特開 2022-167178 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022167178

(43)【公開日】2022-11-04

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20221027BHJP

   H01M 8/0444 20160101ALI20221027BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20221027BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20221027BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20221027BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 Z

H01M8/04 J

H01M8/0444

H01M8/04858

H01M8/10 101

H01M8/12 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021072787

(22)【出願日】2021-04-22

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】和田 梓

(72)【発明者】

【氏名】高橋 邦幸

(72)【発明者】

【氏名】福村 琢

【テーマコード（参考）】

5H126

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H126BB06

5H127AA03

5H127AA06

5H127AA07

5H127AC02

5H127BA02

5H127BA07

5H127BA33

5H127BA39

5H127BB02

5H127BB12

5H127BB18

5H127BB37

5H127DB04

5H127DC45

5H127DC88

5H127EE02

5H127EE25

(57)【要約】

【課題】アノードオフガスに含まれる規定値以上の水素ガスがシステムから外部に排出されることを防止する燃料電池システムを提供する。
【解決手段】定置用燃料電池システムであって、水素を含む燃料ガスにより発電する燃料電池スタックと、希釈用空気を供給する送風機と、を備え、前記燃料電池スタックのカソードから排出されるカソードオフガスと、前記燃料電池スタックのアノードから排出される水素を含むアノードオフガスとを、前記希釈用空気で希釈した希釈ガスを外部に排出する燃料電池システム。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

定置用燃料電池システムであって、
水素を含む燃料ガスにより発電する燃料電池スタックと、
希釈用空気を供給する送風機と、
を備え、
前記燃料電池スタックのカソードから排出されるカソードオフガスと、前記燃料電池スタックのアノードから排出される水素を含むアノードオフガスとを、前記希釈用空気で希釈した希釈ガスを外部に排出する、
燃料電池システム。

【請求項2】

前記希釈ガスの水素濃度が、基準値以下になるように希釈する、
請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

前記燃料ガスの水素濃度の変動に追従して、発電量を変動させる、
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の燃料電池システム。

【請求項4】

前記アノードオフガスは、すべて外部に排出される、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項5】

前記燃料電池スタックは、リン酸形燃料電池である、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項6】

前記希釈ガスのリン酸濃度が、基準値以下になるように希釈する、
請求項５に記載の燃料電池システム。

【請求項7】

筐体を更に備え、
前記送風機は、前記筐体の内部の換気をする、
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項8】

停電時に自立運転可能である、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項9】

前記アノードオフガスと前記カソードオフガスとを混合後に、前記希釈用空気により混合した前記アノードオフガス及び前記カソードオフガスを希釈する、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項10】

前記アノードオフガスと前記カソードオフガスとを混合後に、前記希釈用空気により混合した前記アノードオフガス及び前記カソードオフガスを希釈し排気配管を通って排出する、
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項11】

アノードオフガスとカソードオフガスの合流部に、逆火防止装置を備える、
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項12】

吸気口を更に備え、
前記吸気口と、前記希釈ガスを排出する排気口とは、同じ向きに設けられる、
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項13】

前記カソードオフガスと、前記アノードオフガスとを、前記希釈用空気で希釈した希釈ガス中の水分が凝縮した凝縮水を回収し、中和してから排水する、
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項14】

前記カソードオフガスと、前記アノードオフガスとを、前記希釈用空気で希釈した希釈ガス中の水分が接液する部材を耐食性の高い樹脂材又はコーティング剤を塗布した材料とする、
請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【請求項15】

前記カソードオフガスと、前記アノードオフガスとを、前記希釈用空気で希釈した希釈ガスが流れる流路において、静電気の発生を抑える帯電防止機能を付与する、
請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料ガス及び酸化剤ガスが持つ化学エネルギーを電気化学反応により直接電気エネルギーへ変換する燃料電池が知られている。燃料電池は、使用される電解質の種類に応じて区分される。例えば、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ：Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ：Ｍｏｌｔｅｎ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）及び固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）など種々タイプの燃料電池が知られている。

【0003】

特許文献１には、アノードオフガスを排気するための排気排水配管をカソードオフガス排出配管に接続し、排気排水配管とカソードオフガス排出配管との合流部に、ラジエータファンによって送風された空気を取り込む燃料電池システムが開示されている。

【0004】

特許文献２には、燃料電池スタックから排出されたアノードオフガスおよびカソードオフガスを混合希釈して排気する希釈器を備える燃料電池システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２－０４３６７９号公報

【特許文献2】特開２００９－１２３５８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

燃料電池のアノード側から燃料電池スタックにおいて消費されなかった水素が排出される。燃料電池システムから外部に排出されるアノードオフガスを含む排気ガスにおいて、当該排気ガスに含まれる水素の濃度を規定より低くすることが求められる。

【0007】

本開示は、アノードオフガスに含まれる規定値以上の水素ガスがシステムから外部に排出されることを防止する燃料電池システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一の態様によれば、定置用燃料電池システムであって、水素を含む燃料ガスにより発電する燃料電池スタックと、希釈用空気を供給する送風機と、を備え、前記燃料電池スタックのカソードから排出されるカソードオフガスと、前記燃料電池スタックのアノードから排出される水素を含むアノードオフガスとを、前記希釈用空気で希釈した希釈ガスを外部に排出する燃料電池システムを提供する。

【発明の効果】

【0009】

本開示の燃料電池システムによれば、アノードオフガスに含まれる規定値以上の水素ガスがシステムから外部に排出されることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本実施形態に係る燃料電池システムの斜視図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成を示す図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る燃料電池システムの排気を説明する図（その１）である。

【図4】図４は、本実施形態に係る燃料電池システムの排気を説明する図（その２）である。

【図5】図５は、本実施形態に係る燃料電池システムの排気を説明する図（その３）である。

【図6】図６は、本実施形態に係る燃料電池システムの排気を説明する図（その４）である。

【図7】図７は、本実施形態に係る燃料電池システムの排気を説明する図（その５）である。

【図8】図８は、本実施形態に係る燃料電池システムの排気を説明する図（その６）である。

【図9】図９は、本実施形態に係る燃料電池システムの排気を説明する図（その７）である。

【図10】図１０は、本実施形態に係る燃料電池システムの排気を説明する図（その８）である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の各実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態に係る明細書及び図面の記載に関して、実質的に同一の又は対応する機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する場合がある。また、理解を容易にするために、図面における各部の縮尺は、実際とは異なる場合がある。

【0012】

平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、実施形態の効果を損なわない程度のずれが許容される。角部の形状は、直角に限られず、弓状に丸みを帯びてもよい。平行、直角、直交、水平、垂直には、略平行、略直角、略直交、略水平、略垂直が含まれてもよい。

【0013】

＜燃料電池システム１＞
図１は、本実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム１の斜視図である。

【0014】

燃料電池システム１は、系統連系する燃料電池システムである。燃料電池システム１は、停電時に自立運転可能になっている。また、燃料電池システム１は、設備等に常設して固定して使用される定置用燃料電池システムである。

【0015】

燃料電池システム１は、筐体２を備える。筐体２は、側面部２Ａ、側面部２Ｂ、側面部２Ｃ及び側面部２Ｄと、上面部２Ｅと、底面部２Ｆと、を有する。燃料電池システム１は、筐体２の内部に、燃料電池ユニット１０と、電気ユニット２０と、補機ユニット３０と、を備える。

【0016】

燃料電池ユニット１０は、原燃料として水素を用いて、水素と空気中の酸素を反応させて電気を発生する燃料電池である。燃料電池ユニット１０は、例えば、後述する燃料電池スタック１１を備える。

【0017】

電気ユニット２０は、燃料電池ユニット１０を制御するユニットである。電気ユニット２０は、例えば、後述するインバータ２１を備える。

【0018】

補機ユニット３０は、燃料電池ユニット１０に水素と酸素を供給したり、燃料電池ユニット１０からの排気を処理したり、燃料電池ユニット１０の発熱を冷却して排熱したりするための配管を備える。補機ユニット３０は、例えば、後述する燃料ガス供給配管３１Ａ、アノードオフガス排出配管３２Ａ、空気供給配管３１Ｃ及びカソードオフガス排出配管３２Ｃ等を備える。

【0019】

燃料電池システム１は、筐体２の側面部、例えば、側面部２Ａに吸気口３を有する。また、燃料電池システム１は、上面部２Ｅに、装置内換気ファン４と、装置内換気ファン４からの排気が通るダクト５と、を備える。吸気口３から吸気された空気は、筐体２の内部を通過して、装置内換気ファン４から排出される。装置内換気ファン４により、筐体２の内部が換気される。筐体２の内部を換気することにより、筐体２の内部の温度を調整できる。また、筐体２の内部を換気することにより、可燃性ガス（水素）が装置内に漏れた場合でも、爆発下限界以下の環境をつくり、筐体２の内部の爆発を防止できる（防爆）。

【0020】

筐体２の内部を装置内換気ファン４により換気する際には、装置内換気ファン４による風量を、例えば、吸い込み温度を最高温度（例えば、夏場４０℃）と想定した場合、燃料電池システム１の装置温度上限（例えば、６０℃）以下となる、冷却風量とする。

【0021】

また、筐体２の内部を装置内換気ファン４により換気する際には、装置内換気ファン４による風量を、例えば、プロセス工程において可燃性ガス漏えい時の換気希釈に必要な風量（例えば、水素の爆発下限界の１／４（＝１％）以下）とする。

【0022】

＜燃料電池システム１のシステム構成＞
図２は、本実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム１のシステム構成を示す図である。

【0023】

燃料電池システム１は、燃料電池スタック１１を備える。燃料電池スタック１１は、アノード１１Ａと、カソード１１Ｃと、電解質層１１Ｂと、を備える。燃料電池スタック１１は、電解質層１１Ｂにおける電解質層としてリン酸を用いるリン酸形燃料電池である。アノード１１Ａに供給される燃料ガスとカソード１１Ｃに供給される空気とを電解質層１１Ｂで反応させて発電する。

【0024】

アノード１１Ａには、燃料ガス供給配管３１Ａから水素を含む燃料ガスが供給される。燃料ガス供給配管３１Ａには、例えば、工場、製造施設等から副生される水素を含む燃料ガスが供給される。燃料ガス供給配管３１Ａに供給される燃料ガスの水素の流量は、供給元の工場、製造設備等の稼働状態によって変動する。したがって、燃料電池システム１の発電量は、燃料ガスの水素流量に追従して変動する。また燃料ガスは、工場、製造施設等から副生される水素だけでなく、再生可能エネルギー由来で、流量が変動する水素を含んでもよい。

【0025】

燃料電池スタック１１で発電して、アノード１１Ａにおいて水素が消費された燃料ガス（アノードオフガス）は、アノードオフガス排出配管３２Ａから排出される。アノードオフガスには、未消費水素を含み、アノード１１Ａから排出されたアノードオフガスは、すべて燃料電池システム１の外部に排出される。すなわち、燃料電池システム１は、ワンパスのシステムである。

【0026】

カソード１１Ｃには、空気供給配管３１Ｃから酸素を含む空気が供給される。空気供給配管３１Ｃには、図示しないブロアやファン、コンプレッサ等により空気が供給される。

【0027】

燃料電池スタック１１で発電して、カソード１１Ｃにおいて酸素が消費された空気（カソードオフガス）は、カソードオフガス排出配管３２Ｃから排出される。

【0028】

アノードオフガス排出配管３２Ａとカソードオフガス排出配管３２Ｃは、逆火を防止する逆火防止装置３８を介して合流配管３３に接続する。すなわち、燃料電池システム１は、アノードオフガスとカソードオフガスの合流部に、逆火防止装置３８を備える。なお、逆火防止装置３８は省略してもよい。

【0029】

燃料電池システム１は、空気を供給する送風機４０を備える。送風機４０から供給された希釈用空気は、希釈用空気供給配管３４を介して供給される。合流配管３３と希釈用空気供給配管３４とは合流して、合流配管３３の混合ガスと希釈用空気供給配管３４の希釈用空気とは混合される。合流配管３３の混合ガスと希釈用空気供給配管３４の希釈用空気とは混合されることにより、合流配管３３の混合ガス、すなわち、混合したカソードオフガスとアノードオフガス、を希釈する。

【0030】

送風機４０は、例えば、図１の装置内換気ファン４のように、筐体２の内部の空気を排気するファン又はブロアでもよい。また、送風機４０は、筐体２の内部の空気を取り込んで希釈用空気供給配管３４に供給するファン又はブロアでもよい。送風機４０は、カソードオフガスとアノードオフガスの流量から、適切な希釈流量に調整する機能を有してもよい。送風機４０は、適切な希釈流量へ調整することで、燃料電池システム１の消費電力を抑えることができ、省エネルギー効果を期待することができる。

【0031】

合流配管３３の混合ガス、すなわち、混合したカソードオフガスとアノードオフガス、を希釈した希釈ガスは、排気配管３５を経由して燃料電池システム１の外部に排気される。

【0032】

燃料電池システム１は、合流配管３３の混合ガス、すなわち、混合したカソードオフガスとアノードオフガス、を希釈した希釈ガスの水素濃度が、定められた基準値以下になるように、混合したカソードオフガスとアノードオフガスを希釈する。具体的には、燃料電池システム１は、合流配管３３の混合ガスを希釈した希釈ガスの水素濃度が、定められた基準値以下になるように希釈用空気を送風機４０から供給する。当該水素濃度の基準値は、例えば、１％である。

【0033】

また、電解質層１１Ｂで用いられるリン酸が、カソードオフガスとアノードオフガスに含まれる。本実施形態に係る燃料電池システム１は、希釈用空気で希釈することにより、希釈ガスのリン酸濃度は、定められた基準値以下になるように希釈する。当該リン酸濃度の基準は、例えば、標準状態における１立方メートルあたりの質量が１時間あたり１ｍｇ以下である。

【0034】

燃料電池スタック１１で発電した電力Ｐ１は、インバータ２１で電力Ｐ２に変換して、外部に出力される。

【0035】

本実施形態に係る燃料電池システム１の具体的な排気について説明する。

【0036】

＜燃料電池システムの排気（その１）＞
図３は、本実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム１０１の排気を説明する図である。

【0037】

燃料電池システム１０１は、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを混合して、更に、送風機４０からの希釈用空気ＧＲで希釈して、希釈ガスＧＭを煙突５０から排出する。すなわち、燃料電池システム１０１は、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを混合後に、希釈用空気ＧＲで希釈して外部に排気する。

【0038】

燃料電池システム１０１は、アノードオフガス排出配管３２Ａを流れるアノードオフガスＧＡと、カソードオフガス排出配管３２Ｃを流れるカソードオフガスＧＣを混合して合流配管３３に流す。そして、燃料電池システム１０１は、混合したアノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを、希釈用空気供給配管３４を流れる希釈用空気ＧＲと混合して、排気配管３５に排出する。排出された希釈ガスＧＭは、煙突５０から外部に排出する。

【0039】

燃料電池システム１０１は、側面部２Ｃから上に延びる煙突５０を備える。煙突５０は、上面部２Ｅより高い位置から希釈ガスＧＭが排気されるように設けられる。

【0040】

なお、燃料電池システム１０１は、煙突５０で析出する凝縮水を中和する中和器６０を備えてもよい。

【0041】

また、煙突５０は、側面部２Ｃに設けられているが、煙突５０の位置は、側面部２Ｃに限らず適宜変更してもよい。以下の燃料電池システムにおいても、側面部２Ｃを例に記載しているが、排気口の位置は、側面部２Ｃに限らず、適宜別の側面部に設けてもよい。

【0042】

＜燃料電池システムの排気（その２）＞
図４は、本実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム１０２の排気を説明する図である。

【0043】

燃料電池システム１０２は、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを混合して、更に、送風機４０からの希釈用空気ＧＲで希釈して、希釈ガスＧＭをダクト５１の排気口５１Ａから排出する。すなわち、燃料電池システム１０２は、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを混合後に、希釈用空気ＧＲで希釈して外部に排気する。燃料電池システム１０２は、ダクト５１を備える。ダクト５１は、上面部２Ｅに設けられる。ダクト５１の排気口５１Ａは、側面部２Ｃ側に設けられる。

【0044】

燃料電池システム１０２は、アノードオフガス排出配管３２Ａを流れるアノードオフガスＧＡと、カソードオフガス排出配管３２Ｃを流れるカソードオフガスＧＣを混合して合流配管３３に流す。そして、燃料電池システム１０２は、混合したアノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを、ダクト５１を流れる希釈用空気ＧＲと混合して、排気口５１Ａから外部に希釈ガスＧＭとして排出する。

【0045】

＜燃料電池システムの排気（その３）＞
図５は、本実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム１０３の排気を説明する図である。

【0046】

燃料電池システム１０３は、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを混合して、更に、送風機４０からの希釈用空気ＧＲで希釈して、希釈ガスＧＭをダクト５１ａの排気口５１ａＡから排出する。すなわち、燃料電池システム１０３は、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを混合後に、希釈用空気ＧＲで希釈して外部に排気する。燃料電池システム１０３は、ダクト５１ａを備える。ダクト５１ａは、上面部２Ｅから側面部２Ｃにかけて設けられる。ダクト５１ａの排気口５１ａＡは、側面部２Ｃ側に設けられる。

【0047】

燃料電池システム１０３は、アノードオフガス排出配管３２Ａを流れるアノードオフガスＧＡと、カソードオフガス排出配管３２Ｃを流れるカソードオフガスＧＣを混合して合流配管３３に流す。そして、燃料電池システム１０３は、混合したアノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを、側面部２Ｃからダクト５１ａに排出してダクト５１ａを流れる希釈用空気ＧＲと混合して、希釈ガスＧＭにする。そして、燃料電池システム１０３は、希釈ガスＧＭを排気口５１ａＡから外部に排出する。

【0048】

なお、燃料電池システム１０３は、排気口５１ａＡで発生する凝縮水を受けるドレインパッド６５と、凝縮水を中和する中和器６０を備えてもよい。

【0049】

＜燃料電池システムの排気（その４）＞
図６は、本実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム１０４の排気を説明する図である。

【0050】

燃料電池システム１０４は、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを混合して、更に、送風機４０からの希釈用空気ＧＲで希釈して、希釈ガスＧＭを排気口５２から排出する。すなわち、燃料電池システム１０４は、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを混合後に、希釈用空気ＧＲで希釈して外部に排気する。燃料電池システム１０４は、排気口５２を備える。排気口５２は、上面部２Ｅに設けられる。

【0051】

燃料電池システム１０４は、アノードオフガス排出配管３２Ａを流れるアノードオフガスＧＡと、カソードオフガス排出配管３２Ｃを流れるカソードオフガスＧＣを混合して合流配管３３に流す。そして、燃料電池システム１０４は、混合したアノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを、排気口５２で希釈用空気ＧＲと混合して、希釈ガスＧＭにする。そして、燃料電池システム１０４は、希釈ガスＧＭを排気口５２から外部に排出する。

【0052】

なお、燃料電池システム１０４は、排気口５２の底部に設けられる送風機４０で析出する凝縮水を中和する中和器６０を備えてもよい。

【0053】

＜燃料電池システムの排気（その５）＞
図７は、本実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム１０５の排気を説明する図である。

【0054】

燃料電池システム１０５は、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣとを、送風機４０からの希釈用空気ＧＲと混合して希釈し、希釈ガスＧＭをダクト５３の排気口５３Ａから排出する。燃料電池システム１０５では、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣとを混合せずに、それぞれを希釈用空気ＧＲで希釈する。燃料電池システム１０５は、ダクト５３を備える。ダクト５３は、上面部２Ｅに設けられる。ダクト５３の排気口５３Ａは、側面部２Ｃ側に設けられる。

【0055】

燃料電池システム１０５は、アノードオフガス排出配管３２Ａを流れるアノードオフガスＧＡと、カソードオフガス排出配管３２Ｃを流れるカソードオフガスＧＣとを、それぞれダクト５３に流す。そして、燃料電池システム１０５は、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣとをダクト５３を流れる希釈用空気ＧＲと混合して、希釈ガスＧＭにする。そして、燃料電池システム１０５は、希釈ガスＧＭを排気口５３Ａから外部に排出する。

【0056】

なお、燃料電池システム１０５は、排気口５３Ａで析出する凝縮水を受けるドレインパッド６５と、凝縮水を中和する中和器６０を備えてもよい。

【0057】

＜燃料電池システムの排気（その６）＞
図８は、本実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム１０６の排気を説明する図である。

【0058】

燃料電池システム１０６は、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣとを、送風機４０からの希釈用空気ＧＲと混合して希釈し、希釈ガスＧＭをダクト５４の排気口５４Ａから排出する。燃料電池システム１０６では、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣとを混合せずに、それぞれを希釈用空気ＧＲで希釈する。燃料電池システム１０６は、筐体２の内部にダクト５４を備える。具体的には、ダクト５４は、上面部２Ｅから側面部２Ｃにかけて、筐体２の内部に設けられる。側面部２Ｃには、ダクト５４の排気口５４Ａが設けられる。

【0059】

燃料電池システム１０６は、アノードオフガス排出配管３２Ａを流れるアノードオフガスＧＡと、カソードオフガス排出配管３２Ｃを流れるカソードオフガスＧＣとを、それぞれダクト５４に流す。そして、燃料電池システム１０６は、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣとをダクト５４を流れる希釈用空気ＧＲと混合して、希釈ガスＧＭにする。そして、燃料電池システム１０５は、希釈ガスＧＭを排気口５４Ａから外部に排出する。

【0060】

なお、燃料電池システム１０６は、ダクト５４で発生する凝縮水を中和する中和器６０を備えてもよい。

【0061】

＜燃料電池システムの排気（その７）＞
図９は、本実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム１０７の排気を説明する図である。

【0062】

燃料電池システム１０７は、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを混合して、更に、送風機４０からの希釈用空気ＧＲで希釈して、希釈ガスＧＭを排気ダクト５５の排気口５５Ａから排出する。すなわち、燃料電池システム１０７は、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを混合後に、希釈用空気ＧＲで希釈して外部に排気する。燃料電池システム１０７は、排気ダクト５５を備える。排気ダクト５５は、上面部２Ｅの上部に設けられる。排気ダクト５５には、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣの混合ガスと、送風機４０の希釈用空気ＧＲとが、導入され混合される。

【0063】

燃料電池システム１０７は、アノードオフガス排出配管３２Ａを流れるアノードオフガスＧＡと、カソードオフガス排出配管３２Ｃを流れるカソードオフガスＧＣを混合して合流配管３３に流す。そして、燃料電池システム１０７は、混合したアノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを、排気ダクト５５で希釈用空気ＧＲと混合して、希釈ガスＧＭにする。そして、燃料電池システム１０７は、希釈ガスＧＭを排気口５１ａＡから外部に排出する。

【0064】

なお、燃料電池システム１０７は、排気ダクト５５で発生する凝縮水を中和する中和器６０を備えてもよい。

【0065】

＜燃料電池システムの排気（その８）＞
図１０は、本実施形態に係る燃料電池システムの一例である燃料電池システム１０８の排気を説明する図である。

【0066】

燃料電池システム１０８は、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを混合して、更に送風機４０からの希釈用空気ＧＲで希釈し、排気ダクト５６内で攪拌させたのち、排気口５６Ａから排出する。すなわち、燃料電池システム１０８は、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを混合後に、希釈用空気ＧＲで希釈して外部に排気する。

【0067】

燃料電池システム１０８は、排気ダクト５６を備える。排気ダクト５６は、排気口５６Ａを有する。なお、図１０では、排気口５６Ａは紙面手前側に開口している。図１０では、排気口５６Ａを開口部の交差する対角線で示す。排気ダクト５６の排気口５６Ａは、例えば、側面部２Ｂ向きに設けられる。

【0068】

例えば、筐体２は、側面部２Ｂに吸気口７０を備える。図１０では、吸気口７０は紙面手前側に開口している。図１０では、吸気口７０を開口部の交差する対角線で示す。

【0069】

吸気口７０と、排気口５６Ａとは、図１の吸気口３と、ダクト５の排気口のように、同じ向きに設けられる。吸気口と排気口を同じ向きに、すなわち、同じ面とすることで、強風による風圧の影響を除去できる。また、送風機４０と吸気口７０とは、図１の吸気口３及び装置内換気ファン４のように、筐体２の対角方向に設けられる。排気ダクト５６には、アノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣの混合ガスと、送風機４０の希釈用空気ＧＲとが、導入され混合される。

【0070】

燃料電池システム１０８は、アノードオフガス排出配管３２Ａを流れるアノードオフガスＧＡと、カソードオフガス排出配管３２Ｃを流れるカソードオフガスＧＣを混合して合流配管３３に流す。そして、燃料電池システムは、混合したアノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを、排気ダクトで希釈用空気ＧＲと混合して、希釈ガスＧＭにする。そして、燃料電池システムは、希釈ガスＧＭを排気口５６Ａから外部に排出する。

【0071】

希釈ガスＧＭは、排気口５６Ａから図１０の紙面に対して手前側に排出される。なお、図１０の紙面に対して手前側に排出されることを、図１０では、丸の中に黒丸印で表す。また、筐体２の外部から導入される空気ＧＩは、吸気口７０から図１０の紙面に対して奥側に導入される。なお、図１０の紙面に対して奥側に導入されることを、図１０では、丸の中にバツ印で表す。

【0072】

なお、燃料電池システム１０８は、排気口５６Ａで発生する凝縮水を受けるドレインパッド６６を設けてもよい。

【0073】

燃料電池システム１０８は、排気口５６Ａで発生し、ドレインパッド６６で受けた凝縮水を中和する中和器６０を備えてもよい。さらにアノードオフガスＧＡとカソードオフガスＧＣを混合する配管内にて、発生する可能性のある希釈ガス中の水分が凝縮した凝縮水を回収して、中和する中和器６０を通して排出（排水）してもよい。

【0074】

なお、希釈ガス中の水分が接液する部材は、耐食性の高い樹脂材又はコーティング剤を塗布した材料により形成してもよい。

【0075】

また、希釈用空気で希釈した希釈ガスＧＭが流れる流路において、静電気の発生を抑える帯電防止機能が付与されてもよい。

【0076】

＜作用・効果＞
本開示の燃料電池システムによれば、カソードオフガスと、アノードオフガスとを、希釈用空気で希釈して、希釈ガスとして外部に排出することにより、アノードオフガスに含まれる規定値以上の水素ガスがシステムから外部に排出されることを防止できる。

【0077】

例えば、燃料電池システムにおいて、カソードオフガスと、アノードオフガスとを混合させたカソードオフガスとアノードオフガスの混合ガスを排気した場合、当該混合ガスの水素濃度は約３％である。ＪＩＳ規格によると定置用燃料電池における水素の排気濃度は、１％以下にする必要がある。したがって、当該規格を満たさない。

【0078】

本実施形態に係る燃料電池システムでは、カソードオフガスとアノードオフガスとを更に希釈用空気により希釈して排気する。カソードオフガスとアノードオフガスとを更に希釈用空気により希釈して排気することにより、排気ガスの水素濃度を約０．５％に低減できる。ＪＩＳ規格によると定置用燃料電池における水素の排気濃度は、１％以下にする必要がある。したがって、当該規格を満たす。

【0079】

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【符号の説明】

【0080】

１、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８ 燃料電池システム
２ 筐体
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ 側面部
２Ｅ 上面部
２Ｆ 底面部
３ 吸気口
４ 装置内換気ファン
５ ダクト
１０ 燃料電池ユニット
１１ 燃料電池スタック
１１Ａ アノード
１１Ｂ 電解質層
１１Ｃ カソード
２０ 電気ユニット
２１ インバータ
３０ 補機ユニット
３１Ａ 燃料ガス供給配管
３１Ｃ 空気供給配管
３２Ａ アノードオフガス排出配管
３２Ｃ カソードオフガス排出配管
３３ 合流配管
３４ 希釈用空気供給配管
３５ 排気配管
３８ 逆火防止装置
４０ 送風機
５０ 煙突
５１、５１ａ、５３、５４ ダクト
５５、５６ 排気ダクト
５１Ａ、５１ａＡ、５２、５３Ａ、５４Ａ、５５Ａ、５６Ａ 排気口
６０ 中和器
６５ ドレインパッド
７０ 吸気口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】