JP2024027820A - ドレン排水構造および燃料電池装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドレンの排水が正常に行われない場合でも、装置の故障や停止につながるような事態を引き起こすことのない、信頼性に優れた排水構造を提供すること。【解決手段】ドレンが流通する排水流路２５と、配管７０と、を接続する排水継手６０を備える。排水継手６０は、一端側に排水流路２５が内挿される内挿筒部６１を有し、他端側に配管７０が接続される配管接続部６２を有しており、排水流路２５と配管７０とを直接接触させることなく接続する。そして、内挿筒部６１の底面には、排水流路２５の端面よりも外装ケース５０側に排水孔６３が形成されていて、配管７０にゴミが詰まったりした場合でもこの排水孔６３からドレンを排出することができる。これにより、装置内部にドレンが逆流してしまうことが防止されるので、ドレン排出に関わる不具合が装置に悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。【選択図】図２

Description

本発明は、装置内部で発生したドレンを排出するためのドレン排水構造、およびこのドレン排水構造を備える燃料電池装置に関するものである。

水素を含有する燃料ガスと酸素含有ガス（空気）とを用いて発電を行ない、電気を外部に供給する燃料電池装置が知られている。このような燃料電池装置では、発電に伴ってドレンが発生するため、発生したドレンを装置外部に排出する機構を備えている。

例えば特許文献１では、燃料電池モジュールの発電によって排ガスが発生し、排ガスは熱交換器内に導入され、流通する貯湯水との間で熱交換が行われることで冷却される。排ガス中に含まれる水蒸気は凝縮されて凝縮水となり、凝縮水供給管を通って水精製器から改質水タンクに回収される。凝縮水を回収した後の排ガスは、排気管を通って燃焼排ガス用排気口から筐体の外部に排出される。排気管には、熱交換器の下流側から分岐してドレン管路が設けられており、ドレン管路は改質水タンクの水受け部材に連通するように構成されている。水受け部材には、ドレン管路からドレンが流れ込むとともに、改質水タンクからオーバーフローした改質水が流れ込む。

特開２０１９－０５７４３８号公報特開

このような構成において、水受け部材に溜められたドレンは、排水管から筐体の外部に排水されるようになっている。しかしながら、排水管にゴミ等が詰まっていたり、配水管が変形したりすると、ドレンを筐体外に排出することがができなくなってしまう。排水の異常に気づかずに燃料電池装置の運転を継続すると、水受け部材からドレンがあふれ出して装置が異常停止するなどの悪影響を及ぼすことになる。

本発明は、上記課題を解決するためのもので、ドレンの排水が正常に行われない場合でも、装置の故障や停止につながるような事態を引き起こすことのない、信頼性に優れた排水構造を提供することを目的とする。

本発明は、装置内部で発生したドレンが流通する排水流路と、
前記装置を構成する外装ケースの側面に取り付けられ、前記排水流路と前記装置外部の配管とを接続する排水継手と、を備え、
前記排水継手は、一端側に前記排水流路が内挿される内挿筒部を有し、他端側に前記配管が接続される配管接続部を有し、
前記内挿筒部の底面には、前記排水流路の端面より前記外装ケース側に排水孔が形成されているドレン排水構造である。

また、本発明は、ドレン排水構造を備える燃料電池装置である。

上述のように構成することにより、配管の詰まりや変形等で配管からのドレンの排出が困難となっても、排水継手からドレンを排出させることができるので、装置の故障や停止につながるような事態を引き起こすことがなく、信頼性に優れた排水構造となる。

燃料電池装置のシステム構成図である。 本実施形態のドレン排水構造の断面図である。 排水継手の外観斜視図である。 排水継手の内部形状を示す図である。

好適と考える本発明の実施形態を、本発明の作用を示して簡単に説明する。

本発明は、装置内部で発生したドレンが流通する排水流路と、ドレンを装置外部に排出する配管と、を接続する排水継手を備えたドレン排水構造であって、排水継手は、一端側に排水流路が内挿される内挿筒部を有し、他端側に配管が接続される配管接続部を有しており、排水流路と外部の配管とを直接接触させることなく接続する。そして、排水継手の内挿筒部の底面には、排水流路の端面よりも外装ケース側に排水孔が形成されているので、外部配管にゴミが詰まったり、変形したりしてドレンを正常に排出することができなくなったとしても、継手底面の穴からドレンを排出することができる。これにより、装置内部にドレンが逆流してしまうことが防止されるので、ドレン排出に関わる不具合が装置に悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。

また、排水継手は、一端側から他端側に向かって下方に傾斜しているので、排水流路から排出されたドレンを自然に外部の配管に向けて流出させることができる。

また、内挿筒部には、排水流路と内挿筒部の内周面との間に空隙を形成して排水流路を保持する保持部が設けられている。排水流路が排水継手の内面に接触すると、表面張力が働くことで、排水流路から流れ出たドレンがそのまま排水孔から流出してしまうおそれがある。そこで、保持部を設けることで、排水流路が排水継手の内面に接触することを防止する。これにより、正常時には継手の排水孔からドレンが流出せず、確実に外部の配管から排出されるようにすることができる。

また、内挿筒部には、排水流路が下方に傾斜するように向きを補正する補正部が設けられている。これにより、排水流路を通ってきたドレンを確実に排水継手に導くことができる。

また、排水継手には、排水流路の挿入長さを規制する規制部が設けられている。これにより、排水流路の端部が密閉されてしまうことを防止し、ドレンを確実に流出させることができる。

また、内挿筒部の側面には、前記排水流路の端面より前記外装ケース側に空気孔が形成されている。排水継手の底部には排水孔が設けられており、この排水孔から空気が吹き込むおそれがある。しかしながら、排水孔から吹き込んだ風は、この空気孔から抜けるため、吹き込んだ風の圧力で装置内にドレンが戻ることが防止される。

また、ドレン排水構造を燃料電池装置に用いることで、発生したドレンを効率よく装置外に排出することができ、燃料電池装置の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の一実施例を図面により説明する。本開示のドレン排水構造は、内部でドレンが発生する装置であればどのような装置にも適用することができる。以下では、ドレン排水構造を備える装置として燃料電池装置を例に示して説明する。

図１は燃料電池装置のシステム構成図である。燃料電池装置１００は、燃料電池モジュール１を含み、燃料電池モジュール１を作動させるための、第１熱交換器２、蓄熱タンク３、凝縮水タンク４、放熱器５、空気供給装置１４、燃料供給装置１５、改質水供給装置１６等の複数の補機が外装ケース５０内に納められている。外装ケース５０内には上述の装置全てが収められる必要はなく、例えば、第１熱交換器２や蓄熱タンク３を外装ケース５０の外部に設けてもよい。また、上述の装置の一部を省略した燃料電池装置も可能である。

燃料電池モジュール１は、箱状の収納容器１０の内部に、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう燃料電池１１と、燃料電池１１に供給する燃料ガスを生成する改質器１２と、を収容して構成される。

燃料電池１１の構成については特に限定はしないが、例えば、複数の燃料電池セルが配列されてなるセルスタック構造を有していてもよい。セルスタック構造の燃料電池１１は、例えば、各燃料電池セルの下端を、ガラスシール材等の絶縁性接合材を用いて、マニホールドに固定することによって構成される。

改質器１２は、天然ガス、ＬＰガス等の原燃料ガスを水蒸気改質し、燃料電池１１に供給する燃料ガスを生成する。改質器１２には、原燃料ガスを供給する燃料供給装置１５と、改質水を供給する改質水供装置１６が接続されており、原燃料ガスと改質水は加熱された改質器１２で改質反応し、水素を含む燃料ガスが生成される。

燃料電池１１には、改質器１２で生成された燃料ガスと、空気供給装置１４によって導入された空気（酸素含有ガス）が供給される。燃料ガスは、燃料電池セル内を通過するときに酸素含有ガスと反応して発電が行われる。発電に使用されなかった燃料ガスと酸素含有ガスは、燃料電池１１の上部で合流して燃焼する。この燃料ガスの燃焼によって高温の排ガスが生成され、改質器１２はこの熱によって加熱される。このようにして燃料電池モジュール１内で生じた排ガスは、第１熱交換器２に供給される。

第１熱交換器２には配管を介して、蓄熱タンク３、熱媒ポンプＰ１および放熱器５が接続され、第１熱媒循環ラインＨＣ１が形成されている。この第１熱媒循環ラインＨＣ１には熱媒体が導入されており、第１熱交換器２ではこの熱媒体と前述の排ガスとで熱交換が行われて熱媒体が加熱される。熱媒体としては水などを用いることができ、蓄熱タンク３は熱交換により温度が上昇した熱媒体を蓄える。蓄熱タンク３に蓄えられた熱媒体は、放熱器５に送られて冷却され、再び第１熱交換器２で排ガスと熱交換を行った後、蓄熱タンク３に還流する。これにより、蓄熱タンク３には上部から温度の高い熱媒体が蓄えられ温度成層が形成される。

また、第１熱交換器２には、凝縮水回収路２０を介して凝縮水タンク４が接続されている。燃料電池モジュール１で発生した排ガスが熱交換によって冷却されると、排ガス中に含まれる水蒸気がドレンと気体に分離され、分離されたドレンは、凝縮水回収流路２０を通って凝縮水タンク４に回収される。凝縮水タンク４では、イオン交換器（図示せず）などを経て、回収したドレンから不純物を取り除いて純水化する。純水化したドレンは水供給装置１６により改質器１２に供給され、改質水として使用される。一方で、水分が取り除かれた気体は、排気流路２１を通ってから外装ケース５０の外に排出される。

凝縮水タンク４には、排水流路２５が接続されている。凝縮水タンク４からオーバーフローしたドレンは、排水流路２５を通って外装ケース５０の外に排出される。外装ケース５０の側面には排水継手６０が取り付けられており、この排水継手６０によって排水流路２５と燃料電池装置１００の外部の配管７０とが接続される。配管７０は住宅の汚水桝に接続されており、ドレンは配管７０を通って汚水桝に排水される。

改質器１２に原燃料を供給する燃料供給装置１５は、燃料の供給源から繋がる原燃料流路２２上に、第１電磁弁Ｖ１、圧力センサＰＳ、脱硫器ＤＳ、ガス流量計ＦＭ１、燃料ポンプＢ１、第２電磁弁Ｖ２等の補機が設けられている。改質器１２に改質水を供給する改質水供給装置１６は、凝縮水タンク４から繋がる改質水流路２３上に改質水ポンプＰ３等の補機が設けられている。燃料電池モジュール１に酸素含有ガスを供給する空気供給装置１４は、酸素含有ガス流路２４上に、空気流量計ＦＭ２、ブロワＢ２等の補機が設けられている。なお、ここに挙げた補機は一例であって、この他の補機を備える構成としてもよい。

さらに、燃料電池装置１００には、各種機器の動作を制御する制御装置３０が設けられているほか、燃料電池モジュール１にて発電された直流電力を交流電力に変換し、変換された電気の外部負荷への供給量を調整するための供給電力調整部（パワーコンディショナ）４０を備えている。

また、燃料電池装置１００は、第２熱交換器６、蓄熱タンク３から熱媒を循環させる与熱ポンプＰ２およびこれらを繋ぐ配管を含む第２熱媒循環ラインＨＣ２を備えていてもよい。第２熱媒循環ラインＨＣ２では、外部から供給流路２６を介して供給された水道水を、蓄熱タンク３に貯留された高温の熱媒体を用いて第２熱交換器６で加温する。加温された水を外部の給湯器等の再加熱装置に向けて送給流路２７を介して送給することができる。燃料電池装置１００は、外部への温水供給を行わない、いわゆるモノジェネレーションシステムであってもよい。

図２は、本実施形態のドレン排水構造の断面図であり、図３は、排水継手の外観斜視図であり、図４は、排水継手の内部形状を示す図である。排水継手６０は、外装ケース５０の側面にネジ等によって取り付けられており、燃料電池装置１００の内部から延びる排水流路２５と、燃料電池装置１００の外部の配管７０とを接続する。排水流路２５は、樹脂製の固定部材５１によって外装ケース５０に固定されている。

排水継手６０の一端６０ａ側には排水流路２５が接続され、他端６０ｂ側には配管７０が接続される。本実施形態の排水継手６０は、外径の異なる筒状部を複数連ねた形状に成型され、大径の内挿筒部６１と小径の配管接続部６２を有しており、内挿筒部６１の内側に排水流路２５が挿入され、配管接続部６２の外側に配管７０が接続される。配管接続部６２は、筒状部の外周にネジ山を形成した雄ネジを有し、配管に設けられた雌ネジと接続することができる。なお、排水継手６０は、排水流路２５と配管７０とを直接接触させないように設けられていればよく、配管接続部６２の径を大きくして内部に配管７０を挿入してもよい。

排水継手６０は、一端６０ａ側から他端６０ｂ側に向かって下方に傾斜している。排水流路２５を流れてきたドレンは排水継手６０に滴下し、配管接続部６２を介して配管７０に流入して外部に排水される。

内挿筒部６１の底面には、排水孔６３が設けられている。この排水孔６３は、図２に示すように、排水流路２５の端面２５ａよりも外装ケース５０側に設けられている。配管７０にゴミが詰まったり、変形したりしてドレンを正常に排出することができなくなった場合には、この排水孔６３からドレンを排出させることができる。これにより、装置内部にドレンが逆流してしまうことが防止されるので、ドレン排出に関わる不具合が装置に悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。また、排水孔６３からドレンが流れていることを発見したときは、配管７０に異常がないかを確認して、異常の原因を取り除くことで正常な状態に戻すことができる。

排水孔６３は、四角形であり排水継手６０の一端６０ａまで延びている。孔形状については、円形、楕円形など、種々の形状を採用することができる。また、孔は複数設けてもよい。

さらに排水継手６０は、排水孔６３から下方に延びる側壁６４を備えている。側壁６４はＲ部６４ａを有し、このＲ部６４ａが最も低い位置となるように配設されていて、排水孔６３から流出したドレンは、側壁６４を伝ってＲ部６４ａの先端から滴り落ちるようになっている。これにより、ドレンが外装ケース５０を汚損してしまうことが抑制される。また、この側壁６４は、排水孔６３から風が吹き込むことを抑制する防風壁の役割も兼ねる。

図２および図４に示すように、排水継手６０の内側には、内周面から突出する複数のリブ６５１、６５２、６５３が形成されている。

リブ６５１は、排水流路２５が排水継手６０の内面に接触しないように排水流路２５を保持する保持部である。排水流路２５の底部が排水継手６０の内面に接触すると、表面張力が働くことで、配管７０に異常がないにもかかわらず排水孔６３からドレンが流出してしまうおそれがある。したがって、これを防止するため、保持部６５１を設けて排水流路２５が排水継手６０の内面に接触することを防止している。保持部６５１は、内挿筒部６１において排水流路２５の下部に設けられていて、この保持部６５１によって排水流路２５と内挿筒部６１の内周面との間に空隙が形成される。

リブ６５２は、排水流路２５が下方に傾斜するように向きを補正する補正部である。補正部６５２は、内挿筒部６１において、排水流路２５の上部に設けられている。内挿筒部６１に挿入された排水流路２５は、この補正部６５２に当接することでその端部が下方に向けられる。これにより、排水流路２５を通ってきたドレンを確実に排水継手６０に導くことができる。

リブ６５３は、排水流路２５の挿入長さを規制する規制部である。規制部６５３は配管接続部６２に設けられている。内挿筒部６１に挿入された排水流路２５の端面２５ａが密閉されてしまうことを防止し、ドレンを確実に流出させることができる。本実施形態では、規制部６５３は配管接続部６２に設けられているが、内挿筒部６１に設けてもよい。

内挿筒部６１の側面には、空気孔６６が形成されている。排水継手６０の底部には排水孔６３が設けられていて、この排水孔６３から空気が吹き込んだ場合に、その風圧によりドレンが装置内部に押し戻されてしまうおそれがある。これを回避するために空気孔６６を設けている。つまり、排水孔６３から吹き込んだ風をこの空気孔６６から逃がすことができるため、風圧で装置内にドレンが押し戻されることが防止される。また、空気孔６６は排水流路２５の端面２５ａより外装ケース５０側に設けるのがよい。これにより、排水孔６３から吹き込んだ空気が側面の空気孔６６を通って抜ける際に、ドレンの排出を邪魔しない。

さらに排水継手６０の両側面には、格子状のリブからなる平面部６７が設けられている。排水継手６０を工具で挟んで抑える際に、この平面部６７を工具で挟み込むことで、配管７０の取付作業を容易に行うことができる。

１ 燃料電池モジュール
１１ 燃料電池
２５ 排水流路
５０ 外装ケース
６０ 排水継手
６１ 内挿筒部
６２ 配管接続部
６３ 排水孔
６５１ 保持部
６５２ 補正部
６５３ 規制部
６６ 空気孔
７０ 配管

Claims (7)

1. 装置内部で発生したドレンが流通する排水流路と、
   前記装置を構成する外装ケースの側面に取り付けられ、前記排水流路と前記装置外部の配管とを接続する排水継手と、を備え、
   前記排水継手は、一端側に前記排水流路が内挿される内挿筒部を有し、他端側に前記配管が接続される配管接続部を有し、
   前記内挿筒部の底面には、前記排水流路の端面より前記外装ケース側に排水孔が形成されているドレン排水構造。
2. 前記排水継手は、前記一端側から前記他端側に向かって下方に傾斜している請求項１記載のドレン排水構造。
3. 前記内挿筒部には、前記排水流路と前記内挿筒部の内周面との間に空隙を形成して前記排水流路を保持する保持部が設けられている請求項２記載のドレン排水構造。
4. 前記内挿筒部には、前記排水流路が下方に傾斜するように向きを補正する補正部が設けられている請求項３記載のドレン排水構造。
5. 前記排水継手には、前記排水流路の挿入長さを規制する規制部が設けられている請求項４記載のドレン排水構造。
6. 前記内挿筒部の側面には、前記排水流路の端面より前記外装ケース側に空気孔が形成されている請求項５記載のドレン排水構造。
7. 燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう燃料電池を備えてなる燃料電池モジュールと、
   請求項１から６のいずれかに記載のドレンの排水構造と、を備える燃料電池装置。

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