりも、第２集水通路７２の流路面
積は大きくされている。凝縮部６０の室６０ｍの圧力が
変動したときであっても、第１集水通路７１の水位の変
動よりも、第２集水通路７２の水位の変動は抑制され、
第２集水通路７２の水の過剰漏出は抑制される。また図
７に示す第６実施例のように、排水シール手段７０Ｋの
第１集水通路７１の流路面積を、第２集水通路７２の流
路面積よりも大きくしても良い。第１集水通路７１にお
ける貯水性が確保される。

【００３６】図８は第７実施例を示す。本実施例によれ
ば図８に示すように、排水シール手段７０Ｌには、排水
シール手段７０の通路に連通する補給室８８が大気連通
孔と共に形成されている。第１集水通路７１に集水され
た水は補給室８８にも流入するため、補給室８８に予備
的に貯水することができる。燃料電池発電システムの運
転状況によってドレイン排水部６１の圧力が変動し、第
２集水通路７２の水が吐水口７４から過剰漏出されると
きであっても、補給室８８に溜まっていた水を速やかに
第１集水通路７１、第２集水通路７２に補給することが
でき、排水シール手段７０におけるシール性を確保する
のに有利である。補給室８８としては、燃料電池発電シ
ステムのうちの適宜の貯水部位に連通して、そこから給
水されることにしても良い。

【００３７】（その他）本発明は燃料電池発電システム
は上記した図１に示す配管系統を有する実施例に限定さ
れるものではない。上記した実施例では燃料ガス源１５
は都市ガスの配管であるが、これに限らず、燃料ガスを
装填したガスタンクでも良い。上記した実施例は定置用
の燃料電池発電システムに適用しているが、これに限ら
ず、車両に搭載される燃料電池発電システムに適用して
も良い。この場合、排水シール手段７０の高さ寸法を、
ガス圧力に対応させることが好ましい。上記した実施例
は高分子電解質形の膜を有する燃料電池発電システムに
適用しているが、これに限られるものではない。燃料と
して燃料ガス（都市ガス等）を用いているが、これに限
られるものではない。酸化剤である酸素含有ガスとして
空気を用いているが、これに限られるものではない。図
４に示す排水シール手段７０は円筒形状または角筒形状
をなしているが、これに限定されるものではない。その
他、本発明は上記した実施例のみに限定されるものでは
なく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施でき
るものである。

【００３８】上記した記載から次の技術的思想も把握で
きる。（付記項１）各請求項または各付記項において、前記燃
料電池の酸化剤極及び燃料極の少なくとも一方から排出
された発電後のオフガスと冷却系統の冷却液とを熱交換
させることにより前記オフガスの水分を低減させる凝縮
部が設けられており、前記ドレイン排水部は、前記凝縮
部のドレイン排水部であることを特徴とする燃料電池発
電システム。凝縮部のドレイン排水部の排水に対処でき
る。（付記項２）各請求項または各付記項において、前記燃
料電池は、これの酸化剤極に酸化剤を供給するマニホル
ド、及び、これの燃料極に燃料を供給するマニホルドを
有し、前記ドレイン排水部は、酸化剤極側のマニホルド
及び燃料極側のマニホルドのうちの少なくとも一方のド
レイン排水部であることを特徴とする燃料電池発電シス
テム。燃料電池のマニホルドのドレイン排水部の排水に
対処できる。（付記項３）燃料及び酸化剤に基づいて発電する燃料電
池と、燃料を前記燃料電池に供給する燃料供給通路と、
酸化剤を前記燃料電池に供給する酸化剤供給通路と、燃
料電池発電システムに設けられたドレイン排水部と、前
記ドレイン排水部に接続され前記ドレイン排水部の水を
吐出させる前記排水シール手段とを具備する燃料電池発
電システムにおいて、前記排水シール手段は、高さ方向
に延設された第１集水通路と、前記第１集水通路に連通
するように高さ方向に延設された第２集水通路と、前記
第１集水通路に連通すると共に前記ドレイン排水部にお
ける水を受けて前記第１集水通路に流す受水口と、前記
第２集水通路に連通すると共に前記第２集水通路内の水
を吐出可能な吐水口とを有することを特徴とする燃料電
池発電システム。（付記項４）各請求項または各付記項において、排水シ
ール手段は縦長の筒形状に形成されていることを特徴と
する燃料電池発電システム。水が少ないときでも、第１
集水通路及び第２集水通路におけるシール性が確保され
る。ドレイン排水部におけるシール性を確保しつつ、燃
料電池発電システムにおけるドレイン排水部に溜まった
水を吐出することができる。（付記項５）付記項３において、排水シール手段は、そ
れぞれがドレイン排水部につながる複数の受水口をもつ
ことを特徴とする燃料電池発電システム。排水シール手
段を共通化できる。（付記項６）各請求項または各付記項において、第１集
水通路及び第２集水通路は底部同士が連通していること
を特徴とする燃料電池発電システム。第１集水通路及び
第２集水通路に溜まった水が少ないときでも、第１集水
通路及び第２集水通路におけるシール性が確保される。
第１集水通路及び第２集水通路の高さ寸法の過剰化を抑
制できる。

【００３９】

【発明の効果】本発明に係る燃料電池発電システムによ
れば、ドレイン排水部の水は、受水口から第１集水通路
に流れるため、第１集水通路及び第２集水通路に溜ま
る。受水口からの受水量が増加すると、吐水口から吐出
される。即ち、ドレイン排水部に溜まった水を吐出する
ことができる。また第１集水通路及び第２集水通路は、
当該通路に貯められた水でシールされているため、ドレ
イン排水部からの気体が漏れることは抑えられる。故
に、ドレイン排水部におけるシール性を確保しつつ、燃
料電池発電システムにおけるドレイン排水部に溜まった
水を吐出することができ、流路を狭めることを防止する
ことができる。ドレイン排水部側の圧力が過剰に増加し
たとき、過剰吐出抑制手段により、吐水口からの水の過
剰吐出が抑制される。更に電磁バルブの開放により水を
排出させる方式とは異なり、電力低減の面でも有利であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料電池発電システムの概念図である。

【図２】実施例１に係り、要部配管を示す構成図であ
る。

【図３】実施例２に係り、要部配管を示す構成図であ
る。

【図４】実施例３に係り、排水シール手段の断面図であ
る。

【図５】実施例４に係り、排水シール手段の断面図であ
る。

【図６】実施例５に係り、排水シール手段の断面図であ
る。

【図７】実施例６に係り、排水シール手段の断面図であ
る。

【図８】実施例７に係り、排水シール手段の断面図であ
る。

【符号の説明】

図中、４は燃料ガス供給通路（燃料供給通路）、１６は
空気供給通路（酸化剤供給通路）、１０及び６０は凝縮
部、６１はドレイン排水部、７０は排水シール手段、７
１は第１集水通路、７２は第２集水通路、７２ｘ，７２
ｙ，７２ｚは絞り孔（過剰吐出抑制手段）、７３は受水
口、７４は吐水口を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤荘吾愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA16 BA17 CC06 DD06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料及び酸化剤に基づいて発電する燃料電
池と、燃料を前記燃料電池に供給する燃料供給通路と、
酸化剤を前記燃料電池に供給する酸化剤供給通路と、燃
料電池発電システムに設けられたドレイン排水部と、前
記ドレイン排水部に接続され前記ドレイン排水部の水を
吐出させる前記排水シール手段とを具備する燃料電池発
電システムにおいて、前記排水シール手段は、高さ方向に延設された第１集水通路と、前記第１集水通
路に連通するように高さ方向に延設された第２集水通路
と、前記第１集水通路に連通すると共に前記ドレイン排
水部における水を受けて前記第１集水通路に流す受水口
と、前記第２集水通路に連通すると共に前記第２集水通
路内の水を吐出可能な吐水口と、前記ドレイン排水部側
の圧力が過剰に増加したときにおいて前記吐水口からの
水の過剰吐出を抑制する過剰吐出抑制手段とを有するこ
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において、前記過剰吐出抑制手段
は、前記第１集水通路及び前記第２集水通路のうちの少
なくとも一方に設けられた絞り孔であることを特徴とす
る燃料電池発電システム。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記排
水シール手段の前記受水口は複数設けられており、且
つ、前記ドレイン排水部は複数設けられており、各前記
受水口は複数の前記ドレイン排水部にそれぞれ接続され
ていることを特徴とする燃料電池発電システム。