WO2013168412A1 - 発電システム - Google Patents

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WO2013168412A1
WO2013168412A1 PCT/JP2013/002946 JP2013002946W WO2013168412A1 WO 2013168412 A1 WO2013168412 A1 WO 2013168412A1 JP 2013002946 W JP2013002946 W JP 2013002946W WO 2013168412 A1 WO2013168412 A1 WO 2013168412A1
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power generation
water
gas
ventilator
flow path
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Inventor
章典 行正
龍井　洋
Original Assignee
パナソニック株式会社
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    • H01M8/04179—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by purging or increasing flow or pressure of reactants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a power generation system. More specifically, the present invention relates to a power generation system including a power generation unit that discharges combustion exhaust gas.
  • Patent Document 1 discloses a packaged fuel cell power generator installed indoors.
  • the fuel cell power generator disclosed in this document condenses water vapor contained in the system exhaust exhausted from the fuel processor and the fuel cell main body, and collects it in a water tank through a drain pipe. In the same water tank, it is described that condensed water can be prevented from flowing back into the main body by securing the water level and sealing with water.
  • the exhaust gas may be discharged from a part other than the original exhaust system.
  • the portion where the exhaust gas may be discharged must be arranged at a position where a problem caused by the exhaust gas does not occur, which may be a design limitation.
  • the present invention solves the above-described conventional problems, and provides a power generation system that can reduce the possibility that combustion exhaust gas from a power generation unit is discharged from a part other than the original combustion exhaust gas system. Objective.
  • One aspect of the power generation system of the present invention includes a power generation unit that discharges combustion exhaust gas, a housing that houses the power generation unit, a ventilator that ventilates the interior of the housing, and a gas that flows from the ventilator.
  • a water trap device that is connected to the first gas flow path and that is connected to the first gas flow path, is disposed below the merge portion, and has a water seal structure, and the water trap.
  • a drainage channel for discharging water in the vessel to the outside of the housing, and the ventilator is configured to operate at least during power generation.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of the power generation system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of the power generation system according to the second embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of the power generation system according to the third embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of an operation method of the power generation system according to the third embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a power generation system according to the fourth embodiment.
  • a fuel cell system includes, for example, a reformer that generates a fuel gas containing hydrogen by a steam reforming reaction using raw materials supplied from infrastructure such as city gas and natural gas, and a fuel containing hydrogen generated by the reformer A fuel cell that supplies gas to the anode and oxidant gas to the cathode to generate power by an electrochemical reaction.
  • the fuel cell and the reformer may need to be heated, and a combustor is often provided for heating.
  • a drainage mechanism is provided so that condensed water derived from the moisture is drained to the outside of the fuel cell system.
  • the combustion exhaust gas may be discharged to the outside through the drainage mechanism.
  • the combustion exhaust gas is diluted with air in the atmosphere, so it may not be a big problem, but there may be a problem.
  • the combustion exhaust gas may contain carbon monoxide.
  • the distance between the window leading to the indoor space and the exhaust port may have to be increased to a certain level or more. If the combustion exhaust gas is likely to be discharged through the drainage mechanism, the arrangement position of the drainage mechanism is restricted, and the design of the fuel cell system may be difficult.
  • combustion exhaust gas tends to become high temperature, and it is necessary to keep a necessary distance from combustible materials.
  • the flue gas is discharged from the original flue gas system, even if the above distance is secured, if the flue gas is discharged from a part other than the original flue gas system, the required distance from the combustible material cannot be maintained. There is. For this reason, if there is a high possibility that combustion exhaust gas is discharged through the drainage mechanism, the arrangement position of the drainage mechanism may be restricted, and the design of the fuel cell system may be difficult.
  • the flue gas discharged from the original flue gas system is designed not to be discharged indoors, but if it is discharged from a part other than the original flue gas system Problems such as ignition of flammable materials, off-flavor, and carbon monoxide may occur. Therefore, in the same manner as described above, it may be a design restriction that the combustion exhaust gas is discharged to the outside through the drainage mechanism.
  • Patent Document 1 As a result of examination by the inventors, in the configuration of Patent Document 1 (FIG. 7), the water level is secured and sealed in the path for discharging condensed water, so that combustion exhaust gas is prevented from flowing indoors.
  • the combustion exhaust gas may flow out of the fuel cell power generation device through the drainage mechanism.
  • Examples of damage to the water sealing function include forgetting to store water in the water tank during installation or maintenance of the fuel cell system, water leakage in the water tank, and the inner pipe of the double pipe duct
  • the pressure in the inner pipe (back pressure) is higher than expected due to the blockage of the air and the strong wind blowing on the inner pipe, and the pressure in the inner pipe exceeds the water pressure difference corresponding to the water seal height in the water tank. For example, when a phenomenon such as discharge of water in the water tank occurs.
  • the problem that arises when the water seal function is impaired is not only the fuel cell, but also a power generation system that includes a power generation unit that discharges combustion exhaust gas, including generators using engines such as gas engines, diesel engines, and Stirling engines. This is a common issue.
  • the present inventors join the first gas flow path through which the gas discharged from the ventilator flows and the second gas flow path through which the combustion exhaust gas from the power generation unit flows at the junction.
  • a water trap device connected to the first gas flow path upstream of the merge portion and disposed below the merge portion and having a water seal structure, and discharging water in the water trap device to the outside of the housing The idea was to provide a drainage channel.
  • the gas discharged from the ventilator reduces the possibility that the combustion exhaust gas enters the first gas flow path upstream of the junction. Therefore, the possibility that the flue gas from the power generation unit is discharged from a part other than the original flue gas system can be reduced as compared with the conventional case.
  • the power generation system of the first embodiment includes a power generation unit that discharges combustion exhaust gas, a housing that houses the power generation unit, a ventilator that ventilates the inside of the housing, and a first gas flow through which the gas discharged from the ventilator flows.
  • a water trap device connected to the first gas flow channel and having a water seal structure, and a drainage flow channel for discharging water in the water trap device to the outside of the housing.
  • the water trap device may be disposed below the junction.
  • the water sealing function can be automatically maintained by storing the condensed water generated from the combustion exhaust gas in the water trap device.
  • the ventilator is configured to operate in at least a part of a period in which the combustion exhaust gas discharged from the power generation unit flows through the second gas channel and the third gas channel. Also good.
  • the ventilator may be configured to operate at least in a part during power generation.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of the power generation system according to the first embodiment.
  • the power generation system 100 of the present embodiment includes a power generation unit 1, a housing 2, a ventilator 3, a first gas flow path 4, a second gas flow path 5, a junction 7, and a third A gas flow path 6, a water trap device 8, and a drain flow path 9 are provided.
  • the power generation unit 1 discharges combustion exhaust gas.
  • combustion exhaust gas can be discharged from a combustor that burns a hydrogen-containing gas.
  • combustion exhaust gas can be discharged from the internal combustion engine or the external combustion engine.
  • the fuel cell When the power generation unit 1 is a fuel cell unit that generates power using a hydrogen-containing gas, the fuel cell may be any type, and a polymer electrolyte fuel cell, a solid oxide fuel cell, and a phosphoric acid fuel A battery etc. are illustrated.
  • the fuel cell unit may include a hydrogen generator, and the fuel cell may generate power using a hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator.
  • the hydrogen generator and the fuel cell may be built in one container.
  • the housing 2 stores the power generation unit 1.
  • the ventilator 3 ventilates the inside of the housing.
  • the ventilator 3 can be composed of, for example, a blower or a ventilation fan.
  • the ventilator 3 takes in air from the outside of the housing 2 and discharges it to the first gas flow path 4.
  • the ventilator 3 may indirectly take in air outside the housing 2 through the internal space of the housing 2.
  • the first gas channel 4 is a channel through which the gas discharged from the ventilator 3 flows. More specifically, in the example shown in FIG. 1, the first gas flow path 4 is a flow path from the ventilator 3 to the junction 7.
  • the second gas channel 5 is a channel through which the combustion exhaust gas from the power generation unit 1 flows. More specifically, in the example shown in FIG. 1, the second gas flow path 5 is a flow path from the power generation unit 1 to the junction 7.
  • the merging portion 7 is a portion where the first gas flow path 4 and the second gas flow path 5 merge.
  • the third gas flow path 6 is a flow path through which the gas merged at the merge section 7 flows. More specifically, for example, the third gas channel 6 may be a channel whose downstream end is open to the atmosphere. That is, the third gas flow path 6 may be a flow path that connects the junction 7 and the atmosphere. Alternatively, the third gas flow path 6 may be a flow path whose downstream end is connected to a smoke path. That is, the third gas flow path 6 may be a flow path that connects the junction 7 and the flue.
  • the water trap unit 8 is connected to the first gas flow path 4 and has a water seal structure.
  • the water trap device 8 is connected to the first gas flow path 4 by a branch path that branches from the first gas flow path 4 at the branching portion.
  • the water seal structure may be, for example, a water tank or a U-shaped tube.
  • the positional relationship between the junction 7 and the water trap unit 8 is not particularly limited.
  • the water trap unit 8 may be provided at the same height as the junction unit 7, the water trap unit 8 may be provided above the junction unit 7, or the water trap unit 8 may be provided from the junction unit 7. May also be disposed below.
  • the water sealing function can be automatically maintained by storing the condensed water generated from the combustion exhaust gas in the water trap unit 8.
  • the water trap device 8 includes a water tank including a first chamber and a second chamber.
  • a partition is provided between the first chamber and the second chamber, and the partition communicates with the lower side of the water trap unit 8 through a communication port.
  • a communication port is formed between the partition wall and the bottom surface of the water trap device 8, but the present invention is not limited to this example, and the communication port may be provided if provided below the water trap device 8. May be in any form.
  • the partition may be in contact with the bottom surface and the communication port may be an opening provided below the partition.
  • the water trap structure is formed by storing the condensed water in the water trap device 8 configured as described above at a position higher than at least the communication port.
  • Water is stored in the first chamber and the second chamber, the upper space of the first chamber communicates with the junction 7, and the upper space of the second chamber communicates with the drainage channel 9.
  • the gas pressure on the water surface of the second chamber is equal to the outlet of the drainage channel, and is approximately equal to atmospheric pressure.
  • the gas pressure on the water surface of the first chamber varies depending on the discharge pressure of the ventilator 3 and the like.
  • the difference in water level between the first chamber and the second chamber, the so-called water head difference corresponds to the water sealing pressure.
  • the water stored in the first chamber and the second chamber may be condensed water or water supplied from outside the power generation system, such as city water.
  • the water trap device 8 is connected to the first gas flow path 4 via the branch path branched from the first gas flow path 4, but the branch path is not essential.
  • the form in which the water trap device 8 is provided on the first gas flow path 4 may be employed.
  • the drainage channel 9 discharges the water in the water trap unit 8 to the outside of the housing 2.
  • the power generation system 100 may include a controller (not shown).
  • the controller only needs to have a control function.
  • the controller may include an arithmetic processing unit (not shown) and a storage unit (not shown) that stores a control program.
  • Examples of the arithmetic processing unit include an MPU and a CPU.
  • An example of the storage unit is a memory.
  • the controller 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 gas sent out from the ventilator 3 flows toward the junction 7 and flows through the third flow path 6 together with the combustion exhaust gas.
  • combustion exhaust gas derived from the power generation unit 1 may exist in the second gas flow path 5 and the third gas flow path 6.
  • the combustion exhaust gas discharged from the power generation unit 1 flows through the second gas flow path 5 and the third gas flow path 6. Even if the combustion exhaust gas is not discharged from the power generation unit 1, the combustion exhaust gas is not completely discharged from the second gas flow path 5 and the third gas flow path 6 to the outside of the power generation system 100, and the second gas It can remain in the channel 5 and the third gas channel 6. In this case, if the combustion exhaust gas is diffused or the outlet of the third gas passage 6, for example, the third gas passage 6 is opened to the atmosphere due to the influence of wind or the like, the third gas passage 6 The combustion exhaust gas can enter the water trap unit 8 due to the pressure at the exhaust port becoming high.
  • the timing at which the ventilator 3 operates is not particularly limited.
  • the ventilator 3 is configured to operate during at least a part of a period in which the combustion exhaust gas discharged from the power generation unit 1 flows through the second gas flow path 5 and the third gas flow path 6. May be.
  • the ventilator 3 may be configured to operate at least during a part of power generation.
  • the period in which the combustion exhaust gas discharged from the power generation unit 1 flows through the second gas flow path 5 and the third gas flow path 6 is not limited to the time when the power generation system 100 generates power, but the combustion exhaust gas is discharged from the power generation unit 1. Any period may be used as long as the period is set. Specifically, for example, at least one of when the power generation system 100 is started and when it is stopped may be included.
  • the ventilator 3 operates during at least a part of the period in which the combustion exhaust gas flows through the second gas flow path 5 and the third gas flow path 6, so that the combustion exhaust gas is discharged to the outside through the water trap device 8. The possibility of leakage is reduced.
  • the ventilator 3 is configured to operate in at least a part of a period during which the combustion exhaust gas discharged from the power generation unit 1 does not flow through the second gas flow path 5 and the third gas flow path 6. May be.
  • the period when the combustion exhaust gas does not flow through the second gas flow path 5 and the third gas flow path 6 is, for example, a period during which the power generation system 100 is not generating power, specifically, for example, activation of the power generation system 100 It may include at least one of time and stop.
  • the ventilator 3 operates, so that the combustion exhaust gas passes through the water trap device 8. The possibility of leaking to the outside is reduced.
  • the operation of the ventilator 3 may be configured to be operated by the controller, or may not be configured to operate the ventilator 3 by the controller.
  • power may be supplied to the ventilator 3 as the power generation system is turned on, so that the ventilator 3 always operates. That is, any form may be used as long as the ventilator 3 is configured to operate.
  • the power generation system of the second embodiment includes a power generation unit that discharges combustion exhaust gas, a housing that houses the power generation unit, a ventilator that ventilates the inside of the housing, and a first gas flow through which gas discharged from the ventilator flows.
  • a water trap device connected to the first gas flow channel and disposed below the junction, and having a water-sealing structure, and discharging water in the water trap device to the outside of the housing
  • the ventilator is configured to operate at least during power generation.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of the power generation system according to the second embodiment.
  • the power generation system 100 of the present embodiment includes a power generation unit 1, a housing 2, a ventilator 3, a first gas flow path 4, a second gas flow path 5, a junction 7, and a third A gas flow path 6, a water trap device 8, and a drain flow path 9 are provided.
  • the power generation unit 1 discharges combustion exhaust gas.
  • combustion exhaust gas can be discharged from a combustor that burns a hydrogen-containing gas.
  • combustion exhaust gas can be discharged from the internal combustion engine or the external combustion engine.
  • the fuel cell When the power generation unit 1 is a fuel cell unit that generates power using a hydrogen-containing gas, the fuel cell may be any type, and a polymer electrolyte fuel cell, a solid oxide fuel cell, and a phosphoric acid fuel A battery etc. are illustrated.
  • the fuel cell unit may include a hydrogen generator, and the fuel cell may generate power using a hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator.
  • the hydrogen generator and the fuel cell may be built in one container.
  • the housing 2 stores the power generation unit 1.
  • the ventilator 3 ventilates the inside of the housing.
  • the ventilator 3 is configured to operate at least during power generation.
  • the ventilator 3 can be composed of, for example, a blower or a ventilation fan.
  • the ventilator 3 takes in air from the outside of the housing 2 and discharges it to the first gas flow path 4.
  • the ventilator 3 may indirectly take in air outside the housing 2 through the internal space of the housing 2.
  • the first gas channel 4 is a channel through which the gas discharged from the ventilator 3 flows. More specifically, in the example shown in FIG. 2, the first gas flow path 4 is a flow path from the ventilator 3 to the junction 7.
  • the second gas channel 5 is a channel through which the combustion exhaust gas from the power generation unit 1 flows. More specifically, in the example shown in FIG. 2, the second gas flow path 5 is a flow path from the power generation unit 1 to the junction 7.
  • the merging portion 7 is a portion where the first gas flow path 4 and the second gas flow path 5 merge.
  • the third gas flow path 6 is a flow path through which the gas merged at the merge section 7 flows. More specifically, for example, the third gas channel 6 may be a channel whose downstream end is open to the atmosphere. That is, the third gas flow path 6 may be a flow path that connects the junction 7 and the atmosphere. Alternatively, the third gas flow path 6 may be a flow path whose downstream end is connected to a smoke path. That is, the third gas flow path 6 may be a flow path that connects the junction 7 and the flue.
  • the water trap unit 8 is connected to the first gas flow path 4 and is disposed below the junction 7 and has a water seal structure.
  • the water trap device 8 is connected to the first gas flow path 4 by a branch path that branches from the first gas flow path 4 at the branch portion.
  • the water seal structure may be, for example, a water tank or a U-shaped tube.
  • the joining portion 7 and the water trap device 8 may have a downward slope such that the condensed water generated in the joining portion 7 flows down to the water trap device 8 due to gravity.
  • the third gas channel 6 and the junction 7 have, for example, a path connecting them with a downward slope so that the condensed water generated in the third gas channel 6 flows down to the junction 7 by gravity. You may do it.
  • At least a part of the water stored in the water seal structure may be water other than condensed water.
  • the water trap device 8 includes a water tank including a first chamber and a second chamber.
  • a partition is provided between the first chamber and the second chamber, and the partition communicates with the lower side of the water trap unit 8 through a communication port.
  • a communication port is formed between the partition wall and the bottom surface of the water trap device 8, but the present invention is not limited to this example, and the communication port may be provided if provided below the water trap device 8. May be in any form.
  • the partition may be in contact with the bottom surface and the communication port may be an opening provided below the partition.
  • the water trap structure is formed by storing the condensed water in the water trap device 8 configured as described above at a position higher than at least the communication port.
  • Condensed water is stored in the first chamber and the second chamber, the upper space of the first chamber communicates with the junction 7, and the upper space of the second chamber communicates with the drainage channel 9.
  • the gas pressure on the water surface of the second chamber is equal to the outlet of the drainage channel, and is approximately equal to atmospheric pressure.
  • the gas pressure on the water surface of the first chamber varies depending on the discharge pressure of the ventilator 3 and the like.
  • the difference in water level between the first chamber and the second chamber, the so-called water head difference corresponds to the water sealing pressure.
  • the water trap device 8 is connected to the first gas flow path 4 via the branch path branched from the first gas flow path 4, but the branch path is not essential.
  • the form in which the water trap device 8 is provided on the first gas flow path 4 may be employed.
  • the drainage channel 9 discharges the water in the water trap unit 8 to the outside of the housing 2.
  • the power generation system 100 may include a controller (not shown).
  • the controller only needs to have a control function.
  • the controller may include an arithmetic processing unit (not shown) and a storage unit (not shown) that stores a control program.
  • Examples of the arithmetic processing unit include an MPU and a CPU.
  • An example of the storage unit is a memory.
  • the controller 11 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 ventilator 3 is configured to operate at least during power generation. At this time, the gas delivered from the ventilator 3 flows toward the junction 7 and flows through the third flow path 6 together with the combustion exhaust gas discharged from the power generation unit 5.
  • the discharge pressure of the ventilator 3 is set so that the combustion exhaust gas from the power generation unit 1 does not flow into the path connecting the ventilator 3 and the junction 7 even if the water seal structure of the water trap unit 8 is broken. If so, even if the water seal structure is destroyed, the flue gas is prevented from leaking outside through the water trap unit 8.
  • the ventilator 3 is controlled to operate at least during power generation by a controller (not shown). Specifically, the discharge pressure of the ventilator 3 is controlled by the controller, and the combustion exhaust gas from the power generation unit 1 flows into the path connecting the ventilator 3 and the junction 7 even if the water seal structure of the water trap device 8 is destroyed. It is set not to.
  • the operation mode of the ventilator 3 is not limited to the above example.
  • the discharge pressure of the ventilator 3 may be set manually or may be fixed in advance. Further, it is not necessary to control the ventilator 3 to operate at least during power generation by the controller 3, and power is supplied to the ventilator 3 when the power generation system is turned on so that the ventilator 3 always operates. It may be a form. That is, any form may be employed as long as the ventilator 3 is configured to operate at least during power generation.
  • the power generation system of the first modification is the power generation system of the first embodiment or the second embodiment, and is configured to operate so that the discharge pressure of the ventilator is smaller than the water seal pressure of the water trap device. Yes.
  • Such a configuration can reduce the possibility of the water seal function being destroyed due to the influence of the ventilator.
  • the device configuration of the power generation system according to the first modification can be configured in the same manner as in FIG. Therefore, the same reference numerals and names are assigned to components common to those in FIG. 2 and detailed description thereof is omitted.
  • Water seal pressure is the pressure required to destroy the water seal function (the same applies hereinafter).
  • the pressure generated by the water head difference between the first chamber and the second chamber is the water sealing pressure.
  • the water head difference between the drain port for discharging the water of the water trap device 8 to the drain channel and the communication port connecting the first chamber and the second chamber that is, the difference in height in the vertical direction.
  • the controller sets the discharge pressure of the ventilator 3 to be smaller than the water sealing pressure of the water trap unit 8, but the present invention is not limited to this.
  • the discharge pressure of the ventilator 3 may be manually set so as to be smaller than the water sealing pressure of the water trap device 8, or may be set as a discharge pressure fixed in advance. That is, the ventilator 3 may be in any form as long as the ventilator 3 is configured to operate so that the discharge pressure becomes smaller than the water sealing pressure of the water trap unit 8.
  • the power generation system of the second modification is the power generation system of any one of the first embodiment, the second embodiment, and the first modification, and the ventilator has a discharge pressure of gas pressure on the water surface of the water trap device. It is configured to operate so as to be higher.
  • the device configuration of the power generation system according to the second modification can be configured in the same manner as in FIG. Therefore, the same reference numerals and names are assigned to components common to those in FIG. 2 and detailed description thereof is omitted.
  • the controller sets the discharge pressure of the ventilator 3 to be higher than the gas pressure on the water surface of the water trap unit 8, but is not limited to this.
  • the discharge pressure of the ventilator 3 may be manually set so as to be higher than the gas pressure on the water surface of the water trap device 8, or may be set as a discharge pressure fixed in advance.
  • the ventilator 3 may be in any form as long as the discharge pressure is configured not to be higher than the gas pressure on the water surface of the water trap unit 8.
  • the discharge pressure of the ventilator 3 becomes equal to or lower than the gas pressure on the water surface of the water trap device 8
  • the pressure of the combustion exhaust gas from the power generation unit 1 becomes relatively high.
  • the possibility of flowing into the path connecting By making the discharge pressure of the ventilator 3 higher than the gas pressure on the water surface of the water trap device 8, the possibility that the combustion exhaust gas from the power generation unit 1 flows backward from the junction 7 to the branch can be reduced. Therefore, the possibility that the combustion exhaust gas from the power generation unit 1 is discharged from a part other than the original combustion exhaust gas system can be further reduced.
  • the power generation system of the third modified example is the power generation system of any one of the first embodiment, the second embodiment, the first modified example, and the second modified example, and the water trapping device has a water sealing pressure, And the pressure loss in the path connecting the atmosphere and the atmosphere via the third gas flow path.
  • the apparatus structure of the electric power generation system concerning a 3rd modification can be comprised similarly to FIG. Therefore, the same reference numerals and names are assigned to components common to those in FIG. 2 and detailed description thereof is omitted.
  • the pressure at the junction becomes higher than the atmospheric pressure due to the pressure loss in the path connecting the junction and the atmosphere via the third gas flow path. If the pressure at the junction becomes higher than the water sealing pressure, the water sealing function may be destroyed. In the configuration of the present modified example, the possibility that the water sealing function is destroyed due to the pressure of the merging portion caused by the pressure loss in the path connecting the merging portion and the atmosphere via the third gas flow path is reduced.
  • a power generation system is the power generation system according to any one of the first embodiment, the second embodiment, the first modification, the second modification, and the third modification, in which the water seal in the water trap device is When the water trap in the water trap device is broken so that all the gas discharged from the ventilator does not flow through the water trap device to the route to the outlet of the drainage channel when it is destroyed The pressure loss of the path from the ventilator to the outlet of the drainage channel via the water trap is set.
  • the apparatus structure of the electric power generation system concerning a 4th modification can be comprised similarly to FIG. Therefore, the same reference numerals and names are assigned to components common to those in FIG. 2 and detailed description thereof is omitted.
  • the pressure loss in the path from the ventilator 3 through the water trap unit 8 to the outlet of the drainage channel 9 when the water seal in the water trap unit 8 is broken is discharged from the ventilator 3. It is set so that all of the gas that flows through the water trap device does not flow through the path leading to the outlet of the drainage channel.
  • a power generation system is the power generation system according to any one of the first embodiment, the second embodiment, the first modification, the second modification, the third modification, and the fourth modification, and includes a water trap.
  • a pressure detector for detecting the gas pressure on the water surface of the water generator, and a controller for stopping the power generation operation of the power generation system when the gas pressure on the water surface of the water trap device exceeds a threshold value lower than a water seal pressure of the water trap device Is provided.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a schematic configuration of the power generation system according to the third embodiment.
  • the power generation system 200 of the present embodiment can be configured in the same manner as the power generation system 100 of FIG. 2 except that the pressure detector 10 and the controller 11 are added. Therefore, components common to FIGS. 3 and 2 are denoted by the same reference numerals and names, and detailed description thereof is omitted.
  • the pressure detector 10 detects the gas pressure on the water surface of the water trap device 8. As long as the gas pressure on the water surface of the water trap unit 8 can be detected, the pressure detector 10 may be disposed at any part. In the example shown in FIG. 3, the pressure detector 10 is provided inside the water trap device 8. The pressure detector 10 may be provided, for example, in a branch path from the branch part to the water trap unit 8, may be provided in the branch part, or may be provided in a flow path from the branch part to the junction part 7. It may be provided, or may be provided in a flow path from the ventilator 3 to the branch portion.
  • the controller 11 stops the power generation operation of the power generation system 200 when the gas pressure on the water surface of the water trap unit 8 becomes equal to or higher than a threshold value lower than the water seal pressure of the water trap unit 8.
  • the controller 11 may have any control function, and may include, for example, an arithmetic processing unit (not shown) and a storage unit (not shown) that stores a control program. Examples of the arithmetic processing unit include an MPU and a CPU. An example of the storage unit is a memory.
  • the controller 11 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.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of an operation method of the power generation system according to the third embodiment.
  • the control illustrated in FIG. 4 can be executed by the controller 11 controlling each element of the power generation system 200, for example.
  • the controller 11 receives the detected value of the gas pressure on the water surface of the water trap device 8 from the pressure detector 10, and whether the detected value is equal to or greater than the threshold value P1. It is determined whether or not (step S101).
  • the threshold value is set as a value for determining that the water seal structure of the water trap device 8 may be destroyed. Specifically, a value lower than the water seal pressure of the water trap device 8 is set. .
  • step S101 is repeated.
  • step S102 the controller 11 stops the power generation operation of the power generation system 200 (step S102), and the operation of the power generation system 200 ends (end).
  • the water seal function can be destroyed.
  • the combustion exhaust gas from the power generation unit can be discharged to the outside of the power generation system 200 through the water trap device 8 and the drainage channel 9.
  • the operation method of the present embodiment when the gas pressure on the water surface of the water trap unit 8 reaches the threshold value P1 lower than the water sealing pressure of the water trap unit 8, the power generation operation of the power generation system is stopped.
  • the possibility that the gas pressure on the water surface of the water trap unit 8 exceeds the water sealing pressure of the water trap unit 8 is reduced. Therefore, the possibility that the combustion exhaust gas from the power generation unit 1 is discharged to the outside of the power generation system 200 through the water trap device 8 and the drainage channel 9 is reduced. Therefore, the possibility that the combustion exhaust gas from the power generation unit is discharged from a part other than the original combustion exhaust gas system can be further effectively reduced.
  • the power generation system according to the fourth embodiment is the power generation system according to any one of the first embodiment, the second embodiment, the first modification, the second modification, the third modification, the fourth modification, and the third embodiment.
  • the third gas flow path is connected to the combustion exhaust gas flow path of the external combustion device, and the ventilator operates at least during the power generation of the power generation unit and during the combustion operation of the external combustion device. It is configured.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of the power generation system according to the fourth embodiment.
  • the power generation system 400 of this embodiment can be configured in the same manner as the power generation system 100 of FIG. 2 except that an external combustion device 300 is added. That is, in FIG. 5, the internal configuration of the power generation system 400 can be configured in the same manner as the internal configuration of the power generation system 100 of FIG. Therefore, the illustration of the inside of the power generation system 400 is omitted, and the components common to FIGS. 5 and 2 are denoted by the same reference numerals and names, and detailed description thereof is omitted.
  • the combustion exhaust gas passage of the external combustion apparatus 300 is connected to the third gas passage 6.
  • the external combustion apparatus 300 can be a heat supply apparatus such as a boiler, for example.
  • the power generation system 400 and the external combustion apparatus 300 may operate in cooperation with each other or may operate independently of each other.
  • the external combustion device 200 is provided as a device outside the power generation system 400, but may be configured as a part of the power generation system 400.
  • the ventilator 3 is configured to operate at least during the power generation of the power generation unit 1 and during the combustion operation of the external combustion device 200.
  • the combustion exhaust gas flow path of the external combustion apparatus 300 When the combustion exhaust gas flow path of the external combustion apparatus 300 is connected to the third gas flow path 6, the condensed water derived from the combustion exhaust gas from the external combustion apparatus 300 is joined from the third gas flow path 6 to the joining portion. It flows into the water trap device 8 via 7 and the branch path. On the other hand, the combustion exhaust gas from the external combustion apparatus 300 can be discharged from the drainage channel 9 via the third gas channel 6, the junction 7, the branch channel, and the water trap unit 8.
  • the ventilator 3 is configured to operate at least during the power generation of the power generation unit and during the combustion operation of the external combustion device. Therefore, compared with the case where the ventilator 3 is not operated during the combustion operation of the external combustion device 300, the combustion exhaust gas of the external combustion device 300 is supplied to the third gas flow path 6, the junction 7, the branch path, the water trap device 8, and The possibility of being discharged to the outside via the drainage channel 9 is reduced.
  • One embodiment of the present invention is useful as a power generation system that can reduce the possibility that combustion exhaust gas from a power generation unit is discharged from a part other than the original combustion exhaust gas system.

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Abstract

　燃焼排ガスを排出する発電ユニット（１）と、発電ユニットを収納する筐体（２）と、筐体内を換気する換気器（３）と、換気器から排出されるガスが流れる第１のガス流路（４）と、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（５）と、第１のガス流路と第２のガス流路とが合流する合流部（７）と、合流部で合流したガスが流れる第３のガス流路（６）と、第１のガス流路に接続され、水封構造を備える水トラップ器（８）と、水トラップ器内の水を筺体の外部へ排出する排水流路（９）と、を備える、発電システム（１００）。

Description

発電システム
　本発明は、発電システムに関する。より詳しくは、燃焼排ガスを排出する発電ユニットを備える発電システムに関する。
　特許文献１は、屋内に設置するパッケージ型燃料電池発電装置を開示する。同文献の燃料電池発電装置は、燃料処理装置及び燃料電池本体から排気されるシステム排気に含まれる水蒸気を凝縮し、ドレン管を通じて水タンクに回収する。同水タンクにおいて、水位を確保して水封することにより、凝縮水が本体の内部に逆流することを防止できると記載されている。
特開２００６－２５３０２０号公報
　前記従来の構成では、排気が本来の排気系統以外の部位から排出される可能性がある。排気が排出される可能性のある部位は、排気に由来する問題が生じない位置に配置しなければならず、設計上の制約になる場合がある。
　本発明は、上記従来の課題を解決するもので、発電ユニットからの燃焼排ガスが本来の燃焼排ガス系統以外の部位から排出される可能性を、従来よりも低減し得る発電システムを提供することを目的とする。
　本発明の発電システムの一態様は、燃焼排ガスを排出する発電ユニットと、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、換気器から排出されるガスが流れる第１のガス流路と、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、前記第１のガス流路と前記第２のガス流路とが合流する合流部と、前記合流部で合流したガスが流れる第３のガス流路と、前記第１のガス流路に接続され、前記合流部よりも下方に配設されると共に、水封構造を備える水トラップ器と、前記水トラップ器内の水を前記筺体の外部へ排出する排水流路と、を備え、前記換気器は、少なくとも発電中において、動作するように構成されている。
　本発明の一態様によれば、発電ユニットからの燃焼排ガスが本来の燃焼排ガス系統以外の部位から排出される可能性を従来よりも低減しうる発電システムを提供できるという効果を奏する。
図１は、第１実施形態にかかる発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 図２は、第２実施形態にかかる発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 図３は、第３実施形態にかかる発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。 図４は、第３実施形態にかかる発電システムの動作方法の一例を示すフロー図である。 図５は、第４実施形態にかかる発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
　燃料電池システムは、例えば、都市ガス、天然ガス等のインフラから供給される原料を水蒸気改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する改質器と、改質器で生成された水素を含む燃料ガスをアノードに、酸化剤ガスをカソードに供給し、電気化学反応により発電を行う燃料電池と、を備える。
　ところで、燃料電池や改質器には加熱が必要となる場合があり、加熱のため燃焼器が設けられることも多い。ここで、燃焼器から排出される燃焼排ガスは、多くの水分を含んでいるため、かかる水分に由来する凝縮水が燃料電池システムの外部へと排水されるように排水機構が設けられる。この場合、排水機構を通じて燃焼排ガスが外部へ排出される恐れがある。
　燃焼排ガスが、本来の燃焼排ガス系統から排出される限りにおいては問題が発生しなくても、それ以外の部位から燃焼排ガスが排出されると問題が生じる場合がある。
　例えば、燃料電池システムが屋外に設置される場合、燃焼排ガスは大気中の空気に希釈されるため、大きな問題にはなりにくいとも考えられるが、問題が生じる場合がある。
　例えば、燃焼排ガスには一酸化炭素が含まれる場合がある。該一酸化炭素が屋内に流入する可能性を低減するために、屋内に通じる窓と排気口との間隔を一定以上に大きくしなければならない場合がある。排水機構を通じて燃焼排ガスが排出される可能性が高いと、排水機構の配置位置が制約され、燃料電池システムの設計が困難になる場合がある。
　例えば、燃焼排ガスは高温になり易く、可燃物に対して必要な距離を保つ必要がある。燃焼排ガスが、本来の燃焼排ガス系統から排出される場合、上記距離が確保されていても、本来の燃焼排ガス系統以外の部位から排出されると可燃物に対して必要な距離が保てなくなる場合がある。このため、排水機構を通じて燃焼排ガスが排出される可能性が高いと、排水機構の配置位置が制約され、燃料電池システムの設計が困難になる場合がある。
　また、燃料電池システムが屋内に設置される場合は、本来の燃焼排ガス系統から排出された燃焼排ガスは、屋内に排出されないよう設計されるが、本来の燃焼排ガス系統以外の部位から排出されると、可燃物への引火、異臭、一酸化炭素等の問題が発生しうる。従って、上記と同様に、排水機構を通じて燃焼排ガスが外部へ排出されることが設計上の制約となる場合がある。
　発明者が検討した結果、特許文献１（図７）の構成では、凝縮水を排出する経路において、水位を確保して水封されることから、燃焼排ガスが屋内に流れ出すことが抑制される。
　しかしながら、上記従来の構成では、何らかの理由で水封機能が損なわれると、燃焼排ガスが排水機構を通じて燃料電池発電装置の外部へと流出してしまう可能性がある。水封機能が損なわれる例として、燃料電池システムの設置時、またはメンテナンス時に水タンクに水を貯めることを忘れた場合、水タンクに水漏れが発生した場合、更には２重管ダクトの内管の閉塞や、内管に強風が吹き付けられることで、内管内の圧力（背圧）が想定以上に高まり、内管内の圧力が水タンクにおける水封高さに対応する水圧差を超えてしまうことにより水タンク内の水が排出される等の現象が発生した場合等が挙げられる。水封機能が損なわれた場合に生じる課題は、燃料電池のみならず、ガスエンジン、ディーゼルエンジン、スターリングエンジン等のエンジンを用いた発電機等を含め、燃焼排ガスを排出する発電ユニットを備える発電システムに共通の課題となる。
　かかる課題に対し、本発明者らは、換気器から排出されるガスが流れる第１のガス流路と、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、合流部で合流させ、合流部よりも上流側の第１のガス流路に接続され合流部よりも下方に配設されると共に水封構造を備える水トラップ器と、水トラップ器内の水を筺体の外部へ排出する排水流路と、を備えることに想到した。
　かかる構成では、換気器から排出されるガスにより、燃焼排ガスが合流部よりも上流の第１のガス流路に侵入する可能性が低減する。よって、発電ユニットからの燃焼排ガスが本来の燃焼排ガス系統以外の部位から排出される可能性を従来よりも低減し得る。
　（第１実施形態）
　第１実施形態の発電システムは、燃焼排ガスを排出する発電ユニットと、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、換気器から排出されるガスが流れる第１のガス流路と、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、第１のガス流路と第２のガス流路とが合流する合流部と、合流部で合流したガスが流れる第３のガス流路と、第１のガス流路に接続され、水封構造を備える水トラップ器と、水トラップ器内の水を筺体の外部へ排出する排水流路と、を備える。
　かかる構成では、発電ユニットからの燃焼排ガスが本来の燃焼排ガス系統以外の部位から排出される可能性を従来よりも低減しうる。
　上記発電システムにおいて、水トラップ器が合流部よりも下方に配設されてもよい。
　かかる構成では、燃焼排ガスから発生する凝縮水を水トラップ器に蓄えることで、水封機能を自動的に維持できる。
　上記発電システムにおいて、換気器は、発電ユニットから排出される燃焼排ガスが、第２のガス流路および第３のガス流路を流れている期間の少なくとも一部において動作するように構成されていてもよい。
　上記発電システムにおいて、換気器は、少なくとも発電中の一部において動作するように構成されていてもよい。
　［装置構成］
　図１は、第１実施形態にかかる発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
　本実施形態の発電システム１００は、発電ユニット１と、筐体２と、換気器３と、第１のガス流路４と、第２のガス流路５と、合流部７と、第３のガス流路６と、水トラップ器８と、排水流路９とを備える。
　発電ユニット１は、燃焼排ガスを排出する。具体的には、例えば、燃料電池ユニット、ガスエンジン、ディーゼルエンジン、スターリングエンジン等を用いたエンジン発電ユニット等が挙げられる。燃料電池ユニットでは、水素含有ガスを燃焼する燃焼器より燃焼排ガスが排出されうる。エンジン発電ユニットでは、内燃機関または外燃機関より燃焼排ガスが排出されうる。
　発電ユニット１が水素含有ガスを用いて発電する燃料電池ユニットである場合、燃料電池は、いずれの種類であっても良く、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、及び燐酸形燃料電池等が例示される。燃料電池ユニットは、水素生成装置を備え、燃料電池が水素生成装置より供給された水素含有ガスを用いて発電してもよい。なお、燃料電池が、固体酸化物形燃料電池の場合は、水素生成装置と燃料電池とが１つの容器内に内蔵されるよう構成されてもよい。
　筐体２は、発電ユニット１を収納する。
　換気器３は、筐体内を換気する。換気器３は、例えば、ブロワ、換気ファン等で構成されうる。換気器３は、例えば、筐体２の外部から空気を取り込んで、第１のガス流路４へと排出する。換気器３は、筐体２の内部空間を介して、筐体２の外部の空気を間接的に取り込んでもよい。
　第１のガス流路４は、換気器３から排出されるガスが流れる流路である。より具体的には、図１に示す例において、第１のガス流路４は、換気器３から合流部７に至るまでの流路である。
　第２のガス流路５は、発電ユニット１からの燃焼排ガスが流れる流路である。より具体的には、図１に示す例において、第２のガス流路５は、発電ユニット１から合流部７に至るまでの流路である。
　合流部７は、第１のガス流路４と、第２のガス流路５とが合流する部位である。
　第３のガス流路６は、合流部７で合流したガスが流れる流路である。より具体的には例えば、第３のガス流路６は、下流端が大気開放されている流路であってもよい。つまり、第３のガス流路６は、合流部７と大気とを接続する流路であってもよい。あるいは、第３のガス流路６は、下流端が煙道（smoke path）と接続されている流路であってもよい。つまり、第３のガス流路６は、合流部７と煙道とを接続する流路であってもよい。
　水トラップ器８は、第１のガス流路４に接続され、水封構造を備える。図１に示す例において、水トラップ器８は、分岐部において第１のガス流路４から分岐する分岐路によって、第１のガス流路４に接続される。水封構造は、例えば、水タンクであってもよいし、Ｕ字管であってもよい。合流部７と水トラップ器８との位置関係は特に限定されない。例えば、水トラップ器８が合流部７と同じ高さに設けられてもよいし、水トラップ器８が合流部７よりも上方に設けられてもよいし、水トラップ器８が合流部７よりも下方に配設されてもよい。水トラップ器８が合流部７よりも下方に配設される場合には、燃焼排ガスから発生する凝縮水を水トラップ器８に蓄えることで、水封機能を自動的に維持できる。
　図１に示す例において、水トラップ器８は、第１室と第２室とを備える水タンクを備える。第１室と第２室との間には隔壁を備え、隔壁は、水トラップ器８の下方において連通口を介して連通している。本例では、隔壁と水トラップ器８の底面との間で連通口が形成されているが、本例に限定されるものではなく、水トラップ器８の下方に設けられていれば、連通口はいずれの形態であっても構わない。例えば、隔壁は、底面に接しており、連通口が隔壁の下方に設けられた開口であってもよい。本例では、上記にように構成された水トラップ器８に少なくとも連通口よりも高い位置で凝縮水が貯えられることで水封構造が形成される。
　第１室と第２室は水が貯えられ、第１室の上部空間は、合流部７と連通し、第２室の上部空間は、排水流路９と連通している。第２室の水面上のガス圧は、排水流路の出口と等しく、ほぼ大気圧に等しい。一方、第１室の水面上のガス圧は、換気器３の吐出圧等により変動する。第１室と第２室との水位の差、いわゆる水頭差が、水封圧に相当する。
　第１室と第２室に蓄えられる水は、凝縮水でもよいし、発電システムの外部から供給される水、例えば市水等、であってもよい。
　なお、本例では、第１のガス流路４より分岐した分岐路を介して水トラップ器８が、第１のガス流路４に接続されているが、分岐路は必須ではなく、例えば、第１のガス流路４上に水トラップ器８が設けられる形態であってもよい。
　排水流路９は、水トラップ器８内の水を筺体２の外部へ排出する。
　なお、発電システム１００は、図示されていない制御器を備えてもよい。制御器は、制御機能を有するものであればよく、例えば、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備えてもよい。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。制御器は、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。
　本実施形態において、換気器３より送出されるガスは、合流部７に向かって流れ、燃焼排ガスとともに第３の流路６を流れる。発電ユニット１から燃焼排ガスが排出されているか否かに関わらず、第２のガス流路５および第３のガス流路６には発電ユニット１に由来する燃焼排ガスが存在しうる。
　すなわち、発電ユニット１から燃焼排ガスが排出されていれば、発電ユニット１から排出される燃焼排ガスが第２のガス流路５および第３のガス流路６を流れることになる。発電ユニット１から燃焼排ガスが排出されていなくても、燃焼排ガスが第２のガス流路５および第３のガス流路６から完全に発電システム１００の外部に排出されずに、第２のガス流路５および第３のガス流路６内に残留しうる。この場合、燃焼排ガスが拡散することで、あるいは風等の影響で第３のガス流路６の出口、例えば第３のガス流路６が大気開放されていれば第３のガス流路６の排気口、の圧力が高くなること等により、燃焼排ガスが水トラップ器８へと侵入しうる。
　いずれの場合においても、換気器３から排出されるガスによって、水トラップ器８の水封機能が損なわれた場合、すなわち水トラップ器８の水封構造が破壊された場合でも、発電ユニット１からの燃焼排ガスが換気器３と合流部７とを結ぶ経路に流入しにくくなる。よって、仮に、水封構造が破壊されても燃焼排ガスが水トラップ器８を介して外部に漏れる可能性が従来よりも低減される。
　よって、発電ユニット１からの燃焼排ガスが本来の燃焼排ガス系統、すなわち第３のガス流路、以外の部位である、排水流路９から排出される可能性を従来よりも低減しうる。
　換気器３が動作するタイミングは特に限定されない。
　例えば、換気器３は、発電ユニット１から排出される燃焼排ガスが、第２のガス流路５および第３のガス流路６を流れている期間の少なくとも一部において動作するように構成されていてもよい。例えば、換気器３は、少なくとも発電中の一部において動作するように構成されていてもよい。
　発電ユニット１から排出される燃焼排ガスが、第２のガス流路５および第３のガス流路６を流れている期間は、発電システム１００の発電時に限らず、発電ユニット１から燃焼排ガスが排出される期間であればいずれの期間であってもよい。具体的には、例えば、発電システム１００の起動時および停止時の少なくともいずれか一方を含んでもよい。
　燃焼排ガスが第２のガス流路５および第３のガス流路６を流れている期間の少なくとも一部において、換気器３が動作することにより、燃焼排ガスが水トラップ器８を介して外部に漏れる可能性が低減される。
　なお、換気器３は、発電ユニット１から排出される燃焼排ガスが、第２のガス流路５および第３のガス流路６を流れていない期間の少なくとも一部において動作するように構成されていてもよい。
　燃焼排ガスが、第２のガス流路５および第３のガス流路６を流れていない期間は、例えば、発電システム１００が発電していない期間、具体的には、例えば、発電システム１００の起動時及び停止時の少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。
　燃焼排ガスが第２のガス流路５および第３のガス流路６を流れていない期間の少なくともいずれか一部において、換気器３が動作することにより、燃焼排ガスが水トラップ器８を介して外部に漏れる可能性が低減される。
　なお、換気器３の動作は、制御器により動作させるよう構成されてもよいし、制御器により換気器３を動作させるよう構成されていなくてもよい。例えば、発電システムの電源ＯＮに伴って換気器３にも電力が供給され、換気器３が常に動作するような形態であってもよい。つまり、換気器３が動作するよう構成されていれば、いずれの形態であってもよい。
　（第２実施形態）
　第２実施形態の発電システムは、燃焼排ガスを排出する発電ユニットと、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、換気器から排出されるガスが流れる第１のガス流路と、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、第１のガス流路と第２のガス流路とが合流する合流部と、合流部で合流したガスが流れる第３のガス流路と、第１のガス流路に接続され、合流部よりも下方に配設されると共に、水封構造を備える水トラップ器と、水トラップ器内の水を筺体の外部へ排出する排水流路と、を備え、換気器は、少なくとも発電中において、動作するように構成されている。
　かかる構成では、発電ユニットからの燃焼排ガスが本来の燃焼排ガス系統以外の部位から排出される可能性を従来よりも低減しうる。
　［装置構成］
　図２は、第２実施形態にかかる発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
　本実施形態の発電システム１００は、発電ユニット１と、筐体２と、換気器３と、第１のガス流路４と、第２のガス流路５と、合流部７と、第３のガス流路６と、水トラップ器８と、排水流路９とを備える。
　発電ユニット１は、燃焼排ガスを排出する。具体的には、例えば、燃料電池ユニット、ガスエンジン、ディーゼルエンジン、スターリングエンジン等を用いたエンジン発電ユニット等が挙げられる。燃料電池ユニットでは、水素含有ガスを燃焼する燃焼器より燃焼排ガスが排出されうる。エンジン発電ユニットでは、内燃機関または外燃機関より燃焼排ガスが排出されうる。
　発電ユニット１が水素含有ガスを用いて発電する燃料電池ユニットである場合、燃料電池は、いずれの種類であっても良く、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、及び燐酸形燃料電池等が例示される。燃料電池ユニットは、水素生成装置を備え、燃料電池が水素生成装置より供給された水素含有ガスを用いて発電してもよい。なお、燃料電池が、固体酸化物形燃料電池の場合は、水素生成装置と燃料電池とが１つの容器内に内蔵されるよう構成されてもよい。
　筐体２は、発電ユニット１を収納する。
　換気器３は、筐体内を換気する。換気器３は、少なくとも発電中において、動作するよう構成されている。換気器３は、例えば、ブロワ、換気ファン等で構成されうる。換気器３は、例えば、筐体２の外部から空気を取り込んで、第１のガス流路４へと排出する。換気器３は、筐体２の内部空間を介して、筐体２の外部の空気を間接的に取り込んでもよい。
　第１のガス流路４は、換気器３から排出されるガスが流れる流路である。より具体的には、図２に示す例において、第１のガス流路４は、換気器３から合流部７に至るまでの流路である。
　第２のガス流路５は、発電ユニット１からの燃焼排ガスが流れる流路である。より具体的には、図２に示す例において、第２のガス流路５は、発電ユニット１から合流部７に至るまでの流路である。
　合流部７は、第１のガス流路４と、第２のガス流路５とが合流する部位である。
　第３のガス流路６は、合流部７で合流したガスが流れる流路である。より具体的には例えば、第３のガス流路６は、下流端が大気開放されている流路であってもよい。つまり、第３のガス流路６は、合流部７と大気とを接続する流路であってもよい。あるいは、第３のガス流路６は、下流端が煙道（smoke path）と接続されている流路であってもよい。つまり、第３のガス流路６は、合流部７と煙道とを接続する流路であってもよい。
　水トラップ器８は、第１のガス流路４に接続され、合流部７よりも下方に配設されると共に、水封構造を備える。図２に示す例において、水トラップ器８は、分岐部において第１のガス流路４から分岐する分岐路によって、第１のガス流路４に接続される。水封構造は、例えば、水タンクであってもよいし、Ｕ字管であってもよい。合流部７と水トラップ器８とは、例えば、これらを結ぶ経路が、合流部７で発生した凝縮水が重力によって水トラップ器８へと流下するように下り勾配を有していてもよい。第３のガス流路６と合流部７とは、例えば、これらを結ぶ経路が、第３のガス流路６で発生した凝縮水が重力によって合流部７へと流下するように下り勾配を有していてもよい。水封構造に貯えられる水の少なくとも一部が、凝縮水以外の水であってもよい。
　図２に示す例において、水トラップ器８は、第１室と第２室とを備える水タンクを備える。第１室と第２室との間には隔壁を備え、隔壁は、水トラップ器８の下方において連通口を介して連通している。本例では、隔壁と水トラップ器８の底面との間で連通口が形成されているが、本例に限定されるものではなく、水トラップ器８の下方に設けられていれば、連通口はいずれの形態であっても構わない。例えば、隔壁は、底面に接しており、連通口が隔壁の下方に設けられた開口であってもよい。本例では、上記にように構成された水トラップ器８に少なくとも連通口よりも高い位置で凝縮水が貯えられることで水封構造が形成される。
　第１室と第２室は凝縮水が貯えられ、第１室の上部空間は、合流部７と連通し、第２室の上部空間は、排水流路９と連通している。第２室の水面上のガス圧は、排水流路の出口と等しく、ほぼ大気圧に等しい。一方、第１室の水面上のガス圧は、換気器３の吐出圧等により変動する。第１室と第２室との水位の差、いわゆる水頭差が、水封圧に相当する。
　なお、本例では、第１のガス流路４より分岐した分岐路を介して水トラップ器８が、第１のガス流路４に接続されているが、分岐路は必須ではなく、例えば、第１のガス流路４上に水トラップ器８が設けられる形態であってもよい。
　排水流路９は、水トラップ器８内の水を筺体２の外部へ排出する。
　なお、発電システム１００は、図示されていない制御器を備えてもよい。制御器は、制御機能を有するものであればよく、例えば、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備えてもよい。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。制御器１１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。
　［動作方法］
　本実施形態において、換気器３は、少なくとも発電中において、動作するよう構成されている。このとき、換気器３より送出されるガスは、合流部７に向かって流れ、発電ユニット５より排出された燃焼排ガスとともに第３の流路６を流れる。
　かかる構成では、換気器３の吐出圧が、水トラップ器８の水封構造が破壊されても発電ユニット１からの燃焼排ガスが換気器３と合流部７とを結ぶ経路に流入しないよう設定されていれば、仮に、水封構造が破壊されても燃焼排ガスが水トラップ器８を介して外部に漏れることが抑制される。
　よって、発電ユニット１からの燃焼排ガスが本来の燃焼排ガス系統、すなわち第３のガス流路、以外の部位である、排水流路９から排出される可能性を従来よりも低減しうる。
　本例においては、制御器（図示せず）により換気器３は、少なくとも発電中において、動作するよう制御される。具体的には、制御器により換気器３の吐出圧が、水トラップ器８の水封構造が破壊されても発電ユニット１からの燃焼排ガスが換気器３と合流部７とを結ぶ経路に流入しないよう設定される。
　なお、換気器３の動作形態は、上記例に限定されものではない。例えば、換気器３の吐出圧は、手動設定されていてもよいし、予め固定設定されていてもよい。また、制御器３により少なくとも発電中に換気器３を動作させるよう制御しなくてもよく、発電システムの電源ＯＮに伴って換気器３にも電力が供給され、換気器３が常に動作するような形態であってもよい。つまり、換気器３が少なくとも発電中において動作するよう構成されていれば、いずれの形態であってもよい。
　［第１変形例］
　第１変形例の発電システムは、第１実施形態または第２実施形態の発電システムであって、換気器の吐出圧が、水トラップ器の水封圧よりも小さくなるよう動作すべく構成されている。
　かかる構成では、換気器の影響で水封機能が破壊される可能性を従来よりも低減しうる。
　第１変形例にかかる発電システムの装置構成は、図２と同様に構成することができる。よって、図２と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
　水封圧とは、水封機能が破壊されるのに要する圧力である（以下同様）。図２に示す例では、第１室と第２室との水頭差によって生じる圧力が水封圧となる。図２に示す例では、水トラップ器８の水を排水流路に排出する排水口と、第１室と第２室とを連通する連通口との水頭差、すなわち鉛直方向の高さの差、を調整することで、水封圧を設定できる。
　本例では、制御器（図示せず）により、換気器３の吐出圧が、水トラップ器８の水封圧よりも小さくなるよう設定されるが、これに限定されるものではない。具体的には、例えば、換気器３の吐出圧が水トラップ器８の水封圧よりも小さくなるよう手動設定されてもよいし、予め固定された吐出圧として設定されていてもよい。つまり、換気器３は、吐出圧が、水トラップ器８の水封圧よりも小さくなるよう動作すべく構成されていれば、いずれの形態であっても構わない。
　換気器３と水トラップ器８とを結ぶ経路では、圧力損失が生じるため、水トラップ器８の水面上にかかる圧力は、換気器３の吐出圧よりも小さくなるが、仮に、換気器３の吐出圧に等しい圧力が水面にかかったとしても、水封圧を超えることがない。従って、換気器３の吐出圧によって水トラップ器８の水封機能が破壊される可能性を低減できる。
　［第２変形例］
　第２変形例の発電システムは、第１実施形態、第２実施形態及び第１変形例のいずれかの発電システムであって、換気器は、吐出圧が、水トラップ器の水面上におけるガス圧力よりも高くなるよう動作すべく構成されている。
　かかる構成では、発電ユニットからの燃焼排ガスが本来の燃焼排ガス系統以外の部位から排出される可能性をさらに低減しうる。
　第２変形例にかかる発電システムの装置構成は、図２と同様に構成することができる。よって、図２と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
　本例では、制御器（図示せず）により換気器３の吐出圧が、水トラップ器８の水面上におけるガス圧力よりも高くなるよう設定されるが、これに限定されるものではない。具体的には、例えば、換気器３の吐出圧が水トラップ器８の水面上におけるガス圧力よりも高くなるように手動設定されてもよいし、予め固定された吐出圧として設定されていてもよい。つまり、換気器３は、吐出圧が、水トラップ器８の水面上におけるガス圧力よりも高くないように構成されていれば、いずれの形態であっても構わない。
　換気器３の吐出圧が水トラップ器８の水面上におけるガス圧以下になると、発電ユニット１からの燃焼排ガスの圧力が相対的に高くなることから、燃焼排ガスが、換気器３と合流部７とを結ぶ経路に流入する可能性が高くなる。換気器３の吐出圧を水トラップ器８の水面上におけるガス圧力よりも高くすることで、合流部７から分岐部へと発電ユニット１からの燃焼排ガスが逆流する可能性を低減できる。よって、発電ユニット１からの燃焼排ガスが本来の燃焼排ガス系統以外の部位から排出される可能性をさらに低減しうる。
　［第３変形例］
　第３変形例の発電システムは、第１実施形態、第２実施形態、第１変形例及び第２変形例のいずれかの発電システムであって、水トラップ器は、水封圧が、合流部と大気とを第３のガス流路を介して接続する経路における圧力損失よりも高くなるように構成されている。
　かかる構成では、合流部と大気とを第３のガス流路を介して接続する経路における圧力損失によって生じる合流部の圧力により水封機能が破壊される可能性が低減される。
　なお、第３変形例にかかる発電システムの装置構成は、図２と同様に構成することができる。よって、図２と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
　合流部と大気とを第３のガス流路を介して接続する経路における圧力損失によって、合流部の圧力は大気圧よりも高くなる。合流部の圧力が水封圧よりも高くなれば、水封機能が破壊される可能性がある。本変形例の構成では、合流部と大気とを第３のガス流路を介して接続する経路における圧力損失によって生じる合流部の圧力により水封機能が破壊される可能性が低減される。
　［第４変形例］
　第４変形例の発電システムは、第１実施形態、第２実施形態、第１変形例、第２変形例及び第３変形例のいずれかの発電システムであって、水トラップ器における水封が破壊された場合に、換気器から排出されるガスの全部が水トラップ器を経由して排水流路の出口に至る経路に流れることがないように、水トラップ器における水封が破壊された場合における換気器から水トラップ器を経由して排水流路の出口に至る経路の圧力損失が設定されている。
　かかる構成では、仮に、水トラップ器の水封構造が破壊されても、発電ユニットの燃焼排ガスが水トラップ器に流入しにくくなる。よって、発電ユニットからの燃焼排ガスが本来の燃焼排ガス系統以外の部位から排出される可能性をさらに低減しうる。
　なお、第４変形例にかかる発電システムの装置構成は、図２と同様に構成することができる。よって、図２と共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
　本変形例では、水トラップ器８における水封が破壊された場合における換気器３から水トラップ器８を経由して排水流路９の出口に至る経路の圧力損失が、換気器３から排出されるガスの全部が水トラップ器を経由して排水流路の出口に至る経路に流れることがないように設定されている。
　従って仮に水封機能が破壊されても、換気器３から排出されるガスの全部が水トラップ器８を経由して排水流路９の出口に至る経路に流れることがない。よって、発電ユニット１からの燃焼排ガスが本来の燃焼排ガス系統以外の部位から排出される可能性をさらに効果的に低減しうる。
　（第３実施形態）
　第３実施形態の発電システムは、第１実施形態、第２実施形態、第１変形例、第２変形例、第３変形例及び第４変形例のいずれかの発電システムであって、水トラップ器の水面上におけるガス圧力を検知する圧力検知器と、水トラップ器の水面上におけるガス圧力が水トラップ器の水封圧より低い閾値以上になると、発電システムの発電運転を停止させる制御器とを備える。
　かかる構成では、水トラップ器の水封機能が破壊される前に、発電システムの発電運転が停止される。よって、発電ユニットからの燃焼排ガスが本来の燃焼排ガス系統以外の部位から排出される可能性を、さらに効果的に低減できる。
　［装置構成］
　図３は、第３実施形態にかかる発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
　本実施形態の発電システム２００は、圧力検知器１０と制御器１１が付加されている点を除けば、図２の発電システム１００と同様に構成することができる。よって、図３と図２とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
　圧力検知器１０は、水トラップ器８の水面上におけるガス圧力を検知する。水トラップ器８の水面上におけるガス圧力を検知できれば、圧力検知器１０はどの部位に配置されていてもよい。図３に示す例では、圧力検知器１０が水トラップ器８の内部に設けられている。圧力検知器１０は、例えば、分岐部から水トラップ器８に至る分岐路に設けられていてもよいし、分岐部に設けられていてもよいし、分岐部から合流部７に至る流路に設けられていてもよいし、換気器３から分岐部に至る流路に設けられていてもよい。
　制御器１１は、水トラップ器８の水面上におけるガス圧力が水トラップ器８の水封圧より低い閾値以上になると、発電システム２００の発電運転を停止させる。
　制御器１１は、制御機能を有するものであればよく、例えば、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備えてもよい。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。制御器１１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。
　［動作方法］
　図４は、第３実施形態にかかる発電システムの動作方法の一例を示すフロー図である。図４に示す制御は、例えば、制御器１１が発電システム２００の各要素を制御することにより実行されうる。
　発電システム２００の動作が開始されると（スタート）、制御器１１は、圧力検知器１０から、水トラップ器８の水面上におけるガス圧力の検出値を受け取り、検出値が閾値Ｐ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。上記閾値は、水トラップ器８の水封構造が破壊される恐れがあることを判定するための値として設定され、具体的には、水トラップ器８の水封圧より低い値が設定される。
　判定結果がＮＯであれば、ステップＳ１０１を繰り返す。
　判定結果がＹＥＳであれば、制御器１１は、発電システム２００の発電運転を停止し（ステップＳ１０２）、発電システム２００の動作が終了する（エンド）。
　水トラップ器８の水面上におけるガス圧力が水トラップ器８の水封圧以上になると、水封機能が破壊されうる。このとき、発電ユニットからの燃焼排ガスが水トラップ器８及び排水流路９を通じて、発電システム２００の外部に排出されうる。
　本実施形態の動作方法によれば、水トラップ器８の水面上におけるガス圧力が水トラップ器８の水封圧より低い閾値Ｐ１に達すると、発電システムの発電運転が停止される。水トラップ器８の水面上におけるガス圧力が水トラップ器８の水封圧を超える可能性が低減される。従って、発電ユニット１からの燃焼排ガスが水トラップ器８及び排水流路９を通じて、発電システム２００の外部に排出される可能性は低減される。よって、発電ユニットからの燃焼排ガスが本来の燃焼排ガス系統以外の部位から排出される可能性をさらに効果的に低減しうる。
　（第４実施形態）
　第４実施形態の発電システムは、第１実施形態、第２実施形態、第１変形例、第２変形例、第３変形例、第４変形例、及び第３実施形態のいずれかの発電システムであって、第３のガス流路には、外部燃焼装置の燃焼排ガス流路が接続されており、換気器は、少なくとも発電ユニットの発電中及び外部燃焼装置の燃焼動作時において、動作するように構成されている。
　かかる構成では、外部燃焼装置からの燃焼排ガスが本来の燃焼排ガス系統以外の部位から排出される可能性を従来よりも低減しうる。
　図５は、第４実施形態にかかる発電システムの概略構成の一例を示すブロック図である。
　本実施形態の発電システム４００は、外部燃焼装置３００が付加されている点を除けば、図２の発電システム１００と同様に構成することができる。すなわち、図５中、発電システム４００の内部の構成は、図２の発電システム１００の内部と同様に構成することができる。よって、発電システム４００の内部については図示を省略すると共に、図５と図２とで共通する構成要素については、同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
　図５に示すように、外部燃焼装置３００の燃焼排ガス流路は、第３のガス流路６に接続されている。外部燃焼装置３００は、例えば、ボイラ等の熱供給装置としうる。発電システム４００と外部燃焼装置３００とは、互いに連携して動作してもよいし、互いに独立して動作してもよい。また、本例では、外部燃焼装置２００は、発電システム４００外の装置として設けられているが、発電システム４００の一部として構成されていてもよい。
　換気器３は、少なくとも発電ユニット１の発電中及び外部燃焼装置２００の燃焼動作時において、動作するように構成されている。
　外部燃焼装置３００の燃焼排ガス流路が第３のガス流路６に接続されている場合、外部燃焼装置３００からの燃焼排ガスに由来する凝縮水は、第３のガス流路６から、合流部７と分岐路とを経由して、水トラップ器８へと流入する。一方、外部燃焼装置３００の燃焼排ガスは、第３のガス流路６、合流部７、分岐路、及び水トラップ器８を経由して、排水流路９から排出されうる。
　しかしながら、本実施形態の構成では、換気器３は、少なくとも発電ユニットの発電中及び外部燃焼装置の燃焼動作時において、動作するように構成されている。従って、外部燃焼装置３００の燃焼動作時に換気器３を動作しない場合に比べ、外部燃焼装置３００の燃焼排ガスが、第３のガス流路６、合流部７、分岐路、水トラップ器８、及び排水流路９を経由して、外部へと排出される可能性が低減される。
　つまり、外部燃焼装置からの燃焼排ガスが本来の燃焼排ガス系統以外の部位から排出される可能性を従来よりも低減しうる。
　上記説明から、当業者にとっては、本発明の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り、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
　本発明の一態様は、発電ユニットからの燃焼排ガスが本来の燃焼排ガス系統以外の部位から排出される可能性を従来よりも低減しうる発電システムとして有用である。
　　　１　発電ユニット
　　　２　筐体
　　　３　換気器
　　　４　第１のガス流路
　　　５　第２のガス流路
　　　６　第３のガス流路
　　　７　合流部
　　　８　水トラップ器
　　　９　排水流路
　　１０　圧力検知器
　　１１　制御器
　１００、２００　発電システム
　３００　外部燃焼装置
　４００　発電システム

Claims (11)

  1. 　燃焼排ガスを排出する発電ユニットと、
    　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、
    　前記換気器から排出されるガスが流れる第１のガス流路と、
    　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、
    　前記第１のガス流路と前記第２のガス流路とが合流する合流部と、
    　前記合流部で合流したガスが流れる第３のガス流路と、
    　前記第１のガス流路に接続され、水封構造を備える水トラップ器と、
    　前記水トラップ器内の水を前記筺体の外部へ排出する排水流路と、を備える、発電システム。
  2. 　前記水トラップ器が前記合流部よりも下方に配設されている、請求項１に記載の発電システム。
  3. 　前記換気器が、前記発電ユニットから排出される燃焼排ガスが前記第２のガス流路および前記第３のガス流路を流れている期間の少なくとも一部において動作するように構成されている、請求項１または２に記載の発電システム。
  4. 　前記換気器が、少なくとも発電中の一部において動作するように構成されている、請求項１または２に記載の発電システム。
  5. 　前記換気器が、少なくとも発電中において、動作するように構成されている、請求項１または２に記載の発電システム。
  6. 　前記換気器は、吐出圧が、前記水トラップ器の水封圧よりも小さくなるよう動作すべく構成されている、請求項１－５のいずれか１項に記載の発電システム。
  7. 　前記換気器は、吐出圧が、前記水トラップ器の水面上におけるガス圧力よりも高くなるよう動作すべく構成されている、請求項１－６のいずれか１項に記載の発電システム。
  8. 　前記水トラップ器は、水封圧が、前記合流部と大気とを前記第３のガス流路を介して接続する経路における圧力損失よりも高くなるように構成されている、請求項１－７のいずれか１項に記載の発電システム。
  9. 　前記水トラップ器における水封が破壊された場合に、前記換気器から排出されるガスの全部が前記水トラップ器を経由して前記排水流路の出口に至る経路に流れることがないように、前記水トラップ器における水封が破壊された場合における前記換気器から前記水トラップ器を経由して前記排水流路の出口に至る経路の圧力損失が設定されている、請求項１－８のいずれか１項に記載の発電システム。
  10. 　前記水トラップ器の水面上におけるガス圧力を検知する圧力検知器と、
    　前記水トラップ器の水面上におけるガス圧力が前記水トラップ器の水封圧より低い閾値以上になると、前記発電システムの発電運転を停止させる制御器とを備える、
    　請求項１－９のいずれか１項に記載の発電システム。
  11. 　前記第３のガス流路には、外部燃焼装置の燃焼排ガス流路が接続されており、
    　前記換気器は、少なくとも前記発電ユニットの発電中及び前記外部燃焼装置の燃焼動作時において、動作するように構成されている、請求項１－１０のいずれか１項に記載の発電システム。
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