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JP2007250311A - Anti-freeze-blocking and freeze-block releasing method as well as system of drain exhaust pipe in solid polymer fuel cell generator - Google Patents

Anti-freeze-blocking and freeze-block releasing method as well as system of drain exhaust pipe in solid polymer fuel cell generator Download PDF

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JP2007250311A
JP2007250311A JP2006070824A JP2006070824A JP2007250311A JP 2007250311 A JP2007250311 A JP 2007250311A JP 2006070824 A JP2006070824 A JP 2006070824A JP 2006070824 A JP2006070824 A JP 2006070824A JP 2007250311 A JP2007250311 A JP 2007250311A
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discharge pipe
fuel cell
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drain discharge
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JP2006070824A
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Hiroaki Ohara
宏明 大原
Hirofumi Kokubu
洋文 國分
Yasuaki Yamanaka
康朗 山中
Toshiya Matsuyama
俊哉 松山
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent blocking of a drain exhaust pipe due to freezing as well as to release its blocking due to freezing by melting it. <P>SOLUTION: An exhaust duct 51 is arranged at a lower part of a case 47 of the PEFC power generator so as to penetrate in an inside and outside directions, inside which, a part further toward a tip side than a right downstream position of a shutoff valve 50 in the case 47 of the drain exhaust pipe 48 and a part protruded outside of the case 47 are all housed. At end parts inside the case 47 of the exhaust duct 51, a general exhaust line 29 is connected for guiding a consolidated exhaust 28 made by mixing a combustion exhaust 23 exhausted from a combustion chamber of a reformer 6 of a fuel treatment device 5 and a cathode exhaust 25 of a solid polymer fuel cell 1. During a power generating operation and a warm-up operation of the PEFC power generator, consolidated exhaust 28 is made circulated inside the exhaust duct 5 to make heat retained by the general exhaust 28 carry out heating and warm-keeping of the drain exhaust pipe 48. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池発電装置を寒冷地等で使用する場合等に、運転中は該燃料電池発電装置より排出されるドレンが凍結してドレン排出管が閉塞される虞を未然に防止できるようにし、又、運転停止中に閉塞したドレン排出管内の氷結(凍結)を融解して閉塞を解除するための固体高分子型燃料電池発電装置のドレン排出管凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除方法並びに装置に関するものである。   In the present invention, when a fuel cell power generator using a polymer electrolyte fuel cell is used in a cold region, etc., the drain discharged from the fuel cell power generator is frozen during operation and the drain discharge pipe is blocked. Freezing the drain discharge pipe of the polymer electrolyte fuel cell power generator for releasing the blockage by melting the freezing (freezing) in the drain discharge pipe blocked during the operation stop. The present invention relates to a blockage prevention and freeze blockage release method and apparatus.

燃料電池は、燃料を用いた他の発電方法に比して熱効率が高く、又、環境汚染が少ないため、有効な発電装置として期待されている。特に、固体高分子型燃料電池(PEFC)は、100℃以下という低温で発電が行われ、出力密度が高いので、他の形式の燃料電池に比して小型化でき、しかも、電池構成材料の劣化が少ないこと、起動が容易であること、等の長所があることから、近年、小規模な業務用あるいは家庭用等の発電装置として使用されるようになってきている。   A fuel cell is expected to be an effective power generation device because it has higher thermal efficiency and less environmental pollution than other power generation methods using fuel. In particular, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) generates power at a low temperature of 100 ° C. or lower, and has a high output density. Therefore, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) can be reduced in size as compared with other types of fuel cells. In recent years, it has been used as a power generator for small-scale business use or home use because it has advantages such as little deterioration and easy start-up.

上記固体高分子型燃料電池を用いた発電装置(PEFC発電装置)は、一般的に図10(イ)に概要を示す如き構成としてある。すなわち、電解質としてフッ素系のイオン交換膜が用いられている固体高分子電解質膜(図示せず)の両面をカソード(空気極)2とアノード(燃料極)3の両ガス拡散電極で挟持させてなるセルを、セパレータを介し積層してスタックとし、且つ数セルに1つずつの冷却部4を備えてなる構成の固体高分子型燃料電池1を備えている。更に、上記固体高分子型燃料電池1におけるアノード3の入口側には、改質器6、シフトコンバータ7、CO除去器8を上流側から順に備えている燃料処理装置5と、加湿器9とが設けてあり、燃料ポンプ10の運転により燃料供給ライン11を経て供給される都市ガス(天然ガス)や灯油等の燃料(原料)12を、該燃料供給ライン11上の脱硫反応器13にて脱硫処理した後、予熱器14にて予熱してから、蒸発器15より導かれる水蒸気16と共に上記燃料処理装置5の改質器6へ供給して水蒸気改質を行わせ、得られる改質ガス(燃料ガス)12aを、シフトコンバータ7に導いてシフト反応させ、更に、CO除去器8にてCO除去処理した後、加湿器9を経て上記固体高分子型燃料電池1のアノード3へ供給するようにしてある。一方、上記カソード2の入口側の加湿器9には、空気ブロワ17が酸化ガス供給ライン18を介して接続してあり、酸化ガス(酸素含有ガス)として空気Aが、空気ブロワ17で圧縮された後、加湿器9を経て上記固体高分子型燃料電池1のカソード2へ供給されるようにしてある。   A power generation device (PEFC power generation device) using the polymer electrolyte fuel cell is generally configured as shown in FIG. That is, both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane (not shown) in which a fluorine-based ion exchange membrane is used as an electrolyte are sandwiched between both cathode (air electrode) 2 and anode (fuel electrode) 3 gas diffusion electrodes. The solid polymer fuel cell 1 having a configuration in which a plurality of cells are stacked via a separator to form a stack and one cooling unit 4 is provided for every several cells is provided. Further, on the inlet side of the anode 3 in the polymer electrolyte fuel cell 1, a fuel processor 5 including a reformer 6, a shift converter 7, and a CO remover 8 in order from the upstream side, a humidifier 9, A fuel (raw material) 12 such as city gas (natural gas) or kerosene supplied through the fuel supply line 11 by the operation of the fuel pump 10 is supplied to the desulfurization reactor 13 on the fuel supply line 11. After the desulfurization treatment, the preheater 14 preheats, then supplies the steam 16 guided from the evaporator 15 to the reformer 6 of the fuel processing device 5 together with the steam 16 to perform steam reforming, and the resulting reformed gas (Fuel gas) 12a is introduced into the shift converter 7 to cause a shift reaction, and further subjected to CO removal processing by the CO remover 8, and then supplied to the anode 3 of the polymer electrolyte fuel cell 1 through the humidifier 9. It is like that. On the other hand, an air blower 17 is connected to the humidifier 9 on the inlet side of the cathode 2 through an oxidizing gas supply line 18, and air A is compressed by the air blower 17 as an oxidizing gas (oxygen-containing gas). After that, it is supplied to the cathode 2 of the polymer electrolyte fuel cell 1 through the humidifier 9.

かかる構成により、上記固体高分子型燃料電池1にて、アノード3側に供給される改質ガス12a中の水素と、カソード2側に供給される空気A中の酸素とを電気化学反応(電池反応)させて、発生する起電力を取り出すようにしてある。   With this configuration, in the polymer electrolyte fuel cell 1, an electrochemical reaction (battery) between hydrogen in the reformed gas 12 a supplied to the anode 3 side and oxygen in the air A supplied to the cathode 2 side. Reaction) and the generated electromotive force is taken out.

上記アノード3の出口側より排出されるアノード排気19は、アノード排気ライン20を通して燃料処理装置5の改質器6の燃焼室(図示せず)へ導くようにする。更に、上記改質器6の燃焼室には、上記燃料供給ライン11より分岐させた燃料ライン21を通して燃料12の一部を供給できるようにしてあり、該改質器6の燃焼室にて、上記アノード排気19中に残存する未反応の水素等の可燃成分や上記燃料12を、上記酸化ガス供給ライン18より分岐させた空気ライン22を通して供給される空気Aを用いて燃焼させることにより、改質器6における燃料12の水蒸気改質のための熱源とすることができるようにしてある。   The anode exhaust 19 discharged from the outlet side of the anode 3 is led to the combustion chamber (not shown) of the reformer 6 of the fuel processor 5 through the anode exhaust line 20. Further, a part of the fuel 12 can be supplied to the combustion chamber of the reformer 6 through a fuel line 21 branched from the fuel supply line 11. Combustion components such as unreacted hydrogen remaining in the anode exhaust 19 and the fuel 12 are combusted by using air A supplied through an air line 22 branched from the oxidizing gas supply line 18. It can be used as a heat source for steam reforming of the fuel 12 in the mass device 6.

上記改質器6の燃焼室から排出される燃焼排気23は、燃焼排気ライン24を通して上記蒸発器15及び燃料供給ライン11に設けてある予熱器14に順に導いて、上記燃焼排気23の廃熱を、水蒸気発生用熱源及び燃料予熱用熱源として利用するようにしてある。   The combustion exhaust 23 discharged from the combustion chamber of the reformer 6 is sequentially led to the preheater 14 provided in the evaporator 15 and the fuel supply line 11 through the combustion exhaust line 24, and the waste heat of the combustion exhaust 23 is obtained. Is used as a heat source for steam generation and a heat source for fuel preheating.

一方、上記カソード2の出口側より排出されるカソード排気25は、カソード排気ライン26を通してドレンセパレータ27へ導いて、ドレンを分離除去した後、上記燃焼排気ライン24を経て導かれる燃焼排気23と合流させて総合排気28とした後、総合排気ライン29を通して外部へ放出させるようにしてある。なお、上記ドレンセパレータ27にて分離したドレンは、純水タンク30へ回収し、該純水タンク30より水供給ポンプ32付きの水供給ライン31を通して上記蒸発器15へ水蒸気発生用の水として供給するようにしたり、以下に述べる固体高分子型燃料電池1の電池冷却水33として再利用するようにしてある。   On the other hand, the cathode exhaust 25 discharged from the outlet side of the cathode 2 is led to the drain separator 27 through the cathode exhaust line 26, and after separating and removing the drain, it joins the combustion exhaust 23 guided through the combustion exhaust line 24. Thus, after the exhaust gas is made into the comprehensive exhaust 28, it is discharged to the outside through the comprehensive exhaust line 29. The drain separated by the drain separator 27 is collected in the pure water tank 30 and supplied from the pure water tank 30 to the evaporator 15 through the water supply line 31 with the water supply pump 32 as water for generating steam. In other words, it is reused as the battery cooling water 33 of the polymer electrolyte fuel cell 1 described below.

すなわち、上記固体高分子型燃料電池1の冷却部4の入口側に、上記純水タンク30を、冷却水ポンプ34、ラジエータ35を上流側より順に備えた冷却水ライン36を介し接続し、且つ上記冷却部4の出口側に一端を接続してある冷却水戻しライン37の他端を、上記純水タンク30へ接続する。これにより、上記固体高分子型燃料電池1の運転中に、上記純水タンク30より冷却水ライン36へ導かれる電池冷却水33を、冷却水ポンプ34の運転により、ラジエータ35を経て固体高分子型燃料電池1の冷却部4へ供給して、固体高分子型燃料電池1における燃料電池反応の生成熱と熱交換させて、電池温度を冷却(水冷)できるようにし、この電池温度の冷却に供された後に昇温されて排出される電池冷却水33を、冷却水戻しライン37を経て上記純水タンク30へ戻して循環させるようにしてある。   That is, the pure water tank 30 is connected to the inlet side of the cooling unit 4 of the polymer electrolyte fuel cell 1 through a cooling water line 36 provided with a cooling water pump 34 and a radiator 35 in order from the upstream side, and The other end of the cooling water return line 37 having one end connected to the outlet side of the cooling unit 4 is connected to the pure water tank 30. Thereby, during the operation of the solid polymer fuel cell 1, the battery cooling water 33 led from the pure water tank 30 to the cooling water line 36 is passed through the radiator 35 by the operation of the cooling water pump 34. Is supplied to the cooling unit 4 of the fuel cell 1 to exchange heat with the generated heat of the fuel cell reaction in the polymer electrolyte fuel cell 1 so that the cell temperature can be cooled (water-cooled). The battery cooling water 33 that is heated and discharged after being supplied is returned to the pure water tank 30 via a cooling water return line 37 and circulated.

更に、上記PEFC発電装置において、該発電装置の廃熱を給湯用熱源等として活用できるようにして、いわゆるコージェネレーションシステム化を図る場合は、たとえば、図10(ロ)に示す如く、上記固体高分子型燃料電池1のカソード排気25の保有する熱や、上記固体高分子型燃料電池1の水冷に供された後の電池冷却水33の保有する熱を、所要温度の温水39を生成させることにより回収するための以下のような温水回収装置38を付設するようにする。   Further, in the PEFC power generator, when the waste heat of the power generator can be used as a heat source for hot water supply and so on, so-called cogeneration system is realized, for example, as shown in FIG. The hot water 39 having the required temperature is generated from the heat held by the cathode exhaust 25 of the molecular fuel cell 1 and the heat held by the battery cooling water 33 after being used for water cooling of the polymer electrolyte fuel cell 1. The following hot water recovery device 38 for recovery is attached.

すなわち、上記温水回収装置38は、カソード排気ライン26上におけるドレンセパレータ27よりも上流側位置にカソード排気25から熱回収するために設けたカソード排気用熱交換器40と、上記冷却水ライン36上の所要個所、たとえば、冷却水ポンプ34とラジエータ35との間に電池冷却水33から熱回収するために設けた電池冷却水用熱交換器41とを、保温性を備えた貯湯槽42の出口側と入口側との間に、図示しない循環温水ポンプを備えた温水回収ライン43を介して直列に接続した構成としてある。これにより、上記循環温水ポンプの運転時には、貯湯槽42内の温水39を、温水回収ライン43を経て上記カソード排気用熱交換器40へ循環供給することにより、カソード排気25と熱交換させて、上記循環する温水39を加熱し、更に、該温水39を、上記電池冷却水用熱交換器41へ循環供給して、上記固体高分子型燃料電池1の冷却部4にて電池温度の冷却に供された後に温排水となって冷却水ライン36を流れる電池冷却水33と熱交換させて、上記循環する温水39を更に加熱し、該各熱交換器40,41における加熱を繰返すことにより、上記温水39を所要温度まで加熱した状態で上記貯湯槽42へ貯留できるようにしてある。なお、44は上記貯湯槽42に貯留された温水39を所要の需要先へ供給(給湯)するための給湯ライン、又、45は上記貯湯槽42に水を補給するための上水ラインである。   That is, the hot water recovery device 38 includes a cathode exhaust heat exchanger 40 provided for recovering heat from the cathode exhaust 25 at a position upstream of the drain separator 27 on the cathode exhaust line 26, and the cooling water line 36. For example, a battery cooling water heat exchanger 41 provided for recovering heat from the battery cooling water 33 between the cooling water pump 34 and the radiator 35, and an outlet of the hot water storage tank 42 having heat retaining properties. It is set as the structure connected in series via the hot water collection | recovery line 43 provided with the circulating hot water pump which is not shown in figure between the side and the inlet side. Thus, during operation of the circulating hot water pump, the hot water 39 in the hot water storage tank 42 is circulated and supplied to the cathode exhaust heat exchanger 40 via the hot water recovery line 43 to exchange heat with the cathode exhaust 25. The circulating hot water 39 is heated, and the hot water 39 is circulated and supplied to the battery cooling water heat exchanger 41 to cool the battery temperature at the cooling unit 4 of the polymer electrolyte fuel cell 1. Heat exchange with the battery cooling water 33 flowing through the cooling water line 36 after being provided, and further heating the circulating hot water 39, and repeating the heating in the heat exchangers 40 and 41, The hot water 39 can be stored in the hot water tank 42 while being heated to a required temperature. Reference numeral 44 denotes a hot water supply line for supplying (hot water supply) hot water 39 stored in the hot water storage tank 42 to a required demand destination, and 45 is a water supply line for supplying water to the hot water storage tank 42. .

ところで、一般に、燃料電池を用いた発電装置においては、燃料電池へ供給するための水素を発生させるために燃料を水蒸気改質するようにしてあることが多いこと、又、燃料電池における電池反応は、水素と酸素との反応により水を生成する反応であること等に起因して、燃料電池へ供給するガスや、燃料電池から排気されるガスに多量の水蒸気が含まれていることが多い。このため、上記ような水蒸気を多量に含んだガスが流通ライン(配管)内を流れるときには、温度変化等が原因となってガス中の水蒸気が凝縮してドレンを発生することがある。   By the way, in general, in a power generation apparatus using a fuel cell, the fuel is often steam reformed to generate hydrogen to be supplied to the fuel cell. In many cases, the gas supplied to the fuel cell or the gas exhausted from the fuel cell contains a large amount of water vapor due to the reaction of generating water by the reaction of hydrogen and oxygen. For this reason, when a gas containing a large amount of water vapor as described above flows in the distribution line (pipe), the water vapor in the gas may condense due to a temperature change or the like to generate drainage.

このようにしてガスの流通ライン内でドレンが発生すると、ドレン発生部分では、該流通ラインにおける流路断面積が減じられたり、流通ラインが閉塞されて、該流通ラインにおけるガスの流通の妨げになる虞が懸念される。たとえば、燃料電池へ改質ガス(燃料ガス)を供給するための供給ライン内にドレンが発生して、改質ガス供給ライン内における流路断面積が減少したり、流路が閉塞されると、上記燃料電池に対する改質ガスの不安定供給につながる場合があり、このため、燃料電池の発電性能が影響を受ける等の不都合が生じる虞がある。そのために、ガスの流通ライン内に生じるドレンは、なるべく速やかに除去することが必要と考えられている(たとえば、特許文献1、特許文献2参照)。   When drain is generated in the gas distribution line in this way, the flow passage cross-sectional area in the distribution line is reduced or the distribution line is blocked in the drain generation portion, thereby obstructing the gas distribution in the distribution line. There is a concern that For example, when drain is generated in a supply line for supplying reformed gas (fuel gas) to the fuel cell, the cross-sectional area of the flow path in the reformed gas supply line decreases or the flow path is blocked. In some cases, the reformed gas may be unstablely supplied to the fuel cell, which may cause inconveniences such as the power generation performance of the fuel cell being affected. For this reason, it is considered that drain generated in the gas distribution line needs to be removed as quickly as possible (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

そのため、図10(イ)に示した如きPEFC発電装置や、図10(ロ)に示した如き温水回収装置38を具備したPEFC発電装置では、それぞれ二点鎖線で示す如く、たとえば、燃料処理装置5にて改質した改質ガス12aを加湿器9へ導くためのラインや、燃焼排気ライン24における予熱器14よりも下流側位置からドレン46を回収したり、更には、純水タンク30における余剰水をドレン46として回収して、それぞれ個別に、あるいは、適宜合流させて、ドレン排出管を通してPEFC発電装置の筐体(図示せず)の外部へ排出させるようにしている。   Therefore, in the PEFC power generation device as shown in FIG. 10 (a) and the PEFC power generation device provided with the hot water recovery device 38 as shown in FIG. 10 (b), for example, as shown by the two-dot chain line, for example, the fuel processing device 5 for recovering the reformed gas 12a reformed in 5 to the humidifier 9, and recovering the drain 46 from a position downstream of the preheater 14 in the combustion exhaust line 24, or in the pure water tank 30. Excess water is collected as drain 46 and individually or appropriately combined to be discharged to the outside of the casing (not shown) of the PEFC power generator through a drain discharge pipe.

特開平8−185883号公報JP-A-8-185883 特開2003−77495号公報JP 2003-77495 A

ところが、図10(イ)(ロ)に示した如きPEFC発電装置を、冬季や寒冷地等、氷点下となるような環境下で用いる場合には、PEFC発電装置の筐体外部に露出されているドレン排出管内で排出すべきドレン46が凍結する虞があり、このドレン46の凍結によりドレン排出管が閉塞されると、PEFC発電装置の運転に支障を来たす虞が惹起されるというのが実状である。又、PEFC発電装置の通常運転中には装置内部で熱が発生することに伴って上記のようなドレン排出管における凍結閉塞の問題が生じないような場合であっても、該PEFC発電装置の運転停止期間中には装置温度が低下してしまうため、この運転停止期間中にドレン排出管が凍結閉塞する虞があり、このようにして運転停止期間中にPEFC発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞が生じた場合には、該PEFC発電装置の次回起動する際に支障を来たす虞も懸念される。   However, when the PEFC power generator as shown in FIGS. 10A and 10B is used in an environment where the temperature is below freezing, such as in winter or in a cold region, the PEFC power generator is exposed outside the casing of the PEFC power generator. There is a possibility that the drain 46 to be discharged in the drain discharge pipe may be frozen, and if the drain discharge pipe is closed due to the freezing of the drain 46, there is a possibility that the operation of the PEFC power generator may be hindered. is there. Even if the above-mentioned problem of freezing and clogging in the drain discharge pipe does not occur due to heat generated inside the PEFC power generator during normal operation, the PEFC power generator Since the apparatus temperature decreases during the operation stop period, there is a possibility that the drain discharge pipe freezes and closes during the operation stop period. Thus, the drain discharge pipe in the PEFC power generator is frozen during the operation stop period. When the blockage occurs, there is a concern that the PEFC power generator may be hindered when it is next started.

なお、上記のようなドレン排出管の凍結閉塞による問題を回避するためには、ドレン排出管に配管ヒータを巻くことが一般的な対処方法として考えられる。   In order to avoid the above-described problem caused by the freezing and clogging of the drain discharge pipe, it is conceivable as a general countermeasure to wind a pipe heater around the drain discharge pipe.

しかし、ドレン排出管に配管ヒータを巻いた場合には、運転中の補機動力や起動時の起動エネルギーが増加するようになるため、PEFC発電装置としての性能や、図10(ロ)に示したように、温水回収装置を付設してコージェネレーションシステム化を図っている場合には、コージェネレーションシステム全体としての性能の低下につながるという問題が生じる。又、上記配管ヒータやその付属機器を別途用意しなければならず、機器の増加や制御ロジックの複雑化によりコストが嵩むという問題も懸念される。   However, when a pipe heater is wound around the drain discharge pipe, the auxiliary machine power during operation and the starting energy at the time of starting increase. Therefore, the performance as a PEFC power generator, as shown in FIG. As described above, in the case where a warm water recovery device is attached to achieve a cogeneration system, there arises a problem that the performance of the entire cogeneration system is reduced. In addition, the piping heater and its associated equipment must be prepared separately, and there is a concern that the cost increases due to an increase in equipment and complexity of the control logic.

そこで、本発明は、固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱を利用してドレン排出管の加熱及び保温を行なうことができて、別途配管ヒータを用いることなくドレン排出管の凍結閉塞の問題を解消できる固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除方法並びに装置を提供しようとするものである。   Therefore, the present invention can heat and keep the drain discharge pipe using the waste heat of the polymer electrolyte fuel cell power generation device, and there is a problem of freeze clogging of the drain discharge pipe without using a separate pipe heater. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for preventing freezing and clogging of a drain discharge pipe and a freezing and clogging release in a polymer electrolyte fuel cell power generator capable of eliminating the above-mentioned problem.

本発明は、上記課題を解決するために、固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の筐体外に突出する部分と該突出部分から筐体内側の所要長さ領域を、上記発電装置の廃熱により加熱及び保温する固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除方法、及び、固体高分子型燃料電池発電装置における筐体の所要位置に、上記発電装置における所要のドレン発生源にて発生したドレンを筐体外部へ排出させるためのドレン排出管を筐体外に突出させて設け、該ドレン排出管の筐体外へ突出する部分と該突出部分から筐体内側の所要長さ領域を収容する排気ダクトを、上記筐体の所要位置に内外方向に貫通させて設け、更に、上記排気ダクトとドレン排出管との間に上記発電装置の廃熱を導入させるようにした構成を有する固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除装置とする。   In order to solve the above problems, the present invention provides a portion of a drain discharge pipe in a polymer electrolyte fuel cell power generator that protrudes outside the casing and a required length region inside the casing from the protruding portion. Method for preventing freezing and clogging of drain discharge pipe in solid polymer fuel cell power generator heated and kept by waste heat, and freezing clogging release method, and above power generator at required position of casing in solid polymer fuel cell power generator A drain discharge pipe for discharging drain generated at a required drain generation source to the outside of the casing is provided to protrude outside the casing, and a portion of the drain discharge pipe that protrudes outside the casing, and the casing from the protruding portion An exhaust duct that accommodates the required inner length region is provided to penetrate the required position of the casing inward and outward, and the waste heat of the power generator is introduced between the exhaust duct and the drain discharge pipe. And freezing deoccluding and freeze unblocking apparatus of the drain discharge pipe in a solid polymer fuel cell power plant having a configuration in which the so that.

具体的には、上記構成におけるドレン排出管の筐体外に突出する部分と該突出部分から筐体内側の所要長さ領域を加熱及び保温するための固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱として、上記発電装置における改質器の燃焼排気の保有する熱を用いるようにする方法、及び、固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱として、該発電装置の改質器からの燃焼排気とし、該燃焼排気を導く燃焼排気ラインを排気ダクトに接続して、燃焼排気を排気ダクトとドレン排出管の間に導くようにした構成を有する装置とする。   Specifically, as the waste heat of the polymer electrolyte fuel cell power generator for heating and keeping the portion of the drain discharge pipe protruding outside the housing in the above configuration and the required length region inside the housing from the protruding portion The method of using the heat held in the combustion exhaust of the reformer in the power generator, and the waste heat of the polymer electrolyte fuel cell power generator as the combustion exhaust from the reformer of the power generator, A combustion exhaust line that guides the combustion exhaust is connected to an exhaust duct so that the combustion exhaust is guided between the exhaust duct and the drain discharge pipe.

又、上記構成において、ドレン排出管の加熱及び保温に供した後の燃焼排気を、固体高分子型燃料電池のカソード排気と混合してから外部へ放出させるようにする方法、及び、排気ダクトを、内筒と、該内筒よりも外端側を長くした外筒とからなる二重筒構造とし、上記内筒の内側にドレン排出管の筐体外に突出する部分と該突出部分から筐体内側の所要長さ領域を収容すると共に、上記内筒に燃焼排気ラインを接続し、更に、上記外筒と内筒との間にカソード排気を導くよう外筒にカソード排気ラインを接続するようにした構成を有する装置とする。   Further, in the above configuration, a method of discharging the combustion exhaust after having been used for heating and heat insulation of the drain discharge pipe to the outside after mixing with the cathode exhaust of the polymer electrolyte fuel cell, and an exhaust duct A double cylinder structure comprising an inner cylinder and an outer cylinder whose outer end side is longer than the inner cylinder, and a portion protruding outside the casing of the drain discharge pipe inside the inner cylinder and a casing from the protruding portion An internal length region is accommodated, a combustion exhaust line is connected to the inner cylinder, and a cathode exhaust line is connected to the outer cylinder to guide cathode exhaust between the outer cylinder and the inner cylinder. An apparatus having the above-described configuration is provided.

更に、固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱として用いる燃焼排気を、温水回収装置における温水と熱交換させたものとする方法、及び、燃焼排気ラインにおける排気ダクトとの接続位置よりも上流側に、該燃焼排気ラインを流通する燃焼排気と、固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱を熱回収して温水を生成させて貯湯槽に貯留するようにしてある温水回収装置における温水とを熱交換させるための熱交換器を設けるようにした構成を有する装置とする。   Further, the combustion exhaust used as the waste heat of the polymer electrolyte fuel cell power generator is heat exchanged with the hot water in the hot water recovery device, and the upstream side of the connection position with the exhaust duct in the combustion exhaust line In addition, the combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust line and the hot water in the hot water recovery device configured to recover the waste heat of the polymer electrolyte fuel cell power generation device and generate hot water to be stored in the hot water storage tank. The apparatus has a configuration in which a heat exchanger for heat exchange is provided.

更に又、ドレン排出管の筐体外に突出する部分と該突出部分から筐体内側の所要長さ領域を加熱及び保温するための固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱として、固体高分子型燃料電池のカソード排気、又は、上記発電装置における改質器の燃焼排気と上記カソード排気を混合してなる総合排気の保有する熱を用いるようにする方法、及び、固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱として、固体高分子型燃料電池のカソード排気とし、該カソード排気を導くカソード排気ラインを排気ダクトに接続して、カソード排気を排気ダクトとドレン排出管の間に導くようにするか、又は、上記発電装置の廃熱として、該発電装置の改質器の燃焼排気と上記カソード排気とを混合してなる総合排気とし、該総合排気を導く総合排気ラインを排気ダクトに接続して、総合排気を排気ダクトとドレン排出管との間に導くようにした構成を有する装置とする。   Furthermore, as a waste heat of a polymer electrolyte fuel cell power generator for heating and keeping a portion of a drain discharge pipe protruding outside the casing and a required length region inside the casing from the protruding portion, a solid polymer type Method of using the heat of cathode exhaust of a fuel cell, or the comprehensive exhaust obtained by mixing the combustion exhaust of the reformer in the power generator and the cathode exhaust, and the polymer electrolyte fuel cell power generator As waste heat of the solid polymer fuel cell cathode exhaust, and connecting the cathode exhaust line leading to the cathode exhaust to the exhaust duct, leading the cathode exhaust between the exhaust duct and the drain exhaust pipe, Alternatively, as the waste heat of the power generator, a comprehensive exhaust obtained by mixing the combustion exhaust of the reformer of the power generator and the cathode exhaust, and a general exhaust line that leads the comprehensive exhaust is connected to an exhaust duct. To, a device having a structure so as to guide between the total exhaust exhaust duct and the drain discharge pipe.

又、ドレン排出管の筐体外に突出する部分と該突出部分から筐体内側の所要長さ領域を加熱及び保温するための固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱として、固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱を熱回収して温水を生成させて貯湯槽に貯留するようにしてある温水回収装置における温水の保有する熱を用いるようにする方法、及び、固体高分子型燃料電池発電装置における所要のドレン発生源にて発生したドレンを筐体外部へ排出させるためのドレン排出管の先端付近に、上記発電装置の廃熱を熱回収して温水を生成させて貯湯槽に貯留するようにしてある温水回収装置における温水を流通させて上記ドレン排出管を加熱及び保温するための熱交換器を設けるようにした構成を有する装置とする。   Further, as a waste heat of a polymer electrolyte fuel cell power generator for heating and keeping a portion of a drain discharge pipe protruding outside the casing and a required length region inside the casing from the protruding portion, a solid polymer fuel A method of using the heat stored in the hot water recovery device in which the waste heat of the battery power generation device is recovered by heat to generate hot water and stored in a hot water storage tank, and solid polymer fuel cell power generation In the vicinity of the tip of the drain discharge pipe for discharging the drain generated at a required drain generation source in the apparatus to the outside of the housing, the waste heat of the power generation apparatus is recovered by heat to generate hot water and stored in the hot water storage tank. Thus, it is set as the apparatus which has the structure which distribute | circulated the warm water in a certain warm water collection | recovery apparatus, and provided the heat exchanger for heating and heat-retaining the said drain discharge pipe.

本発明によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
(1)固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の筐体外に突出する部分と該突出部分から筐体内側の所要長さ領域を、上記発電装置の廃熱により加熱及び保温する固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除方法並びに装置としてあるので、上記固体高分子型燃料電池発電装置を寒冷地等に設置する場合であっても、ドレン排出管を上記発電装置の廃熱により加熱及び保温して、該発電装置の運転中にドレン排出管の筐体外に突出する部分等に凍結が生じて閉塞される虞を未然に防止でき、又、長期間停止中に凍結したドレン排出管を起動時に加熱することで、凍結を融解させて凍結閉塞を解除することができて、固体高分子型燃料電池発電装置を安定して運転することが可能になる。上記ドレン排出管の加熱及び保温のための熱源としては、固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱を利用するようにしてあるため、配管ヒータ等のドレン排出管加熱用の熱源となる機器類を別途設ける必要をなくすことができ、機器類の削減及び制御ロジックの簡易化を図ることができて、上記配管ヒータ等のドレン排出管加熱用機器類を装備する場合に比して、製造コストを削減することが可能となる。更に、配管ヒータ等を利用する場合に比してシステムの動力を減らすことができて、固体高分子型燃料電池発電装置の発電効率の向上化を図ることが可能となる。
(2)ドレン排出管の筐体外に突出する部分と該突出部分から筐体内側の所要長さ領域を加熱及び保温するための固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱として、上記発電装置における改質器の燃焼排気の保有する熱を用いるようにする方法及び装置とすることにより、固体高分子型燃料電池発電装置の発電運転中には100℃以上の高温となる燃焼排気の保有熱を利用してドレン排出管の加熱及び保温を効率よく行って、該ドレン排出管の凍結閉塞の虞を未然に防止できる。一方、上記発電装置の起動のための暖気操作中においても、燃焼排気は固体高分子型燃料電池発電装置における他の排気に比して高い温度を保有しているため、固体高分子型燃料電池発電装置の運転停止期間中に上記ドレン排出管の筐体外へ突出する部分等にドレンの凍結が発生して該ドレン配管の閉塞が生じていたとしても、上記暖気操作期間中に効率よく融解させて、ドレン排出管の閉塞を解除させることができる。
(3)ドレン排出管の加熱及び保温に供した後の燃焼排気を、固体高分子型燃料電池のカソード排気と混合してから外部へ放出させるようにしたり、あるいは、上記における固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱として用いる燃焼排気を、温水回収装置における温水と熱交換させたものとする方法及び装置とすることにより、固体高分子型燃料電池発電装置の発電運転中に100℃以上の高温排気となる燃焼排気の保有する熱を利用して上記ドレン排出管の加熱及び保温を行うときに、該ドレン排出管の加熱及び保温の前後何れかの段階で上記燃焼排気の有する温度をある程度低下させることができるため、上記燃焼排気が100℃以上の高温のまま外部へ放出されることを防止して、筐体外側の排気ダクトの先端部に人が近づくことができる様な状態で固体高分子型燃料電池発電装置の設置を行うことが可能になる。
(4)ドレン排出管の筐体外に突出する部分と該突出部分から筐体内側の所要長さ領域を加熱及び保温するための固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱として、固体高分子型燃料電池のカソード排気、又は、上記発電装置における改質器の燃焼排気と上記カソード排気を混合してなる総合排気の保有する熱を用いるようにする方法及び装置とすることによっても、固体高分子型燃料電池発電装置の発電運転中にはドレン排出管の加熱及び保温を行うことができて、該ドレン排出管の凍結閉塞の虞を未然に防止でき、一方、上記発電装置の起動のための暖気操作中には、上記カソード排気や総合排気の保有する熱を利用して、固体高分子型燃料電池発電装置の運転停止期間中に上記ドレン排出管内で凍結していたドレンを融解させて、ドレン排出管の閉塞を解除させることができる。
(5)ドレン排出管の筐体外に突出する部分と該突出部分から筐体内側の所要長さ領域を加熱及び保温するための固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱として、固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱を熱回収して温水を生成させて貯湯槽に貯留するようにしてある温水回収装置における温水の保有する熱を用いるようにする方法及び装置とすることによっても、固体高分子型燃料電池発電装置の発電運転中にはドレン排出管の加熱及び保温を行うことができて、該ドレン排出管の凍結閉塞の虞を未然に防止でき、一方、上記発電装置の起動のための暖気操作中には、上記温水回収装置の貯湯槽に貯留される温水の保有する熱を利用して、固体高分子型燃料電池発電装置の運転停止期間中に上記ドレン排出管内で凍結していたドレンを融解させて、ドレン排出管の閉塞を解除させることができる。
According to the present invention, the following excellent effects are exhibited.
(1) In a solid polymer fuel cell power generation device, a portion of a drain discharge pipe protruding outside the housing and a required length region inside the housing from the protruding portion are heated and kept warm by waste heat of the power generation device. Since there is a freeze clogging prevention / freezing clogging prevention method and apparatus for a drain discharge pipe in a molecular fuel cell power generation apparatus, the drain discharge pipe can be used even when the polymer electrolyte fuel cell power generation apparatus is installed in a cold region or the like. Is heated and kept warm by the waste heat of the power generator, so that it is possible to prevent a portion of the drain discharge pipe protruding outside the casing from being frozen and blocked during operation of the power generator. By heating the drain discharge pipe that is frozen while the period is stopped at the time of start-up, the freeze can be thawed to release the freezing blockage, and the solid polymer fuel cell power generator can be operated stably. Become. Since the waste heat of the polymer electrolyte fuel cell power generation device is used as a heat source for heating and heat-retaining the drain discharge pipe, devices that serve as a heat source for heating the drain discharge pipe such as a pipe heater It is possible to reduce the number of devices and simplify the control logic, and to reduce the manufacturing cost compared to the case where equipment for heating the drain discharge pipe such as the piping heater is equipped. Can be reduced. Furthermore, the power of the system can be reduced as compared with the case where a pipe heater or the like is used, and the power generation efficiency of the polymer electrolyte fuel cell power generator can be improved.
(2) As a waste heat of a polymer electrolyte fuel cell power generator for heating and keeping a portion of a drain discharge pipe protruding outside the casing and a required length region inside the casing from the protruding portion, By using the method and apparatus that uses the heat held in the combustion exhaust of the reformer, the heat held in the combustion exhaust that becomes a high temperature of 100 ° C. or higher during the power generation operation of the polymer electrolyte fuel cell power generator The drain discharge pipe can be efficiently heated and kept warm by use, and the possibility of freezing and blocking of the drain discharge pipe can be prevented. On the other hand, even during the warming-up operation for starting the power generation device, the combustion exhaust gas has a higher temperature than other exhaust gases in the polymer electrolyte fuel cell power generation device. Even if the drain pipe freezes at the portion of the drain discharge pipe that protrudes outside the casing during the operation stop period of the power generator and the drain pipe is blocked, the drain pipe is efficiently melted during the warm-up operation period. Thus, the blockage of the drain discharge pipe can be released.
(3) Combustion exhaust after being subjected to heating and heat retention of the drain discharge pipe is mixed with cathode exhaust of the polymer electrolyte fuel cell and then discharged to the outside, or the polymer electrolyte fuel in the above By using a method and apparatus in which the combustion exhaust used as the waste heat of the battery power generation apparatus is heat exchanged with the hot water in the hot water recovery apparatus, the solid polymer fuel cell power generation apparatus has a temperature of 100 ° C. or higher during the power generation operation. When the drain exhaust pipe is heated and kept warm using the heat of the combustion exhaust that becomes high-temperature exhaust, the temperature of the combustion exhaust is set to some extent before or after the drain exhaust pipe is heated and kept warm. Therefore, it is possible to prevent the combustion exhaust from being discharged to the outside at a high temperature of 100 ° C. or higher, and to allow a person to approach the tip of the exhaust duct outside the housing. It is possible to perform the installation of a polymer electrolyte fuel cell power generation system in such a state.
(4) Solid polymer type as waste heat of a solid polymer type fuel cell power generator for heating and keeping a portion of a drain discharge pipe protruding outside the casing and a required length region inside the casing from the protruding portion A solid polymer can also be obtained by using a method and an apparatus for using the heat of cathode exhaust of a fuel cell or the comprehensive exhaust obtained by mixing the combustion exhaust of the reformer and the cathode exhaust of the power generator. During the power generation operation of the fuel cell power generator, the drain discharge pipe can be heated and kept warm, and the risk of freezing and clogging of the drain discharge pipe can be prevented. During the warm-up operation, using the heat held by the cathode exhaust and the general exhaust, the drain frozen in the drain discharge pipe during the shutdown period of the polymer electrolyte fuel cell power generation device is melted, Drainage Thereby releasing the blockage of the tube.
(5) Solid polymer type as waste heat of the polymer electrolyte fuel cell power generator for heating and keeping the portion of the drain discharge pipe protruding outside the casing and the required length region inside the casing from the protruding portion The solid heat can also be obtained by using a method and an apparatus for using the heat stored in the hot water recovery device in which the waste heat of the fuel cell power generator is recovered by heat to generate hot water and stored in the hot water storage tank. During the power generation operation of the polymer fuel cell power generator, the drain discharge pipe can be heated and kept warm to prevent the drain discharge pipe from being frozen and clogged. During the warming-up operation, the hot water stored in the hot water storage tank of the hot water recovery device is used to freeze in the drain discharge pipe during the shutdown period of the polymer electrolyte fuel cell power generation device. Melt the drain , It is possible to release the blockage of the drain discharge pipe.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1(イ)(ロ)及び図2(イ)(ロ)は本発明の固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除方法並びに装置の実施の一形態を示すもので、図10(イ)に示したと同様の構成としてあるPEFC発電装置の所要個所にて発生するドレン46を該PEFC発電装置の筐体47の外部へ導いて排出させるためのドレン排出管48の先端部(下流側端部)における筐体47外側へ突出する部分と、筐体47の内側にて上記突出部分に連なる所要の長さ領域とを、PEFC発電装置の廃熱である、固体高分子型燃料電池1のカソード排気25と、燃料処理装置5の改質器6の燃焼室(図示せず)より排出される燃焼排気23とを合流させてなる総合排気28の保有する熱によって加熱及び保温できるようにする。   1 (a) (b) and FIG. 2 (b) (b) show one embodiment of a method and an apparatus for preventing freezing clogging and releasing a frozen clogging of a drain discharge pipe in a polymer electrolyte fuel cell power generator of the present invention. A drain discharge pipe for guiding and discharging drain 46 generated at a required portion of the PEFC power generator having the same configuration as that shown in FIG. 10 (a) to the outside of the casing 47 of the PEFC power generator. A portion projecting to the outside of the housing 47 at the front end portion (downstream end portion) of 48 and a required length region connected to the projecting portion inside the housing 47 are waste heat of the PEFC power generation device. Heat possessed by the general exhaust 28 formed by joining the cathode exhaust 25 of the polymer electrolyte fuel cell 1 and the combustion exhaust 23 discharged from the combustion chamber (not shown) of the reformer 6 of the fuel processor 5. Can be heated and kept warm by To.

具体的には、上記ドレン排出管48は、たとえば、図10(イ)に2点鎖線で示した如きPEFC発電装置内の種々のガス管路や純水タンク等、所要のドレン発生源49から回収するドレン46をまとめて排出できるような1本の配管とし、PEFC発電装置の運転中に、ドレン発生源49より該ドレン排出管48へ導かれるドレン46を、必要に応じて適宜筐体47の外部へ排出できるようにするために、上記ドレン排出管48における先端側で且つ筐体47の内側となる所要個所に、電磁弁等による遮断弁50を備えるようにしてある。   Specifically, the drain discharge pipe 48 is connected to a required drain generation source 49 such as various gas pipes and pure water tanks in the PEFC power generator as shown by a two-dot chain line in FIG. The collected drain 46 is a single pipe that can be discharged together, and the drain 46 that is led from the drain generation source 49 to the drain discharge pipe 48 during the operation of the PEFC power generation apparatus is appropriately connected to the casing 47 as necessary. In order to be able to discharge to the outside, a shutoff valve 50 such as an electromagnetic valve is provided at a required position on the distal end side of the drain discharge pipe 48 and inside the housing 47.

更に、上記のようなドレン排出管48は、通常、発生したドレン46をその自重を利用して集めて排出側へ送ることができるようにするために、低位置に設けられることが多いということに鑑みて、筐体47の下部所要位置に、上記ドレン排出管48の断面積よりも大きな断面積を有する、たとえば、矩形断面形状の排気ダクト51を、内外方向に貫通するように設け、該排気ダクト51の内側、たとえば、中心部に、長手方向(軸心方向)に沿わせて上記ドレン排出管48の先端部における筐体47の外側へ突出する部分のすべてと、筐体47の内側にて該突出部分に連なる所要の長さ領域、たとえば、遮断弁50の直ぐ下流側位置よりも先端側の領域を、収容させるようにする。上記ドレン排出管48の先端部は、下向きに屈曲させると共に、該屈曲部48aの下端部を、上記排気ダクト51の下面板を貫通させて下方にやや突出させるよう配置して、貫通部分の外周を上記排気ダクト51の下面板に固定することにより、該ドレン排出管48の先端開口部48bが、上記排気ダクト51の途中位置の下側にて、筐体47外部に露出されるようにする。更に、上記排気ダクト51の筐体47内側の端部には、総合排気ライン29の下流側端部を連通接続するようにする。これにより、上記ドレン排出管48における遮断弁50の直ぐ下流側位置より先端開口部48aの近傍位置までの外周面が、総合排気ライン29より上記排気ダクト51内へ導かれた後、該排気ダクト51を通して筐体47外部へ排出される総合排気28と接する(総合排気28に曝露される)ようにしてある。   Further, the drain discharge pipe 48 as described above is usually provided at a low position so that the generated drain 46 can be collected by using its own weight and sent to the discharge side. In view of the above, an exhaust duct 51 having a cross-sectional area larger than the cross-sectional area of the drain discharge pipe 48, for example, a rectangular cross-sectional shape is provided at a lower required position of the casing 47 so as to penetrate inward and outward directions, The inside of the exhaust duct 51, for example, all of the portion of the distal end portion of the drain discharge pipe 48 that protrudes to the outside of the casing 47 along the longitudinal direction (axial direction) at the center, and the inside of the casing 47 A required length region connected to the projecting portion is accommodated, for example, a region on the tip side of the immediately downstream position of the shutoff valve 50 is accommodated. The drain discharge pipe 48 has a distal end bent downward, and a lower end of the bent portion 48a is disposed so as to slightly protrude downward through the lower surface plate of the exhaust duct 51. Is fixed to the lower surface plate of the exhaust duct 51 so that the front end opening 48b of the drain discharge pipe 48 is exposed to the outside of the housing 47 below the middle position of the exhaust duct 51. . Further, the downstream end of the general exhaust line 29 is connected to the end of the exhaust duct 51 inside the housing 47. As a result, after the outer peripheral surface from the position immediately downstream of the shutoff valve 50 in the drain discharge pipe 48 to the position near the tip opening 48a is guided into the exhaust duct 51 from the general exhaust line 29, the exhaust duct 51 51 is in contact with (exposed to) the overall exhaust 28 discharged to the outside of the housing 47 through 51.

以上の構成としてある本発明の固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除装置を使用する場合、PEFC発電装置の発電運転(通常運転)時における総合排気28の温度は、図3に線cで示す如く、85℃〜130℃程度となる燃焼排気23(線a)と、25℃〜65℃程度となるカソード排気25(線b)とが混合されることにより30℃〜85℃程度とされている。   In the polymer electrolyte fuel cell power generation device of the present invention having the above-described configuration, when the freeze clogging prevention and freezing clogging release device of the drain discharge pipe is used, the comprehensive exhaust 28 during the power generation operation (normal operation) of the PEFC power generation device is used. As shown by the line c in FIG. 3, the combustion exhaust 23 (line a) having a temperature of about 85 ° C. to 130 ° C. and the cathode exhaust 25 (line b) having a temperature of about 25 ° C. to 65 ° C. are mixed. Therefore, the temperature is about 30 ° C to 85 ° C.

したがって、上記排気ダクト51内においては、ドレン排出管48の先端部における遮断弁50の直ぐ下流側位置より先端開口部48aの近傍位置に至る部分の外側を、上記30℃〜85℃程度の総合排気28が流通するようになるため、上記ドレン排出管48の先端部における遮断弁50の直ぐ下流側位置より先端開口部48aの近傍位置に至る部分を、上記総合排気28との熱交換により加熱することができる。これにより、たとえ、筐体47の外部雰囲気が氷点下であっても、上記ドレン排出管48の先端部を、常時25℃以上程度に保温することができるようになることから、該ドレン排出管48の先端部にてドレン46が凍結する虞を解消できて、該ドレン排出管48が、PEFC発電装置の発電運転中に凍結閉塞される虞を未然に防止できる。   Therefore, in the exhaust duct 51, the outside of the portion from the position immediately downstream of the shut-off valve 50 to the position near the tip opening 48a at the tip of the drain discharge pipe 48 is about 30 to 85 ° C. Since the exhaust gas 28 circulates, a portion from the position immediately downstream of the shutoff valve 50 to the position in the vicinity of the front end opening portion 48 a at the front end portion of the drain discharge pipe 48 is heated by heat exchange with the general exhaust gas 28. can do. Thereby, even if the external atmosphere of the housing 47 is below freezing point, the tip of the drain discharge pipe 48 can always be kept at a temperature of about 25 ° C. or higher. Therefore, the drain discharge pipe 48 The possibility of the drain 46 freezing at the tip end of the fuel cell can be eliminated, and the possibility that the drain discharge pipe 48 is frozen and blocked during the power generation operation of the PEFC power generator can be prevented.

一方、PEFC発電装置の運転を停止している期間中には、排気ダクト51における総合排気28の流通が停止されるため、上記ドレン排出管48の先端部にてドレン46の凍結が生じてしまう虞はある。しかし、PEFC発電装置を起動させるための暖気操作には、通常、約1時間程度の時間を要するものであると共に、この暖気操作期間中、総合排気28は、図3に示す如く、約25℃となっている。したがって、PEFC発電装置の暖気操作時には、上記排気ダクト51内において、ドレン排出管48の先端部を、約25℃の総合排気28との熱交換により加熱し続けることができるようになるため、後述する実施例の結果から明らかなように、この総合排気28との熱交換により、上記ドレン排出管48内にて凍結していたドレン46を、上記暖気操作期間中に融解させることができる。よって、上記PEFC発電装置を暖気した後、発電運転に移行する際には、上記ドレン排出管48内の凍結閉塞を解除(解消)させることができる。   On the other hand, during the period when the operation of the PEFC power generation apparatus is stopped, the flow of the comprehensive exhaust 28 in the exhaust duct 51 is stopped, so that the drain 46 is frozen at the tip of the drain discharge pipe 48. There is a fear. However, the warm-up operation for starting up the PEFC power generation apparatus usually requires about 1 hour, and during this warm-up operation period, the general exhaust 28 is about 25 ° C. as shown in FIG. It has become. Therefore, during the warm-up operation of the PEFC power generator, the tip of the drain discharge pipe 48 can be continuously heated in the exhaust duct 51 by heat exchange with the general exhaust 28 at about 25 ° C. As is apparent from the results of the embodiment, the drain 46 frozen in the drain discharge pipe 48 can be thawed during the warming operation period by heat exchange with the general exhaust 28. Therefore, when the PEFC power generator is warmed up and then the power generation operation is started, the freeze blockage in the drain discharge pipe 48 can be released (resolved).

このように、本発明の固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除方法並びに装置によれば、PEFC発電装置のドレン排出管48を、該PEFC発電装置の廃熱である総合排気28の保有熱により加熱及び保温できて、PEFC発電装置の運転中にドレン排出管48が凍結されて閉塞する虞を未然に防止できると共に、たとえ、運転停止期間中にドレン排出管48が凍結閉塞されたとしても、PEFC発電装置を起動するための暖気操作期間中に、該ドレン排出管48の閉塞を解除して流路を開放することができて、PEFC発電装置を安定して運転することができる。   Thus, according to the method and apparatus for preventing freezing and clogging of the drain discharge pipe in the polymer electrolyte fuel cell power generation device of the present invention, the drain discharge pipe 48 of the PEFC power generation device is disposed of in the PEFC power generation device. Heat and heat can be retained by the heat retained by the general exhaust 28, which is heat, and the drain discharge pipe 48 can be prevented from being frozen and clogged during operation of the PEFC power generation device. Even if the pipe 48 is frozen and closed, the drain discharge pipe 48 can be released and the flow path can be opened during the warm-up operation period for starting the PEFC power generator, thereby stabilizing the PEFC power generator. And can drive.

又、ドレン排出管48の加熱及び保温のための熱源としては、PEFC発電装置の廃熱の1つである総合排気28の保有熱を利用するようにしてあるため、配管ヒータ等のドレン排出管48加熱用の熱源となる機器類を別途設ける必要をなくすことができ、機器類の削減及び制御ロジックの簡易化を図ることができて、上記配管ヒータ等のドレン排出管加熱用機器類を装備する場合に比して、製造コストを削減することが可能となる。   Also, as the heat source for heating and keeping the drain discharge pipe 48, the heat stored in the general exhaust 28, which is one of the waste heat of the PEFC power generator, is used. Eliminates the need for separate equipment to be used as a heat source for heating, reduces equipment and simplifies control logic, and is equipped with equipment for heating the drain discharge pipe such as the above-mentioned pipe heater. Compared to the case, the manufacturing cost can be reduced.

しかも、ドレン排出管48の加熱及び保温のための熱源として、PEFC発電装置の低位廃熱を利用するようにしてあるため、配管ヒータ等を利用する場合に比してシステムの動力を減らすことができて、PEFC発電装置の発電効率の向上化を図ることが可能となる。   Moreover, since the lower waste heat of the PEFC power generator is used as a heat source for heating and keeping the drain discharge pipe 48, the power of the system can be reduced as compared with the case where a pipe heater or the like is used. Thus, it is possible to improve the power generation efficiency of the PEFC power generator.

上記実施の形態においては、ドレン排出管48の先端部における遮断弁50の直ぐ下流側位置より先端開口部48aの近傍位置に至る部分を、排気ダクト51内に収容するようにしてあるが、上記遮断弁50が、上記排気ダクト51を流通する総合排気28の温度条件や雰囲気条件に耐え得る性能のものとしてある場合には、図4に示す如く、上記ドレン排出管48における上記遮断弁50の取付個所をも、上記排気ダクト51の内側に収容させるようにしてもよい。更には、ドレン排出管48や排気ダクト51やその他の筐体47内部の配管の取り合いに無理が生じたり、施工性の許す限り、上記ドレン排出管48における遮断弁50よりもできるだけ上流側位置までの範囲を、排気ダクト51内に収容させるようにしてもよい。このようにすれば、ドレン排出管48の先端部における、総合排気28により加熱及び保温できる領域をより上流側へ延長することができて、ドレン排出管48の加熱及び保温をより効果的に行うことが可能となる。   In the above-described embodiment, a portion from the position immediately downstream of the shutoff valve 50 at the tip of the drain discharge pipe 48 to the position near the tip opening 48a is accommodated in the exhaust duct 51. When the shut-off valve 50 has a performance capable of withstanding the temperature condition and the atmospheric condition of the general exhaust 28 that flows through the exhaust duct 51, the shut-off valve 50 in the drain discharge pipe 48 as shown in FIG. The attachment location may also be accommodated inside the exhaust duct 51. Furthermore, as long as the connection between the drain discharge pipe 48, the exhaust duct 51, and other piping inside the casing 47 is unreasonable or the workability permits, the drain discharge pipe 48 is as far upstream as possible from the shutoff valve 50. This range may be accommodated in the exhaust duct 51. In this way, the region that can be heated and kept warm by the general exhaust 28 at the tip of the drain discharge pipe 48 can be extended to the upstream side, and the drain discharge pipe 48 can be heated and kept warm more effectively. It becomes possible.

更に、ドレン排出管48の排気ダクト51内に収容された部分と、上記排気ダクト51内を流通する総合排気28との熱交換効率を高めて上記ドレン配管48の加熱及び保温効果を向上させるために、図5(イ)(ロ)に示す如く、ドレン排出管48の外周面に、たとえば、放射方向に突出するプレート状の伝熱フィン52を設けて、上記排気ダクト51内を流通する総合排気28からの受熱面積を拡大させるようにしてもよい。   Furthermore, in order to increase the heat exchange efficiency between the portion of the drain discharge pipe 48 accommodated in the exhaust duct 51 and the general exhaust 28 flowing through the exhaust duct 51, the heating and heat insulation effects of the drain pipe 48 are improved. In addition, as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), for example, a plate-shaped heat transfer fin 52 projecting in the radial direction is provided on the outer peripheral surface of the drain discharge pipe 48 to circulate through the exhaust duct 51. The heat receiving area from the exhaust 28 may be increased.

更に又、上記実施の形態においては、ドレン排出管48はすべてドレン46をまとめて排出する1本の配管として示したが、図1(イ)(ロ)及び図2(イ)(ロ)に示した実施の形態と同様に、筐体47の下部位置に設けてある1つの排気ダクト51内に、図示してはいないが、PEFC発電装置における複数のドレン発生源49に個別に接続してある複数本のドレン排出管48の先端部を、まとめて収容させるようにしてもよい。この場合にも、各ドレン排出管48の先端部にて凍結閉塞が生じる虞を未然に防止することが可能となる。又、たとえ、運転停止期間中に各ドレン排出管48に凍結閉塞が生じても、暖気操作期間中に該各ドレン排出管48の凍結を融解させて閉塞を解除することが可能となる。   Furthermore, in the above embodiment, the drain discharge pipe 48 is shown as a single pipe for discharging the drain 46 all together, but in FIGS. 1 (a) (b) and 2 (a) (b) Similarly to the illustrated embodiment, in one exhaust duct 51 provided at a lower position of the casing 47, although not shown, it is individually connected to a plurality of drain generation sources 49 in the PEFC power generator. You may make it accommodate the front-end | tip part of a certain some drain discharge pipe 48 collectively. Also in this case, it is possible to prevent the possibility of freezing and clogging at the distal end portion of each drain discharge pipe 48. Further, even if the drain discharge pipes 48 are frozen and clogged during the operation stop period, it is possible to release the clogging by melting the freezing of the drain discharge pipes 48 during the warm-up operation period.

次に、図6(イ)(ロ)は本発明の実施の他の形態を示すもので、図1(イ)(ロ)及び図2(イ)(ロ)に示したと同様の構成において、ドレン排出管48の加熱及び保温用の熱源として、総合排気28の保有する熱を利用することに代えて、PEFC発電装置の廃熱の1つである、燃料処理装置5の改質器6の燃焼室より排出される燃焼排気23の保有する熱を、ドレン排出管48の加熱及び保温用の熱源として利用するようにしたものである。   Next, FIGS. 6 (a) and (b) show another embodiment of the present invention, and in the same configuration as shown in FIGS. 1 (a) and (b) and FIGS. 2 (a) and (b), As a heat source for heating and keeping the drain discharge pipe 48, instead of using the heat held by the general exhaust 28, the reformer 6 of the fuel processing device 5 is one of the waste heat of the PEFC power generation device. The heat held by the combustion exhaust 23 discharged from the combustion chamber is used as a heat source for heating and keeping the drain discharge pipe 48.

すなわち、図3に示した如く、PEFC発電装置の発電運転中及び暖気操作期間のいずれにおいても、線aで示す燃焼排気23の温度は、線cで示す総合排気28の温度に比して高温となっていることに鑑みて、本実施の形態では、ドレン排出管48の先端部の外周面を、総合排気28に比してより温度の高い燃焼排気23に接するようにさせることにより、該ドレン排出管48の先端部の加熱及び保温の効率を向上させることができるようにする。   That is, as shown in FIG. 3, the temperature of the combustion exhaust 23 indicated by the line a is higher than the temperature of the general exhaust 28 indicated by the line c both during the power generation operation of the PEFC power generation device and during the warm-up operation period. In view of this, in the present embodiment, the outer peripheral surface of the tip of the drain discharge pipe 48 is brought into contact with the combustion exhaust 23 having a higher temperature than the general exhaust 28, thereby The efficiency of heating and heat retention at the tip of the drain discharge pipe 48 can be improved.

更に、図3より明らかなように、上記燃焼排気23は、PEFC発電装置の暖気操作期間中にはほぼ80℃以下となるため比較的低温であるが、PEFC発電装置の発電運転時には、100℃を越える高温となる。このため、本実施の形態では、上記ドレン排出管48の加熱及び保温に供した後にも高温を有する燃焼排気23が、ドレン排出管48の配置に対応させて筐体47の下部所要位置に設けてある排気ダクトを通してそのまま外部へ放出されることを回避できるように、上記ドレン排出管48の加熱及び保温に供した後の燃焼排気23を、カソード排気25と混合させて温度の低下した総合排気28としてから外部へ放出させることができるようにしてある。   Further, as apparent from FIG. 3, the combustion exhaust 23 is at a relatively low temperature because it is approximately 80 ° C. or less during the warm-up operation period of the PEFC power generation device, but is 100 ° C. during the power generation operation of the PEFC power generation device. High temperature exceeding For this reason, in the present embodiment, the combustion exhaust 23 having a high temperature even after the drain discharge pipe 48 is heated and kept warm is provided at the lower required position of the casing 47 in correspondence with the arrangement of the drain discharge pipe 48. The exhaust gas 23 after being subjected to heating and heat insulation of the drain discharge pipe 48 is mixed with the cathode exhaust gas 25 so as to avoid being discharged to the outside as it is through the existing exhaust duct. Then, it can be discharged to the outside.

具体的には、図1(イ)(ロ)及び図2(イ)(ロ)に示したと同様の構成における筐体47の下部所要位置に内外方向に貫通させて設ける排気ダクトを、図1(イ)(ロ)及び図2(イ)(ロ)に示した排気ダクト51と同様に、矩形断面形状とし且つ上記ドレン排出管48の先端部における筐体47外部に突出する部分を含んだ遮断弁50の直ぐ下流側位置よりも先端側の領域を全長に亘って収容する内筒53aと、該内筒53aの外周に配した外筒53bとからなる二重筒構造とし、更に、筐体47外部における上記外筒53bの先端部を、内筒53aの先端部よりも所要寸法突出させてなる構成の排気ダクト53とする。該排気ダクト53における筐体47内側の内筒53aの基端部には、燃焼排気ライン24の下流側端部を連通接続し、又、上記外筒53bの基端部には、ドレンセパレータ27を経た後のカソード排気ライン26の下流側端部を接続する。これにより、上記内筒53a内に、燃焼排気ライン24より導いた燃焼排気23を、又、内筒53aと外筒53bとの間の筒間流路54に、カソード排気ライン26より導いたカソード排気25を、それぞれ筐体47外部側へ向けて流通させることができるようにしてあり、更に、上記内筒53aよりも突出している外筒53bの先端部の内側にて、上記内筒53a内を通過した後の燃焼排気23と、上記筒間流路54を通して導かれたカソード排気25とを混合させて、この混合により生じる総合排気28を、上記外筒53bの先端より外部へ排出させることができるようにしてある。   Specifically, an exhaust duct provided in the inner and outer direction at a lower required position of the housing 47 in the same configuration as shown in FIGS. 1 (A) and (B) and FIGS. (B) Like the exhaust duct 51 shown in (B) and FIGS. 2 (B) and (B), it has a rectangular cross-sectional shape and includes a portion projecting to the outside of the casing 47 at the tip of the drain discharge pipe 48. It has a double cylinder structure comprising an inner cylinder 53a that accommodates the entire length of the region on the tip side from the position immediately downstream of the shutoff valve 50, and an outer cylinder 53b disposed on the outer periphery of the inner cylinder 53a. Let the front-end | tip part of the said outer cylinder 53b outside the body 47 be the exhaust duct 53 of a structure which protrudes a required dimension rather than the front-end | tip part of the inner cylinder 53a. A downstream end portion of the combustion exhaust line 24 is connected to a base end portion of the inner cylinder 53a inside the casing 47 in the exhaust duct 53, and a drain separator 27 is connected to a base end portion of the outer cylinder 53b. After that, the downstream end of the cathode exhaust line 26 is connected. As a result, the combustion exhaust 23 introduced from the combustion exhaust line 24 into the inner cylinder 53a and the cathode guided from the cathode exhaust line 26 to the inter-cylinder flow path 54 between the inner cylinder 53a and the outer cylinder 53b. The exhaust 25 can be circulated toward the outside of the casing 47, and further inside the inner cylinder 53a inside the tip of the outer cylinder 53b protruding from the inner cylinder 53a. Combustion exhaust 23 after passing through and the cathode exhaust 25 guided through the inter-cylinder channel 54 are mixed, and the overall exhaust 28 resulting from this mixing is discharged from the tip of the outer cylinder 53b to the outside. It is made to be able to.

上記ドレン排出管48の先端部は、下方に屈曲させた屈曲部48aを、上記排気ダクト53における内筒53a及び外筒53bの下面板を順次貫通させて該外筒53bの下面板の下方にやや突出するよう配置させることにより、上記ドレン排出管48の先端開口部48bが、上記ドレン排出管53の途中位置の下側にて、筐体47外部へ露出されるようにしてある。その他の構成は図1(イ)(ロ)及び図2(イ)(ロ)に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。   The leading end of the drain discharge pipe 48 has a bent portion 48a bent downward, and sequentially passes through the lower surface plate of the inner cylinder 53a and the outer tube 53b in the exhaust duct 53 and below the lower surface plate of the outer tube 53b. By disposing it so as to protrude slightly, the tip opening 48 b of the drain discharge pipe 48 is exposed to the outside of the housing 47 below the middle position of the drain discharge pipe 53. Other configurations are the same as those shown in FIGS. 1A and 1B and FIGS. 2A and 2B, and the same components are denoted by the same reference numerals.

本実施の形態によれば、PEFC発電装置の発電運転時には、ドレン排出管48を、上述したように100℃以上の高温となる燃焼排気23によってより効率よく加熱及び保温することができて、ドレン排出管48に凍結閉塞が発生する虞を未然に防止できる。又、PEFC発電装置の暖気操作中には、図3に示した如く、38℃程度となる燃焼排気23により、PEFC発電装置の運転停止期間中にドレン排出管48内で凍結したドレン46を、より効率よく融解させることが可能となるため、後述する実施例の結果から明らかなように、暖機運転期間中にドレン排出管48の閉塞をより効率よく解除させることができる。   According to the present embodiment, during the power generation operation of the PEFC power generator, the drain discharge pipe 48 can be more efficiently heated and kept warm by the combustion exhaust 23 having a high temperature of 100 ° C. or higher as described above. The possibility of freezing and clogging in the discharge pipe 48 can be prevented beforehand. Further, during the warming-up operation of the PEFC power generator, as shown in FIG. 3, the drain 46 frozen in the drain discharge pipe 48 during the operation stop period of the PEFC power generator by the combustion exhaust 23 having a temperature of about 38 ° C. Since melting can be performed more efficiently, the drain discharge pipe 48 can be released more efficiently during the warm-up operation period, as is apparent from the results of the examples described later.

しかも、上記PEFC発電装置の運転中に100℃以上の高温となる燃焼排気23が、上記ドレン排出管48の加熱及び保温に供した後にも高温を有しているとしても、排気ダクト53の先端部にて、カソード排気25と混合して温度を低下させてなる総合排気28としてから外部へ放出させることができるようにしてあるため、たとえば、PEFC発電装置に容易に人が近づくことができるような設置状況としてある場合においても、上記排気ダクト53より高温の燃焼排気23が排気されて人が火傷を被る等の問題が生じる虞を未然に防止することが可能となる。   Moreover, even if the combustion exhaust 23 that has a high temperature of 100 ° C. or higher during operation of the PEFC power generator has a high temperature even after it has been heated and kept warm, the end of the exhaust duct 53 Since the exhaust gas is mixed with the cathode exhaust gas 25 so as to be discharged to the outside after being mixed with the cathode exhaust gas 25, for example, a person can easily approach the PEFC power generator. Even in such a situation, it is possible to prevent the possibility that the combustion exhaust 23 having a temperature higher than that of the exhaust duct 53 is exhausted and a person is burned.

なお、たとえば、排気ダクトの先端部に人が容易に近づけないようにPEFC発電装置の周囲に囲いが設けてあったり、ドレン排出管48の加熱及び保温に供した後の燃焼排気23を、PEFC発電装置の上部等の人が容易に近づけない位置まで導いてから外部へ放出させるようにする等の対策を別途図るようにしてある場合には、上記二重筒構造としてある排気ダクト53に代えて、図1(イ)(ロ)及び図2(イ)(ロ)に示したと同様の、単筒構造の排気ダクト51内にドレン排出管48の先端部を収容させた構成として、該排気ダクト51内に燃焼排気ライン24より導いた燃焼排気23を流通させて、ドレン排出管48の加熱及び保温を行わせるようにしてもよい。   In addition, for example, an enclosure is provided around the PEFC power generation device so that a person cannot easily approach the tip of the exhaust duct, or the combustion exhaust 23 after the drain discharge pipe 48 is heated and kept warm is used as the PEFC. In the case where measures such as directing to a position where a person such as the upper part of the power generation device cannot easily approach and then releasing to the outside are taken separately, the exhaust duct 53 having the double cylinder structure is replaced. As shown in FIGS. 1 (a) (b) and 2 (b) (b), the exhaust pipe 51 having a single cylinder structure accommodates the tip of the drain discharge pipe 48. The exhaust gas 23 led from the combustion exhaust line 24 may be circulated in the duct 51 so that the drain discharge pipe 48 is heated and kept warm.

次いで、図7(イ)(ロ)は本発明の実施の更に他の形態を示すもので、図6(イ)(ロ)に示したと同様に、ドレン排出管48を加熱及び保温するための熱源として、燃料処理装置5の改質器6の燃焼排気23の保有する熱を利用するようにしてある構成において、PEFC発電装置の発電運転時に、100℃を越える高温排気となる上記燃焼排気23が、上記ドレン排出管48の加熱及び保温に供した後、高温のまま外部へ放出されることを回避できるようにするために、上記燃焼排気23をカソード排気25と混合させて温度の低下した総合排気28とさせてから外部へ放出させるようにすることに代えて、上記燃焼排気23を、PEFC発電装置に付設して該PEFC発電装置の廃熱を回収して所要温度の温水34を生成させるようにしてある温水回収装置38の温水39と熱交換させることにより、所要温度まで温度低下させることができるようにしたものである。   Next, FIGS. 7A and 7B show still another embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 6A and 6B, the drain discharge pipe 48 is heated and kept warm. In the configuration in which the heat held by the combustion exhaust 23 of the reformer 6 of the fuel processing device 5 is used as a heat source, the combustion exhaust 23 becomes a high temperature exhaust gas exceeding 100 ° C. during the power generation operation of the PEFC power generation device. However, after being used for heating and keeping the drain discharge pipe 48, the combustion exhaust 23 is mixed with the cathode exhaust 25 to reduce the temperature in order to avoid being discharged outside at a high temperature. Instead of using the exhaust gas 28 as a general exhaust gas 28, the combustion exhaust gas 23 is attached to the PEFC power generator to recover the waste heat of the PEFC power generator to generate hot water 34 at the required temperature. To let And by the hot water 39 and the heat exchanger of the hot water recovery device 38 are, in which to be able to temperature drop to the required temperature.

すなわち、図1(イ)(ロ)及び図2(イ)(ロ)に示したと同様に、筐体47の下部所要位置に、排気ダクト51を、内外方向に貫通するように設け、該排気ダクト51の中心部に、ドレン排出管48の先端部における筐体47外側へ突出する部分と、筐体47の内側に設けてある遮断弁50の直ぐ下流側位置よりも先端側の領域を収容させるようにする。   That is, as shown in FIGS. 1A and 1B and FIGS. 2A and 2B, an exhaust duct 51 is provided at a lower required position of the casing 47 so as to penetrate inward and outward, and the exhaust The central portion of the duct 51 accommodates a portion of the distal end portion of the drain discharge pipe 48 that protrudes to the outside of the housing 47 and a region on the distal end side from the position immediately downstream of the shutoff valve 50 provided inside the housing 47. I will let you.

更に、本実施の形態では、PEFC発電装置を、コージェネレーションシステム化を図るための温水回収装置38、すなわち、図10(ロ)に示したと同様に、貯湯槽42の出口側と入口側との間に、カソード排気ライン26上のカソード排気用熱交換器40と、冷却水ライン36上の電池冷却水用熱交換器41とを、温水循環ポンプ(図示せず)を備えた温水回収ライン43を介して直列に接続してなる温水回収装置38を付設してなる構成として、上記温水回収ライン43における所要個所、たとえば、上記電池冷却水用熱交換器41と貯湯槽42との間の温水回収ライン43上に、該温水回収ライン43を流通する温水39と燃焼排気23とを熱交換させるための燃焼排気用熱交換器55を設けて、燃焼排気ライン24の下流側端部を、上記燃焼排気熱回収用熱交換器55を経由させて上記排気ダクト51の筐体47内側の基端部に接続した構成とする。   Furthermore, in the present embodiment, the PEFC power generation device is connected to the hot water recovery device 38 for cogeneration system formation, that is, the outlet side and the inlet side of the hot water tank 42 as shown in FIG. In the meantime, a cathode exhaust heat exchanger 40 on the cathode exhaust line 26 and a battery cooling water heat exchanger 41 on the cooling water line 36 are connected to a hot water recovery line 43 having a hot water circulation pump (not shown). As a configuration in which a hot water recovery device 38 that is connected in series via a hot water is provided, a required portion of the hot water recovery line 43, for example, hot water between the battery cooling water heat exchanger 41 and the hot water storage tank 42, is provided. A combustion exhaust heat exchanger 55 for exchanging heat between the hot water 39 flowing through the hot water recovery line 43 and the combustion exhaust 23 is provided on the recovery line 43, and a downstream end portion of the combustion exhaust line 24 is provided. By way of the combustion exhaust gas heat recovery heat exchanger 55 and constituting connected to the housing 47 inside the proximal end of the exhaust duct 51.

なお、この場合、カソード排気25は、燃焼排気23と混合させた総合排気28としてではなく、カソード排気25単独で外部へ放出させるようにする。このために、カソード排気ライン26は、ドレンセパレータ27を経た後、たとえば、筐体47の上部所要位置まで達するよう適宜配設して、カソード排気25を筐体47の上部所要位置から外部へ放出させるようにしてある。その他の構成は図1(イ)(ロ)及び図2(イ)(ロ)に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。   In this case, the cathode exhaust 25 is not discharged as the comprehensive exhaust 28 mixed with the combustion exhaust 23, but is discharged outside by the cathode exhaust 25 alone. For this purpose, after passing through the drain separator 27, the cathode exhaust line 26 is appropriately arranged to reach, for example, the upper required position of the casing 47, and the cathode exhaust 25 is discharged from the upper required position of the casing 47 to the outside. I am trying to make it. Other configurations are the same as those shown in FIGS. 1A and 1B and FIGS. 2A and 2B, and the same components are denoted by the same reference numerals.

以上の構成としてある本実施の形態の固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除装置を使用する場合は、先ず、PEFC発電装置の発電運転(通常運転)時には、上記温水回収装置38の温水循環ポンプを運転して温水回収ライン43にて温水39を循環させるようにしておく。これにより、前述したようにPEFC発電装置の発電運転時に100℃以上の高温となっている燃焼排気23は、燃焼排気ライン24を通して上記温水回収ライン43上の燃焼排気用熱交換器55に導かれた時点で、該温水回収ライン43を循環している温水39と熱交換されて、100℃以下程度の所要温度まで引き下げられるようになる。その後、上記所要温度まで温度低下した燃焼排気23を、上記排気ダクト51へ導くことにより、該排気ダクト51内に収容してあるドレン排出管48の先端部を、上記燃焼排気23に残存している熱により、少なくとも25℃以上程度に加熱及び保温することができるようになるため、該ドレン排出管48が凍結閉塞する虞を未然に防止することができる。この際、上記温水回収装置38においては、燃焼排気用熱交換器55に温水回収ライン43を通して循環供給される温水39を、上記高温の燃焼排気23によって加熱することができて、温水回収効率を向上させることができるようになるため、上記温水回収装置38を付設してなるPEFC発電装置のコージェネレーションシステムとしての効率の向上化を図ることが可能になる。   When using the freeze blockage prevention and freeze blockage release device of the drain discharge pipe in the polymer electrolyte fuel cell power generation device of the present embodiment having the above-described configuration, first, during the power generation operation (normal operation) of the PEFC power generation device Then, the hot water circulation pump of the hot water recovery device 38 is operated so that the hot water 39 is circulated in the hot water recovery line 43. As a result, as described above, the combustion exhaust 23 having a high temperature of 100 ° C. or more during the power generation operation of the PEFC power generation apparatus is led to the combustion exhaust heat exchanger 55 on the hot water recovery line 43 through the combustion exhaust line 24. At that time, heat is exchanged with the hot water 39 circulating through the hot water recovery line 43 and the temperature is lowered to a required temperature of about 100 ° C. or less. Thereafter, the combustion exhaust 23 whose temperature has been lowered to the required temperature is guided to the exhaust duct 51, so that the end of the drain discharge pipe 48 accommodated in the exhaust duct 51 remains in the combustion exhaust 23. Since the heat can be heated and kept at least at about 25 ° C. or more, the drain discharge pipe 48 can be prevented from freezing and clogging. At this time, in the hot water recovery device 38, the hot water 39 circulated and supplied to the combustion exhaust heat exchanger 55 through the hot water recovery line 43 can be heated by the high-temperature combustion exhaust 23, thereby improving the hot water recovery efficiency. Since it becomes possible to improve, it becomes possible to improve the efficiency as a cogeneration system of the PEFC power generator to which the hot water recovery device 38 is attached.

一方、PEFC発電装置を起動させるときには、上記温水回収装置38の温水循環ポンプの運転を停止したままPEFC発電装置の暖気操作を行うようにする。このように、上記燃焼排気用熱交換器55への温水39の循環供給を停止した状態のまま暖気操作を行うと、暖気操作時に38℃程度となっている上記燃焼排気23を、上記燃焼排気用熱交換器55における温水39との熱交換をほとんど生じさせることなく、そのまま排気ダクト へ導いて、図6(イ)(ロ)に示した実施の形態と同様に、ドレン排出管48の加熱に供することができるようになることから、PEFC発電装置の運転停止期間中にドレン排出管48内にてドレン46の凍結が生じていたとしても、PEFC発電装置の暖気操作期間中に効率よく融解させて、該ドレン排出管48の閉塞を解除させることができる。   On the other hand, when the PEFC power generator is activated, the warm-up operation of the PEFC power generator is performed while the operation of the hot water circulation pump of the hot water recovery device 38 is stopped. As described above, when the warming-up operation is performed while the circulation of the hot water 39 to the combustion exhaust heat exchanger 55 is stopped, the combustion exhaust 23, which is about 38 ° C. at the time of the warming-up operation, is converted into the combustion exhaust. Heat exchange with the hot water 39 in the heat exchanger 55 is almost led to the exhaust duct, and the drain discharge pipe 48 is heated as in the embodiment shown in FIGS. Therefore, even if the drain 46 is frozen in the drain discharge pipe 48 during the operation stop period of the PEFC power generation device, it is efficiently melted during the warm-up operation period of the PEFC power generation device. Thus, the blockage of the drain discharge pipe 48 can be released.

図8(イ)(ロ)は本発明の実施の更に他の形態を示すもので、図1(イ)(ロ)及び図2(イ)(ロ)に示したと同様の構成において、ドレン排出管48の加熱及び保温用の熱源として、総合排気28の保有する熱を利用することに代えて、PEFC発電装置の廃熱の1つである、固体高分子型燃料電池1のカソード2より排出されるカソード排気25の保有する熱を利用することができるようにしたもので、以下のような構成としてある。   FIGS. 8 (a) and (b) show still another embodiment of the present invention. In the same configuration as shown in FIGS. 1 (a) and (b) and FIGS. Instead of using the heat held by the general exhaust 28 as a heat source for heating and maintaining the tube 48, it is discharged from the cathode 2 of the polymer electrolyte fuel cell 1, which is one of the waste heat of the PEFC power generator. The heat held by the cathode exhaust 25 to be used can be utilized, and has the following configuration.

すなわち、図1(イ)(ロ)及び図2(イ)(ロ)に示したと同様の構成において、排気ダクト51の筐体47内側の端部に、総合排気ライン29に代えて、カソード排気ライン26の下流側端部を接続するようにした構成としてある。   That is, in the same configuration as shown in FIGS. 1A and 1B and FIGS. 2A and 2B, the exhaust duct 51 is replaced with the cathode exhaust instead of the general exhaust line 29 at the end inside the casing 47. The downstream end portion of the line 26 is connected.

なお、この場合、燃焼排気23は、カソード排気25と混合してなる総合排気28としてではなく、燃焼排気23単独で外部に放出させるようにする。このために、燃焼排気ライン24は、たとえば、筐体47の上部所要位置に達するように適宜配設して、燃焼排気23を筐体47の上部所要位置から外部へ放出させるようにしてある。その他の構成は図1(イ)(ロ)及び図2(イ)(ロ)に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。   In this case, the combustion exhaust 23 is not discharged as the comprehensive exhaust 28 mixed with the cathode exhaust 25, but is discharged outside by the combustion exhaust 23 alone. For this purpose, the combustion exhaust line 24 is appropriately disposed so as to reach a required position on the upper portion of the casing 47, for example, so that the combustion exhaust 23 is discharged from the required upper position on the casing 47 to the outside. Other configurations are the same as those shown in FIGS. 1A and 1B and FIGS. 2A and 2B, and the same components are denoted by the same reference numerals.

本実施の形態によれば、図3に示す如く、カソード排気25は、発電運転時及び暖気操作中のいずれの場合においても、総合排気28よりも温度は低いが、発電運転時には25℃〜60℃程度の温度を有しているため、ドレン排出管48の先端部を25℃以上程度に加熱及び保温できて、凍結閉塞が生じる虞を未然に防止できる。一方、暖気操作中にも上記カソード排気25は約20℃の温度を有しているため、後述する実施例の結果より明らかなように、暖気操作期間中にドレン排出管48内で凍結しているドレン46を融解させることができて、ドレン排出管48の閉塞を解除させることができる。   According to the present embodiment, as shown in FIG. 3, the cathode exhaust 25 is lower in temperature than the general exhaust 28 in both the power generation operation and the warming-up operation, but is 25 ° C. to 60 ° C. in the power generation operation. Since it has a temperature of about 0 ° C., the tip of the drain discharge pipe 48 can be heated and kept at a temperature of about 25 ° C. or more, thereby preventing the possibility of freezing and clogging. On the other hand, since the cathode exhaust 25 has a temperature of about 20 ° C. even during the warming operation, the cathode exhaust 25 is frozen in the drain discharge pipe 48 during the warming operation period, as is apparent from the results of the examples described later. The drain 46 that is present can be melted, and the blockage of the drain discharge pipe 48 can be released.

更に、図9(イ)(ロ)は本発明の実施の更に他の形態を示すもので、ドレン排出管48の加熱及び保温用の熱源として、PEFC発電装置のコージェネレーションシステム化を図るべく付設される温水回収装置38にて上記発電装置の廃熱の回収により発生させて貯湯槽42に貯留してある温水39の保有する熱を利用するようにしたもので、以下のような構成としてある。   Further, FIGS. 9 (a) and 9 (b) show still another embodiment of the present invention, which is provided as a heat source for heating and keeping the drain discharge pipe 48 in order to realize a cogeneration system for the PEFC power generator. The warm water recovery device 38 is configured to use the heat held by the hot water 39 generated by the recovery of the waste heat of the power generation device and stored in the hot water tank 42, and has the following configuration. .

すなわち、図10(ロ)に示した温水回収装置38を付設してなるPEFC発電装置と同様の構成において、図1(イ)(ロ)及び図2(イ)(ロ)に示した実施の形態と同様に、筐体47の下部所要位置に、所要のドレン発生源49よりドレン46を導いて筐体47外部へ排出させるための遮断弁50付きのドレン排出管48を設けると共に、該ドレン排出管48における遮断弁50よりも下流側で且つ筐体47内となる位置の外周に、熱交換器としての温水ジャケット56を設ける。該温水ジャケット56には、上記温水回収装置38における温水回収ライン43の何れかの個所、たとえば、貯湯槽42とカソード排気用熱交換器40との間に位置する温水回収ライン43を経由させるように接続して、上記温水ジャケット56が、貯湯槽42の出口側に接続された一段目の熱交換器となるようにする。   That is, in the configuration similar to that of the PEFC power generation apparatus provided with the hot water recovery apparatus 38 shown in FIG. 10 (B), the implementation shown in FIGS. 1 (B) and 2 (B) and (B) is performed. Similarly to the embodiment, a drain discharge pipe 48 with a shut-off valve 50 for guiding the drain 46 from a required drain generation source 49 and discharging it to the outside of the casing 47 is provided at a lower required position of the casing 47, and the drain A hot water jacket 56 as a heat exchanger is provided on the outer periphery of the discharge pipe 48 at a position downstream of the shutoff valve 50 and inside the housing 47. The hot water jacket 56 is routed through any part of the hot water recovery line 43 in the hot water recovery apparatus 38, for example, the hot water recovery line 43 located between the hot water tank 42 and the cathode exhaust heat exchanger 40. So that the hot water jacket 56 becomes a first-stage heat exchanger connected to the outlet side of the hot water tank 42.

その他、図1(イ)(ロ)及び図2(イ)(ロ)並びに図10(ロ)に示したものと同一のものには同一符号が付してある。   In addition, the same components as those shown in FIGS. 1A, 1B, 2A, 2B, and 10B are denoted by the same reference numerals.

以上の構成としてある本実施の形態の固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除装置を使用する場合、先ず、PEFC発電装置の発電運転(通常運転)時には、上記温水回収装置38の温水循環ポンプを運転状態とすると、図10(ロ)に示したものと同様に、該温水回収装置38における温水回収ライン43を介して貯湯槽42、カソード排気用熱交換器40及び電池冷却水用熱交換器41を経て循環しながらカソード排気25及び固体高分子型燃料電池1の電池温度の冷却に供された後に温排水となる電池冷却水33との熱交換により所要温度に加熱される温水39を、上記循環の途中で上記ドレン排出管48に設置してある温水ジャケット56に導入して、該ドレン排出管48を加熱及び保温することができる。この際、上記温水39は、燃焼排気23、カソード排気25、総合排気28のようなガスに比して比熱(熱容量)が大幅に大きいため、筐体47外部に位置している上記ドレン排出管48の先端部までを熱伝導により加熱及び保温することができ、これにより、該ドレン排出管48に凍結閉塞が発生する虞を未然に防止できる。   When using the freeze blockage prevention and freeze blockage release device of the drain discharge pipe in the polymer electrolyte fuel cell power generation device of the present embodiment having the above configuration, first, during the power generation operation (normal operation) of the PEFC power generation device, When the hot water circulation pump of the hot water recovery device 38 is in an operating state, the hot water storage tank 42 and the heat exchange for cathode exhaust are exchanged via the hot water recovery line 43 in the hot water recovery device 38, as shown in FIG. The heat is exchanged with the battery cooling water 33 which becomes the warm drainage after being supplied to the cathode exhaust 25 and the cooling of the battery temperature of the polymer electrolyte fuel cell 1 while circulating through the battery 40 and the battery cooling water heat exchanger 41. Hot water 39 heated to a required temperature is introduced into a warm water jacket 56 installed in the drain discharge pipe 48 in the middle of the circulation, so that the drain discharge pipe 48 is heated and maintained. It can be. At this time, since the specific heat (heat capacity) of the hot water 39 is significantly larger than that of the gas such as the combustion exhaust 23, the cathode exhaust 25, and the general exhaust 28, the drain discharge pipe located outside the housing 47 is used. Up to the tip of 48 can be heated and kept warm by heat conduction, so that the possibility of freezing and clogging in the drain discharge pipe 48 can be prevented.

一方、PEFC発電装置の起動時には、上記貯湯槽42に以前のPEFC発電装置の発電運転時に廃熱を回収することにより所要温度に加熱された温水39が貯留されている状態で温水回収装置38の温水循環ポンプを運転すると、上記貯湯槽42内に貯留されていた所要温度の温水39がドレン排出管48に取り付けてある温水ジャケット56に供給されるようになることから、ドレン排出管48を温水39の保有する熱により直接加熱することができ、この場合にも、上記と同様に、筐体47外部に位置している上記ドレン排出管48の先端部までを熱伝導により加熱して、上記ドレン排出管48内にて凍結しているドレン46を、暖気操作期間中に融解させて、閉塞を解除させることができる。   On the other hand, when the PEFC power generator is started, the hot water recovery apparatus 38 is in a state where hot water 39 heated to a required temperature is stored in the hot water storage tank 42 by recovering waste heat during the power generation operation of the previous PEFC power generator. When the hot water circulation pump is operated, the hot water 39 having the required temperature stored in the hot water storage tank 42 is supplied to the hot water jacket 56 attached to the drain discharge pipe 48, so that the drain discharge pipe 48 is heated. 39 can be directly heated by the heat possessed by 39, and in this case as well, the top of the drain discharge pipe 48 located outside the housing 47 is heated by heat conduction, and The drain 46 frozen in the drain discharge pipe 48 can be thawed during the warm-up operation period to release the blockage.

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、図1(イ)(ロ)及び図2(イ)(ロ)の実施の形態、図6(イ)(ロ)の実施の形態、図8(イ)(ロ)の実施の形態において、図10(ロ)に示したと同様に、PEFC発電装置の廃熱を回収して温水を生成させる温水回収装置38を付設してコージェネレーションシステム化を図るようにしてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above embodiment, but the embodiment shown in FIGS. 1A and 1B and FIGS. 2A and 2B and the implementation shown in FIGS. 6A and 6B. In the embodiment shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), a hot water recovery device 38 for recovering waste heat from the PEFC power generator and generating hot water is attached as shown in FIG. 10 (b). A cogeneration system may be realized.

図5(イ)(ロ)の実施の形態におけるドレン排出管48の外周面に設ける伝熱フィンの形状や枚数は、排気ダクト51内におけるガスの流通を阻害しなければ、適宜変更してもよい。又、図6(イ)(ロ)、図7(イ)(ロ)、図8(イ)(ロ)の各実施の形態におけるドレン排出管48に、図5(イ)(ロ)に示したと同様の伝熱フィンを設けるようにしてもよい。更に、図6(イ)(ロ)、図7(イ)(ロ)、図8(イ)(ロ)の各実施の形態における排気ダクト51,53を、図4に示したと同様に、ドレン排出管48における遮断弁50よりも上流側へ延長させて設けるようにしてもよい。   The shape and the number of heat transfer fins provided on the outer peripheral surface of the drain discharge pipe 48 in the embodiment shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b) may be changed as appropriate as long as the gas flow in the exhaust duct 51 is not obstructed. Good. 6 (a), (b), FIG. 7 (a), (b), and FIG. 8 (b), (b), the drain discharge pipe 48 in each embodiment is shown in FIG. Heat transfer fins similar to those described above may be provided. Further, the exhaust ducts 51 and 53 in the respective embodiments of FIGS. 6 (a) and (b), FIGS. 7 (a) and (b), and FIGS. 8 (a) and (b) are similar to those shown in FIG. The exhaust pipe 48 may be provided to extend upstream from the shutoff valve 50.

図9(イ)(ロ)の実施の形態における温水回収装置38の温水回収ライン43を流れる温水39によりドレン排出管48を加熱及び保温するための熱交換器としては、温水ジャケット56を示したが、上記温水39によりドレン排出管48を加熱及び保温できれば、いかなる形式の熱交換器を用いるようにしてもよい。その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   A hot water jacket 56 is shown as a heat exchanger for heating and keeping the drain discharge pipe 48 by the hot water 39 flowing through the hot water recovery line 43 of the hot water recovery apparatus 38 in the embodiment of FIGS. However, any type of heat exchanger may be used as long as the drain discharge pipe 48 can be heated and kept warm by the hot water 39. Of course, various changes can be made without departing from the scope of the present invention.

以下、本発明者等の行った本発明の有効性を解析により検証した結果について説明する。   Hereinafter, the results obtained by analyzing the effectiveness of the present invention performed by the present inventors will be described.

ドレン排出管48を外径6mm、内径4mm、長さ50mmの円筒鋼管とし、このドレン排出管48内の全域に亘りドレン46が凍結しているとすると、その融解には、1.4kJ程度の熱量が必要になる。   If the drain discharge pipe 48 is a cylindrical steel pipe having an outer diameter of 6 mm, an inner diameter of 4 mm, and a length of 50 mm, and the drain 46 is frozen over the entire area of the drain discharge pipe 48, the melting is about 1.4 kJ. The amount of heat is required.

これに対し、PEFC発電装置の起動時(暖気操作時)には、表1に示す如く、燃焼排気23の温度は38℃程度であり、総合排気28の温度は25℃程度、カソード排気25の温度は20度程度となっている。又、上記各排気23,28,25の流量は、それぞれ600L(Normal)/min、150L(Normal)/min、450L(Normal)/minとなっている。

Figure 2007250311
以上のような温度及び流量条件となっている上記各排気23,28,25を用いて上記ドレン排出管48内の凍結しているドレンをすべて融解させるのに要する時間は、燃焼排気23を用いた場合は約30分、総合排気28を用いた場合は40分程度、カソード排気を用いた場合であっても50分程度である。 On the other hand, when the PEFC power generator is started up (during warm-up operation), as shown in Table 1, the temperature of the combustion exhaust 23 is about 38 ° C., the temperature of the general exhaust 28 is about 25 ° C., and the cathode exhaust 25 The temperature is about 20 degrees. The flow rates of the exhausts 23, 28, and 25 are 600 L (Normal) / min, 150 L (Normal) / min, and 450 L (Normal) / min, respectively.
Figure 2007250311
The time required to thaw all the frozen drain in the drain discharge pipe 48 using the exhaust 23, 28, 25 having the temperature and flow rate conditions as described above is determined using the combustion exhaust 23. It takes about 30 minutes when using the general exhaust, about 40 minutes when using the general exhaust 28, and about 50 minutes even when using the cathode exhaust.

したがって、ドレン排出管48を加熱するための熱源として、上記燃焼排気23、総合排気28、カソード排気25の保有する熱を利用する場合であっても、PEFC発電装置の起動に際して1時間程度の時間を要する暖気操作中に、上記ドレン排出管48内で凍結しているドレン46を融解させることができて、該ドレン排出管48の閉塞を解除できることが判明した。   Therefore, even when the heat stored in the combustion exhaust 23, the general exhaust 28, and the cathode exhaust 25 is used as a heat source for heating the drain discharge pipe 48, it takes about 1 hour to start the PEFC power generator. It has been found that the drain 46 frozen in the drain discharge pipe 48 can be melted during the warming-up operation that requires this, and the blockage of the drain discharge pipe 48 can be released.

本発明の固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除方法並びに装置の実施の一形態を示すもので、(イ)は概略切断側面図、(ロ)はドレン排出管との熱交換部である排気ダクトの所在を示すPEFC発電装置のブロック図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows an embodiment of a method and an apparatus for preventing freezing and clogging of a drain discharge pipe and a device in a solid polymer fuel cell power generator according to the present invention. It is a block diagram of the PEFC power generator which shows the location of the exhaust duct which is a heat exchange part with an exhaust pipe. 図1の装置のドレン排出管付近を拡大して示す図で、(イ)は切断側面図、(ロ)は(イ)のI−I方向矢視図である。It is a figure which expands and shows the drain discharge pipe vicinity of the apparatus of FIG. 1, (A) is a cut side view, (B) is an II direction arrow view of (A). 固体高分子型燃料電池発電装置における暖気時及び発電運転時における燃焼排気とカソード排気と総合排気の温度特性を示す図である。It is a figure which shows the temperature characteristic of combustion exhaust_gas | exhaustion, cathode exhaust_gas | exhaustion, and comprehensive exhaust_gas | exhaustion at the time of warming-up and a power generation driving | operation in a polymer electrolyte fuel cell power generator. 図1の装置の変形例を示す概略切断側面図である。It is a general | schematic cutting side view which shows the modification of the apparatus of FIG. 図1の装置の別の変形例におけるドレン排出管付近を拡大して示す図で、(イ)は切断側面図、(ロ)は(イ)のII−II方向矢視図である。It is a figure which expands and shows the drain discharge pipe vicinity in another modification of the apparatus of FIG. 1, (A) is a cut side view, (B) is a II-II direction arrow view of (A). 本発明の実施の他の形態を示すもので、(イ)は概略切断側面図、(ロ)はドレン排出管との熱交換部である排気ダクトの所在を示すPEFC発電装置のブロック図である。4A and 4B show another embodiment of the present invention, in which (a) is a schematic cut side view, and (b) is a block diagram of a PEFC power generation device showing the location of an exhaust duct that is a heat exchange part with a drain discharge pipe. . 本発明の実施の更に他の形態を示すもので、(イ)は概略切断側面図、(ロ)はドレン排出管との熱交換部である排気ダクトの所在を示すPEFC発電装置のブロック図である。FIG. 5 shows still another embodiment of the present invention, in which (a) is a schematic cut side view, and (b) is a block diagram of a PEFC power generation apparatus showing the location of an exhaust duct that is a heat exchange section with a drain discharge pipe. is there. 本発明の実施の更に他の形態を示すもので、(イ)は概略切断側面図、(ロ)はドレン排出管との熱交換部である排気ダクトの所在を示すPEFC発電装置のブロック図である。FIG. 5 shows still another embodiment of the present invention, in which (a) is a schematic cut side view, and (b) is a block diagram of a PEFC power generation apparatus showing the location of an exhaust duct that is a heat exchange section with a drain discharge pipe. is there. 本発明の実施の更に他の形態を示すもので、(イ)は概略切断側面図、(ロ)はドレン排出管との熱交換器である温水ジャケットの所在を示すPEFC発電装置のブロック図である。FIG. 5 shows still another embodiment of the present invention, in which (A) is a schematic cut side view, and (B) is a block diagram of a PEFC power generator showing the location of a hot water jacket that is a heat exchanger with a drain discharge pipe. is there. 従来のPEFC発電装置を示すもので、(イ)は温水回収装置を具備しない形式のものを、(ロ)は温水回収装置を付設してなる形式のものをそれぞれ示すブロック図である。1A and 1B are block diagrams showing a conventional PEFC power generator, in which (a) shows a type without a hot water recovery device, and (b) shows a type with a hot water recovery device attached thereto.

符号の説明Explanation of symbols

1 固体高分子型燃料電池
5 燃料処理装置
6 改質器
23 燃焼排気
24 燃焼排気ライン
25 カソード排気
26 カソード排気ライン
28 総合排気
29 総合排気ライン
38 温水回収装置
39 温水
42 貯湯槽
47 筐体
48 ドレン排出管
49 ドレン発生源
51 排気ダクト
53 排気ダクト
53a 内筒
53b 外筒
55 燃焼排気用熱交換器(熱交換器)
56 温水ジャケット(熱交換器)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polymer electrolyte fuel cell 5 Fuel processing apparatus 6 Reformer 23 Combustion exhaust 24 Combustion exhaust line 25 Cathode exhaust 26 Cathode exhaust line 28 General exhaust 29 General exhaust line 38 Hot water recovery apparatus 39 Hot water 42 Hot water storage tank 47 Case 48 Drain Drain pipe 49 Drain generation source 51 Exhaust duct 53 Exhaust duct 53a Inner cylinder 53b Outer cylinder 55 Heat exchanger for combustion exhaust (heat exchanger)
56 Hot water jacket (heat exchanger)

Claims (12)

固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の筐体外に突出する部分と該突出部分から筐体内側の所要長さ領域を、上記発電装置の廃熱により加熱及び保温することを特徴とする固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除方法。   A portion of a drain discharge pipe in a polymer electrolyte fuel cell power generator that protrudes outside the casing and a required length region inside the casing from the protruding portion are heated and kept warm by waste heat of the power generator. A method for preventing freezing and clogging of a drain discharge pipe in a polymer electrolyte fuel cell power generator and for releasing the frozen clogging. ドレン排出管の筐体外に突出する部分と該突出部分から筐体内側の所要長さ領域を加熱及び保温するための固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱として、上記発電装置における改質器の燃焼排気の保有する熱を用いるようにする請求項1記載の固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除方法。   As a waste heat of a polymer electrolyte fuel cell power generator for heating and keeping a portion of a drain discharge pipe protruding outside the casing and a required length region inside the casing from the protruding portion, a reformer in the power generator 2. The method for preventing and releasing freeze clogging of a drain discharge pipe in a polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 1, wherein the heat of the combustion exhaust gas is used. ドレン排出管の加熱及び保温に供した後の燃焼排気を、固体高分子型燃料電池のカソード排気と混合してから外部へ放出させるようにする請求項2記載の固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除方法。   3. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 2, wherein the combustion exhaust after being subjected to heating and heat insulation of the drain discharge pipe is mixed with the cathode exhaust of the polymer electrolyte fuel cell and then discharged to the outside. Method for preventing freezing and clogging of a drain discharge pipe in the apparatus. 固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱として用いる燃焼排気を、温水回収装置における温水と熱交換させたものとする請求項2記載の固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除方法。   The freezing and clogging of the drain discharge pipe in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 2, wherein the combustion exhaust used as waste heat of the polymer electrolyte fuel cell power generator is heat exchanged with the hot water in the hot water recovery apparatus. Prevention and freezing blockage release method. ドレン排出管の筐体外に突出する部分と該突出部分から筐体内側の所要長さ領域を加熱及び保温するための固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱として、固体高分子型燃料電池のカソード排気、又は、上記発電装置における改質器の燃焼排気と上記カソード排気を混合してなる総合排気の保有する熱を用いるようにする請求項1記載の固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除方法。   As the waste heat of the polymer electrolyte fuel cell power generator for heating and keeping the portion of the drain discharge pipe protruding outside the casing and the required length region inside the casing from the protruding portion, the solid polymer fuel cell 2. The drain in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 1, wherein the heat held by the cathode exhaust or the comprehensive exhaust obtained by mixing the combustion exhaust of the reformer in the power generator and the cathode exhaust is used. Freezing blockage prevention and freezing blockage release method for the discharge pipe. ドレン排出管の筐体外に突出する部分と該突出部分から筐体内側の所要長さ領域を加熱及び保温するための固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱として、固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱を熱回収して温水を生成させて貯湯槽に貯留するようにしてある温水回収装置における温水の保有する熱を用いるようにする請求項1記載の固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除方法。   Solid polymer fuel cell power generation as waste heat of a polymer electrolyte fuel cell power generator for heating and keeping a portion of the drain discharge pipe protruding outside the housing and a required length region inside the housing from the protruding portion 2. The polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 1, wherein the waste heat of the apparatus is recovered to generate hot water to be stored in a hot water tank and the heat stored in the hot water recovery apparatus is used. Method for preventing freezing and clogging of a drain discharge pipe in the apparatus. 固体高分子型燃料電池発電装置における筐体の所要位置に、上記発電装置における所要のドレン発生源にて発生したドレンを筐体外部へ排出させるためのドレン排出管を筐体外に突出させて設け、該ドレン排出管の筐体外へ突出する部分と該突出部分から筐体内側の所要長さ領域を収容する排気ダクトを、上記筐体の所要位置に内外方向に貫通させて設け、更に、上記排気ダクトとドレン排出管との間に上記発電装置の廃熱を導入させるようにした構成を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除装置。   A drain discharge pipe is provided at a required position of the casing of the polymer electrolyte fuel cell power generation apparatus so as to protrude out of the casing for draining the drain generated from a required drain generation source in the power generation apparatus. A portion of the drain discharge pipe that protrudes outside the housing and an exhaust duct that accommodates a required length region inside the housing from the protruding portion are provided to penetrate the required position of the housing inward and outward, and further, Prevention of freezing clogging and release of freezing clogging in a drain discharge pipe in a polymer electrolyte fuel cell power generation device characterized in that waste heat of the power generation device is introduced between an exhaust duct and a drain discharge pipe apparatus. 固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱として、該発電装置の改質器からの燃焼排気とし、該燃焼排気を導く燃焼排気ラインを排気ダクトに接続して、燃焼排気を排気ダクトとドレン排出管の間に導くようにした請求項7記載の固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除装置。   As waste heat of the polymer electrolyte fuel cell power generator, combustion exhaust from the reformer of the power generator is connected, and a combustion exhaust line that leads the combustion exhaust is connected to the exhaust duct, and the combustion exhaust is discharged to the exhaust duct and drain. The apparatus for preventing freezing and clogging of a drain discharge pipe in a polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 7, wherein the apparatus is led between the pipes. 排気ダクトを、内筒と、該内筒よりも外端側を長くした外筒とからなる二重筒構造とし、上記内筒の内側にドレン排出管の筐体外に突出する部分と該突出部分から筐体内側の所要長さ領域を収容すると共に、上記内筒に燃焼排気ラインを接続し、更に、上記外筒と内筒との間にカソード排気を導くよう外筒にカソード排気ラインを接続するようにした請求項7記載の固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除装置。   The exhaust duct has a double cylinder structure including an inner cylinder and an outer cylinder whose outer end side is longer than the inner cylinder, and a portion protruding outside the casing of the drain discharge pipe and the protruding portion inside the inner cylinder The required length area inside the housing is accommodated, a combustion exhaust line is connected to the inner cylinder, and a cathode exhaust line is connected to the outer cylinder so as to guide the cathode exhaust between the outer cylinder and the inner cylinder The apparatus for preventing freezing clogging and releasing the frozen clogging of the drain discharge pipe in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 7. 燃焼排気ラインにおける排気ダクトとの接続位置よりも上流側に、該燃焼排気ラインを流通する燃焼排気と、固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱を熱回収して温水を生成させて貯湯槽に貯留するようにしてある温水回収装置における温水とを熱交換させるための熱交換器を設けるようにした請求項8記載の固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除装置。   On the upstream side of the connection position with the exhaust duct in the combustion exhaust line, the combustion exhaust flowing through the combustion exhaust line and the waste heat of the polymer electrolyte fuel cell power generator are recovered by heat to generate hot water, and the hot water storage tank A heat exchanger for exchanging heat with the hot water in the hot water recovery device that is stored in the storage device is provided with prevention of freezing and clogging of the drain discharge pipe and freezing in the polymer electrolyte fuel cell power generation device according to claim 8. Blockage release device. 固体高分子型燃料電池発電装置の廃熱として、固体高分子型燃料電池のカソード排気とし、該カソード排気を導くカソード排気ラインを排気ダクトに接続して、カソード排気を排気ダクトとドレン排出管の間に導くようにするか、又は、上記発電装置の廃熱として、該発電装置の改質器の燃焼排気と上記カソード排気とを混合してなる総合排気とし、該総合排気を導く総合排気ラインを排気ダクトに接続して、総合排気を排気ダクトとドレン排出管との間に導くようにした請求項7記載の固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除装置。   As waste heat of the polymer electrolyte fuel cell power generator, the cathode exhaust of the polymer electrolyte fuel cell is used, the cathode exhaust line that leads the cathode exhaust is connected to the exhaust duct, and the cathode exhaust is connected to the exhaust duct and the drain exhaust pipe. Or a comprehensive exhaust line for introducing the exhaust as a waste gas of the power generator, or a comprehensive exhaust gas obtained by mixing the combustion exhaust of the reformer of the power generator and the cathode exhaust. The drain discharge pipe in the polymer electrolyte fuel cell power generator according to claim 7, wherein the exhaust pipe is connected to the exhaust duct to guide the general exhaust between the exhaust duct and the drain discharge pipe. apparatus. 固体高分子型燃料電池発電装置における所要のドレン発生源にて発生したドレンを筐体外部へ排出させるためのドレン排出管の先端付近に、上記発電装置の廃熱を熱回収して温水を生成させて貯湯槽に貯留するようにしてある温水回収装置における温水を流通させて上記ドレン排出管を加熱及び保温するための熱交換器を設けるようにした構成を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池発電装置におけるドレン排出管の凍結閉塞防止及び凍結閉塞解除装置。   In the polymer electrolyte fuel cell power generator, heat generated by the waste heat from the power generator is recovered near the tip of the drain discharge pipe for discharging the drain generated at the required drain source to the outside of the housing. A solid polymer having a configuration in which a heat exchanger is provided to heat and keep the drain discharge pipe by circulating hot water in a hot water recovery device that is stored in a hot water storage tank Device for preventing freezing and clogging of a drain discharge pipe in a fuel cell power generator.
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