JPH08222248A - 燃料電池排気システム圧力変動補償装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】混合ガスの排気圧力を常に一定に保持すること
ができ、混合ガスの変化状態を間接的に察知可能で、排
気システム性能向上に寄与する装置を得る。 【構成】屋内に設置され内部に可燃ガスが通電機器に接
触するのを回避するために内部が隔壁で仕切られ燃料電
池の可燃ガス反応器を収納する隔室を有し、且つ前記内
部にポンプ駆動モータ等の通電機器を収納する隔室を有
し、隔室毎に排気口を有したエンクロージャ１と、前記
隔室毎に独立し屋内の清浄な換気用空気Ｖを導入して各
隔室内の換気を行なう換気装置と、１に形成された排気
口２ａに設けられ、換気用空気と排ガスを混合して屋外
に排出するための排気ダクト２および２内に排気ファン
３と、２内の３の吸込み側に設けられ、吸込み側の圧力
変動に応じた量の前記屋内の清浄な換気用空気を導入
し、混合ガスの流量変化分を補償する自立バランス機能
を有する風量調節ダンパーを具備したもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池パワープラン
トを構成するエンクロージャ内にの対象として、可燃ガ
ス反応器格納室及び通電機器格納室の換気用空気と燃料
電池固有の排ガスとを混合して排気するシステムに使用
される料電池排気システム圧力変動補償装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料電池発電プラントの一例とし
て、可燃ガス反応器とポンプ駆動モータ等の通電機器
を、エンクロージャ内に設けたそれぞれ個別の隣接する
隔室内に配設すると同時に、可燃ガスが通電機器と接触
するのを避ける目的で、二つの隔室間に隔壁を設けて、
所定のインターフェース機器のみ貫通させ、それぞれの
隔室毎に独立した換気システムを装備し、エンクロージ
ャ外部の清浄な空気をエンクロージャ内部に取り入れて
隔室内換気を行なうようにしたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来の燃料
電池発電プラントにあっては、次のような問題点があ
る。 （１）可燃ガス反応機器格納隔室と通電機器格納隔室と
を、それぞれ別個の換気システムによって換気を行い、
この換気用空気と、燃料電池発電プラント固有の排ガス
を混合してエンクロージャ外部に排出するシステム構成
であり、燃料電池発電プラントの負荷変動に応じて前述
の排ガス流量が変化するため、混合ガスの排気圧力も変
動し、混合ガス排出用ダクトが長大となるような極端な
場合には換気システムの排気口部分に混合ガスが滞留す
るおそれがある。

【０００４】（２）燃料電池発電プラントを屋内に設置
する場合には、各隔室からの混合ガスを屋外へ排出する
目的で、長距離に亘って排気ダクトを配設し、この排気
ダクトの途中に排気ファンを付設する場合があり、この
場合には混合ガスの排気圧力変動は、排気ファンの動作
特性へ大きな影響を及ぼすのと同時に、混合ガス排気シ
ステムの性能不安定現象を起こす原因となっている。

【０００５】（３）可燃ガス反応器格納隔室と通電機器
格納隔室の別個の換気システムの性能低下等の異常値は
個別に検出され、復旧処置されるシステム構成である
が、総合的な状態の監視は行われていない。

【０００６】本発明の目的は、混合ガスの排気圧力を常
に一定に保持することができ、混合ガスの変化状態を間
接的に察知可能で、排気システム性能向上に寄与する燃
料電池排気システム圧力変動補償装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、屋内に設置され、内部
に可燃ガスがポンプ駆動モータ等の通電機器に接触する
のを回避する目的で、内部が隔壁で仕切られ燃料電池の
可燃ガス反応器等を収納する第１の隔室を有し、且つ前
記内部にポンプ駆動モータ等の通電機器を収納する第２
の隔室を有し、各隔室毎に排気口を有したエンクロージ
ャと、前記第１及び第２の隔室毎にそれぞれ独立し屋内
の清浄な換気用空気を導入して各隔室内の換気を行なう
換気装置と、前記エンクロージャに形成された排気口に
設けられ、前記換気用空気と燃料電池固有の排ガスを混
合して屋外に排出するための排気ダクトおよびこの排気
ダクト内に排気ファンを備えた燃料電池排気システムに
おいて、前記排気ダクト内の前記排気ファンの吸込み側
に設けられ、前記吸込み側の圧力変動に応じた量の前記
屋内の清浄な換気用空気を導入し、前記混合ガスの流量
変化分を補償する自立バランス機能を有する風量調節ダ
ンパーを具備した燃料電池排気システム圧力変動補償装
置である。

【０００８】前記目的を達成するため、請求項２に対応
する発明は、請求項１記載の燃料電池排気システム圧力
変動補償装置において、風量調節ダンパーは、ダンパー
体支持体、ダンパー体、弾性体、開度検出器からなり、
前記ダンパー体支持体は前記排気ダクトの内部に排ガス
の流通方向に沿って配設され、前記ダンパー体は前記ダ
ンパー体支持体に対して直角方向にスライド可能であっ
て前記排気ダクトを流通する排ガスの流量を調整可能に
配設され、前記弾性体はダンパー体がスライドする際に
前記ダンパー体に対して補償用空気の流通方向に弾性力
が作用するように設けられ、前記開度検出器は少なくと
も前記ダンパー体の開度が最小となる状態を検出するも
のである燃料電池排気システム圧力変動補償装置である
前記目的を達成するため、請求項３に対応する発明は、
屋外に設置され、内部に可燃ガスがポンプ駆動モータ等
の通電機器に接触するのを回避する目的で、内部が隔壁
で仕切られ燃料電池の可燃ガス反応器を収納する第１の
隔室を有し、且つ前記内部にポンプ駆動モータ等の通電
機器を収納する第２の隔室を有し、各隔室の天井部にそ
れぞれ複数の排気口を有したエンクロージャと、前記第
１及び第２の隔室毎にそれぞれ独立して屋外の清浄な換
気用空気を導入して各隔室内の換気を行なう換気装置
と、前記エンクロージャにて形成された隔室毎の排気口
に連通可能に設けられ、前記換気用空気と燃料電池固有
の排ガスを混合して屋外に排出するための共通の排気ダ
クトおよびこの排気ダクトの両端部の開口部よりなる燃
料電池排気システムにおいて、開口部に混合ガス流量変
化に応じて作動する自立バランス機能を有する第１及び
第２の風量調節ダンパーを具備した燃料電池排気システ
ム圧力変動補償装置である。

【０００９】前記目的を達成するため、請求項４に対応
する発明は、請求項３記載の燃料電池排気システム圧力
変動補償装置において、各風量調節ダンパーは、それぞ
れダンパー体支持体、ダンパー体、弾性体、開度検出器
からなり、前記ダンパー体支持体はパッケージ天井部の
開口部であって混合ガス排出方向に設けられ、前記ダン
パー体は前記ダンパー体支持体にスライド可能であって
前記開口部から排出される排ガスの流量に応じてダンパ
ー開度が可変となるように設けられ、前記弾性体はダン
パー体がスライドする際に前記ダンパー体に対して前記
排ガスの流通方向に弾性力が作用するように設けられ、
前記開度検出器は少なくとも前記ダンパー体の開度が最
小となる状態を検出するものである燃料電池排気システ
ム圧力変動補償装置である。

【００１０】

【作用】請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明に
よれば、エンクロージャ内に収納した燃料電池パワープ
ラントにおける可燃ガス反応器格納室及び通電機器格納
室の換気用空気と燃料電池固有の排ガスとを混合して排
気するシステムにおいて、混合ガス中の燃料電池固有の
排ガス流量が変化することに起因した、混合ガスの排気
圧力変化を自立バランス機能付きの風量調節ダンパーの
働きで補償することにより、混合ガスの排気圧力を常に
一定に保持することができ、混合ガスの変化状態を間接
的に察知可能で、排気システム性能向上に寄与する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、燃料電池発電システムを屋内に設
置する場合を概念的に示したものである。発電プラント
エンクロージャの内部に、可燃ガス反応器格納隔室（図
示せず）及び通電機器格納隔室（図示せず）等が形成さ
れており、各隔室内換気用空気及び燃料電池固有の排ガ
スの混合ガスを外部に排出する目的で、燃料電池発電プ
ラントのエンクロージャ１の天井部において排気ダクト
２と接続されている。

【００１２】排気ダクト２は、屋内空間を長距離に亘っ
て建物側壁６のダクト穴６ａを貫通している排気口２ｂ
まで付設されている。図１において、隔室内換気用空気
Ｖ及び燃料電池固有の排ガスＥの流れを模式的に示して
いる。隔室内換気用空気Ｖ及び燃料電池固有の排ガスＥ
が、エンクロージャ１の天井部において、図示しない流
路内で混合ガスＣとなり、排気ダクト２の内部を経由し
て排気口２ｂより屋外に排出される構成となっている。

【００１３】排気ダクト２の内部における混合ガスＣの
圧力損失に相当する圧力を付与する目的で、排気ダクト
２の上流側２ａに排気ファン３が配設されている。この
場合、排気ファン３の性能は、混合ガスＣの最大流量に
見合った風量及びこの風量を排気する場合の排気ダクト
２の内部の圧力損失以上の風圧を付与すべく設計されて
いる。

【００１４】一方、隔室内換気用空気Ｖの流量は、換気
系構成機器の経時変化を考慮しなければ、ほぼ一定と考
えられるが、燃料電池固有の排ガスＥの流量は燃料電池
発電プラントの負荷増減の変動に応じて増減するため、
混合ガスＣの流量も燃料電池の運転負荷に応じて変化す
ることになる。従って、排気ファン３の運転動作点も変
化することになり、排気ファン３の吸込み側の圧力が変
動するという問題点を生じる。

【００１５】このようなことから、排気ダクト２の内部
に配設されている排気ファン３の吸込み側に、自立バラ
ンス機能を有する風量調節ダンパー４を設置している。
風量調節ダンパー４は、図２に示すように、軽量で薄板
からなるダンパー板４１、取付け枠４２、開度調整スタ
ッド４３、スプリング４４，４５、シール板４６及びリ
ミットスイッチ４７ａ，４７ｂから構成されている。

【００１６】すなわち、排気ファン３の吸込側の排気ダ
クト２の側壁に取付け枠４２が溶接などによって固定さ
れている。取付け枠４２の穴４２ａの周縁部に、開度調
整スタッド４３が複数個（図では４個）等間隔を存して
植立されている。開度調整スタッド４３の全てに１枚の
ダンパー板４１が貫通支持され（具体的にはダンパー板
４１に各開度調整スタッド４３に対応する位置に形成さ
れた図示しない貫通穴に挿通され）、各開度調整スタッ
ド４３の外周側であってダンパー板４１と取付け枠４２
の間、ならびにダンパー板４１と開度調整スタッド４３
の先端部に螺合されるナット４３ａの間にそれぞれスプ
リング４４，４５が配設され、このスプリング４４，４
５の復元力によりダンパー板４１が開度調整スタッド４
３のほぼ中央位置にバランスするようになっている。こ
の場合、ダンパー板４１に加わる混合ガスＣと大気との
間に圧力差がないときであり、この両者間に圧力差があ
れば、この圧力差に応じて後述するダンパー開度Ｓの値
が変化するようになっている。このダンパー開度Ｓは、
取付け枠４２であってダンパー板４１の対向する面に、
配設されているリング状のシール板４６と、ダンパー板
４１の間の距離をさしている。

【００１７】排気ダクト２の側壁には、ダンパー板４１
の移動位置を検出するリミットスイッチ４７ａが配設さ
れ、リミットスイッチ４７ａは、具体的にはダンパー板
４１が移動してナット４３ａに当接する状態（最大開度
つまり混合ガスＣの流量が最小となったとき）を検出す
る。

【００１８】また、取付け枠４２にはダンパー板４１の
移動位置を検出するリミットスイッチ４７ｂが配設さ
れ、リミットスイッチ４７ｂは、具体的にはダンパー板
４１が移動してシール板４６に当接する状態（開度零つ
まり混合ガスＣの流量が最大となったとき）を検出す
る。

【００１９】次に、以上のように構成された第１実施例
の動作について図３を参照して説明する。図３は、横軸
に風量Ｑをとり、縦軸に風圧Ｈをとった座標において図
１の排気ファン３の性能曲線Ｘと図１の排気ダクト２の
内部の圧力損失曲線Ｙで表したものである。図３の座標
において、性能曲線Ｘと圧力損失曲線Ｙの交点Ｏ１は、
排気ファン３の運転動作点であり、これは燃料電池の最
大負荷運転時の混合ガスＣの流量が最大の場合を表して
いる。

【００２０】始めに、図１の風量調節ダンパー４を備え
ていない従来例について説明する。燃料電池発電プラン
トの負荷が低下するにつれて、混合ガスＣの流量がＱ１
よりＱ２へと減少し、排気ファン３の動作点は、Ｏ１よ
りＯ２へと移動する。そして、混合ガスＣの流量の減少
に伴って、排気ダクト２内部の所要圧力損失はＨ１より
Ｈ２へ低下するが、排気ファン３の発生する風圧のうち
Ｈ３が余分となるため、排気ファン３の吸込み側で消費
されることになり、排気ファン３の吸込み側圧力が負圧
になるという問題点を引き起こす。

【００２１】しかしながら、本実施例では排気ファン３
の吸込み側圧力変動を回避する目的で、排気ファン３の
吸込み側に風量調節ダンパー４が設置されているので、
混合ガスＣの流量減少分（Ｑ１ーＱ２）に見合うだけ、
風量調節ダンパー４を介して外部の清浄空気を取入れて
補償することによって、排気ファン３の動作点をＯ２よ
り当初のＯ１へ復旧することが可能になる。

【００２２】従って、以上述べた第１実施例によれば、
以下のような作用効果が得られる。 １）燃料電池パワープラントを図１に示すように屋内へ
設置する場合に、エンクロージャ１内隔室換気用空気Ｖ
と、燃料電池固有の排ガスＥとを混合排気する排気シス
テムにおいて、排ガスＥの流量が燃料電池の負荷変動に
対応して変化することに起因して、強制排気用ファン３
の動作点が変動し、極端な場合、排気ファン３の吸込み
側が負圧になる現象を引き起こす。この現象を回避する
目的で、自立バランス機能が付与された風量調節ダンパ
ー４を排気ファン３の吸込み側に設置して、風量調節ダ
ンパー４を介して外部清浄空気を取入れることによって
排気ファン３の動作点を不変にすることが可能となる。
排気ファン３の動作点の不変を検出して燃料電池パワー
プラントからの混合排気ガスの圧力を一定に保持可能と
し、排気システム性能向上に寄与する。

【００２３】２）風量調節ダンパー４の開度をリミット
スイッチ４７ａ，４７ｂで検出することによって、風量
調節ダンパー４の動作状態、ひいては混合ガスＣの変化
状態を間接的に検知可能となる。

【００２４】図４は、本発明の第２実施例を説明するた
めの図であり、燃料電池パワープラントを屋外に設置し
た場合の例を概念的に示したものである。すなわち、パ
ワープラント・エンクロージャ１の内部に可燃ガス反応
器格納隔室及び通電機器格納室等が形成されていること
は、図１の実施例と同様である。各室内換気用空気Ｖ及
び燃料電池固有の排ガスＥを屋外に排出する目的で、エ
ンクロージャ１の天井部に排気口５を設けている。排気
口５へは、複数の風量調節ダンパー４を介して、混合ガ
スＣを外気へ放出する排気システムとなっている。

【００２５】風量調節ダンパー４の詳細な構成は、図２
に示す通りである。この場合の部品構成は、屋内設置の
場合と同様であるが、燃料電池パワープラントが最大負
荷で運転され、混合ガスＣの流量が最大となる場合に排
気口５に設置した風量調節ダンパー４の開度が最大とな
り、最小流量に対して最小開度となるように予め調整し
ておくものとする。

【００２６】燃料電池の負荷変動に応じて、混合ガスＣ
の流量が低下してくると、風量調節ダンパー４の自立バ
ランス機能によって最大開度より徐々開度が小さくな
り、混合ガスＣの最小流量に対して最小開度の点に到達
する。その結果、排気口２内の混合ガスＣの圧力を一定
に保持することが可能となる。また、併せて取付けられ
ているリミットスイッチ等で風量調節ダンパー４の開度
変化の状態を監視することが可能であり、間接的には混
合ガスＣの流量低下状態の監視が可能である。

【００２７】以上述べた第２実施例によれば、燃料電池
パワープラントの排気口５へ複数個の風量調節ダンパー
４を設置して、風量調節ダンパー４の開度を変更するこ
とによって、混合ガスＣの排気圧力を一定に保持し、排
気システムの性能向上に寄与する。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、混合ガスの排気圧力を
常に一定に保持することができ、混合ガスの変化状態を
間接的に察知可能で、排気システム性能向上に寄与する
燃料電池排気システム圧力変動補償装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明による燃料電池排気システム圧
力変動補償装置の第１実施例を示す正面図であり、
（Ｂ）はその側面図。

【図２】（Ａ）は図１の風量調節ダンパーを説明するた
めの断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）をＺ方向に見た正面
図。

【図３】図１の実施例の動作を説明するための図。

【図４】本発明による燃料電池排気システム圧力変動補
償装置の第２実施例を示す概略図。

【符号の説明】

１…パワープラントエンクロージャ、２…排気ダクト、
３…排気ファン、４…風量調節ダンパー、５…排気口、
６…建物側壁、６ａ…ダクト穴。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩原 直樹 東京都港区西新橋三丁目７番１号 東芝プ ラント建設株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 屋内に設置され、内部に可燃ガスがポン
   プ駆動モータ等の通電機器に接触するのを回避する目的
   で、内部が隔壁で仕切られ燃料電池の可燃ガス反応器等
   を収納する第１の隔室を有し、且つ前記内部にポンプ駆
   動モータ等の通電機器を収納する第２の隔室を有し、各
   隔室毎に排気口を有したエンクロージャと、前記第１及
   び第２の隔室毎にそれぞれ独立し屋内の清浄な換気用空
   気を導入して各隔室内の換気を行なう換気装置と、前記
   エンクロージャに形成された排気口に設けられ、前記換
   気用空気と燃料電池固有の排ガスを混合して屋外に排出
   するための排気ダクトおよびこの排気ダクト内に排気フ
   ァンを備えた燃料電池排気システムにおいて、 前記排気ダクト内の前記排気ファンの吸込み側に設けら
   れ、前記吸込み側の圧力変動に応じた量の前記屋内の清
   浄な換気用空気を導入し、前記混合ガスの流量変化分を
   補償する自立バランス機能を有する風量調節ダンパーを
   具備した燃料電池排気システム圧力変動補償装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の燃料電池排気システム圧
   力変動補償装置において、風量調節ダンパーは、ダンパ
   ー体支持体、ダンパー体、弾性体、開度検出器からな
   り、前記ダンパー体支持体は前記排気ダクトの内部に排
   ガスの流通方向に沿って配設され、前記ダンパー体は前
   記ダンパー体支持体に対して直角方向にスライド可能で
   あって前記排気ダクトを流通する排ガスの流量を調整可
   能に配設され、前記弾性体はダンパー体がスライドする
   際に前記ダンパー体に対して補償用空気の流通方向に弾
   性力が作用するように設けられ、前記開度検出器は少な
   くとも前記ダンパー体の開度が最小となる状態を検出す
   るものである燃料電池排気システム圧力変動補償装置。
3. 【請求項３】 屋外に設置され、内部に可燃ガスがポン
   プ駆動モータ等の通電機器に接触するのを回避する目的
   で、内部が隔壁で仕切られ燃料電池の可燃ガス反応器を
   収納する第１の隔室を有し、且つ前記内部にポンプ駆動
   モータ等の通電機器を収納する第２の隔室を有し、各隔
   室の天井部にそれぞれ複数の排気口を有したエンクロー
   ジャと、前記第１及び第２の隔室毎にそれぞれ独立して
   屋外の清浄な換気用空気を導入して各隔室内の換気を行
   なう換気装置と、前記エンクロージャにて形成された隔
   室毎の排気口に連通可能に設けられ、前記換気用空気と
   燃料電池固有の排ガスを混合して屋外に排出するための
   共通の排気ダクトおよびこの排気ダクトの両端部の開口
   部よりなる燃料電池排気システムにおいて、 開口部に混合ガス流量変化に応じて作動する自立バラン
   ス機能を有する第１及び第２の風量調節ダンパーを具備
   した燃料電池排気システム圧力変動補償装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の燃料電池排気システム圧
   力変動補償装置において、各風量調節ダンパーは、それ
   ぞれダンパー体支持体、ダンパー体、弾性体、開度検出
   器からなり、前記ダンパー体支持体はパッケージ天井部
   の開口部であって混合ガス排出方向に設けられ、前記ダ
   ンパー体は前記ダンパー体支持体にスライド可能であっ
   て前記開口部から排出される排ガスの流量に応じてダン
   パー開度が可変となるように設けられ、前記弾性体はダ
   ンパー体がスライドする際に前記ダンパー体に対して前
   記排ガスの流通方向に弾性力が作用するように設けら
   れ、前記開度検出器は少なくとも前記ダンパー体の開度
   が最小となる状態を検出するものである燃料電池排気シ
   ステム圧力変動補償装置。