JP2842517B2

JP2842517B2 - 燃料電池発電設備

Info

Publication number: JP2842517B2
Application number: JP6325399A
Authority: JP
Inventors: 保糸山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2014-01-06
Also published as: JPH08185883A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水蒸気を含む燃料ガ
スを燃料電池に供給し、その電気化学反応によって生じ
た水蒸気を含む排気ガスを排出する一連のガス経路にお
いて、このガス経路内で発生する凝縮水を排水して、燃
料電池などへの凝縮水による悪影響を除くようにした燃
料電池発電設備に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池発電設備は、高い発電効率を備
え、オンサイト型の業務用燃料電池として注目されてい
る。例えば、２００ｋＷリン酸型燃料電池発電設備を縦
３ｍ×横６ｍ×高さ３ｍ程度のパッケージ内に納めて、
ビルの分散型電源として試運転されたものがあり、この
ような限られたスペースの中で、この装置内の水蒸気が
凝縮して発生する凝縮水（ドレン）を排水するために十
分なスペースを確保することが困難になってきている。

【０００３】図８は、上記試運転に使用した従来の燃料
電池発電設備のガスおよびドレン系統を示す系統線図で
あり、図において、１は燃料電池の改質器で都市ガスと
水蒸気から作り出された水素ガスを、水蒸気とともに燃
料ガスとしてＣＯ変成器に供給するためのガス配管路、
２は燃料ガスの中に残存する一酸化炭素ＣＯと水蒸気と
を、触媒反応によって水素と二酸化炭素に変成するＣＯ
変成器、３は変成された燃料ガスを燃料電池へ送るガス
配管路、４は燃料電池の本体内にあり、空気極との間で
電気化学反応によって上記燃料ガスから電気を発生させ
る燃料極、５は燃料極５の入口マニホールド、６は燃料
極４の出口マニホールド、７は燃料極４から出口マニホ
ールド６を介して排出される未反応の燃料ガスと水蒸気
を含む反応済みガスとを排気ガスとして送出し、燃焼処
理するため改質器燃焼部に送るガス配管路である。

【０００４】また、８は上記ガス配管路１の内部で水蒸
気から凝縮水となったドレンを排水するためのドレン配
管、９はこのドレン配管８からのガス洩れを少なくして
ドレンを抜き出すドレントラップ、１０はこのドレント
ラップ９から流出するドレンおよびガスをしゃ断するし
ゃ断弁、同様に、１１はガス配管路３に設けられたドレ
ン配管、１２はこのドレン配管１１のドレントラップ、
１３はこのドレンとラップ１２に対応して設けられたし
ゃ断弁、１４は燃料極４の出口マニホールド６に設けら
れたドレン配管、１５はこのドレンを蓄えるとともに、
ドレン配管１４の出口から流出するガスを水封するドレ
ンタンク、１６はこのドレンタンクの水位を一定に保つ
ように余剰水を排水するオーバーフロー管、同様に、１
７はガス配管７に設けられたドレン配管、１８はそのド
レンタンク、１９はそのオーバーフロー管である。

【０００５】次に動作について説明する。燃料ガスおよ
び電気化学反応後の排気ガスは、改質器、ＣＯ変成器
２、燃料極４、改質器燃焼部と一連のガス経路を連続的
に流れて処理されているものであり、上流側の圧力と下
流側の圧力の差によって、流動している。また、このガ
スの内部には、水蒸気成分が多量に含まれており、燃料
電池発電設備の起動直後、ガス配管路の温度が低い時は
特に、この水蒸気成分が配管路で冷やされて凝縮水とな
り、この水がＣＯ変成器２や燃料極４などに侵入する
と、触媒を傷めたり電解質を希釈したりして、これらの
装置の性能や寿命を劣化させ、またこの水が改質器燃焼
部に入るとバーナーの失火の恐れがあるため、できるだ
け速やかにこの凝縮水を系外に排水する必要がある。ま
た、定常運転時でも、この水蒸気は配管路などで凝縮す
ることがあり、連続的に排水できることが望ましい。

【０００６】ドレン配管は、このような凝縮水をドレン
として排水するものであり、ガスの圧力の低い（約１．
０３〜１．０５気圧）出口マニホールド６とガス配管路
７に設けられたドレン配管１４および１８は、ドレンタ
ンク１５および１８の水槽を設けて、その配管出口をこ
のドレンタンクの底部付近に配置することにより、水圧
によってこの出口からのガス流出を水封し、ドレンのみ
を排水するようにしている。このドレンタンク１５およ
び１８には、それぞれにオーバーフロー管が設けられて
おり、このタンクの水位を一定に保つように、余剰水を
排水するようにしている。この場合の水封高さは水位に
して約３０ｃｍ〜５０ｃｍであり、ドレンタンクはそれ
程大きなものにならない。

【０００７】一方、ガスの気圧の高い（約１．０７〜
１．１０気圧）ガス配管路１および３に設けられたドレ
ン配管８および１１は、ドレンタンクによる水封では水
槽の水封高さが約７０ｃｍ〜１００ｃｍとかさむため、
それぞれにドレントラップ９および１２としゃ断弁１０
および１３とを設けており、ガスの流出を少なくするよ
う、ドレントラップ９および１２によって、ドレンが貯
まらないとドレンを排出しないように構成している。し
かしながら、ドレンが貯まるとこのドレントラップ９お
よび１２からドレンの排水と同時に燃料ガスが流出する
ため、燃料電池発電設備の起動直後、ドレンの発生しや
すい間だけ、しゃ断弁１０および１３を開けておき、凝
縮が起こりにくい温度まで、ガス配管路の温度が上昇す
るとこれらのしゃ断弁を閉じるようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池発電設
備は、以上のように構成されているため、燃料電池発電
設備の起動直後は、可燃性ガスである燃料ガスがドレン
と一緒にしゃ断弁から洩れ出て危険であった。また、そ
の後の定常運転時は、しゃ断弁を閉じたまま運転するの
で、ガス配管路に発生する凝縮水は少量であってもＣＯ
変成器や燃料極に侵入してしまうため、これらの装置に
悪影響を与えてしまうという問題点があった。また、ド
レントラップやしゃ断弁を設ければ、装置そのものも複
雑になり、制御のための装置が必要になるという問題点
があった。

【０００９】なお、ドレンが逆流しないように、ドレン
を取り出す配管や装置は、燃料電池発電設備の下部に設
けねばならず、小型化、パッケージ化された燃料電池発
電設備では、設置スペースが限られており、大きなドレ
ンタンクを設けたり、その数を多くしたりすることは非
常に困難であるという問題もある。

【００１０】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、簡単な構成で場所を取らず、
運転中でも連続的にドレンの排水ができて、変成器、燃
料電池、改質器などへの凝縮水による悪影響を除くこと
のできる燃料電池発電設備を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る燃料電池発電設備は、ガス経路に設けられ、その周辺
のガス経路内に発生する凝縮水を誘導して排水する第１
のドレン配管、この第１のドレン配管が設けられる位置
より上流の１つ以上の位置で、上記ガス経路に設けら
れ、その各周辺のガス経路内に発生する凝縮水を誘導し
て排水するとともに、上記ガス経路内のガスの一部を一
緒に放出し、その設けられる位置でのガス経路の断面積
よりも小さい断面積の部分を有する第２のドレン配管、
および上記第１のドレン配管および第２のドレン配管か
ら外気へ流出するガスを水封し、水位を一定に保つよう
余剰水を排水するオーバーフロー部を有するドレンタン
クとを備え、上記第１のドレン配管と上記第２のドレン
配管とから放出されるガスと凝縮水とを集めるように連
結する連結部を設けたものである。

【００１２】この発明の請求項２に係る燃料電池発電設
備は、ガス経路に設けられ、その周辺のガス経路内に発
生する凝縮水を誘導して排水する第１のドレン配管、こ
の第１のドレン配管の出口に設けられて、上記凝縮水を
貯留するとともに、上記出口から水面までの高さに応じ
た水圧により、上記第１のドレン配管出口からのガス流
出を水封するドレンタンクと、このタンクの水位を一定
に保つように、余剰水を排水するオーバーフロー部とを
有するドレンタンク装置、および上記第１のドレン配管
が設けられる位置より上流の１つ以上の位置で、上記ガ
ス経路に設けられ、その各周辺のガス経路内に発生する
凝縮水を誘導して排水するとともに、上記ガス経路内の
ガスの一部を一緒に放出し、その設けられる位置でのガ
ス経路の断面積よりも小さい断面積の部分を有し、その
出口が上記第１のドレン配管に接続される第２のドレン
配管を備えたものである。

【００１３】この発明の請求項３に係る燃料電池発電設
備は、第１のドレン配管を燃料電池より下流のガス経路
に設けたものである。

【００１４】この発明の請求項４に係る燃料電池発電設
備は、第１のドレン配管を燃料電池から出る排気ガスを
排出するガス配管路に設け、第２のドレン配管を燃料電
池の出口マニホールドに設けたものである。

【００１５】この発明の請求項５に係る燃料電池発電設
備は、第１のドレン配管を変成器から燃料電池に燃料ガ
スを供給するガス配管路に設け、第２のドレン配管を変
成器に燃料ガスを供給するガス配管路に設けたものであ
る。

【００１６】この発明の請求項６に係る燃料電池発電設
備は、第１のドレン配管を燃料電池から出る排気ガスを
排出するガス配管路に設け、第２のドレン配管を、変成
器に燃料ガスを供給するガス配管路と、変成器から燃料
電池に燃料ガスを供給するガス配管路と、燃料電池の出
口マニホールドとに、それぞれ設けたものである。

【００１７】この発明の請求項７に係る燃料電池発電設
備は、ガス経路内に発生する凝縮水を誘導して排水する
ため、上記ガス経路に設けられ、上記ガス経路より小さ
い断面積の部分を有するドレン配管、およびこのドレン
配管の出口に設けられて、上記凝縮水を貯留するととも
に、上記ドレン配管出口の圧力に抗して、この出口から
水面までの高さに応じた水圧により、上記出口からのガ
ス流出を抑制するドレンタンクと、上記出口から流出す
るガスを外気に放出するためのベント管と、このタンク
の水位を一定に保つように、余剰水を排水するオーバー
フロー部とを有するドレンタンク装置を備えたものであ
る。

【００１８】この発明の請求項８に係る燃料電池発電設
備は、ガス経路内に発生する凝縮水を誘導して排水する
ため、上記ガス経路に設けられ、上記ガス経路より下方
にＵ字状の湾曲部分を有するドレン配管を備えたもので
ある。

【００１９】

【作用】この発明の請求項１における燃料電池発電設備
は、ガス経路に設けられる第１のドレン配管が、その周
辺のガス経路内に発生する凝縮水を誘導して排水し、こ
の第１のドレン配管が設けられる位置より上流の１つ以
上の位置で、上記ガス経路に設けられ、その設けられる
位置でのガス経路の断面積よりも小さい断面積の部分を
有する第２のドレン配管が、その各周辺のガス経路内に
発生する凝縮水を誘導して排水するとともに、上記ガス
経路内のガスの一部を、管路の面積差による管路損失に
よって減圧して一緒に放出し、この放出されるガスは上
記第１のドレン配管の取り出し口であるガス経路の圧力
まで減圧され、水位を一定に保つよう余剰水を排水する
オーバーフロー部を有するドレンタンクが、上記第１の
ドレン配管および第２のドレン配管から外気へ流出する
ガスを、上記減圧されたガス圧力に応じて水封し、連結
部が、上記第１のドレン配管と上記第２のドレン配管と
から放出されるガスと凝縮水とを集めるように連結し、
上記凝縮水は上記ドレンタンクに排水され、上記第２の
ドレン配管から放出されるガスは上記第１のドレン配管
を経由してガス経路に戻される。

【００２０】この発明の請求項２における燃料電池発電
設備は、ガス経路に設けられる第１のドレン配管が、そ
の周辺のガス経路内に発生する凝縮水を誘導して排水
し、この第１のドレン配管の出口に設けられるドレンタ
ンク装置のドレンタンクが、上記凝縮水を貯留するとと
もに、上記出口から水面までの高さに応じた水圧によ
り、上記第１のドレン配管出口からのガス流出を水封
し、ドレンタンク装置のオーバーフロー部が、このタン
クの水位を一定に保つように、余剰水を排水し、上記第
１のドレン配管が設けられる位置より上流の１つ以上の
位置で、上記ガス経路に設けられ、その設けられる位置
でのガス経路の断面積よりも小さい断面積の部分を有
し、その出口が上記第１のドレン配管に接続される第２
のドレン配管が、その各周辺のガス経路内に発生する凝
縮水を誘導して排水するとともに、上記ガス経路内のガ
スの一部を、管路の面積差による管路損失によって減圧
して一緒に放出し、上記凝縮水は上記ドレンタンクに排
水され、上記第２のドレン配管から放出されるガスは、
上記第１のドレン配管の取り出し口であるガス経路の圧
力まで減圧されて、上記第１のドレン配管を経由してガ
ス経路に戻される。

【００２１】この発明の請求項３における燃料電池発電
設備は、第１のドレン配管が、燃料電池より下流で、圧
力の低いガス経路に設けられ、第１のドレン配管および
第２のドレン配管から外気へ流出するガスは、燃料電池
下流のガス経路内の低い圧力に応じて水封される。

【００２２】この発明の請求項４における燃料電池発電
設備は、第１のドレン配管が、燃料電池から出る排気ガ
スを排出するガス配管路に設けられ、第２のドレン配管
が、燃料電池の出口マニホールドに設けられ、上記第２
のドレン配管から放出される排気ガスは、上記第１のド
レン配管を経由して同じ排気ガスのガス経路である燃料
電池から出る排気ガスを排出するガス配管路に戻され
る。

【００２３】この発明の請求項５における燃料電池発電
設備は、第１のドレン配管が、変成器から燃料電池に燃
料ガスを供給するガス配管路に設けら、第２のドレン配
管が、変成器に燃料ガスを供給するガス配管路に設けら
れ、上記第２のドレン配管から放出される燃料ガスは、
上記第１ドレン配管を経由して同じ燃料ガスを変成器か
ら燃料電池に供給するガス配管路に戻される。

【００２４】この発明の請求項６における燃料電池発電
設備は、第１のドレン配管が、燃料電池から出る排気ガ
スを排出するガス配管路に設けられ、第２のドレン配管
が、変成器に燃料ガスを供給するガス配管路と、変成器
から燃料電池に燃料ガスを供給するガス配管路と、燃料
電池出口のマニホールドとに、それぞれ設けられ、これ
らの第１のドレン配管および第２のドレン配管によっ
て、一連のガス経路で発生した凝縮水をまとめて排水す
る。

【００２５】この発明の請求項７における燃料電池発電
設備は、ガス経路に設けられ、上記ガス経路より小さい
断面積の部分を有するドレン配管が、ガス経路内に発生
する凝縮水を誘導して排水するとともに、ガス経路から
の流出ガスを管路の面積差による管路損失によって減圧
して排出し、このドレン配管の出口に設けられるドレン
タンク装置のドレンタンクが、上記凝縮水を貯留すると
ともに、上記ドレン配管出口の圧力に抗して、この出口
から水面までの高さに応じた水圧により、上記出口から
のガス流出を抑制し、ドレンタンク装置のベント管が、
上記出口から流出するガスを外気に放出し、ドレンタン
ク装置のオーバーフロー部が、このタンクの水位を一定
に保つように、余剰水を排水する。

【００２６】この発明の請求項８における燃料電池発電
設備は、ガス経路に設けられ、上記ガス経路より下方に
Ｕ字状の湾曲部分を有するドレン配管が、このガス経路
内に発生する凝縮水を誘導して排水し、上記ドレン配管
の最下部から、このドレン配管を通して排水されるドレ
ンの排水口までの高さに応じた水圧により、上記ドレン
配管からのガス流出を水封する。

【００２７】

【実施例】

実施例１．以下この発明の実施例１を図１に基づいて説
明する。図１において、２１〜２７，３８および３９
は、それぞれ従来例を示す図８の１〜７，１８および１
９に対応するものであり、２１は燃料電池の改質器で都
市ガスと水蒸気から作り出された水素ガスを、水蒸気と
ともに燃料ガスとしてＣＯ変成器に供給するためのガス
配管路、２２は燃料ガスの中に残存する一酸化炭素ＣＯ
と水蒸気とを、触媒反応によって水素と二酸化炭素に変
成するＣＯ変成器、２３は変成された燃料ガスを燃料電
池へ送るガス配管路、２４は燃料電池の本体内にあり、
空気極との間で電気化学反応によって上記燃料ガスから
電気を発生させる燃料極、２５は燃料極２４の入口マニ
ホールド、２６は燃料極２４の出口マニホールド、２７
は燃料極２４から出口マニホールド２６を介して排出さ
れる未反応の燃料ガスと水蒸気を含む反応済みのガスを
排気ガスとして送出し、燃焼処理するため改質器燃焼部
に送るガス配管路である。

【００２８】また、４１は燃料極２４から排気される排
気ガスのガス配管路２７で凝縮する凝縮水を排水する第
１のドレン配管、４２，４３および４４はそれぞれ上記
ドレン配管４１のドレン取り出し口の上流位置であるガ
ス配管路２１，２２および燃料極２４の出口マニホール
ド２６に、各ドレン取り出し口を有する第２のドレン配
管、３８はこれらのドレン配管４１，４２，４３および
４４から排水されたドレンを蓄えるとともに、ドレン配
管の出口から流出するガスを水封するドレンタンク、３
９はこのドレンタンク３８の水位を一定に保つように余
剰水を排水するオーバーフロー管である。

【００２９】次に動作について説明する。燃料電池は、
都市ガスと水蒸気とを改質器を通して水素ガスにして、
さらにＣＯ変成器２２の触媒作用によって、このガスに
含まれる一酸化炭素を水蒸気と反応させて水素を発生さ
せ、これらの工程を経た燃料ガスを燃料電池の燃料極２
４に通し、この燃料電池内部で燃料極２４と空気極との
間で電解質（例えばリン酸）を介して電気化学反応さ
せ、直流の電気を発生させている。また、電気化学反応
後の排気ガスの中には、未燃焼ガスと電気化学反応によ
って発生した水蒸気が含まれており、これらのガスをさ
らに改質器の燃焼部に送り込んで燃焼させ、改質器の温
度を高温に保つようになっている。

【００３０】このように、改質器から出たガスが、ガス
配管路２１、ＣＯ変成器２２、ガス配管路２３、燃料極
２４の入り口マニホールド２５、燃料極２４、燃料極２
４の出口マニホールド２６、ガス配管２７を経て改質器
燃焼部に戻ってくるように、一連のガス経路が構成され
ており、上流側の圧力と下流側の圧力の差によって、ガ
スはこの経路を連続的に流動している。このガスの圧力
は、例えば常圧型の燃料電池発電設備では、ＣＯ変成器
２２に入る前のガス配管路２１で約１．１０気圧、ＣＯ
変成器２２から燃料極２４に到るガス配管路２３で約
１．０７気圧、燃料極２４の出口マニホールドで約１．
０５気圧、燃料極２４から改質器燃焼部に到るガス配管
路２７で約１．０３気圧である。

【００３１】また、従来技術の説明でも述べたように、
このガスの内部には、水蒸気成分が多量に含まれてお
り、燃料電池発電設備の起動直後、ガス配管路の温度が
低い時は特に、この水蒸気成分が配管路で冷やされて凝
縮水となる。この水がＣＯ変成器２２や燃料極２４など
に侵入すると、触媒を傷めたり電解質を希釈したりし
て、これらの装置の性能や寿命を劣化させ、またこの水
が改質器燃焼部に入るとバーナーの失火の恐れがあるた
め、できるだけ速やかにこの凝縮水を系外に排水する必
要がある。また、定常運転時でも、この水蒸気はガス配
管路などで凝縮することがあり、連続的に排水できるこ
とが望ましい。

【００３２】これらのガス経路からそのガス経路内で発
生した凝縮水をドレン配管で排水する場合は、ガス経路
内のガスは取り出さずに凝縮水のみを取り出す必要があ
り、そのためにドレン配管の出口にドレンタンクを設け
て、このドレンタンクの水圧によって、ガスの流出を水
封している。従って、それぞれのドレン配管ごとにドレ
ンタンクを設けるとすれば、水封の水位だけでＣＯ変成
器２２に入る前のガス配管路２１で約１００ｃｍ、ＣＯ
変成器２２から燃料極２４に到るガス配管路２３で約７
０ｃｍ、燃料極２４の出口マニホールドで約５０ｃｍ、
燃料極２４から改質器燃焼部に到るガス配管路２７で約
３０ｃｍ必要となり、その水位以上の高さの水槽をもっ
たドレンタンクが必要となる。

【００３３】この発明の実施例１では、ガスの圧力が最
小となるガス配管路２７において、その第１のドレン配
管４１の出口を水封するドレンタンク３８を設けたもの
であり、その他の上流のガス経路に接続される第２のド
レン配管４２，４３および４４の出口を、この第１のド
レン配管４１に連結して接続し、圧力の高いガス経路に
設けられた第２のドレン配管４２，４３および４４には
ドレンタンクを設けなくても良いように構成したもので
ある。

【００３４】図２は、その主要部の管路の構成断面を示
す図であり、図中、同一符号は図１と同じものを示す。
この図において第２のドレン配管４２を例にとって説明
すると、ガス配管路２１の圧力（１．１気圧）とガス配
管路２７の圧力（１．０３気圧）との差は０．０７気圧
であり、この圧力差によってガス配管路２１から凝縮水
と一緒にガスが、この配管４２を介して第１のドレン配
管４１に放出される。第２のドレン配管４２の口径を例
えば６ｍｍとし、ガス配管路２１の口径６５ｍｍに対し
て十分小さくすることによって、この第２のドレン配管
４２を通して第１のドレン配管４１に洩れ出るガスの量
を、燃料電池発電設備の発電効率や特性に影響を与えな
い程度の量である全体の約１％程度に抑えるようにでき
る。

【００３５】また、この第２のドレン配管４２に対し、
第１のドレン配管４１の口径を例えば４０ｍｍと太くす
ることによって、ドレン配管４１，４２，４３および４
４によって排水されるドレン４５は重力によってドレン
タンクへ落下し、第２のドレン配管４２の出口から放出
される流出ガス４６は、ドレン配管４１を通って、ガス
配管路２７に戻るようにすることができる。その他の第
２のドレン配管４３および４４についても４２と同様に
構成することができる。

【００３６】なお、第２のドレン配管４２，４３および
４４の配管を通して放出され、第１のドレン配管４１を
経由してガス配管路２７に抜ける流出ガス４６は、第２
のドレン配管内での管路損失によって減圧され、第２の
ドレン配管４２，４３および４４の出口の連結部からガ
ス配管路２７までの第１のドレン配管を太くすることに
より、第１のドレン配管４１を通過する際の減圧は殆ど
発生しないようにできる。そのため、第１のドレン配管
４１の出口を水封するための圧力は、ガス配管路２７の
ガス圧力と殆ど変わらないので、図２の水封高さｈ１は
約３０ｃｍ程度にすることができる。また、図２のｈ２
は、ドレンタンク３８の水面から第１のドレン配管４１
出口までの水位であり、第１のドレン配管４１内の圧力
が何らかの要因で上昇したときに、このｈ２の水圧以上
になれば、安全弁として内部のガスを放出するようにも
設定できる。

【００３７】以上のようにこの実施例１によれば、ドレ
ンタンク３８によって、ドレン配管から排水されるドレ
ンのみを取り出し、ガスの流出を水封するように構成し
たので、ドレンを連続的に排水することができるという
効果がある。また、第１のドレン配管４１を一連のガス
経路の最下流に設け、上流で発生するドレンを各ガス経
路のパイプ径より十分細い第２のドレン配管４２，４３
および４４で取り出し、その出口をこの第１のドレン配
管４１に接続するようにしたので、ドレンタンクを１つ
にまとめることができ、また、そのドレンタンク３８に
よる水封高さを最小にすることができるという効果があ
る。

【００３８】また、上記実施例１では、第２のドレン配
管全体の径をこの配管の取り出し口のガス経路より細く
するように説明したが、第２のドレン配管の一部の断面
積をガス経路より小さい断面積としても同様の効果が得
られる。例えば、第２のドレン配管の途中に調節弁を設
けて、その開口面積を調節することによって、この調節
弁を介して流出するガスの量を調節するようにできる。

【００３９】また、図３は上記実施例１の変形例を説明
する管路の構成断面を示す図であり、図１および図２に
示した第２のドレン配管４２，４３および４４に替え
て、より短い配管とした第２のドレン配管４２ａ，４３
ａおよび４４ａを使用し、これらの配管の出口に連結部
４７の配管路を設けて、これらの第２のドレン配管４２
ａ，４３ａおよび４４ａの出口から放出される流出ガス
４６およびドレン４５を、この連結部４７を介して第１
のドレン配管４１ａに放出するようにしたものである。
また、第１のドレン配管４１ａの出口をドレンタンク３
８ａの上部に設けて、ドレンタンク３８ａの水槽に貯ま
ったドレンは、オーバーフロー管３９ａによって外部に
排水できるようにし、ドレン配管内部のガスはこのオー
バーフロー管３９ａの排水口の位置とドレンタンク３８
ａの水面との高さｈ１によって水封するようにしたもの
である。このように構成した燃料電池発電設備もまた上
記実施例１と同様な効果を得ることができる。

【００４０】実施例２．図４はこの発明の実施例２であ
る燃料電池発電設備のガスおよびドレン系統を示す系統
線図であり、実施例１を示す図１の系統線図に対して、
燃料極２４の上流側と下流側とのそれぞれにドレンタン
ク５３および３８を設けて、それぞれに第１のドレン配
管５１および４１ｂと、第２のドレン配管５２および４
４ｂとを設けたものである。また、５４はドレンタンク
５３からの余剰水を排水し、このタンクの水位を一定に
保つオーバーフロー管であり、その他の符号は実施例１
の符号と同じものを示す。以下、同一符号は、同一また
は同等のものを示す。

【００４１】この実施例２のドレン排水の動作原理は、
実施例１で説明した動作原理と同様である。ただし、第
１のドレン配管５１がＣＯ変成器２２から燃料電池に燃
料ガスを供給するガス配管路２３に接続され、第２のド
レン配管５２がＣＯ変成器２２に燃料ガスを供給するガ
ス配管路２１に接続されており、第２のドレン配管５２
から第１のドレン配管５１を経てガス配管路２３に流出
する燃料ガスが、ＣＯ変成器２２をバイパスするように
構成される。ＣＯ変成器２２を通過した燃料ガスは、ガ
ス成分中のＣＯガス濃度が減少し、水素ガス濃度が増大
しているものの主成分の構成はあまり変化がないので、
この流出ガスによるバイパスの量が多少増加しても燃料
電池発電設備全体への影響は小さい。そのため、第２の
ドレン配管５２の管路径を多少大きくすることが可能と
なり、この配管５２を介して排水するドレン排水の効率
を高めることが可能となる。また、同様に、燃料極２４
の出口マニホールド２６での排気ガスとガス配管路２７
での排気ガスは同じガス成分であるので、第２のドレン
配管４４ｂの管路径を大きくして、ドレン排水の効率を
高めることも可能である。

【００４２】以上のようにこの実施例２によれば、第２
のガス配管路５２および４４ｂから第１のガス配管路５
１および４１ｂを経てガス配管路２３および２７に戻る
流出ガスによる燃料電池発電設備全体への影響を、少な
くするように構成したので、実施例１に述べた効果に加
えて、第２のドレン配管の管路径を大きくしてドレン排
水の効率を高めることができるという効果がある。

【００４３】実施例３．図５はこの発明の実施例３であ
る燃料電池発電設備のガスおよびドレン系統を示す系統
線図であり、従来例を示す図８の符号８〜１３に替え、
６１〜６７を付加したものである。図において、６１は
ＣＯ変成器２２に燃料ガスを供給するガス配管路２１に
設けられたドレン配管、６２はドレンタンク、６３はド
レンタンク６２より出る流出ガスを外気に放出するベン
ト管、６４はドレンタンク６２に設けられたオーバーフ
ロー管、６５はガス配管路２３に設けられたドレン配
管、６６はこの出口を水封するドレンタンク、６７はそ
のオーバーフロー管である。

【００４４】この発明の実施例３は、ドレン配管６１の
出口を完全に水封するのではなく、ドレンと一緒に一部
流出ガスを放出しながら、そのガスを屋外の外気に放出
するように構成したものである。ドレン配管６１の出口
はドレンタンクの水圧によってガスの流出量が抑制され
ており、さらに、ドレン配管６１の管路径を細くするこ
とにより、流出ガスの量を燃料電池発電設備全体への性
能に影響を与えない程度（約１％以下）に絞ることがで
きる。また、この水圧は水封圧力より小さくできるの
で、ドレンタンクの水槽部分を浅くできる。例えば、燃
料ガスをＣＯ変成器２２に供給するガス配管路２１で
は、ガス圧力が１．１気圧程度になり、水封水位は約１
ｍ必要となるが、上記のような構成とすれば、５０ｃｍ
程度の深さのドレンタンク６２にすれば、ドレン配管６
１を介して流出するガスの入り口、出口の圧力差は０．
０５気圧となり、この差圧によって流出するガスの量が
適当な量になるようドレン配管６１を絞ってやればよ
い。

【００４５】ベント管６３は、この流出ガスがドレンタ
ンク６２から出て引火することの危険を防ぐため、屋外
まで排気するようにしたものである。また、オーバーフ
ロー管６４は、流出ガスを洩らさず、余剰水のみを排水
するようにドレンタンク６２下部から抜き出すように構
成する。

【００４６】以上のようにこの実施例３によれば、ドレ
ン配管６１の管路径を細くして、ドレンタンク６２の水
槽の深さを浅くすることができるので、連続的にドレン
の排水ができるとともに、ドレンタンク装置を小さく構
成することができるという効果がある。

【００４７】実施例４．図６はこの発明の実施例４を示
す燃料電池発電設備のガスおよびドレン系統を示す系統
線図であり、実施例１を示す図１に対して、ＣＯ変成器
２２に燃料ガスを供給するガス配管路２１に対して設け
られた第２のドレン配管に替えて、ドレン配管７１とド
レンタンク７２とそのオーバーフロー管７３を設けたも
のである。

【００４８】この発明の実施例４は、ガス配管路２１に
設けられたドレン配管７１をガス配管路２１の下方でＵ
字状に曲げ、その先の出口にドレンタンク７２を設けた
ものであり、ドレン配管７１を介して連続的にドレンを
排水して、このドレンをドレンタンク７２に貯留すると
ともに、ドレン配管７１からの流出ガスをドレン配管７
１内の水位とドレンタンク７２の水位との水位差によっ
て、水封するものである。

【００４９】Ｕ字状に曲げられたドレン配管７１とドレ
ンタンク７２の水位は、何も外圧が働かなければ同水位
となるものであるが、ガス配管路２１内のガスの圧力に
よってドレン配管７１内の水位は下方に押しやられ、こ
の水位とドレンタンク７２の水位との水位差による水圧
によってバランスする。また、オーバーフロー管７３は
余剰水を排水するとともに、ドレンタンク７２の水位を
一定に保つ。

【００５０】例えば、燃料ガスをＣＯ変成器２２に供給
するガス配管路２１では、ガス圧力が１．１気圧程度に
なり、水封水位は約１ｍ必要となるが、上記のような構
成とすれば、１０ｃｍ程度の深さのドレンタンク７２に
しても、ドレン配管７１をその下に９０ｃｍ以上たらす
ように構成すれば、流出ガスを水封することができる。

【００５１】以上のようにこの実施例４によれば、ドレ
ンタンク７２の水槽の深さが浅くてもその下部に設けら
れたドレン配管７１をＵ字状にたらすことによって、水
封高さを稼ぐことができるので、連続的にドレンの排水
ができるとともに、ドレンタンク７２を小さくすること
ができ、場所を取らないという効果がある。また、図７
に示すようにドレンタンクを設けずドレン配管８１だけ
を設けるように構成してもよく、ドレンタンク無しで同
様の効果を得ることができる。

【００５２】

【発明の効果】この発明は、以上に説明したように構成
されているので、以下に示すような効果を奏する。

【００５３】この発明の請求項１に係る燃料電池発電設
備によれば、ガス経路内に発生する凝縮水を、第１のド
レン配管と、この第１のドレン配管より上流に設けられ
る１つ以上の第２のドレン配管とによって排水し、第２
のドレン配管を絞って流出ガスを減圧し、連結部によっ
て、これらのドレン配管から流出するガスと凝縮水とを
集め、ドレンタンクに凝縮水を排水し、この水の水圧で
ガスの流出を水封するようにしたので、第１および第２
のドレン配管が設けられる各周辺のガス経路内で発生し
た凝縮水を共通のドレンタンクに連続的に排水すること
ができ、このドレンタンクの水封高さを、各ドレン配管
を設けるガス経路の位置で一番圧力の低い第１のドレン
配管を設けた位置でのガス経路のガス圧力に相当する値
に抑えることができるという効果がある。

【００５４】この発明の請求項２に係る燃料電池発電設
備によれば、ガス経路内に発生する凝縮水を、第１のド
レン配管と、この第１のドレン配管より上流に設けられ
る１つ以上の第２のドレン配管とによって排水し、第２
のドレン配管を絞って流出ガスを減圧し、第１のドレン
配管に接続して、これらのドレン配管から流出するガス
と凝縮水とを集め、ドレンタンクに凝縮水を排水し、こ
の水圧でガスの流出を水封するようにしたので、第１お
よび第２のドレン配管が設けられる各周辺のガス経路内
で発生した凝縮水を共通のドレンタンクに連続的に排水
することができ、このドレンタンクの水封高さを、各ド
レン配管を設けるガス経路の位置で一番圧力の低い第１
のドレン配管を設けた位置でのガス経路のガス圧力に相
当する値に抑えることができるという効果がある。

【００５５】この発明の請求項３に係る燃料電池発電設
備によれば、第１のドレン配管を一連のガス経路の中
で、ガス圧力の低い燃料電池より下流のガス経路に設け
たので、ドレンタンクの水封高さを、一連のガス経路の
うちで圧力の低い燃料電池下流のガス経路内のガス圧力
に相当する値に抑えることができるという効果がある。

【００５６】この発明の請求項４に係る燃料電池発電設
備によれば、第１のドレン配管を燃料電池から出る排気
ガスを排出するガス配管路に、第２のドレン配管を燃料
電池の出口マニホールドにそれぞれ設け、どちらも燃料
電池から出る排気ガスのガス経路であるので、第２のド
レン配管から第１のドレン配管を経てガス経路にバイパ
スして放出される流出ガスの量が、多少増加しても燃料
電池発電設備全体への影響は小さく、第２のドレン配管
の管路面積を大きくすることが可能となり、この配管を
介して排水するドレン排水の効率を高めることが可能と
なるという効果がある。

【００５７】この発明の請求項５に係る燃料電池発電設
備によれば、第１のドレン配管を変成器から燃料電池に
燃料ガスを供給するガス配管路に、第２のドレン配管を
変成器に燃料ガスを供給するガス配管路にそれぞれ設
け、どちらも燃料ガスのガス経路であるので、第２のド
レン配管から第１野でお連配管を経てガス経路にバイパ
スして放出される流出ガスの量が多少増加しても燃料電
池発電設備全体への影響は小さく、第２のドレン配管の
管路面積を大きくすることが可能となり、この配管を介
して排水するドレン排水の効率を高めることが可能とな
るという効果がある。

【００５８】この発明の請求項６に係る燃料電池発電設
備によれば、第１のドレン配管を燃料電池から出る排気
ガスを排出するガス配管路に設け、第２のドレン配管
を、変成器に燃料ガスを供給するガス配管路と、変成器
から燃料電池に燃料ガスを供給するガス配管路と、燃料
電池の出口マニホールドとにそれぞれ設け、一連のガス
経路の主要部にドレン配管を設けたので、一連のガス経
路内で発生した凝縮水を共通のドレンタンクにまとめて
排水できるとともに、ドレンタンクの水封高さを、ドレ
ン配管を設けたガス経路のうちで圧力の低い燃料電池か
ら出る排気ガスを排出するガス配管路のガス圧力に相当
する値に抑えることができるという効果がある。

【００５９】この発明の請求項７に係る燃料電池発電設
備によれば、ガス経路に発生する凝縮水を、ドレン配管
を絞って流出ガスとともに減圧して取り出し、さらにこ
のドレン配管の出口からのガス流出を水圧によって抑制
するようにしたので、連続的にドレンの排水ができると
ともに、ドレンタンクの水槽の深さを浅くすることがで
き、ドレンタンク装置を小さく構成することができると
いう効果がある。

【００６０】この発明の請求項８に係る燃料電池発電設
備によれば、ガス経路に発生する凝縮水を、このガス経
路より下方にＵ字状になったドレン配管で排水するよう
にしたので、連続的にドレンの排水ができるとともに、
場所を取らないドレン配管を下方に延ばすだけで、ドレ
ンタンクを小さくするか、または、なくすことができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す燃料電池発電設備
のガスおよびドレン系統の系統線図である。

【図２】この発明の実施例１を示す燃料電池発電設備
の管路の構成断面図である。

【図３】この発明の実施例１の別の実施例を示す燃料
電池発電設備の管路の構成断面図である。

【図４】この発明の実施例２を示す燃料電池発電設備
のガスおよびドレン系統の系統線図である。

【図５】この発明の実施例３を示す燃料電池発電設備
のガスおよびドレン系統の系統線図である。

【図６】この発明の実施例４を示す燃料電池発電設備
のガスおよびドレン系統の系統線図である。

【図７】この発明の実施例４の別の実施例を示す燃料
電池発電設備の管路の構成断面図である。

【図８】従来の燃料電池発電設備のガスおよびドレン
系統を示す系統線図である。

【符号の説明】

２１，２３，２７ガス配管路２２ＣＯ変成
器２４燃料極２６燃料電池
出口マニホールド３８ドレンタンク３９オーバー
フロー管４１，４１ａ，４１ｂ第１のドレン配管４２，４２ａ，４３，４３ａ，４４，４４ａ，４４ｂ
第２のドレン配管４５ドレン４６流出ガス
の流れ５１第１のドレン配管５３ドレンタ
ンク５４オーバーフロー管６１ドレン配管６２ドレンタ
ンク６３ベント管６４オーバー
フロー管７１ドレン配管７２ドレンタ
ンク７３オーバーフロー管８１ドレン配
管

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】水蒸気を含む燃料ガスを燃料電池に供給
し、この燃料電池内で上記燃料ガスを電気化学反応さ
せ、これによって発生する水蒸気を含む排気ガスを排出
する一連につながったガス経路、このガス経路に設けら
れ、その周辺のガス経路内に発生する凝縮水を誘導して
排水する第１のドレン配管、この第１のドレン配管が設
けられる位置より上流の１つ以上の位置で、上記ガス経
路に設けられ、その各周辺のガス経路内に発生する凝縮
水を誘導して排水するとともに、上記ガス経路内のガス
の一部を一緒に放出し、このガスの量を抑制するよう、
その設けられる位置でのガス経路の断面積よりも小さい
断面積の部分を有する第２のドレン配管、および上記第
１のドレン配管および第２のドレン配管から外気へ流出
するガスを水封し、水位を一定に保つよう余剰水を排水
するオーバーフロー部を有するドレンタンクとを備え、
上記第１のドレン配管と上記第２のドレン配管とから放
出されるガスと凝縮水とを集めるように連結する連結部
を設け、上記凝縮水は上記ドレンタンクに排水し、上記
第２のドレン配管から放出されるガスは上記第１のドレ
ン配管を経由してガス経路に戻すようにしたことを特徴
とする燃料電池発電設備。
【請求項２】水蒸気を含む燃料ガスを変成器を介して
燃料電池に供給し、この燃料電池内で上記燃料ガスを電
気化学反応させ、これによって発生する水蒸気を含む排
気ガスを改質器燃焼部に排出する一連につながったガス
経路、このガス経路に設けられ、その周辺のガス経路内
に発生する凝縮水を誘導して排水する第１のドレン配
管、この第１のドレン配管の出口に設けられて、上記凝
縮水を貯留するとともに、上記出口から水面までの高さ
に応じた水圧により、上記第１のドレン配管出口からの
ガス流出を水封するドレンタンクと、このタンクの水位
を一定に保つように、余剰水を排水するオーバーフロー
部とを有するドレンタンク装置、および上記第１のドレ
ン配管が設けられる位置より上流の１つ以上の位置で、
上記ガス経路に設けられ、その各周辺のガス経路内に発
生する凝縮水を誘導して排水するとともに、上記ガス経
路内のガスの一部を一緒に放出し、このガスの量を抑制
するよう、その設けられる位置でのガス経路の断面積よ
りも小さい断面積の部分を有し、その出口が上記第１の
ドレン配管に接続される第２のドレン配管を備え、上記
凝縮水は上記ドレンタンクに排水し、上記第２のドレン
配管から放出されるガスは上記第１のドレン配管を経由
してガス経路に戻すようにしたことを特徴とする燃料電
池発電設備。
【請求項３】第１のドレン配管が、燃料電池より下流
のガス経路に設けられたことを特徴とする請求項１また
は請求項２記載の燃料電池発電設備。
【請求項４】第１のドレン配管が燃料電池から出る排
気ガスを排出するガス配管路に接続され、第２のドレン
配管が燃料電池の出口マニホールドに接続されているこ
とを特徴とする請求項１または請求項２記載の燃料電池
発電設備。
【請求項５】第１のドレン配管が変成器から燃料電池
に燃料ガスを供給するガス配管路に接続され、第２のド
レン配管が変成器に燃料ガスを供給するガス配管路に接
続されていることを特徴とする請求項１または請求項２
記載の燃料電池発電設備。
【請求項６】第１のドレン配管が燃料電池から出る排
気ガスを排出するガス配管路に接続され、第２のドレン
配管が、変成器に燃料ガスを供給するガス配管路と、変
成器から燃料電池に燃料ガスを供給するガス配管路と、
燃料電池の出口マニホールドとに、それぞれ接続されて
いることを特徴とする請求項１または請求項２記載の燃
料電池発電設備。
【請求項７】水蒸気を含む燃料ガスを燃料電池に供給
し、この燃料電池内で上記燃料ガスを電気化学反応さ
せ、これによって発生する水蒸気を含む排気ガスを排出
する一連につながったガス経路、このガス経路内に発生
する凝縮水を誘導して排水するため、上記ガス経路に設
けられ、上記ガス経路より小さい断面積の部分を有する
ドレン配管、およびこのドレン配管の出口に設けられ
て、上記凝縮水を貯留するとともに、上記ドレン配管出
口の圧力に抗して、この出口から水面までの高さに応じ
た水圧により、上記出口からのガス流出を抑制するドレ
ンタンクと、上記出口から流出するガスを外気に放出す
るためのベント管と、このタンクの水位を一定に保つよ
うに、余剰水を排水するオーバーフロー部とを有するド
レンタンク装置を備えたことを特徴とする燃料電池発電
設備。
【請求項８】水蒸気を含む燃料ガスを燃料電池に供給
し、この燃料電池内で上記燃料ガスを電気化学反応さ
せ、これによって発生する水蒸気を含む排気ガスを排出
する一連につながったガス経路、およびこのガス経路内
に発生する凝縮水を誘導して排水するため、上記ガス経
路に設けられ、上記ガス経路より下方にＵ字状の湾曲部
分を有するドレン配管を備え、上記ドレン配管の最下部
から、このドレン配管を通して排水されるドレンの排水
口までの高さに応じた水圧により、上記ドレン配管から
のガス流出を水封することを特徴とする燃料電池発電設
備。