JP2015113987A - Power generating system - Google Patents

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英俊 若松
Hidetoshi Wakamatsu
英俊 若松
龍井 洋
Hiroshi Tatsui
洋 龍井
章典 行正
Akinori Yukimasa
章典 行正
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent sticking of a backflow prevention device and deterioration of a ventilation fan caused by rust due to adhesion of condensate water in a combustion exhaust gas.SOLUTION: A power generation system includes: a confluence path 70 connected to external piping; a ventilation path 75 connected to a first connection part 89 of the confluence path 70, and exhausting a ventilation gas; an exhaust path 77 connected to a second connection part 90 located on a further downstream than the first connection part 89 of the confluence path 70, and exhausting an exhaust gas; and a backflow prevention device 20 provided at the ventilation path 75. The first connection part 89 and the second connection part 90 are arranged vertically upward. Then, out of the ventilation path 75, a flow passage which is further downstream than the backflow prevention device 20 is configured to suppress a fluid flowing from the downstream side to the upstream side. Thereby, condensate water generated in the exhaust path 77 and the confluence path 70 can be prevented from adhering to the backflow prevention device 20 and a ventilation fan 13 connected to the uppermost stream of the ventilation path 75, so that sticking of the backflow prevention device 20 and deterioration of the ventilation fan 13 caused by rust can be prevented.

Description

本発明は、熱と電気を供給する燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system that supplies heat and electricity.

燃料電池は、電解質を挟持した電極の一方に水素や水素リッチガスを供給し(以下、水素リッチガスを供給する方を「アノード側」と称す)、他方に酸素を含んだ空気などの酸化剤ガスを供給して(以下、酸化剤ガスを供給する方を「カソード側」と称す)、電気化学反応によって発電を行うものである。   A fuel cell supplies hydrogen or a hydrogen-rich gas to one of the electrodes sandwiching the electrolyte (hereinafter, the one that supplies the hydrogen-rich gas is referred to as the “anode side”), and the other is supplied with an oxidant gas such as oxygen-containing air. The power is supplied (hereinafter, the direction in which the oxidant gas is supplied is referred to as “cathode side”), and power is generated by an electrochemical reaction.

燃料電池システムは、燃料電池で発電した電力を需要家へ供給し電力負荷を賄うとともに、発電に伴う排熱を回収して蓄熱することで需要家の給湯負荷を賄うコージェネレーションシステムである。   A fuel cell system is a cogeneration system that supplies electric power generated by a fuel cell to a consumer to cover an electric power load, and recovers exhaust heat generated by the electric power generation and stores it to cover a hot water supply load of the consumer.

このような燃料電池システムとして、建物内に設置され、燃料電池システムに接続された給気経路を介して燃料電池システムで利用する空気を建物の外部から供給し、燃料電池システムに接続された排気経路を介して、燃料電池システムで発生した排ガスを、建物の外部に排気する燃料電池システムが知られている(例えば、特許文献1−3参照)。   As such a fuel cell system, air used in the fuel cell system is supplied from outside the building through an air supply path connected to the fuel cell system, and exhaust connected to the fuel cell system. 2. Description of the Related Art A fuel cell system that exhausts exhaust gas generated in a fuel cell system to the outside of a building via a route is known (see, for example, Patent Documents 1-3).

特許文献1に開示されている燃料電池システムは、燃料電池で発生する排ガスを排出するための排気管が接続されており、この排気管は、屋外へと繋がる上下方向に延びるダクトの下部に連結されている。   The fuel cell system disclosed in Patent Document 1 is connected to an exhaust pipe for discharging exhaust gas generated in the fuel cell, and this exhaust pipe is connected to a lower part of a duct extending in the vertical direction leading to the outdoors. Has been.

図4は、特許文献1に開示されている燃料電池システムの構成図である。図4に示すように、特許文献1に開示されている燃料電池システムは、一軒家からなる建物の屋内には燃料電池131が収容されており、この燃料電池131には、燃料電池131で発生する排ガスを排出するための排気管133が接続されており、この排気管133は、建物内に縦にして配置された、言い換えれば、上下方向(高さ方向)に延びるダクト135の下部に連結されている。燃料電池131は、外装容器137内を仕切板139で上下に仕切られた上部の部屋に収納され、外装容器137の下部の部屋は、燃料電池131の補機(図示せず)が収納されている。燃料電池131は、収納容器内に、燃料電池セルが複数集合されたセルスタック及び改質器を収納して構成されており(図示せず)、燃料電池セルに燃料ガスと酸素含有ガスが供給され、電気化学反応により発電が行われ、余剰の燃料ガスと酸素含有ガスが排ガスとして排気管133、ダクト135から排出される。ダクト135は、建物内に高さ方向に配置されており、その下端部は建物内部に位置し、上方に延設され、その上端部は、屋根を突き抜け、建物外部に位置している。このような発電装置では、上下方向に延びるダクト135の下端部が建物内に位置し、上端部が建物外部に位置するため、ダクト135の下端部の温度が上端部よりも高く、発電装置の排気管133をダクト135の下端部に連結し、燃料電池131の排ガスをダクト135の下端部に導入すると、排ガスは、排ガス温度が高いことに起因し、さらにダクト135の下端部で加温され、排ガスが軽くなって上昇する、いわゆる煙突効果でダクト135を上昇し、排ガスの上方への排出を促進し、排気性能を向上できる。   FIG. 4 is a configuration diagram of the fuel cell system disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. As shown in FIG. 4, in the fuel cell system disclosed in Patent Document 1, a fuel cell 131 is housed in a building consisting of a house, and the fuel cell 131 generates in the fuel cell 131. An exhaust pipe 133 for discharging exhaust gas is connected, and this exhaust pipe 133 is arranged vertically in the building, in other words, connected to the lower part of the duct 135 extending in the vertical direction (height direction). ing. The fuel cell 131 is housed in an upper room that is partitioned vertically by a partition plate 139 inside the outer container 137, and an auxiliary machine (not shown) of the fuel cell 131 is housed in the lower room of the outer container 137. Yes. The fuel cell 131 is configured by housing a cell stack in which a plurality of fuel cells are assembled and a reformer (not shown) in a storage container, and supplying fuel gas and oxygen-containing gas to the fuel cells. Then, power generation is performed by an electrochemical reaction, and surplus fuel gas and oxygen-containing gas are discharged from the exhaust pipe 133 and the duct 135 as exhaust gas. The duct 135 is disposed in the building in the height direction, and a lower end portion thereof is located inside the building and extends upward, and an upper end portion thereof penetrates the roof and is located outside the building. In such a power generator, since the lower end of the duct 135 extending in the vertical direction is located in the building and the upper end is located outside the building, the temperature of the lower end of the duct 135 is higher than the upper end, When the exhaust pipe 133 is connected to the lower end of the duct 135 and the exhaust gas of the fuel cell 131 is introduced into the lower end of the duct 135, the exhaust gas is heated at the lower end of the duct 135 due to the high exhaust gas temperature. The exhaust gas becomes lighter and rises, so that the duct 135 is raised by a so-called chimney effect, the exhaust gas is discharged upward, and the exhaust performance can be improved.

特許文献2に開示されている燃料電池システムでは、燃料電池システムから排出される水蒸気を含んだ排ガスが、排気経路を通流する間に冷却され発生した凝縮水を貯める水タンクが設けられている。   The fuel cell system disclosed in Patent Document 2 is provided with a water tank that stores condensed water generated by cooling while exhaust gas containing water vapor discharged from the fuel cell system flows through the exhaust path. .

図5は、特許文献2に開示されている燃料電池システムの構成図である。図5に示すよ
うに、特許文献2に開示されている燃料電池システムの吸排気装置は、ダクト接続部32により本体30の上部に取り付けられた2重管ダクト31と、システム空気ダクト34と、換気下降ダクト35と、排気ファン36が取り付けられた混合ボックス37とを有する。
FIG. 5 is a configuration diagram of the fuel cell system disclosed in Patent Document 2. As shown in FIG. As shown in FIG. 5, the intake / exhaust device of the fuel cell system disclosed in Patent Document 2 includes a double pipe duct 31 attached to the upper portion of the main body 30 by a duct connection portion 32, a system air duct 34, It has a ventilation descending duct 35 and a mixing box 37 to which an exhaust fan 36 is attached.

2重管ダクト31は、内管31aと外管31bとにより環状の吸排気流路を構成している。2重管ダクト31の外管31bから導入される空気40(屋外の新鮮な空気)は、システム空気ダクト34と換気下降ダクト35により、本体30の内部で分岐される。   The double pipe duct 31 forms an annular intake / exhaust flow path by the inner pipe 31a and the outer pipe 31b. Air 40 (fresh outdoor air) introduced from the outer pipe 31 b of the double pipe duct 31 is branched inside the main body 30 by the system air duct 34 and the ventilation descending duct 35.

本体30の燃料処理装置及び燃料電池本体から排気されるシステム排気45には、多量の水蒸気が含まれている。混合ボックス37では、換気ファン36により送り出される換気46との混合により、システム排気45に含まれる水蒸気分圧が低下する。しかし、換気46の温度が低い場合には、水蒸気分が凝縮して、混合ボックス37の下部に溜まる。   The system exhaust 45 exhausted from the fuel processing device of the main body 30 and the fuel cell main body contains a large amount of water vapor. In the mixing box 37, the water vapor partial pressure contained in the system exhaust 45 is reduced by mixing with the ventilation 46 sent out by the ventilation fan 36. However, when the temperature of the ventilation 46 is low, the water vapor is condensed and accumulated in the lower portion of the mixing box 37.

一方、2重管ダクト31の内管31aを流れる混合排気47は、内管31aの内壁を通じて吸入される空気に冷却されるため水蒸気分が壁面に凝縮する。この内管31a の壁面に凝縮した水分は、ダクト31の勾配により、混合ボックス37 に向かって流下する。   On the other hand, the mixed exhaust 47 flowing through the inner pipe 31a of the double pipe duct 31 is cooled by the air sucked through the inner wall of the inner pipe 31a, so that water vapor is condensed on the wall surface. The moisture condensed on the wall surface of the inner pipe 31 a flows down toward the mixing box 37 due to the gradient of the duct 31.

従って、凝縮した水分(凝縮水)は、全て混合ボックス37 に集められて、さらにドレン管50を通じて貯水部である水タンク51に貯められる。この水タンク51に回収された凝縮水は、発電本体30での発電に使用することも可能である。不要な場合は、水タンク51の上部座より本体30の外部へ排水経路(図示せず)を介して排水するように構成される。   Therefore, all the condensed water (condensed water) is collected in the mixing box 37 and further stored in the water tank 51 as a water storage section through the drain pipe 50. The condensed water collected in the water tank 51 can also be used for power generation in the power generation body 30. When unnecessary, the water tank 51 is configured to drain from the upper seat to the outside of the main body 30 through a drainage path (not shown).

特許文献3に開示されている燃料電池システムでは、排出経路に逆流防止装置が設けられている。図6は、特許文献3に開示されている燃料電池システムの構成図である。図6に示すように、特許文献3に開示されている燃料電池システムは、燃料電池11、筐体12、改質器14a、及び燃焼器14bを有する燃料電池システム101と、換気ファン(換気器)13と、制御器102と、燃焼装置103と、排出流路70と、逆流防止装置20と、を備えている。排出流路70は、燃料電池システム101の筐体12と燃焼装置103の排気口103Aとを連通するように設けられている。燃料電池システム101の筐体12内には、燃料電池11、換気ファン13、燃料ガス供給器14、及び酸化剤ガス供給器15が配置されている。また、制御器102も筐体12内に配置されている。   In the fuel cell system disclosed in Patent Document 3, a backflow prevention device is provided in the discharge path. FIG. 6 is a configuration diagram of the fuel cell system disclosed in Patent Document 3. As shown in FIG. As shown in FIG. 6, the fuel cell system disclosed in Patent Document 3 includes a fuel cell system 101 having a fuel cell 11, a casing 12, a reformer 14a, and a combustor 14b, and a ventilation fan (ventilator). ) 13, a controller 102, a combustion device 103, a discharge flow path 70, and a backflow prevention device 20. The exhaust passage 70 is provided so as to communicate the housing 12 of the fuel cell system 101 and the exhaust port 103A of the combustion device 103. In the housing 12 of the fuel cell system 101, a fuel cell 11, a ventilation fan 13, a fuel gas supply device 14, and an oxidant gas supply device 15 are arranged. The controller 102 is also disposed in the housing 12.

筐体12を構成する壁の適所には、壁の厚み方向に貫通する孔16が設けられていて、該孔16には、排出流路70を構成する配管が、隙間を有するようにして、挿通されている。そして、孔16と排出流路70との隙間が、給気口16を構成する。これにより、給気口16を介して、筐体12内部に、発電システム100外の空気が供給される。   A hole 16 penetrating in the thickness direction of the wall is provided at an appropriate position of the wall constituting the housing 12, and the pipe constituting the discharge flow path 70 has a gap in the hole 16, It is inserted. The gap between the hole 16 and the discharge flow path 70 constitutes the air supply port 16. Thereby, air outside the power generation system 100 is supplied into the housing 12 through the air supply port 16.

燃料ガス流路11Aの出口には、オフ燃料ガス流路73の上流端が接続されている。オフ燃料ガス流路73の下流端は、排出流路70に接続されている。また、酸化剤ガス流路11Bの出口には、オフ酸化剤ガス流路74の上流端が接続されている。オフ酸化剤ガス流路74の下流端は、排出流路70に接続されている。   The upstream end of the off-fuel gas channel 73 is connected to the outlet of the fuel gas channel 11A. The downstream end of the off fuel gas channel 73 is connected to the discharge channel 70. The upstream end of the off-oxidant gas channel 74 is connected to the outlet of the oxidant gas channel 11B. The downstream end of the off-oxidant gas channel 74 is connected to the discharge channel 70.

換気ファン13は、換気経路75を介して排出流路70と接続されている。これにより、給気口16から発電システム100外の空気が筐体12内に給気され、換気ファン13を作動させることにより、筐体12内のガス(主として、空気)が換気経路75及び排出流路70を介して、建物200外に排出され、筐体12内が換気される。   The ventilation fan 13 is connected to the discharge flow path 70 via the ventilation path 75. As a result, air outside the power generation system 100 is supplied into the housing 12 from the air supply port 16, and the ventilation fan 13 is operated, whereby the gas (mainly air) in the housing 12 is exhausted from the ventilation path 75 and the exhaust air. It is discharged out of the building 200 through the flow path 70, and the inside of the housing 12 is ventilated.

燃焼装置103は、燃焼器17と燃焼ファン(燃焼空気供給器)18を有している。燃焼器17と燃焼ファン18は、燃焼空気供給流路76を介して接続されている。   The combustion device 103 includes a combustor 17 and a combustion fan (combustion air supply device) 18. The combustor 17 and the combustion fan 18 are connected via a combustion air supply passage 76.

燃焼器17には、図示されない燃焼燃料供給器から天然ガス等の可燃性ガスや灯油等の液体燃料等の燃焼燃料が供給される。そして、燃焼器17では、燃焼ファン18から供給された燃焼空気と、燃焼燃料供給器から供給された燃焼燃料と、を燃焼して、熱が発生し、燃焼排ガスが生成される。   Combustion fuel such as combustible gas such as natural gas or liquid fuel such as kerosene is supplied to the combustor 17 from a combustion fuel supply unit (not shown). In the combustor 17, the combustion air supplied from the combustion fan 18 and the combustion fuel supplied from the combustion fuel supplier are burned to generate heat, and combustion exhaust gas is generated.

燃焼器17には、排出ガス流路77の上流端が接続されていて、排出ガス流路77の下流端は、排出流路70に接続されている。これにより、燃焼器17で生成された燃焼排ガスは、排出ガス流路77を介して、排出流路70に排出される。すなわち、燃焼器17で生成された燃焼排ガスが、燃焼装置103から排出される排出ガスとして、排出流路70に排出される。そして、排出流路70に排出された燃焼排ガスは、排出流路70を通流して、建物200外に排出される。   An upstream end of the exhaust gas passage 77 is connected to the combustor 17, and a downstream end of the exhaust gas passage 77 is connected to the exhaust passage 70. Thereby, the combustion exhaust gas generated by the combustor 17 is discharged to the discharge passage 70 via the exhaust gas passage 77. That is, the combustion exhaust gas generated by the combustor 17 is discharged to the discharge passage 70 as the exhaust gas discharged from the combustion device 103. The combustion exhaust gas discharged to the discharge flow path 70 flows through the discharge flow path 70 and is discharged outside the building 200.

燃焼装置103を構成する壁の適所には、壁の厚み方向に貫通する孔19が設けられていて、該孔19には、排出流路70を構成する配管が、隙間を有するようにして、挿通されている。そして、孔19と排出流路70との隙間が、給気口19を構成する。これにより、給気口19を介して、燃焼装置103内部に、発電システム100外の空気が供給される。   A hole 19 penetrating in the thickness direction of the wall is provided at an appropriate position of the wall constituting the combustion device 103, and the pipe constituting the discharge flow path 70 has a gap in the hole 19, It is inserted. The gap between the hole 19 and the discharge channel 70 constitutes the air supply port 19. Thereby, the air outside the power generation system 100 is supplied into the combustion device 103 through the air supply port 19.

また、排出流路70の孔16側の上流端と排出流路70の分岐点との間には、逆流防止装置20が設けられている。逆流防止装置20は、ここでは、ボール式逆止弁で構成されていて、ボール(弁体)20aと弁座20bを有している。   A backflow prevention device 20 is provided between the upstream end of the discharge flow path 70 on the hole 16 side and the branch point of the discharge flow path 70. Here, the backflow prevention device 20 is configured by a ball check valve, and includes a ball (valve element) 20a and a valve seat 20b.

特開2008−210631号公報JP 2008-210631 A 特開2006−253020号公報JP 2006-253020 A 国際公開第12/153482号International Publication No. 12/153482

しかしながら、特許文献1〜3に開示されている燃料電池システムのいずれの構成においても、換気と排気が合流することで排気に含まれる水蒸気が冷却されて凝縮し、その凝縮水が換気経路を逆流して逆流防止装置もしくは換気ファンに接触し、逆流防止装置の固着もしくは換気ファンの劣化を引き起こす恐れがあった。これは特許文献1−3の組合せにおいても、解決できない課題である。   However, in any of the configurations of the fuel cell systems disclosed in Patent Documents 1 to 3, the water vapor contained in the exhaust is cooled and condensed by the combination of ventilation and exhaust, and the condensed water flows backward in the ventilation path. As a result, the backflow prevention device or the ventilation fan may come into contact with the backflow prevention device or the ventilation fan may be deteriorated. This is a problem that cannot be solved even in the combination of Patent Documents 1-3.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、屋外へと繋がるダクトに接続している合流経路を有し、合流経路には空気を含む換気ガスを排気する排気経路が接続される第1接続部と、水蒸気を含む排出ガスを排気する第2接続部とが接続され、第2接続部は合流経路の第1接続部よりも下流に接続され、合流経路の第1接続部と第2接続部との間は上流から下流にかけて鉛直上向きに配置される構造であるとともに、換気経路には逆流防止装置と換気装置を配置し、逆流防止装置は換気装置よりも下流に配置される構造であることにより、換気と排気が合流することで排気に含まれる水蒸気が冷却されて凝縮し、その凝縮水が換気経路を逆流して逆流防止装置もしくは換気ファンに接触し、逆流防止装置の固着及び換気ファンが劣化することを防止できる燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and has a merging path connected to a duct connected to the outdoors, and a merging path to which an exhaust path for exhausting ventilation gas containing air is connected. The connecting portion and a second connecting portion that exhausts the exhaust gas containing water vapor are connected, the second connecting portion is connected downstream of the first connecting portion of the merging path, and the first connecting portion and the second of the merging path. The structure is arranged vertically upward from the upstream to the downstream, and the backflow prevention device and the ventilation device are arranged in the ventilation path, and the backflow prevention device is arranged downstream of the ventilation device. As a result, the water vapor contained in the exhaust is cooled and condensed by the combination of the ventilation and the exhaust, and the condensed water flows backward in the ventilation path and contacts the backflow prevention device or the ventilation fan. The ventilation fan will deteriorate. And an object thereof is to provide a fuel cell system that can prevent.

上記従来の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、原燃料を用いて発電を行う発電器と、外部と接続される合流経路と、一端が前記合流経路の第1接続部に接続され、空気を含む換気ガスを排気する換気経路と、一端が前記合流経路の前記第1接続部よりも前記換気ガスの下流側に位置する第2接続部に接続され、水蒸気を含み前記発電器から排出される排ガスを排気する排気経路と、前記換気経路に設けられ、前記換気ガスの逆流を防止する逆流防止装置と、前記換気経路のうち前記逆流防止装置よりも上流側に配置された換気装置と、を備えている。そして、前記合流経路のうち前記第1接続部と前記第2接続部との間の経路は、前記換気ガスの上流から下流にかけて、鉛直上向きに傾斜している構造または鉛直上向きに配置される構造であり、前記換気経路のうち前記逆流防止装置よりも下流の経路は、液体が前記換気経路の下流側から上流側へ流れることを抑制する特定構造を有することを特徴とするものである。   In order to solve the above-described conventional problems, a fuel cell system according to the present invention includes a power generator that generates power using raw fuel, a merging path that is connected to the outside, and a first connection portion at one end of the merging path. And a ventilation path for exhausting the ventilation gas containing air, and one end connected to a second connection part located on the downstream side of the ventilation gas with respect to the first connection part of the merging path, An exhaust path for exhausting exhaust gas discharged from the generator, a backflow prevention device for preventing backflow of the ventilation gas provided in the ventilation path, and an upstream side of the backflow prevention apparatus in the ventilation path. Ventilation equipment. And the path | route between the said 1st connection part and the said 2nd connection part among the said confluence | merging path | routes is the structure inclined from the upstream to the downstream of the said ventilation gas, or the structure arrange | positioned vertically upwards The path downstream of the backflow prevention device in the ventilation path has a specific structure that suppresses the flow of liquid from the downstream side to the upstream side of the ventilation path.

これによって、仮に発電器で不完全燃焼が発生すると、排気経路内に可燃性ガスが含まれる可能性があるが、この時に外部と接続される外部配管に漏れが発生すると、可燃性ガスが漏れ出す危険性がある。そのため、外部配管よりも上流に位置する合流経路において、空気を含む換気ガスに燃焼排ガスを合流させることで、上記可燃性ガスを希釈することが出来るので、安全性を高めることが出来る。また、合流経路において最初に換気ガスを導入し、換気ガスの下流で燃焼排ガスを合流させることにより、換気経路に設けた逆流防止装置に湿気を含む燃焼排ガスが接触することを低減できる為、逆流防止装置の固着を防止することが出来る。さらに、換気経路に逆流防止装置を設けることにより、湿気を含んだ燃焼排ガスが換気ファンに接触することを防止できる為、換気ファンの錆による劣化を防止できる。また、排気経路内の結露によって生じた凝縮水が換気経路と接続される合流部に流れ込んだ場合においても、合流経路と換気経路の接続箇所である第1接続部から逆流防止装置にかけての流路は下流から上流側へ流体が流れることを抑制している為、凝縮水が逆流防止装置や換気ファンに付着することを防止できる為、逆流防止装置の固着や換気ファンの錆による劣化を防止できる。   As a result, if incomplete combustion occurs in the generator, flammable gas may be contained in the exhaust path. However, if leakage occurs in the external piping connected to the outside at this time, the flammable gas leaks. There is a risk of taking out. Therefore, the combustible gas can be diluted by joining the combustion exhaust gas to the ventilation gas containing air in the joining path located upstream from the external pipe, so that safety can be improved. Also, by introducing ventilation gas first in the merging path and merging the combustion exhaust gas downstream of the ventilation gas, it is possible to reduce the contact of the flue gas containing moisture with the backflow prevention device provided in the ventilation path. The prevention device can be prevented from sticking. Furthermore, by providing a backflow prevention device in the ventilation path, it is possible to prevent the flue gas containing moisture from coming into contact with the ventilation fan, so that deterioration of the ventilation fan due to rust can be prevented. In addition, even when condensed water generated by condensation in the exhaust path flows into the merged part connected to the ventilation path, the flow path from the first connection part, which is the connection point between the merged path and the ventilation path, to the backflow prevention device Suppresses the flow of fluid from the downstream side to the upstream side, thus preventing condensed water from adhering to the backflow prevention device and the ventilation fan, thus preventing the backflow prevention device from sticking and deterioration of the ventilation fan due to rust. .

本発明の燃料電池システムによれば、換気と排気が合流することで排気に含まれる水蒸気が冷却されて凝縮し、その凝縮水が換気経路を逆流して逆流防止装置もしくは換気ファンに接触し、逆流防止装置の固着や換気ファンの錆による劣化することを防止できる。   According to the fuel cell system of the present invention, the water vapor contained in the exhaust is cooled and condensed by the combination of ventilation and exhaust, and the condensed water flows backward through the ventilation path and contacts the backflow prevention device or the ventilation fan. It is possible to prevent the backflow prevention device from being stuck and the ventilation fan from being deteriorated by rust.

本発明の実施の形態1に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態2に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図Schematic diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施の形態3に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図Schematic diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention. 従来(特許文献1)の燃料電池システムの概略構成を示す模式図Schematic diagram showing a schematic configuration of a conventional (Patent Document 1) fuel cell system 従来(特許文献2)の燃料電池システムの概略構成を示す模式図Schematic diagram showing the schematic configuration of a conventional (Patent Document 2) fuel cell system 従来(特許文献3)の燃料電池システムの概略構成を示す模式図Schematic diagram showing the schematic configuration of a conventional (Patent Document 3) fuel cell system

第1の発明は、原燃料を用いて発電を行う発電器と、外部と接続される合流経路と、一端が前記合流経路の第1接続部に接続され、空気を含む換気ガスを排気する換気経路と、一端が前記合流経路の前記第1接続部よりも前記換気ガスの下流側に位置する第2接続部に接続され、水蒸気を含み前記発電器から排出される排ガスを排気する排気経路と、前記換気経路に設けられ、前記換気ガスの逆流を防止する逆流防止装置と、前記換気経路のうち前記逆流防止装置よりも上流側に配置された換気装置と、を備えている。そして、前記合流経路のうち前記第1接続部と前記第2接続部との間の経路は、前記換気ガスの上流から下流にかけて、鉛直上向きに傾斜している構造または鉛直上向きに配置される構造であ
り、前記換気経路のうち前記逆流防止装置よりも下流の経路は、液体が前記換気経路の下流側から上流側へ流れることを抑制する特定構造を有することを特徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, a generator that generates power using raw fuel, a merging path that is connected to the outside, and a ventilator that has one end connected to the first connection part of the merging path and exhausts ventilation gas containing air. An exhaust path for exhausting exhaust gas containing water vapor and exhausted from the power generator, one end of which is connected to a second connection part positioned at a downstream side of the ventilation gas with respect to the first connection part of the merging path And a backflow prevention device that is provided in the ventilation path and prevents a backflow of the ventilation gas, and a ventilation device that is disposed upstream of the backflow prevention device in the ventilation path. And the path | route between the said 1st connection part and the said 2nd connection part among the said confluence | merging path | routes is the structure inclined from the upstream to the downstream of the said ventilation gas, or the structure arrange | positioned vertically upwards The path downstream of the backflow prevention device in the ventilation path has a specific structure that suppresses the flow of liquid from the downstream side to the upstream side of the ventilation path.

これによって、換気と排気が合流することで排気に含まれる水蒸気が冷却されて凝縮し、その凝縮水が換気経路を逆流して逆流防止装置もしくは換気ファンに接触し、逆流防止装置の固着もしくは換気ファンの錆による劣化することを防止できる。   As a result, the water vapor contained in the exhaust is cooled and condensed by the combination of the ventilation and the exhaust, and the condensed water flows backward in the ventilation path and contacts the backflow prevention device or the ventilation fan, and the backflow prevention device is fixed or ventilated. It can prevent the fan from deteriorating due to rust.

第2の発明は、特に、第1の発明の燃料電池システムにおいて、一端が前記合流経路の下部の第3接続部に接続され、前記合流経路内の凝縮水を外部に排水する排水経路をさらに備えることで、合流経路内に大量の凝縮水が発生した場合や、雨水が浸入してきた場合においても、合流経路や換気経路内に水があふれることなく、外部に排水できるので、逆流防止装置の固着や換気ファンの錆による劣化を防止できる。ここで、合流経路内に大量の凝縮水が発生する場合としては、合流経路と接続される外部配管にボイラー等の燃焼機器が接続される場合が想定される。さらに、合流経路と接続される外部配管は屋外に延出している為、雨水が流入することは実際に起こりうることである。
第3の発明は、第1〜2いずれか1つの発明の燃料電池システムにおいて、経路が水平面に対して傾斜している構造、又は、経路内に段差を有している構造、であることにより、排気経路内の結露によって生じた凝縮水が換気経路と接続される合流部に流れ込んだ場合においても、合流経路と換気経路の接続箇所である第1接続部から逆流防止装置にかけての流路は下流から上流側へ流体が流れることを抑制している為、凝縮水が逆流防止装置や換気ファンに付着することを防止できる為、逆流防止装置の固着や換気ファンの錆による劣化を防止できる。
According to a second aspect of the present invention, in particular, in the fuel cell system according to the first aspect of the present invention, a drainage path further connected to a third connection portion at a lower portion of the merging path and draining condensed water in the merging path to the outside. As a result, even if a large amount of condensed water is generated in the merging path or rainwater enters, it can be drained outside without overflowing the merging path or ventilation path. Deterioration due to adhesion and rusting of ventilation fan can be prevented. Here, as a case where a large amount of condensed water is generated in the merging path, a case where a combustion device such as a boiler is connected to an external pipe connected to the merging path is assumed. Furthermore, since the external piping connected to the merging path extends outdoors, rainwater can actually flow in.
According to a third invention, in the fuel cell system according to any one of the first and second inventions, the path is inclined with respect to a horizontal plane or has a step in the path. Even when condensate produced by condensation in the exhaust path flows into the junction where the ventilation path is connected, the flow path from the first connection portion, which is the connection point between the junction path and the ventilation path, to the backflow prevention device is Since the flow of fluid from the downstream side to the upstream side is suppressed, the condensed water can be prevented from adhering to the backflow prevention device and the ventilation fan, so that the backflow prevention device can be prevented from being stuck and the ventilation fan from being deteriorated by rust.

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, in all the drawings, only components necessary for explaining the present invention are extracted and illustrated, and other components are not illustrated. Furthermore, the present invention is not limited to the following embodiment.

(実施の形態1)
まず、本発明の実施の形態1に係る燃料電池システムの構成について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
First, the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施の形態1に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.

図1に示すように、本実施の形態1に係る燃料電池システム100は、建物200の内部に配置されている。燃料電池システム100は、燃料処理器14、酸化剤ガス供給器15、および燃料電池11と、換気ファン13と、制御装置102と、を筐体12内に備えている。また、燃料電池システム100は、合流経路70を有する給排気機構104を備え、給排気機構104は屋外に開放している外部配管76と接続されている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 100 according to the first embodiment is arranged inside a building 200. The fuel cell system 100 includes a fuel processor 14, an oxidant gas supplier 15, a fuel cell 11, a ventilation fan 13, and a control device 102 in a housing 12. The fuel cell system 100 includes a supply / exhaust mechanism 104 having a merging path 70, and the supply / exhaust mechanism 104 is connected to an external pipe 76 that is open to the outdoors.

制御装置102は、燃料電池システム100を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよい。制御装置102は、マイクロプロセッサ、CPU等に例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成される記憶部を備えている。そして、制御装置102は、演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、これらの情報を処理し、かつ、これらの制御を含む燃料電池システム100に関する各種の制御を行う。なお、制御装置102は、単独の制御装置で構成される形態だけでなく、複数の制御装置が協働して燃料電池システム100の制御を実行する制御器群で構成される形態であ
っても構わない。また、制御装置102は、マイクロコンピュータで構成されていてもよく、MPU、PLC(programmable logic controller)、論理回路等によって構成されていてもよい。
The control device 102 may be in any form as long as it is a device that controls each device constituting the fuel cell system 100. The control device 102 includes an arithmetic processing unit exemplified by a microprocessor, a CPU, and the like, and a storage unit configured by a memory that stores a program for executing each control operation. Then, in the control device 102, the arithmetic processing unit reads out a predetermined control program stored in the storage unit and executes it, thereby processing the information and the fuel cell system 100 including these controls. Various controls are performed. The control device 102 is not only configured as a single control device, but also configured as a controller group in which a plurality of control devices cooperate to execute control of the fuel cell system 100. I do not care. Moreover, the control apparatus 102 may be comprised with the microcomputer, and may be comprised by MPU, PLC (programmable logic controller), a logic circuit, etc.

筐体12を構成する壁の適所には、壁の厚み方向に貫通する孔16が設けられていて、孔16から燃料電池システム100外部に給排気機構104が突出している。給排気機構104の端部は屋外に開放している外部配管76と接続されている。なお、本実施の形態では、合流経路70を構成する配管が、給気流路78を構成する配管の内側に配置されている二重配管の構成としたが、燃料電池システム100内部の換気経路75と排気経路77が外部配管76と接続されている構成であれば良く、必ずしも二重配管の構成である必要はない。外部配管76の下流端が屋外に解放していることから、燃料電池システム100に外部(ここでは、建物200外)から空気を供給することができる。   A hole 16 penetrating in the thickness direction of the wall is provided at an appropriate position of the wall constituting the housing 12, and the air supply / exhaust mechanism 104 protrudes from the hole 16 to the outside of the fuel cell system 100. The end of the air supply / exhaust mechanism 104 is connected to an external pipe 76 that is open to the outdoors. In the present embodiment, the pipe constituting the merging path 70 is a double pipe arranged inside the pipe constituting the air supply flow path 78, but the ventilation path 75 inside the fuel cell system 100 is used. As long as the exhaust path 77 is connected to the external pipe 76, it is not always necessary to have a double pipe structure. Since the downstream end of the external pipe 76 is open to the outdoors, air can be supplied to the fuel cell system 100 from the outside (here, outside the building 200).

燃料電池11は、アノードとカソードを有している(いずれも図示せず)。燃料電池11では、燃料ガス流路11Aに供給された燃料ガスが、燃料ガス流路11Aを通流する間に、アノードに供給される。また、酸化剤ガス流路11Bに供給された酸化剤ガスが、酸化剤ガス流路11Bを通流する間に、カソードに供給される。そして、アノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとが、反応して電気と熱が発生する。   The fuel cell 11 has an anode and a cathode (both not shown). In the fuel cell 11, the fuel gas supplied to the fuel gas channel 11A is supplied to the anode while flowing through the fuel gas channel 11A. Further, the oxidant gas supplied to the oxidant gas flow channel 11B is supplied to the cathode while flowing through the oxidant gas flow channel 11B. The fuel gas supplied to the anode and the oxidant gas supplied to the cathode react to generate electricity and heat.

ここで、発生した電気は、図示されない電力調整器により、外部電力負荷(例えば、家庭の電気機器)に供給される。また、発生した熱は、図示されない熱媒体流路を通流する熱媒体が回収する。熱媒体が回収した熱は、例えば、水を加熱するのに使用することができる。また、本実施の形態1においては、燃料電池11は、高分子電解質形燃料電池や固体酸化物形燃料電池等の各種の燃料電池を用いることができる。さらに、燃料電池11の構成は、一般的な燃料電池と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。   Here, the generated electricity is supplied to an external power load (for example, home electrical equipment) by a power regulator (not shown). The generated heat is recovered by a heat medium flowing through a heat medium flow path (not shown). The heat recovered by the heat medium can be used, for example, to heat water. In the first embodiment, the fuel cell 11 can use various fuel cells such as a polymer electrolyte fuel cell and a solid oxide fuel cell. Furthermore, since the structure of the fuel cell 11 is the same as that of a general fuel cell, its detailed description is omitted.

燃料ガス流路11Aの出口には、オフ燃料ガス流路73の上流端が接続されている。オフ燃料ガス流路73の下流端は、後述する燃焼器14bに接続されている。燃料電池11で使用されなかった水素を含む燃料ガス(以下、オフ燃料ガス)は、オフ燃料ガス流路73を介して、燃焼器14bに供給される。   The upstream end of the off-fuel gas channel 73 is connected to the outlet of the fuel gas channel 11A. The downstream end of the off fuel gas flow path 73 is connected to a combustor 14b described later. A fuel gas containing hydrogen that has not been used in the fuel cell 11 (hereinafter, “off fuel gas”) is supplied to the combustor 14 b via the off fuel gas passage 73.

また、酸化剤ガス流路11Bの出口には、オフ酸化剤ガス流路74の上流端が接続されている。オフ酸化剤ガス流路74の下流端は、後述する第2接続部90に接続されている。燃料電池11で使用されなかった酸化剤ガス(以下、オフ酸化剤ガス)は、酸化剤ガス流路11Bの出口からオフ酸化剤ガス流路74、排気経路77、第2接続部90、合流経路70、外部配管76を経て建物200外に排出される。   The upstream end of the off-oxidant gas channel 74 is connected to the outlet of the oxidant gas channel 11B. The downstream end of the off-oxidant gas channel 74 is connected to a second connection part 90 described later. The oxidant gas (hereinafter referred to as off-oxidant gas) that has not been used in the fuel cell 11 flows from the outlet of the oxidant gas flow path 11B to the off-oxidant gas flow path 74, the exhaust path 77, the second connecting portion 90, and the merge path. 70 and the outside pipe 76 to be discharged outside the building 200.

燃料処理器14は、燃料電池11に燃料ガス(水素を含有したガス)をその流量を調整しながら供給するものであり、改質器14aと燃焼器14bと燃焼ファン14cを有している。また、燃料処理器14には、燃料ガス供給流路71を介して、燃料電池11(正確には、燃料電池11の燃料ガス流路11Aの入口)が接続されている。   The fuel processor 14 supplies a fuel gas (gas containing hydrogen) to the fuel cell 11 while adjusting the flow rate thereof, and includes a reformer 14a, a combustor 14b, and a combustion fan 14c. The fuel processor 14 is connected to the fuel cell 11 (more precisely, the inlet of the fuel gas channel 11 </ b> A of the fuel cell 11) via the fuel gas supply channel 71.

改質器14aには、原料供給器及び水蒸気供給器が接続されていて(それぞれ、図示せず)、原料及び水蒸気が、それぞれ、改質器14aに供給される。原料としては、メタンを主成分とする天然ガスやLPガス等を用いることができる。   The reformer 14a is connected to a raw material supply device and a steam supply device (not shown respectively), and the raw material and water vapor are supplied to the reformer 14a, respectively. As the raw material, natural gas mainly composed of methane, LP gas, or the like can be used.

また、改質器14aは、改質触媒を有している。改質触媒としては、例えば、原料と水蒸気とから水素含有ガスを発生させる水蒸気改質反応を触媒することができれば、どの様な物質を使用してもよく、例えば、アルミナ等の触媒担体にルテニウム(Ru)を担持させたルテニウム系触媒や同様の触媒担体にニッケル(Ni)を担持させたニッケル系触媒
等を使用することができる。
Further, the reformer 14a has a reforming catalyst. As the reforming catalyst, any substance may be used as long as it can catalyze a steam reforming reaction that generates a hydrogen-containing gas from a raw material and steam, for example, ruthenium on a catalyst carrier such as alumina. A ruthenium catalyst supporting (Ru) or a nickel catalyst supporting nickel (Ni) on the same catalyst carrier can be used.

そして、改質器14aでは、供給された原料と水蒸気との改質反応により、水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、燃料ガスとして、燃料ガス供給流路71を通流して、燃料電池11の燃料ガス流路11Aに供給される。なお、本実施の形態1においては、改質器14aで生成された水素含有ガスが、燃料ガスとして、燃料電池11に送出される構成としたが、これに限定されず、燃料処理器14内に改質器14aより送出された水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するための変成触媒(例えば、銅−亜鉛系触媒)を有する変成器や、酸化触媒(例えば、ルテニウム系触媒)や、メタン化触媒(例えば、ルテニウム系触媒)を有する一酸化炭素除去器を通過した後の水素含有ガスが燃料電池11に送出される構成であってもよい。   In the reformer 14a, a hydrogen-containing gas is generated by a reforming reaction between the supplied raw material and water vapor. The generated hydrogen-containing gas flows as a fuel gas through the fuel gas supply channel 71 and is supplied to the fuel gas channel 11 </ b> A of the fuel cell 11. In the first embodiment, the hydrogen-containing gas generated in the reformer 14a is sent to the fuel cell 11 as fuel gas. However, the present invention is not limited to this. A shifter having a shift catalyst (for example, a copper-zinc based catalyst) for reducing carbon monoxide in the hydrogen-containing gas sent from the reformer 14a, an oxidation catalyst (for example, a ruthenium based catalyst), The configuration may be such that the hydrogen-containing gas after passing through a carbon monoxide remover having a methanation catalyst (for example, a ruthenium-based catalyst) is sent to the fuel cell 11.

燃焼器14bには、オフ燃料ガス流路73の下流端が接続されていて、燃料電池11からオフ燃料ガスが、オフ燃料ガス流路73を通流して、燃焼用ガスとして供給される。また、燃焼器14bには、燃焼空気供給流路79を介して、燃焼ファン14cが接続されている。燃焼ファン14cは、燃焼器14bに燃焼用空気を供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。   The combustor 14 b is connected to the downstream end of the off-fuel gas passage 73, and off-fuel gas from the fuel cell 11 flows through the off-fuel gas passage 73 and is supplied as combustion gas. A combustion fan 14 c is connected to the combustor 14 b via a combustion air supply flow path 79. The combustion fan 14c may have any configuration as long as it can supply combustion air to the combustor 14b. For example, the combustion fan 14c may be configured by fans such as a fan and a blower.

燃焼器14bでは、供給されたオフ燃料ガスと燃焼用空気が燃焼して熱が発生し、燃焼排ガスが生成される。燃焼器14bで生成された燃焼排ガスは、改質器14a等を加熱した後、燃焼排ガス流路80に排出される。燃焼排ガス流路80に排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス流路80を通流して、排気経路77、第2接続部90、合流経路70、外部配管76を経て建物200外に排出される。なお、本実施の形態1においては、燃焼器14bを燃料電池11からオフ燃料ガスが燃焼用ガスとして供給されるように構成したが、これに限定されず、燃焼器14bに燃焼用ガス供給器から燃焼用ガスが別途供給されるように構成してもよい。   In the combustor 14b, the supplied off-fuel gas and combustion air are combusted to generate heat, and combustion exhaust gas is generated. The combustion exhaust gas generated by the combustor 14 b is discharged to the combustion exhaust gas flow path 80 after heating the reformer 14 a and the like. The combustion exhaust gas discharged to the combustion exhaust gas flow path 80 flows through the combustion exhaust gas flow path 80 and is discharged outside the building 200 through the exhaust path 77, the second connection portion 90, the merge path 70, and the external pipe 76. In the first embodiment, the combustor 14b is configured so that off-fuel gas is supplied from the fuel cell 11 as the combustion gas. However, the present invention is not limited to this, and the combustion gas supply device is connected to the combustor 14b. Alternatively, the combustion gas may be separately supplied.

酸化剤ガス供給器15は、燃料電池11に酸化剤ガス(空気)をその流量を調整しながら供給することができれば、どのような構成であってもよく、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。酸化剤ガス供給器15には、酸化剤ガス供給流路72を介して、燃料電池11(正確には、燃料電池11の酸化剤ガス流路11Bの入口)が接続されている。   The oxidant gas supply unit 15 may have any configuration as long as the oxidant gas (air) can be supplied to the fuel cell 11 while adjusting the flow rate thereof. For example, fans such as fans and blowers It may be comprised. The oxidant gas supply unit 15 is connected to the fuel cell 11 (more precisely, the inlet of the oxidant gas channel 11B of the fuel cell 11) via the oxidant gas supply channel 72.

また、換気ファン13は、換気経路75を介して、合流経路70と第1接続部89にて接続されており、合流経路70の下流側で排気経路77が第2接続部90にて合流している。換気ファン13としては、筐体12内を換気することができれば、どのような構成であってもよい。これにより、給気流路78から燃料電池システム100外の空気が筐体12内に給気され、換気ファン13を作動させることにより、筐体12内のガス(主として、空気)が換気経路75及び第1接続部89、合流経路70、外部配管76を経て建物200外に排出され、筐体12内が換気される。なお、本実施の形態1においては、換気器としてファンを用いたが、これに限定されず、ブロワを用いてもよい。換気ファン13は、筐体12内に配置するように構成したが、これに限定されない。換気ファン13は、第1排気経路77内に配置するように構成してもよい。   The ventilation fan 13 is connected to the merging path 70 via the ventilation path 75 at the first connecting portion 89, and the exhaust path 77 is merged at the second connecting portion 90 on the downstream side of the merging path 70. ing. The ventilation fan 13 may have any configuration as long as the inside of the housing 12 can be ventilated. As a result, air outside the fuel cell system 100 is supplied from the air supply passage 78 into the housing 12, and the ventilation fan 13 is operated, whereby the gas (mainly air) in the housing 12 is supplied to the ventilation path 75 and It is discharged out of the building 200 through the first connection portion 89, the junction path 70, and the external piping 76, and the inside of the housing 12 is ventilated. In the first embodiment, a fan is used as a ventilator. However, the present invention is not limited to this, and a blower may be used. The ventilation fan 13 is configured to be disposed in the housing 12, but is not limited thereto. The ventilation fan 13 may be arranged in the first exhaust path 77.

また、換気ファン13と換気経路75の間には、逆流防止装置20が設けられている。逆流防止装置20は、スイング式逆止弁で構成されており、板状のフラップ(弁体)が開閉することで、逆流防止機能を果たしている。なお、逆流防止装置20は、ここでは、スイング式逆止弁で構成したが、これに限定されず、リフト式逆止弁、ボール式逆止弁及びダイヤフラム式逆止弁等の各種の逆止弁で構成することができる。   A backflow prevention device 20 is provided between the ventilation fan 13 and the ventilation path 75. The backflow prevention device 20 is configured by a swing type check valve, and fulfills a backflow prevention function by opening and closing a plate-shaped flap (valve element). Here, the backflow prevention device 20 is constituted by a swing type check valve, but is not limited to this, and various check valves such as a lift type check valve, a ball type check valve and a diaphragm type check valve are used. It can consist of valves.

このように、本実施の形態1においては、燃焼ファン14cと酸化剤ガス供給器15、および換気ファン13が作動することにより筐体12に供給されるガス(空気)が、燃料電池システム100に供給される外気として、例示される。なお、燃料電池システムに供給される外気は、これらのガス(空気)に限定されず、例えば、燃料処理器が選択酸化器を備えている場合には、選択酸化空気であっても良い。また、燃料電池11のアノードに一酸化炭素による触媒の被毒を防止するために供給するブリードエアーであっても良い。   As described above, in the first embodiment, the gas (air) supplied to the casing 12 by the operation of the combustion fan 14c, the oxidant gas supplier 15, and the ventilation fan 13 is supplied to the fuel cell system 100. It is illustrated as the external air supplied. The outside air supplied to the fuel cell system is not limited to these gases (air). For example, in the case where the fuel processor includes a selective oxidizer, it may be selectively oxidized air. Alternatively, bleed air supplied to the anode of the fuel cell 11 to prevent poisoning of the catalyst by carbon monoxide may be used.

また、本実施の形態1においては、燃焼排ガス、オフ酸化剤ガス、及び換気ファン13が作動することによる筐体12内のガスが、燃料電池システム100から排出される排出ガスとして、例示される。これらの排出ガスは、筐体12内の合流経路70の第1接続部89及び第2接続部90で混合された後、燃料電池システム100外の外部配管76を介して屋外に排出される。   In the first embodiment, the combustion exhaust gas, the off-oxidant gas, and the gas in the housing 12 due to the operation of the ventilation fan 13 are exemplified as the exhaust gas discharged from the fuel cell system 100. . These exhaust gases are mixed at the first connection portion 89 and the second connection portion 90 of the merging path 70 in the housing 12, and then discharged to the outside via the external piping 76 outside the fuel cell system 100.

また、燃焼排ガス流路80の下方には、第1水回収部85が設けられおり、燃焼排ガス流路80と第1水回収部85とは、第1凝縮水経路86によって接続されている。   Further, a first water recovery unit 85 is provided below the combustion exhaust gas channel 80, and the combustion exhaust gas channel 80 and the first water recovery unit 85 are connected by a first condensed water channel 86.

燃焼排ガス流路80は、燃焼排ガス流路80で排出ガスの温度が低下して発生した凝縮水が第1凝縮水経路86を介して第1水回収部85に流入するように、傾斜などの形状、更にはオフ酸化剤ガス流路74、燃焼排ガス流路80、排気経路77、および第1凝縮水経路86の接続位置が配慮して構成されている。   The flue gas flow path 80 is inclined such that the condensed water generated when the temperature of the exhaust gas decreases in the flue gas flow path 80 flows into the first water recovery unit 85 via the first condensed water path 86. The shape and the connection position of the off-oxidant gas passage 74, the combustion exhaust gas passage 80, the exhaust passage 77, and the first condensed water passage 86 are taken into consideration.

以上のように構成された燃料電池システムについて、以下その動作、作用について説明する。なお、燃料電池システム100の起動動作、発電動作、および停止動作は、一般的な燃料電池システムと同様に行われるので、その詳細な説明は省略する。また、本実施の形態1においては、制御装置102が、燃料電池システム100を構成する各機器を制御するものとして説明する。   About the fuel cell system comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below. Note that the start-up operation, power generation operation, and stop operation of the fuel cell system 100 are performed in the same manner as a general fuel cell system, and thus detailed description thereof is omitted. Further, in the first embodiment, description will be made assuming that the control device 102 controls each device constituting the fuel cell system 100.

燃料電池システム100が発電動作中には、燃料電池11には、燃料処理器14で生成した燃料ガスが供給され、また、酸化剤ガス供給器15によって酸化剤ガスが供給される。燃料電池11で一部の酸素が発電によって利用され、酸素濃度が低下したオフ酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路11Bの出口からオフ酸化剤ガス流路74に排出される。   During the power generation operation of the fuel cell system 100, the fuel gas generated by the fuel processor 14 is supplied to the fuel cell 11, and the oxidant gas is supplied by the oxidant gas supply unit 15. The off-oxidant gas in which a part of oxygen is used for power generation in the fuel cell 11 and the oxygen concentration is lowered is discharged from the outlet of the oxidant gas channel 11B to the off-oxidant gas channel 74.

また、燃料電池11で利用されなかった水素を含むオフ燃料ガスは、燃焼器14bに供給され、燃焼ファン14cで供給された燃焼用空気と共に燃焼される。燃焼器14bでの燃焼により発生した酸素濃度の低い燃焼排ガスは、改質器14aを加熱した後、燃焼排ガス流路80に排出される。   Further, the off-fuel gas containing hydrogen that has not been used in the fuel cell 11 is supplied to the combustor 14b and burned together with the combustion air supplied by the combustion fan 14c. The combustion exhaust gas having a low oxygen concentration generated by the combustion in the combustor 14b is heated to the reformer 14a and then discharged to the combustion exhaust gas flow path 80.

また、燃料電池システム100の発電動作中には、換気ファン13を駆動させ、筐体12内のガス(空気)が換気経路75に排出される。
燃焼排ガス流路80に排出された燃焼排ガスは、第2接続部90で合流経路70に接続され、換気経路75に排出された筐体12内のガス(空気)は、第1接続部89で合流経路70に接続される。この時、合流経路70において第2接続部90は第1接続部89よりも下流に位置していることにより、第2接続部90より下流の流路において燃焼排ガスは常に空気によって希釈されていることになる。仮に燃焼器14bで不完全燃焼が発生すると、燃焼排ガス流路80内に可燃性ガスが含まれる可能性があるが、第2接続部90において希釈される為、燃料電池システム100の排気の下流端である給排気機構104の排気経路からは、必ず希釈された可燃性ガスが流れるように出来るので、外部配管76において漏れが発生した場合においても不安全とはならないことから、燃料電池システム100の安全性を高めることが出来る。
燃料電池システム100の発電動作中には、オフ酸化剤ガス、燃焼排ガスおよび換気ファン13が作動することによる筐体12内のガス(空気)が、排出ガスとして合流経路70にて混合され、外部配管76を経て屋外に排出される。
Further, during the power generation operation of the fuel cell system 100, the ventilation fan 13 is driven, and the gas (air) in the housing 12 is discharged to the ventilation path 75.
The flue gas discharged to the flue gas flow path 80 is connected to the merging path 70 at the second connecting portion 90, and the gas (air) in the housing 12 discharged to the ventilation path 75 is connected to the first connecting portion 89. It is connected to the merge path 70. At this time, since the second connecting portion 90 is located downstream of the first connecting portion 89 in the merge path 70, the combustion exhaust gas is always diluted with air in the flow path downstream of the second connecting portion 90. It will be. If incomplete combustion occurs in the combustor 14b, there is a possibility that combustible gas may be contained in the combustion exhaust gas flow path 80. However, since it is diluted in the second connection portion 90, downstream of the exhaust of the fuel cell system 100 The diluted combustible gas can always flow from the exhaust path of the air supply / exhaust mechanism 104 at the end, so that even if leakage occurs in the external pipe 76, it is not unsafe, so the fuel cell system 100 Can improve safety.
During the power generation operation of the fuel cell system 100, the off-oxidant gas, the combustion exhaust gas, and the gas (air) in the housing 12 due to the operation of the ventilation fan 13 are mixed in the merging path 70 as exhaust gas, and the outside It is discharged to the outside through the pipe 76.

また、換気ファン13と換気経路75の間に、逆流防止装置20を設けていることにより、燃料電池システム100が停止中で、外部配管76に連携している燃焼装置(図示せず)から排出された燃焼排ガスが、合流経路70を逆流してくると、合流経路70の内圧が高まり、逆流防止装置20の板状のフラップ(弁体)が閉じる方向に圧力が加わることで、逆流が防止される。一方、一方、燃料電池システム100及び/又は換気ファン13が作動することにより、燃料電池システム100及び/又は換気ファン13から排出される排出ガスの内圧が大きくなると、フラップ(弁体)が開き、排出ガスが換気経路75を通流することができる。   Further, by providing the backflow prevention device 20 between the ventilation fan 13 and the ventilation path 75, the fuel cell system 100 is stopped and discharged from a combustion device (not shown) linked to the external pipe 76. When the exhausted combustion exhaust gas flows back through the joining path 70, the internal pressure of the joining path 70 increases, and pressure is applied in the direction in which the plate-like flap (valve body) of the backflow prevention device 20 is closed, thereby preventing backflow. Is done. On the other hand, when the internal pressure of the exhaust gas discharged from the fuel cell system 100 and / or the ventilation fan 13 increases due to the operation of the fuel cell system 100 and / or the ventilation fan 13, the flap (valve element) opens, Exhaust gas can flow through the ventilation path 75.

さらに、合流経路70において上流側の第1接続部89に換気ガスを導入し、換気ガスの下流側、すなわち第2接続部90において燃焼排ガスを合流させることにより、換気経路75と換気ファン13の間に設けた逆流防止装置20に湿気を含む燃焼排ガスが接触することを低減できる為、逆流防止装置20の固着を防止することが出来る。また、換気経路75と換気ファン13の間に設けた逆流防止装置20により、湿気を含んだ燃焼排ガスが換気ファン13に接触することを防止できる為、換気ファン13の錆による劣化を防止できる。排気経路77内の結露によって生じた凝縮水が合流経路70を経て換気経路75に流れ込んだ場合においても、合流経路70と換気経路75の接続箇所である第1接続部89から逆流防止装置20にかけての流路は下流から上流側へ流体が流れることを抑制している為、凝縮水が逆流防止装置20や換気ファン13に付着することを防止できる為、逆流防止装置20の固着や換気ファン13の錆による劣化を防止できる。   Further, the ventilation gas is introduced into the upstream first connection portion 89 in the merging path 70 and the combustion exhaust gas is merged in the downstream side of the ventilation gas, that is, the second connection portion 90, so that the ventilation path 75 and the ventilation fan 13 are connected. Since it is possible to reduce the contact of the flue gas containing moisture with the backflow prevention device 20 provided therebetween, the backflow prevention device 20 can be prevented from sticking. Moreover, since the backflow prevention device 20 provided between the ventilation path 75 and the ventilation fan 13 can prevent the combustion exhaust gas containing moisture from coming into contact with the ventilation fan 13, deterioration of the ventilation fan 13 due to rust can be prevented. Even when condensed water generated by condensation in the exhaust path 77 flows into the ventilation path 75 via the merging path 70, it passes from the first connection portion 89, which is a connection point between the merging path 70 and the ventilation path 75, to the backflow prevention device 20. Since the flow path of the fluid suppresses the flow of fluid from the downstream side to the upstream side, it is possible to prevent the condensed water from adhering to the backflow prevention device 20 and the ventilation fan 13. Deterioration due to rust can be prevented.

一般的に、燃料電池システム100から排出されるオフ酸化剤ガスと燃焼排ガスとは、温度が高く、また水蒸気を多く含んでいる。よって、オフ酸化剤ガスと燃焼排ガスとの熱を回収して有効に利用するために、オフ酸化剤ガスと燃焼排ガスとは、図示しない熱媒体流路を通流する熱媒体と、オフ酸化剤ガス流路74と燃焼排ガス流路80との途中に設けられた熱交換器(図示せず)を介して熱交換を行い、その後、合流経路70に排出される構成としても良い。また、熱交換器(図示せず)でオフ酸化剤ガスと燃焼排ガスとが冷却されることで生じた凝縮水は、第1凝縮水経路86を経て第1水回収部85に回収され、燃料処理器14の改質器14aで原料から燃料ガスを生成する改質反応に利用しても良い。   In general, the off-oxidant gas and the combustion exhaust gas discharged from the fuel cell system 100 are high in temperature and contain a lot of water vapor. Therefore, in order to recover and effectively use the heat of the off-oxidant gas and the combustion exhaust gas, the off-oxidant gas and the combustion exhaust gas include a heat medium that flows through a heat medium passage (not shown), and an off-oxidant. A heat exchange may be performed via a heat exchanger (not shown) provided in the middle of the gas flow path 74 and the combustion exhaust gas flow path 80 and then discharged to the merging path 70. Further, the condensed water generated by cooling the off-oxidant gas and the combustion exhaust gas in the heat exchanger (not shown) is recovered to the first water recovery unit 85 via the first condensed water path 86, and the fuel You may utilize for the reforming reaction which produces | generates fuel gas from a raw material with the modifier 14a of the processor 14. FIG.

上述のように構成された燃料電池システム100においては、熱交換器(図示せず)を出たオフ酸化剤ガスおよび燃焼排ガスは、排気経路77、合流経路70、外部配管76を経て建物200の外部に排出されるまでの間に冷却され、凝縮水が発生する。
なお、本発明の燃料電池システム100は、第1水回収部85の凝縮水を筺体内で燃料電池システム100の運転に用いるための水利用経路をさらに備えていてもよい。水利用経路は、例えば、燃料電池11の熱回収に用いる冷却水として、第1水回収部の凝縮水を用いるための冷却水経路であってもよい。また、水利用経路は、例えば、炭化水素を改質する改質水として第1水回収部85の凝縮水を用いるための改質水経路であってもよい。
本実施の形態では、燃料電池11に燃料ガス(水素を含有したガス)を供給する装置として、改質器14aと燃焼器14bと燃焼ファン14cを有した燃料処理器14を用いたが、これに限定されず、例えば水素ボンベ等により水素含有ガスを燃料電池11に直接供給する水素含有ガス供給器を備える構成としても良い。
In the fuel cell system 100 configured as described above, the off-oxidant gas and the combustion exhaust gas that have exited the heat exchanger (not shown) pass through the exhaust path 77, the merge path 70, and the external pipe 76 to the building 200. It is cooled before being discharged to the outside, and condensed water is generated.
In addition, the fuel cell system 100 of the present invention may further include a water use path for using the condensed water of the first water recovery unit 85 for operation of the fuel cell system 100 in the housing. The water utilization path may be, for example, a cooling water path for using the condensed water of the first water recovery unit as the cooling water used for heat recovery of the fuel cell 11. In addition, the water utilization path may be, for example, a reforming water path for using the condensed water of the first water recovery unit 85 as reforming water for reforming hydrocarbons.
In the present embodiment, the fuel processor 14 having the reformer 14a, the combustor 14b, and the combustion fan 14c is used as a device for supplying the fuel gas (gas containing hydrogen) to the fuel cell 11. For example, a hydrogen-containing gas supply device that directly supplies the hydrogen-containing gas to the fuel cell 11 using a hydrogen cylinder or the like may be used.

以上のように、本実施の形態1で示した燃料電池システムでは、合流経路70において上流側の第1接続部89に換気ガスを導入し、換気ガスの下流側、すなわち第2接続部9
0において燃焼排ガスを合流させることにより、換気経路75と換気ファン13の間に設けた逆流防止装置20に湿気を含む燃焼排ガスが接触することを低減できる為、逆流防止装置20の固着を防止することが出来る。また、換気経路75と換気ファン13の間に設けた逆流防止装置20により、湿気を含んだ燃焼排ガスが換気ファン13に接触することを防止できる為、換気ファン13の錆による劣化を防止できる。
As described above, in the fuel cell system shown in the first embodiment, ventilation gas is introduced into the first connection portion 89 on the upstream side in the merge path 70, and the downstream side of the ventilation gas, that is, the second connection portion 9.
By combining the combustion exhaust gas at 0, it is possible to reduce the contact of the combustion exhaust gas containing moisture with the backflow prevention device 20 provided between the ventilation path 75 and the ventilation fan 13, so that the backflow prevention device 20 is prevented from sticking. I can do it. Moreover, since the backflow prevention device 20 provided between the ventilation path 75 and the ventilation fan 13 can prevent the combustion exhaust gas containing moisture from coming into contact with the ventilation fan 13, deterioration of the ventilation fan 13 due to rust can be prevented.

(実施の形態2)
図2は、本発明の実施の形態2に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。なお、第1の実施の形態と同様の構成要素については、図1と同一番号を付して説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention. The same constituent elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG.

図2に示すように、本発明の実施の形態2に係る燃料電池システムは、実施の形態1に係る燃料電池システムと基本的に同じであるが、合流経路70の下端に第2凝縮水経路92が接続され、第2凝縮水経路92の下流端には第2水回収部91を備えている点が異なる。第2水回収部91には燃料電池システム100外へと接続される第2排水経路93を有しており、第2水回収部91内の余分な水は第2排水経路93から燃料電池システム100外に排水される。なお、第1水回収部85と第2水回収部91はそれぞれ独立した構成としているが、第1水回収部85内の水面が所定の高さ以上に上昇した場合には、所定の高さ以上の余分な水が第2水回収部91に排水されるように、第1水回収部85と第2水回収部91を接続する排水経路を設けても良い。   As shown in FIG. 2, the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention is basically the same as the fuel cell system according to Embodiment 1, but the second condensed water path is formed at the lower end of the merge path 70. 92 is connected, and the downstream end of the second condensed water path 92 is provided with a second water recovery unit 91. The second water recovery unit 91 has a second drainage path 93 connected to the outside of the fuel cell system 100, and excess water in the second water recovery unit 91 is discharged from the second drainage path 93 to the fuel cell system. Drained out of 100. In addition, although the 1st water collection | recovery part 85 and the 2nd water collection | recovery part 91 are set as the respectively independent structure, when the water surface in the 1st water collection | recovery part 85 rises more than predetermined | prescribed height, it is predetermined | prescribed height. A drainage path that connects the first water recovery unit 85 and the second water recovery unit 91 may be provided so that the above excess water is drained to the second water recovery unit 91.

以上のように構成された燃料電池システム100の動作および作用を以下に説明する。   The operation and action of the fuel cell system 100 configured as described above will be described below.

第1水回収部85は、排気経路77や燃焼排ガス流路80内を流れる燃焼排ガスやカソードオフガスの結露によって生じた凝縮水を貯める構成であり、第2水回収部91は、外部配管76や合流経路70内を流れる燃焼排ガスやカソードオフガスの結露によって生じた凝縮水と外部配管76の解放端から流入した雨水を貯める構成で、第2水回収部91内の水面が所定の高さ以上に上昇した場合には、所定の高さ以上の余分な水が、第2排水経路93を介して燃料電池システム100の外部に排水されるようの構成されている。   The first water recovery unit 85 is configured to store condensed water generated by condensation of combustion exhaust gas and cathode off gas flowing in the exhaust path 77 and the combustion exhaust gas flow path 80, and the second water recovery unit 91 includes an external pipe 76, Condensed water generated by condensation of combustion exhaust gas and cathode off-gas flowing in the confluence path 70 and rainwater flowing in from the open end of the external pipe 76 are stored, and the water level in the second water recovery unit 91 exceeds a predetermined height. When it rises, excess water of a predetermined height or higher is drained to the outside of the fuel cell system 100 via the second drainage path 93.

更に、第2水回収部91と第2凝縮水経路92と第2排水経路93とは、第2水回収部91中の水を利用して、燃料電池システム100から排出される排出ガスが、第2排水経路93を介して燃料電池システム100(筐体12)外の屋内に流出するのを防止する水封機能を備えるように配慮して構成されている。具体的には、第2凝縮水経路92が第2水回収部91中の下方まで挿入されており、第2凝縮水経路92の下端から第2水回収部91の第2排水経路93の接続部までの高さを、第3接続部94にかかる背圧よりも、第2凝縮水経路92内の水面と、第2水回収部91内での水面との高低差で生じる水圧の方が大きくなるように配慮して構成されている。なお、本実施の形態2の燃料電池システムでは、水封構成としてとして水回収部を用いたが、これに限定されず、水封機能を実現できれば、例えばU字管を用いた構成としても良い。   Further, the second water recovery unit 91, the second condensed water path 92, and the second drainage path 93 use the water in the second water recovery unit 91 to discharge exhaust gas discharged from the fuel cell system 100, It is configured so as to have a water sealing function that prevents the fuel cell system 100 (housing 12) from flowing into the indoors via the second drainage path 93. Specifically, the second condensed water path 92 is inserted to the lower side in the second water recovery section 91, and the second drainage path 93 of the second water recovery section 91 is connected from the lower end of the second condensed water path 92. The water pressure generated by the difference in height between the water surface in the second condensed water path 92 and the water surface in the second water recovery unit 91 is higher than the back pressure applied to the third connection unit 94. It is configured with consideration given to increasing the size. In the fuel cell system according to the second embodiment, the water recovery unit is used as the water seal configuration. However, the configuration is not limited to this, and a configuration using, for example, a U-shaped tube may be used as long as the water seal function can be realized. .

特に、合流経路70内で発生した凝縮水は第3接続部94に流下し、第2凝縮水経路92を介して第2水回収部91に貯められる。さらに、合流経路70内に雨水が流入した場合においても、その雨水は第2水回収部91に貯められる。よって、第2水回収部91には、常に水が補充されるため、通常時には水封機能を常に発揮することができる。また、必要以上に貯まった余分な凝縮水は、第2排水経路93を介して筐体12外に排水される。これにより、燃料電池システム100の排出ガスは、第2水回収部91の水封機能で排出ガスが第2排水経路93から燃料電池システム100の筐体12外に排出されることはない。   In particular, the condensed water generated in the merge path 70 flows down to the third connection portion 94 and is stored in the second water recovery section 91 via the second condensed water path 92. Further, even when rainwater flows into the merge path 70, the rainwater is stored in the second water recovery unit 91. Therefore, since the second water recovery unit 91 is always replenished with water, the water sealing function can always be exhibited at normal times. Further, excess condensed water stored more than necessary is drained out of the housing 12 through the second drainage path 93. As a result, the exhaust gas of the fuel cell system 100 is not discharged outside the casing 12 of the fuel cell system 100 from the second drainage path 93 by the water sealing function of the second water recovery unit 91.

万が一、第2水回収部91内の水が不足し、水封機能が発揮できない場合においても、合流経路70の下端に第2水回収部91と接続される第3接続部94を有し、合流経路70の上流側、すなわち鉛直方向に延びる合流経路70の下方側面に換気経路75と接続される第1接続部89を有し、合流経路70の下流側、すなわち鉛直方向に延びる合流経路70の上方側面に排気経路77と接続される第2接続部90を有していることから、換気ファン13が動作している限りにおいては、排気経路77からの燃焼排ガスが第2凝縮水経路92、第2水回収部91、第2凝縮水経路92を経て筐体12外に排出されることはない。なお、排気経路77内で発生した凝縮水を第1水回収部85で回収し、合流経路70内の凝縮水や合流経路70に流入した雨水を第2水回収部91で回収する構成としたが、排気経路77内で発生した凝縮水の一部が第2水回収部91に回収される構成であっても良い。   In the unlikely event that the water in the second water recovery unit 91 is insufficient and the water sealing function cannot be exhibited, the lower end of the merging path 70 has the third connection unit 94 connected to the second water recovery unit 91, A first connection portion 89 connected to the ventilation path 75 is provided on the upstream side of the merging path 70, that is, the lower side surface of the merging path 70 extending in the vertical direction, and the merging path 70 extends downstream in the merging path 70, that is, in the vertical direction. Since the second connection portion 90 connected to the exhaust passage 77 is provided on the upper side surface of the exhaust gas, the combustion exhaust gas from the exhaust passage 77 is discharged to the second condensed water passage 92 as long as the ventilation fan 13 is operating. The second water recovery unit 91 and the second condensed water path 92 are not discharged out of the housing 12. The condensed water generated in the exhaust path 77 is collected by the first water collecting unit 85, and the condensed water in the merging path 70 and the rainwater flowing into the merging path 70 are collected by the second water collecting unit 91. However, a configuration in which part of the condensed water generated in the exhaust path 77 is recovered by the second water recovery unit 91 may be used.

以上のように、本実施の形態2で示した燃料電池システムでは、合流経路70内を流れる燃焼排ガスやカソードオフガスの結露によって生じた凝縮水と外部配管76の解放端から流入した雨水を、第2凝縮水経路92から第2水回収部91、第2排水経路93を経て燃料電池システム100の筐体12外に排出することができるので、合流経路70内に大量の凝縮水や雨水が流れ込んだ場合においても、合流経路70内の水が溢れることがなく、換気経路75を水が逆流することのないので、逆流防止装置20の固着と換気ファン13の錆による劣化を防止できる。
さらに、燃料電池システム100の外部配管76が閉塞する等して合流経路70の圧力が上昇した場合においても、燃料電池システム100の排出ガスが合流経路70の排水経路である第2凝縮水経路92から第2水回収部91、第2排水経路93を介して屋内に漏れることを防止できる。
As described above, in the fuel cell system shown in the second embodiment, the condensed water generated by the condensation of the combustion exhaust gas and the cathode off-gas flowing in the confluence path 70 and the rainwater flowing in from the open end of the external pipe 76 are used. 2 Since the condensed water path 92 can be discharged out of the casing 12 of the fuel cell system 100 through the second water recovery section 91 and the second drainage path 93, a large amount of condensed water and rainwater flow into the merge path 70. Even in this case, the water in the merging path 70 does not overflow, and the water does not flow back through the ventilation path 75, so that the backflow prevention device 20 can be prevented from being stuck and the ventilation fan 13 from being deteriorated by rust.
Further, even when the pressure of the merging path 70 rises due to, for example, the external pipe 76 of the fuel cell system 100 being blocked, the second condensate water path 92 where the exhaust gas of the fuel cell system 100 is the drainage path of the merging path 70. Can be prevented from leaking indoors through the second water recovery part 91 and the second drainage path 93.

(実施の形態3)
図3は、本発明の実施の形態3に係る燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
図3に示すように、本発明の実施の形態3に係る燃料電池システムは、実施の形態2に係る燃料電池システムと基本的に同じであるが、逆流防止装置20から空気を含む換気ガスを排出する換気経路75の上流端に逆流防止装置20への水の浸入を防止する堰96を備えている点が異なる。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention.
As shown in FIG. 3, the fuel cell system according to the third embodiment of the present invention is basically the same as the fuel cell system according to the second embodiment, but the ventilation gas containing air is supplied from the backflow prevention device 20. The difference is that a weir 96 that prevents water from entering the backflow prevention device 20 is provided at the upstream end of the exhaust ventilation path 75.

以上のように構成された燃料電池システム100の動作および作用を以下に説明する。   The operation and action of the fuel cell system 100 configured as described above will be described below.

燃料電池システム100の合流経路70内を流れる燃焼排ガスやカソードオフガスの結露によって生じた凝縮水や外部配管76の解放端から流入した雨水は、合流経路70の壁面を伝わり換気経路75内にも流入してくる。しかしながら、換気経路75の上流端に逆流防止装置20への水の侵入を防止する堰96を有していることから、換気経路75内に流入してきた凝縮水や雨水が堰96によって堰き止められ、逆流防止装置20に水が浸入することがない。さらに、換気経路75は上流端から下流端にかけて水平面に対して下り勾配を有している(傾斜している)構造となっている為、換気経路75内に流入してきた凝縮水や雨水は自然に換気経路75の下流側へ、即ち換気経路75と合流経路70の接続部である第1接続部89から合流経路70へ排出される。合流経路70へ排出された水は、第3接続部94に流下し、第2凝縮水経路92を介して第2水回収部91に貯められた後、第2排水経路93を経て燃料電池システム100の筐体12外に排出される。   Condensate produced by condensation of combustion exhaust gas and cathode off-gas flowing in the confluence path 70 of the fuel cell system 100 and rainwater flowing in from the open end of the external pipe 76 travel along the wall surface of the confluence path 70 and also flow into the ventilation path 75. Come on. However, since the weir 96 that prevents water from entering the backflow prevention device 20 is provided at the upstream end of the ventilation path 75, the condensed water and rainwater flowing into the ventilation path 75 are blocked by the weir 96. The water does not enter the backflow prevention device 20. Furthermore, since the ventilation path 75 has a downward slope with respect to the horizontal plane from the upstream end to the downstream end (inclined), the condensed water and rainwater flowing into the ventilation path 75 are naturally Then, the air is discharged downstream of the ventilation path 75, that is, from the first connection portion 89, which is a connection portion between the ventilation path 75 and the merge path 70, to the merge path 70. The water discharged to the merge path 70 flows down to the third connection portion 94, is stored in the second water recovery section 91 via the second condensed water path 92, and then passes through the second drain path 93 to the fuel cell system. 100 is discharged out of the housing 12.

以上の構成によって、換気経路75内に流入してきた凝縮水や雨水は堰96によって堰き止められ、換気経路75の勾配によって合流経路70へ自然に排出されることにより、逆流防止装置20に水が浸入することがなくなり、逆流防止装置20の固着と換気ファン13の錆による劣化を防止できる。なお、本実施の形態では換気経路75の上流端から下
流端にかけて配管を傾けることにより下り勾配を有している構造としたが、これに限定されず、換気経路75の上流端から下流端にかけて水が自然と排出される構成であればよく、例えば換気経路75の上流端から下流端にかけて拡管することで、下り勾配を設けても良い。
With the above configuration, the condensed water or rainwater flowing into the ventilation path 75 is blocked by the weir 96 and is naturally discharged to the merging path 70 by the gradient of the ventilation path 75, so that water flows into the backflow prevention device 20. It is possible to prevent the backflow prevention device 20 from being stuck and the ventilation fan 13 from being deteriorated by rust. In the present embodiment, the pipe is inclined from the upstream end to the downstream end of the ventilation path 75 so as to have a downward slope. Any structure may be used as long as water is naturally discharged. For example, a downward slope may be provided by expanding the pipe from the upstream end to the downstream end of the ventilation path 75.

本発明の燃料電池システムでは、合流経路において最初に換気ガスを導入し、換気ガスの下流で燃焼排ガスを合流させることにより、換気経路に設けた逆流防止装置に湿気を含む燃焼排ガスが接触することを低減できる為、逆流防止装置の固着を防止することが出来き、さらに、逆流防止装置により、湿気を含んだ燃焼排ガスが換気ファンに接触しにくくなり、換気ファンの錆による劣化を防止できる為、屋内設置を含めた様々な形態の燃料電池システムに適用できる。   In the fuel cell system of the present invention, the ventilation gas is first introduced in the merging path, and the combustion exhaust gas is joined downstream of the ventilation gas, so that the combustion exhaust gas containing moisture contacts the backflow prevention device provided in the ventilation path. The backflow prevention device can be prevented from sticking, and the backflow prevention device makes it difficult for the flue gas containing moisture to come into contact with the ventilation fan, preventing deterioration of the ventilation fan due to rust. It can be applied to various types of fuel cell systems including indoor installation.

11 燃料電池
11A 燃料ガス流路
11B 酸化剤ガス流路
12 筐体
13 換気ファン
14 燃料処理器
14a 改質器
14b 燃焼器
14c 燃焼ファン
15 酸化剤ガス供給器
16 孔
20 逆流防止装置
70 合流経路
71 燃料ガス供給流路
72 酸化剤ガス供給流路
73 オフ燃料ガス流路
74 オフ酸化剤ガス流路
75 換気経路
76 外部配管
77 排気経路
78 給気流路
79 燃焼空気供給流路
80 燃焼排ガス流路
85 第1水回収部
86 第1凝縮水経路
87 第1排水経路
89 第1接続部
90 第2接続部
91 第2水回収部
92 第2凝縮水経路
93 第2排水経路
94 第3接続部
95 第1水回収部
96 堰
97 第1排水経路
98 浄水装置
100 燃料電池システム
102 制御装置
104 給排気機構
200 建物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Fuel cell 11A Fuel gas flow path 11B Oxidant gas flow path 12 Case 13 Ventilation fan 14 Fuel processor 14a Reformer 14b Combustor 14c Combustion fan 15 Oxidant gas supply 16 Hole 20 Backflow prevention device 70 Confluence path 71 Fuel gas supply flow path 72 Oxidant gas supply flow path 73 Off fuel gas flow path 74 Off oxidant gas flow path 75 Ventilation path 76 External piping 77 Exhaust flow path 78 Supply air flow path 79 Combustion air supply flow path 80 Combustion exhaust gas flow path 85 1st water collection part 86 1st condensed water path 87 1st drainage path 89 1st connection part 90 2nd connection part 91 2nd water collection part 92 2nd condensed water path 93 2nd drainage path 94 3rd connection part 95 1st 1 Water recovery unit 96 Weir 97 First drainage path 98 Water purification device 100 Fuel cell system 102 Control device 104 Air supply / exhaust mechanism 200 Building

Claims (3)

原燃料を用いて発電を行う発電器と、
外部と接続される合流経路と、
一端が前記合流経路の第1接続部に接続され、空気を含む換気ガスを排気する換気経路と、
一端が前記合流経路の前記第1接続部よりも前記換気ガスの下流側に位置する第2接続部に接続され、水蒸気を含み前記発電器から排出される排ガスを排気する排気経路と、
前記換気経路に設けられ、前記換気ガスの逆流を防止する逆流防止装置と、
前記換気経路のうち前記逆流防止装置よりも上流側に配置された換気装置と、
を備え、
前記合流経路のうち前記第1接続部と前記第2接続部との間の経路は、前記換気ガスの上流から下流にかけて、鉛直上向きに傾斜している構造または鉛直上向きに配置される構造であり、
前記換気経路のうち前記逆流防止装置よりも下流の経路は、液体が前記換気経路の下流側から上流側へ流れることを抑制する特定構造を有する、発電システム。
A generator that generates power using raw fuel;
A merging path connected to the outside,
A ventilation path, one end of which is connected to the first connection portion of the merging path and exhausts ventilation gas including air;
One end is connected to the second connection part located downstream of the ventilation gas with respect to the first connection part of the merging path, and an exhaust path for exhausting exhaust gas containing water vapor and discharged from the generator;
A backflow prevention device that is provided in the ventilation path and prevents backflow of the ventilation gas;
A ventilation device disposed upstream of the backflow prevention device in the ventilation path;
With
The path between the first connection part and the second connection part in the merging path is a structure that is inclined vertically upward or vertically upward from the upstream side to the downstream side of the ventilation gas. ,
The power generation system, wherein a path downstream of the backflow prevention device in the ventilation path has a specific structure that suppresses the flow of liquid from the downstream side to the upstream side of the ventilation path.
一端が前記合流経路の下部の第3接続部に接続され、前記合流経路内の凝縮水を外部に排水する排水経路をさらに備え、
前記第3接続部は、前記第1接続部よりも鉛直方向の下方に配置される、請求項1に記載の発電システム。
One end is connected to the third connection part at the lower part of the merge path, further comprising a drain path for draining the condensed water in the merge path to the outside,
The power generation system according to claim 1, wherein the third connection portion is disposed below the first connection portion in a vertical direction.
前記特定構造は、経路が水平面に対して傾斜している構造、又は、経路内に段差を有している構造、である請求項1又は2に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 1, wherein the specific structure is a structure in which a path is inclined with respect to a horizontal plane or a structure having a step in the path.
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