JPWO2013168412A1 - 発電システム - Google Patents

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

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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