JP2006278117A - 固体高分子型燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料処理装置のバーナへアノードオフガスや改質ガス中の蒸気やドレン分が持
ち込まれないようにする。
【解決手段】 筐体２９内に、固体高分子型燃料電池１、燃料処理装置５を備え、燃料処
理装置５と固体高分子型燃料電池１を接続する改質ガス配管７の途中に、固体高分子型燃
料電池１のアノード出口側と燃料処理装置５のバーナ１０とを接続するアノードオフガス
配管２８へ改質ガス４を直接導くための切替弁１１とバイパス路１２を備えて固体高分子
型燃料電池発電装置を形成する。アノードオフガス配管２８の途中に折返し部２８ａを設
けて長さ寸法を長く設定し、更に、配管経路の一部が筐体２９内の主換気流れ３４に曝さ
れるようにする。アノードオフガス配管２８を流通するアノードオフガス８や改質ガス４
を、バーナ１０直近位置に達するまでに効率よく放熱させて、蒸気やドレン分を凝縮、分
離可能な温度まで温度低下させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池のうち、電解質として固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃
料電池発電装置に関するもので、特に、固体高分子型燃料電池のアノードオフガスや燃料
処理装置より送出される一酸化炭素濃度が高いときの改質ガスを燃焼用燃料ガスとして燃
料処理装置のバーナへ供給して燃焼させることにより、上記燃料処理装置における改質器
の改質用熱源として利用するようにしてある構成を有する固体高分子型燃料電池発電装置
に関するものである。

燃料電池は、燃料を用いた他の発電方法に比して熱効率が高く、又、環境汚染が少ない
ため、有効な発電装置として期待されている。特に、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）
は、１００℃以下という低温で発電が行なわれ、出力密度が高いので、他の形式の燃料電
池に比して小型化でき、しかも、電池構成材料の劣化が少ないこと、起動が容易であるこ
と、等の長所があることから、近年、小規模な業務用あるいは家庭用等の発電装置として
使用されるようになってきている。

上記固体高分子型燃料電池を用いた発電装置（ＰＥＦＣ発電装置）の一般的な構成は、
以下のようにしてある。すなわち、電解質としてフッ素系のイオン交換膜が用いられてい
る固体高分子電解質膜の両面をカソード（空気極）とアノード（燃料極）の両ガス拡散電
極で挟持させてなるセルを、セパレータを介し積層してスタックとし、且つ数セルに１つ
ずつの冷却部を備えてなる構成として固体高分子型燃料電池を形成する。上記固体高分子
型燃料電池におけるアノードの入口側には、改質器、シフトコンバータ、ＣＯ除去器（Ｃ
Ｏ選択酸化反応器）を順に備えてなる燃料処理装置を、途中に加湿器を備えた改質ガス配
管を介し接続して、燃料供給部より供給される都市ガス（天然ガス）やメタノール等の原
料を、水蒸気と共に上記燃料処理装置へ供給して、該燃料処理装置の改質器にて水蒸気改
質を行わせ、得られる改質ガス（燃料ガス）を、シフトコンバータに導いてシフト反応さ
せ、更に、上記ＣＯ除去器にてＣＯ除去処理するようにしてあり、しかる後、上記燃料処
理装置より送出される改質ガスが、改質ガス配管上に設けてある加湿器にて加湿された後
、上記固体高分子型燃料電池のアノードへ供給されるようにしてある。一方、上記カソー
ドの入口側には、酸化ガスとして空気が、圧縮器（空気ブロワ）で圧縮された後、加湿器
を経てから供給されるようにしてある。

かかる構成としてあることにより、上記固体高分子型燃料電池にて、アノード側に供給
される改質ガス中の水素と、カソード側に供給される空気中の酸素とを電気化学反応（燃
料電池反応）させて、この際発生する起電力を取り出すようにしてある。

又、上記固体高分子型燃料電池による燃料電池反応の後、アノードの出口より排出され
るアノードオフガスには未反応の水素が残存している。そのため、上記アノードの出口側
に接続してあるアノードオフガス配管を、上記燃料処理装置における改質器の燃焼室側の
バーナに接続して、上記固体高分子型燃料電池のアノードオフガスを、上記アノードオフ
ガス配管を経て上記燃料処理装置のバーナへ導いて燃焼させ、これにより、燃料処理装置
における改質器の改質室にて水蒸気改質を行わせるための熱源として利用するようにして
ある。

ところで、上記アノードオフガスは発熱量が小さいため、上記燃料処理装置のバーナに
は、燃料供給部より供給される都市ガスやメタノール等の原料の一部を追焚き燃料として
供給して燃焼させることにより、上記燃料処理装置の改質器における水蒸気改質の際に、
上記アノードオフガスの発熱量のみでは不足する熱量を補うようにしてある。

更に、燃料処理装置の起動時は、改質器へ原料を供給する前に、該改質器を予め所要温
度まで昇温させる必要がある。このために、上記燃料処理装置の起動時には、該燃料処理
装置のバーナへ、上記原料供給部より供給される都市ガスやメタノール等の追焚き燃料の
みを燃焼用燃料として燃焼させるようにしてある。

なお、上記燃料処理装置の起動時に改質器、シフトコンバータ、ＣＯ除去器の反応がそ
れぞれ安定するまでの間は、生成される改質ガス中に一酸化炭素が多く含まれることがあ
る。このように一酸化炭素を多く含んだ改質ガスをそのまま固体高分子型燃料電池のアノ
ードへ供給すると、触媒が被毒されて発電性能が劣化する虞が生じる。そのために、上記
燃料処理装置の起動時等、改質ガス中に一酸化炭素が多く含まれる場合には、上記一酸化
炭素を多く含んだ改質ガスを、改質ガス配管より分岐させてアノードオフガス配管へ導入
させるようにするために、該改質ガス配管の途中位置に流路の切替弁を設けて分岐させた
バイパス路の先端側をアノードオフガス配管へ接続し、該バイパス路を通して改質ガスを
アノードオフガス配管へ直接導き、固体高分子型燃料電池を迂回させて、アノードオフガ
ス配管より上記燃料処理装置のバーナへ直接導くことにより、該バーナの燃焼用燃料ガス
として燃焼させるようにしてある。

一方、上記固体高分子型燃料電池のアノードへ供給される改質ガスは、上述したように
、天然ガスやメタノール等の原料を水蒸気改質したものであり、水蒸気を含んだガスとな
っている。

そのために、たとえば、図４に示す如く、上述したと同様に、固体高分子型燃料電池１
におけるアノード（図示せず）の入口側に、天然ガス等の原料ガス２を水蒸気３を用いて
水蒸気改質して水素リッチな改質ガス（燃料ガス）４を生成するようにしてある燃料処理
装置５を、改質ガス４を加湿する加湿器６を備えた改質ガス配管（燃料ガス流路）７を介
して接続し、又、上記固体高分子型燃料電池１のアノードの出口側は、排出されるアノー
ドオフガス（排気燃料ガス）８を導くアノードオフガス配管９を介して上記燃料処理装置
５のバーナ１０に接続し、更に、上記燃料処理装置５より送出される改質ガス４中の一酸
化炭素濃度が高い場合に、この一酸化炭素濃度が高い改質ガス４を固体高分子型燃料電池
１を迂回させてアノードオフガス配管９へ導くための切替弁１１及びバイパス路１２を設
けた構成において、上記アノードオフガス配管９上に、凝縮器１３を設けて、この凝縮器
１３の下流側位置に、凝縮させたドレンを回収するためのドレンタンク１４を接続してな
る構成とし、上記固体高分子型燃料電池１よりアノードオフガス配管９を通して上記燃料
処理装置５のバーナ１０へ供給されるアノードオフガス８と、上記燃料処理装置５より送
出されて、改質ガス配管７から切替弁１１、バイパス路１２、アノードオフガス配管９を
経て上記燃料処理装置５のバーナ１０へ送られる改質ガス４中に含まれている水蒸気分を
、上記アノードオフガス配管９上の凝縮器１３で凝縮させてドレンとしてドレンタンク１
４へ導くことができるようにし、これにより、ドレンがアノードオフガス配管９に停留し
て、ガス流路が閉塞されてしまうことがなくなり、改質ガス４の不安定供給が生じる虞を
防止させるようにすることが従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

１５はバイパス路１２を通して迂回させた改質ガス４が固体高分子型燃料電池１側へ逆
流することを防止するためにアノードオフガス配管９における上記バイパス路１２の接続
位置よりも上流側（電池側）に設けた開閉弁である。又、１６は上記固体高分子型燃料電
池１のカソード（図示せず）へ供給する空気、１７はカソードオフガス、１８は固体高分
子型燃料電池１へ循環供給させる冷却水、１９は上記燃料処理装置５の起動時や、アノー
ドオフガス８の発熱量のみでは改質器（図示せず）の水蒸気改質用熱源として熱量が不足
する場合にバーナ１０へ燃焼用燃料として供給する追焚き燃料である。

更に、上記特許文献１には、図５に示す如き構成のものも提案されている。これは、上
記図４に示したと同様に、固体高分子型燃料電池１におけるアノード（図示せず）の入口
側に、天然ガス等の原料ガス２を水蒸気改質して改質ガス（燃料ガス）４を生成するよう
にしてある燃料処理装置５を、改質ガス配管（燃料ガス流路）７を介して接続し、上記固
体高分子型燃料電池１のアノードの出口側から排出されるアノードオフガス（排気燃料ガ
ス）８を導くためのアノードオフガス配管９を、アノードの出口側と上記燃料処理装置５
のバーナ１０との間に接続し、更に、改質ガス４中の一酸化炭素濃度が高い場合に、この
一酸化炭素濃度が高い改質ガス４を固体高分子型燃料電池１を迂回させてアノードオフガ
ス配管９へ導くための切替弁１１及びバイパス路１２を設けた構成において、上記アノー
ドオフガス配管９におけるバイパス路１２との接続部よりも上流側位置に、開閉弁１５に
代えて逆止弁２０を設け、更に、上記アノードオフガス配管９における上記逆止弁２０よ
りも上流側位置と、バーナ１０よりもやや上流側の位置との間に、ドレンタンク２１と２
２をそれぞれ備えた連通路２５を接続して、上記各ドレンタンク２１及び２２の接続位置
にてアノードオフガス配管９内に自然発生するドレンをそれぞれのドレンタンク２１，２
２へ回収させるようにしてある。これにより、ドレンがアノードオフガス配管９に停留し
て、ガス流路が閉塞されてしまうことがなく、改質ガス４の不安定供給が生じる虞を防止
させるようにしてある。

２３及び２４は上記各ドレンタンク２１及び２２にそれぞれ設けた水位センサ（水レベ
ル検知器）、２６は上記連通路２５の開閉を行うための電磁弁、２７は上記アノードオフ
ガス配管９におけるバーナ１０よりもやや上流側位置に接続してあるドレンタンク２２よ
りドレン水を排出させるための電磁弁である。

なお、図示してはいないが、一般に、固体高分子型燃料電池発電装置は、上記燃料処理
装置や固体高分子型燃料電池を、電気盤やインバータ等のその他の機器と一緒に１つの筐
体に収納させてユニット化させるようにしてある。更に、万一、上記改質ガスやアノード
オフガスのような可燃性ガスの漏れが生じたとしても、上記筐体内におけるこれらの可燃
性ガスの濃度を爆発下限界以下に抑えることができるようにするために、上記筐体は、所
要位置に換気口（換気入口、換気出口）と換気ファンを設けて、該換気ファンの運転によ
り筐体内部の強制換気を行わせるようにしてある。

特開２００４−７１４７１号公報

ところが、上述したように、固体高分子型燃料電池のアノードオフガス及び改質ガスに
は蒸気やドレン分が含まれているため、このような蒸気やドレン分を含んだ上記アノード
オフガスや改質ガスが燃料処理装置のバーナへ燃焼用燃料ガスとして供給されると、上記
バーナの点火プラグが局所的に温度低下されることがあり、この局所的な温度低下による
熱衝撃を受けることによって上記バーナの点火プラグが破損され易いというのが実状であ
る。

又、燃料処理装置の起動時等に、該燃料処理装置のバーナの燃焼モードを、追焚き燃料
のみによる燃焼から、改質ガス及び固体高分子型燃料電池のアノードオフガスを燃焼用燃
料ガスとする燃焼へ切替える場合に、上記バーナの火炎が、改質ガスやアノードオフガス
に伴われる蒸気やドレンのために不安定化する虞が生じると共に、上記改質ガスやアノー
ドオフガスによって持ち込まれる蒸気によって火炎が吹き飛ばされたり、局所的に温度低
下することによって上記バーナが失火する虞も懸念される。

更には、上述したように、燃料処理装置のバーナは、点火プラグの破損が懸念されるこ
とから、上記バーナは、定期的なメンテナンスを行い易い位置に設ける必要があり、この
ため、バーナの構造に制約を受けるという問題もある。

なお、上記図４に示した構成では、アノードオフガス配管９上に凝縮器１３を設けて該
アノードオフガス配管９を通るガス中の水蒸気を凝縮させてドレンとさせるものであるが
、上記凝縮器１３を設けなければならず、設備コストやランニングコストが嵩むという問
題がある。

又、図５に示した構成では、アノードオフガス配管９にドレンタンク２１，２２を接続
した構成は示されているが、該各ドレンタンク２１，２２は、ドレンがアノードオフガス
配管９に停留してガス流路が閉塞されることを防止するために、アノードオフガス配管９
内で自然発生するドレンを単に回収させるためのものであって、上記アノードオフガス配
管９内を流通するアノードオフガス８や改質ガス４中に含まれる蒸気やドレン分を積極的
に凝縮させるという考えは全く示されておらず、示唆すらされるものではない。したがっ
て、上記燃料処理装置５のバーナ１０へ、燃焼用燃料ガスとして供給されるアノードオフ
ガス８や改質ガス４により蒸気が持ち込まれる虞を解消できるようにはなっていない。

そこで、本発明は、凝縮器を要することなく燃料処理装置のバーナへ固体高分子型燃料
電池のアノードオフガスや改質ガス中の蒸気やドレン分が持ち込まれる虞を未然に防止で
きて、上記燃料処理装置の点火プラグが破損する虞を低減できると共に、燃料処理装置の
バーナの燃焼モードを、追焚き燃料のみの燃焼から改質ガス及び固体高分子型燃料電池の
アノードオフガスを燃焼用燃料ガスとする燃焼へ切替える場合にも、上記バーナの火炎の
安定性を向上させることができて、該バーナが失火する虞を未然に防止できるようにした
固体高分子型燃料電池発電装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に係る発明に対応するように、固体高
分子型燃料電池のアノードオフガス及び改質ガスをアノードオフガス配管を経て燃料処理
装置のバーナへ燃焼用燃料ガスとして導くことができるようにしてある固体高分子型燃料
電池発電装置における上記アノードオフガス配管に、配管内を流通するアノードオフガス
及び改質ガスを上記燃料処理装置のバーナの直近位置に達するまでの間に蒸気及びドレン
分を液相として凝縮、分離可能な温度となるまで温度低下させる機能を具備させてなる構
成とし、具体的には、アノードオフガス配管へ流入するアノードオフガス及び改質ガスの
ガス温度とガス流速に応じた流入熱量と、蒸気及びドレン分を液相として凝縮、分離可能
な温度まで温度低下させた状態のアノードオフガス及び改質ガスが保有する熱量との差か
ら求められる上記アノードオフガス及び改質ガスより放熱させるべき熱量に対し、上記ア
ノードオフガス配管の配管材質、外径、表面形状によって支配される配管単位長さ当りの
放熱面積と、筐体内部の強制換気風量及び該強制換気されている上記筐体の内部温度とに
よって決定される上記アノードオフガス配管から放熱可能な熱量が対応するように、上記
アノードオフガス配管の燃料処理装置のバーナ直近位置に達するまでの長さ寸法を設定す
るようにした構成とする。

又、上記構成におけるアノードオフガス配管を、配管経路の一部が、筐体内を換気入口
より換気出口へ向けて流れる主換気流れの中に配置されるようにした構成とする。

更に、上記各構成におけるアノードオフガス配管を、配管経路が筐体の換気入口の内側
近傍と換気出口の内側近傍の一方又は双方もしくはその中間部を通るように配置した構成
とする。

更に又、上記各構成におけるアノードオフガス配管を、筐体の換気入口又は換気出口に
設けられる換気ファンの内側位置に配置するようにした構成とする。

上述の各構成における筐体内の換気風量を、該筐体内にて可燃性ガスを爆発下限界以下
に維持するために要求される換気量よりも大きくなるようにした構成とする。

本発明の固体高分子型燃料電池発電装置によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
（１）固体高分子型燃料電池発電装置におけるアノードオフガス配管に、配管内を流通す
るアノードオフガス及び改質ガスを上記燃料処理装置のバーナの直近位置に達するまでの
間に蒸気及びドレン分を液相として凝縮、分離可能な温度となるまで温度低下させる機能
を具備させてなる構成、具体的には、アノードオフガス配管へ流入するアノードオフガス
及び改質ガスのガス温度とガス流速に応じた流入熱量と、蒸気及びドレン分を液相として
凝縮、分離可能な温度まで温度低下させた状態のアノードオフガス及び改質ガスが保有す
る熱量との差から求められる放熱させるべき熱量に対し、上記アノードオフガス配管の配
管材質、外径、表面形状によって支配される配管単位長さ当りの放熱面積と、筐体内部の
強制換気風量及び該強制換気されている上記筐体の内部温度とによって決定される上記ア
ノードオフガス配管から放熱可能な熱量が対応するように、上記アノードオフガス配管の
燃料処理装置のバーナ直近位置に達するまでの長さ寸法を設定するようにした構成として
あるので、燃料処理装置のバーナへ固体高分子型燃料電池のアノードオフガスや改質ガス
を燃焼用燃料ガスとして供給するときに、蒸気やドレン分が持ち込まれる虞を未然に防止
できる。このため、上記燃料処理装置のバーナの点火プラグが破損する虞を低減できる。
したがって、上記バーナの定期的なメンテナンスの頻度を低減させることが可能になると
共に、上記バーナの設置位置の自由度を高めることが可能になるため、バーナの構造の制
約を少なくすることも可能になる。
（２）更に、燃料処理装置の起動時等に、該燃料処理装置のバーナの燃焼モードを、追焚
き燃料のみの燃焼から改質ガス及び固体高分子型燃料電池のアノードオフガスを燃焼用燃
料ガスとする燃焼へ切替えるときに、上記バーナの火炎の安定性を向上させることができ
て、該バーナが失火する虞を未然に防止できる。
（３）アノードオフガス配管の配管経路の一部が、筐体内を換気入口より換気出口へ向け
て流れる主換気流れの中に配置されるようにした構成としたり、アノードオフガス配管の
配管経路が筐体の換気入口の内側近傍と換気出口の内側近傍の一方又は双方もしくはその
中間部を通るように配置した構成とすることにより、該アノードオフガス配管より筐体内
の換気流れに対し効率よく放熱させることができて、アノードオフガス配管の長さ寸法を
短縮するのに有利なものとすることができる。
（４）アノードオフガス配管を、筐体の換気入口又は換気出口に設けられる換気ファンの
内側位置に配置するようにした構成とすることにより、筐体の換気流れを該アノードオフ
ガス配管に確実に当てることができて、アノードオフガス配管より筐体内の換気流れに対
し更に効率よく放熱させることができることから、アノードオフガス配管の長さ寸法を短
縮するのに更に有利なものとすることができる。
（５）筐体内の換気風量を、該筐体内にて可燃性ガスを爆発下限界以下に維持するために
要求される換気量よりも大きくなるようにした構成とすることにより、上記筐体内の換気
風量をアノードオフガス配管を強制冷却するために利用することができて、該アノードオ
フガス配管からの放熱を更に効率よく行わせることが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１及び図２（イ）（ロ）は本発明の固体高分子型燃料電池発電装置の実施の一形態を
示すもので、図４や図５に示してあるものと同様に、燃料処理装置５における改質器（図
示せず）で改質された改質ガス４を改質ガス配管７を通して固体高分子型燃料電池１のア
ノード（図示せず）に供給し、該アノードから排出されるアノードオフガス８をアノード
オフガス配管９（図４又は図５参照）を経て燃料処理装置５のバーナ１０へ導入するよう
にし、又、上記改質ガス配管７の途中位置に設けた切替弁１１とアノードオフガス配管９
の途中位置との間にバイパス路１２を設けて、改質ガス４をバイパス路１２、アノードオ
フガス配管９を経てバーナ１０へ導くようにしてある構成において、上記アノードオフガ
ス配管９に代えて、アノードオフガス８及び改質ガス４を、上記燃料処理装置５のバーナ
１０の直近位置へ導くまでの間に該アノードオフガス８及び改質ガス４を蒸気及びドレン
分を液相として凝縮、分離可能な所要温度、たとえば、５０〜１００℃となるまで温度低
下させる機能を具備してなるアノードオフガス配管２８とする。

詳述すると、上記アノードオフガス配管２８は、以下のような構成とする。すなわち、
固体高分子型燃料電池１のアノードより排出されてアノードオフガス配管２８内を流通さ
せられるアノードオフガス８のガス温度及びガス流量、並びに、上記切替弁１１による流
路の切替操作によって改質ガス配管７より切替弁１１、バイパス路１２を経てアノードオ
フガス配管２８へ直接導かれる改質ガス４のガス温度及びガス流量によって決定される上
記アノードオフガス８及び改質ガス４に伴われて上記アノードオフガス配管２８へ流入す
ることとなる熱量と、上記燃料処理装置５のバーナ１０の直近位置にて最終的に所望され
る５０〜１００℃となるまで温度低下させた状態の上記アノードオフガス８及び改質ガス
４が保有している熱量との差から、上記アノードオフガス配管２８を流通させる間に上記
アノードオフガス８及び改質ガス４より放熱させるべき熱量を求め、この放熱させるべき
熱量に対し、上記アノードオフガス配管２８の配管材質、外径や表面形状によって支配さ
れる配管単位長さ当りの表面積（放熱面積）、固体高分子型燃料電池発電装置の筐体２９
の内部にて強制換気されている換気風量及び該強制換気されている筐体２９の内部温度等
によって決定される上記アノードオフガス配管２８から放熱可能な熱量が対応するように
、上記アノードオフガス配管２８の燃料処理装置５のバーナ１０直近位置に達するまでの
長さ寸法を設定するようにしてある。

具体的には、たとえば、図１に示す如く、前側壁の下部左側端部位置に換気入口３０を
有し、且つ後側壁の上部右側端部位置に換気ファン（図示せず）付きの換気出口３１を有
してなる所要の直方体形状としてある筐体２９の内側の右寄り位置に、下端部にバーナ１
０を備えた燃料処理装置５を設ける。又、上記筐体２９内部の左寄り位置に、後側壁の内
側に沿って固体高分子型燃料電池１と電気盤３２とインバータ３３を上方より順に備えて
なる構成としてある固体高分子型燃料電池発電装置において、上記固体高分子型燃料電池
１における図上右側端部となるアノードの出口側と燃料処理装置５のバーナ１０とを接続
するアノードオフガス配管２８を、図１に示す如く、配管経路の途中に筐体２９の右側壁
の内側にて前後方向に交互に折り返しながら順次上方より下方へ向かう折返し部２８ａを
設けて、長さ寸法を、たとえば、２〜３ｍ程度と長く設定してなる構造とする。

更に、上記アノードオフガス配管２８は、固体高分子型燃料電池１のアノードの出口か
ら上記折返し部２８ａへ至るまでの配管経路の一部を、一旦、上記固体高分子型燃料電池
１の前面側を経由させるようにして、図１に示す如く、筐体２９の前側壁の下部左側端部
位置に設けてある換気入口３０より筐体２９内へ流入した後、後側壁の上部右側端部位置
に設けてある換気出口３１へ向かう主な換気流れ（以下、主換気流れという）３４に曝す
ことができるようにしてある。これにより、上記アノードオフガス配管２８を流通するア
ノードオフガス８や改質ガス４が上記主換気流れ３４に曝されている部分を通過するとき
に、アノードオフガス８や改質ガス４を、上記主換気流れ３４とアノードオフガス配管２
８壁を介した間接的な熱交換を積極的に行わせることができるようにして、上記アノード
オフガス８や改質ガス４より効率よく放熱させて、ガス温度をより効率よく低下させるこ
とができるようにしてある。

なお、上記燃料処理装置５より上記固体高分子型燃料電池１の図上左端部となるアノー
ドの入口側へ改質ガス４を導くための改質ガス配管７は、上記固体高分子型燃料電池１の
前面側を通過するように配置してあり、この固体高分子型燃料電池１の前面側に位置する
部分に、切替弁１１を設けると共に、図１に示すようにバイパス路１２を上記固体高分子
型燃料電池１の前面側に位置する部分のアノードオフガス配管２８ヘ接続させるようにし
てある。

更に又、上記アノードオフガス配管２８は、その配管経路の一部が上記筐体２９におけ
る換気ファン付きの換気出口３１の内側近傍位置に配置されるようにしてある。これによ
り、上記筐体２９より換気出口３１を通して排出される換気流れ、すなわち、上記筐体２
９内の強制換気を行うためのすべての換気流れを上記換気出口３１より排出させるときに
、該換気出口３１の内側近傍位置に配置された部分のアノードオフガス配管２８内を流通
するアノードオフガス８や改質ガス４との熱交換に利用することができるようにして、上
記アノードオフガス８や改質ガス４より効率よく放熱させて、ガス温度を更に効率よく低
下させることができるようにしてある。

上記アノードオフガス配管２８における上記折返し部２８ａよりも下流側となる燃料処
理装置５のバーナ１０の直近位置には、該位置に至るまでのアノードオフガス配管２８中
でアノードオフガス８及び改質ガス４を上述した所要温度まで温度低下させることにより
含まれる蒸気やドレン分を液相として凝縮させてなるドレン水を除去するためのドレン排
出機構３５を設けるようにする。

上記ドレン排出機構３５は、たとえば、図２（イ）に示す如く、アノードオフガス配管
２８における最も低位置に取り付けたドレントラップ３６と、該ドレントラップ３６に溜
まるドレン水のレベルを検出するための水位センサ３７、たとえば、ＰＦＡチューブ３８
と光センサ３９とからなる水位センサ３７と、該水位センサ３７からの信号に基づいて適
宜開閉操作されるドレン排出弁としての電磁弁４０を備えて、上記ドレントラップ３６に
溜まるドレン水の量が所定量に達すると、上記電磁弁４０を開操作させることにより、上
記ドレントラップ３６内の水位をある一定の範囲内に保持させることができるようにした
構成としてある。

又、上記ドレン排出機構３５は、図２（ロ）に別の例を示す如く、ドレン排出弁を用い
ずに、アノードオフガス８及び改質ガス４の圧力をもとに水封を行いながらドレン水を排
出する機構としてもよい。すなわち、図２（ロ）に示したドレン排出機構３５は、図２（
イ）に示したと同様に、アノードオフガス配管２８における最も低位置にドレントラップ
３６を取り付け、更に、該ドレントラップ３６の底部に、Ｕ字管４１の一端部を接続する
と共に、該Ｕ字管４１の他端部を、上記ドレントラップ３６よりも所要寸法上方位置まで
立ち上げて大気圧に開放させるようにして、該Ｕ字管の他端部に充満されるドレン水の水
圧と、通常の状態における上記アノードオフガス８及び改質ガス４の使用圧力が拮抗する
ようにしてなる構成としてもよい。この構成によれば、上記ドレントラップ３６内の液面
に作用する上記アノードオフガス８及び改質ガス４の圧力により、該ドレントラップ３６
内のドレン水を上記Ｕ字管４１の一端側から他端側へ押し出すことができ、上記ドレント
ラップ３６内の水位をある一定の範囲内に保持させるようにすることができる。この構成
とする場合には、ドレン排出機構３５の構造を電気機器を必要としないシンプルな構造と
することができるため、製造コスト及びランニングコストの面で有利なものとすることが
できる。

なお、図示してはいないが、上記固体高分子型燃料電池発電装置は、都市ガスや天然ガ
ス、メタノール等の原料の燃料処理装置５への供給機構や、上記固体高分子型燃料電池１
のカソード側への空気供給機構を備えており、固体高分子型燃料電池１のアノード側に供
給される改質ガス４の水素と、カソード側に供給される空気中の酸素とを電気化学反応（
燃料電池反応）させて、この際発生する起電力を取り出すことができるようにしてある。

以上の構成としてあることにより、上記固体高分子型燃料電池発電装置の運転時に、固
体高分子型燃料電池１より排出されるアノードオフガス８は、アノードオフガス配管２８
を経て燃料処理装置５のバーナ１０へ送られるときに、該アノードオフガス配管２８中を
通して上記バーナ１０の直近位置に達するまで送られる間に、筐体２９内の強制換気を利
用して５０〜１００℃まで温度低下させられるようになるため、含まれる蒸気やドレン分
は液相として凝縮されるようになる。

又、上記燃料処理装置５の起動時等、該燃料処理装置５より送出される一酸化炭素を多
く含む改質ガス４が、切替弁１１、バイパス路１２を経てアノードオフガス配管２８へ直
接導かれた後、該アノードオフガス配管２８を経て燃料処理装置５のバーナ１０へ送られ
るときには、改質ガス４は、該アノードオフガス配管２８中を通して上記バーナ１０の直
近位置に達するまで送られる間に、筐体２９内の強制換気を利用して５０〜１００℃まで
温度低下させられるようになる。そのため、含まれる蒸気やドレン分は液相として凝縮さ
れるようになる。

上記アノードオフガス配管２８内で液相として凝縮されたドレン水は、上記アノードオ
フガス配管２８における燃料処理装置５のバーナ１０直近位置に設けてあるドレン排出機
構３５にて分離、除去される。したがって、上記燃料処理装置５のバーナ１０に対しては
、上記蒸気やドレン分が分離除去されたアノードオフガス８や改質ガス４が燃焼用燃料ガ
スとして供給されるようになる。

このように、本発明の固体高分子型燃料電池発電装置によれば、燃料処理装置５のバー
ナ１０へ固体高分子型燃料電池１のアノードオフガス８や改質ガス４を燃焼用燃料ガスと
して供給するときに、凝縮器を要することなく蒸気やドレン分が持ち込まれる虞を未然に
防止できるため、上記燃料処理装置５のバーナの点火プラグが破損する虞を低減できる。
更に、燃料処理装置５の起動時等に、該燃料処理装置５のバーナの燃焼モードを、追焚き
燃料のみの燃焼から改質ガス４及び固体高分子型燃料電池１のアノードオフガス８を燃焼
用燃料ガスとする燃焼へ切替える場合にも、上記バーナの火炎の安定性を向上させること
ができて、該バーナが失火する虞を未然に防止できる。

又、上記のように、燃料処理装置５のバーナの点火プラグが破損する虞を低減できるた
め、上記バーナの定期的なメンテナンスの頻度を低減させることが可能になると共に、上
記バーナの設置位置の自由度を高めることが可能になるため、バーナの構造の制約を少な
くすることも可能になる。

上記において、アノードオフガス配管２８の配管材質、外径や表面形状によって支配さ
れる配管単位長さ当りの表面積（放熱面積）と、固体高分子型燃料電池発電装置の筐体２
９の内部にて強制換気されている換気風量及び該強制換気されている筐体２９の内部温度
、上記アノードオフガス配管２８の配管経路等によって決定される上記アノードオフガス
配管２８から放熱可能な熱量が、上記アノードオフガス配管２８を流通させる間に上記ア
ノードオフガス８及び改質ガス４より放熱させるべき熱量に対して十分となるようにでき
れば、図１及び図２（イ）（ロ）に示したと同様の構成において、たとえば、図３に示す
如く、アノードオフガス配管２８を、配管経路途中の折返し部２８ａを省略したストレー
トな配管形状のものとしてもよい。

このような配管形状とすれば、上記アノードオフガス配管２８の製造時の手間及びコス
トを削減することが可能になる。なお、このようにする場合には、上記アノードオフガス
配管２８内より筐体２９内の換気流れへの放熱効率を高めることができるようにするため
に、たとえば、上記筐体２９に設ける換気ファンを、上記アノードオフガス配管２８を強
制冷却することができるように、筐体２９内の単なる強制換気を行わせるための換気ファ
ンに比して、換気風量の大きな強制換気兼強制冷却用ファンとしてもよい。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、アノードオフガス配管
２８は、配管経路の一部が、筐体２９内の主換気流れ３４に曝される配置とすることが該
アノードオフガス配管２８からの放熱量を高める点では好ましいが、上記主換気流れ３４
にアノードオフガス配管２８が曝されないような配管経路とすることも可能なこと、又、
アノードオフガス配管２８を換気ファンの近傍に配置することが換気流れと効率よく接触
させて放熱量を高める点では好ましいため、上記アノードオフガス配管２８の配管経路が
換気ファン付きの換気出口３１の内側近傍位置を通るものとして示したが、換気入口３０
に換気ファンを設けている形式の場合には、該換気ファン付きの換気入口３０の内側近傍
位置を通るようにアノードオフガス配管２８を配置してもよく、又、アノードオフガス配
管２８と換気流れとの接触をある程度確保できれば、換気ファンの設けられていない換気
入口３０や換気出口３１の内側近傍位置の一方又は双方を通るように配置してもよく、更
には、換気流れとの接触がある程度確保できる換気入口３０と換気出口３１との中間部に
配置してもよいこと、アノードオフガス配管２８の配管経路は、アノードオフガス配管２
８を流通するアノードオフガス８や改質ガス４を燃料処理装置５のバーナ１０直近に達す
るまでに蒸気やドレン分を液体として凝縮可能な温度まで温度低下させることができるよ
う十分な放熱量が確保できれば、燃料処理装置５の起動時に該燃料処理装置５のバーナ１
０へ燃焼用燃料ガスとして改質ガス４を戻すときに、多大な時間を要するような長さとな
らない範囲内において、筐体２９内にどのように配置してもよいこと、本発明は、固体高
分子型燃料電池発電装置における筐体２９内部の固体高分子型燃料電池１、燃料処理装置
５、電気盤３２、インバータ３３の配置が異なったり、筐体２９の換気入口３０及び換気
出口３１の配置が異なる場合にも適用できること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の固体高分子型燃料電池発電装置の実施の一形態を示す一部切断概略斜視図である。 図１の装置のドレン排出機構を拡大して示すもので、（イ）は水位センサと電磁弁を備えた形式、（ロ）はアノードオフガス及び改質ガスの圧力をもとに水封を行う形式のものをそれぞれ示す側面図である。 本発明の実施の他の形態を示す一部切断概略斜視図である。 従来、ドレンがアノードオフガス配管に停留して、ガス流路が閉塞されてしまうことで改質ガスの不安定供給が生じる虞を防止させるようにするために提案されている装置構成の一例を示す概要図である。 従来、ドレンがアノードオフガス配管に停留して、ガス流路が閉塞されてしまうことで改質ガスの不安定供給が生じる虞を防止させるようにするために提案されている装置構成の他の例を示す概要図である。

符号の説明

１ 固体高分子型燃料電池
４ 改質ガス
５ 燃料処理装置
８ アノードオフガス
１０ バーナ
２８ アノードオフガス配管
２９ 筐体
３０ 換気入口
３１ 換気出口
３４ 主換気流れ

Claims (6)

1. 固体高分子型燃料電池のアノードオフガス及び改質ガスをアノードオフガス配管を経て
   燃料処理装置のバーナへ燃焼用燃料ガスとして導くことができるようにしてある固体高分
   子型燃料電池発電装置における上記アノードオフガス配管に、配管内を流通するアノード
   オフガス及び改質ガスを上記燃料処理装置のバーナの直近位置に達するまでの間に蒸気及
   びドレン分を液相として凝縮、分離可能な温度となるまで温度低下させる機能を具備させ
   てなる構成を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池発電装置。
2. アノードオフガス配管を、配管経路の一部が、筐体内を換気入口より換気出口へ向けて
   流れる主換気流れの中に配置されるようにした請求項１記載の固体高分子型燃料電池発電
   装置。
3. アノードオフガス配管を、配管経路が筐体の換気入口の内側近傍と換気出口の内側近傍
   の一方又は双方もしくはその中間部を通るように配置した請求項１又は２記載の固体高分
   子型燃料電池発電装置。
4. アノードオフガス配管を、筐体の換気入口又は換気出口に設けられる換気ファンの内側
   位置に配置するようにした請求項１又は２記載の固体高分子型燃料電池発電装置。
5. アノードオフガス配管へ流入するアノードオフガス及び改質ガスのガス温度とガス流速
   に応じた流入熱量と、蒸気及びドレン分を液相として凝縮、分離可能な温度まで温度低下
   させた状態のアノードオフガス及び改質ガスが保有する熱量との差から求められる上記ア
   ノードオフガス及び改質ガスより放熱させるべき熱量に対し、上記アノードオフガス配管
   の配管材質、外径、表面形状によって支配される配管単位長さ当りの放熱面積と、筐体内
   部の強制換気風量及び該強制換気されている上記筐体の内部温度とによって決定される上
   記アノードオフガス配管から放熱可能な熱量が対応するように、上記アノードオフガス配
   管の燃料処理装置のバーナ直近位置に達するまでの長さ寸法を設定するようにした請求項
   １、２、３又は４記載の固体高分子型燃料電池発電装置。
6. 筐体内の換気風量を、該筐体内にて可燃性ガスを爆発下限界以下に維持するために要求
   される換気量よりも大きくなるようにした請求項１、２、３、４又は５記載の固体高分子
   型燃料電池発電装置。

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