JP4026360B2 - 燃料電池発電システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は滞留した水を吐出させるドレイン排水部を有する燃料電池発電システムの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池発電システムが注目されている。燃料電池発電システムは、燃料ガスと酸化剤である酸素含有ガス（一般的には空気）とを用いて発電する燃料電池と、燃料を燃料電池に供給する燃料供給通路と、酸素含有ガスを燃料電池に供給する酸化剤供給通路とを有する。このような燃料電池発電システムの各経路では、水が滞留することがある。殊に、燃料電池発電システムの性能を高めるために、酸素含有ガスは加湿されていることが多い。電解質膜の過剰乾燥は、発電性能の確保に好ましくないためである。燃料ガスも改質反応により水蒸気を含むことが多い。このため燃料電池発電システムの各経路においては、水が滞留することが多い。滞留した水は、酸素含有ガスや燃料ガスの流路面積を小さくするおそれがある。この場合、燃料電池発電システムの性能向上には好ましくない。そこで各経路にドレイン排水部を適宜設け、ドレイン排水部から水を外部に排出する技術が開発されている。
【０００３】
特開平８−１９５２１５号公報には、水が溜まる通路の下方に向けて直列に配置された複数のタンクと、タンク内の水位を検知する水位センサと、タンク内を開閉する開閉電磁バルブとを備えている燃料電池発電システムが開示されている。水がタンク内に溜まると、タンク内の水位が所定水位となったことを水位センサが検知したら、電磁バルブを開放させて水を排出させる。
【０００４】
また特開平５−２５１１０７号公報には、燃料電池の入口側のマニホルドと出口側配管とを、内径の小さな排水管でつなぎ、燃料電池の入口側のマニホルドに滞留する滞留水を排水管を経て出口側配管に排出させる燃料電池発電システムが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平８−１９５２１５号公報に係る技術によれば、水位センサ、開閉電磁バルブを必要とし、コスト的に不利である。特開平５−２５１１０７号公報に係る技術によれば、入口側のマニホルドの滞留水を排水管を経て出口側配管に排出させ得るものの、排水管は水で常にシールされるものではなく、従って入口側のマニホルドと出口側配管とが連通されている関係上、燃料電池の反応ガスが排水管を経て漏れることになり、反応ガスの利用効率が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、コストの低減を図りつつ、ドレイン排水部におけるシール性を確保すると共に、ドレイン排水部に溜まった水を吐出できる熱料電池発電システムを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る燃料電池発電システムは、燃料及び酸化剤に基づいて発電する燃料電池と、燃料を燃料電池に供給する燃料供給通路と、酸化剤を前記燃料電池に供給する酸化剤供給通路と、燃料電池発電システムに設けられ水を凝縮させる凝縮部と、凝縮部に設けられ凝縮部の水を排水するドレイン排水部と、燃料電池に装備されているマニホルドに設けられマニホルドの水を排水するドレイン排水部と、凝縮部のドレイン排水部およびマニホルドのドレイン排水部のうちの少なくとも一方に接続されドレイン排水部の水を吐出させる排水シール手段とを具備する燃料電池発電システムにおいて、
排水シール手段は、筒形状をなしており、
高さ方向に延設されシール用の水が溜まる第１集水通路と、第１集水通路に連通するように高さ方向に延設されシール用の水が溜まる第２集水通路と、第１集水通路および第２集水通路が互いに隣接するように且つ第１集水通路の底部と前記第２集水通路の底部とが連通するように第１集水通路および第２集水通路を仕切る仕切壁と、第１集水通路に連通すると共にドレイン排水部における水を受けて第１集水通路に流す受水口と、前記第２集水通路に連通すると共に第２集水通路内の水を吐出可能な吐水口と、ドレイン排水部側の圧力が過剰に増加したときにおいて吐水口からの水の過剰吐出を抑制する過剰吐出抑制手段とを有しており、
吐水口は大気に連通しており、受水口からの受水量が増加すると、吐水口から水を吐出させることを特徴とするものである。
【０００８】
燃料電池発電システムではドレイン排水部に水が流れる。ドレイン排水部に流れた水は、受水口から第１集水通路に流れ、第１集水通路及び第２集水通路に溜まる。第１集水通路及び第２集水通路における水量が増加すると、吐水口から吐出される。第１集水通路及び第２集水通路は、当該通路に貯められた水でシールされているため、ドレイン排水部から気体が漏れることは抑えられる。ドレイン排水部側の圧力が過剰に増加したとき、過剰吐出抑制手段により、吐水口からの水の過剰吐出が抑制される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（１）本発明に係る燃料電池発電システムによれば、燃料電池発電システムにおけるドレイン排水部に接続された排水シール手段が設けられている。排水シール手段はドレイン排水部の水を吐出させるものである。排水シール手段は、高さ方向に延設された第１集水通路と、第１集水通路に連通するように高さ方向に延設された第２集水通路と、第１集水通路に連通すると共にドレイン排水部における水を受けて第１集水通路に流す受水口と、第２集水通路に連通すると共に第２集水通路内の水を吐出可能な吐水口とをもつ。
【００１０】
燃料電池発電システムにおけるドレイン排水部としては、水が溜まる部位であれば、どこに設けても良い。凝縮部のドレイン排水部、燃料電池に装備されているマニホルドのドレイン排水部等とする。
【００１１】
排水シール手段は、前記ドレイン排水部側の圧力が過剰に増加したときにおいて前記吐水口からの水の過剰吐出を抑制する過剰吐出抑制手段を有する。過剰吐出抑制手段として、第１集水通路及び第２集水通路のうちの少なくとも一方に設けられた絞り孔を採用することができる。絞り孔は複数個設けることができる。この場合、水の流れにそって直列に設けても良いし、並列に設けても良い。
【００１２】
第１集水通路の受水口及びドレイン排水部はそれぞれ複数設けられている実施形態を採用することができる。この場合、各受水口は複数のドレイン排水部にそれぞれ接続されている。また燃料電池から排出された発電後のオフガスが流れる凝縮部が設けられていることが好ましい。この場合、前記したドレイン排水部として、凝縮部のドレイン排水部を用いることができる。
【００１３】
燃料電池は、これの酸化剤極（空気極）に酸化剤（酸素含有ガス、一般的には空気）を供給するマニホルド、及び、これの燃料極に燃料を供給するマニホルドを有することが好ましい。ドレイン排水部としては、酸化剤極のマニホルド及び燃料極のマニホルドのうちの少なくとも一方のドレイン排水部を用いることができる。更に燃料電池発電システムに各種の熱交換部が設けられている場合には、各熱交換部に設けられたドレイン排水部を用いても良い。
【００１４】
（２）本発明に係る燃料電池発電システムは、燃料電池、改質部、燃焼部、原料水供給通路、燃焼部、凝縮部を有することが好ましい。燃料電池は燃料及び酸化剤ガスに基づいて発電するものであり、電池セルを積層した方式を例示できる。代表的な燃料としてはガス状、液体状の燃料を採用でき、炭化水素系等の燃料ガスが挙げられる。燃料ガスとしては、メタン、プロパン、ブタン等の少なくとも１種を主要成分とするガスを用いることができ、天然ガス、メタノール、ガソリン、バイオガスを例示することができる。燃料としては、燃料を改質した改質ガスである水素含有ガスを用いることができる。酸化剤としては空気などの酸素含有ガスを用いることができる。燃料電池は業務用、家庭用、定置用、車載用、固定式、可動式を問わない。蒸発部は、燃料と反応して改質ガスとしての水素含有ガスを生成する水蒸気を生成するために原料水を蒸発させるものである。原料水供給通路は、水源の原料水を蒸発部に供給するものであり、水源と蒸発部とを接続する。原料水は水蒸気を生成するための原料として機能する水であり、純度が高いものが好ましく、純水を例示できる。燃焼部は、燃料供給通路から供給された燃料を燃焼させるものであり、改質部で改質ガスを生成する熱源として用いることができる。凝縮部は、燃料電池から排出された発電後のオフガス（燃料極のオフガス、酸化剤極つまり空気極のオフガス）に含まれている水分を凝縮によりオフガスから低減させるものである。
【００１５】
【実施例】
（全体構成）以下、本発明の第１実施例の全体構成について説明する。図１は定置形の燃料電池発電システムの概念図を示す。まず全体構成から説明する。本実施例に係る燃料電池発電システムは、図１に示すように、燃料としての燃料ガスと水蒸気とで改質反応を生じさせて発電に適する水素含有ガスを生成する改質部１と、水素含有ガスを生成する水蒸気を生成するために原料水を蒸発させる蒸発部２と、改質部１に熱交換部３を経て燃料ガスを供給する燃料ガス供給通路（燃料供給通路）４と、改質部１で生成された水素含有ガスに含まれている一酸化炭素を除去するＣＯ除去部５と、給水源としての水道管に接続された水源６（例えば水タンク）と、水源６と蒸発部２とを接続し水源６の原料水を蒸発部２に供給する原料水供給通路７とを有する。燃料ガスから発電に適する水素含有ガスを生成する改質系は、改質部１、蒸発部２、後述する燃焼部１３で構成される。燃焼部１３の熱は改質部１に伝達される。ＣＯ除去部５は、シフト反応により一酸化炭素を低減させるＣＯシフト部と、空気を用いて一酸化炭素を低減させるＣＯ選択酸化部とを有するが、これらに限定されるものではない。
【００１６】
本実施例に係る燃料電池発電システムは、図１に示すように、酸素含有ガスとしての空気（酸化剤、酸化剤ガス）と水素含有ガスとで発電する燃料電池８と、改質部１で生成された水素含有ガスを弁９ａを経て燃料電池８に供給する水素供給通路９（燃料供給通路）と、燃料電池８から排出された発電後の燃料極のオフガスを弁１０ａ、燃料極側の凝縮部１０、弁１０ｃを経て流す燃料オフガス通路１２と、燃料オフガス通路１２に接続され燃料電池８の燃料極のオフガスを燃焼させる燃焼部１３と、燃料ガス供給通路４と燃焼部１３とを分岐部４ｍを介して接続すると共に燃料ガスを燃焼のために燃焼部１３に供給する燃焼部連通路１４と、燃料オフガス通路１２において燃焼部１３と燃料電池８との間に位置するように設けられた燃料極側の凝縮部１０と、酸素含有ガスとしての発電用の空気を燃料電池８に供給する空気供給通路（酸化剤供給通路）１６と、燃料電池８から排出された発電後の空気のオフガスを流して排出させる空気オフガス通路（酸化剤オフガス通路）１８と、空気オフガス通路１８に設けられた加湿部２０とを有する。燃料電池８は高分子電解質型であり、プロトン伝導性高分子膜を電解質として用いたセルを複数積層したスタックで構成されている。
【００１７】
図１に示すように、燃焼部連通路１４には、燃料ガスを燃焼部１３に向けて搬送するポンプ１４ｐが設けられている。燃料ガス供給通路４から供給された燃料ガスは、燃焼部連通路１４を経て燃焼部１３に供給されて燃焼部１３で燃焼されるため、燃焼部１３が高温となる。よって、改質部１の温度を改質反応に適するように温度領域に維持することができ、ひいては改質系において水素含有ガスを効果的に発生させる。
【００１８】
燃料ガス供給通路４の上流端は燃料ガス源１５（都市ガスの配管）に接続されており、メタン、プロパン、ブタン等の少なくとも１種を主要成分とする燃料ガスを供給する。燃料ガス供給通路４には、２個並設された弁２７，２８からなる二連弁２９，燃料ガス搬送用のポンプ４ｐ、脱硫部４ａ、弁４ｂ、合流部４ｃが設けられている。合流部４ｃは、燃料ガス供給通路４からの燃料ガスと蒸発部２で蒸発された水蒸気とを混合し、熱交換部３を介して改質部１に供給する。
【００１９】
図１に示すように、空気供給通路１６には空気清浄化用のフィルタ１６ａ、空気搬送用のファン１６ｂ、空気加湿用の加湿部２０が設けられている。加湿部２０は、燃料電池８に供給する酸素含有ガスである空気を加湿する。燃料電池８の電解質膜が過剰に乾燥されると、燃料電池８の発電効率が低下するためである。原料水供給通路７には、原料水浄化用のフィルタ７ａ、弁７ｂ、弁７ｃ、原料水の浄化度を高める水精製装置７ｄ、水源６、原料水搬送用のポンプ７ｆ、開閉制御弁７ｈが設けられている。
【００２０】
図１に示すように、燃料電池８の熱を奪う冷却水が流れる電池冷却通路２２には、ポンプ２２ｐ、熱交換部２３が設けられている。燃料電池発電システム全体で発生する熱を奪って湯として貯留する貯湯部２６が設けられている。貯湯部２６の吐出口２６ｉから延設された熱交換通路３１には、冷却水搬送用のポンプ３１ｐ、燃料側の凝縮部１０が設けられており、更に適宜の部位に図略の複数の熱交換部が設けられている。従って貯湯部２６から熱交換通路３１を流れた冷却水は、燃料側の凝縮部１０を経て、更に適宜の部位に設けた図略の複数の熱交換部を流れ、熱交換により加熱され、熱交換部２３を経て、貯湯部２６の吸入口２６ｏに帰還する。このため、貯湯部２６に貯留されている冷却水は熱を帯び、湯となる。貯湯部２６の冷却水である湯は、他の用途への給湯源として利用できる。貯湯部２６には給水源である水道から水が補給通路２６ｋを経て補給される。
【００２１】
（要部構成）さて図２は要部構成を示す。図２に示すように、燃料電池発電システムの構成要素である空気側の凝縮部６０が空気オフガス通路１８に設けられている。燃料電池８から排出され空気オフガス通路１８を流れる空気のオフガスは、水分と共に熱を有する。熱の有効利用を図るため、空気オフガス通路１８を流れる空気のオフガスは、凝縮部６０の冷却通路６０ｘを流れる冷却水と凝縮部６０において熱交換される。このとき凝縮部６０の室６０ｍで結露が生じ、室６０ｍで水が生成される。生成水は室６０ｍの流路面積を制限するおそれがある。このため凝縮部６０の底部にはドレイン排水部６１が設けられている。ドレイン排水部６１の下方には、ドレイン排水部６１に溜まった水を吐出させる排水シール手段７０が設けられている。排水シール手段７０は、高さ方向に延設された第１集水通路７１と、第１集水通路７１の底部に連通するように高さ方向に延設された第２集水通路７２と、第１集水通路７１の上部に連通すると共に水を受けて第１集水通路７１に流す受水口７３と、第２集水通路７２の上部に連通すると共に第２集水通路７２内の水を吐出可能な吐水口７４とをもつ。吐水口７４は吐出通路７９を経て生成水収集タンク８０（貯水部）に接続されている。生成水収集タンク８０は大気に連通する。
【００２２】
図２に示すように、燃料電池発電システムの構成要素である燃料電池８の空気極側のマニホルド８ｆには、ドレイン排水部６１Ｂが設けられている。ドレイン排水部６１Ｂの下方には、ドレイン排水部６１Ｂの水を吐出させる排水シール手段７０Ｂが設けられている。排水シール手段７０及び排水シール手段７０Ｂは互いに独立している。排水シール手段７０Ｂは、排水シール手段７０と同様の構造であり、高さ方向に延設された第１集水通路７１Ｂと、第１集水通路７１Ｂの底部に連通するように高さ方向に延設された第２集水通路７２Ｂと、第１集水通路７１Ｂの上部に連通すると共に水を受けて第１集水通路７１Ｂに流す受水口７３Ｂと、第２集水通路７２Ｂの上部に連通すると共に第２集水通路７２Ｂ内の水を吐出可能な吐水口７４Ｂとをもつ。吐水口７４Ｂは吐出通路７９を経て生成水収集タンク８０に接続されている。
【００２３】
ところで燃料電池発電システムの運転時には、燃料電池に供給される空気は、発電出力を高めるため、加湿部２０で予熱及び加湿されている。このため燃料電池８の運転が継続されると、凝縮部６０内で生成した水がドレイン排水部６１に次第に溜まる。凝縮部６０のドレイン排水部６１に溜まった水は、受水口７３から第１集水通路７１に流れるため、排水シール手段７０の第１集水通路７１及び第２集水通路７２に次第に溜まる。運転時には凝縮部６０の室６０ｍの内圧は、配管の圧損により外気よりもやや高い。故に第１集水通路７１の水位は、一般的には、第２集水通路７２の水位よりもやや低い。
【００２４】
受水口７３からの受水量が増加すると、第１集水通路７１の水位及び第２集水通路７２の水位が上昇する。第２集水通路７２の水位が吐水口７４の高さ位置に至ると、第２集水通路７２に集水されていた水は吐水口７４から吐出され、生成水収集タンク８０に移し替えられる。このようにして凝縮部６０の室６０ｍに溜まった水を生成水収集タンク８０に自動的に吐出することができる。ここで排水シール手段７０の第１集水通路７１及び第２集水通路７２は、当該通路７１，７２に貯められた水でシールされているため、凝縮部６０の室６０ｍの空気が生成水収集タンク８０側に漏れることは抑えられる。故に本実施例によれば、凝縮部６０のドレイン排水部６１におけるシール性を確保しつつ、ドレイン排水部６１に溜まった水を良好に吐出することができ、凝縮部６０の室６０ｍ等の流路を狭めることを防止することができ、空気の円滑流れに有利である。
【００２５】
燃料電池８の運転が継続すると、燃料電池８の空気極側のマニホルド８ｆのドレイン排水部６１Ｂにも水が次第に溜まる。ドレイン排水部６１Ｂに溜まった水は、第２排水シール手段７０Ｂの受水口７３Ｂから第１集水通路７１Ｂに流れるため、排水シール手段７０Ｂの第１集水通路７１Ｂ及び第２集水通路７２Ｂに溜まる。第１集水通路７１Ｂ及び第２集水通路７２Ｂにおける水量が次第に増加すると、前述同様に、第２集水通路７２Ｂの水は吐水口７４Ｂから吐出され、生成水収集タンク８０に移し替えられる。このようにして燃料電池８の空気極側のマニホルド８ｆのドレイン排水部６１Ｂに溜まった水を生成水収集タンク８０に吐出することができる。ここで排水シール手段７０Ｂの第１集水通路７１Ｂ及び第２集水通路７２Ｂは、当該通路７１Ｂ，７２Ｂに貯められた水でシールされているため、空気極側のドレイン排水部６１Ｂからの空気が生成水収集タンク８０側に漏れることは抑えられる。故に、燃料電池８の空気極側のマニホルド８ｆのドレイン排水部６１Ｂにおけるシール性を確保しつつ、ドレイン排水部６１Ｂに溜まった水を良好に吐出することができ、燃料電池８の空気極側のマニホルド８ｆの流路を狭めることを防止することができる。
【００２６】
燃料電池８に供給する空気の圧力は燃料電池発電システムの用途及び種類によって多少相違するものの、一般的には、０．５〜１０ＫＰａ、殊に１〜３ＫＰａ程度である。このため９．８Ｐａ≒１ｍｍＨ２Ｏとすると、水柱に換算したとき、１ＫＰａ≒１０２ｍｍＨ２Ｏ≒１０ｃｍＨ２Ｏのため、水柱の高さとしてはコンパクトで済む利点が得られる。しかも高価な開閉電磁バルブを設けずとも良く、コスト低廉にも有利である。
【００２７】
なお、運転開始直後から排水シール手段７０，７０Ｂにおけるシール性を良好に維持させるためには、排水シール手段７０の第１集水通路７１及び第２集水通路７２に水を予め供給しておくと共に、排水シール手段７０Ｂの第１集水通路７１Ｂ及び第２集水通路７２Ｂに水を予め供給しておくが好ましい。
【００２８】
（他の概念構成）
以下述べる他の概念構成は基本的には前記したが概念構成と同様の構成であり、基本的には同様の作用効果を奏する。以下相違する部分を中心として説明する。同一機能を奏する部位には同一の符号を付する。
【００２９】
図３は他の概念構成を示す。図３に示すように、燃料電池発電システムの構成要素である燃料電池８の燃料極側のマニホルド８ｋの底部には、ドレイン排水部６１Ｃが設けられている。ドレイン排水部６１Ｃの下方には、ドレイン排水部６１Ｃの水を吐出させる排水シール手段７０Ｃが設けられている。ドレイン排水部６１Ｃに溜まった水は、排水シール手段７０Ｃの受水口７３Ｃから第１集水通路７１Ｃに流れるため、排水シール手段７０Ｃの第１集水通路７１Ｃ及び第２集水通路７２Ｃに溜まる。第１集水通路７１Ｃ及び第２集水通路７２Ｃにおける水量が次第に増加すると、第２集水通路７２Ｃに集水された水は吐水口７４Ｃから吐出され、生成水収集タンク８０に移し替えられる。
【００３０】
更に図３に示すように、燃料電池発電システムの構成要素である燃料極側の凝縮部１０の底部に、ドレイン排水部６１Ｄが設けられている。ドレイン排水部６１Ｄの下方には、ドレイン排水部６１Ｄの水を吐出させる排水シール手段７０Ｄが設けられている。ドレイン排水部６１Ｄに溜まった水は、排水シール手段７０Ｄの受水口７３Ｄから第１集水通路７１Ｄに流れるため、排水シール手段７０Ｄの第１集水通路７１Ｄ及び第２集水通路７２Ｄに溜まる。第１集水通路７１Ｄ及び第２集水通路７２Ｄにおける水量が次第に増加すると、第２集水通路７２Ｄに集水された水は吐水口７４Ｄから吐出され、生成水収集タンク８０に移し替えられる。
【００３１】
図４は実施例を示す。本実施例によれば、図４に示すように、排水シール手段７０は縦長の円筒形状または縦長の角筒形状をなしており、高さ方向に延設された縦長の第１集水通路７１と、縦長の第１集水通路７１の底部に連通路７１ｅを介して連通するように高さ方向に延設された第２集水通路７２と、第１集水通路７１の上部に連通すると共にドレイン排水部６１の水を受けて第１集水通路７１に流す縦向きの受水口７３と、第２集水通路７２の上部に連通すると共に第２集水通路７２内の水を吐出可能な横向きの吐水口７４とをもつ。縦長とは、高さ寸法が幅寸法、径寸法よりも大きい意味である。第１集水通路７１及び第２集水通路７２は互いに隣接しており、仕切壁７１ｗにより仕切られているものの、一体化されている。第１集水通路７１及び第２集水通路７２は、図４に示すように、高さ方向において同じ位置に配置されており、底部同士が連通している。
【００３２】
第２集水通路７２内には複数の仕切壁７２ｍが所定の間隔で複数設けられており、各仕切壁７２ｍには、オリフィスなどの絞り孔７２ｘ，７２ｙ，７２ｚが過剰吐出抑制手段として設けられている。絞り孔７２ｘ，７２ｙ，７２ｚは第２集水通路７２の長さ方向に沿って、つまり水の流れ方向にそって直列に３個形成されている。
【００３３】
燃料電池発電システムの運転状況によっては、凝縮部６０の室６０ｍの圧力が変動することがある。凝縮部６０の室６０ｍの圧力が変動したときには、変動量の如何によっては、第２集水通路７２の水位上昇に伴い水が吐水口７４から過剰漏出されてしまうおそれがある。この場合、排水シール手段７０における必要水量が確保されず、排水シール手段７０におけるシール性を確保するのに好ましくない。この点本実施例によれば、第２集水通路７２の通過流量を絞る絞り孔７２ｘ，７２ｙ，７２ｚが形成されているため、凝縮部６０の室６０ｍの圧力が変動するときであっても、第２集水通路７２に集水されている水の液面の昇降変動を抑えることができ、ひいては第２集水通路７２の水が吐水口７４から過剰漏出されてしまうことを抑えることができる。故に排水シール手段７０における必要水量を確保するのに有利であり、排水シール手段７０におけるシール性を確保するのに有利である。なお、絞り孔７２ｘ，７２ｙ，７２ｚの数は３個に限定されず、１個でも、２個でも、４個でも良い。絞り孔７２ｘ，７２ｙ，７２ｚの絞り径は適宜選択できる。複数の絞り孔７２ｘ，７２ｙ，７２ｚにおいて、各絞り径は同一でも良いし、異径でも良い。水路の下流に向かうにつれて、絞り孔７２ｘ，７２ｙ，７２ｚの絞り径を小さくしても良い。
【００３４】
図５は第２実施例を示す。本実施例によれば図５に示すように、排水シール手段７０Ｆの第１集水通路７１の上部には複数の受水口７３ｒ，７３ｓ，７３ｔ，７３ｕ，７３ｖが設けられている。各受水口７３ｒ，７３ｓ，７３ｔ，７３ｕ，７３ｖは、燃料電池発電システムの複数の各種のドレイン排水部にそれぞれ個別に接続されている。排水シール手段７０は各ドレイン排水部に共通するものである。
【００３５】
図６は第３実施例を示す。本実施例によれば図６に示すように、排水シール手段７０Ｈの第１集水通路７１の流路面積よりも、第２集水通路７２の流路面積は大きくされている。凝縮部６０の室６０ｍの圧力が変動したときであっても、第１集水通路７１の水位の変動よりも、第２集水通路７２の水位の変動は抑制され、第２集水通路７２の水の過剰漏出は抑制される。また図７に示す第４実施例のように、排水シール手段７０Ｋの第１集水通路７１の流路面積を、第２集水通路７２の流路面積よりも大きくしても良い。第１集水通路７１における貯水性が確保される。
【００３６】
図８は第５実施例を示す。本実施例によれば図８に示すように、排水シール手段７０Ｌには、排水シール手段７０の通路に連通する補給室８８が大気連通孔と共に形成されている。第１集水通路７１に集水された水は補給室８８にも流入するため、補給室８８に予備的に貯水することができる。燃料電池発電システムの運転状況によってドレイン排水部６１の圧力が変動し、第２集水通路７２の水が吐水口７４から過剰漏出されるときであっても、補給室８８に溜まっていた水を速やかに第１集水通路７１、第２集水通路７２に補給することができ、排水シール手段７０におけるシール性を確保するのに有利である。補給室８８としては、燃料電池発電システムのうちの適宜の貯水部位に連通して、そこから給水されることにしても良い。
【００３７】
（その他）
本発明は燃料電池発電システムは上記した図１に示す配管系統を有する実施例に限定されるものではない。上記した実施例では燃料ガス源１５は都市ガスの配管であるが、これに限らず、燃料ガスを装填したガスタンクでも良い。上記した実施例は定置用の燃料電池発電システムに適用しているが、これに限らず、車両に搭載される燃料電池発電システムに適用しても良い。この場合、排水シール手段７０の高さ寸法を、ガス圧力に対応させることが好ましい。上記した実施例は高分子電解質形の膜を有する燃料電池発電システムに適用しているが、これに限られるものではない。燃料として燃料ガス（都市ガス等）を用いているが、これに限られるものではない。酸化剤である酸素含有ガスとして空気を用いているが、これに限られるものではない。図４に示す排水シール手段７０は円筒形状または角筒形状をなしているが、これに限定されるものではない。その他、本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
【００３８】
上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
（付記項１）各請求項または各付記項において、前記燃料電池の酸化剤極及び燃料極の少なくとも一方から排出された発電後のオフガスと冷却系統の冷却液とを熱交換させることにより前記オフガスの水分を低減させる凝縮部が設けられており、前記ドレイン排水部は、前記凝縮部のドレイン排水部であることを特徴とする燃料電池発電システム。凝縮部のドレイン排水部の排水に対処できる。
（付記項２）各請求項または各付記項において、前記燃料電池は、これの酸化剤極に酸化剤を供給するマニホルド、及び、これの燃料極に燃料を供給するマニホルドを有し、前記ドレイン排水部は、酸化剤極側のマニホルド及び燃料極側のマニホルドのうちの少なくとも一方のドレイン排水部であることを特徴とする燃料電池発電システム。燃料電池のマニホルドのドレイン排水部の排水に対処できる。
（付記項３）燃料及び酸化剤に基づいて発電する燃料電池と、燃料を前記燃料電池に供給する燃料供給通路と、酸化剤を前記燃料電池に供給する酸化剤供給通路と、燃料電池発電システムに設けられたドレイン排水部と、前記ドレイン排水部に接続され前記ドレイン排水部の水を吐出させる前記排水シール手段とを具備する燃料電池発電システムにおいて、
前記排水シール手段は、高さ方向に延設された第１集水通路と、前記第１集水通路に連通するように高さ方向に延設された第２集水通路と、前記第１集水通路に連通すると共に前記ドレイン排水部における水を受けて前記第１集水通路に流す受水口と、前記第２集水通路に連通すると共に前記第２集水通路内の水を吐出可能な吐水口とを有することを特徴とする燃料電池発電システム。
（付記項４）各請求項または各付記項において、排水シール手段は縦長の筒形状に形成されていることを特徴とする燃料電池発電システム。水が少ないときでも、第１集水通路及び第２集水通路におけるシール性が確保される。ドレイン排水部におけるシール性を確保しつつ、燃料電池発電システムにおけるドレイン排水部に溜まった水を吐出することができる。
（付記項５）付記項３において、排水シール手段は、それぞれがドレイン排水部につながる複数の受水口をもつことを特徴とする燃料電池発電システム。排水シール手段を共通化できる。
（付記項６）各請求項または各付記項において、第１集水通路及び第２集水通路は底部同士が連通していることを特徴とする燃料電池発電システム。第１集水通路及び第２集水通路に溜まった水が少ないときでも、第１集水通路及び第２集水通路におけるシール性が確保される。第１集水通路及び第２集水通路の高さ寸法の過剰化を抑制できる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池発電システムによれば、ドレイン排水部の水は、受水口から第１集水通路に流れるため、第１集水通路及び第２集水通路に溜まる。受水口からの受水量が増加すると、吐水口から吐出される。即ち、ドレイン排水部に溜まった水を吐出することができる。また第１集水通路及び第２集水通路は、当該通路に貯められた水でシールされているため、ドレイン排水部からの気体が漏れることは抑えられる。故に、ドレイン排水部におけるシール性を確保しつつ、燃料電池発電システムにおけるドレイン排水部に溜まった水を吐出することができ、流路を狭めることを防止することができる。ドレイン排水部側の圧力が過剰に増加したとき、過剰吐出抑制手段により、吐水口からの水の過剰吐出が抑制される。更に電磁バルブの開放により水を排出させる方式とは異なり、電力低減の面でも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池発電システムの概念図である。
【図２】概念構成に係り、要部配管を示す構成図である。
【図３】概念構成に係り、要部配管を示す構成図である。
【図４】実施例に係り、排水シール手段の断面図である。
【図５】実施例２に係り、排水シール手段の断面図である。
【図６】実施例３に係り、排水シール手段の断面図である。
【図７】実施例４に係り、排水シール手段の断面図である。
【図８】実施例５に係り、排水シール手段の断面図である。
【符号の説明】
図中、４は燃料ガス供給通路（燃料供給通路）、１６は空気供給通路（酸化剤供給通路）、１０及び６０は凝縮部、６１はドレイン排水部、７０は排水シール手段、７１は第１集水通路、７２は第２集水通路、７２ｘ，７２ｙ，７２ｚは絞り孔（過剰吐出抑制手段）、７３は受水口、７４は吐水口を示す。

Claims (5)

1. 燃料及び酸化剤に基づいて発電する燃料電池と、燃料を前記燃料電池に供給する燃料供給通路と、酸化剤を前記燃料電池に供給する酸化剤供給通路と、燃料電池発電システムに設けられ水を凝縮させる凝縮部と、前記凝縮部に設けられ前記凝縮部の水を排水するドレイン排水部と、前記燃料電池に装備されているマニホルドに設けられ前記マニホルドの水を排水するドレイン排水部と、前記凝縮部の前記ドレイン排水部および前記マニホルドの前記ドレイン排水部のうちの少なくとも一方に接続され前記ドレイン排水部の水を吐出させる前記排水シール手段とを具備する燃料電池発電システムにおいて、
   前記排水シール手段は、筒形状をなしており、
   高さ方向に延設されシール用の水が溜まる第１集水通路と、前記第１集水通路に連通するように高さ方向に延設されシール用の水が溜まる第２集水通路と、前記第１集水通路および前記第２集水通路が互いに隣接するように且つ前記第１集水通路の底部と前記第２集水通路の底部とが連通するように前記第１集水通路および前記第２集水通路を仕切る仕切壁と、前記第１集水通路に連通すると共に前記ドレイン排水部における水を受けて前記第１集水通路に流す受水口と、前記第２集水通路に連通すると共に前記第２集水通路内の水を吐出可能な吐水口と、前記ドレイン排水部側の圧力が過剰に増加したときにおいて前記吐水口からの水の過剰吐出を抑制する過剰吐出抑制手段とを有しており、
   前記吐水口は大気に連通しており、前記受水口からの受水量が増加すると、前記吐水口から水を吐出させることを特徴とする燃料電池発電システム。
2. 請求項１において、前記過剰吐出抑制手段は、前記第１集水通路及び前記第２集水通路のうちの少なくとも一方に設けられた絞り孔であることを特徴とする燃料電池発電システム。
3. 請求項１または請求項２において、前記排水シール手段の前記受水口は複数設けられており、且つ、前記ドレイン排水部は複数設けられており、各前記受水口は複数の前記ドレイン排水部にそれぞれ接続されていることを特徴とする燃料電池発電システム。
4. 請求項１〜請求項３のうち一項において、前記第１集水通路の流路面積および第２集水通路の流路面積のうちの一方は、他方より大きくされていることを特徴とする燃料電池発電システム。
5. 請求項１〜請求項４のうち一項において、前記排水シール手段には、排水シール手段の通路に連通する補給室が大気連通孔と共に形成されていることを特徴とする燃料電池発電システム。

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