燃料電池システム
【課題】運転中の騒音を低減することを可能にする燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃焼部６から排出される排ガスＥＧ１中の水分及び燃料電池５から排出される空気オフガスＡ３中の水分のうちの少なくとも一方を凝縮させて回収する凝縮水回収部７と、凝縮水回収部７を通過した空気オフガスＡ５及び排ガスＥＧ２のうちの少なくとも一方を筐体１の外部に排出する排気口部１０とを備える燃料電子システムであって、筐体１の一方側に排気口部１０を配置し、筐体１の他方側に凝縮水回収部７を配置する。
【解決手段】燃焼部６から排出される排ガスＥＧ１中の水分及び燃料電池５から排出される空気オフガスＡ３中の水分のうちの少なくとも一方を凝縮させて回収する凝縮水回収部７と、凝縮水回収部７を通過した空気オフガスＡ５及び排ガスＥＧ２のうちの少なくとも一方を筐体１の外部に排出する排気口部１０とを備える燃料電子システムであって、筐体１の一方側に排気口部１０を配置し、筐体１の他方側に凝縮水回収部７を配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系燃料と水とを水素生成部で反応させて水素を生成し、生成した水素と空気中の酸素とを燃料電池で電気化学的に反応させて発電する燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭用の燃料電池コージェネシステムに適した方式として高分子形（ＰＥＭ）燃料電池システムの開発が盛んに行われている。高分子形燃料電池システムの燃料の１つである水素は、いまだインフラストラクチャーが十分ではない。このため、都市ガス、ＬＰガス、灯油等の原料を水素生成部で改質して水素リッチな燃料ガスを生成し、生成した燃料ガス中の水素と空気中の酸素とを高分子形燃料電池を利用して電気化学的に反応させて発電を行う高分子形燃料電池システムが開発されている。
【０００３】
図４は、従来の燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。図４に示すように、従来の燃料電池システムは、直方体の筐体１０１を備えている。筐体１０１の内部には、脱硫器１０２と、水素生成部１０３と、加湿器１０４と、燃料電池１０５と、燃焼部１０６と、凝縮器１０７と、凝縮水タンク１０８と、純水器１０９と、排気口部１１０とが設けられている。
【０００４】
脱硫器１０２は、筐体１０１の外部から供給された都市ガス、ＬＰガス、灯油等の原料ｍ１中の硫黄分を除去（脱硫）する。脱硫器１０２で脱硫された脱硫後の原料ｍ２は、水素生成部１０３に供給される。
【０００５】
水素生成部１０３は、脱硫器１０２から供給された脱硫後の原料ｍ２を、純水器１０９から供給された純水ｗ１を利用して改質反応させることにより水素リッチな燃料ガスｆｇ１を生成する。水素生成部１０３で生成された燃料ガスｆｇ１は、燃料電池１０５に供給される。
【０００６】
加湿器１０４は、筐体１０１の外部から供給された空気ａ１を加湿して加湿空気ａ２を生成する。加湿器１０４にて生成された加湿空気ａ２は、空気ポンプ１１１により燃料電池１０５に供給される。
【０００７】
燃料電池１０５は、水素生成部１０３で生成された燃料ガスｆｇ１中の水素と加湿器１０４で生成された加湿空気ａ２中の酸素とを電気化学的に反応させて発電を行う。また、燃料電池１０５は、電気化学反応に使用されなかった水素を含む燃料オフガスｆｇ２を燃焼部１０６に排出し、電気化学反応に使用されなかった酸素及び電気化学反応により発生した水を含む空気オフガスａ３を凝縮器１０７に排出する。
【０００８】
燃焼部１０６は、燃焼ファン１１２を通じて筐体１０１の外部から供給される空気ａ４を利用して、燃料電池１０５から排出される燃料オフガスｆｇ２中の水素を燃焼させ、水素生成部１０３を加熱する。この加熱により、脱硫後の原料ｍ２の改質反応に必要な改質熱が得られる。燃焼部１０６において水素を燃焼した後に発生するガスは、排ガスｅｇ１として燃焼部１０６から凝縮器１０７へ排出される。
【０００９】
凝縮器１０７は、燃料電池１０５から供給される空気オフガスａ３中の水分と燃焼部１０６から供給される排ガスｅｇ１の水分とを凝縮して凝縮水ｃｗを回収する。凝縮器１０７で回収された凝縮水ｃｗは、凝縮水回収配管１１３を通じて凝縮水タンク１０８に貯水される。
【００１０】
凝縮水タンク１０８に貯水された凝縮水ｃｗは、改質水ポンプ１１４により純水器１０９に送られ、純水器１０９により純水ｗ１に変えられる。一方、凝縮器１０７を通過した空気オフガスａ５及び排ガスｅｇ２は、ガス排出配管１１５を通じて排気口部１１０に送られ、排気口部１１０から筐体１０１の外部に排出される。
【００１１】
前記構成を有する従来の燃料電池システムとしては、例えば、特許文献１（特開２００６−４９２２４号公報）に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−４９２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前記従来の構成では、運転中の騒音が大きいという課題が有る。
従って、本発明の目的は、前記従来の課題を解決することにあって、運転中の騒音を低減することを可能とした燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明によれば、原料と水とから水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成部と、
前記水素生成部で生成された前記燃料ガスと、空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、
前記燃料電池から排出される燃料オフガス中の水素を燃焼させ、前記水素生成部を加熱する燃焼部と、
前記燃焼部から排出される排ガス中の水分及び前記燃料電池から排出される空気オフガス中の水分のうちの少なくとも一方を凝縮させて回収する凝縮水回収部と、
前記凝縮水回収部で回収された凝縮水を貯水する凝縮水タンクと、
前記水素生成部、前記燃料電池、前記凝縮水回収部、及び、前記凝縮水タンクを収容する筐体と、
前記凝縮水回収部を通過した前記空気オフガス及び前記排ガスのうちの少なくとも一方を前記筐体の外部に排出する排気口部と、
前記凝縮水回収部を通過した前記空気オフガス及び前記排ガスのうちの少なくとも一方を前記排気口部へ導くガス排出配管と、
を備えた燃料電池システムであって、
前記筐体の一方側に前記排気口部を配置し、
前記筐体の他方側に前記凝縮水回収部を配置した、燃料電池システムを提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燃料電池システムによれば、前記構成により、ガス排出配管の長さを従来よりも長くすることができる。これにより、ガス排出配管を通じて排気口部に放出される騒音を従来よりも減衰させて、運転中の騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図２】図１の燃料電池システムを側方から見た概略構成を示す説明図である。
【図３】図１の燃料電池システムの排気口部とガス排出配管との接続関係を示す斜視図である。
【図４】従来の燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者らは従来の燃料電池システムにおいて、運転中の騒音が大きい原因を鋭意検討した。その結果、以下の知見を得た。
【００１８】
燃料電池システムの運転中においては、燃焼部が燃料オフガス中の水素を燃焼させる。このとき、燃焼部から燃焼音が発生する。この燃焼音は、凝縮水回収部及びガス排出配管を通じて排気口部に放出される。また、燃料電池システムの運転中においては、燃料電池から空気オフガスが排出される。この空気オフガスが配管を流れる際、空気オフガス中に含まれる気体と水とが同時に配管内を流れることにより、異音（気泡破裂音）が発生する。この異音は、凝縮水回収部及びガス排出配管を通じて排気口部に放出される。
【００１９】
前記燃焼音及び異音は、全てが排気口部に放出されるのではなく、一部は、ガス排出配管に伝播してガス排出配管の表面からも放出される。ガス排出配管の表面から放出された前記燃焼音及び異音は、筐体の壁面が遮音壁として機能することにより減衰された後、筐体の外部に放出される。一方、排気口部から筐体の外部に放出される前記燃焼音及び異音は、通常、筐体に設けられた貫通穴を通じて、減衰されることなく放出される。このため、装置全体としての騒音に与える影響が大きい。
【００２０】
前記従来の構成では、図４に示すように、凝縮器１０７と排気口部１１０とが筐体１０１の一方側に偏って配置され、それらが接近している。このため、凝縮器１１０と排気口部１１０とを連通するガス排出配管１１５の長さが短く、燃焼部１０６で発生する燃焼音及び空気オフガスａ５が流れる際に発生する異音を十分に減衰することができない。
【００２１】
これらの点を踏まえて、本発明者らは以下の本発明に至った。
本発明の第１態様によれば、原料と水とから水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成部と、
前記水素生成部で生成された前記燃料ガスと、空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、
前記燃料電池から排出される燃料オフガス中の水素を燃焼させ、前記水素生成部を加熱する燃焼部と、
前記燃焼部から排出される排ガス中の水分及び前記燃料電池から排出される空気オフガス中の水分のうちの少なくとも一方を凝縮させて回収する凝縮水回収部と、
前記凝縮水回収部で回収された凝縮水を貯水する凝縮水タンクと、
前記水素生成部、前記燃料電池、前記凝縮水回収部、及び前記凝縮水タンクを収容する筐体と、
前記凝縮水回収部を通過した前記空気オフガス及び前記排ガスのうちの少なくとも一方を前記筐体の外部に排出する排気口部と、
前記凝縮水回収部を通過した前記空気オフガス及び前記排ガスのうちの少なくとも一方を前記排気口部へ導くガス排出配管と、
を備えた燃料電池システムであって、
前記筐体の一方側に前記排気口部を配置し、
前記筐体の他方側に前記凝縮水回収部を配置した、燃料電池システムを提供する。
【００２２】
この構成により、ガス排出配管の長さを従来よりも長くすることができる。これにより、ガス排出配管の表面から放出される前記燃焼音及び異音の量を多くして、運転中の騒音を低減することができる。
【００２３】
本発明の第２態様によれば、前記排気口部は、前記筐体の重力方向の上半分に配置され、
前記凝縮水回収部は、前記筐体の前記重力方向の下半分に配置されている、第１態様に記載の燃料電池システムを提供する。
【００２４】
この構成により、ガス排出配管の少なくとも一部は、重力方向に延在することになるので、ガス排出配管内で結露した結露水は、滞留することなく凝縮水タンクに回収される。したがって、前記構成によれば、結露水の滞留によるガス排出配管の閉塞を防止することができる。また、ガス排出配管内でも空気オフガス及び排ガスのうちの少なくとも一方の水分を回収することができるので、凝縮水回収部の凝縮能力を小さくすることができる。これにより、凝縮水回収部の小型化を図ることができ、筐体の小型化を図ることができる。
【００２５】
本発明の第３態様によれば、前記排気口部は、前記燃料電池よりも前記重力方向の上方に配置され、
前記凝縮水回収部は、前記燃料電池よりも前記重力方向の下方に配置されている、第２態様に記載の燃料電池システムを提供する。
【００２６】
この構成により、本発明の排気口部と凝縮水回収部との重力方向の距離は、従来の燃料電池システムの排気口部と凝縮水回収部との重力方向の距離よりも長くなる。
【００２７】
本発明の第４態様によれば、前記排気口部は、前記筐体の第１の側面に配置され、
前記ガス排出配管の一部は、前記筐体の前記第１の側面と対向する第２の側面に配置されている、第１〜３態様のいずれか１つに記載の燃料電池システムを提供する。
【００２８】
この構成により、ガス排出配管の一部は、排気口部が配置された第１の側面と対向する第２の側面に配置されるため、ガス排出配管の長さをさらに長くすることができる。また、前記構成によれば、ガス排出配管の一部と排気口部との間に筐体内の他の部品を介在させることで、筐体内の他の部品が遮音壁として機能し、前記燃料音及び前記異音のうちの少なくとも一方をさらに減衰させることができる。したがって、運転中の騒音をさらに低減することができる。
【００２９】
本発明の第５態様によれば、前記ガス排出配管は、前記排気口部によるガス排気方向と直交する方向から前記排気口部に接続されている、第１〜４態様に記載の燃料電池システムを提供する。
【００３０】
この構成により、ガス排出配管から排気口部に放出される騒音は、排気口部によるガス排気方向と直交する方向から排気口部のガス排出経路に放出されることになる。これにより、前記騒音は、排気口部のガス排気経路を形成する壁に当たって減衰された後、ガス排気方向に放出されることになり、運転中の騒音をさらに低減することができる。
【００３１】
本発明の第６態様によれば、前記筐体は、直方体で形成されている、第１〜５態様のいずれか１つに記載の燃料電池システムを提供する。
【００３２】
本発明の第７態様によれば、前記筐体は、直方体の長手方向が重力方向と略平行に配置されている、第６態様に記載の燃料電池システムを提供する。
【００３３】
この構成により、ガス排出配管の少なくとも一部が重力方向に延在する長さを長くすることができる。これにより、ガス排出配管内で結露した結露水がガス排出配管を閉塞することをより確実に防止することができる。
【００３４】
以下、本発明の様々な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
《実施形態》
図１は、本発明の実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。図２は、図１の燃料電池システムを側方から見た概略構成を示す説明図である。本実施形態にかかる燃料電池システムは、固体高分子型燃料電池を用いた定置用燃料電池システムである。
【００３６】
図１に示すように、本実施形態にかかる燃料電池システムは、直方体の筐体１を備えている。筐体１は、長手方向が重力方向と略平行になるように配置されている。筐体１の内部には、脱硫器２と、水素生成部３と、加湿器４と、燃料電池５と、燃焼部６と、凝縮水回収部７と、凝縮水タンク８と、純水器９と、排気口部１０とが設けられている。
【００３７】
脱硫器２は、筐体１の外部から供給された都市ガス、ＬＰガス、灯油等の原料Ｍ１中の硫黄分を除去（脱硫）する。脱硫器２で脱硫された脱硫後の原料Ｍ２は、水素生成部３に供給される。
【００３８】
水素生成部３は、脱硫器２から供給された脱硫後の原料Ｍ２を、純水器９から供給された純水Ｗ１を利用して改質反応させることにより水素リッチな燃料ガスＦＧ１を生成する。水素生成部３で生成された燃料ガスＦＧ１は、燃料電池５に供給される。
【００３９】
加湿器４は、筐体１の外部から供給された空気Ａ１を加湿して加湿空気Ａ２を生成する。加湿器４にて生成された加湿空気Ａ２は、空気ポンプ１１により燃料電池５に供給される。
【００４０】
燃料電池５は、固体高分子型燃料電池である。燃料電池５は、水素生成部３で生成された燃料ガスＦＧ１中の水素と加湿器４で生成された加湿空気Ａ２中の酸素とを電気化学的に反応させて発電を行う。また、燃料電池５は、電気化学反応に使用されなかった水素を含む燃料オフガスＦＧ２を燃焼部６に排出し、電気化学反応に使用されなかった酸素及び電気化学反応により発生した水を含む空気オフガスＡ３を凝縮水回収部７に排出する。
【００４１】
燃焼部６は、燃焼ファン１２を通じて筐体１の外部から供給される空気Ａ４を利用して、燃料電池５から排出される燃料オフガスＦＧ２中の水素を燃焼させ、水素生成部３を加熱する。この加熱により、脱硫後の原料Ｍ２の改質反応に必要な改質熱が得られる。燃焼部６において水素を燃料した後に発生するガスは、排ガスＥＧ１として燃焼部６から凝縮水回収部７へ排出される。
【００４２】
凝縮水回収部７は、筐体１の重力方向の下半分の領域（筐体の他方側の一例）に配置されている。凝縮水回収部７は、空気オフガス凝縮器７Ａと排ガス凝縮器７Ｂとを備えている。
【００４３】
空気オフガス凝縮器７Ａは、燃料電池５から排出される空気オフガスＡ３の水分を凝縮して凝縮水ＣＷ１を回収する。空気オフガス凝縮器７Ａで回収された凝縮水ＣＷ１は、空気オフガス凝縮水回収配管１３Ａを通じて凝縮水タンク８に貯水される。
【００４４】
排ガス凝縮器７Ｂは、燃焼部６から排出される排ガスＥＧ１の水分を凝縮して凝縮水ＣＷ２を回収する。排ガス凝縮器７Ｂで回収された凝縮水ＣＷ２は、排ガス凝縮水回収配管１３Ｂを通じて凝縮水タンク８に貯水される。
【００４５】
凝縮水タンク８に貯水された凝縮水ＣＷ１，ＣＷ２は、改質水ポンプ１４により純水器９に送られ、純水器９により純水Ｗ１に変えられる。この純水Ｗ１は、水素生成部３に供給される。
【００４６】
凝縮水回収部７を通過した空気オフガスＡ５及び排ガスＥＧ２は、ガス排出配管１５を通じて排気口部１０に送られる。より具体的には、空気オフガス凝縮器７Ａを通過した空気オフガスＡ５は、空気オフガス排出配管１５Ａを通じて排気口部１０に送られる。また、排ガス凝縮器７Ｂを通過した排ガスＥＧ２は、排ガス排出配管１５Ｂを通じて排気口部１０に送られる。
【００４７】
排気口部１０は、ガス排出配管１５を通じて送られた空気オフガスＡ５及び排ガスＥＧ２を、筐体１の第１の側面１Ａに設けられた貫通穴（図示せず）を通じて筐体１の外部に排出する。排気口部１０は、箱状の形状を有し、筐体１の重力方向の上半分の領域（筐体の一方側の一例）に配置されている。また、排気口部１０は、図２に示すように、筐体１の第１の側面１Ａに配置されている。
【００４８】
ガス排出配管１５は、空気オフガス排出配管１５Ａと排ガス排出配管１５Ｂとを備えている。ガス排出配管１５は、図２に示すように、その一部が、筐体１の第１の側面１Ａと対向する第２の側面１Ｂに配置されている。より具体的には、空気オフガス排出配管１５Ａ及び排ガス排出配管１５Ｂの一部が、筐体１の第２の側面１Ｂに沿って配置されている。
【００４９】
また、ガス排出配管１５は、排気口部１０によるガス排気方向Ｘと直交する方向から排気口部１０に接続されている。より具体的には、空気オフガス排出配管１５Ａは、図３に示すように、排気口部１０が空気オフガスＡ５及び排ガスＥＧ２を排出する排気面１０Ａに対して直交する第１の側面１０Ｂに接続されている。また、排ガス排出配管１５Ｂは、図３に示すように、排気面１０Ａ及び第１の側面１０Ｂと直交する第２の側面１０Ｃに接続されている。排気口部１０は、排気面１０Ａが筐体１の第１の側面１Ａに設けられた貫通穴（図示せず）と対向するように配置されている。前記構成により、排気口部１０内に送られた空気オフガスＡ５及び排ガスＥＧ２は、排気口部１０の第１の側面１０Ｂ又は第２の側面１０Ｃと対向する側面に一旦当たって減衰され、その後、排気面１０Ａから筐体１の外部に放出される。
【００５０】
以上のように構成された本実施形態にかかる燃料電池システムの動作及び作用について、以下に説明する。
【００５１】
使用者がスタートボタンを押すなどして燃料電池システムの駆動開始が指示されると、脱硫器２に原料Ｍ１が供給され、かつ、改質水ポンプ１４が駆動される。脱硫器２に供給された原料Ｍ１は、脱硫器２により原料Ｍ１に含まれる硫黄分を除去され、脱硫後の原料Ｍ２として水素生成部３に供給される。一方、改質水ポンプ１４の駆動により、凝縮水タンク８から純水器９に水が送られる。純水器９に送られた水は、純水器９により純水Ｗ１にされた後、水素生成部３に供給される。
【００５２】
脱硫後の原料Ｍ２と純水Ｗ１とは、水素生成部３内で改質反応する。これにより、水素リッチな燃料ガスＦＧ１が生成される。生成された燃料ガスＦＧ１は、燃料電池５に供給される。
【００５３】
また、前記駆動開始の指示により、加湿器４に空気Ａ１が供給され、かつ、空気ポンプ１１が駆動される。加湿器４に供給された空気Ａ１は、加湿器４で加湿され、加湿空気Ａ２として燃料電池５に供給される。
【００５４】
燃料電池５に供給された燃料ガスＦＧ１と加湿空気Ａ２とは、燃料電池５内で電気化学的に反応する。これにより、発電が行われる。この発電により得られた電力は、インバーター（図示せず）を介して、系統電源に供給される。
【００５５】
電気化学反応に使用されなかった酸素及び電気化学反応により発生した水を含む空気オフガスＡ３は、燃料電池５から空気オフガス凝縮器７Ａに送られ、空気オフガス凝縮器７Ａにより空気オフガスＡ３中の凝縮水ＣＷ１が回収される。回収され凝縮水ＣＷ１は、空気オフガス凝縮水回収配管１３Ａを通じて凝縮水タンク８に蓄えられる。凝縮水タンク８に蓄えられた凝縮水ＣＷ１は、上述したように、改質水ポンプ１４の駆動により凝縮水タンク８から純水器９に送られる。
【００５６】
電気化学反応に使用されなかった水素を含む燃料オフガスＦＧ２は、燃料電池５から燃焼部６に供給され、燃焼部６により、燃焼ファン１２から供給された空気Ａ４とともに燃焼される。これにより、水素生成部３が加熱され、脱硫後の原料Ｍ２の改質反応に必要な改質熱が得られる。
【００５７】
燃料オフガスＦＧ２と空気Ａ４とを燃焼した際に発生する排ガスＥＧ１は、排ガス凝縮器７Ｂに送られ、排ガス凝縮器７Ｂにより排ガスＥＧ１中の熱と凝縮水ＣＷ２とが回収される。回収された凝縮水ＣＷ２は、排ガス凝縮水回収配管１３Ｂを通じて凝縮水タンク８に蓄えられる。凝縮水タンク８に蓄えられた凝縮水ＣＷ１は、上述したように、改質水ポンプ１４の駆動により凝縮水タンク８から純水器９に送られる。
【００５８】
一方、空気オフガス凝縮器７Ａを通過した空気オフガスＡ５は、空気オフガス排出配管１５Ａを通じて排気口部１０に送られ、筐体１の外部に放出される。また、排ガス凝縮器７Ｂを通過した排ガスＥＧ２は、排ガス排出配管１５Ｂを通じて排気口部１０に送られ、筐体１の外部に放出される。
【００５９】
本実施形態においては、排気口部１０が直方体の筐体１の上半分の領域に配置され、空気オフガス凝縮器７Ａ及び排ガス凝縮器７Ｂが筐体１の下半分の領域に配置されているので、空気オフガス排出配管１５Ａ及び排ガス排出配管１５Ｂの長さを長くすることができる。燃焼部６で発生する燃焼音及び空気オフガスＡ５が流れる際に発生する異音(気泡破裂音)は、排気口部１０だけでなく、空気オフガス排出配管１５Ａ又は排ガス排出配管１５Ｂに伝播してそれらの配管１５Ａ，１５Ｂの表面からも放出される。このため、各配管１５Ａ，１５Ｂの長さを従来よりも長くすることで、各配管１５Ａ，１５Ｂの表面から放出される燃料音及び異音の量が多くなり、排気口部１０から放出される燃料音及び異音の量が低減されることになる。排気口部１０から放出される燃料音及び異音は、筐体１の第１の側面１Ａに設けられた貫通穴を通じて筐体１の外部に放出されるため、騒音への影響が大きい。一方、各配管１５Ａ，１５Ｂの表面から放出される燃料音及び異音は、筐体１の壁面が遮音壁として機能することにより減衰された後、筐体１の外部に放出される。したがって、各配管１５Ａ，１５Ｂの長さを従来よりも長くすることにより、装置全体としての運転中の騒音を低減することができる。
【００６０】
また、本実施形態においては、排気口部１０と空気オフガス凝縮器７Ａとを筐体１の上下に分けて配置することにより、空気オフガス排出配管１５Ａの少なくとも一部が重力方向に延在する（重力方向の成分を持つ）ことになる。このため、空気オフガス排出配管１５Ａ内で、空気オフガスＡ５中に残留している水分が結露したとしても、当該結露により生じた結露水は、滞留することなく凝縮水タンク８に回収される。言い換えれば、空気オフガス排出配管１５Ａ内でも空気オフガスＡ５中の水分を回収することができる。これにより、結露水の滞留による空気オフガス排出配管１５Ａの閉塞を防止することができる。また、空気オフガス凝縮器７Ａの凝縮能力を小さく設定することが可能になり、空気オフガス凝縮器７Ａの小型化を図ることができる。その結果、筐体１の小型化が可能となる。なお、このような観点から、空気オフガス排出配管１５Ａの重力方向に延在する部分は、できる限り長く、直線状であることが好ましい。
【００６１】
同様に、本実施形態においては、排気口部１０と排ガス凝縮器７Ｂとを筐体１の上下に分けて配置することにより、排ガス排出配管１５Ｂの少なくとも一部が重力方向に延在する（重力方向の成分を持つ）ことになる。このため、排ガス排出配管１５Ｂ内で、排ガスＥＧ２中に残留している水分が結露したとしても、当該結露により生じた結露水は、滞留することなく凝縮水タンク８に回収される。言い換えれば、排ガス排出配管１５Ｂ内でも排ガスＥＧ２中の水分を回収することができる。これにより、結露水の滞留による排ガス排出配管１５Ｂの閉塞を防止することができる。また、排ガス凝縮器７Ｂの凝縮能力を小さく設定することが可能になり、排ガス凝縮器７Ｂの小型化を図ることができる。その結果、筐体１の小型化が可能となる。なお、このような観点から、排ガス排出配管１５Ｂの重力方向に延在する部分は、できる限り長く、直線状であることが好ましい。
【００６２】
また、本実施形態においては、空気オフガス排出配管１５Ａ及び排ガス排出配管１５Ｂの一部が、排気口部１０が配置された第１の側面１Ａと対向する第２の側面１Ｂに沿って配置されているので、各配管１５Ａ，１５Ｂの長さをさらに長くすることができる。また、空気オフガス排出配管１５Ａ及び排ガス排出配管１５Ｂの一部と排気口部１０との間に筐体１内の他の部品を介在させることで、筐体１内の他の部品が遮音壁として機能し、前記燃料音及び異音をさらに減衰させることができる。したがって、運転中の騒音をさらに低減することができる。また、筐体１の一方の側面から極端に大きな騒音が発生されることも防ぐことができる。
【００６３】
また、本実施形態においては、空気オフガス排出配管１５Ａがガス排気方向Ｘと直交する排気口部１０の第１の側面１０Ｂに接続されているので、排気口部１０内に放出された前記異音は、第１の側面１０Ｂと対向する側面に一旦当たって減衰される。言い換えれば、前記異音は、排気口部１０のガス排出経路を形成する壁に当たって減衰された後、ガス排気方向Ｘに放出されることになる。これにより、運転中の騒音をさらに低減することができる。
【００６４】
同様に、本実施形態においては、排ガス排出配管１５Ｂがガス排気方向Ｘと直交する排気口部１０の第２の側面１０Ｃに接続されているので、排気口部１０内に放出された前記燃焼音は、第２の側面１０Ｃと対向する側面に一旦当たって減衰される。言い換えれば、前記燃焼音は、排気口部１０のガス排出経路を形成する壁に当たって減衰された後、ガス排気方向Ｘに放出されることになる。これにより、運転中の騒音をさらに低減することができる。
【００６５】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、前記実施形態では、筐体１の上半分の領域に排気口部１０を配置し、筐体１の下半分の領域に凝縮水回収部７を配置したが、本発明はこれに限定されない。排気口部１０が筐体１の一方側に配置され、凝縮水回収部７が筐体１の他方側に配置されていればよい。この場合でも、ガス排出配管１５の長さを従来よりも長くすることができ、運転中の騒音を低減することができる。
【００６６】
また、好ましくは、排気口部１０は、燃料電池５よりも重力方向の上方に配置するものとする。これにより、ガス排出配管１５の長さをより長くすることができる。また、より好ましくは、排気口部１０は、筐体１の天板又は天板近傍の側面に配置するものとする。これにより、ガス排出配管１５の長さをより一層長くすることができる
【００６７】
また、前記実施形態では、凝縮水回収部７が空気オフガス凝縮器７Ａ及び排ガス凝縮器７Ｂで構成されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、凝縮水回収部７は、空気オフガス凝縮器７Ａ及び排ガス凝縮器７Ｂのいずれか一方のみ備えるように構成されてもよい。この場合、ガス排出配管１５は、空気オフガス排出配管１５Ａ及び排ガス排出配管１５Ｂのいずれか一方を備えるように構成すればよい。このような構成によっても、空気オフガス排出配管１５Ａ及び排ガス排出配管１５Ｂのいずれか一方を従来よりも長くして前記燃焼音及び異音のいずれか一方を低減することができるので、運転中の騒音を低減することができる。
【００６８】
また、凝縮水回収部７は、空気オフガス凝縮器７Ａの機能と排ガス凝縮器７Ｂの機能の両方を有する単一の混合凝縮器で構成されてもよい。この場合、ガス排出配管１５は、空気オフガスＡ５と排ガスＥＧ２とが混合した混合排気ガスを排気口部１０に供給する混合排気ガス排出配管を備えるように構成すればよい。このような構成によっても、混合排気ガス排出配管の長さを長くして前記燃焼音及び異音を低減することができるので、運転中の騒音を低減することができる。なお、前記構成の場合、空気オフガスＡ３と排ガスＥＧ１とは、混合凝縮器内で混合されてもよいし、混合凝縮器に供給される前に混合されてもよい。
【００６９】
また、前記実施形態では、空気オフガス排出配管１５Ａを空気オフガス凝縮器７Ａに接続するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、空気オフガス排出配管１５Ａを凝縮水タンク８に接続して、空気オフガス凝縮器７Ａと空気オフガス凝縮水回収配管１３Ａと凝縮水タンク８を通過した空気オフガスＡ５を、排気口部１０に供給するようにしてもよい。
【００７０】
また、前記実施形態では、固体高分子型燃料電池を用いた定置用燃料電池システムについて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、固体酸化物型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、燐酸型燃料電池、アルカリ型燃料電池など種々の燃料電池を用いた定置用燃料電池システムであってもよい。これらの場合であっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
なお、固体酸化物型燃料電池を用いる場合、本発明の水素生成部は、燃料電池と一体となる構成であってもよく、本発明の燃焼部は、燃料電池及び水素生成部を加熱する構成であってもよい。この場合であっても、運転中の騒音を低減するという効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明にかかる燃料電池システムは、運転中の騒音を低減することができるので、固体高分子型燃料電池及び固体酸化物型燃料電池などを用いた定置用燃料電池システム等として有用である。
【符号の説明】
【００７３】
１ 筐体
１Ａ 第１の側面
１Ｂ 第２の側面
２ 脱硫器
３ 水素生成部
４ 加湿器
５ 燃料電池
６ 燃焼部
７ 凝縮水回収部
７Ａ 空気オフガス凝縮器
７Ｂ 排ガス凝縮器
８ 凝縮水タンク
９ 純水器
１０ 排気口部
１０Ａ 排気面
１０Ｂ 第１の側面
１０Ｃ 第２の側面
１１ 空気ポンプ
１２ 燃焼ファン
１３Ａ 空気オフガス凝縮水回収配管
１３Ｂ 排ガス凝縮水回収配管
１４ 改質水ポンプ
１５ ガス排出配管
１５Ａ 空気オフガス排出配管
１５Ｂ 排ガス排出配管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系燃料と水とを水素生成部で反応させて水素を生成し、生成した水素と空気中の酸素とを燃料電池で電気化学的に反応させて発電する燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭用の燃料電池コージェネシステムに適した方式として高分子形（ＰＥＭ）燃料電池システムの開発が盛んに行われている。高分子形燃料電池システムの燃料の１つである水素は、いまだインフラストラクチャーが十分ではない。このため、都市ガス、ＬＰガス、灯油等の原料を水素生成部で改質して水素リッチな燃料ガスを生成し、生成した燃料ガス中の水素と空気中の酸素とを高分子形燃料電池を利用して電気化学的に反応させて発電を行う高分子形燃料電池システムが開発されている。
【０００３】
図４は、従来の燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。図４に示すように、従来の燃料電池システムは、直方体の筐体１０１を備えている。筐体１０１の内部には、脱硫器１０２と、水素生成部１０３と、加湿器１０４と、燃料電池１０５と、燃焼部１０６と、凝縮器１０７と、凝縮水タンク１０８と、純水器１０９と、排気口部１１０とが設けられている。
【０００４】
脱硫器１０２は、筐体１０１の外部から供給された都市ガス、ＬＰガス、灯油等の原料ｍ１中の硫黄分を除去（脱硫）する。脱硫器１０２で脱硫された脱硫後の原料ｍ２は、水素生成部１０３に供給される。
【０００５】
水素生成部１０３は、脱硫器１０２から供給された脱硫後の原料ｍ２を、純水器１０９から供給された純水ｗ１を利用して改質反応させることにより水素リッチな燃料ガスｆｇ１を生成する。水素生成部１０３で生成された燃料ガスｆｇ１は、燃料電池１０５に供給される。
【０００６】
加湿器１０４は、筐体１０１の外部から供給された空気ａ１を加湿して加湿空気ａ２を生成する。加湿器１０４にて生成された加湿空気ａ２は、空気ポンプ１１１により燃料電池１０５に供給される。
【０００７】
燃料電池１０５は、水素生成部１０３で生成された燃料ガスｆｇ１中の水素と加湿器１０４で生成された加湿空気ａ２中の酸素とを電気化学的に反応させて発電を行う。また、燃料電池１０５は、電気化学反応に使用されなかった水素を含む燃料オフガスｆｇ２を燃焼部１０６に排出し、電気化学反応に使用されなかった酸素及び電気化学反応により発生した水を含む空気オフガスａ３を凝縮器１０７に排出する。
【０００８】
燃焼部１０６は、燃焼ファン１１２を通じて筐体１０１の外部から供給される空気ａ４を利用して、燃料電池１０５から排出される燃料オフガスｆｇ２中の水素を燃焼させ、水素生成部１０３を加熱する。この加熱により、脱硫後の原料ｍ２の改質反応に必要な改質熱が得られる。燃焼部１０６において水素を燃焼した後に発生するガスは、排ガスｅｇ１として燃焼部１０６から凝縮器１０７へ排出される。
【０００９】
凝縮器１０７は、燃料電池１０５から供給される空気オフガスａ３中の水分と燃焼部１０６から供給される排ガスｅｇ１の水分とを凝縮して凝縮水ｃｗを回収する。凝縮器１０７で回収された凝縮水ｃｗは、凝縮水回収配管１１３を通じて凝縮水タンク１０８に貯水される。
【００１０】
凝縮水タンク１０８に貯水された凝縮水ｃｗは、改質水ポンプ１１４により純水器１０９に送られ、純水器１０９により純水ｗ１に変えられる。一方、凝縮器１０７を通過した空気オフガスａ５及び排ガスｅｇ２は、ガス排出配管１１５を通じて排気口部１１０に送られ、排気口部１１０から筐体１０１の外部に排出される。
【００１１】
前記構成を有する従来の燃料電池システムとしては、例えば、特許文献１（特開２００６−４９２２４号公報）に記載されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−４９２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前記従来の構成では、運転中の騒音が大きいという課題が有る。
従って、本発明の目的は、前記従来の課題を解決することにあって、運転中の騒音を低減することを可能とした燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明によれば、原料と水とから水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成部と、
前記水素生成部で生成された前記燃料ガスと、空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、
前記燃料電池から排出される燃料オフガス中の水素を燃焼させ、前記水素生成部を加熱する燃焼部と、
前記燃焼部から排出される排ガス中の水分及び前記燃料電池から排出される空気オフガス中の水分のうちの少なくとも一方を凝縮させて回収する凝縮水回収部と、
前記凝縮水回収部で回収された凝縮水を貯水する凝縮水タンクと、
前記水素生成部、前記燃料電池、前記凝縮水回収部、及び、前記凝縮水タンクを収容する筐体と、
前記凝縮水回収部を通過した前記空気オフガス及び前記排ガスのうちの少なくとも一方を前記筐体の外部に排出する排気口部と、
前記凝縮水回収部を通過した前記空気オフガス及び前記排ガスのうちの少なくとも一方を前記排気口部へ導くガス排出配管と、
を備えた燃料電池システムであって、
前記筐体の一方側に前記排気口部を配置し、
前記筐体の他方側に前記凝縮水回収部を配置した、燃料電池システムを提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燃料電池システムによれば、前記構成により、ガス排出配管の長さを従来よりも長くすることができる。これにより、ガス排出配管を通じて排気口部に放出される騒音を従来よりも減衰させて、運転中の騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図２】図１の燃料電池システムを側方から見た概略構成を示す説明図である。
【図３】図１の燃料電池システムの排気口部とガス排出配管との接続関係を示す斜視図である。
【図４】従来の燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者らは従来の燃料電池システムにおいて、運転中の騒音が大きい原因を鋭意検討した。その結果、以下の知見を得た。
【００１８】
燃料電池システムの運転中においては、燃焼部が燃料オフガス中の水素を燃焼させる。このとき、燃焼部から燃焼音が発生する。この燃焼音は、凝縮水回収部及びガス排出配管を通じて排気口部に放出される。また、燃料電池システムの運転中においては、燃料電池から空気オフガスが排出される。この空気オフガスが配管を流れる際、空気オフガス中に含まれる気体と水とが同時に配管内を流れることにより、異音（気泡破裂音）が発生する。この異音は、凝縮水回収部及びガス排出配管を通じて排気口部に放出される。
【００１９】
前記燃焼音及び異音は、全てが排気口部に放出されるのではなく、一部は、ガス排出配管に伝播してガス排出配管の表面からも放出される。ガス排出配管の表面から放出された前記燃焼音及び異音は、筐体の壁面が遮音壁として機能することにより減衰された後、筐体の外部に放出される。一方、排気口部から筐体の外部に放出される前記燃焼音及び異音は、通常、筐体に設けられた貫通穴を通じて、減衰されることなく放出される。このため、装置全体としての騒音に与える影響が大きい。
【００２０】
前記従来の構成では、図４に示すように、凝縮器１０７と排気口部１１０とが筐体１０１の一方側に偏って配置され、それらが接近している。このため、凝縮器１１０と排気口部１１０とを連通するガス排出配管１１５の長さが短く、燃焼部１０６で発生する燃焼音及び空気オフガスａ５が流れる際に発生する異音を十分に減衰することができない。
【００２１】
これらの点を踏まえて、本発明者らは以下の本発明に至った。
本発明の第１態様によれば、原料と水とから水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成部と、
前記水素生成部で生成された前記燃料ガスと、空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、
前記燃料電池から排出される燃料オフガス中の水素を燃焼させ、前記水素生成部を加熱する燃焼部と、
前記燃焼部から排出される排ガス中の水分及び前記燃料電池から排出される空気オフガス中の水分のうちの少なくとも一方を凝縮させて回収する凝縮水回収部と、
前記凝縮水回収部で回収された凝縮水を貯水する凝縮水タンクと、
前記水素生成部、前記燃料電池、前記凝縮水回収部、及び前記凝縮水タンクを収容する筐体と、
前記凝縮水回収部を通過した前記空気オフガス及び前記排ガスのうちの少なくとも一方を前記筐体の外部に排出する排気口部と、
前記凝縮水回収部を通過した前記空気オフガス及び前記排ガスのうちの少なくとも一方を前記排気口部へ導くガス排出配管と、
を備えた燃料電池システムであって、
前記筐体の一方側に前記排気口部を配置し、
前記筐体の他方側に前記凝縮水回収部を配置した、燃料電池システムを提供する。
【００２２】
この構成により、ガス排出配管の長さを従来よりも長くすることができる。これにより、ガス排出配管の表面から放出される前記燃焼音及び異音の量を多くして、運転中の騒音を低減することができる。
【００２３】
本発明の第２態様によれば、前記排気口部は、前記筐体の重力方向の上半分に配置され、
前記凝縮水回収部は、前記筐体の前記重力方向の下半分に配置されている、第１態様に記載の燃料電池システムを提供する。
【００２４】
この構成により、ガス排出配管の少なくとも一部は、重力方向に延在することになるので、ガス排出配管内で結露した結露水は、滞留することなく凝縮水タンクに回収される。したがって、前記構成によれば、結露水の滞留によるガス排出配管の閉塞を防止することができる。また、ガス排出配管内でも空気オフガス及び排ガスのうちの少なくとも一方の水分を回収することができるので、凝縮水回収部の凝縮能力を小さくすることができる。これにより、凝縮水回収部の小型化を図ることができ、筐体の小型化を図ることができる。
【００２５】
本発明の第３態様によれば、前記排気口部は、前記燃料電池よりも前記重力方向の上方に配置され、
前記凝縮水回収部は、前記燃料電池よりも前記重力方向の下方に配置されている、第２態様に記載の燃料電池システムを提供する。
【００２６】
この構成により、本発明の排気口部と凝縮水回収部との重力方向の距離は、従来の燃料電池システムの排気口部と凝縮水回収部との重力方向の距離よりも長くなる。
【００２７】
本発明の第４態様によれば、前記排気口部は、前記筐体の第１の側面に配置され、
前記ガス排出配管の一部は、前記筐体の前記第１の側面と対向する第２の側面に配置されている、第１〜３態様のいずれか１つに記載の燃料電池システムを提供する。
【００２８】
この構成により、ガス排出配管の一部は、排気口部が配置された第１の側面と対向する第２の側面に配置されるため、ガス排出配管の長さをさらに長くすることができる。また、前記構成によれば、ガス排出配管の一部と排気口部との間に筐体内の他の部品を介在させることで、筐体内の他の部品が遮音壁として機能し、前記燃料音及び前記異音のうちの少なくとも一方をさらに減衰させることができる。したがって、運転中の騒音をさらに低減することができる。
【００２９】
本発明の第５態様によれば、前記ガス排出配管は、前記排気口部によるガス排気方向と直交する方向から前記排気口部に接続されている、第１〜４態様に記載の燃料電池システムを提供する。
【００３０】
この構成により、ガス排出配管から排気口部に放出される騒音は、排気口部によるガス排気方向と直交する方向から排気口部のガス排出経路に放出されることになる。これにより、前記騒音は、排気口部のガス排気経路を形成する壁に当たって減衰された後、ガス排気方向に放出されることになり、運転中の騒音をさらに低減することができる。
【００３１】
本発明の第６態様によれば、前記筐体は、直方体で形成されている、第１〜５態様のいずれか１つに記載の燃料電池システムを提供する。
【００３２】
本発明の第７態様によれば、前記筐体は、直方体の長手方向が重力方向と略平行に配置されている、第６態様に記載の燃料電池システムを提供する。
【００３３】
この構成により、ガス排出配管の少なくとも一部が重力方向に延在する長さを長くすることができる。これにより、ガス排出配管内で結露した結露水がガス排出配管を閉塞することをより確実に防止することができる。
【００３４】
以下、本発明の様々な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
《実施形態》
図１は、本発明の実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。図２は、図１の燃料電池システムを側方から見た概略構成を示す説明図である。本実施形態にかかる燃料電池システムは、固体高分子型燃料電池を用いた定置用燃料電池システムである。
【００３６】
図１に示すように、本実施形態にかかる燃料電池システムは、直方体の筐体１を備えている。筐体１は、長手方向が重力方向と略平行になるように配置されている。筐体１の内部には、脱硫器２と、水素生成部３と、加湿器４と、燃料電池５と、燃焼部６と、凝縮水回収部７と、凝縮水タンク８と、純水器９と、排気口部１０とが設けられている。
【００３７】
脱硫器２は、筐体１の外部から供給された都市ガス、ＬＰガス、灯油等の原料Ｍ１中の硫黄分を除去（脱硫）する。脱硫器２で脱硫された脱硫後の原料Ｍ２は、水素生成部３に供給される。
【００３８】
水素生成部３は、脱硫器２から供給された脱硫後の原料Ｍ２を、純水器９から供給された純水Ｗ１を利用して改質反応させることにより水素リッチな燃料ガスＦＧ１を生成する。水素生成部３で生成された燃料ガスＦＧ１は、燃料電池５に供給される。
【００３９】
加湿器４は、筐体１の外部から供給された空気Ａ１を加湿して加湿空気Ａ２を生成する。加湿器４にて生成された加湿空気Ａ２は、空気ポンプ１１により燃料電池５に供給される。
【００４０】
燃料電池５は、固体高分子型燃料電池である。燃料電池５は、水素生成部３で生成された燃料ガスＦＧ１中の水素と加湿器４で生成された加湿空気Ａ２中の酸素とを電気化学的に反応させて発電を行う。また、燃料電池５は、電気化学反応に使用されなかった水素を含む燃料オフガスＦＧ２を燃焼部６に排出し、電気化学反応に使用されなかった酸素及び電気化学反応により発生した水を含む空気オフガスＡ３を凝縮水回収部７に排出する。
【００４１】
燃焼部６は、燃焼ファン１２を通じて筐体１の外部から供給される空気Ａ４を利用して、燃料電池５から排出される燃料オフガスＦＧ２中の水素を燃焼させ、水素生成部３を加熱する。この加熱により、脱硫後の原料Ｍ２の改質反応に必要な改質熱が得られる。燃焼部６において水素を燃料した後に発生するガスは、排ガスＥＧ１として燃焼部６から凝縮水回収部７へ排出される。
【００４２】
凝縮水回収部７は、筐体１の重力方向の下半分の領域（筐体の他方側の一例）に配置されている。凝縮水回収部７は、空気オフガス凝縮器７Ａと排ガス凝縮器７Ｂとを備えている。
【００４３】
空気オフガス凝縮器７Ａは、燃料電池５から排出される空気オフガスＡ３の水分を凝縮して凝縮水ＣＷ１を回収する。空気オフガス凝縮器７Ａで回収された凝縮水ＣＷ１は、空気オフガス凝縮水回収配管１３Ａを通じて凝縮水タンク８に貯水される。
【００４４】
排ガス凝縮器７Ｂは、燃焼部６から排出される排ガスＥＧ１の水分を凝縮して凝縮水ＣＷ２を回収する。排ガス凝縮器７Ｂで回収された凝縮水ＣＷ２は、排ガス凝縮水回収配管１３Ｂを通じて凝縮水タンク８に貯水される。
【００４５】
凝縮水タンク８に貯水された凝縮水ＣＷ１，ＣＷ２は、改質水ポンプ１４により純水器９に送られ、純水器９により純水Ｗ１に変えられる。この純水Ｗ１は、水素生成部３に供給される。
【００４６】
凝縮水回収部７を通過した空気オフガスＡ５及び排ガスＥＧ２は、ガス排出配管１５を通じて排気口部１０に送られる。より具体的には、空気オフガス凝縮器７Ａを通過した空気オフガスＡ５は、空気オフガス排出配管１５Ａを通じて排気口部１０に送られる。また、排ガス凝縮器７Ｂを通過した排ガスＥＧ２は、排ガス排出配管１５Ｂを通じて排気口部１０に送られる。
【００４７】
排気口部１０は、ガス排出配管１５を通じて送られた空気オフガスＡ５及び排ガスＥＧ２を、筐体１の第１の側面１Ａに設けられた貫通穴（図示せず）を通じて筐体１の外部に排出する。排気口部１０は、箱状の形状を有し、筐体１の重力方向の上半分の領域（筐体の一方側の一例）に配置されている。また、排気口部１０は、図２に示すように、筐体１の第１の側面１Ａに配置されている。
【００４８】
ガス排出配管１５は、空気オフガス排出配管１５Ａと排ガス排出配管１５Ｂとを備えている。ガス排出配管１５は、図２に示すように、その一部が、筐体１の第１の側面１Ａと対向する第２の側面１Ｂに配置されている。より具体的には、空気オフガス排出配管１５Ａ及び排ガス排出配管１５Ｂの一部が、筐体１の第２の側面１Ｂに沿って配置されている。
【００４９】
また、ガス排出配管１５は、排気口部１０によるガス排気方向Ｘと直交する方向から排気口部１０に接続されている。より具体的には、空気オフガス排出配管１５Ａは、図３に示すように、排気口部１０が空気オフガスＡ５及び排ガスＥＧ２を排出する排気面１０Ａに対して直交する第１の側面１０Ｂに接続されている。また、排ガス排出配管１５Ｂは、図３に示すように、排気面１０Ａ及び第１の側面１０Ｂと直交する第２の側面１０Ｃに接続されている。排気口部１０は、排気面１０Ａが筐体１の第１の側面１Ａに設けられた貫通穴（図示せず）と対向するように配置されている。前記構成により、排気口部１０内に送られた空気オフガスＡ５及び排ガスＥＧ２は、排気口部１０の第１の側面１０Ｂ又は第２の側面１０Ｃと対向する側面に一旦当たって減衰され、その後、排気面１０Ａから筐体１の外部に放出される。
【００５０】
以上のように構成された本実施形態にかかる燃料電池システムの動作及び作用について、以下に説明する。
【００５１】
使用者がスタートボタンを押すなどして燃料電池システムの駆動開始が指示されると、脱硫器２に原料Ｍ１が供給され、かつ、改質水ポンプ１４が駆動される。脱硫器２に供給された原料Ｍ１は、脱硫器２により原料Ｍ１に含まれる硫黄分を除去され、脱硫後の原料Ｍ２として水素生成部３に供給される。一方、改質水ポンプ１４の駆動により、凝縮水タンク８から純水器９に水が送られる。純水器９に送られた水は、純水器９により純水Ｗ１にされた後、水素生成部３に供給される。
【００５２】
脱硫後の原料Ｍ２と純水Ｗ１とは、水素生成部３内で改質反応する。これにより、水素リッチな燃料ガスＦＧ１が生成される。生成された燃料ガスＦＧ１は、燃料電池５に供給される。
【００５３】
また、前記駆動開始の指示により、加湿器４に空気Ａ１が供給され、かつ、空気ポンプ１１が駆動される。加湿器４に供給された空気Ａ１は、加湿器４で加湿され、加湿空気Ａ２として燃料電池５に供給される。
【００５４】
燃料電池５に供給された燃料ガスＦＧ１と加湿空気Ａ２とは、燃料電池５内で電気化学的に反応する。これにより、発電が行われる。この発電により得られた電力は、インバーター（図示せず）を介して、系統電源に供給される。
【００５５】
電気化学反応に使用されなかった酸素及び電気化学反応により発生した水を含む空気オフガスＡ３は、燃料電池５から空気オフガス凝縮器７Ａに送られ、空気オフガス凝縮器７Ａにより空気オフガスＡ３中の凝縮水ＣＷ１が回収される。回収され凝縮水ＣＷ１は、空気オフガス凝縮水回収配管１３Ａを通じて凝縮水タンク８に蓄えられる。凝縮水タンク８に蓄えられた凝縮水ＣＷ１は、上述したように、改質水ポンプ１４の駆動により凝縮水タンク８から純水器９に送られる。
【００５６】
電気化学反応に使用されなかった水素を含む燃料オフガスＦＧ２は、燃料電池５から燃焼部６に供給され、燃焼部６により、燃焼ファン１２から供給された空気Ａ４とともに燃焼される。これにより、水素生成部３が加熱され、脱硫後の原料Ｍ２の改質反応に必要な改質熱が得られる。
【００５７】
燃料オフガスＦＧ２と空気Ａ４とを燃焼した際に発生する排ガスＥＧ１は、排ガス凝縮器７Ｂに送られ、排ガス凝縮器７Ｂにより排ガスＥＧ１中の熱と凝縮水ＣＷ２とが回収される。回収された凝縮水ＣＷ２は、排ガス凝縮水回収配管１３Ｂを通じて凝縮水タンク８に蓄えられる。凝縮水タンク８に蓄えられた凝縮水ＣＷ１は、上述したように、改質水ポンプ１４の駆動により凝縮水タンク８から純水器９に送られる。
【００５８】
一方、空気オフガス凝縮器７Ａを通過した空気オフガスＡ５は、空気オフガス排出配管１５Ａを通じて排気口部１０に送られ、筐体１の外部に放出される。また、排ガス凝縮器７Ｂを通過した排ガスＥＧ２は、排ガス排出配管１５Ｂを通じて排気口部１０に送られ、筐体１の外部に放出される。
【００５９】
本実施形態においては、排気口部１０が直方体の筐体１の上半分の領域に配置され、空気オフガス凝縮器７Ａ及び排ガス凝縮器７Ｂが筐体１の下半分の領域に配置されているので、空気オフガス排出配管１５Ａ及び排ガス排出配管１５Ｂの長さを長くすることができる。燃焼部６で発生する燃焼音及び空気オフガスＡ５が流れる際に発生する異音(気泡破裂音)は、排気口部１０だけでなく、空気オフガス排出配管１５Ａ又は排ガス排出配管１５Ｂに伝播してそれらの配管１５Ａ，１５Ｂの表面からも放出される。このため、各配管１５Ａ，１５Ｂの長さを従来よりも長くすることで、各配管１５Ａ，１５Ｂの表面から放出される燃料音及び異音の量が多くなり、排気口部１０から放出される燃料音及び異音の量が低減されることになる。排気口部１０から放出される燃料音及び異音は、筐体１の第１の側面１Ａに設けられた貫通穴を通じて筐体１の外部に放出されるため、騒音への影響が大きい。一方、各配管１５Ａ，１５Ｂの表面から放出される燃料音及び異音は、筐体１の壁面が遮音壁として機能することにより減衰された後、筐体１の外部に放出される。したがって、各配管１５Ａ，１５Ｂの長さを従来よりも長くすることにより、装置全体としての運転中の騒音を低減することができる。
【００６０】
また、本実施形態においては、排気口部１０と空気オフガス凝縮器７Ａとを筐体１の上下に分けて配置することにより、空気オフガス排出配管１５Ａの少なくとも一部が重力方向に延在する（重力方向の成分を持つ）ことになる。このため、空気オフガス排出配管１５Ａ内で、空気オフガスＡ５中に残留している水分が結露したとしても、当該結露により生じた結露水は、滞留することなく凝縮水タンク８に回収される。言い換えれば、空気オフガス排出配管１５Ａ内でも空気オフガスＡ５中の水分を回収することができる。これにより、結露水の滞留による空気オフガス排出配管１５Ａの閉塞を防止することができる。また、空気オフガス凝縮器７Ａの凝縮能力を小さく設定することが可能になり、空気オフガス凝縮器７Ａの小型化を図ることができる。その結果、筐体１の小型化が可能となる。なお、このような観点から、空気オフガス排出配管１５Ａの重力方向に延在する部分は、できる限り長く、直線状であることが好ましい。
【００６１】
同様に、本実施形態においては、排気口部１０と排ガス凝縮器７Ｂとを筐体１の上下に分けて配置することにより、排ガス排出配管１５Ｂの少なくとも一部が重力方向に延在する（重力方向の成分を持つ）ことになる。このため、排ガス排出配管１５Ｂ内で、排ガスＥＧ２中に残留している水分が結露したとしても、当該結露により生じた結露水は、滞留することなく凝縮水タンク８に回収される。言い換えれば、排ガス排出配管１５Ｂ内でも排ガスＥＧ２中の水分を回収することができる。これにより、結露水の滞留による排ガス排出配管１５Ｂの閉塞を防止することができる。また、排ガス凝縮器７Ｂの凝縮能力を小さく設定することが可能になり、排ガス凝縮器７Ｂの小型化を図ることができる。その結果、筐体１の小型化が可能となる。なお、このような観点から、排ガス排出配管１５Ｂの重力方向に延在する部分は、できる限り長く、直線状であることが好ましい。
【００６２】
また、本実施形態においては、空気オフガス排出配管１５Ａ及び排ガス排出配管１５Ｂの一部が、排気口部１０が配置された第１の側面１Ａと対向する第２の側面１Ｂに沿って配置されているので、各配管１５Ａ，１５Ｂの長さをさらに長くすることができる。また、空気オフガス排出配管１５Ａ及び排ガス排出配管１５Ｂの一部と排気口部１０との間に筐体１内の他の部品を介在させることで、筐体１内の他の部品が遮音壁として機能し、前記燃料音及び異音をさらに減衰させることができる。したがって、運転中の騒音をさらに低減することができる。また、筐体１の一方の側面から極端に大きな騒音が発生されることも防ぐことができる。
【００６３】
また、本実施形態においては、空気オフガス排出配管１５Ａがガス排気方向Ｘと直交する排気口部１０の第１の側面１０Ｂに接続されているので、排気口部１０内に放出された前記異音は、第１の側面１０Ｂと対向する側面に一旦当たって減衰される。言い換えれば、前記異音は、排気口部１０のガス排出経路を形成する壁に当たって減衰された後、ガス排気方向Ｘに放出されることになる。これにより、運転中の騒音をさらに低減することができる。
【００６４】
同様に、本実施形態においては、排ガス排出配管１５Ｂがガス排気方向Ｘと直交する排気口部１０の第２の側面１０Ｃに接続されているので、排気口部１０内に放出された前記燃焼音は、第２の側面１０Ｃと対向する側面に一旦当たって減衰される。言い換えれば、前記燃焼音は、排気口部１０のガス排出経路を形成する壁に当たって減衰された後、ガス排気方向Ｘに放出されることになる。これにより、運転中の騒音をさらに低減することができる。
【００６５】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、前記実施形態では、筐体１の上半分の領域に排気口部１０を配置し、筐体１の下半分の領域に凝縮水回収部７を配置したが、本発明はこれに限定されない。排気口部１０が筐体１の一方側に配置され、凝縮水回収部７が筐体１の他方側に配置されていればよい。この場合でも、ガス排出配管１５の長さを従来よりも長くすることができ、運転中の騒音を低減することができる。
【００６６】
また、好ましくは、排気口部１０は、燃料電池５よりも重力方向の上方に配置するものとする。これにより、ガス排出配管１５の長さをより長くすることができる。また、より好ましくは、排気口部１０は、筐体１の天板又は天板近傍の側面に配置するものとする。これにより、ガス排出配管１５の長さをより一層長くすることができる
【００６７】
また、前記実施形態では、凝縮水回収部７が空気オフガス凝縮器７Ａ及び排ガス凝縮器７Ｂで構成されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、凝縮水回収部７は、空気オフガス凝縮器７Ａ及び排ガス凝縮器７Ｂのいずれか一方のみ備えるように構成されてもよい。この場合、ガス排出配管１５は、空気オフガス排出配管１５Ａ及び排ガス排出配管１５Ｂのいずれか一方を備えるように構成すればよい。このような構成によっても、空気オフガス排出配管１５Ａ及び排ガス排出配管１５Ｂのいずれか一方を従来よりも長くして前記燃焼音及び異音のいずれか一方を低減することができるので、運転中の騒音を低減することができる。
【００６８】
また、凝縮水回収部７は、空気オフガス凝縮器７Ａの機能と排ガス凝縮器７Ｂの機能の両方を有する単一の混合凝縮器で構成されてもよい。この場合、ガス排出配管１５は、空気オフガスＡ５と排ガスＥＧ２とが混合した混合排気ガスを排気口部１０に供給する混合排気ガス排出配管を備えるように構成すればよい。このような構成によっても、混合排気ガス排出配管の長さを長くして前記燃焼音及び異音を低減することができるので、運転中の騒音を低減することができる。なお、前記構成の場合、空気オフガスＡ３と排ガスＥＧ１とは、混合凝縮器内で混合されてもよいし、混合凝縮器に供給される前に混合されてもよい。
【００６９】
また、前記実施形態では、空気オフガス排出配管１５Ａを空気オフガス凝縮器７Ａに接続するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、空気オフガス排出配管１５Ａを凝縮水タンク８に接続して、空気オフガス凝縮器７Ａと空気オフガス凝縮水回収配管１３Ａと凝縮水タンク８を通過した空気オフガスＡ５を、排気口部１０に供給するようにしてもよい。
【００７０】
また、前記実施形態では、固体高分子型燃料電池を用いた定置用燃料電池システムについて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、固体酸化物型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、燐酸型燃料電池、アルカリ型燃料電池など種々の燃料電池を用いた定置用燃料電池システムであってもよい。これらの場合であっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
なお、固体酸化物型燃料電池を用いる場合、本発明の水素生成部は、燃料電池と一体となる構成であってもよく、本発明の燃焼部は、燃料電池及び水素生成部を加熱する構成であってもよい。この場合であっても、運転中の騒音を低減するという効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明にかかる燃料電池システムは、運転中の騒音を低減することができるので、固体高分子型燃料電池及び固体酸化物型燃料電池などを用いた定置用燃料電池システム等として有用である。
【符号の説明】
【００７３】
１ 筐体
１Ａ 第１の側面
１Ｂ 第２の側面
２ 脱硫器
３ 水素生成部
４ 加湿器
５ 燃料電池
６ 燃焼部
７ 凝縮水回収部
７Ａ 空気オフガス凝縮器
７Ｂ 排ガス凝縮器
８ 凝縮水タンク
９ 純水器
１０ 排気口部
１０Ａ 排気面
１０Ｂ 第１の側面
１０Ｃ 第２の側面
１１ 空気ポンプ
１２ 燃焼ファン
１３Ａ 空気オフガス凝縮水回収配管
１３Ｂ 排ガス凝縮水回収配管
１４ 改質水ポンプ
１５ ガス排出配管
１５Ａ 空気オフガス排出配管
１５Ｂ 排ガス排出配管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料と水とから水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成部と、
前記水素生成部で生成された前記燃料ガスと、空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、
前記燃料電池から排出される燃料オフガス中の水素を燃焼させ、前記水素生成部を加熱する燃焼部と、
前記燃焼部から排出される排ガス中の水分及び前記燃料電池から排出される空気オフガス中の水分のうちの少なくとも一方を凝縮させて回収する凝縮水回収部と、
前記凝縮水回収部で回収された凝縮水を貯水する凝縮水タンクと、
前記水素生成部、前記燃料電池、前記凝縮水回収部、及び、前記凝縮水タンクを収容する筐体と、
前記凝縮水回収部を通過した前記空気オフガス及び前記排ガスのうちの少なくとも一方を前記筐体の外部に排出する排気口部と、
前記凝縮水回収部を通過した前記空気オフガス及び前記排ガスのうちの少なくとも一方を前記排気口部へ導くガス排出配管と、
を備えた燃料電池システムであって、
前記筐体の一方側に前記排気口部を配置し、
前記筐体の他方側に前記凝縮水回収部を配置した、燃料電池システム。
【請求項２】
前記排気口部は、前記筐体の重力方向の上半分の領域に配置され、
前記凝縮水回収部は、前記筐体の前記重力方向の下半分の領域に配置されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記排気口部は、前記燃料電池よりも前記重力方向の上方に配置され、
前記凝縮水回収部は、前記燃料電池よりも前記重力方向の下方に配置されている、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記排気口部は、前記筐体の第１の側面に配置され、
前記ガス排出配管の一部は、前記筐体の前記第１の側面と対向する第２の側面に配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記ガス排出配管は、前記排気口部によるガス排気方向と直交する方向から前記排気口部に接続されている、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記筐体は、直方体で形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記筐体は、直方体の長手方向が重力方向と略平行に配置されている、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項１】
原料と水とから水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成部と、
前記水素生成部で生成された前記燃料ガスと、空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、
前記燃料電池から排出される燃料オフガス中の水素を燃焼させ、前記水素生成部を加熱する燃焼部と、
前記燃焼部から排出される排ガス中の水分及び前記燃料電池から排出される空気オフガス中の水分のうちの少なくとも一方を凝縮させて回収する凝縮水回収部と、
前記凝縮水回収部で回収された凝縮水を貯水する凝縮水タンクと、
前記水素生成部、前記燃料電池、前記凝縮水回収部、及び、前記凝縮水タンクを収容する筐体と、
前記凝縮水回収部を通過した前記空気オフガス及び前記排ガスのうちの少なくとも一方を前記筐体の外部に排出する排気口部と、
前記凝縮水回収部を通過した前記空気オフガス及び前記排ガスのうちの少なくとも一方を前記排気口部へ導くガス排出配管と、
を備えた燃料電池システムであって、
前記筐体の一方側に前記排気口部を配置し、
前記筐体の他方側に前記凝縮水回収部を配置した、燃料電池システム。
【請求項２】
前記排気口部は、前記筐体の重力方向の上半分の領域に配置され、
前記凝縮水回収部は、前記筐体の前記重力方向の下半分の領域に配置されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記排気口部は、前記燃料電池よりも前記重力方向の上方に配置され、
前記凝縮水回収部は、前記燃料電池よりも前記重力方向の下方に配置されている、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記排気口部は、前記筐体の第１の側面に配置され、
前記ガス排出配管の一部は、前記筐体の前記第１の側面と対向する第２の側面に配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記ガス排出配管は、前記排気口部によるガス排気方向と直交する方向から前記排気口部に接続されている、請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記筐体は、直方体で形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記筐体は、直方体の長手方向が重力方向と略平行に配置されている、請求項６に記載の燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−５９５５０（Ｐ２０１２−５９５５０Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０１７１８（Ｐ２０１０−２０１７１８）
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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