JP2006253020A - 燃料電池発電装置及び吸排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特に屋内に設置するパッケージ型燃料電池発電装置において、吸気及び排気用ダクト構成を簡単化し、設置用スペースの削減と容易な設置作業が可能となる燃料電池発電装置を提供することにある。
【解決手段】２重管ダクト構造を利用した吸排気装置を有する燃料電池発電装置である。発電本体１０には、排気される空気を外部に放出する内管１１ａと外部から空気を導入する外管１１ｂとが一体的に結合された２重管ダクト構造から構成された吸排気装置が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特にパッケージ型燃料電池発電装置及び吸排気装置に関する。

近年、パッケージ型燃料電池発電装置という燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この装置は、燃料処理装置、発電用装置、電力調整装置や制御装置を含む電気設備、及び温度管理と発電に伴って発生する熱を供給するための熱管理利用設備などをパッケージ化し、主として屋内配置を目的としたものである。

燃料処理装置は、燃料電池の原燃料である都市ガスやＬＰＧ（液化石油ガス）を水素リッチガスに改質させる改質器である。発電用装置は、水素リッチガスと空気に含まれる酸素とを反応させて直流電力を発電する。電力調整装置は主機能として、発電用装置からの直流電力を交流電力に変換する。制御装置は、燃料電池本体や電力調整装置などを管理する。

ところで、パッケージ型燃料電池発電装置を運転するには、電気系の接続、パッケージ（システム）の外部との配管やダクトによる流体の交換、及びパッケージ内の換気が必要である。配管接続により、燃料処理装置への原燃料の供給、及び燃料電池発電で消費される空気の供給が必要となる。また、排熱を利用する場合は、例えば利用形態が温水である場合は、配管接続により、冷水の戻りと温水供給が必要である。

外部から供給される空気は、燃料電池本体の空気極に発電反応用として使用される空気と、燃料電池本体の燃料極からの排気に含まれる未反応の可燃性ガスを燃焼するための燃焼用空気として消費される。配管またはダクトにより、燃焼器の排気と空気極の排気が排出される。

次に、パッケージ型燃料電池発電装置の換気について説明する。

パッケージ型燃料電池発電装置では、パッケージ内部で生じる熱の排出と、可燃性ガスがパッケージ内部で万一漏洩した場合においてもパッケージ内部を安全な状態に保つため、常に換気されていることが要求される。

リレーやコンタクターなど火花源となる電気設備、即ち電力調整装置や制御装置などは、可燃性ガスを取り扱う発電装置と隔壁などにより区分されて、個別に換気を行う必要がある。前述の先行技術文献（特許文献１）に示されているように、一般的に、燃料を取り扱う区分の換気は、排気側に換気ファンを設置して、区分内の圧力を外気より若干低く維持する負圧換気とする。また、火花源となる設備を有する区分の換気は、吸気側に換気ファンを設置して押し込み換気とする。

即ち、隔壁を境界にして、燃料を取り扱う区分の圧力が常に火花源となる電気設備を有する区分より低く維持されることより、万一可燃性のガスが漏洩しても、火花源のある区分へ流れることは無く高い安全性が保証される。さらに、可燃性ガスを取り扱う区分には可燃性ガス検知器が設置されて、可燃性ガスが漏洩した場合には、警報あるいは自動停止等の安全動作を行うように設計製造されている。

パッケージ型燃料電池発電装置は、水素を取り扱うことから天井部での滞留を防止するため、一般には換気用空気はパッケージの下部から吸込み、上部から排気する構造である。また、可燃性ガス検知器は、パッケージに上部に設置される。

パッケージ型燃料電池発電装置のシステム排気である燃焼器排気および空気極排気は水蒸気を多く含んでおり、排出先の外気温が低い時には白煙を生じる場合がある。このような白煙の発生を押えるため、例えばシステム排気と換気用排気とを混合して、水蒸気分圧を低減した後に大気に放出する方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。

さらに、公式の燃料電池発電規定として、燃料電池設備を設置する室は、燃料ガスが漏洩したとき、滞留しない構造でなければならないという規定がある（例えば、非特許文献１を参照）。この非特許文献１には、パッケージタイプの燃料電池発電設備に対しては、以下（１）〜（３）の設備の設置が求められている。（１）強制的な換気装置を設ける。（２）換気装置が故障したときに動作する警報装置、あるいは燃料電池設備の自動停止装置を設け、故障時速やかに必要な処置を講じられるようにする。（３）必要に応じて、適当な箇所に可燃性ガス漏えい検知器を設け、ガス漏えい時に警報又は燃料電池の自動停止を行うようにする。
特許第３４９０２０５号公報 特開平９−２２３５１０号公報 社団法人日本電気協会 燃料電池発電規定（ＪＥＡＣ５００２−１９９２ 第１−１１条 燃料ガス漏洩に対する安全対策）

ところで、パッケージ型燃料電池発電装置を屋内に設置する場合には、前述したように、発電運転で消費する空気や、換気用空気を屋外より導入するための吸気ダクト、システム排気を放出するためのシステム排気用ダクト、およびパッケージ内の換気用排気を屋外に放出するための換気用排気ダクトが必要となる。

吸気ダクトは、発電運転で消費する空気の取り込み口へ接続すると共に、パッケージ下部に換気空気を供給する必要がある。一方、換気用排気ダクトは、パッケージ内部で水素等可燃性ガスが滞留することがないように、天井部に取り付けなければならない。このため、パッケージ型燃料電池発電装置を屋内に設置する場合、大径の複雑なダクト構成が必要となり、これに伴う大きな設置スペースと煩雑な設置作業が必要となっている。

そこで、本発明の目的は、特に屋内に設置するパッケージ型燃料電池発電装置において、吸気及び排気用ダクト構成を簡単化し、設置用スペースの削減と容易な設置作業が可能となる燃料電池発電装置を提供することにある。

本発明の観点は、２重管ダクト構造を利用した吸排気装置を有する燃料電池発電装置である。

本発明の観点に従った燃料電池発電装置は、炭化水素系燃料から水素リッチガスを使用して発電する燃料電池発電装置において、前記水素リッチガスを生成する燃料処理装置と発電用装置とを含む本体と、前記本体に設けられて、外部との空気の吸排気を行うための吸排気装置とを有し、前記吸排気装置は、外部から空気を導入する外管ダクト部材、及び前記本体から排気される空気を外部に放出する内管ダクト部材を有し、前記外管ダクト部材と前記内管ダクト部材とが一体的に結合された２重管ダクト構造から構成されている。

本発明によれば、２重管ダクト構造を利用した給排気機構の統合化を実現できる。これにより、吸気及び排気用ダクト構成を簡単化し、設置用スペースの削減と容易な設置作業が可能となる。従って、特に屋内に設置するパッケージ型燃料電池発電装置の小型化を実現できる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に関するパッケージ型燃料電池発電装置の吸排気装置の構成を説明するための図である。図２は、同本体１０と電気設備部２７とを含むシステムの構成を説明するための図である。

（システム構成）
パッケージ型燃料電池発電装置は、図２に示すように、発電装置本体（以下単に本体と表記する場合がある）１０と電気設備部２７とが隔壁２５を介してパッケージ化された構成であり、通常では屋内に設置される燃料電池発電設備である。

発電装置本体１０は、外部から供給される都市ガスやＬＰＧ（液化石油ガス）に代表される炭化水素系燃料などの原燃料１００を水素リッチガスに改質させる改質器を含む燃料処理装置２０、および水素リッチガスと空気（１１０）に含まれる酸素とを反応させて直流電力を生成する燃料電池本体２１を含む。

さらに、本体１０は、温度管理を実行し、発電に伴って発生する熱を外部に供給する熱管理利用設備２３も含む。熱管理利用設備２３は、排熱を利用する利用形態として、例えば温水の場合には冷水１２０ａを導入し、温水１２０ｂを供給するように構成されている。

一方、電気設備部２７は、燃料電池本体２１により生成された直流電力を交流電力に変換する電力調整装置２２、及び本体１０や電力調整装置２２を管理する制御装置２４を有する。電気設備部２７は、本体１０とは隔壁２５より区分されて、吸気側に換気ファン２６が設置されている。即ち、電気設備部２７の区分では、換気ファン２６により吸気側１１１ａから吸気された空気が、排気側１１１ｂに放出される押し込み換気がなされている。

本体１０では、ブロア２８により導入される空気１１０は、燃料電池本体２１の空気極２１０に供給される空気極用空気１１０ａと、燃料処理装置２０の燃焼器２０ａに供給される燃焼用空気１１０ｂとに分岐されている。

燃焼器２０ａは、燃料電池本体２１の燃料極２１１からの排気に含まれる未反応の可燃性ガスを、燃焼用空気１１０ｂにより燃焼した後の排気（燃焼器排気）１１４を放出する。

本体１０は、当該排気１１４、及び燃料電池本体２１の空気極２１０により空気極用空気１１０ａが消費された後の排気１１３を合わせて、後述する配管またはダクトを通じてシステム排気１１５として放出する。

（吸排気装置の構成）
以上のような構成のパッケージ型燃料電池発電装置において、図１を参照して、発電装置本体１０内に設けられる吸排気装置の構成を説明する。

吸排気装置は、図１に示すように、ダクト接続部１２により本体１０の上部に取り付けられた２重管ダクト１１と、システム空気ダクト１４と、換気下降ダクト１５と、排気ファン１６が取り付けられた混合ボックス１７とを有する。

２重管ダクト１１は、パッケージ型燃料電池発電装置が設置された建屋の壁２００を貫通して屋外へ通じている。図１には詳細は図示していないが、２重管ダクト１１の内管１１ａと外管１１ｂは、屋外において分岐装置で分岐されて、排気（１１７）が吸気（外部からの空気１１０）に吸い込まれないよう大気に開口している。

２重管ダクト１１は、内管１１ａと外管１１ｂとにより環状の吸排気流路を構成している。２重管ダクト１１の外管１１ｂから導入される空気１１０（屋外の新鮮な空気）は、システム空気ダクト１４と換気下降ダクト１５により、本体１０の内部で分岐される。

システム空気ダクト１４は、空気フィルタ１３を介してブロア２８（１台または複数台）に接続されている。空気フィルタ１３は、システム空気ダクト１４からの空気から粉塵等を除去して、ブロア２８に送出する。ブロア２８は、図２に示すように、燃料処理装置２０及び燃料電池本体２１にそれぞれ空気１１０ａ，１１０ｂを供給する。

一方、換気下降ダクト１５を通過する空気は、本体１０の下部に導かれて、換気吹き出し口１５ａより本体１０の内部に吹き出される。本体１０内の上部に配置された排気ファン１６は、換気下降ダクト１５により導入された空気１１６を吸引し、混合ボックス１７に送り出している。また、本体１０内の上部において、排気ファン１６の吸い込み近傍には、ガス検知器１８が設置される。このガス検知器１８は、本体１０の内部に可燃性ガスが漏洩した場合には警報を出力するか、あるいはパッケージ型燃料電池発電装置を自動停止するための制御信号を例えば制御装置２４に出力する。

混合ボックス１７は、排気ファン１６による換気排気（空気１１６）とダクト１９を介して流入されるシステム排気１１５とを混合して、２重管ダクト１１に送出する。混合ボックス１７は、２重管ダクト１１の内管１１ａに接続している。混合ボックス１７からの混合排気１１７は、内管１１ａを通過して本体１０の内部から屋外に放出される。ここで、２重管ダクト１１の内管１１ａは、導電性の材料からなり、電気的に接地されている構成である。

（作用効果）
まず、本実施形態の吸排気装置であれば、発電装置本体１０の内部は、本体１０の上部に設置された換気ファン１６により排気換気されるため、本体１０が設置されている建物の内部や屋外大気に比べて低い圧力に維持される。

本吸排気装置は、内管１１ａと外管１１ｂを有し、屋外に開口部を有する２重管ダクト１１により環状の吸気流路を構成している。外管１１ｂからは、屋外の新鮮な空気１１０が本体１０の内部に導入される。この空気１１０の一部は、システムで消費される空気として、システム空気ダクト１４を介して燃料処理装置２０及び燃料電池本体２１のそれぞれに供給される。システム空気ダクト１４を通過する空気は、空気フィルタ１３で粉塵等が除去された後に、ブロア２８により燃料処理装置２０及び燃料電池本体２１に供給される。

一方、換気下降ダクト１５を通過する空気は、本体１０の下部に導かれて、換気吹き出し口１５ａより本体１０の内部に放出される。ここで、排気ファン１６により換気下降ダクト１５により導入された空気１１６は吸引されるため、本体内の換気は上昇流となって流れることになる。

ここで、本体１０の内部で空気が澱むことなく、換気流れが隅々まで行き渡るように、換気吹き出し口１５ａと排気ファン１６は、本体１０内で相互に対角関係になるような位置に設置されることが好ましい。また、本体１０内にバッフル板等の部材を設けて、換気を行き渡らせるような構成にしてもよい。要するに、本実施形態の吸排気装置であれば、仮に空気より比重の軽い可燃性ガスが漏洩した場合においても、本体１０の内部で澱むことなく換気排出が可能である。さらに、排気ファン１６による吸引換気により、常に本体１０の内部は、外部より若干低い圧力に保たれる。従って、仮に可燃性ガス等が漏洩した場合においても、本体１０の周囲、即ち屋内に可燃性ガス等が漏えいすることなく、混合ボックス１７及び２重管ダクト１１の内管１１ａにより、排気１１７は屋外に放出されることになる。

また、２重管ダクト１１の内管１１ａを流れる排気１１７により、外管１１ｂを流れる吸気１１０が暖められる。従って、大気温度が氷点以下となる寒冷時においても、２重管ダクト１１)内で吸気１１０が暖められることにより、本体１０内に流入した時点では、空気は凍結を生じる温度以上に上昇している可能性が高い。

以上のように本実施形態に関するパッケージ型燃料電池発電装置では、１組の２重管ダクト１１を使用する吸排気装置により、本体１０の内部の吸排気を確実に行うことができる。従って、特に多数のダクトを使用する複雑なダクト構成を扶養にすることができるため、パッケージ型燃料電池発電装置を屋内に設置する場合に、吸排気装置の設置に伴う大きな設置スペースと煩雑な設置作業を不要にすることができる。

さらに、外気温度が氷点以下になる寒冷時においても、本体１０の内部に供給する空気の温度を上昇させることが可能であるため、低温の空気に対する対策などを不要にすることができる。

また、換気下降ダクト１５により本体１０の下部の任意の場所から換気（１１６）を吹き出す構造であるため、本体１０の内部での各種機器の配置自由度が相対的に緩和することが可能となる。

更にまた、２重管ダクトの内管１１ａは、導電性材料からなり、電気的に接地されている構成である。このため、内管１１ａでの排気１１７の通過及び外管１１ｂでの空気１１０の通過による摩擦で生じる静電気が、２重管ダクト１１に蓄積されるような事態を回避できる。これにより、静電気に起因する火花が、特に内管１１ａ内で発生することを未然に防止することができる。このような構成により、例えば燃料電池発電装置の緊急停止時などに、可燃性ガスが排気によりパージされるような運転時に、静電気に起因する着火の発生を未然に防止することが可能となる。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に関するパッケージ型燃料電池発電装置の吸排気装置の構成を説明するための図である。なお、第１の実施形態と同様の構成要素については、図１と同一符号を付して説明を省略する。また、システムの構成は、図２に示すものと同様であるため説明を省略する。

本実施形態の吸排気装置では、図３に示すように、２重管ダクト１１の内管１１ａと外管１１ｂで構成される吸排気流路の屋外用大気開口部が保守の容易な場所に設置されている。また、特に外管１１ｂに接続された開口部には、粗塵用空気フィルタ３０が設けられている。

即ち、屋外から導入される空気１１０は、粗塵用空気フィルタ３０により粗塵が除去されて、一部がシステム空気としてシステム空気ダクト１４に分岐される。システム空気ダクト１４からの空気は、前述したように、空気フィルタ１３により微細な粉塵が除去されて、さらにブロワ２８により燃料処理装置２０及び燃料電池本体２１に供給される。

また、本実施形態の吸排気装置では、２重管ダクト１１の内管１１ａは、外管１１ｂに接続された開口部とは異なる方向の屋外用大気開口部を有するダクト１１ｃに接続されている。このダクト１１ｃは、例えば内管１１ａとは直交する方向に設けられて、内管１１ａを通過する排気１１７を、屋外用大気開口部を介して屋外に放出する。

（作用効果）
本実施形態の吸排気装置であれば、屋外から導入される空気１１０は、粗塵用空気フィルタ３０により、大気中の粉塵の大部分を占める粗大粒子などが除去された後に、システム空気ダクト１４に送られる。システム空気ダクト１４を通過する空気は、さらに空気フィルタ１３により微細な粉塵が除去されて、本体１０の内部に供給される。従って、システムで消費される空気として、清浄度の高い空気を供給することができる。

なお、空気フィルタ１３は、細かな粉塵を取り除く高性能フィルタ、具体的には空気中の不純物を取り除く活性炭あるいは化学吸着フィルタ、あるいはそれらを組み合わせたフィルタであることが好ましい。

また、粗塵用空気フィルタ３０を２重管ダクト１１の保守性の良い場所に設置することにより、本体１０の内部を開放することなく、粗塵用空気フィルタ３０の交換などの保守作業が容易となる。

（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態に関するパッケージ型燃料電池発電装置の吸排気装置の構成を説明するための図である。なお、第１の実施形態と同様の構成要素については、図１と同一符号を付して説明を省略する。また、システムの構成は、図２に示すものと同様であるため説明を省略する。

本実施形態のパッケージ型燃料電池発電装置は、図４（又は図２）に示すように、本体１０（可燃性ガスを取り扱う燃料室）と、火花源と成り得る電気接点を有する機器を設置する電気設備部２７（電気室）とを隔壁２５により区分された構成である。

このような構成のパッケージ型燃料電池発電装置において、本実施形態の吸排気装置は、図４に示すように、建屋壁２００を貫通する２重管ダクト１１により負圧換気する本体１０側の装置と、電気設備部２７に設置されて、室内空気により加圧換気する装置とに区分される。

（作用効果）
本実施形態の吸排気装置において、本体１０側の装置は、図１に示す第１の実施形態と同様である。一方、電気設備部２７に設置された吸排気装置は、換気ファン２６により空気１１１ａを導入して排気１１１ｂする加圧換気を行う。従って、本体１０と接する隔壁２５では、常に電気設備部２７側が本体１０（燃料室）より若干高い圧力に保たれる。このため、万一本体１０の内部で可燃性ガスの漏洩が生じた場合においても、電気設備部２７側に、可燃性ガスが漏洩するような事態を防止できる。

以上要するに本実施形態の吸排気装置によれば、換気の必要な区分の中で本体１０側の換気を屋外空気１１０で実行し、火花源となりうる機器を納めた電気設備部２７（電気室）に対しては屋内空気による加圧換気を行う。これにより、ダクト構成を複雑化することなく、火花源となりうる機器を納めた電気設備部２７（電気室）に対する可燃性ガスの漏洩を回避できる。従って、可燃性ガスを取り扱う本体１０と、隔壁２５を介して隣接している電気設備部２７（電気室）に対する安全性を高めることが可能となる。

（第４の実施形態）
図５は、第４の実施形態に関するパッケージ型燃料電池発電装置の吸排気装置の構成を説明するための図である。なお、第１の実施形態と同様の構成要素については、図１と同一符号を付して説明を省略する。また、システムの構成は、図２に示すものと同様であるため説明を省略する。

本実施形態の吸排気装置において、本体１０の内部で各種機器を支持する構造部材の中で、上下に配置する支持構造部材の一部に中空構造の部材を使用し、当該中空構造の支持部材を換気下降ダクト１５として使用する構成である。

なお、図５において、混合ボックス１７は、ダクト１９を介して、燃料処理装置２０及び燃料電池本体２１などの内部機器５０から放出されるシステム排気１１５と、排気ファン１６による換気排気（空気１１６）とを混合する。また、内部機器５０は、支持構造部材を兼用する換気下降ダクト１５に取り付けられた支持部材５１により支持されている。

（作用効果）
以上本実施形態の吸排気装置であれば、２重管ダクト１１の外管１１ｂにより導入された空気１１０は、本体１０の内部で支持構造部材を兼用する換気下降ダクト１５により、本体１０の下部へ導かれて、吹き出し口１５ａより本体１０の内部の換気に使用される。

支持構造部材を兼用して換気下降ダクト１５を構成することにより、換気用専用のダクトを設置する必要がないため、特に本体１０の内部でのダクト構成のコンパクト化が可能となる。従って、パッケージ型燃料電池発電装置の本体１０の小型化を図ることが容易となる。

（第５の実施形態）
図６は、第５の実施形態に関するパッケージ型燃料電池発電装置の吸排気装置の構成を説明するための図である。なお、第１及び第２の実施形態と同様の構成要素については、図１及び図３と同一符号を付して説明を省略する。また、システムの構成は、図２に示すものと同様であるため説明を省略する。

本実施形態の吸排気装置は、図６に示すように、２重管ダクト１１の内管１１ａの内面または外面、あるいは両側に、伝熱を促進する伝熱促進体６０を設けた構造である。また、２重管ダクト１１の外管１１ｂの内面または外面のいずれか、あるいは両側に、断熱性能と吸音性能を有する素材６１を設けた構造である。

（作用効果）
本実施形態の吸排気装置では、２重管ダクト１１の外管１１ｂにより、屋外の空気１１０が導入されて、システム空気ダクト１４及び換気下降ダクト１５により、本体１０の内部に供給される。

一方、２重管ダクト１１の内管１１ａは、本体１０の内部からの排気１１７が屋外に向けて通過している。ここで、本体１０の排気１１７の温度は、図２に示すような熱管理利用設備２３により調整されて、通常では、３０℃〜６０℃程度である。

２重管ダクト１１の内管１１ａでは、当該排気１１７とその壁面の外側を通過する空気１１０との間で熱交換が行なわれる。この場合、本実施形態では、内管１１ａには伝熱を促進する伝熱促進体６０が設けられているため、排気１１７と吸気１１０との熱交換が促進されることになる。従って、本体１０から排気１１７により捨てられる熱を、吸入する空気１１０により効率よく回収することが可能となる。

一方、２重管ダクト１１の外管１１ｂには、断熱性能を有する素材６１が設けられている。このため、排気１１７により暖められた空気１１０は、外気により冷却されることなく、本体１０の内部に送られる。また、吸音性能を有する素材６１により、２重管ダクト１１を通って放出される本体１０内部を音源とする騒音は、屋外に至るまでに減衰させることが可能となる。

以上要するに本実施形態の吸排気装置であれば、本体１０からの排気１１７により捨てられる熱を効率よく回収することができる。また、寒冷時で大気温度が低い場合においても、２重管ダクト１１に設けられた素材６１による断熱効果により、外気により冷却で燃料電池発電装置の運転性能が低下するのを防止することができる。

さらに、２重管ダクト１１に設けられた素材６１による吸音効果により、本体１０の内部に設けられたファンやブロワなどを音源とする騒音を、低減することが可能となる。従って、特に屋内に設置される発電装置として、静粛性に優れたパッケージ型燃料電池発電装置を提供することが可能となる。

（第６の実施形態）
図７は、第６の実施形態に関するパッケージ型燃料電池発電装置の吸排気装置の構成を説明するための図である。なお、第１の実施形態と同様の構成要素については、図１と同一符号を付して説明を省略する。また、システムの構成は、図２に示すものと同様であるため説明を省略する。

本実施形態の吸排気装置は、図７に示すように、混合ボックス１７の下部に設けられたドレン管７０及び水タンク１８を有する構成である。ドレン管７０は、水タンク１８と、混合ボックス１７とを接続し、後述する凝縮した水を混合ボックス１７から水タンク１８に送り出す配管部材である。

なお、混合ボックス１７に内管１１ａが接続される２重管ダクト１１は、屋外に向けて上り勾配になるように設置される。

（作用効果）
一般的に、パッケージ型燃料電池発電装置において、本体１０の燃料処理装置２０及び燃料電池本体２１から排気されるシステム排気１１５には、多量の水蒸気が含まれている。混合ボックス１７では、換気ファン１６により送り出される換気１１６との混合により、システム排気１１５に含まれる水蒸気分圧が低下する。しかし、換気１１６の温度が低い場合には、水蒸気分が凝縮して、混合ボックス１７の下部に溜まる。

一方、２重管ダクト１１の内管１１ａを流れる混合排気１１７は、内管１１ａの内壁を通じて吸入される空気に冷却されるため水蒸気分が壁面に凝縮する。この内管１１ａの壁面に凝縮した水分は、ダクト１１の勾配により、混合ボックス１７に向かって流下する。

従って、凝縮した水分（凝縮水）は、全て混合ボックス１７に集められて、さらにドレン管７０を通じて水タンク７１に貯められる。この水タンク７１に回収された凝縮水は、発電本体１０での発電に使用することも可能である。不要な場合は、水タンク７１の上部座より本体１０の外部へ排水するように構成される。

なお、水タンク７１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１０の内部に逆流することを防止できる。また、水タンク７１の凝縮水を再使用しない場合は、タンク７１は、小容量のものでよい。

以上要するに本実施形態の吸排気装置であれば、システム排気１１５に含まれる水蒸気による凝縮水を、本体１０に回収して再利用することが可能となる。また、通常では、凝縮水を２重管ダクト１１の屋外開口部で処理する必要があるが、このような処理を不要にすることができる。

（第７の実施形態）
図８及び図９は、第７の実施形態に関するパッケージ型燃料電池発電装置の吸排気装置の構成を説明するための図である。なお、第１及び第２の実施形態と同様の構成要素については、図１及び図３と同一符号を付して説明を省略する。また、システムの構成は、図２に示すものと同様であるため説明を省略する。

本実施形態の吸排気装置は、図８に示すように、外観的には、図３に示す第２の実施形態と同様であり、混合ボックス１７に接続された２重管ダクト１１を構成する内管１１ａ、外管１１ｂ、及びダクト１１ｃを有する。さらに、吸排気装置は、２重管ダクト１１に接続されたシステム空気ダクト１４及び換気下降ダクト１５を有する。

２重管ダクト１１は、図９（Ａ）に示すように、内管１１ａ及びダクト１１ｃに接続された排気フード９０と、及び外管に接続された吸気フード９１を有する。この排気フード９０と吸気フード９１は、図９（Ｂ）に示すように、本体１０のエンクロージャに固定されている。排気フード９０の吹き出し口は、吸気フード９１の吸込み口と異なる方向に向けて設置される。

なお、例えば豪雪地区にて本体１０のエンクロージャ高さを上回る積雪が想定される場合には、十分な高さまで２重管ダクト１１を上方に延長して、排気フード９０と吸気フード９１を設置することが好ましい。

（作用効果）
本実施形態の吸排気装置であれば、異なる方向に開口した排気フード９０と吸気フード９１により、排気１１７が吸気に回り込み、再度吸い込まれるような事態を防止することができる。吸気フード９１の開口部から導入される空気１１０は、２重管ダクト構造の吸排気系を介して本体１０の内部に設けられたシステム空気ダクト１４及び換気下降ダクト１５システムへ送られる。

本実施形態の吸排気装置では、２重管ダクト１１に設けられた吸排気口が１箇所だけであり、しかも本体１０の上部に設置されることから、耐候性の高い燃料電池発電装置を構成することができる。従来の屋外用燃料電池発電装置では、本体の下部に吸気口が設定されているため、特に積雪による閉塞状態が発生することがある。これに対して、本実施形態では、吸排気口を本体１０の上部に設置することが可能となったため、積雪量の影響を受けない吸排気が可能となる。

また、２重管ダクト構造により、吸排気系を本体１０の１箇所に集合することが可能となるため、本体１０の開口部を減少させて、特に騒音の遮蔽が容易になった。また、騒音源である換気ファン１６とブロワ２８の騒音を、２重管ダクト１１の１箇所で減衰処理することで低騒音化が可能となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に関するパッケージ型燃料電池発電装置の吸排気装置の構成を説明するための図。 本実施形態に関するパッケージ型燃料電池発電装置のシステム構成を説明するための図。 第２の実施形態に関するパッケージ型燃料電池発電装置の吸排気装置の構成を説明するための図。 第３の実施形態に関するパッケージ型燃料電池発電装置の吸排気装置の構成を説明するための図。 第４の実施形態に関するパッケージ型燃料電池発電装置の吸排気装置の構成を説明するための図。 第５の実施形態に関するパッケージ型燃料電池発電装置の吸排気装置の構成を説明するための図。 第６の実施形態に関するパッケージ型燃料電池発電装置の吸排気装置の構成を説明するための図。 第７の実施形態に関するパッケージ型燃料電池発電装置の吸排気装置の構成を説明するための図。 第７の実施形態に関する吸排気装置の部分的構成を説明するための図。

符号の説明

１０…発電装置本体（本体）、１１…２重管ダクト、１１ａ…内管、１１ｂ…外管、
１２…ダクト接続部、１３…空気フィルタ、１４…システム空気ダクト、
１５…換気下降ダクト、１６…排気ファン、１７…混合ボックス、１８…ガス検知器、
２０…燃料処理装置、２０ａ…燃焼器、２１…燃料電池本体、２２…電力調整装置、
２３…熱管理利用設備、２４…制御装置、２５…隔壁、２６…換気ファン、
２７…電気設備部、２８…ブロア、２１０…空気極、２１１…燃料極。

Claims (15)

1. 炭化水素系燃料から水素リッチガスを使用して発電する燃料電池発電装置において、
   前記水素リッチガスを生成する燃料処理装置と発電用装置とを含む本体と、
   前記本体に設けられて、外部との空気の吸排気を行うための吸排気装置とを有し、
   前記吸排気装置は、
   外部から空気を導入する外管ダクト部材、及び前記本体から排気される空気を外部に放出する内管ダクト部材を有し、
   前記外管ダクト部材と前記内管ダクト部材とが一体的に結合された２重管ダクト構造から構成されていることを特徴とする燃料電池発電装置。
2. 前記吸排気装置は、
   前記外管ダクト部材から空気を導入し、前記内管ダクト部材から空気を放出する空気の環状流路を構成することを特徴とする請求項１項に記載の燃料電池発電装置。
3. 前記吸排気装置は、
   前記外管ダクト部材を介して導入された空気を、前記本体で消費する空気と前記本体内の換気用空気に分岐するための分岐用ダクト部材を含むことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
4. 前記吸排気装置は、
   前記外管ダクト部材を介して導入された空気を前記本体で消費した後の排気用空気と、前記本体内の換気用空気とを混合して、前記内管ダクト部材に送出する混合装置を含むことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
5. 前記吸排気装置は、
   前記外管ダクト部材を介して導入された空気を、前記本体で消費する空気と前記本体内の換気用空気に分岐するための分岐用ダクト部材と、
   前記本体で消費した後の排気用空気と前記換気用空気とを混合して、前記内管ダクト部材に送出する混合装置とを有することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
6. 前記吸排気装置は、
   前記分岐用ダクト部材により分岐された空気の一方を、前記本体で消費する空気として前記燃料処理装置または前記発電用装置に供給するための空気供給手段を含むことを特徴とする請求項３又は請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
7. 前記分岐用ダクト部材により分岐された空気の一方で、前記本体で消費される空気を濾過するためのフィルタ部材を有することを特徴とする請求項３、請求項５、請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
8. 前記外管ダクト部材には、外部から導入する空気を濾過するためのフィルタ部材が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
9. 前記本体と隔壁により区分されて、前記発電用装置により発電された電力を制御するため電力設備を有する電力設備部を有し、
   前記電力設備部には、前記吸排気装置とは独立した換気用装置が設置されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
10. 前記分岐用ダクト部材は、前記本体に設けられる中空構造の支持部材をダクト部材として使用して、前記換気用空気を前記本体内に放出させる構造であることを特徴とする請求項３又は請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
11. 前記吸排気装置は、
    前記外管ダクト部材または前記内管ダクト部材の一方あるいは両方に、吸排気される空気間の熱移動を促進するための拡大伝熱面あるいは乱流促進体が設けられた構造であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
12. 前記混合装置に接続されて、前記混合装置に発生する凝縮水を回収するための配管を有することを特徴とする請求項４から請求項１１のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
13. 前記外管ダクト部材と前記内管ダクト部材において、前記外管ダクト部材に設けられた空気の導入用開口部と、前記内管ダクト部材に設けられた空気の放出用開口部の方向がそれぞれ異なる方向に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
14. 前記内管ダクト部材は、導電性を有する材料で構成されて、かつ接地されていることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
15. 燃料電池発電装置に適用する吸排気装置であって、
    外部から前記燃料電池発電装置の内部に空気を導入する外管ダクト部材と、
    前記燃料電池発電装置の内部から排気される空気を外部に放出する内管ダクト部材とを有し、
    前記外管ダクト部材と前記内管ダクト部材とが一体的に結合された２重管ダクト構造で、前記燃料電池発電装置での空気の環状流路を構成することを特徴とする吸排気装置。

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