JP5197997B2 - Fuel cell power generation unit - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池発電ユニットに関し、特にガス配管中の水を円滑に排出処理することができるようにした燃料電池発電ユニットに関する。   The present invention relates to a fuel cell power generation unit, and more particularly, to a fuel cell power generation unit that can smoothly discharge water in a gas pipe.

周知の通り、燃料電池発電ユニットは、燃料処理装置により生成された水素と酸素の結合エネルギを、燃料電池本体において直接電気エネルギに変換するものである。また、化学反応による発電であるために発電効率が高く、汚染物質の排出及び騒音が少ない環境性に優れた発電装置として評価されている。   As is well known, the fuel cell power generation unit converts the combined energy of hydrogen and oxygen generated by the fuel processing device directly into electrical energy in the fuel cell body. Moreover, since it is a power generation by a chemical reaction, it is highly evaluated as a power generation apparatus that has high power generation efficiency, has little pollutant emission and noise, and is excellent in environmental performance.

このような燃料電池発電ユニットでは、発電することにより水分が発生し、また導入した燃料ガスなど共に水分が導入される。そして、発生したり、導入されたりした水分が水となり、燃料電池アノード極やカソード極への燃料ガスの導入用ガス配管や、燃料電池アノード極やカソード極からの排出ガスの排出用ガス配管途中に存在するようなことがあると、燃料ガスや排出ガスなどの流通を阻害して発電電圧の低下などの問題を生じる虞があった。そのため、燃料電池発電ユニット内にドレントラップを設けてガス配管中のドレンを抜くようにしている。   In such a fuel cell power generation unit, moisture is generated by generating electricity, and moisture is introduced together with the introduced fuel gas and the like. The generated or introduced water becomes water, and the gas pipe for introducing the fuel gas to the fuel cell anode or cathode, or the gas pipe for discharging the exhaust gas from the fuel cell anode or cathode If there is such a case, there is a possibility that the flow of fuel gas, exhaust gas, or the like is obstructed to cause problems such as a decrease in power generation voltage. Therefore, a drain trap is provided in the fuel cell power generation unit to drain the drain from the gas pipe.

例えば、燃料電池アノード極やカソード極から排出されたガス（排水素、排空気）をそれぞれ別個に設けたコンデンサに導き、ガス中の水分を凝縮させて下流に流さないようにする（例えば、特許文献１参照。）。また、改質装置と燃料電池アノード極の間、燃料電池アノード極と改質装置燃焼部の間、燃料電池カソード極出口にそれぞれ気液分離器を設け、流入した燃料ガスや排出ガスから水を分離し、分離した水を各気液分離器の内部に設けたフロート弁を作動させることにより排出する（例えば、特許文献２参照。）。   For example, gas (exhaust hydrogen, exhaust air) discharged from the anode and cathode of the fuel cell is led to a separately provided capacitor so that the moisture in the gas is condensed and does not flow downstream (for example, patents) Reference 1). Gas-liquid separators are provided between the reformer and the fuel cell anode, between the fuel cell anode and the reformer combustion section, and at the fuel cell cathode outlet, respectively. The separated water is discharged by operating a float valve provided inside each gas-liquid separator (see, for example, Patent Document 2).

このように燃料電池発電ユニットの配管途中にコンデンサや気液分離器などのドレントラップを設けることは広く行われている。しかし、これらのドレントラップは、いずれもガス中に含まれる水分を凝縮させて凝縮水として排出することを目的としている。しかもガスからの凝縮水の発生は継続的であって、かつ少量であるから、ドレントラップの保持容積を大きく取る必要がない。そのため、燃料電池発電ユニットのパッケージングとコストの面から、ドレントラップのサイズは通常極小となるように設計されることになる。
特開２００２−２８００３２号公報 特開２００３−１６３０２１号公報 Thus, it is widely performed to provide a drain trap such as a condenser or a gas-liquid separator in the middle of the piping of the fuel cell power generation unit. However, all of these drain traps are intended to condense the moisture contained in the gas and discharge it as condensed water. Moreover, since the generation of condensed water from the gas is continuous and a small amount, it is not necessary to increase the holding volume of the drain trap. Therefore, the drain trap size is usually designed to be minimal in terms of packaging and cost of the fuel cell power generation unit.
JP 2002-280032 A JP 2003-163021 A

しかしながら、燃料電池の形式によっては、発電を開始するために燃料電池アノード極出口の電磁弁を開けてアノード燃料を流通させる際、一時的に大量の水がアノード出口配管に流入することがある。この流入する水を排出処理しなければ、アノード燃料の流通に齟齬をきたすのみならず、水がアノード残燃料を燃やすバーナ燃焼部に入ると、バーナ失火により運転停止に至るのみならず、バーナ排気中に望ましくない未燃焼分が発生し含まれてしまう虞がある。従って、このような特性を持つ燃料電池を用いた燃料電池発電ユニットでは、一時的に排出される水を後逸することなくガス配管から除去する必要がある。   However, depending on the type of fuel cell, a large amount of water may temporarily flow into the anode outlet pipe when the anode fuel is circulated by opening the solenoid valve at the anode outlet of the fuel cell in order to start power generation. If the inflowing water is not discharged, not only will the flow of anode fuel be disturbed, but if water enters the burner combustion section where the anode remaining fuel is burned, not only will the operation be stopped due to burner misfire, but also the burner exhaust There is a possibility that undesired unburned matter is generated and contained therein. Therefore, in the fuel cell power generation unit using the fuel cell having such characteristics, it is necessary to remove the temporarily discharged water from the gas pipe without going back.

このような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは発電を開始する際、一時的に大量に流入する水に対しても円滑にガス配管から排出処理することができ、ガス配管中のガスの流通を妨げることがなく、発電電圧の低下などの問題を生じる虞のない燃料電池発電ユニットを提供することにある。   The present invention has been made in view of such a situation, and the purpose of the present invention is to smoothly discharge water from a gas pipe even when it temporarily starts to generate a large amount of water. Another object of the present invention is to provide a fuel cell power generation unit that does not hinder the flow of gas in a gas pipe and does not cause a problem such as a decrease in power generation voltage.

本発明の燃料電池発電ユニットは、
燃料電池本体からのアノード出口ガスが通流するアノードガス排出流路の中間部に、運転停止時に閉止する遮断弁が挿入された燃料電池発電ユニットであって、
前記アノードガス排出流路の下流側端部にバッファタンクを、上部にガス送出口、下部にドレン排出手段を設けて前記燃料電池本体の下方に位置するよう接続すると共に、前記バッファタンクの貯溜容量を前記燃料電池本体の定格発電出力１ｋＷ当たり０．４リットル以上となる容量とし、前記遮断弁が、前記燃料電池本体のアノード出口ガスのガス排出口の鉛直下方位置に、流路が鉛直方向となるよう配置されたことを特徴とするものであり、
さらに、前記バッファタンクは、アノード出口ガスをタンク内に導入する導入口が、該バッファタンクからガスを送出する前記ガス送出口より下方に開口し、かつ底面から前記導入口の開口下端までの容積が、前記燃料電池本体の定格発電出力１ｋＷ当たり０．４リットル以上の容積であることを特徴とするものである。 The fuel cell power generation unit of the present invention comprises:
A fuel cell power generation unit in which a shutoff valve that is closed when operation is stopped is inserted in an intermediate portion of an anode gas discharge passage through which an anode outlet gas from the fuel cell main body flows,
A buffer tank is provided at the downstream end of the anode gas discharge flow path, a gas delivery port is provided at the upper portion, and a drain discharge means is provided at the lower portion to be connected to be positioned below the fuel cell main body, and the storage capacity of the buffer tank With a capacity of 0.4 liters or more per 1 kW of rated power output of the fuel cell body, the shutoff valve is positioned vertically below the gas outlet of the anode outlet gas of the fuel cell body, and the flow path is in the vertical direction. It is characterized by being arranged so that
Further, the buffer tank has a capacity of an inlet for introducing the anode outlet gas into the tank that opens below the gas outlet for sending the gas from the buffer tank, and a volume from the bottom to the opening lower end of the inlet. Is a volume of 0.4 liters or more per 1 kW of the rated power output of the fuel cell main body.

また、燃料電池本体からのアノード出口ガスが通流するアノードガス排出流路の中間部に、運転停止時に閉止する遮断弁が挿入された燃料電池発電ユニットであって、
前記アノードガス排出流路の下流側端部に、アノード出口ガスより低温の冷媒を低温側とし、アノード出口ガスを高温側として熱交換を行わせながら通流させる熱交換器を、前記燃料電池本体の下方に位置するよう設け、かつ前記熱交換器の下方にバッファタンクを、上部にガス送出口、下部にドレン排出手段を設けて接続すると共に、前記バッファタンクの貯溜容量を前記燃料電池本体の定格発電出力１ｋＷ当たり０．４リットル以上となる容量とし、前記遮断弁が、前記燃料電池本体のアノード出口ガスのガス排出口の鉛直下方位置に、流路が鉛直方向となるよう配置されたことを特徴とするものであり、
さらに、前記熱交換器は、アノード出口ガスを交換器内に導入する導入口が、該熱交換器からガスを送出する前記ガス送出口より下方の位置に開口していることを特徴とするものである。 Further, the fuel cell power generation unit, wherein a shutoff valve that is closed when the operation is stopped is inserted in an intermediate portion of the anode gas discharge passage through which the anode outlet gas from the fuel cell main body flows,
A heat exchanger that passes through the downstream end portion of the anode gas discharge flow channel while performing a heat exchange with a refrigerant having a temperature lower than that of the anode outlet gas as a low temperature side and an anode outlet gas as a high temperature side; And a buffer tank below the heat exchanger, a gas delivery port at the top, and a drain discharge means at the bottom to connect, and the storage capacity of the buffer tank is connected to the fuel cell body The capacity is 0.4 liter or more per 1 kW of rated power output, and the shutoff valve is arranged vertically below the gas outlet of the anode outlet gas of the fuel cell main body so that the flow path is in the vertical direction. It is characterized by
Further, the heat exchanger is characterized in that the inlet for introducing the anode outlet gas into the exchanger opens at a position below the gas outlet for sending the gas from the heat exchanger. der Ru.

本発明によれば、発電を開始する際、一時的に大量に流入する滞留水等の水に対しても、水をガス配管から円滑に排出処理することができ、ガス配管中のガスの流通を妨げることがなくなり、発電電圧の低下などを生じる虞がなくなる等の効果を有する。   According to the present invention, when starting power generation, water such as stagnant water that temporarily flows in a large amount can be smoothly discharged from the gas pipe, and the gas distribution in the gas pipe can be performed. Is not hindered, and there is an effect that there is no possibility of a decrease in generated voltage.

以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

先ず第１の実施形態を図１乃至図４により説明する。図１は概略の構成図であり、図２は第１の変形形態の要部を示す図であり、図３は第２の変形形態のバッファタンクを示す斜視図であり、図４は第３の変形形態のバッファタンクを示す斜視図である。   First, a first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration diagram, FIG. 2 is a diagram showing a main part of the first modified embodiment, FIG. 3 is a perspective view showing a buffer tank of the second modified embodiment, and FIG. It is a perspective view which shows the buffer tank of a deformation | transformation form.

図１において、燃料電池発電ユニットは、例えば固体高分子電解質膜形燃料電池によりなる燃料電池本体１と、原燃料を改質して水素リッチガスを生成する改質装置２を備えて構成されている。燃料電池本体１は、燃料電池アノード極１ａと燃料電池カソード極１ｂとの間に固体高分子電解質膜１ｃを挟持し、燃料電池アノード極１ａに改質装置２から水素リッチガスを、アノードガス導入管１ａａを介して供給し、燃料電池カソード極１ｂに酸化剤ガスとして空気を、カソードガス導入管１ｂａを介して供給することにより発電を行う。発電にともなう燃料電池アノード極１ａ及びカソード極１ｂからの排出ガスであるアノード出口ガス、カソード出口ガスは、アノードガス排出管１ａｂ、カソード排出管１ｂｂから燃料電池本体１外に排出される。   In FIG. 1, the fuel cell power generation unit includes a fuel cell main body 1 made of, for example, a solid polymer electrolyte membrane fuel cell, and a reformer 2 that reforms raw fuel to generate a hydrogen-rich gas. . The fuel cell main body 1 has a solid polymer electrolyte membrane 1c sandwiched between a fuel cell anode electrode 1a and a fuel cell cathode electrode 1b, hydrogen rich gas from the reformer 2 is supplied to the fuel cell anode electrode 1a, and an anode gas introduction pipe Electric power is generated by supplying air through 1aa and supplying air as an oxidant gas to the fuel cell cathode electrode 1b through the cathode gas introduction pipe 1ba. Anode outlet gas and cathode outlet gas, which are exhaust gases from the fuel cell anode electrode 1a and cathode electrode 1b accompanying power generation, are discharged out of the fuel cell body 1 from the anode gas discharge pipe 1ab and cathode discharge pipe 1bb.

また改質装置２は、改質器２ａ、シフト部（ＬＴＳ）２ｂ、選択酸化部（ＰＲＯＸ）２ｃ、バーナ燃焼部２ｄを備えている。そして改質装置２では、原燃料に水蒸気を混合して改質器２ａの５００℃〜７００℃にまで加熱された改質触媒層を通過させ、水蒸気改質反応によって水素を主成分として水蒸気、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）を含むガスとし、さらにＣＯ濃度をＬＴＳ２ｂで低減し、ＰＲＯＸ２ｃでＣＯを選択的に酸化してＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下に低減するようにして水素リッチガスを生成する。なお、水蒸気改質反応が吸熱反応であるため、バーナ燃焼部２ｄに燃料と空気を供給し、温度と反応を維持するように改質器２ａの加熱を行う。このときの燃料には、原燃料を用いてもよく、その他の燃料でもよい。さらに、後述するアノード出口ガスを混合燃焼させてもよい。 The reformer 2 includes a reformer 2a, a shift unit (LTS) 2b, a selective oxidation unit (PROX) 2c, and a burner combustion unit 2d. In the reformer 2, the raw fuel is mixed with steam and passed through the reforming catalyst layer heated to 500 ° C to 700 ° C in the reformer 2a. A gas containing carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ), further reducing the CO concentration with LTS2b, and selectively oxidizing CO with PROX2c to reduce the CO concentration to 10 ppm or less. Is generated. Since the steam reforming reaction is an endothermic reaction, fuel and air are supplied to the burner combustion section 2d, and the reformer 2a is heated so as to maintain the temperature and the reaction. The raw fuel may be used as the fuel at this time, or another fuel may be used. Further, the anode outlet gas described later may be mixed and burned.

また、燃料電池アノード極１ａの下底部に形成され下方向に開口するガス排出口には、アノードガス排出流路であるアノードガス排出管１ａｂの上端が接続されており、アノードガス排出管１ａｂの中間部分には、アノード出口遮断弁３がガス排出口の鉛直下方位置に、流路が鉛直方向となるよう挿入されており、アノードガス排出管１ａｂの下端には、断面形状が縦長長方形のバッファタンク４ａがアノード出口遮断弁３やバーナ燃焼部２ｄよりも下方位置となるようにして、タンク側壁上部の流入口からアノード出口ガス等が流入するように接続されている。さらに、バッファタンク４ａの鉛直下方には、ドレン排出手段としてフロート弁４ｂが設けられ、バッファタンク４ａに貯溜されたドレンの排出を行い、水位を所定値以下とするようになっている。またさらに、バッファタンク４ａには、その天井部にアノード出口遮断弁３を介して流入したアノード出口ガスをバーナ燃焼部２ｄに供給し得るように、ガス送出口にガス送出配管４ａａが接続されている。   Further, an upper end of an anode gas discharge pipe 1ab that is an anode gas discharge flow path is connected to a gas discharge port that is formed in the lower bottom portion of the fuel cell anode electrode 1a and opens downward. In the middle portion, the anode outlet shut-off valve 3 is inserted vertically below the gas discharge port so that the flow path is in the vertical direction. A buffer having a vertically long rectangular cross section is formed at the lower end of the anode gas discharge pipe 1ab. The tank 4a is connected to the anode outlet shut-off valve 3 and the burner combustion part 2d so that the anode outlet gas and the like flow in from the inlet at the upper side of the tank side wall. Further, a float valve 4b is provided vertically below the buffer tank 4a as a drain discharge means, and drains stored in the buffer tank 4a are discharged to keep the water level below a predetermined value. Furthermore, the gas delivery pipe 4aa is connected to the gas delivery port so that the anode exit gas flowing into the buffer tank 4a via the anode exit shutoff valve 3 can be supplied to the burner combustion unit 2d. Yes.

なお、アノード出口遮断弁３は、燃料電池発電ユニットが運転を停止している間に、燃料電池アノード極１ａや改質装置２などの高濃度の水素を含むガスが流通する部分に空気が進入することが好ましくないため、設けられている。またアノード出口遮断弁３には、順方向の流れ、すなわち燃料電池アノード極１ａからバッファタンク４ａ方向の流れに対して開動作し、逆方向の流れに対して閉動作する逆支弁や、電磁弁などを用いる。電磁弁を用いる場合には、停電などで電源が切れた場合に閉止するために、ノーマリークロオーズタイプの電磁弁を使用することが好ましい。   The anode outlet shut-off valve 3 allows air to enter a portion where a gas containing high-concentration hydrogen such as the fuel cell anode 1a and the reformer 2 flows while the fuel cell power generation unit is not operating. Since it is not preferable to do so, it is provided. The anode outlet shut-off valve 3 includes a reverse valve that opens for a forward flow, that is, a flow in the direction from the fuel cell anode 1a to the buffer tank 4a, and closes for a reverse flow. Etc. are used. When using a solenoid valve, it is preferable to use a normally close type solenoid valve in order to close when the power is cut off due to a power failure or the like.

そして、このような構成を有する燃料電池発電ユニットでは、改質装置２から送出された水素リッチガスが、燃料電池本体１に導入される。燃料電池本体１では、燃料電池アノード極１ａに導入された水素リッチガス中の水素と、燃料電池カソード極１ｂに導入された空気中の酸素との間で電気化学反応が発生し、直流起電力が発生する。発電に際し、燃料電池アノード極１ａでは、水素リッチガス中の水素の５割から８割を通常消費するため、燃料電池アノード極１ａのアノードガス排出管１ａｂを介し排出されるアノード出口ガス中には、水素などの可燃ガスが含まれていることになり、アノード出口ガスは、バーナ燃焼部２ｄに送られ、空気や他の燃料と混合されて改質器２ａの加熱に使用される。   In the fuel cell power generation unit having such a configuration, the hydrogen rich gas sent from the reformer 2 is introduced into the fuel cell main body 1. In the fuel cell main body 1, an electrochemical reaction occurs between hydrogen in the hydrogen-rich gas introduced into the fuel cell anode 1 a and oxygen in the air introduced into the fuel cell cathode 1 b, and a DC electromotive force is generated. Occur. During power generation, the fuel cell anode electrode 1a normally consumes 50% to 80% of the hydrogen in the hydrogen-rich gas. Therefore, in the anode outlet gas discharged through the anode gas discharge pipe 1ab of the fuel cell anode electrode 1a, A combustible gas such as hydrogen is contained, and the anode outlet gas is sent to the burner combustion section 2d, mixed with air and other fuels, and used for heating the reformer 2a.

また、燃料電池発電ユニットが運転を停止した状態になると、アノード出口遮断弁３は閉動作し、停止している間は閉動作を継続する。そして、燃料電池発電ユニットは温度が低下する。こうした温度の低下が始まると、燃料電池発電ユニット内では、冷却による凝縮などによって水が生じる。凝縮等によって生じた水は、閉止したアノード出口遮断弁３より上流に滞留することになる。その後、アノード出口遮断弁３を開けて原燃料の流通を開始すると、滞留していた水が、バーナ燃焼部２ｄに向かって一度に押し出されることになる。そして、押し出された滞留水が、そのままバーナ燃焼部２ｄに流入した場合にはバーナ失火や有害な未燃成分の発生の原因となるが、アノード出口遮断弁３とバーナ燃焼部２ｄの間にバッファタンク４ａが設けられているため、滞留水はバッファタンク４ａに貯溜されて、バーナ燃焼部２ｄに流入せず、バーナ失火等の発生が防止される。   Further, when the fuel cell power generation unit is in a stopped state, the anode outlet shut-off valve 3 is closed, and the closing operation is continued while it is stopped. And the temperature of the fuel cell power generation unit decreases. When the temperature starts to decrease, water is generated in the fuel cell power generation unit by condensation due to cooling. Water generated by condensation or the like stays upstream from the closed anode outlet shutoff valve 3. Thereafter, when the anode outlet shut-off valve 3 is opened to start the flow of the raw fuel, the staying water is pushed out at a time toward the burner combustion section 2d. When the accumulated water pushed out flows into the burner combustion section 2d as it is, it causes burner misfire and generation of harmful unburned components, but a buffer is provided between the anode outlet shut-off valve 3 and the burner combustion section 2d. Since the tank 4a is provided, the accumulated water is stored in the buffer tank 4a and does not flow into the burner combustion section 2d, and the occurrence of burner misfire or the like is prevented.

一方、燃料電池発電ユニットの運転停止により発生する滞留水については、そのほとんどが燃料電池アノード極１ａで発生する。そして、燃料電池アノード極１ａの容積は燃料電池本体１のセル積層数に比例し、セル積層数は燃料電池発電ユニットの定格発電出力に比例することから、滞留水の量は、定格発電出力に比例関係にあると言える。このため、バッファタンク４ａの容量（アノードガス排出管１ａｂから流入してくる位置とフロート弁４ｂを介し流出する位置の間の容量）を、単位発電出力当たり発生する水量に合せ、定格発電出力に対応する発生水量以上となるよう、例えば定格発電出力１ｋＷ当たり、０．４リットル以上、望ましくは０．５リットル以上とすることで、滞留水をバーナ燃焼部２ｄに後逸させずにバッファタンク４ａに貯溜することができる。   On the other hand, most of the stagnant water generated when the fuel cell power generation unit is stopped is generated at the fuel cell anode 1a. The volume of the fuel cell anode 1a is proportional to the number of stacked cells of the fuel cell body 1, and the number of stacked cells is proportional to the rated power output of the fuel cell power generation unit. It can be said that there is a proportional relationship. For this reason, the capacity of the buffer tank 4a (the capacity between the position flowing in from the anode gas discharge pipe 1ab and the position flowing out via the float valve 4b) is adjusted to the amount of water generated per unit power generation output to obtain the rated power generation output. For example, by setting 0.4 liter or more per 1 kW of the rated power generation output, preferably 0.5 liter or more so that the amount of generated water is equal to or greater than the corresponding generated water amount, Can be stored.

また、バッファタンク４ａに貯溜された水については、バッファタンク４ａの下底部の鉛直下方となる位置に設けたドレン排出手段のフロート弁４ｂを通じて排出される。なお、ドレン排出手段については、フロート弁４ｂ以外に、水が流入した際に開いて通常はガスタイトであるような弁であればよく、例えばバッファタンク４ａの水位検知を行うようにして電磁弁の開閉を行わせるようにしたものでも、また手動ボール弁の開閉によるものでもよい。   Further, the water stored in the buffer tank 4a is discharged through the float valve 4b of the drain discharge means provided at a position vertically below the lower bottom portion of the buffer tank 4a. In addition to the float valve 4b, the drain discharging means may be any valve that opens when water flows in and is normally gas tight. For example, the water level of the buffer tank 4a is detected to detect the water level of the electromagnetic valve. The opening / closing may be performed, or the manual ball valve may be opened / closed.

以上の通り構成することで、運転開始時にアノード出口遮断弁３が開き、凝縮等によって生じアノード出口遮断弁３より上流に滞留していた滞留水が流出してもバッファタンク４ａに貯溜でき、滞留水がガス送出配管４ａａからバーナ燃焼部２ｄへと流れる虞がなく、バーナ燃焼部２ｄの燃焼状態に影響を与えることなく起動操作を継続することができる。また運転中に燃料電池アノード極１ａのガス排出口とバーナ燃焼部２ｄとの間のアノードガス排出管１ａｂとガス送出配管４ａａなどで発生する凝縮水についても、バッファタンク４ａ、フロート弁４ｂを通じて排出することができ、運転中の水素リッチガス流通を円滑に行うことができる。   By configuring as described above, the anode outlet shut-off valve 3 is opened at the start of operation, and even if the accumulated water generated by condensation or the like and staying upstream from the anode outlet shut-off valve 3 flows out, it can be stored in the buffer tank 4a and stay There is no risk of water flowing from the gas delivery pipe 4aa to the burner combustion section 2d, and the start-up operation can be continued without affecting the combustion state of the burner combustion section 2d. Further, condensed water generated in the anode gas discharge pipe 1ab and the gas delivery pipe 4aa between the gas discharge port of the fuel cell anode electrode 1a and the burner combustion section 2d during operation is also discharged through the buffer tank 4a and the float valve 4b. It is possible to smoothly distribute hydrogen rich gas during operation.

次に、上記実施形態におけるアノード出口遮断弁３の挿入位置に関しての第１の変形形態を説明する。   Next, the 1st modification regarding the insertion position of the anode exit cutoff valve 3 in the said embodiment is demonstrated.

図２において、燃料電池本体１の燃料電池アノード極１ａの下部にはガス排出口が横方向に開口しており、そのガス排出口には、上側部分が水平もしくは順流れ方向に若干下がり勾配、中間部分が略垂直、下側部分が水平もしくは順流れ方向に若干下がり勾配となるよう曲折させたアノードガス排出管１ａｂの上側端が接続されている。さらに、アノードガス排出管１ａｂの略垂直となっている中間部分には、アノード出口遮断弁３が挿入され、アノードガス排出管１ａｂの下側端はバッファタンク４ａのタンク側壁上部に接続されている。   In FIG. 2, a gas discharge port is opened laterally at the lower portion of the fuel cell anode 1 a of the fuel cell main body 1, and the upper portion of the gas discharge port has a slightly lower slope in the horizontal or forward flow direction. The upper end of the anode gas discharge pipe 1ab that is bent so that the middle portion is substantially vertical and the lower portion is horizontal or slightly descending in the forward flow direction is connected. Further, an anode outlet shutoff valve 3 is inserted in a substantially vertical intermediate portion of the anode gas discharge pipe 1ab, and a lower end of the anode gas discharge pipe 1ab is connected to an upper portion of the tank side wall of the buffer tank 4a. .

このように形成したアノードガス排出管１ａｂの中間部分にアノード出口遮断弁３を設けることで、運転開始時に燃料電池アノード極１ａから滞留水が一度に流出しても、水素リッチガスの流通を阻害することなく、バッファタンク４ａに向けて円滑に排水することができる。   By providing the anode outlet shut-off valve 3 in the intermediate portion of the anode gas discharge pipe 1ab formed in this way, even if stagnant water flows out from the fuel cell anode 1a at the start of operation, the flow of hydrogen-rich gas is hindered. Without being discharged smoothly toward the buffer tank 4a.

さらに次の上記実施形態におけるバッファタンクに関しての第２の変形形態を説明する。   Furthermore, the 2nd modification regarding the buffer tank in the following said embodiment is demonstrated.

図３において、バッファタンク４ａは、縦断面形状が長方形の円柱や角柱、あるいは錐体や錐台などの形状となっている。またバッファタンク４ａには、そのタンク側壁上部に入口配管取合４ｅを片端がバッファタンク４ａ内に開口するように設け、他端にアノードガス排出管１ａｂの下端を接続し、アノード出口ガスと滞留水がバッファタンク４ａ内に流入するようになっている。さらに、バッファタンク４ａには、その天井部に送出配管取合４ｆを下端が天井内面位置で開口するように設け、上端にガス送出配管４ａａを接続し、バッファタンク４ａに流入したアノード出口ガスのみをバーナ燃焼部２ｄへ送出するようになっている。   In FIG. 3, the buffer tank 4a has a shape such as a cylinder or prism having a rectangular longitudinal section, or a cone or frustum. Also, the buffer tank 4a is provided with an inlet pipe coupling 4e at the upper part of the tank side wall so that one end opens into the buffer tank 4a, and the other end is connected to the lower end of the anode gas discharge pipe 1ab to stay with the anode outlet gas. Water flows into the buffer tank 4a. Further, the buffer tank 4a is provided with a delivery pipe coupling 4f on the ceiling thereof so that the lower end is opened at the ceiling inner surface position, and the gas delivery pipe 4aa is connected to the upper end, and only the anode outlet gas flowing into the buffer tank 4a is provided. Is delivered to the burner combustion section 2d.

またさらに、バッファタンク４ａは、その下底部にドレン取合４ｇを上端がバッファタンク４ａ内に開口するように設け、下端にフロート弁４ｂを接続し、バッファタンク４ａに貯溜した水を排出するようになっている。そして、バッファタンク４ａの入口配管取合４ｅとドレン取合４ｇの各取付け位置間の容量が、単位発電出力当たり発生する水量に合せ、定格発電出力に対応する発生水量以上となるよう、例えば定格発電出力１ｋＷ当たり、０．４リットル以上、望ましくは０．５リットル以上となるようになっている。   Furthermore, the buffer tank 4a is provided with a drain coupling 4g at its lower bottom so that the upper end opens into the buffer tank 4a, and a float valve 4b is connected to the lower end so that the water stored in the buffer tank 4a is discharged. It has become. The capacity between the attachment positions of the inlet pipe coupling 4e and the drain coupling 4g of the buffer tank 4a is adjusted so as to be equal to or larger than the generated water volume corresponding to the rated power generation output in accordance with the water volume generated per unit power generation output. It is set to 0.4 liters or more, desirably 0.5 liters or more, per 1 kW of power generation output.

このようにすることで、バッファタンク４ａに入口配管取合４ｅから燃料電池アノード極１ａなどからの滞留水が流入しても、入口配管取合４ｅよりも上方に設けられた送出配管取合４ｆには流入することなく、下底部のドレン取合４ｇを通じてドレン排出手段のフロート弁４ｂから外部に排出される。また、入口配管取合４ｅがタンク側壁最上部に設けられている場合に、入口配管取合４ｅまで貯溜水の水面が上昇するようなことがあっても、バッファタンク４ａ内上部には、送出配管取合４ｆが設けられた天井部内面との間に入口配管取合４ｅの管径に対応する分の空間が形成され、十分なガス流通空間が確保でき、アノード出口ガスを円滑にバーナ燃焼部２ｄへ送出することができる。   By doing in this way, even if stagnant water from the fuel cell anode 1a or the like flows into the buffer tank 4a from the inlet pipe coupling 4e, the delivery pipe coupling 4f provided above the inlet pipe coupling 4e. Without being flowed in, it is discharged to the outside from the float valve 4b of the drain discharge means through the drain joint 4g at the bottom. In addition, when the inlet pipe coupling 4e is provided at the uppermost part of the tank side wall, even if the water level of the stored water rises up to the inlet pipe coupling 4e, the buffer tank 4a is sent to the upper part. A space corresponding to the pipe diameter of the inlet pipe joint 4e is formed between the inner surface of the ceiling portion provided with the pipe joint 4f, and a sufficient gas distribution space can be secured, and the anode outlet gas is burned smoothly. It can be sent to the part 2d.

さらに次の上記実施形態におけるバッファタンクに関しての第３の変形形態を説明する。   Furthermore, the 3rd modification regarding the buffer tank in the following said embodiment is demonstrated.

図４において、バッファタンク４ａは、縦断面形状が長方形の円柱や角柱、あるいは錐体や錐台などの形状となっている。またバッファタンク４ａには、その天井部に入口配管取合４ｅと送出配管取合４ｆとがそれぞれの片端をバッファタンク４ａ内に開口させるように設けられている。入口配管取合４ｅについては、バッファタンク４ａ内に下端部分が所定寸法だけ延出して開口しており、上端にはアノードガス排出管１ａｂの下端を接続してアノード出口ガスと滞留水がバッファタンク４ａ内に流入するようになっている。また、送出配管取合４ｆは、下端が天井内面位置で開口しており、上端にはガス送出配管４ａａを接続してバッファタンク４ａに流入したアノード出口ガスのみをバーナ燃焼部２ｄへ送出するようになっている。   In FIG. 4, the buffer tank 4 a has a shape such as a cylinder or prism having a rectangular longitudinal section, or a cone or a frustum. Further, the buffer tank 4a is provided with an inlet pipe coupling 4e and a delivery pipe coupling 4f at its ceiling so as to open one end of each in the buffer tank 4a. As for the inlet pipe connection 4e, the lower end portion of the buffer tank 4a is extended and opened by a predetermined size, and the lower end of the anode gas discharge pipe 1ab is connected to the upper end so that the anode outlet gas and the accumulated water are retained in the buffer tank. It flows into 4a. The delivery pipe coupling 4f has an opening at the lower end at the ceiling inner surface position, and a gas delivery pipe 4aa is connected to the upper end so that only the anode outlet gas flowing into the buffer tank 4a is delivered to the burner combustion section 2d. It has become.

さらに、バッファタンク４ａの下底部にドレン取合４ｇを上端がバッファタンク４ａ内に開口するよう設け、下端にフロート弁４ｂを接続してバッファタンク４ａに貯溜した水を排出するようになっている。そして、入口配管取合４ｅのタンク内に延出した下端位置とドレン取合４ｇの上端位置間のバッファタンク４ａ容量が、単位発電出力当たり発生する水量に合せ、定格発電出力に対応する発生水量以上となるよう、例えば定格発電出力１ｋＷ当たり、０．４リットル以上、望ましくは０．５リットル以上となるようになっている。   Further, a drain coupling 4g is provided at the lower bottom of the buffer tank 4a so that the upper end opens into the buffer tank 4a, and a float valve 4b is connected to the lower end to discharge water stored in the buffer tank 4a. . Then, the capacity of the buffer tank 4a between the lower end position extended into the tank of the inlet pipe connection 4e and the upper end position of the drain connection 4g matches the amount of water generated per unit power generation output, and the generated water amount corresponding to the rated power generation output In order to achieve the above, for example, it is 0.4 liters or more, preferably 0.5 liters or more per rated power output 1 kW.

このようにすることで、バッファタンク４ａに入口配管取合４ｅから燃料電池アノード極１ａなどからの滞留水が流入しても、入口配管取合４ｅのタンク内に延出した下端よりも上方に下端が位置する送出配管取合４ｆには流入することなく、下底部のドレン取合４ｇを通じてドレン排出手段のフロート弁４ｂから外部に排出される。またバッファタンク４ａ内上部には、送出配管取合４ｆの下端に対し入口配管取合４ｅの下端がタンク内に延出している寸法分だけの空間が形成されるので、十分なガス流通空間が確保でき、アノード出口ガスを円滑にバーナ燃焼部２ｄへ送出することができる。   By doing in this way, even if the stagnant water from the fuel cell anode electrode 1a or the like flows into the buffer tank 4a from the inlet pipe coupling 4e, the buffer tank 4a is located above the lower end extending into the tank of the inlet pipe coupling 4e. Without flowing into the delivery pipe coupling 4f where the lower end is located, it is discharged to the outside from the float valve 4b of the drain discharge means through the drain coupling 4g at the bottom. In addition, a space corresponding to the dimension in which the lower end of the inlet pipe coupling 4e extends into the tank with respect to the lower end of the delivery pipe coupling 4f is formed in the upper part of the buffer tank 4a. The anode outlet gas can be smoothly delivered to the burner combustion section 2d.

次に第２の実施形態を図５及び図６により説明する。図５は概略の構成図であり、図６は変形形態の要部を示す図で、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は縦断面図、図６（ｃ）は下面図である。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本変形形態の構成について説明する。   Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a schematic configuration diagram, FIG. 6 is a diagram showing a main part of a modified embodiment, FIG. 6 (a) is a top view, FIG. 6 (b) is a longitudinal sectional view, and FIG. 6 (c) is a bottom view. It is. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted, and the structure of this modification different from 1st Embodiment is demonstrated.

本実施形態は、第１の実施形態とは、主として燃料電池本体１とバッファタンク４ａとの間に凝縮熱交換器４ｃを設けた点において異なっており、図５において、燃料電池発電ユニットは、例えば固体高分子電解質膜形燃料電池によりなる燃料電池本体１と、水素リッチガスを生成する改質装置２を備え、燃料電池本体１の燃料電池アノード極１ａにアノードガス導入管１ａａを介して改質装置２から水素リッチガスを供給し、燃料電池カソード極１ｂにカソードガス導入管１ｂａを介して酸化剤ガスの空気を供給することにより発電を行う構成となっている。そして、発電にともなう燃料電池アノード極１ａ及びカソード極１ｂからの排出ガスであるアノード出口ガス、カソード出口ガスは、アノードガス排出管１ａｂ、カソード排出管１ｂｂから燃料電池本体１外に排出される。   This embodiment is different from the first embodiment mainly in that a condensation heat exchanger 4c is provided between the fuel cell body 1 and the buffer tank 4a. In FIG. For example, a fuel cell main body 1 made of a solid polymer electrolyte membrane fuel cell and a reformer 2 that generates a hydrogen-rich gas are provided, and the fuel cell anode electrode 1a of the fuel cell main body 1 is reformed via an anode gas introduction pipe 1aa. The apparatus 2 is configured to generate power by supplying a hydrogen rich gas from the device 2 and supplying air of an oxidant gas to the fuel cell cathode 1b via the cathode gas introduction pipe 1ba. Then, the anode outlet gas and cathode outlet gas, which are exhaust gases from the fuel cell anode electrode 1a and cathode electrode 1b accompanying power generation, are discharged out of the fuel cell body 1 from the anode gas discharge tube 1ab and the cathode discharge tube 1bb.

また、燃料電池アノード極１ａの下底部に形成され下方向に開口するガス排出口には、アノードガス排出管１ａｂの上端が接続されており、さらにアノードガス排出管１ａｂの中間部分には、アノード出口遮断弁３が挿入され、アノードガス排出管１ａｂの下端には、凝縮熱交換器４ｃがアノード出口遮断弁３やバーナ燃焼部２ｄよりも下方位置となるように接続されている。   Further, the upper end of the anode gas discharge pipe 1ab is connected to a gas discharge port formed in the lower bottom portion of the fuel cell anode electrode 1a and opening downward, and further, the anode gas discharge pipe 1ab is connected to the anode portion at an intermediate portion thereof. The outlet shut-off valve 3 is inserted, and the condensation heat exchanger 4c is connected to the lower end of the anode gas discharge pipe 1ab so as to be positioned below the anode outlet shut-off valve 3 and the burner combustion section 2d.

凝縮熱交換器４ｃは、上端板４ｃａと下端板４ｃｂで両端が閉塞された外筒体４ｃｃと、外筒体４ｃｃの上端板４ｃａ内面に上端が気密に固着された内筒体４ｃｄとの二重筒構造をなし、外筒体４ｃｃと内筒体４ｃｄとの間に、冷媒が通流する螺旋状の冷却管４ｄを内装した構造となっている。また凝縮熱交換器４ｃは、外筒体４ｃｃの側壁下部に設けられた導入口から導入された冷媒が、螺旋状冷却管４ｄ内を上方向に向かって通流し、側壁上部に設けられた導出口から外部に導出されるよう構成されている。   The condensation heat exchanger 4c includes two parts, an outer cylinder 4cc whose both ends are closed by an upper end plate 4ca and a lower end plate 4cb, and an inner cylinder 4cd whose upper end is airtightly fixed to the inner surface of the upper end plate 4ca of the outer cylinder 4cc. A heavy cylinder structure is formed, and a spiral cooling pipe 4d through which a refrigerant flows is provided between the outer cylinder body 4cc and the inner cylinder body 4cd. Further, the condenser heat exchanger 4c is configured such that the refrigerant introduced from the inlet provided in the lower side wall of the outer cylinder 4cc flows upward in the spiral cooling pipe 4d and is introduced in the upper side wall. It is comprised so that it may lead out outside from an exit.

さらに、凝縮熱交換器４ｃは、アノードガス排出管１ａｂの下端が接続された外筒体４ｃｃの側壁上部に設けられた流入口からは、アノード出口ガス等が外筒体４ｃｃと内筒体４ｃｄとの間に流入するようになっている。また凝縮熱交換器４ｃの下端板４ｃｂには、断面形状が縦長長方形のバッファタンク４ａが鉛直下方に位置するように連結管４ｈを間に設けて接続されていて、凝縮熱交換器４ｃ内を通流した水が、凝縮熱交換器４ｃの下端板４ｃｂと内筒体４ｃｄの下端縁との間隙を通り、下端板４ｃｂに形成された流出口から流出し、連結管４ｈを流下してバッファタンク４ａの天井部に形成された流入口からバッファタンク４ａ内に流入し、貯溜されるようになっている。   Further, the condensation heat exchanger 4c is configured such that the anode outlet gas or the like is supplied from the inlet provided at the upper side wall of the outer cylinder 4cc to which the lower end of the anode gas discharge pipe 1ab is connected to the outer cylinder 4cc and the inner cylinder 4cd. It flows in between. Further, the lower end plate 4cb of the condensing heat exchanger 4c is connected to a buffer tank 4a having a vertically long cross section with a connecting pipe 4h so as to be positioned vertically downward. The circulated water passes through the gap between the lower end plate 4cb of the condensation heat exchanger 4c and the lower end edge of the inner cylinder 4cd, flows out from the outlet formed in the lower end plate 4cb, flows down the connecting pipe 4h, and is buffered It flows into the buffer tank 4a from the inflow port formed in the ceiling part of the tank 4a and is stored.

またさらに、凝縮熱交換器４ｃは、その上端板４ｃａの中央部に、下端が内筒体４ｃｄ内に連通するようにガス送出配管４ａａが接続されていて、アノード出口遮断弁３を介して凝縮熱交換器４ｃ内に流入したアノード出口ガスをバーナ燃焼部２ｄに供給し得るようになっている。また凝縮熱交換器４ｃの下方に設けられたバッファタンク４ａについては、その鉛直下方に、ドレン排出手段としてフロート弁４ｂが設けられ、バッファタンク４ａに貯溜されたドレン等の水の排出を行い、水位を所定値以下とするようになっている。なお、バッファタンク４ａの貯溜し得る容量（天井部の流入口から流入してくる位置とフロート弁４ｂを介し流出する位置の間の容量）は、単位発電出力当たり発生する水量に合せ、定格発電出力に対応する発生水量以上、例えば定格発電出力１ｋＷ当たり、０．４リットル以上、望ましくは０．５リットル以上で、滞留水をバーナ燃焼部２ｄに後逸させることなくバッファタンク４ａに貯溜することができるようになっている。   Furthermore, the condensation heat exchanger 4c has a gas delivery pipe 4aa connected to the center of the upper end plate 4ca so that the lower end communicates with the inner cylindrical body 4cd. The anode outlet gas that has flowed into the heat exchanger 4c can be supplied to the burner combustion section 2d. Further, for the buffer tank 4a provided below the condensing heat exchanger 4c, a float valve 4b is provided as a drain discharge means vertically below, and water such as drain stored in the buffer tank 4a is discharged, The water level is set to a predetermined value or less. Note that the capacity that can be stored in the buffer tank 4a (the capacity between the position flowing in from the inlet of the ceiling and the position flowing out through the float valve 4b) is set according to the amount of water generated per unit power output. More than 0.4 liters, preferably 0.5 liters or more per 1 kW of rated power output, corresponding to the output, the accumulated water can be stored in the buffer tank 4a without being diverted to the burner combustion section 2d. It can be done.

そして、このような構成を有する燃料電池発電ユニットでは、第１の実施形態と同様にして発電が行われる。また第１の実施形態と同様に、燃料電池発電ユニットが運転を停止した状態になると、アノード出口遮断弁３は閉動作し、停止している間は閉動作を継続する。そして、燃料電池発電ユニットでは、運転停止にともない温度が低下し、冷却による凝縮などによって水が生じる。凝縮等によって生じた水は、閉止したアノード出口遮断弁３より上流に滞留する。その後、アノード出口遮断弁３を開けて原燃料の流通を開始すると、滞留していた水は一度に押し出され、凝縮熱交換器４ｃ内を通流し連結管４ｈを流れてバッファタンク４ａに貯溜される。これにより、滞留していた水はバーナ燃焼部２ｄに流入せず、バーナ失火等の発生が防止される。バッファタンク４ａに貯溜された水については、バッファタンク４ａの下底部の鉛直下方となる位置に設けたドレン排出手段のフロート弁４ｂを通じて排出される。   In the fuel cell power generation unit having such a configuration, power generation is performed in the same manner as in the first embodiment. Similarly to the first embodiment, when the operation of the fuel cell power generation unit is stopped, the anode outlet cutoff valve 3 is closed, and the closing operation is continued while the anode outlet cutoff valve 3 is stopped. In the fuel cell power generation unit, the temperature decreases as the operation stops, and water is generated by condensation due to cooling. Water generated by condensation or the like stays upstream from the closed anode outlet shut-off valve 3. Thereafter, when the anode outlet shut-off valve 3 is opened to start the flow of the raw fuel, the remaining water is pushed out at a time, flows through the condensation heat exchanger 4c, flows through the connecting pipe 4h, and is stored in the buffer tank 4a. The Thereby, the staying water does not flow into the burner combustion part 2d, and the occurrence of burner misfire or the like is prevented. The water stored in the buffer tank 4a is discharged through the float valve 4b of the drain discharge means provided at a position vertically below the lower bottom portion of the buffer tank 4a.

以上の通り構成することで、運転開始時にアノード出口遮断弁３が開き、凝縮等によって生じアノード出口遮断弁３より上流に滞留していた滞留水が流出しても、凝縮熱交換器４ｃ内を通流後にバッファタンク４ａに貯溜でき、滞留水がガス送出配管４ａａからバーナ燃焼部２ｄへと流れる虞がなく、バーナ燃焼部２ｄの燃焼状態に影響を与えることなく起動操作を継続することができる。   With the configuration as described above, the anode outlet shut-off valve 3 is opened at the start of operation, and even if the accumulated water that has been accumulated due to condensation or the like and stayed upstream from the anode outlet shut-off valve 3 flows out, the inside of the condensation heat exchanger 4c It can be stored in the buffer tank 4a after flowing, and there is no possibility that the accumulated water flows from the gas delivery pipe 4aa to the burner combustion part 2d, and the start-up operation can be continued without affecting the combustion state of the burner combustion part 2d. .

また運転中についても、燃料電池アノード極１ａのガス排出口から排出されるアノード出口ガスを、凝縮熱交換器４ｃの外筒体４ｃｃと内筒体４ｃｄとの間に内装された冷却管４ｄに沿って下方に通流させることで含まれている余剰の水分を凝縮させて除去し、余剰水分を除去した後の水素リッチガスについては、内筒体４ｃｄ内を内壁に沿って上昇させて、上端板４ｃａの中央部に接続されたガス送出配管４ａａを通じバーナ燃焼部２ｄに供給することができる。一方、凝縮熱交換器４ｃで生じた凝縮水は、バッファタンク４ａに流下させて貯溜し、フロート弁４ｂを通じて排出することができ、運転中の水素リッチガス流通を円滑に行うことができる。   During operation, the anode outlet gas discharged from the gas discharge port of the fuel cell anode 1a is supplied to the cooling pipe 4d provided between the outer cylinder 4cc and the inner cylinder 4cd of the condensation heat exchanger 4c. The excess water contained by condensing along the bottom is condensed and removed, and for the hydrogen rich gas after the excess water is removed, the inside of the inner cylinder 4cd is raised along the inner wall, and the upper end It can supply to the burner combustion part 2d through the gas delivery piping 4aa connected to the center part of the board 4ca. On the other hand, the condensed water generated in the condensation heat exchanger 4c can flow down and be stored in the buffer tank 4a, and can be discharged through the float valve 4b, so that the hydrogen-rich gas can be circulated smoothly during operation.

次に上記実施形態におけるバッファタンクと凝縮熱交換器に関しての第１の変形形態を説明する。   Next, the 1st modification regarding the buffer tank and the condensation heat exchanger in the said embodiment is demonstrated.

図６において、縦断面形状が長方形の円柱や角柱、あるいは錐体や錐台などの形状となっているバッファタンク４ａと凝縮熱交換器４ｃとは、凝縮熱交換器４ｃの下端板４ｃｂとバッファタンク４ａの天井部とを共通にして接合した構造となっており、下端板４ｃｂの中央部には、凝縮熱交換器４ｃからの凝縮水がバッファタンク４ａに流入する流入口４ａｂが形成されている。そして、バッファタンク４ａの流入口とドレン取合４ｇの上端位置間の容量が、単位発電出力当たり発生する水量に合せ、定格発電出力に対応する発生水量以上となるよう、例えば定格発電出力１ｋＷ当たり、０．４リットル以上、望ましくは０．５リットル以上となるようになっている。   In FIG. 6, the buffer tank 4a and the condensing heat exchanger 4c having a longitudinal cross-sectional shape such as a rectangular cylinder or prism, or a cone or a frustum are the lower end plate 4cb of the condensing heat exchanger 4c and the buffer. The tank 4a is joined to the ceiling portion in common, and an inflow port 4ab through which condensed water from the condensation heat exchanger 4c flows into the buffer tank 4a is formed at the center of the lower end plate 4cb. Yes. Then, for example, per rated power output 1 kW so that the capacity between the inlet of the buffer tank 4a and the upper end position of the drain joint 4g is equal to or greater than the amount of generated water corresponding to the rated power output in accordance with the amount of water generated per unit power output. 0.4 liters or more, preferably 0.5 liters or more.

また、バッファタンク４ａ内には、冷却管４ｄの冷媒導入側管部４ｄａが上下方向に貫通しており、その管下端部分がドレン取合４ｇと共に下底面から突出している。さらに冷却管４ｄの冷媒導入側管部４ｄａの管上端部分は、バッファタンク４ａの天井部である下端板４ｃｂから延出して、外筒体４ｃｃと内筒体４ｃｄとの間の螺旋状部分に連通している。また冷却管４ｄの冷媒導出側管部４ｄｂの管上端部分は、送出配管取合４ｆと共に凝縮熱交換器４ｃの上端板４ｃａから突出している。   Further, in the buffer tank 4a, the refrigerant introduction side pipe portion 4da of the cooling pipe 4d penetrates in the vertical direction, and the lower end portion of the pipe protrudes from the lower bottom surface together with the drain joint 4g. Further, the upper end portion of the refrigerant introduction side pipe portion 4da of the cooling pipe 4d extends from the lower end plate 4cb which is a ceiling portion of the buffer tank 4a, and is formed in a spiral portion between the outer cylinder body 4cc and the inner cylinder body 4cd. Communicate. Moreover, the pipe | tube upper end part of the refrigerant | coolant derivation | leading-out side pipe | tube part 4db of 4 d of cooling pipes protrudes from the upper end board 4ca of the condensation heat exchanger 4c with 4 f of delivery piping connections.

このように構成しているので、燃料電池発電ユニットの運転中に燃料電池アノード極１ａのガス排出口から排出されるアノード出口ガスは、入口配管取合４ｅから凝縮熱交換器４ｃに流入し、外筒体４ｃｃと内筒体４ｃｄとの間に内装された冷却管４ｄに沿って下方に通流する間に、冷却管４ｄ内を流れる冷媒との熱交換により冷却され、余剰の水分が凝縮されて除去される。余剰水分を除去した後の水素リッチガスは、内筒体４ｃｄ内を内壁に沿って上昇し、上端板４ｃａの中央部に接続されたガス送出配管４ａａを通じバーナ燃焼部２ｄに供給される。一方、凝縮水は、バッファタンク４ａに流して貯溜され、フロート弁４ｂを通じて排出されることになり、運転中の水素リッチガス流通を円滑に行うことができる。   Since it is configured in this way, the anode outlet gas discharged from the gas outlet of the fuel cell anode 1a during operation of the fuel cell power generation unit flows into the condensation heat exchanger 4c from the inlet pipe coupling 4e, While flowing downward along the cooling pipe 4d provided between the outer cylindrical body 4cc and the inner cylindrical body 4cd, it is cooled by heat exchange with the refrigerant flowing in the cooling pipe 4d, and excess water is condensed. To be removed. The hydrogen-rich gas after removing the excess water rises along the inner wall in the inner cylinder 4cd and is supplied to the burner combustion unit 2d through the gas delivery pipe 4aa connected to the center of the upper end plate 4ca. On the other hand, the condensed water is stored by flowing into the buffer tank 4a and discharged through the float valve 4b, so that the hydrogen-rich gas can be circulated smoothly during operation.

運転開始時にアノード出口遮断弁３が開き、アノード出口遮断弁３より上流に滞留していた滞留水が一度に流出した場合、滞留水は入口配管取合４ｅから凝縮熱交換器４ｃに流入し、外筒体４ｃｃと内筒体４ｃｄとの間を流下して流入口４ａｂからバッファタンク４ａ内に流入し貯溜される。そして、貯溜水は、ドレン取合４ｇを通じてフロート弁４ｂに流れ、排出される。その結果、滞留水がガス送出配管４ａａからバーナ燃焼部２ｄへと流れる虞がなく、バーナ燃焼部２ｄの燃焼状態に影響を与えることなく起動操作を継続することができる。   When the anode outlet shut-off valve 3 opens at the start of operation and the staying water staying upstream from the anode exit shut-off valve 3 flows out at once, the staying water flows into the condensation heat exchanger 4c from the inlet pipe coupling 4e, It flows down between the outer cylinder 4cc and the inner cylinder 4cd, flows into the buffer tank 4a from the inlet 4ab, and is stored. The stored water flows to the float valve 4b through the drain joint 4g and is discharged. As a result, there is no possibility that the accumulated water flows from the gas delivery pipe 4aa to the burner combustion section 2d, and the start-up operation can be continued without affecting the combustion state of the burner combustion section 2d.

なお、上記実施形態、変形形態における冷媒については、上水、純水のほか、エチレングリコール水などの不凍液等、条件に応じて用いることが可能である。また冷却管４ｄを螺旋状の管としたが、形状はこれに限るものではなく、二重管などでもよく、凝縮熱交換器４ｃについても、外筒体４ｃｃや内筒体４ｃｄの形状は円筒状、横断面形状が方形、他の多角形等の角筒状であってもよい。   In addition, about the refrigerant | coolant in the said embodiment and modification, it is possible to use according to conditions, such as antifreezing liquids, such as clean water and pure water, and ethylene glycol water. Although the cooling pipe 4d is a spiral pipe, the shape is not limited to this, and a double pipe or the like may be used. Also for the condensation heat exchanger 4c, the outer cylinder 4cc and the inner cylinder 4cd are cylindrical. The shape and the cross-sectional shape may be a rectangular shape such as a square or another polygon.

本発明の第１の実施形態を示す概略の構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態における第１の変形形態の要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of the 1st modification in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態における第２の変形形態のバッファタンクを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the buffer tank of the 2nd modification in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態における第３の変形形態のバッファタンクを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the buffer tank of the 3rd modification in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態を示す概略の構成図である。It is a schematic block diagram which shows the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態における変形形態の要部を示す図で、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は縦断面図、図６（ｃ）は下面図である。FIGS. 6A and 6B are diagrams showing a main part of a modified embodiment according to the second embodiment of the present invention, in which FIG. 6A is a top view, FIG. 6B is a longitudinal sectional view, and FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１…燃料電池本体
１ａｂ…アノードガス排出管
２…改質装置
３…アノード出口遮断弁
４ａ…バッファタンク
４ａａ…ガス送出配管
４ｂ…フロート弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell main body 1ab ... Anode gas discharge pipe 2 ... Reformer 3 ... Anode outlet cutoff valve 4a ... Buffer tank 4aa ... Gas delivery piping 4b ... Float valve

Claims (4)

燃料電池本体からのアノード出口ガスが通流するアノードガス排出流路の中間部に、運転停止時に閉止する遮断弁が挿入された燃料電池発電ユニットであって、
前記アノードガス排出流路の下流側端部にバッファタンクを、上部にガス送出口、下部にドレン排出手段を設けて前記燃料電池本体の下方に位置するよう接続すると共に、前記バッファタンクの貯溜容量を前記燃料電池本体の定格発電出力１ｋＷ当たり０．４リットル以上となる容量とし、
前記遮断弁が、前記燃料電池本体のアノード出口ガスのガス排出口の鉛直下方位置に、流路が鉛直方向となるよう配置されたことを特徴とする燃料電池発電ユニット。 A fuel cell power generation unit in which a shutoff valve that is closed when operation is stopped is inserted in an intermediate portion of an anode gas discharge passage through which an anode outlet gas from the fuel cell main body flows,
A buffer tank is provided at the downstream end of the anode gas discharge flow path, a gas delivery port is provided at the upper portion, and a drain discharge means is provided at the lower portion to be connected to be positioned below the fuel cell main body, and the storage capacity of the buffer tank Is a capacity of 0.4 liters or more per 1 kW of rated power output of the fuel cell body ,
The fuel cell power generation unit , wherein the shut-off valve is disposed vertically below the gas outlet of the anode outlet gas of the fuel cell main body so that the flow path is in the vertical direction . 前記バッファタンクは、アノード出口ガスをタンク内に導入する導入口が、該バッファタンクからガスを送出する前記ガス送出口より下方に開口し、かつ底面から前記導入口の開口下端までの容積が、前記燃料電池本体の定格発電出力１ｋＷ当たり０．４リットル以上の容積であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電ユニット。   The buffer tank has an inlet for introducing the anode outlet gas into the tank, and opens below the gas outlet for sending gas from the buffer tank, and the volume from the bottom to the lower opening of the inlet is 2. The fuel cell power generation unit according to claim 1, wherein the fuel cell power generation unit has a volume of 0.4 liter or more per 1 kW of rated power output of the fuel cell main body. 燃料電池本体からのアノード出口ガスが通流するアノードガス排出流路の中間部に、運転停止時に閉止する遮断弁が挿入された燃料電池発電ユニットであって、
前記アノードガス排出流路の下流側端部に、アノード出口ガスより低温の冷媒を低温側とし、アノード出口ガスを高温側として熱交換を行わせながら通流させる熱交換器を、前記燃料電池本体の下方に位置するよう設け、かつ前記熱交換器の下方にバッファタンクを、上部にガス送出口、下部にドレン排出手段を設けて接続すると共に、前記バッファタンクの貯溜容量を前記燃料電池本体の定格発電出力１ｋＷ当たり０．４リットル以上となる容量とし、
前記遮断弁が、前記燃料電池本体のアノード出口ガスのガス排出口の鉛直下方位置に、流路が鉛直方向となるよう配置されたことを特徴とする燃料電池発電ユニット。 A fuel cell power generation unit in which a shutoff valve that is closed when operation is stopped is inserted in an intermediate portion of an anode gas discharge passage through which an anode outlet gas from the fuel cell main body flows,
A heat exchanger that passes through the downstream end portion of the anode gas discharge flow channel while performing a heat exchange with a refrigerant having a temperature lower than that of the anode outlet gas as a low temperature side and an anode outlet gas as a high temperature side; And a buffer tank below the heat exchanger, a gas delivery port at the top, and a drain discharge means at the bottom to connect, and the storage capacity of the buffer tank is connected to the fuel cell body The capacity is 0.4 liter or more per 1kW of rated power output ,
The fuel cell power generation unit , wherein the shut-off valve is disposed vertically below the gas outlet of the anode outlet gas of the fuel cell main body so that the flow path is in the vertical direction . 前記熱交換器は、アノード出口ガスを交換器内に導入する導入口が、該熱交換器からガスを送出する前記ガス送出口より下方の位置に開口していることを特徴とする請求項３記載の燃料電池発電ユニット。   4. The heat exchanger according to claim 3, wherein the inlet for introducing the anode outlet gas into the exchanger opens at a position below the gas outlet for sending gas from the heat exchanger. The fuel cell power generation unit described.
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