JP2012209225A

JP2012209225A - 排気装置

Info

Publication number: JP2012209225A
Application number: JP2011076056A
Authority: JP
Inventors: Hideji Sano; 秀治佐野; Naohisa Tanabe; 直久田邉
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: JP5799249B2

Abstract

【課題】
排気装置内で発生する結露水の漏出を防止する排気装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
排気装置の本体の両端の開口に、内側に突出するフランジが形成されていることにより、排気装置内で結露した結露水は、本体の両端に設けたフランジによって堰き止められるため、結露水が排気装置の本体の両端から外部への流出されるのを防ぎ、筐体の外面への結露水付着を防止し、筐体の外面の劣化を低減することができる
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池を備えた燃料電池装置に取付ける排気装置に関するものである。

近年、家庭用の燃料電池コージェネレーションシステム（以下、「燃料電池システム」）に適するシステムとして、固体高分子形燃料電池システムの開発が盛んである。固体高分子形燃料電池システムは、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う。一方、電気化学反応には水素が必要であるが、水素のインフラはいまだ充分に整っていない。したがって、固体高分子形燃料電池システムは、都市ガス、ＬＰガス、灯油等の原料を改質することにより水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成装置を備え、水素生成装置から発生した水素と、空気中の酸素を、固体高分子形燃料電池（以下、「燃料電池」）で反応させることにより発電を行っている。また、電気化学反応で生じる熱や水素生成装置から排出される排ガスの熱を利用するための燃料電池システムも開発されている。このような燃料電池システムは、熱を湯水として回収して貯湯槽に貯えて、貯えた湯水を外部への熱供給媒体として有効利用する。

従来より、上述のような水素生成装置および燃料電池をパッケージ（筐体）に収めたものに、都市ガスなどを利用して発電を行う燃料電池発電システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、燃料電池装置の筐体が、幅方向および奥行き方向よりも高さ方向が長い直方体で構成される場合（例えば、特許文献２参照）、燃料電池装置から発生する排ガスを外部へ排出する排気口と家屋の窓や家屋換気口が同じぐらいの高さとなって、排出された排ガスが直接家庭内に流れる可能性がある。そこで、給湯器などにも使用される排気方向を変更できる排気装置（例えば、特許文献３参照）を取り付けることが考えられる。

図６は、特許文献１〜３に記載された従来の排気装置１０１を取り付けた燃料電池装置１０２の外観図で、図７は、図６の燃料電池装置１０２の構成図である。図７に示すように、筐体１０３の内部には、都市ガスなどの原料および水から水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成装置１０４と、空気を供給する空気ポンプ１０５と、水素生成装置１０４で生成された燃料ガスと空気ポンプ１０５から供給される空気を用いて発電を行う燃料電池１０６と、水素生成装置１０４から排出される排ガスの熱を回収する排ガス熱交換器１０７と、排ガス熱交換器１０７を通過した排ガスを筐体１０３の外部へ排出する排気ダクト１０８と、排気ダクト１０８と排気装置１０１を連通させる筐体排気口１０９と、が備えられている。

図８は、従来の燃料電池装置１０２用の排気装置１０１の構成図である。図８に示すように、排気装置１０１は、両端に開口が形成された筒型形状を有するとともに、排ガスなどを通過させる給気口１２１が側面部に形成される本体１２２と、本体１２２の両端の一端に選択的に挿入される遮蔽板１２３と、本体１２２の両端の他端に挿入されるとともに、排ガスなどを通過させる排気口１２４を有する排気板１２５とを備える。

特開２００５−２７６７５７特開２００５−０３２４６１特開２００１−２０８３３９

一般的に、燃料電池装置の排ガスの温度はボイラーなどと比べて低く、また、排出量はボイラーなどと比べて少ない。よって、排気装置と排ガスとが熱交換することにより、排ガスが容易に露点に達し、排ガス中の水蒸気が凝縮して結露水が発生することが多い。

しかしながら、従来の排気装置１０１の構成では、排気板１２５の排ガス排出方向の全面に排気口１２４が設けられているため、排気装置１０１内の結露水が排気装置１０１の排気口１２４から外部に流れ出す。特に、排気装置１０１の取付位置が、家屋の窓や家屋換気口と同じ高さにある場合、排気装置１０１から流出した結露水は、地面まで滴下するまでの間に風などの影響を受けて燃料電池装置１０２の筐体１０３の外面に付着し易い。また、結露水は、燃料電池装置１０２のオフアノードガス中の水素が溶解することにより酸性になる場合が多い。したがって、筐体１０３に付着した結露水が筐体１０３の外面を劣化させるという課題が生じる。

また、従来の排気装置の構成では、一般的に、本体、遮蔽板、および排気板を固定するためにネジが使用される。このような場合、上述の結露水がネジの隙間に浸入して外部に露出することにより筐体の外面に付着するおそれがある。それだけでなく、排気装置の設置若しくはメンテナンス時の着脱にかかる手間も大きくなる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、排気方向を変更できる排気装置を燃料電池装置に取り付けた場合でも、筐体の外面の劣化を低減するとともに、内部のシール性が高く、かつ取り扱いが簡便な排気装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の排気装置は、水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池と、水素を含む燃料ガスを生成する水素生成装置と、燃料電池および水素生成装置を収容する筐体とを備える燃料電池装置に取り付けられるとともに、水素生成装置から発生する排ガスを筐体の外部へ排出する燃料電池装置用の排気装置であって、両端に開口が形成された中空形状を有するとともに、両端をつなぐ側面部の一部に形成された給気口によって筐体と連通する本体と、本体の両端の一端に選択的に配置されて開口を遮蔽する遮蔽板と、本体の両端の他端に配置されるとともに、本体と外部とを連通させる排気口が形成された排気板と、を備え、本体の両端の開口には、本体の内側に突出するフランジが形成されているものである。

本発明の燃料電池装置用排気装置およびその排気装置を取り付けた燃料電池装置は、排気装置内で結露した結露水を本体の両端に設けたフランジによって堰き止めるため、筐体の外面への結露水の付着を防止して筐体の外面の劣化を低減することができる。

本発明の実施の形態１における排気装置を燃料電池装置に取り付けた外観図本発明の実施の形態１における排気装置を燃料電池装置に取り付けた構成図本発明の実施の形態１における排気装置の構成図（分解図）本発明の実施の形態１における排気装置の断面図本発明の実施の形態１における排気装置が燃料電池装置の筐体排気口に装着された時の断面図従来の排気装置を燃料電池装置に取り付けた外観図従来の排気装置を燃料電池装置に取り付けた構成図従来の排気装置の構成図（分解図）

第１の発明は、水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池と、水素を含む燃料ガスを生成する水素生成装置と、燃料電池および水素生成装置を収容する筐体とを備える燃料電池装置に取り付けられるとともに、水素生成装置から発生する排ガスを筐体の外部へ排出する燃料電池装置用の排気装置であって、両端に開口が形成された中空形状を有するとともに、両端をつなぐ側面部の一部に形成された給気口によって筐体と連通する本体と、本体の両端の一端に選択的に配置されて開口を遮蔽する遮蔽板と、本体の両端の他端に配置されるとともに、本体と外部とを連通させる排気口が形成された排気板と、を備え、本体の両端の開口には、本体の内側に突出するフランジが形成されている、ことを特徴とする。このような構成により、排気装置内で結露した結露水は、本体の両端に設けたフランジによって堰き止められるため、結露水が排気装置の排気口から外部へ流出されるのを防ぎ、筐体の外面への結露水付着を防止し、筐体の外面の劣化を低減することができる。

第２の発明は、第１の発明において、本体は、中空形状の側面部に開放部分を有するとともに両端の開口にフランジが形成された第１部材と、第１部材の側面部の開放部分を覆うように配置された給気口を形成する第２部材と、を備え、第２部材は、両端部付近に、第１部材に向かって突出する第１および第２押圧部をさらに備え、第１押圧部が、遮蔽板および排気板のうちいずれか一方の板を本体の両端の一端のフランジに押圧し、さらに第２押圧部が、遮蔽板および排気板のうち残りの板を本体の他端のフランジに押圧することにより、本体、遮蔽板、および排気板が固定される、ことを特徴とする。このような構成により、遮蔽板および排気板がフランジと第１押圧部および第２押圧部によって挟まれた状態にて、排気装置が固定されるため、本体、遮蔽板、および排気板の接触面におけるシール性を高めるとともに、着脱などの取り扱い性を簡便にすることができ、外力が加わっても外れることなくシール構造を維持することができる。

第３の発明は、第１または２の発明にかかる排気装置が取り付けられる燃料電池装置であって、筐体は、幅方向および奥行き方向よりも高さ方向が長い直方体であるとともに、高さ方向の半分の高さよりも高い位置に筐体と排気装置とを連通させる筐体排気口が形成され、排気装置は、筐体排気口を覆うように取り付けられる、ことを特徴とする。このような構成により、結露水が排気装置から漏出することを抑制し、結露水が燃料電池装置の筐体の外面へ付着することを防止するため、燃料電池装置に排気方向を変更できる排気装置を取り付けた場合でも、筐体の内面より厳しい環境に置かれる筐体の外面の劣化を低減させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における排気装置１を燃料電池装置２に取り付けた外観図、図２は、本実施の形態１にかかる排気装置１を燃料電池装置２に取り付けた構成図である。

図２に示すように、本実施の形態１にかかる排気装置１が取り付けられる燃料電池装置２は、水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池３と、水素を含む燃料ガスを生成する水素生成装置４と、燃料電池３および水素生成装置４を収容する筐体５とを備える。さらに、燃料電池装置２は、筐体５内部において、燃料電池３に空気を供給する空気ポンプ６と、水素生成装置４から排出される排ガスの熱を回収する排ガス熱交換器７と、排ガス熱交換器７から出てきた排ガスを筐体５の外部へ導く排気ダクト８と、排気ダクト８内に溜まった結露水および雨水を外部へ放出するドレンホース９とを備える。上述した筐体５内部の部材は、空気ポンプ６、燃料電池３、水素生成装置４、排ガス熱交換器７、排気ダクト８、ドレンホース９、の順につながって連通し、配管を通じてガスなどのやり取りを行っている。

筐体５は、幅方向および奥行き方向よりも高さ方向が長い直方体である。筐体５の側面部において高さ方向の半分の高さよりも高い位置に、穴部状の筐体排気口１０が形成される。筐体排気口１０は、筐体５と排気装置１とを連通し、排気装置１は、筐体排気口１０を覆うように取り付けられる。

図３は、本発明の排気装置１の構成図（分解図）、図４は、本発明の排気装置１の断面図、図５は、本発明の排気装置１が筐体５の筐体排気口１０に装着された状態の断面図である。図３に示すように、本実施の形態１にかかる排気装置１は、両端に開口が形成された中空形状を有するとともに、両端をつなぐ側面部の一部に形成された給気口１１によって筐体５と連通する本体１２と、本体１２の両端の一端に選択的に配置されて開口を遮蔽する遮蔽板１３と、本体１２の両端の他端に配置されるとともに、本体１２と外部とを連通させる本体排気口１４が形成された排気板１５とを備える。

本体１２は、中空形状の側面部に開放部分１６を有する第１部材２１と、第１部材の側面部の開放部分１６を覆うように配置された給気口１１を形成する第２部材２２とを備える。第１部材２１は、両端の開口に第１フランジ１７が形成され、さらに、開放部分１６の対向する端部に第２フランジ１８が形成される。

図３に示すように、第１部材２１は、大略コの字形の断面を有し、また、第１部材２１の両端の開口全周（大略コ字状の開口全周）にわたって第１フランジ１７が形成されており、開放部分１６の対向する端部の全長にわたって第２フランジ１８が形成されている。

第２部材２２は、本体１２の開放部分１６を覆う板２７と、第１、第２押圧部２３、２４により構成されている。板２７には、給気口１１による孔が形成されている。

第１押圧部２３および第２押圧部２４は、第１部材２１に向かって突出するように第２部材２２の両端部付近に配置され、枠状の形状を有し、また、外力が加わらない自然状態において互いに離間する方向へ若干傾いており、外力を加えることにより互いに近接する方向へ弾性変形可能とされている。

遮蔽板１３は、１つの面が開放された直方体形状を有し、その開放された面を形成する４辺の中央部からそれぞれ内側に向かって突出する突起片１９を備える。また、排気板１５は、本体排気口１４が形成された面と対向する面が開放されており、遮蔽板１３と同様に、その開放された面を形成する４辺の中央部からそれぞれ内側に向かって突出する突起片２０を備える。

遮蔽板１３、排気板１５、第１部材２１、および第２部材２２を結合して組み立てた状態において、第１押圧部２３は、遮蔽板１３を本体１２の一端の第１フランジ１７に押圧し、第２押圧部２４は、排気板１５を本体１２の他端の第２フランジ１８に押圧する。このとき、遮蔽板１３は、開放された面の端部およびその面の内側に形成された突起片１９にて第１押圧部２３と接触し、排気板１５も同様に、開放された面の端部およびその面の内側に形成された突起片２０にて第２押圧部２４と接触する。このようにして、排気装置１内において第１および第２の押圧部２３、２４の弾性変形を利用した板バネ構造が構築され、排気装置１のそれぞれの部材の固定が完成する。また、図５に示すように、シール性を確保する目的で、第１部材２１、遮蔽板１３、および排気板１５と第２部材２２との接触面には第１パッキン２５が、第２部材２２および筐体５の接触面には第２パッキン２６が設けられている。第１部材２１は、第２フランジ１８にて第１パッキン２５と接触する。

以上のように構成された排気装置１について、以下にその動作、作用を説明する。

水素生成装置４に都市ガスおよび純水を供給すると、水素リッチな燃料ガスが生成される。燃料電池３は、水素リッチな燃料ガスをアノードガスとして、空気ポンプ６から供給される空気をカソードガスとして使用することにより発電を行う。水素生成装置４から排出した排ガスは排ガス熱交換器７に導かれ、排ガスの熱を回収し、その後排気ダクト８を介して筐体排気口１０から燃料電池装置２の筐体５の外部へ放出される。放出された排ガスは、排気装置１における第２部材２２の給気口１１を介して排気装置１内に導かれる。

燃料電池装置２内で発生した排ガスは、筐体５の外部へ排出される前に排ガス熱交換器７にて熱を回収されるため温度が低くなり、また、その量は一般のボイラーに比べて少ない。したがって、排気装置１と排ガスとが熱交換することにより、排ガスが容易に露点に達し、排ガス中の水蒸気が凝縮して結露水が発生する。

排気装置１内で発生した結露水は、燃料電池装置２のオフアノードガス中の水素が溶解して酸性になりやすい。このような結露水が、排気装置１の本体１２の両端、特に排ガスの流れる排気板１５方向に流れて外部へ漏出すると、筐体５の外面に付着して筐体５の外面を劣化させるおそれがある。しかしながら、本発明にかかる排気装置１によれば、本体１２の両端には第１フランジ１７が内側に形成されているため、第１フランジ１７が結露水を堰き止め、結露水の本体１２の両端からの漏出を防止する。また、遮蔽板１３および排気板１５が、第１フランジ１７と第１押圧部２３および第２押圧部２４によって挟まれるように固定されているため、遮蔽板１３および排気板１５と第１フランジ１７の接触面のシール性が高まる。これにより、結露水が接触面から流出するのを抑制して、結露水の排気装置１からの漏出をさらに防止する。また、第１フランジ１７の高さは第２部材２２の給気口１１の高さよりも高くしているため、排気装置１内に溜まった結露水は、給気口１１から筐体排気口１０を介して排気ダクト８内に導かれ、排気ダクト８のドレンホース９より燃料電池装置２の外部へ排出される。

以上のように、幅方向および奥行き方向よりも高さ方向が長い直方体で構成され、高さ方向の半分の高さよりも高い位置に筐体排気口１０が形成されている筐体５で構成された燃料電池装置２に排気装置１を取り付けても、第１フランジ１７によって結露水が排気装置１から直接外部へ流出することが抑制されるため、結露水の筐体５の外面への付着を防止することができ、筐体５の内面より厳しい環境に置かれる筐体５の外面の劣化を低減することができる。また、遮蔽板１３および排気板１５が第１フランジ１７と第１押圧部２３および第２押圧部２４によって挟まれた状態にて、排気装置１が固定されるため、本体１２、遮蔽板１３、および排気板１５の接触面におけるシール性を高めるとともに、一般的に用いられるネジなどの固定機構よりも、設置時やメンテナンス時の着脱にかかる手間を省き、取り扱い性を良好にすることができる。また、外力が加わっても外れることなくシール構造を維持することができる。

また、接触面に第１および第２のパッキン２５、２６が設けられることにより、接触面におけるシール性をさらに高くすることができる。

排気装置１は筒状と記載したが、排気装置１の断面は円には限らず、あらゆる形状で構成されることが可能である。

また、遮蔽板１３と排気板１５は、それぞれ本体１２における第１部材２１側と第２部材２２側の一端に配置する場合について説明したが、これらの板は本体１２の両端のいずれの一端にも配置されるように構成されているため、使用状況に応じて選択的にいずれかの一端に配置できる。このようにして排ガスの排気方向を変更することができる。

第１フランジ１７は、第１部材２１の開口全周にわたって形成される場合について説明したが、少なくとも第１部材２１の下面側に存在するような構成を採用しても良い。

排気装置１の板バネ構造について、第１押圧部２３および第２押圧部２４が弾性変形可能である場合について説明したが、突起片１９、２０が弾性変形可能であるような構成を採用しても良い。

以上のように、本発明にかかる排気装置は、取り付ける機器の筐体の外面の劣化を低減するとともに、シール性が高く、かつ取り扱いが簡便であるため、固体高分子形燃料電池や固体酸化物形燃料電池に適用できる。

１排気装置
２燃料電池装置
３燃料電池
４水素生成装置
５筐体
６空気ポンプ
７排ガス熱交換器
８排気ダクト
９ドレンホース
１０筐体排気口
１１給気口
１２本体
１３遮蔽板
１４排気口
１５排気板
１６開放部分
１７第１フランジ
１８第２フランジ
１９突起片
２０突起片
２１第１部材
２２第２部材
２３第１押圧部
２４第２押圧部
２５第１パッキン
２６第２パッキン
２７板

Claims

水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池と、水素を含む燃料ガスを生成する水素生成装置と、燃料電池および水素生成装置を収容する筐体とを備える燃料電池装置に取り付けられるとともに、水素生成装置から発生する排ガスを筐体の外部へ排出する燃料電池装置用の排気装置であって、
両端に開口が形成された中空形状を有するとともに、両端をつなぐ側面部の一部に形成された給気口によって筐体と連通する本体と、
本体の両端の一端に選択的に配置されて開口を遮蔽する遮蔽板と、
本体の両端の他端に配置されるとともに、本体と外部とを連通させる排気口が形成された排気板と、を備え、
本体の両端の開口には、本体の内側に突出するフランジが形成されている、燃料電池装置用排気装置。
本体は、中空形状の側面部に開放部分を有するとともに両端の開口にフランジが形成された第１部材と、第１部材の側面部の開放部分を覆うように配置された給気口を形成する第２部材と、を備え、
第２部材は、両端部付近に、第１部材に向かって突出する第１および第２押圧部をさらに備え、
第１押圧部が、遮蔽板および排気板のうちいずれか一方の板を本体の両端の一端のフランジに押圧し、さらに第２押圧部が、遮蔽板および排気板のうち残りの板を本体の他端のフランジに押圧することにより、本体、遮蔽板、および排気板が固定される、請求項１に記載の燃料電池装置用排気装置。
請求項１又は２に記載の排気装置が取り付けられる燃料電池装置であって、
筐体は、幅方向および奥行き方向よりも高さ方向が長い直方体であるとともに、高さ方向の半分の高さよりも高い位置に筐体と排気装置とを連通させる筐体排気口が形成され、排気装置は、筐体排気口を覆うように取り付けられる、燃料電池装置。