JP2008251447A - 燃料電池発電装置のドレン処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 改質ガス配管とアノードオフガス配管におけるドレンの発生を防止できるようにする。
【解決手段】 断熱容器２０の内部に改質器、低温シフトコンバータ、ＣＯ選択酸化反応器７、改質器のバーナを備えてなる燃料処理装置４と、固体高分子型燃料電池１とを筐体３７内に配設し、燃料処理装置４で改質された改質ガス１４を改質ガス配管１５を経て固体高分子型燃料電池１へ送給し、アノードオフガス１８をアノードオフガス配管１９を通して上記燃料処理装置４のバーナ２１へ導くようにして固体高分子型燃料電池発電装置を形成する。燃料処理装置４の排気口３３に接続した排気ダクト３８と最終排気管３９の内側に、改質ガス配管１５とアノードオフガス配管１９を挿通させて配設する。燃料処理装置４より排出される燃焼排気３１ａに残存する熱で、改質ガス配管１５とアノードオフガス配管１９を共に保温させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池を用いた発電装置にて発生するドレンを処理する燃料電池発電装置のドレン処理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、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、図２に示す如く、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）２とアノード（燃料極）３の両ガス拡散電極で挟持させてなるセルを、セパレータ（図示せず）を介し積層してスタックとしてなる構成として固体高分子型燃料電池１を形成する。上記固体高分子型燃料電池１におけるアノード３の入口側には、改質器５、低温シフトコンバータ６、ＣＯ選択酸化反応器（ＣＯ除去器）７を順に備えてなる燃料処理装置４と、加湿器８を設けている。これにより、燃料供給部より供給される都市ガス（天然ガス）やＬＰＧ、灯油等の原料（原燃料）９を、脱硫器１０にて脱硫した後、原料予熱器（原燃料気化器）１１にて予熱してから、水蒸発器１２より導かれる水蒸気１３と共に上記燃料処理装置４へ供給して、該燃料処理装置４の改質器５にておよそ７００℃前後に加熱して水蒸気改質を行わせる。得られる改質ガス（燃料ガス）１４は、低温シフトコンバータ６に導いておよそ２５０℃前後まで温度低下させてシフト反応させ、更に、上記ＣＯ選択酸化反応器７にておよそ１２０℃前後まで温度低下させてＣＯ除去処理するようにする。しかる後、上記燃料処理装置４より改質ガス配管１５を通して送出される改質ガス１４が、加湿器８にて加湿された後、上記固体高分子型燃料電池１のアノード３へ供給されるようにしてある。一方、上記カソード２の入口側には、酸化ガスとして空気１６が、空気ブロワ１７で加圧された後、上記加湿器８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１にて、アノード３側に供給される改質ガス１４中の水素と、カソード２側に供給される空気１６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。

上記固体高分子型燃料電池１による燃料電池反応の後、アノード３の出口より排出されるアノードオフガス１８には未反応の水素が残存している。そのために、上記アノードオフガス１８は、アノードオフガス配管１９を通して上記燃料処理装置４の改質器５に付設された図示しないバーナへ導いて燃焼させて、上記改質器５の改質室にて吸熱反応である水蒸気改質反応を進行させるための熱源として利用するようにしてある。

更に、上記アノードオフガス１８の発熱量が小さいことに鑑みて、上記燃料処理装置４のバーナには、燃料供給部より供給される都市ガスやＬＰＧ、灯油等の原料９の一部を追焚き燃料９ａ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４を運転して改質器５にて原料９の水蒸気改質を行わせる際に、上記アノードオフガス１８の発熱量のみでは不足する熱量を補うようにしてある。１ａは固体高分子型燃料電池１における冷却部である。

ところで、上記改質器５、シフトコンバータ６及びＣＯ選択酸化反応器７を備えてなる燃料処理装置４としては、図３に示す如く、１つの断熱容器２０内に、改質器５とシフトコンバータ６とＣＯ選択酸化反応器７とを上下方向に直列に配置することにより軸方向の熱伸びを緩和できるようにすると共に、上記改質器５に関連するバーナ２１や水蒸発器１２、原料予熱器１１等を１つのユニットにまとめるようにした形式のものが従来提案されている。

すなわち、上記ユニット形式の燃料処理装置４は、所要の高さ寸法を有し且つ上端を閉塞した容器内筒２０ａと容器外筒２０ｂとの間に断熱層としての真空断熱層２０ｃを備えた断熱容器（真空断熱容器）２０の下端側に、ベースプレート２２をベース外筒２３を介して気密に取り付けてある。上記ベースプレート２２の中心部には、上記断熱容器２０の上下方向中間部付近まで立ち上がるベース内筒２４が設けてあり、該ベース内筒２４の上端部内側に上記バーナ（燃焼装置）２１が設けてある。

上記バーナ２１には、図示しないアノードオフガス配管を通して上記ベースプレート２２の中央部下側位置に配設してあるアノードオフガス配管接続座（燃料ガス接続座）２５まで導かれるアノードオフガス１８を、上記ベース内筒２４の内側に挿通配置してあるアノードオフガス供給管（燃料ガス供給管）２６を通して供給できるようにしてある。更に、上記アノードオフガス供給管２６の上部寄り位置には、該アノードオフガス供給管２６の途中位置の側壁部を貫通させて該アノードオフガス供給管２６内に挿入した追焚き燃料供給管２７の先端部（上端部）が同心状に収納させてある。これにより、上記バーナ２１にて、図示しない燃料電池より上記アノードオフガス配管、アノードオフガス配管接続座２５、アノードオフガス供給管２６を経て供給されるアノードオフガス１８や、上記追焚き燃料供給管２７を通して供給される追焚き燃料９ａを、外部の空気供給管２８より上記ベースプレート２２の下方に設けた空気ダクト２９を経て上記ベース内筒２４の下端側へ導かれた後、該ベース内筒２４の内側を通して上記バーナ２１へ下方より供給される空気１６を用いて燃焼させることができるようにしてある。

更に、上記ベース内筒２４の上側には、上記断熱容器２０の天井部付近まで上下方向に延びる炉筒３０を接続して、上記バーナ２１で発生する高温の燃焼ガス３１を、上記炉筒３０を通して上記断熱容器２０の天井付近まで一旦導いた後、上記断熱容器２０における容器内筒２０ａの内面と上記炉筒３０及びベース内筒２４の外周面との間に形成される上下方向に延びる円筒状の空間部としての燃焼ガス流路３２を、断熱容器２０の下端側となる上記ベース外筒２３の側壁に設けた排気口３３へ向けて下向きに流通させることができるようにしてある。

上記炉筒３０の外周に位置する燃焼ガス流路３２の上部領域には、周方向所要間隔で配列した複数の改質器５と、該各改質器５へ供給する水蒸気１３（図２参照）を発生させるための水蒸発器１２が上方より順に配設してある。更に、上記ベース内筒２３の外周に位置する燃焼ガス流路３２の下部領域には、上記各改質器５の下流側に接続する低温シフトコンバータ６と、ＣＯ選択酸化反応器７が上方より順に配設してある。更に、原料予熱器（原燃料気化器）１１を、上記低温シフトコンバータ６の外周に配設してある。３４は上記炉筒３０の内側に挿通させて配設した上記バーナ２１の所要寸法上方位置から上記炉筒３０の上端よりも所要寸法上方へ突出する位置まで延びる案内筒、３５は上記案内筒３４の上端部（突出端部）に取り付けた上記炉筒３０よりも所要寸法大径としてある案内板であり、上記炉筒３０内で上記案内筒３４に沿って上昇する燃焼ガス３１のガス流れ方向を、該案内板３５により円滑に下向きに反転させることができるようにしてある。３６は上記各改質器５が配設してある燃焼ガス流路３２の上部領域に設けた螺旋板である。

以上の構成としてあることにより、上記バーナ２１でアノードオフガス１８や追焚き燃料９ａを燃焼させて発生させた高温の燃焼ガス３１が上記炉筒３０内を上昇した後、上記燃焼ガス流路３２を下向きに流れるときに、上記各改質器５が７００℃程度まで加熱されるようにし、この状態にて、該各改質器５へ、原料予熱器１１にて予熱した原料（図示せず）と、上記水蒸発器１２にて発生させた水蒸気（図示せず）とを供給して、水蒸気改質反応を進行させて改質ガス（図示せず）が発生されるようにしてある。該発生した改質ガスは、上記低温シフトコンバータ６へ導いてシフト反応させた後、上記ＣＯ選択酸化反応器７によるＣＯ除去処理を行わせ、得られる改質ガスを上記ＣＯ選択酸化反応器７の出口側に接続した図示しない改質ガス配管を通して送出できるようにしてある。

上記各改質器５における水蒸気改質反応の熱源として供されて温度が低下された燃焼ガス３１は、その残存する熱を、上記水蒸発器１２にて上記各改質器５へ供給する水蒸気を発生させるための熱源として利用した後、上記断熱容器２０の下端部の排気口３３まで導いてから燃焼排気３１ａとして外部へ排気させるようにしてある（たとえば、特許文献１参照）。

ところで、一般に、燃料電池を用いた発電装置においては、燃料電池へ供給する水素を生成させるために燃料処理装置にて原料を水蒸気改質して改質ガスを発生させるようにしてあることに起因して、上記燃料処理装置より燃料電池のアノードへ供給される改質ガスが、水蒸気を多く含んだガスとなっている。又、燃料電池における電池反応では、上記改質ガス中の水素のみが消費されると共に、水素と酸素とが反応して水が生成すること等に起因して、上記燃料電池のアノードの出口側からアノードオフガス配管を通して燃料処理装置のバーナへ導かれるアノードオフガスも、水蒸気を多く含んだガスとなっている。そのために、これらの水蒸気を含んだガスがそれぞれ対応するガス配管内を流れるときには、温度変化等が原因となってガス中に含まれている水蒸気が凝縮してドレンが発生する可能性がある。

上記のようにして各種ガス配管内でドレンが発生すると、ドレン発生部分では、該ガス配管における流路断面積が減少したり、流路が閉塞されて、ガス流通の妨げになる虞が懸念される。すなわち、たとえば、燃料処理装置にて発生させた改質ガスを燃料電池へ送出するための改質ガス配管内にドレンが発生して、該改質ガス配管の流路断面積が減少させられたり、流路が閉塞されるようになると、上記燃料電池に対する改質ガスの不安定供給につながる虞があり、このために、燃料電池の発電性能が影響を受ける等の不都合が生じる虞がある。又、アノードオフガス配管内にてドレンが発生すると、上記と同様に、バーナへのアノードオフガスの不安定供給につながる虞があり、更には、上記アノードオフガス配管内で生じたドレンがミスト状になって燃料処理装置のバーナへ送られると、該バーナの火炎を失火させて不安定化を引き起こす虞が懸念されたり、該バーナにて高温となっているセラミック製の部材等が熱衝撃を受けて破損する虞も懸念される。

そのために、上記改質ガス配管で生じるドレンは速やかに除去することが望まれ、特に、上記アノードオフガス配管内で生じるドレンは速やかに除去することが強く望まれている。

上記改質ガス配管で生じるドレンやアノードオフガス配管内で生じるドレンを除去する手法としては、たとえば、上記改質ガス配管及びアノードオフガス配管にて発生するドレンを、ドレン配管を介して１つのドレンタンクへ回収した後、系外へ排出させる機構が従来提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

更に、アノードオフガス配管内で発生するドレンを除去するための手法としては、該アノードオフガス配管の途中位置に凝縮器を設けて、該凝縮器にてアノードオフガス配管を流通するアノードオフガスを冷却することによってアノードオフガス中に含まれている水分を積極的に凝縮させて、発生するドレンをドレン配管を経てドレンタンクへ回収するようにすることも従来提案されている（たとえば、特許文献３参照）。

上記のように改質ガス配管やアノードオフガス配管よりドレンを回収するようにしてあるドレンタンクから、溜まったドレンを排出させる場合は、図示してはいないが、一般的には、ドレンタンクの所要高さ位置にドレン貯留量の上限レベルを検出するための上限レベル計を設けておき、ドレンタンク内に溜まるドレンレベルが上記上限レベル計で検出されるようになると、該上限レベル計からの検出信号に基づいて上記ドレンタンクの下端部に接続したドレン排出管上に設けてある排出弁を数秒間開くようにして、上記ドレンタンク内よりドレンを所要量ずつ上記ドレン排出管を経て外部へ自動的に排出させるようにすることが多く行われている。しかし、以上のような構成では、上記上限レベル計に、実際にはドレンがないにもかかわらず検出信号を発し続けるというような故障が生じると、上記排出弁が開放されたままとなってドレンタンク内のドレンが排出され続け、最終的には、上記ドレンタンクが空になることに伴って、上記改質ガス配管を流通している改質ガスや、アノードオフガス配管を流通しているアノードオフガスが、ドレン配管と上記空のドレンタンクを通過して外部へ放出されるようになる虞がある。そこで、通常は、ドレンタンクの下部におけるドレン排出管の接続個所よりもやや上方となる位置に、ドレンの下限レベルを検出する下限レベル計を設けるようにしておき、上記ドレンタンク内のドレンレベルが上記下限レベル計で検出されるようになると、ドレン排出管上の排出弁を強制的に閉止させるようにして、ドレンタンクが空になる虞を未然に防止できるようにした構成が採られている。

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、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付属する機器と一緒に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、発電装置のシステム内のいずれかの個所から改質ガスやアノードオフガスのような水素を含む可燃性ガスの漏れが生じたとしても、該可燃性ガスの漏れを直ちに検知できるようにするために、上記筐体内に可燃性ガス検知器を装備すると共に、該可燃性ガス検知器で上記改質ガスやアノードオフガスの漏れが検知されると、直ちに固体高分子型燃料電池発電装置全体の運転を停止させるようにして、可燃性ガスが外部へ放出される虞を未然に防止できる構成としてある。

特開２００５−１２７６３４号公報 特開平８−１８５８８３号公報 特開２００４−７１４７１号公報

ところが、上記特許文献２に示されているように、従来は、燃料処理装置より燃料電池へ改質ガスを送出するための改質ガス配管と、燃料電池のアノードより排出されるアノードオフガスを上記燃料処理装置の改質器のバーナ（燃焼部）へ導くためのアノードオフガス配管の双方に、それぞれ配管内で発生するドレンを排出させるための機構を備える必要が生じていた。

又、前述したように、従来は、改質ガス配管やアノードオフガス配管よりドレンを回収するようにしてあるドレンタンクには、該ドレンタンクを通過して改質ガスやアノードオフガス等の可燃性ガスが外部へ放出される虞を防止するために、ドレンの上限レベルと下限レベルをそれぞれ検出するための上下方向２つのレベル計を配設する必要が生じていた。

よって、従来の燃料電池発電装置のドレン処理を行うための装置では、装置の小型化を図るのに不利となり、又、燃料電池発電装置の設計自由度が制約を受けていたのが実状である。

そこで、本発明は、燃料電池発電装置の定常状態時における改質ガス配管とアノードオフガス配管にて発生するドレンの量を大幅に低減させることができて、ドレンを排出するための装置構成を簡略化でき、しかも、非定常状態時に上記アノードオフガス配管にて発生するドレンを回収するためのドレンタンクを設ける場合であっても、該ドレンタンクには１つのレベル計を設けるのみで、貯留されるドレンの自動的な排出を行うことができると共に、ドレンタンクからのドレン排出を行う装置に異常が生じても、可燃性ガスが外部へ放出される虞を未然に防止できる燃料電池発電装置のドレン処理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に対応して、燃料処理装置で発生させる水素リッチな改質ガスを改質ガス配管を通して燃料電池へ供給し、且つ上記燃料電池のアノードオフガスをアノードオフガス配管を通して上記燃料処理装置のバーナへ供給できるようにしてある燃料電池発電装置における上記改質ガスと上記アノードオフガスを、上記燃料処理装置より排出される燃焼ガスで保温できるようにした構成とする。

又、上記構成において、改質ガス配管とアノードオフガス配管を、燃料処理装置より燃焼ガスを排出させるための最終排気管の内側に、所要の長さ範囲に亘り挿通させて配設するようにした構成とする。

上述の各構成において、アノードオフガス配管の所要位置にドレンタンクを接続して、該ドレンタンクの下流側に気水分離器をドレン排出管を介して接続し、且つ燃料電池発電装置の筐体内に可燃性ガス検知器を備えて、上記汽水分離器より分離ガスを導く分離ガス配管を、上記可燃性ガス検知器に接続した構成とする。

更に、上記構成において、ドレンタンクへのドレン排出管の接続位置よりも、汽水分離器へのドレン排出管の接続位置を、アノードオフガス配管の系内の圧力に相当する分、高所位置となるようにした構成とする。

本発明の燃料電池発電装置のドレン処理装置によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）燃料処理装置で発生させる水素リッチな改質ガスを改質ガス配管を通して燃料電池へ供給し、且つ上記燃料電池のアノードオフガスをアノードオフガス配管を通して上記燃料処理装置のバーナへ供給できるようにしてある燃料電池発電装置における上記改質ガスと上記アノードオフガスを、上記燃料処理装置より排出される燃焼ガスで保温できるようにした構成としてあるので、改質ガスに含まれている水蒸気の凝縮を防止でき、したがって、上記改質ガス配管中にドレンが発生する虞を未然に防止できる。又、アノードオフガスに含まれている水蒸気の凝縮を防止でき、したがって、アノードオフガス配管中にドレンが発生する虞を低減できる。よって、上記改質ガス配管がドレンによって流路断面積が減少させられたり、流路が閉塞される虞がなくなるため、上記燃料電池に対する改質ガスの安定供給を継続して行うことができ、又、アノードオフガス配管においても、ドレンによって流路断面積が減少させられたり、流路が閉塞される虞がなくなると共に、発生したドレンがミスト状になって燃料処理装置のバーナへ送られる虞がなくなるため、該バーナが失火する等、不安定化したり、該バーナの部材等がミストによる熱衝撃を受けて破損する虞を未然に防止できる。更に又、万一、ドレンが発生するとしても、発生するドレンの絶対量を大幅に低減させることができる。
（２）改質ガス配管とアノードオフガス配管を燃料処理装置より燃焼ガスを排出させるための最終排気管の内側に、所要の長さ範囲に亘り挿通させて配設するようにした構成とすることにより、上記バーナの燃焼ガスの排気により上記改質ガスとアノードオフガスとを共に保温可能な構成を容易に実現できる。
（３）アノードオフガス配管の所要位置にドレンタンクを接続して、該ドレンタンクの下流側に気水分離器をドレン排出管を介して接続し、且つ燃料電池発電装置の筐体内に可燃性ガス検知器を備えて、上記汽水分離器より分離ガスを導く分離ガス配管を、上記可燃性ガス検知器に接続した構成とすることにより、起動時、燃焼ガス温度が十分高くない場合、及び、非定常状態等、何らかの原因により上記アノードオフガス配管内にてドレンが発生しても、該ドレンを、ドレンタンクへ回収できる。更に、万一、上記ドレンタンクとドレン排出管を通してアノードオフガスが排出されても汽水分離器へ達したアノードオフガスが、上記汽水分離器における分離ガスとして上記分離ガス配管を経て上記可燃性ガス検知器へ送られる時点で、燃料電池発電装置の全体の運転を直ちに停止させることができるため、上記アノードオフガスが外部へ漏れ出る虞を確実に防止することができる。しかも、上記可燃性ガス検知器は、燃料電池発電装置における可燃性ガスの漏れを検知するために一般的に装備されるものを共用できるため、別途、新たに可燃性ガス検知器を設ける必要はない。又、上記ドレンタンクには、レベル計を一つ設けるのみでよいことから、シンプルな装置構成とすることができると共に、装置の小型化を図るのに有利なものとすることが可能になる。
（４）ドレンタンクへのドレン排出管の接続位置よりも、汽水分離器へのドレン排出管の接続位置を、アノードオフガス配管の系内の圧力に相当する分、高所位置となるようにした構成とすることにより、上記ドレンタンクと汽水分離器との配置の設計自由度を増すことができて、システム設計をより容易なものとす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は本発明の燃料電池発電装置のドレン処理装置の実施の一形態を示すもので、図３に示したと同様に、所要の断熱容器２０の内部に、バーナ２１、該バーナ２１にて発生させる高温の燃焼ガス３１を上記断熱容器２０の下端部に設けた排気口３３へ向けて流通させるようにしてある燃焼ガス流路３２、該燃焼ガス流路３２内に燃焼ガス３１の流通方向に沿って順に配設した改質器５、水蒸発器１２、上記改質器５の下流側に接続する低温シフトコンバータ６及びＣＯ選択酸化反応器７を備えた構成としてなるユニット形式の燃料処理装置４（上記各機器については図３参照）と、固体高分子型燃料電池１とを、所要形状、たとえば、所要の直方体形状としてある筐体３７内に配設して、図２に示したものと同様に、上記燃料処理装置４で改質された改質ガス１４を改質ガス配管１５を通して上記固体高分子型燃料電池１のアノード（図示せず）へ送給し、該アノードから排出されるアノードオフガス１８をアノードオフガス配管１９を通して上記燃料処理装置４のバーナ２１へ導くことができるようにしてなる固体高分子型燃料電池発電装置を構成し、更に、上記改質ガス配管１５と、上記アノードオフガス配管１９とを、それぞれ所要の長さ範囲に亘り上記燃料処理装置４の排気口３３より排出される燃焼排気３１ａに残存する熱により保温できるようにする。

具体的には、上記燃料処理装置４の断熱容器２０の下端側に、中心部を外れた位置に排気口３３を穿設してなるベースプレート２２ａを気密に取り付け、上記ＣＯ選択酸化反応器７で回収される改質ガス１４を上記固体高分子型燃料電池１へ向けて送出するための改質ガス配管１５を、上記排気口３３を挿通させてベースプレート２２ａの下方へ引き出すように配置する。更に、上記ベースプレート２２ａの排気口３３の下側に、上記排気口３３を挿通させてベースプレート２２ａの下方位置へ導いた上記改質ガス配管１５と、上記ベースプレート２２ａの下方位置にてベースプレート２２ａの中央部下側位置に配したアノードオフガス配管接続座２５に先端部を接続してあるアノードオフガス配管１９とを覆う箱型の排気ダクト３８を設ける。更に又、上記排気ダクト３８に、たとえば、上記改質ガス配管１５とアノードオフガス配管１９とを収容し得る断面積を有するダクト状の最終排気管３９を接続すると共に、該最終排気管３９の内側に、上記改質ガス配管１５とアノードオフガス配管１９とを所要の長さ範囲に亘り挿通させて配設するようにする。これにより、上記燃料処理装置４の排気口３３より排出される燃焼排気３１ａ、すなわち、上記燃料処理装置４のバーナ２１で発生された高温の燃焼ガス３１が、前述したように、断熱容器２０内の燃焼ガス流路３２を上方から下方へ流通されて、改質器５や水蒸発器１２の熱源に供されてから、該燃焼ガス流路３２の下部領域でおよそ１２０℃前後でＣＯ除去処理を行う上記ＣＯ選択酸化反応器７の周囲を通過した後、上記排気口３３を経て容器外部へ排出される燃焼排気３１ａを、上記排気ダクト３８及び最終排気管３９を通して排出する際に、該排気ダクト３８及び最終排気管３９内に挿通させて配設してある上記改質ガス配管１５とアノードオフガス配管１９の外周を流通させる。したがって、該燃焼排気３１ａに残存している熱を熱源として上記改質ガス配管１５内を流通する改質ガス１４、及び、上記アノードオフガス配管１９内を流通するアノードオフガス１８を共に保温することができるようにしてある。

更に、起動時、燃焼ガス温度が十分高くない場合、及び、非定常状態等、何らかの原因により上記アノードオフガス配管１９内を流通するアノードオフガス１８中の水分が凝結してドレン４０が発生しても、該ドレン４０を速やかに配管内より除去できるようにするために、アノードオフガス配管１９の所要位置、たとえば、配管経路上の最下部となる位置に、ドレンタンク（ドレンポット）４１を、最終排気管３９の管壁を貫通させて配置したドレン配管４２を介して接続する。

上記ドレンタンク４１には、所要高さ位置にレベル計４３を設けると共に、該ドレンタンク４１の下端部に、電磁弁等の排出弁４５を備えたドレン排出管４４を介して汽水分離器４６を接続する。なお、上記排出弁４５は、上記レベル計４３よりドレンレベルの検出信号が入力されると、所要時間、たとえば、数秒間開くように設定してある。更に、固体高分子型燃料電池発電装置における可燃性ガスの漏れが生じるときに、この漏れを検知して直ちに固体高分子型燃料電池発電装置全体の運転を停止させることができるようにするために上記筐体３７内に一般に装備するようにしてある可燃性ガス検知器４９に、上記汽水分離器４６にて分離されるガス（以下、分離ガスという）４７を導くための分離ガス配管４８を接続する。５０は上記汽水分離器４６よりドレン４０を筐体３７の外部へ排出するためのドレン出口配管である。これにより、上記アノードオフガス配管１９内で発生して上記ドレンタンク４１に溜められたドレン４０が、上記レベル計４３で検出されるレベルに達すると、該レベル計４３のドレンレベルの検出信号に基づいて上記排出弁４５が数秒間開かれるようになるため、上記ドレンタンク４１のドレン４０を所要量ずつ上記汽水分離器４６へ排出し、該汽水分離器４６で分離ガス４７が分離された後のドレン４０を、ドレン出口配管５０を経て外部へ排出できるようにしてある。一方、上記汽水分離器４６でドレン４０より分離された分離ガス４７は、分離ガス配管４８を通して上記可燃性ガス検出器４９へ送られて、可燃性ガスが含まれているか否かの判断が行われるようにしてある。したがって、該可燃性ガス検知器４９にて、上記分離ガス４７中に可燃性ガスが含まれていることが検知される場合は、直ちに固体高分子型燃料電池発電装置全体の運転が停止されるようになる。

更に又、上記ドレンタンク４１と汽水分離器４６とを接続するドレン排出管４４は、たとえば、配管経路が下流側へ向けて所要角度の上り勾配となるように配設して、上記ドレンタンク４１のドレン４０の出口との接続位置よりも、上記汽水分離器４６のドレン４０の入口との接続位置の方が、上記アノードオフガス配管１９の系内の圧力に相当する分だけ高所位置となるようにしてある。なお、５１は上記ドレンタンク４１の均圧ラインである。

以上の構成としてあるドレン処理装置を装備した固体高分子型燃料電池を運転すると、定常状態のときには、燃料処理装置４より改質ガス配管１５を通して固体高分子型燃料電池１のアノードへ送出される改質ガス１４、及び、上記固体高分子型燃料電池１のアノードよりアノードオフガス配管１９を通して燃料処理装置４へ導かれるアノードオフガス１８が、いずれも、燃料処理装置４より排出される燃焼排気３１ａの熱によって保温されるようになることから、上記改質ガス１４及びアノードオフガス１８中の水蒸気が凝縮されてドレン化する虞が未然に防止されるようになる。よって、上記改質ガス配管１５がドレンによって流路断面積が減少させられたり、流路が閉塞される虞がなくなるため、上記固体高分子型燃料電池１に対する改質ガス１４の安定供給を継続して行うことができる。又、アノードオフガス配管１９も、ドレンによって流路断面積が減少させられたり、流路が閉塞される虞がなくなると共に、発生したドレンがミスト状になって燃料処理装置４のバーナ２１へ送られる虞がなくなるため、該バーナ２１が失火する等、不安定化したり、該バーナ２１の部材等が熱衝撃を受けて破損する虞を未然に防止できる。

更に、非定常状態等の何らかの原因により上記アノードオフガス配管１９内を流通するアノードオフガス１８中の水分が凝結してドレン４０が発生しても、該ドレン４０を、ドレンタンク４１へ回収させることができる。又、このようにドレン４０が発生する場合であっても、上記したように、アノードオフガス１８は燃焼排気３１ａにより保温されているため、発生するドレン４０の絶対量は大幅に低減されたものとなる。

更に又、上記ドレンタンク４１に溜まるドレン４０は、そのレベルがレベル計４３まで達すると、該レベル計４３のドレンレベルの検出信号を基に排出弁４５が自動的に数秒間開かれるようにしてあるため、上記ドレンタンク４１内のドレン４０をドレン排出管４４、汽水分離器４６、ドレン出口配管５０を経て自動で排出できる。この際、上記レベル計４３に、実際にはドレン４０のレベルが検出されていないにもかかわらずドレンレベルの検出信号を発し続けるような異常（故障）が生じたり、更には、上記排出弁４５に異物が噛んで、該排出弁４５の閉止作動自体を行えなくなると、上記排出弁４５が開放されたままとなることに伴って上記ドレンタンク４１が空になる虞があるが、この場合は、上記アノードオフガス配管１９を流通しているアノードオフガス１８が、ドレン配管４２、空のドレンタンク４１を通過した後、上記ドレン排出管４４を経て汽水分離器４６に達すると、アノードオフガス１８は、該汽水分離器４６にて分離ガス４７として分離されて上記可燃性ガス検知器４９へ送られるようになり、該可燃性ガス検知器４９で上記アノードオフガス１８が検知される時点で固体高分子型燃料電池発電装置の全体の運転が直ちに停止されるようになるため、上記アノードオフガス１８が、上記筐体３７の外部へ漏れ出る虞を確実に防止することができる。しかも、上記可燃性ガス検知器４９は、固体高分子型燃料電池発電装置における可燃性ガスの漏れを検知するために一般的に装備されるものを共用できるため、別途、新たに可燃性ガス検知器を設ける必要はない。又、上記ドレンタンク４１には、レベル計を一つ設けるのみでよいことから、シンプルな装置構成とすることができると共に、装置の小型化を図るのに有利なものとすることが可能になる。

更に又、上記ドレンタンク４１のドレン４０の出口よりも、上記汽水分離器４６のドレン４０の入口の方が、上記アノードオフガス配管１９の系内の圧力に相当する分だけ高所位置となるように、ドレン排出管４４を配設するようにしてあるため、上記ドレンタンク４１と汽水分離器４６との配置の設計自由度を増すことができて、システム設計をより容易なものとすることが可能になる。

上記図１に示したと同様の構成において、図２（イ）に示すように、汽水分離器４６よりドレン４０を排出するためのドレン出口配管５０の途中に、上り管部５０ａを設けてなる構成として、該ドレン出口配管５０における上記上り管部５０ａよりも下流側の部分が、該上り管部５０ａよりも上流側の部分に比して所要寸法高所位置に配設させるようにしてもよい。あるいは、図２（ロ）に示すように、ドレン出口配管５０の途中に、上記と同様の上り管部５０ａと、該上り管部５０ａによる配管経路の上昇分を元の高さ位置まで戻すための上記上り管部５０ａよりも大きな断面積を備えた下り管部５０ｂとを、上流側から順に設けた構成としてもよい。これらの構成とすれば、上記ドレン出口配管５０に設けた上り管部５０ａを、水封ヘッダとして機能させることができるようになるため、アノードオフガス１８が筐体３７の外部へ漏れ出る虞をより確実に防止する効果が期待できる。

更に、図２（ハ）に示すように、図１に示したと同様の構成における汽水分離器４６を、該汽水分離器４６の内側における上記ドレン出口配管５０が接続してあるドレン出口側寄り位置に、天井部から内底部近傍までを仕切る仕切り板４６ａを具備してなる構成としてもよい。このようにすれば、上記汽水分離器４６の内側における上記仕切り板４６ａよりも出口側寄りの領域を水封ヘッダとして機能させることができるようになるため、上記と同様に、アノードオフガス１８が筐体３７の外部へ漏れ出る虞をより確実に防止する効果が期待できる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、燃料処理装置４より排出される燃焼排気３１ａに残存する熱を熱源として改質ガス配管１５とアノードオフガス配管１９とを所要の長さ範囲に亘り保温できるようにすれば、上記燃焼排気３１ａを流通させる最終排気管３９に、改質ガス配管１５とアノードオフガス配管１９とを所要の長さ範囲に亘り隣接させて配設すると共に、上記最終排気管３９と改質ガス配管１５とアノードオフガス配管１９の隣接配置された部分を、所要の断熱材で束ねるように外周側から覆うようにして、上記最終排気管３９を流通する燃焼排気３１ａの熱を、該最終排気管３９の管壁を介した伝熱によって上記各配管１５，１９へ伝えるようにしてもよい。

筐体３７内の各機器の大きさや配置は図示するための便宜的なものであり、適宜変更してよい。又、上記最終排気管３９、改質ガス配管１５、アノードオフガス配管１９の配管経路は適宜変更してもよい。筐体３７は直方体以外の任意の形状としてもよい。

燃料処理装置４は、１つの断熱容器２０内に、改質器５と、該改質器５の下流側に接続されるシフトコンバータ６及びＣＯ選択酸化反応器７と、アノードオフガス１８及び追焚き燃料を燃焼させて上記改質器５の改質用熱源とする燃焼ガス３１を発生させるバーナ２１とを備えたユニット形式の燃料処理装置４であれば、断熱容器２０の形状や断熱構造、該断熱容器２０内の各機器の配置等は任意のものを採用してよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の燃料電池発電装置のドレン処理装置の実施の一形態を示す概要図である。 図１の装置における変形例を示すもので、（イ）（ロ）は共に汽水分離器のドレン出口配管に水封ヘッダの機能を持たせたものを、（ハ）は汽水分離器におけるドレン出口側寄りの領域に水封ヘッダの機能を持たせたものをそれぞれ示す概要図である。 一般的な固体高分子型燃料電池発電装置の概要を示す図である。 従来提案されているユニット形式の燃料処理装置の概要を示す切断側面図である。

符号の説明

１ 固体高分子型燃料電池（燃料電池）
４ 燃料処理装置
１４ 改質ガス
１５ 改質ガス配管
１８ アノードオフガス
１９ アノードオフガス配管
２１ バーナ
３１ 燃焼ガス
３１ａ 燃焼排気（排気）
３７ 筐体
３９ 最終排気管
４１ ドレンタンク
４３ レベル計
４４ ドレン排出管
４５ 排出弁
４６ 汽水分離器
４７ 分離ガス
４８ 分離ガス配管
４９ 可燃性ガス検知器

Claims (4)

1. 燃料処理装置で発生させる水素リッチな改質ガスを改質ガス配管を通して燃料電池へ供給し、且つ上記燃料電池のアノードオフガスをアノードオフガス配管を通して上記燃料処理装置のバーナへ供給できるようにしてある燃料電池発電装置における上記改質ガスと上記アノードオフガスを、上記燃料処理装置より排出される燃焼ガスで保温できるようにした構成を有することを特徴とする燃料電池発電装置のドレン処理装置。
2. 改質ガス配管とアノードオフガス配管を、燃料処理装置より燃焼ガスを排出させるための最終排気管の内側に、所要の長さ範囲に亘り挿通させて配設するようにした請求項１記載の燃料電池発電装置のドレン処理装置。
3. アノードオフガス配管の所要位置にドレンタンクを接続して、該ドレンタンクの下流側に汽水分離器をドレン排出管を介して接続し、且つ燃料電池発電装置の筐体内に可燃性ガス検知器を備えて、上記汽水分離器より分離ガスを導く分離ガス配管を、上記可燃性ガス検知器に接続した請求項１又は２記載の燃料電池発電装置のドレン処理装置。
4. ドレンタンクへのドレン排出管の接続位置よりも、汽水分離器へのドレン排出管の接続位置を、アノードオフガス配管の系内の圧力に相当する分、高所位置となるようにした請求項３記載の燃料電池発電装置のドレン処理装置。

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