WO2012081233A1 - 発電システム - Google Patents

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WO2012081233A1
WO2012081233A1 PCT/JP2011/006950 JP2011006950W WO2012081233A1 WO 2012081233 A1 WO2012081233 A1 WO 2012081233A1 JP 2011006950 W JP2011006950 W JP 2011006950W WO 2012081233 A1 WO2012081233 A1 WO 2012081233A1
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power generation
generation system
gas
ventilator
flow path
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章典 行正
繁樹 保田
森田　純司
篤敬 井上
龍井　洋
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パナソニック株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Definitions

  • the present invention relates to a power generation system, and more particularly to a structure of a flow path through which combustion exhaust gas of a power generation unit flows.
  • a power generation apparatus that includes a discharge pipe that is connected to a duct that is disposed inside a building and extends in a vertical direction and discharges exhaust gas generated by a fuel cell (see, for example, Patent Document 1).
  • the power generation device described in Patent Document 1 is configured to exhaust the exhaust gas of the ventilation fan and the fuel cell individually from the casing (exterior container).
  • the exhaust gas for example, a combustion exhaust gas generated by burning a fuel gas that has not been used for a power generation reaction in a combustion apparatus is also assumed.
  • flammable gas may be contained in the combustion exhaust gas due to various causes. Such a problem may occur not only in the fuel cell but also in a power generation unit that discharges combustion exhaust gas such as a gas engine generator.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a power generation system capable of diluting a combustible gas in combustion exhaust gas and discharging it outside the casing.
  • a power generation system includes a power generation unit, a housing that houses the power generation unit, a ventilator that ventilates the inside of the housing, and the housing.
  • the gas flow path merges with the first gas flow path in the housing.
  • the combustible gas in the combustion exhaust gas is diluted and discharged out of the casing.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the power generation system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing control of the controller in the power generation system of FIG.
  • FIG. 3A is a flowchart showing control of the controller in Modification 1 of the power generation system of FIG.
  • FIG. 3B is a flowchart illustrating control of the controller in the second modification of the power generation system in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a block diagram schematically showing the configuration of the power generation system according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram schematically showing the configuration of the power generation system according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing control of the controller in the power generation system of FIG. FIG.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the control of the controller in Modification 3 of the power generation system of FIG.
  • FIG. 8 is a block diagram schematically showing the configuration of the power generation system according to the fourth embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart showing control of the controller in the power generation system of FIG.
  • FIG. 10 is a block diagram schematically showing the configuration of the power generation system according to the fifth embodiment.
  • the power generation system includes a power generation unit, a housing that houses the power generation unit, a ventilator that ventilates the inside of the housing, and a gas that flows through the operation of the ventilator. 1 gas flow path and a second gas flow path that is provided in the housing and through which the combustion exhaust gas from the power generation unit flows, the second gas flow path joins the first gas flow path in the housing. is doing.
  • the combustion exhaust gas may contain a combustible gas.
  • a combustible gas examples include a case where incomplete combustion occurs in the power generation unit.
  • the combustion exhaust gas of the power generation unit is mixed with the atmospheric gas in the housing, so that the combustible gas in the combustion exhaust gas is diluted and discharged out of the housing.
  • a controller for operating the ventilator may be provided at least during the power generation operation of the power generation system.
  • combustion exhaust gas is discharged from the power generation unit during the power generation operation of the power generation system. Therefore, with the above configuration, during the power generation operation, the combustion exhaust gas from the power generation unit is mixed with the atmospheric gas in the housing, and the combustible gas in the combustion exhaust gas is diluted.
  • the operation of the ventilator may be either continuous or intermittent. This is different from the conventional power generation system in which the first gas flow path and the second gas flow path are not merged in either continuous operation or intermittent operation, and the combustion exhaust gas of the power generation unit This is because the combustible gas in the combustion exhaust gas is diluted.
  • the power generation system described below adopts a mode in which the ventilator is operated when the power generation unit is in the power generation operation, but is not limited thereto. This is because even if the ventilator is arbitrarily operated regardless of whether or not the power generation unit is in power generation operation, there is a high possibility that a time zone during which the ventilator operates is generated during the discharge of combustion exhaust gas from the power generation unit. It is. As such an example, there is a mode in which the ventilator is periodically operated regardless of the operation state of the power generation unit.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the power generation system according to the first embodiment.
  • a power generation system 100A includes a power generation unit 1, a housing 2 that houses the power generation unit 1, a ventilator 3 that ventilates the inside of the housing 2, and a housing 2 A first gas passage 5 through which a gas flowing along with the operation of the ventilator 3 circulates, and a second gas passage 6 provided in the housing 2 through which combustion exhaust gas from the power generation unit 1 flows. It has.
  • the second gas flow path 6 merges with the first gas flow path 5 at the joining location 21 in the housing 2.
  • the power generation unit 1 is a power generation unit that generates power using fuel, and examples thereof include a fuel cell unit and a gas engine power generation unit. Further, the power generation unit 1 includes a combustor (not shown), and exhausts combustion exhaust gas from the combustor in a power generation operation. As such combustion exhaust gas, if the power generation unit is a fuel cell unit, the combustion exhaust gas after burning the anode off-gas of the fuel cell with the combustor, and the hydrogen-containing gas generated by the reformer after burning with the combustor The combustion exhaust gas etc. are illustrated. Further, if the power generation unit is a gas engine power generation unit, combustion exhaust gas from a gas engine corresponding to a combustor is exemplified.
  • the ventilator 3 only needs to be able to ventilate the inside of the housing 2 and can be installed at any part of the housing 2.
  • the structure for taking in the ventilation gas into the housing 2 by the ventilator 3 is not particularly limited.
  • a ventilation gas may be taken into the housing 2 from an intake hole provided in the housing 2.
  • the first gas flow path 5 and the intake gas flow path are formed of a double pipe, and the pipe on one side (for example, the inside) of the double pipe is the first gas flow path 5.
  • a ventilation gas may be taken into the housing 2 through a pipe line on the other side (for example, the outside) of the double pipe.
  • the ventilator 3 is comprised with a fan etc., for example.
  • the first gas flow path 5 is provided so as to extend from the inside of the housing 2 to the outside of the housing 2 so that the gas flowing along with the operation of the ventilator 3 flows.
  • the second gas flow path 6 is provided inside the housing 2 so as to guide the combustion exhaust gas from the power generation unit 1 to the first gas flow path 5.
  • the power generation system 100 ⁇ / b> A further includes a controller 30.
  • the controller 30 is configured to continue the operation of the ventilator 3 at least until the exhaust of the combustion exhaust gas from the power generation unit 1 stops.
  • the controller 30 only needs to have a control function, and includes an arithmetic processing unit and a storage unit that stores a control program.
  • the controller 30 may be a microcontroller, a PLC (Programmable Logic Controller), or the like.
  • examples of the arithmetic processing unit include an MPU and a CPU.
  • a memory is exemplified as the storage unit.
  • the controller 30 may be composed of a single controller that performs centralized control, or may be composed of a plurality of controllers that perform distributed control in cooperation with each other.
  • the installation location of the controller 30 is arbitrary. For example, as shown in FIG. 1, it may be housed in the housing 2, attached to the outer surface of the housing 2, or may be installed separately from the housing 2.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the control of the controller 30 in the power generation system 100A of FIG.
  • step S1 when the power generation operation of the power generation system 100A is started (step S1), the controller 30 starts the operation of the ventilator 3 (step S2), and then the power generation operation of the power generation system 100A. Is stopped (step S3), the operation of the ventilator 3 is stopped (step S4), and this control is terminated.
  • the combustion exhaust gas from the power generation unit 1 passes through the second gas flow path 6 and flows into the first gas flow path 5 at the junction 21. It is mixed with the atmospheric gas in the housing from the vessel 3.
  • the combustion gas is combustible in the combustion exhaust gas.
  • the combustible gas in the combustion exhaust gas is diluted.
  • the controller 30 is configured to operate the ventilator 3 during the power generation operation.
  • a configuration in which the ventilator 3 is further operated even in an operation state different from the power generation operation is adopted. It doesn't matter.
  • the operation state include a start operation, a stop operation, and a standby state.
  • the standby state refers to a state in which the stop operation of the power generation system 101A is completed and the next activation is on standby.
  • the power generation system of Modification 1 may include a controller that continues the operation of the ventilator until at least the discharge of the combustion exhaust gas from the power generation unit stops.
  • the combustion exhaust gas and the atmospheric gas in the housing are mixed by the operation of the ventilator, and the combustion exhaust gas contains a combustible gas,
  • the combustible gas in the combustion exhaust gas is diluted and discharged out of the housing.
  • FIG. 3A is a flowchart showing the control of the controller in the first modification of the power generation system 100A of FIG.
  • the controller 30 stops the power generation operation of the power generation system 100A (step S1).
  • the controller 30 stops the combustion operation
  • the combustor is a device that generates combustion exhaust gas from the power generation unit 1, and when the power generation unit is a fuel cell unit, a combustor that burns anode off gas is exemplified. Moreover, when a power generation unit is a gas engine generator, a gas engine etc. are illustrated.
  • the controller 30 is configured to stop the operation of the ventilator 3 with the stop of the combustion operation of the combustor.
  • the ventilator 3 is detected with the detection of the stop of the combustion operation of the combustor. It is also possible to adopt a form that stops the operation.
  • the stop detection is performed by a detector that detects a signal generated with the operation of the combustor.
  • a detector that detects a signal generated with the operation of the combustor.
  • a combustion detector provided in the combustor, an output meter provided in an air supply device that supplies combustion air to the combustor, and the like are exemplified.
  • the start of the operation of the ventilator 3 is not shown, but the start timing is arbitrary.
  • the operation of the ventilator 3 may be started with the start of power generation by the power generation system 100A.
  • the combustion exhaust gas and the atmospheric gas in the housing 2 are mixed by the operation of the ventilator 3 until the exhaust of the combustion exhaust gas from the power generation unit 1 stops, and the combustible gas in the combustion exhaust gas is diluted. Is done.
  • the combustible gas in the combustion exhaust gas is diluted from the beginning when the combustion exhaust gas is discharged from the combustor 8.
  • the timing of stopping the operation of the ventilator 3 in accordance with the stop of the combustion operation of the combustor is not shown, but the stop timing is arbitrary.
  • the combustion operation of the combustor may be stopped quickly as the combustion operation stops.
  • the ventilator 3 may continue the operation, and then stop the operation.
  • the operation of the ventilator 3 may be continued at least for a time during which the gas remaining in the exhaust gas flow path is purged by the atmospheric gas in the housing 2 when the combustion operation of the combustor is stopped.
  • the power generation system of Modification 2 may include a controller that continues the operation of the ventilator after stopping the discharge of the combustion exhaust gas from the power generation unit when stopping the power generation system in the power generation system of Embodiment 1. Good.
  • FIG. 3B is a flowchart showing the control of the controller in the second modification of the power generation system 100A of FIG.
  • the controller 30 stops the power generation operation of the power generation system 100A (step S3).
  • the controller 30 stops the combustion operation
  • the operation time of the ventilator 3 after stopping the combustion operation of the combustor is arbitrary. For example, at least the combustion exhaust gas remaining in the exhaust gas flow path is purged by the atmospheric gas in the housing 2. The operation of the ventilator 3 may be continued for a time.
  • the combustor is a device that generates combustion exhaust gas from the power generation unit 1, and when the power generation unit is a fuel cell unit, a combustor that burns anode off gas is exemplified. Moreover, when a power generation unit is a gas engine generator, a gas engine etc. are illustrated.
  • the operation of the ventilator 3 is started when the controller 30 stops the combustion operation of the combustor, but the operation of the ventilator 3 is detected when the stop of the operation of the combustor is detected. You may employ
  • the stop detection is performed by a detector that detects a signal generated with the operation of the combustor.
  • a detector that detects a signal generated with the operation of the combustor.
  • a combustion detector provided in the combustor, an output meter provided in an air supply device that supplies combustion air to the combustor, and the like are exemplified.
  • the start timing of the operation of the ventilator 3 in the above operation flow of the power generation system 100A is an example, and if the operation of the ventilator 3 is continued at least after the discharge of the combustion exhaust gas from the power generation unit is stopped, the start timing Timing is arbitrary.
  • the operation of the ventilator 3 may be started with the start of power generation of the power generation system 100A, or the operation of the ventilator 3 may be started with the start of the combustion operation of the combustor. .
  • Embodiment 2 The power generation system according to Embodiment 2 includes a condenser on the second gas flow path, and the second gas flow path merges with the first gas flow path downstream of the condenser.
  • FIG. 4 is a block diagram schematically showing the configuration of the power generation system according to the second embodiment.
  • the power generation system 100B of Embodiment 2 includes a condenser 7 on the second gas flow path 6, and the second gas flow path 6 is connected to the first gas flow path 5 downstream of the condenser 7. Have joined.
  • the other configuration of the power generation system 100B of the second embodiment is the same as that of the power generation system 100A of the first embodiment, and the operation thereof is the same as that of the power generation system 100 of the first embodiment and the modification 1 thereof. Therefore, the description thereof is omitted. Since the condenser 7 can be constituted by a known one, the description thereof is omitted.
  • a power generation system according to Embodiment 3 is the power generation system according to any one of Embodiment 1, Modification 1, Modification 2 and Embodiment 2, and a combustion air supplier that supplies combustion air to the combustor, and power generation
  • a controller for operating the ventilator is provided at least after the operation of the combustion air supply is stopped.
  • FIG. 5 is a block diagram schematically showing the configuration of the power generation system according to the third embodiment.
  • the configuration of the power generation system 100C of the third embodiment is basically the same as that of the power generation system 100A of the first embodiment, but differs from the power generation system 100A of the first embodiment in the following points.
  • the power generation unit 1 includes a combustion air supply device 41 that supplies combustion air to the combustor 8.
  • the combustion air supply device 41 is composed of, for example, a sirocco fan.
  • the combustor 8 is the combustor described in the first embodiment.
  • the operation described below is the same as that of the first embodiment except that the operation of the ventilator 3 is continued even after the operation of the combustion air supply device 41 is stopped, and then the operation of the ventilator 3 is stopped. .
  • FIG. 6 is a flowchart showing the control of the controller 30 in the power generation system 100C of FIG.
  • the controller 30 starts the combustion operation of the combustor 8 with the activation of the power generation system 100C. At that time, the controller 30 operates the combustion air supply device 41 (step S41). When the operation of the combustion air supply device 41 is started, the controller 30 starts the operation of the ventilator 3 (step S42). In step S41, the combustion air supply device 41 may perform pre-purge before starting the combustion operation of the combustor 8, and in this case, in step S42, the ventilator 3 may be operated during pre-purge. .
  • the controller 30 stops the combustion operation of the combustor 8 along with the stop of the power generation operation of the power generation system 100D, and at that time, stops the combustion air supply operation of the combustion air supplier 41 (step S43).
  • the controller 30 continues the operation of the ventilator 3 even after the combustion air supply device 41 stops operating, and thereafter stops the operation of the ventilator 3 (step S44), and ends this control.
  • the operation time of the ventilator 3 after the operation of the combustion air supply device 41 is arbitrary is arbitrary. For example, at least the gas remaining in the exhaust gas flow path is purged by the atmospheric gas in the housing 2. The operation of the ventilator 3 may be continued for a time.
  • step S43 the combustion air supply device 41 may execute post-purge after the combustion operation of the combustor 8 is stopped.
  • the ventilator 3 may be operated during post-purge in step S44.
  • the controller 30 starts and stops the operation of the ventilator 3 as the operation of the combustion air supply device 41 is started and stopped by the controller 30.
  • a mode in which the controller 30 starts and stops the operation of the ventilator 3 in accordance with the detection of the start and stop of the operation of the combustion air supply device 41 (not shown) may be adopted.
  • the start timing of the operation of the ventilator 3 is arbitrary, and is not limited to the above example.
  • the operation of the ventilator 3 may be started with the start of power generation by the power generation system 100A.
  • Modification 3 of Embodiment 3 is combustion air that supplies combustion air to the combustor in the power generation system of any of Embodiment 1, Modification 1, Modification 2, Embodiment 2, and Embodiment 3.
  • a supply device and a controller for operating the combustion air supply device even after the combustion operation of the combustor is stopped are provided.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the control of the controller 30 in the power generation system 100C of the third modification.
  • the controller 30 first starts the combustion operation of the combustor 8 with the activation of the power generation system 100C. At this time, the controller 30 also operates the combustion air supply device 41. (Step S51) On the other hand, the controller 30 stops the combustion operation of the combustor 8 along with the stop of the power generation operation of the power generation system 100C (step S52). On the other hand, the controller 30 continues the operation of the combustion air supply device 41. Thereby, even if combustible gas is contained in the combustion exhaust gas remaining in the second gas flow path 6, it is diluted and discharged by the air supplied from the combustion air supply device 41.
  • controller 30 stops the operation of the combustion air supply device 41 (step S53) and ends this control.
  • the combustion air supply device 41 only needs to continue the operation even after the combustion operation of the combustor 8 is stopped, and the operation time of the combustion air supply device 41 after the operation stop of the combustor 8 is arbitrary.
  • the duration time may be, for example, a time during which at least the gas remaining in the exhaust gas passage is purged by the atmospheric gas in the housing 2.
  • the power generation unit includes a combustor that burns combustible gas and a fuel cell, and the second gas flow path includes a combustion exhaust gas flow path through which combustion exhaust gas from the combustor flows; And a cathode offgas passage through which the cathode offgas from the fuel cell flows.
  • the flammable gas is diluted by the cathode offgas from the cathode offgas flow path in addition to the atmospheric gas in the housing from the first flow path.
  • the combustible gas in the combustion exhaust gas is further diluted and discharged out of the housing.
  • An oxidant gas supply for supplying an oxidant gas to the fuel cell and when the power generation system is stopped, the power generation of the power generation system is stopped, and the oxidant gas supply is operated even after the combustion operation of the combustor is stopped. And a controller.
  • FIG. 8 is a block diagram schematically showing the configuration of the power generation system according to the fourth embodiment.
  • the configuration of the power generation system 100D of the fourth embodiment is basically the same as that of the power generation system 100C of the third embodiment, but differs from the power generation system 100C of the third embodiment in the following points.
  • the power generation unit 1 includes the combustor 8 and the fuel cell 10 that combusts the combustible gas, and the second gas flow path 6 receives the cathode off-gas from the fuel cell 10.
  • a flowing cathode off-gas channel 6A and a combustion exhaust gas channel 6B through which combustion exhaust gas from the combustor 8 flows are provided.
  • the cathode off-gas flow channel 6A and the combustion exhaust gas flow channel 6B merge with the first gas flow channel 5 at the merge point 21A and the merge point 21B, respectively.
  • the cathode offgas passage 6A or the combustion exhaust gas passage 6B may be joined to the first gas passage 5 upstream.
  • a well-known fuel cell 10 can be used as the fuel cell 10, and examples thereof include a solid polymer electrolyte fuel cell, a solid oxide fuel cell, and a phosphoric acid fuel cell.
  • the power generation unit 1 further includes an oxidant gas supplier 11 that supplies air as an oxidant gas to the fuel cell 10.
  • the oxidant gas supply device 11 is constituted by a blower, for example. The oxidant gas supplied from the oxidant gas supply unit 11 is used for the power generation reaction with the fuel gas in the fuel cell 10. Then, the oxidant gas that has not been used for the power generation reaction is discharged from the fuel cell 10 as a cathode off gas.
  • the combustor 8 is composed of the anode off-gas combustor exemplified in the third embodiment.
  • the combustor 8 is an example, and any combustor that combusts combustible gas may be used.
  • the fuel gas supplied from a fuel gas supply device (not shown) undergoes a power generation reaction with the oxidant gas supplied from the oxidant gas supply device 11. Then, the fuel gas that has not been used for the power generation reaction is supplied to the combustor 8 as an anode off-gas and burned there.
  • the combustion exhaust gas generated by this combustion is discharged from the combustor 8 to the combustion exhaust gas passage 6B.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the control of the controller 30 in the power generation system 100D of the fourth embodiment.
  • the controller 30 first starts the combustion operation of the combustor 8 with the activation of the power generation system 100D (step S61) and operates the oxidant supplier 11 (step S62).
  • the start of the combustion operation of the combustor 8 and the start of the operation of the oxidant supply device 11 may be performed at the same time or either.
  • the controller 30 stops the operation of the combustor 8 with the stop of the power generation operation of the power generation system 100D (step S63).
  • controller 30 stops the operation of the oxidant gas supply unit 11 (step S64) and ends this control.
  • the oxidant gas supply unit 11 only needs to continue the operation even after the operation of the combustor 8 is stopped, and the time during which the operation of the oxidant gas supply unit 11 is continued after the operation stop of the combustor 8 is arbitrary.
  • the duration time may be, for example, a time during which at least the gas remaining in the exhaust gas passage is purged by the atmospheric gas in the housing 2.
  • the fuel cell system of the above example is configured so that the operation of the oxidant gas supply device 11 is started and stopped by the controller 30 as the operation of the combustor 8 is started and stopped by the controller 30.
  • a configuration may be adopted in which the controller 30 starts and stops the operation of the oxidant gas supply device 11 in accordance with the detection of the start and stop of the operation of the combustor 8 by a combustor (not shown).
  • the start timing of the operation of the ventilator 3 is arbitrary, and is not limited to the above example.
  • the operation of the ventilator 3 may be started with the start of power generation by the power generation system 100A.
  • the power generation system according to any one of the first embodiment, the first modification, the second modification, the second embodiment, the third embodiment, the third modification, and the fourth embodiment is used together with an external combustion apparatus. This is just an example.
  • the first gas flow path is configured to extend outside the housing and to merge with the combustion exhaust gas flow path of the external combustion device.
  • the combustible gas is included in the combustion exhaust gas of the external combustion apparatus. Even if contained, the combustible gas is diluted and discharged to the outside of the combustion exhaust gas passage of the external combustion apparatus.
  • FIG. 10 is a block diagram schematically showing the configuration of the power generation system according to the fifth embodiment.
  • the first gas flow path 5 is configured to extend to the outside of the housing 2 and merge with the combustion exhaust gas flow path of the external combustion device 12. Has been.
  • the power generation system 100A of the first embodiment is illustrated as the power generation system, but the power generation system includes the first modification, the second modification, the second embodiment, the third embodiment, the third modification, and the embodiment. Any of the four power generation systems 100A to 100D may be used.
  • External combustion device 12 is a device that generates heat for burning fuel gas and supplying it to a heat load (not shown).
  • An example of the external combustion device 12 is a water heater. When operating, the external combustion device 12 burns fuel gas and discharges combustion exhaust gas containing water. Examples of the heat load include heating, a bath, and a shower.
  • the form of the flue gas flow path of the external combustion device is arbitrary as long as the flue gas is discharged from the external combustion device 12 to the outside.
  • the combustion exhaust gas passage of the external combustion device 12 may be provided with a backflow prevention mechanism (not shown; check valve or the like) that prevents the backflow of gas from the first gas passage 5.
  • the first gas passage 5 may be provided with a backflow prevention mechanism (not shown; check valve or the like) that prevents the backflow of gas from the combustion exhaust gas passage 13.
  • Modification 4 The fuel cell system of Modification 4 is characterized in that the fuel cell system of any one of Embodiments 1 to 5 and Modifications 1 to 3 further includes the following features.
  • the ventilator 3 operates such that its discharge pressure is higher than the gas pressure at the junction 21. That is, the ventilator 3 is designed such that its discharge pressure is higher than the gas pressure at the junction 21 as its specification. Therefore, it is not necessary to control the operation of the ventilator 3 by the controller so that the discharge pressure of the ventilator 3 becomes higher than the gas pressure at the junction 21.
  • the power generation system includes a controller 30 in which the discharge pressure of the ventilator 3 is higher than the pressure of the exhaust gas at the junction 21 between the first gas flow path 5 and the second gas flow path 6. It is comprised so that operation
  • the power generation system includes, for example, a backflow detector that detects a backflow of exhaust gas in the first gas flow path 6 upstream of the junction 21 or a first upstream of the junction 21.
  • a flow rate detector (not shown) for directly or indirectly detecting the flow rate of the gas flowing through the gas flow path 6 is provided.
  • the controller 30 outputs a predetermined operation amount to the ventilator 3 based on the detection output of the backflow detector or the flow rate detector and the relationship between the discharge pressure of the stimulator 3 and the operation amount of the ventilator 3.
  • the operation of the ventilator 3 is controlled so that the discharge pressure of the ventilator 3 is higher than the gas pressure at the junction 21.
  • detecting the pressure sensor for detecting the pressure of the exhaust gas O 2 sensor for detecting the concentration of O 2
  • CO 2 sensor for detecting the concentration of CO 2 the temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust gas
  • the humidity of the exhaust gas A humidity sensor is exemplified.
  • the backflow detection method using the backflow detector exemplified above is as follows.
  • the power generation system may include a pressure sensor that detects the pressure in the first gas flow path 5, and the controller 30 may be configured to detect the backflow of the exhaust gas by an increase in the detection pressure by the pressure sensor.
  • the power generation system includes an O 2 sensor that detects the O 2 concentration of the first gas flow path 5, and the controller 30 detects the backflow of the exhaust gas due to a decrease in the O 2 detection concentration by the O 2 sensor. It may be configured.
  • the power generation system includes a CO 2 sensor that detects the CO 2 concentration of the first gas flow path 5, and the controller 30 detects the backflow of the exhaust gas by the increase in the detected concentration of CO 2 by the CO 2 sensor. It may be configured.
  • the power generation system may include a temperature sensor that detects the temperature of the first gas flow path 5, and the controller 30 may be configured to detect the backflow of the exhaust gas when the temperature detected by the temperature sensor increases.
  • the power generation system may include a humidity sensor that detects the humidity of the first gas flow path 5, and the controller 30 may be configured to detect the backflow of the exhaust gas when the humidity detected by the humidity sensor increases.
  • Examples of the flow rate detector include a flow rate sensor that detects the flow rate of the first gas flow path, a current sensor that detects the operating current of the ventilator 3, and a rotational speed sensor that detects the rotational speed of the ventilator 3.
  • the method for detecting a decrease in the flow rate through the first gas flow path using the flow rate detector exemplified above is as follows.
  • the power generation system includes a flow sensor in the first gas flow path 5, and the controller 30 detects a decrease in the flow rate of the gas flowing through the first gas flow path 5 due to a decrease in the flow rate detected by the flow sensor. It may be configured.
  • the power generation system includes a current sensor that detects the operating current of the ventilator 3, and the controller 30 controls the flow rate of the exhaust gas in the first gas flow path 5 by reducing the operating current of the ventilator 3 by the current sensor. You may be comprised so that a fall may be detected.
  • the power generation system includes a rotation speed sensor that detects the rotation speed of the ventilator 3, and the controller 30 increases the rotation speed of the ventilator 3 by the rotation speed sensor so that the exhaust gas in the first gas flow path 5 is reduced. You may be comprised so that the fall of a flow volume may be detected.
  • the said backflow detector and the flow rate detector are examples of the form which the controller 30 grasps
  • the form is arbitrary.
  • a configuration is adopted in which the controller 30 indirectly grasps the decrease in the differential pressure based on the operation amount output from the controller 30 to a gas supply that supplies gas used for combustion to the combustor. It doesn't matter.
  • the decrease in the differential pressure is indirectly grasped by an increase in the operation amount from the controller 30 to the combustion air supply device 41.
  • the combustion exhaust gas of the power generation unit is mixed with the atmospheric gas in the housing, the combustible gas in the combustion exhaust gas is diluted and discharged outside the housing, which is useful as a power generation system and the like. .

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Abstract

　本発明の発電システムは、発電ユニット(1)と、発電ユニット(1)を収納する筐体(2)と、筐体(2)内を換気する換気器(3)と、筐体(2)内に設けられ、換気器(3)の動作に伴い流れるガスが流通する第１のガス流路(5)と、筐体(2)内に設けられ、発電ユニット(1)からの燃焼排ガスが流れる第２のガス流路(6)とを備え、第２のガス流路(2)は、筐体(2)内において第１のガス流路(5)と合流している。

Description

発電システム
　本発明は、発電システムに関し、特に発電ユニットの燃焼排ガスが流れる流路の構造に関する。
　従来、建物の内部に配置され上下方向に延びるダクトに接続し、燃料電池で生じた排ガスを排出する排出管を備える発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８－２１０６３１号公報
　ところで、特許文献１に記載された発電装置では、換気ファン及び燃料電池の排ガスをそれぞれ個別に筐体（外装容器）から排出するよう構成されている。この排ガスには、例えば、発電反応に利用されなかった燃料ガスが燃焼装置で燃焼されて生成される燃焼排ガスも想定される。しかしながら、種々の原因により燃焼排ガスには可燃性ガスが含まれる可能性がある。このような問題は、燃料電池に限らず、ガスエンジン発電機等のような燃焼排ガスを排出する発電ユニットにおいて、同様に発生する可能性がある。
　本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、従来よりも燃焼排ガス中の可燃性ガスを希釈して筐体外に排出可能な発電システムを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明のある形態(Aspect)に係る発電システムは、発電ユニットと、前記発電ユニットを収納する筐体と、前記筐体内を換気する換気器と、前記筐体内に設けられ、換気器の動作に伴い流れるガスが流通する第１のガス流路と、前記筐体内に設けられ、前記発電ユニットからの排ガスが流れる第２のガス流路とを備え、前記第２のガス流路は、前記筐体内において前記第１のガス流路と合流している。
　本発明により、従来よりも燃焼排ガス中の可燃性ガスが希釈されて筐体外に排出される。
　本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
図１は実施の形態１に係る発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。 図２は図１の発電システムにおける制御器の制御を示すフローチャートである。 図３Ａは、図１の発電システムの変形例１における制御器の制御を示すフローチャートである。 図３Ｂは、図１の発電システムの変形例２における制御器の制御を示すフローチャートである。 図４は実施の形態２に係る発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。 図５は実施の形態３に係る発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。 図６は図５の発電システムにおける制御器の制御を示すフローチャートである。 図７は、図５の発電システムの変形例３における制御器の制御を示すフローチャートである。 図８は実施の形態４に係る発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。 図９は図８の発電システムにおける制御器の制御を示すフローチャートである。 図１０は実施の形態５に係る発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。
　以下、具体的に実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
　（実施の形態１）
　実施の形態１に係る発電システムは、発電ユニットと、発電ユニットを収納する筐体と、筐体内を換気する換気器と、筐体内に設けられ、換気器の動作に伴い流れるガスが流通する第１のガス流路と、筐体内に設けられ、発電ユニットからの燃焼排ガスが流れる第２のガス流路とを備え、第２のガス流路は、筐体内において第１のガス流路と合流している。
　発電装置では、燃焼排ガスに可燃性ガスが含まれる場合がある。このような場合として、例えば、発電ユニットで不完全燃焼が生じる場合等が挙げられる。そのような場合、換気ファン及び燃料電池の排ガスをそれぞれ個別に筐体から排出する構成であると、燃焼排ガス中の可燃性ガスが希釈されずに筐体外に排出される。しかしながら、かかる構成により、発電ユニットの燃焼排ガスが筐体内の雰囲気ガスと混合されるので、当該燃焼排ガス中の可燃性ガスが希釈されて筐体外に排出される。
　少なくとも前記発電システムの発電運転中において、換気器を動作させる制御器を備えてもよい。
　通常、発電システムの発電運転中において発電ユニットから燃焼排ガスが排出される。従って、上記構成により、発電運転中においては、発電ユニットからの燃焼排ガスが筐体内の雰囲気ガスと混合され、燃焼排ガス中の可燃性ガスが希釈される。
　ここで、上記換気器の動作は、連続的及び間欠的のいずれであっても、構わない。これは、連続的動作及び間欠的動作のいずれであっても、第１のガス流路及び第２のガス流路が合流されない従来の発電システムとは異なり、発電ユニットの燃焼排ガスが、筐体内の雰囲気ガスと混合されるので、燃焼排ガス中の可燃性ガスが希釈されるからである。
　また、以下に説明する発電システムは、発電ユニットが発電運転中であるときに、換気器を動作させる形態を採用しているが、これに限定されるものではない。これは、発電ユニットが発電運転しているか否かに依らず任意に換気器を動作させても、発電ユニットの燃焼排ガスの排出中において、換気器が動作する時間帯が生じる可能性が高いからである。このような例として、発電ユニットの運転状態に依らず定期的に換気器を動作させる形態が挙げられる。
　［構成］
　図１は実施の形態１に係る発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。
　図１に示すように、実施の形態１の発電システム１００Ａは、発電ユニット１と、発電ユニット１を収納する筐体２と、筐体２の内部を換気する換気器３と、筐体２内に設けられ、換気器３の動作に伴い流れるガスが流通する第１のガス流路５と、筐体２内に設けられ、発電ユニット１からの燃焼排ガスが流れる第２のガス流路６とを備えている。第２のガス流路６は、筐体２内において第１のガス流路５と合流箇所２１で合流している。
　発電ユニット１は、燃料を用いて発電する発電ユニットであり、燃料電池ユニット、ガスエンジン発電ユニット等が例示される。また、発電ユニット１は燃焼器（図示せず）を備え、発電動作において燃焼器より燃焼排ガスを排出する。このような燃焼排ガスとして、発電ユニットが燃料電池ユニットであれば、燃料電池のアノードオフガスを燃焼器で燃焼した後の燃焼排ガス、改質器で生成された水素含有ガスを燃焼器で燃焼した後の燃焼排ガス等が例示される。また、発電ユニットが、ガスエンジン発電ユニットであれば、燃焼器に相当するガスエンジンからの燃焼排ガスが例示される。
　換気器３は、筐体２の内部を換気できればよく、筐体２の任意の部位に設置することができる。換気器３により換気用の気体を筐体２への取り込む構成は特に限定されない。例えば、筐体２が設置されたスペースにおいて、筐体２に設けられた吸気孔から換気用の気体を筐体２に取り込むように構成してもよい。あるいは、第１のガス流路５と吸気用の気体の流路とを二重管で構成し、当該二重管の一方の側（例えば、内側）の管路を第１のガス流路５とし、当該二重管の他方の側（例えば、外側）の管路を介して筐体２に換気用の気体を取り込むように構成してもよい。換気器３は、例えばファン等で構成される。
　第１のガス流路５は、換気器３の動作に伴い流れるガスが流通するように、筐体２の内部から筐体２の外部に延出するように設けられている。
　第２のガス流路６は、筐体２の内部において、発電ユニット１からの燃焼排ガスを第１のガス流路５に導くように設けられている。発電システム１００Ａは、さらに、制御器３０を備えている。制御器３０は、少なくとも発電ユニット１からの燃焼排ガスの排出が停止するまで、換気器３の動作を継続するよう構成されている。制御器３０は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部と、制御プログラムを記憶する記憶部とを備える。例えば、制御器３０は、マイクロコントローラ、ＰＬＣ(Programmable Logic Controller) 等が例示される。また、演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリが例示される。制御器３０は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。なお、制御器３０の設置場所は任意である。例えば、図１に示すように筐体２に収納されていてもよく、筐体２の外面に取り付けられてもよく、筐体２から離隔して設置されていてもよい。
　［動作］
　次に、以上のように構成された発電システム１００Ａの動作の一例を説明する。図２は図１の発電システム１００Ａにおける制御器３０の制御を示すフローチャートである。
　図２に示すように、制御器３０は、まず、発電システム１００Ａの発電運転が開始されると（ステップＳ１）、換気器３の動作を開始する（ステップＳ２）そして、発電システム１００Ａの発電運転が停止されると（ステップＳ３）、換気器３の動作を停止して（ステップＳ４）、この制御を終了する。この場合、発電ユニット１からの燃焼排ガスが第２のガス流路６を通って合流箇所２１において第１のガス流路５に流入するが、この流入した発電ユニット１からの燃焼排ガスが、換気器３からの筐体内の雰囲気ガスと混合される。このため、合流箇所２１より下流の発電ユニット１からの排ガスの流路（第１のガス流路５の合流箇所２１より下流側部分）において、燃焼排ガス中に可燃性ガスが含まれている場合、当該燃焼排ガス中の可燃性ガスが希釈される。
　このように、本実施の形態１の発電システム１００Ａによれば、筐体２内において第１のガス流路及び第２のガス流路が合流されない従来の発電システムと異なり、燃焼排ガス中に可燃性ガスが含まれている場合、当該燃焼排ガス中の可燃性ガスが希釈される。
　なお、上記動作フローにおいて、制御器３０は、発電運転中において換気器３を動作するよう構成されているが、発電運転と異なる運転状態においても、更に、換気器３を動作させる形態を採用しても構わない。上記運転状態とは、起動動作、停止動作、及び待機状態等が挙げられる。ここで、待機状態とは、発電システム１０１Ａの停止動作が完了して、次の起動を待機している状態を言う。
［変形例１］
　本変形例１の発電システムは、発電システムを停止するとき、少なくとも発電ユニットからの燃焼排ガスの排出が停止するまで、換気器の動作を継続する制御器を備えてもよい。
　かかる構成により、発電ユニットからの燃焼排ガスの排出が停止するまでは、換気器の動作により燃焼排ガスと筐体内の雰囲気ガスとが混合され、燃焼排ガスに可燃性ガスが含まている場合に、当該燃焼排ガス中の可燃性ガスが希釈されて筐体外に排出される。
　次に、実施の形態１の発電システム１００Ａの変形例１について具体的に説明する。
　図３Ａは、図１の発電システム１００Ａの変形例１における制御器の制御を示すフローチャートである。図３Ａに示すように、制御器３０は、発電システム１００Ａの発電運転を停止する（ステップＳ１）。そして、制御器３０は、図示されない燃焼器の燃焼動作を停止し（ステップＳ５）、換気器３の動作を停止する（ステップＳ６）。
　ここで、上記燃焼器は、発電ユニット１からの燃焼排ガスを生成する機器であり、発電ユニットが燃料電池ユニットである場合、アノードオフガスを燃焼する燃焼器等が例示される。また、発電ユニットが、ガスエンジン発電機である場合、ガスエンジン等が例示される。
　なお、本変形例１では、制御器３０による燃焼器の燃焼動作の停止に伴い換気器３の動作を停止するよう構成されているが、燃焼器の燃焼動作の停止の検知に伴い換気器３の動作を停止する形態を採用しても構わない。
　この場合、上記停止検知は、燃焼器の動作に伴い生じる信号を検知する検知器により実行される。例えば、燃焼器に設けられた燃焼検知器、燃焼器に燃焼空気を供給する空気供給器に設けられた出力計等が例示される。
　また、本変形例１では、換気器３の動作の開始については示していないが、その開始タイミングは任意である。例えば、実施の形態１と同様に発電システム１００Ａの発電開始に伴い換気器３の動作を開始してもよい。この場合には、少なくとも発電ユニット１からの燃焼排ガスの排出が停止するまでは、換気器３の動作により燃焼排ガスと筐体内２の雰囲気ガスとが混合され、燃焼排ガス中の可燃性ガスが希釈される。また、燃焼器の燃焼動作の開始に伴い換気器３の動作を開始してもよい。この場合、燃焼器８から燃焼排ガスが排出される当初から、燃焼排ガス中の可燃性ガスが希釈される。
　また、本変形例１では、燃焼器の燃焼動作の停止に伴って換気器３の動作を停止するタイミングについては示していないが、その停止タイミングは任意である。例えば、燃焼器の燃焼動作の停止に伴って速やかに停止してもよい。
　また、燃焼器の燃焼動作の停止後、換気器３が動作を継続し、その後、動作を停止してもよい。この場合には、少なくとも、燃焼器の燃焼動作の停止時に排ガスの流路に残留するガスが、筐体２内の雰囲気ガスによりパージされる時間、換気器３の動作を継続してもよい。これにより、仮に、燃焼器の燃焼動作の停止時に排ガスの流路に残留するガスに可燃性ガスが含まれていても、可燃性ガスは、筐体内の雰囲気ガスで希釈排出される。
［変形例２］
　変形例２の発電システムは、実施の形態１の発電システムにおいて、発電システムを停止するとき、少なくとも発電ユニットからの燃焼排ガスの排出の停止後に、換気器の動作を継続する制御器を備えてもよい。
　かかる構成により、発電ユニットからの燃焼排ガスの排出の停止後に、排ガスの流路に残留するガスに可燃性ガスが含まれていても、可燃性ガスは、筐体内の雰囲気ガスで希釈排出される。
　次に、実施の形態１の発電システム１００Ａの変形例２について具体的に説明する。
　図３Ｂは、図１の発電システム１００Ａの変形例２における制御器の制御を示すフローチャートである。図３Ｂに示すように、制御器３０は、発電システム１００Ａの発電運転を停止する（ステップＳ３）。そして、制御器３０は、燃焼器（図示せず）の燃焼動作を停止し（ステップＳ５）、換気器３の動作を開始する（ステップＳ７）。その後、換気器３の動作を停止する（ステップＳ８）。なお、燃焼器の燃焼動作を停止後の換気器３の動作時間は、任意であるが、例えば、少なくとも、排ガスの流路に残留する燃焼排ガスが、筐体２内の雰囲気ガスによりパージされる時間、換気器３の動作を継続してもよい。
　上記燃焼器は、発電ユニット１からの燃焼排ガスを生成する機器であり、発電ユニットが燃料電池ユニットである場合、アノードオフガスを燃焼する燃焼器等が例示される。また、発電ユニットが、ガスエンジン発電機である場合、ガスエンジン等が例示される。
　本変形例２では、制御器３０による燃焼器の燃焼動作の停止に伴い換気器３の動作を開始するよう構成されているが、燃焼器の動作の停止の検知に伴い換気器３の動作を開始する形態を採用しても構わない。
　この場合、上記停止検知は、燃焼器の動作に伴い生じる信号を検知する検知器により実行される。例えば、燃焼器に設けられた燃焼検知器、燃焼器に燃焼空気を供給する空気供給器に設けられた出力計等が例示される。
　発電システム１００Ａの上記動作フローにおける、換気器３の動作の開始タイミングは例示であって、少なくとも発電ユニットからの燃焼排ガスの排出の停止後に、換気器３の動作を継続するのであれば、その開始タイミングは任意である。例えば、実施の形態１と同様に発電システム１００Ａの発電開始に伴い換気器３の動作を開始してもよいし、燃焼器の燃焼動作の開始に伴い換気器３の動作を開始してもよい。
　（実施の形態２）
　実施の形態２に係る発電システムは、第２のガス流路上に凝縮器を備え、第２のガス流路は、該凝縮器よりも下流において第１のガス流路と合流する。
　第２のガス流路を流れる燃焼排ガスと第１のガス流路からの筐体内の雰囲気ガスと混合されると、燃焼排ガスの湿度が低減される。そこで、かかる構成により、凝縮器の上流において合流する場合に比べ、凝縮器での水凝縮量が増加し、凝縮器よりも下流の排ガス流路の腐食がより低減される。
　図４は実施の形態２に係る発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。実施の形態２の発電システム１００Ｂは、第２のガス流路６上に凝縮器７を備え、第２のガス流路６は、この凝縮器７よりも下流において第１のガス流路５と合流している。実施の形態２の発電システム１００Ｂのこれ以外の構成は、実施の形態１の発電システム１００Ａと同様であり、その動作は、実施の形態１及びその変形例１のいずれかの発電システム１００と同様であるので、それらの説明を省略する。凝縮器７は周知のもので構成することができるので、その説明を省略する。
　（実施の形態３）
　実施の形態３に係る発電システムは、実施の形態１、変形例１、変形例２及び実施の形態２のいずれかの発電システムにおいて、燃焼器に燃焼空気を供給する燃焼空気供給器と、発電システムを停止するとき、少なくとも燃焼空気供給器の動作の停止後に、換気器を動作させる制御器とを備える。
　かかる構成によれば、燃焼空気供給器の動作の停止後に、排ガスの流路に残留するガスに可燃性ガスが含まれていても、可燃性ガスは筐体内の雰囲気ガスで希釈排出される。
　図５は実施の形態３に係る発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。実施の形態３の発電システム１００Ｃの構成は、基本的に実施の形態１の発電システム１００Ａと同じであるが、以下の点で実施の形態１の発電システム１００Ａと相違する。
　すなわち、実施の形態３の発電システム１００Ｃでは、発電ユニット１は、燃焼器８に燃焼空気を供給する燃焼空気供給器４１を備えている。燃焼空気供給器４１は、例えばシロッコファン等で構成される。燃焼器８は、実施の形態１で説明した燃焼器である。
　次に以上のように構成された本実施の形態４の発電システム１００Ｃの動作の一例を説明する。
　以下に説明する動作は、燃焼空気供給器４１の動作停止後にも換気器３の動作を継続し、その後、換気器３の動作を停止している点以外は、実施の形態１と同様である。
　図６は図５の発電システム１００Ｃにおける制御器３０の制御を示すフローチャートである。
　以下では、実施の形態１の発電システム１００Ａと相違する点について説明する。
　図６に示すように、制御器３０は、まず、発電システム１００Ｃの起動に伴い燃焼器８の燃焼動作を開始するが、その際に、燃焼空気供給器４１を動作させる（ステップＳ４１）。　制御器３０は、燃焼空気供給器４１の動作が開始されると、換気器３の動作を開始させる（ステップＳ４２）。なお、ステップＳ４１において、燃焼空気供給器４１が、燃焼器８の燃焼動作を開始する前のプレパージを実行してもよく、この場合、ステップＳ４２において、換気器３をプレパージ時に動作させてもよい。
　一方、制御器３０は、発電システム１００Ｄの発電運転の停止に伴い燃焼器８の燃焼動作を停止するが、その際に燃焼空気供給器４１の燃焼空気供給動作を停止する（ステップＳ４３）。
　制御器３０は、燃焼空気供給器４１が動作停止後にも、換気器３の動作を継続し、その後、換気器３の動作を停止し（ステップＳ４４）、この制御を終了する。なお、燃焼空気供給器４１の動作停止後の換気器３の動作時間は、任意であるが、例えば、少なくとも、排ガスの流路に残留するガスが、筐体２内の雰囲気ガスによりパージされる時間、換気器３の動作を継続してもよい。
　また、ステップＳ４３では、燃焼空気供給器４１が、燃焼器８の燃焼動作の停止後にポストパージを実行してもよく、この場合、ステップＳ４４で換気器３をポストパージ時に動作させてもよい。
　上記動作フローは、燃焼空気供給器４１の動作開始に伴い換気器３の動作が開始されるので、燃焼器８から燃焼排ガスが排出される当初から、燃焼排ガス中の可燃性ガスが希釈される。なお、上記例の燃料電池システムは、制御器３０による燃焼空気供給器４１の動作開始及び停止に伴い、制御器３０が換気器３の動作を開始及び停止するよう構成されているが、検知器（図示せず）による燃焼空気供給器４１の動作開始及び停止の検知に伴い、制御器３０が換気器３の動作を開始及び停止する形態を採用しても構わない。
　また、換気器３の動作の開始タイミングは、任意であり、上記例に限定されるものではない。例えば、実施の形態１と同様に発電システム１００Ａの発電開始に伴い換気器３の動作を開始してもよい。
　［変形例３］
　実施の形態３の変形例３は、実施の形態１、変形例１、変形例２、実施の形態２及び実施の形態３のいずれかの発電システムにおいて、燃焼器に燃焼空気を供給する燃焼空気供給器と、燃焼器の燃焼動作を停止した後も燃焼空気供給器を動作させる制御器とを備える。
　かかる構成により、燃焼器の燃焼動作の停止後に、排ガスの流路に残留する燃焼排ガスに可燃性ガスが含まれていても、可燃性ガスは筐体内の雰囲気ガスで希釈排出される。
　次に以上のように構成された本変形例３の発電システム１００Ｃの動作の一例を説明する。
　図７は本変形例３の発電システム１００Ｃにおける制御器３０の制御を示すフローチャートである。
　図７に示すように、制御器３０は、まず、発電システム１００Ｃの起動に伴い燃焼器８の燃焼動作を開始させる。制御器３０は、この際、燃焼空気供給器４１も動作させる。（ステップＳ５１）
　一方、制御器３０は、発電システム１００Ｃの発電運転の停止に伴い燃焼器８の燃焼動作を停止する（ステップＳ５２）。一方、制御器３０は、燃焼空気供給器４１の動作を継続する。これにより、第２のガス流路６に残留する燃焼排ガスに可燃性ガスが含まれていても燃焼空気供給器４１から供給される空気によって希釈排出される。
　その後、制御器３０は、燃焼空気供給器４１の動作を停止し（ステップＳ５３）、この制御を終了する。
　ここで、燃焼空気供給器４１は燃焼器８の燃焼動作の停止後においても動作を継続すればよく、燃焼器８の動作停止後において燃焼空気供給器４１の動作を継続する時間は任意である。上記継続時間は、例えば、少なくとも、排ガスの流路に残留するガスが、筐体２内の雰囲気ガスによりパージされる時間であってもよい。
　（実施の形態４）
　実施の形態４に係る発電システムでは、発電ユニットは、可燃性ガスを燃焼する燃焼器及び燃料電池を備え、第２のガス流路は、燃焼器からの燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路と、燃料電池からのカソードオフガスが流れるカソードオフガス流路とを備える。
　かかる構成により、燃焼排ガスに可燃性ガスが含まれても、可燃性ガスは、第１の流路からの筐体内の雰囲気ガスに加え、カソードオフガス流路からのカソードオフガスによっても希釈されるので、実施の形態１の発電システムに比べ、燃焼排ガス中の可燃性ガスがより希釈されて筐体外に排出される。
　燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、発電システムを停止するとき、発電システムの発電を停止し、かつ燃焼器の燃焼動作を停止した後も酸化剤ガス供給器を動作させる制御器とを備えてもよい。
　かかる構成により、燃焼器の燃焼動作の停止後に、排ガスの流路に残留する燃焼排ガスに可燃性ガスが含まれていても、可燃性ガスは酸化剤ガス供給器から供給される酸化剤ガスにより希釈排出される。
　図８は実施の形態４に係る発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。実施の形態４の発電システム１００Ｄの構成は、基本的に実施の形態３の発電システム１００Ｃと同じであるが、以下の点で実施の形態３の発電システム１００Ｃと相違する。
　すなわち、実施の形態４の発電システム１００Ｄでは、発電ユニット１は、可燃性ガスを燃焼する燃焼器８及び燃料電池１０を備え、第２のガス流路６は、燃料電池１０からのカソードオフガスが流れるカソードオフガス流路６Ａと燃焼器８からの燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路６Ｂとを備える。カソードオフガス流路６Ａ及び燃焼排ガス流路６Ｂは、それぞれ、合流箇所２１Ａ及び合流箇所２１Ｂおいて、第１のガス流路５と合流している。なお、カソードオフガス流路６Ａと燃焼排ガス流路６Ｂとはいずれがより上流で第１のガス流路５と合流していても構わない。燃料電池１０として、周知のものを用いることができ、固体高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、燐酸形燃料電池等が例示される。発電ユニット１は、燃料電池１０に酸化剤ガスとして空気を供給する酸化剤ガス供給器１１をさらに備えている。酸化剤ガス供給器１１は、例えば、ブロワで構成される。酸化剤ガス供給器１１から供給される酸化剤ガスは燃料電池１０で燃料ガスとの発電反応に用いられる。そして、この発電反応に用いられなかった酸化剤ガスがカソードオフガスとして燃料電池１０から排出される。燃焼器８は、実施の形態３で例示されたアノードオフガスの燃焼器で構成されているが、一例であり、可燃性ガスを燃焼する燃焼器であれば、いずれの形態であっても構わない。燃料電池１０では、図示されない燃料ガス供給器から供給される燃料ガスが酸化剤ガス供給器１１から供給される酸化剤ガスと発電反応する。そして、この発電反応に用いられなかった燃料ガスがアノードオフガスとして燃焼器８に供給され、そこで燃焼される。この燃焼により発生する燃焼排ガスが燃焼器８から燃焼排ガス流路６Ｂに排出される。
　次に以上のように構成された本実施の形態４の発電システム１００Ｄの動作の一例を説明する。
　図９は本実施の形態４の発電システム１００Ｄにおける制御器３０の制御を示すフローチャートである。
　図９に示すように、制御器３０は、まず、発電システム１００Ｄの起動に伴い燃焼器８の燃焼動作を開始させ、（ステップＳ６１）かつ、酸化剤供給器１１を動作させる（ステップＳ６２）。燃焼器８の燃焼動作開始と酸化剤供給器１１の動作開始とは、同時でもいずれかが先でもよい。
　一方、制御器３０は、発電システム１００Ｄの発電運転の停止に伴い燃焼器８の動作を停止する（ステップＳ６３）。
　その後、制御器３０は、酸化剤ガス供給器１１の動作を停止し（ステップＳ６４）、この制御を終了する。
　ここで、酸化剤ガス供給器１１は燃焼器８の動作停止後においても動作を継続すればよく、燃焼器８の動作停止後において酸化剤ガス供給器１１の動作を継続する時間は任意である。上記継続時間は、例えば、少なくとも、排ガスの流路に残留するガスが、筐体２内の雰囲気ガスによりパージされる時間であってもよい。
　また、上記例の燃料電池システムは、制御器３０による燃焼器８の動作開始及び停止に伴い、制御器３０により酸化剤ガス供給器１１の動作が開始及び停止するよう構成されているが、検知器（図示せず）による燃焼器８の動作開始及び停止の検知に伴い、制御器３０により酸化剤ガス供給器１１の動作を開始及び停止する形態を採用しても構わない。
　また、換気器３の動作の開始タイミングは、任意であり、上記例に限定されるものではない。例えば、実施の形態１と同様に発電システム１００Ａの発電開始に伴い換気器３の動作を開始してもよい。
　（実施の形態５）
　実施の形態５は、実施の形態１、変形例１、変形例２、実施の形態２、実施の形態３、変形例３及び実施の形態４いずれかの発電システムを外部燃焼装置と共に用いる形態を例示するものである。
　実施の形態５に係る発電システムでは、第１のガス流路は、筐体外部に延出し、外部燃焼装置の燃焼排ガス流路と合流するよう構成されている。
　かかる構成により、外部燃焼装置の燃焼排ガス流路と第１のガス流路が合流していない従来の発電システムと異なり、少なくとも換気器の動作中においては、外部燃焼装置の燃焼排ガスに可燃性ガスが含まれていても、当該可燃性ガスが希釈されて外部燃焼装置の燃焼排ガス流路の外部に排出される。
　図１０は実施の形態５に係る発電システムの構成を模式的に示すブロック図である。
　図１０に示すように、本実施の形態６に係る発電システムでは、第１のガス流路５は、筐体２の外部に延出し、外部燃焼装置１２の燃焼排ガス流路と合流するよう構成されている。
　図１０では発電システムとして実施の形態１の発電システム１００Ａが例示されているが、発電システムは、変形例１、変形例２、実施の形態２、実施の形態３、変形例３及び実施の形態４の発電システム１００Ａ～１００Ｄのいずれであってもよい。
　外部燃焼装置１２は、燃料ガスを燃焼させて、熱負荷（図示せず）に供給するための熱を発生する装置である。外部燃焼装置１２として、給湯器(boiler)が例示される。外部燃焼装置１２は、動作すると燃料ガスを燃焼させて水を含んだ燃焼排ガスを排出する。熱負荷としては、暖房、風呂、シャワー等が例示される。
　外部燃焼装置の燃焼排ガス流路の形態は、燃焼排ガスが外部燃焼装置１２から外部へ排出される限り、任意である。なお、外部燃焼装置１２の燃焼排ガス流路には、第１のガス流路５からのガスの逆流を防止する逆流防止機構（図示せず；逆止弁等）を設けてもよい。また、第１のガス流路５には、燃焼排ガス流路１３からのガスの逆流を防止する逆流防止機構（図示せず；逆止弁等）が設けてもよい。
　［変形例４］
　本変形例４の燃料電池システムは、上記実施の形態１乃至５及び変形例１乃至３のいずれかの燃料電池システムについて、以下の特徴をさらに備えることを特徴とする。
　第１の構成例として、換気器３は、その吐出圧が、合流箇所２１におけるガスの圧力よりも高くなるよう動作する。つまり、換気器３は、その仕様として、その吐出圧が、合流箇所２１におけるガスの圧力よりも高くなるよう動作するように設計されている。従って、換気器３の吐出圧が、合流箇所２１におけるガスの圧力よりも高くなるよう換気器３の動作を、制御器により制御する必要はない。
　第２の構成例として、発電システムは、制御器３０が、換気器３の吐出圧が第１のガス流路５と第２のガス流路６との合流箇所２１における排ガスの圧力よりも高くなるよう換気器３の動作を制御するよう構成されている。
　この第２の構成例では、発電システムには、例えば、合流箇所２１よりも上流の第１のガス流路６に排ガスの逆流を検知する逆流検知器又は合流箇所２１よりも上流の第１のガス流路６を流れるガスの流量(flow rate)を直接的又は間接的に検知する流量検知器（図示せず）が設けられる。
　一方、合流箇所２１における逆流検知器又は流量検知器と換気器３の操作量との関係が予め求められて制御器３０に記憶される。そして、制御器３０は、逆流検知器又は流量検知器の検知出力と、喚起器３の吐出圧と換気器３の操作量との関係とに基づいて換気器３に所定の操作量を出力し、それにより、換気器３の吐出圧が合流箇所２１におけるガスの圧力よりも高くなるよう換気器３の動作を制御する。
　逆流検知器として、排ガスの圧力を検知する圧力センサ、Ｏ２の濃度を検知するＯ２センサ、ＣＯ２の濃度を検知するＣＯ２センサ、排ガスの温度を検知する温度センサ、排ガスの湿度を検知する湿度センサが例示される。
　上記で例示された逆流検知器を用いた逆流検知方法は以下の通りである。
　第２のガス流路６からの排ガスが第１のガス流路５に逆流すると第１のガス流路５の圧力が上昇する。そこで、発電システムは、第１のガス流路５の圧力を検知する圧力センサを備え、制御器３０は、圧力センサによる検知圧力の上昇により排ガスの逆流を検知するよう構成されていてもよい。
　第２のガス流路６からの排ガスが第１のガス流路５に逆流すると第１のガス流路５のＯ２濃度が低下する。そこで、発電システムは、第１のガス流路５のＯ２濃度を検知するＯ２センサを備え、制御器３０は、Ｏ２センサによるＯ２の検知濃度の低下により排ガスの逆流を検知するよう構成されていてもよい。
　第２のガス流路６からの排ガスが第１のガス流路５に逆流すると第１のガス流路５のＣＯ２濃度が上昇する。そこで、発電システムは、第１のガス流路５のＣＯ２濃度を検知するＣＯ２センサを備え、制御器３０は、ＣＯ２センサによるＣＯ２の検知濃度の上昇により排ガスの逆流を検知するよう構成されていてもよい。
　第２のガス流路６からの排ガスが第１のガス流路５に逆流すると第１のガス流路５の温度が上昇する。そこで、発電システムは、第１のガス流路５の温度を検知する温度センサを備え、制御器３０は、温度センサによる検知温度の上昇により排ガスの逆流を検知するよう構成されていてもよい。
　第２のガス流路６からの排ガスが第１のガス流路５に逆流すると第１のガス流路５の湿度が上昇する。そこで、発電システムは、第１のガス流路５の湿度を検知する湿度センサを備え、制御器３０は、湿度センサによる検知湿度の上昇により排ガスの逆流を検知するよう構成されていてもよい。
　流量検知器として、第１のガス流路の流量を検知する流量センサ、換気器３の作動電流を検知する電流センサ、換気器３の回転数を検知する回転数センサが例示される。
　上記に例示される流量検知器を用いた第１のガス流路を流れる流量の低下の検知方法は以下の通りである。
　換気器３の吐出圧（Ｐ１）と合流箇所２１の圧力（Ｐ２）との差圧（Ｐ１－Ｐ２）が低下すると第１のガス流路５の排ガスの流量が低下する。そこで、発電システムは、第１のガス流路５に流量センサを備え、制御器３０は、流量センサによる検知流量の低下により第１のガス流路５を流れるガスの流量の低下を検知するよう構成されていてもよい。
　上記差圧が低下すると、第１のガス流路５の排ガスの流量が低下する。このとき、換気器３の作動電流は減少する。そこで、発電システムは、換気器３の作動電流を検知する電流センサを備え、制御器３０は、電流センサによる換気器３の作動電流の減少により、第１のガス流路５の排ガスの流量の低下を検知するよう構成されていてもよい。
　上記差圧が低下すると、第１のガス流路５の排ガスの流量が低下する。このとき、換気器３の回転数は増加する。そこで、発電システムは、換気器３の回転数を検知する回転数センサを備え、制御器３０は、回転数センサによる換気器３の回転数の増加により、第１のガス流路５の排ガスの流量の低下を検知するよう構成されていてもよい。
　なお、上記逆流検知器及び流量検知器は、上記差圧の低下を直接的又は間接的に制御器３０が把握する形態の一例であり、その形態は任意である。上記例以外にも、例えば、燃焼器に燃焼に用いられるガスを供給するガス供給器に制御器３０が出力する操作量により上記差圧の低下を制御器３０が間接的に把握する形態を採用しても構わない。具体的には、燃焼器の場合、制御器３０から燃焼空気供給器４１への操作量の増加で上記差圧の低下が間接的に把握される。
　上記説明から、当業者にとっては、多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきである。
　本発明に係る発電システムは、発電ユニットの燃焼排ガスが筐体内の雰囲気ガスと混合されるので、当該燃焼排ガス中の可燃性ガスが希釈されて筐体外に排出され、発電システム等として有用である。
　１　発電ユニット
　２　筐体
　３　換気器
　５　第１のガス流路
　６　第２のガス流路
　６Ａ　カソードオフガス流路
　６Ｂ　燃焼排ガス流路
　７　凝縮器
　７Ａ　凝縮器
　７Ｂ　凝縮器
　８　燃焼器
　１０　燃料電池
　１１　酸化剤ガス供給器
　１２　外部燃焼装置
　２１　合流箇所
　２１Ａ　合流箇所
　２１Ｂ　合流箇所
　３０　制御器
　４１　空気供給器
　１００Ａ　発電システム
　１００Ｂ　発電システム
　１００Ｃ　発電システム
　１００Ｄ　発電システム
　１００Ｅ　発電システム

Claims (14)

  1. 　発電ユニットと、前記発電ユニットを収納する筐体と、前記筐体内を換気する換気器と、前記筐体内に設けられ、換気器の動作に伴い流れるガスが流通する第１のガス流路と、前記筐体内に設けられ、前記発電ユニットからの燃焼排ガスが流れる第２のガス流路とを備え、前記第２のガス流路は、前記筐体内において前記第１のガス流路と合流している、発電システム。
  2. 　前記第２のガス流路上に凝縮器を備え、前記第２のガス流路は、該凝縮器よりも下流において前記第１のガス流路と合流する、請求項１記載の発電システム。
  3. 　前記換気器の吐出圧が、前記合流箇所における、ガスの圧力よりも高くなるよう前記換気器の動作を制御する制御器を備える、請求項１または２記載の発電システム。
  4. 　前記換気器は、その吐出圧が、前記合流箇所における、ガスの圧力よりも高くなるよう動作する、請求項１または２記載の発電システム。
  5. 　前記発電ユニットは、可燃性ガスを燃焼する燃焼器を備え、前記第２のガス流路は、前記燃焼器からの前記燃焼排ガスが流れるガス流路である、請求項１乃至４のいずれかに記載の発電システム。
  6. 　前記発電ユニットは、可燃性ガスを燃焼する燃焼器及び燃料電池を備え、前記第２のガス流路は、前記燃焼器からの前記燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス流路と、前記燃料電池からのカソードオフガスが流れるカソードオフガス流路とを備える、請求項１乃至４のいずれかに記載の発電システム。
  7. 　少なくとも前記発電システムの発電運転中において、前記換気器を動作させる制御器を備える、請求項１乃至６のいずれかに記載の発電システム。
  8. 　前記発電システムを停止するとき、少なくとも前記発電ユニットからの燃焼排ガスの排出が停止するまで、前記換気器の動作を継続する制御器を備える、請求項１乃至７のいずれかに記載の発電システム。
  9. 　前記発電システムを停止するとき、少なくとも前記発電ユニットからの前記燃焼排ガスの排出の停止後に、前記換気器の動作を継続する制御器を備える、請求項１乃至７のいずれかに記載の発電システム。
  10. 　前記発電システムを停止するとき、少なくとも前記燃焼器の燃焼動作が停止するまで、前記換気器の動作を継続する制御器を備える、請求項５または６記載の発電システム。
  11. 　前記燃焼器に燃焼空気を供給する燃焼空気供給器と、
    　前記発電システムを停止するとき、少なくとも前記燃焼空気供給器の動作の停止後に、前記換気器を動作させる制御器とを備える、請求項５または６記載の発電システム。
  12. 　前記燃焼器に燃焼空気を供給する燃焼空気供給器と、
    　前記発電システムを停止するとき、前記燃焼器の燃焼動作を停止した後も前記燃焼空気供給器を動作させる制御器とを備える、請求項５または６記載の発電システム。
  13. 　前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器と、前記発電システムを停止するとき、前記発電システムの発電を停止し、かつ前記燃焼器の燃焼動作を停止した後も前記酸化剤ガス供給器を動作させる制御器とを備える、請求項６記載の発電システム。
  14. 　前記第１のガス流路は、前記筐体外部に延出し、外部燃焼装置の燃焼排ガス流路と合流するよう構成されている、請求項１乃至１３のいずれかに記載の発電システム。
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