JP2002134140A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2002134140A
JP2002134140A JP2000319674A JP2000319674A JP2002134140A JP 2002134140 A JP2002134140 A JP 2002134140A JP 2000319674 A JP2000319674 A JP 2000319674A JP 2000319674 A JP2000319674 A JP 2000319674A JP 2002134140 A JP2002134140 A JP 2002134140A
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JP
Japan
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exhaust gas
cathode exhaust
fuel cell
gas supply
ejector
Prior art date
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Application number
JP2000319674A
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Japanese (ja)
Inventor
Sota Shibazaki
宗太 芝崎
Hiroshi Okada
弘 岡田
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To conduct stable burning by replenishing oxygen in a cathode exhaust gas. SOLUTION: An ejector 36, for introducing the outside air and mixing it to the cathode exhaust gas, is installed in a cathode exhaust gas supply passage 11 for supplying the cathode exhaust gas exhausted from a fuel cell 10 to anode gas supply part 20, 50. A flow control valve 34 for controlling the flow rate of the cathode exhaust gas is installed in the upstream position of the ejector 36 in the cathode exhaust gas supply passage 11. By introducing the outside air, the oxygen concentration in a mixed gas flowing through the cathode exhaust gas supply passage 11 is increased to the extent of being capable of conducting stable burning, in the anode gas supply part 20, 50.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水素と酸素との化
学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池からな
る燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及びポ
ータブル発電器等の移動体に適用して有効である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system comprising a fuel cell which generates electric energy by a chemical reaction between hydrogen and oxygen, and is applied to a moving body such as a vehicle, a ship and a portable generator. It is valid.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池では、アノード側には水素を含
むアノードガスが供給され、カソード側には酸素を含む
カソードガスが供給され、これらアノードガスおよびカ
ソードガスは燃料電池内で消費された後、未反応ガスを
含む排ガスとして排出される。
2. Description of the Related Art In a fuel cell, an anode gas containing hydrogen is supplied to an anode side, a cathode gas containing oxygen is supplied to a cathode side, and the anode gas and the cathode gas are consumed in the fuel cell. And is discharged as exhaust gas containing unreacted gas.

【0003】燃料電池システムにおける効率の向上を目
的として、燃料電池から排出されるアノード排ガスやカ
ソード排ガスを再利用するシステムが種々検討されてい
る。例えば特開平8−241722号公報記載の燃料電
池システムのように、水素を含むアノード排ガスや酸素
を含むカソード排ガスを改質器の触媒燃焼器に供給して
燃焼させ、改質反応(吸熱反応)の補助熱源として再利
用する構成が知られている。
For the purpose of improving the efficiency of the fuel cell system, various systems for reusing anode exhaust gas and cathode exhaust gas discharged from the fuel cell have been studied. For example, as in a fuel cell system described in JP-A-8-241722, an anode exhaust gas containing hydrogen and a cathode exhaust gas containing oxygen are supplied to a catalytic combustor of a reformer and burned, and a reforming reaction (endothermic reaction) is performed. There is known a configuration for reuse as an auxiliary heat source.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ここで、カソード排ガ
スに着目すると、カソード排ガス中の酸素濃度が低いた
め、カソード排ガス中の酸素をある目的で消費する消費
装置にとっては不都合がある。例えば、燃料電池システ
ムにおいて、カソード排ガスを水素生成用改質原料の部
分酸化に供する場合、カソード排ガス中の酸素濃度が低
いと改質原料を部分酸化できないことになる。
Here, when attention is paid to the cathode exhaust gas, since the oxygen concentration in the cathode exhaust gas is low, it is inconvenient for a consuming apparatus that consumes oxygen in the cathode exhaust gas for a certain purpose. For example, in a fuel cell system, when the cathode exhaust gas is subjected to partial oxidation of the reformed material for hydrogen generation, if the oxygen concentration in the cathode exhaust gas is low, the reformed material cannot be partially oxidized.

【0005】本発明は、上記問題点に鑑み、カソード排
ガス中に酸素源を導入し得るようにしてカソード排ガス
の再利用の利便性を図ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to make it possible to introduce an oxygen source into a cathode exhaust gas, thereby improving the convenience of reusing the cathode exhaust gas.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明では、水素を含むアノードガ
スと酸素を含むカソードガスが供給され、水素と酸素と
の化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池
(10)と、燃料電池(10)から排出されたカソード
排ガスが通過するカソード排ガス供給路(11)と、カ
ソード排ガス供給路(11)に設けられ、カソード排ガ
ス供給路(11)を流れるカソード排ガスの流れにより
カソード排ガス供給路(11)内に酸素源を導入するエ
ゼクタ(36)と、カソード排ガス供給路(11)に接
続され、カソード排ガス供給路(11)に導入された酸
素源を含むカソード排ガスを消費する消費装置とを備え
ることを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an anode gas containing hydrogen and a cathode gas containing oxygen are supplied, and electric energy is produced by a chemical reaction between hydrogen and oxygen. , A cathode exhaust gas supply passage (11) through which the cathode exhaust gas discharged from the fuel cell (10) passes, and a cathode exhaust gas supply passage (11) provided in the cathode exhaust gas supply passage (11). The cathode exhaust gas supply passage (11) is connected to an ejector (36) for introducing an oxygen source into the cathode exhaust gas supply passage (11) by the flow of the cathode exhaust gas flowing through the cathode exhaust gas supply passage (11), and introduced into the cathode exhaust gas supply passage (11). A consumption device for consuming cathode exhaust gas containing an oxygen source.

【0007】このようにカソード排ガス供給路(11)
にエゼクタ(36)を設けることで、カソード排ガスに
対して酸素源を混合することができる。このため、消費
装置には、酸素量の増加したカソード排ガスが供給され
るので、消費装置におけるカソード排ガスの再利用の利
便性を図ることができる。
Thus, the cathode exhaust gas supply path (11)
The oxygen source can be mixed with the cathode exhaust gas by providing the ejector (36). For this reason, the cathode exhaust gas with the increased oxygen amount is supplied to the consuming device, so that the convenience of the reuse of the cathode exhaust gas in the consuming device can be improved.

【0008】また、請求項2に記載の発明では、カソー
ド排ガス供給路(11)におけるエゼクタ(36)の上
流側に設けられ、カソード排ガスの流量を制御する流量
制御弁(34)を備えることを特徴としている。
[0008] According to a second aspect of the present invention, there is provided a flow control valve (34) provided on the cathode exhaust gas supply path (11) upstream of the ejector (36) and controlling the flow rate of the cathode exhaust gas. Features.

【0009】これにより、エゼクタ(36)に流れるカ
ソード排ガス流量を制御して消費装置に供給されるカソ
ード排ガスに混合される酸素源の量、すなわち酸素量を
制御することができ、消費装置における酸素要求量の調
整に答えることができる。
Thus, the amount of the oxygen source mixed with the cathode exhaust gas supplied to the consuming device, that is, the amount of oxygen, can be controlled by controlling the flow rate of the cathode exhaust gas flowing through the ejector (36). Can respond to adjustments in demand.

【0010】また、請求項3に記載の発明では、消費装
置は酸素源を含むカソード排ガスを燃焼消費するもので
あり、消費装置には、酸素源を含むカソード排ガスの燃
焼温度に関連した温度を検出する温度検出手段(24、
55)と、温度検出手段(24、55)により検出した
加熱温度に基づいて流量制御弁(34)の開度を制御す
る制御部(40)とを備えていることを特徴としてい
る。これにより、消費装置での燃焼温度を調整すること
ができる。
[0010] In the invention according to claim 3, the consuming device burns and consumes the cathode exhaust gas containing the oxygen source, and the consuming device stores the temperature related to the combustion temperature of the cathode exhaust gas containing the oxygen source. Temperature detecting means (24,
55) and a control unit (40) for controlling the opening of the flow control valve (34) based on the heating temperature detected by the temperature detecting means (24, 55). Thereby, the combustion temperature in the consuming device can be adjusted.

【0011】また、カソード排ガスは出発源としては圧
縮空気であることから、エゼクタ(36)を通過するこ
とでその熱量を若干奪われるため、熱的に不利になる場
合がある。
Further, since the cathode exhaust gas is compressed air as a starting source, a small amount of heat is lost by passing through the ejector (36), which may be disadvantageous in terms of heat.

【0012】そこで、請求項4に記載の発明では、カソ
ード排ガスを、エゼクタ(36)をバイパスさせて消費
装置に直接供給させるバイパス通路(31)と、カソー
ド排ガスの流れをエゼクタ(36)側あるいはバイパス
通路(31)側に切り替える流路切替弁(32)とを備
えることを特徴としている。
Therefore, in the invention according to claim 4, a bypass passage (31) through which the cathode exhaust gas is directly supplied to the consuming device by bypassing the ejector (36), and a flow of the cathode exhaust gas to the ejector (36) side or And a flow path switching valve (32) for switching to a bypass passage (31) side.

【0013】これにより、燃料電池(10)の始動時お
よび一時的な発電停止時のような場合には、カソード排
ガスをバイパス通路(31)を通過させることで、カソ
ード排ガスがエゼクタ(36)を通過することによる熱
の損失を回避することができる。また、このような場合
は、燃料電池(10)は発電を行っていないので、カソ
ード排ガス中の酸素濃度が低くなっておらず、従って消
費装置に対しては温度が高く、しかも酸素濃度が高いカ
ソード排ガスを供給することができる。
[0013] Thus, in the case of starting the fuel cell (10) and temporarily stopping power generation, the cathode exhaust gas passes through the bypass passage (31), so that the cathode exhaust gas passes through the ejector (36). Heat loss due to passing can be avoided. In such a case, since the fuel cell (10) does not generate power, the oxygen concentration in the cathode exhaust gas is not low, so that the temperature is high for the consuming device and the oxygen concentration is high. Cathode exhaust gas can be supplied.

【0014】また、請求項5に記載の発明では、消費装
置における、酸素源を含むカソード排ガスの燃焼温度に
より流路切替弁(32)の開閉制御を行うことを特徴と
している。このため、消費装置における燃焼温度の調整
を図ることができる。
Further, the invention according to claim 5 is characterized in that the opening and closing of the flow path switching valve (32) is controlled by the combustion temperature of the cathode exhaust gas containing the oxygen source in the consuming device. Therefore, it is possible to adjust the combustion temperature in the consuming device.

【0015】また、請求項6に記載の発明のように、消
費装置は改質反応により水素を含む改質ガスを発生させ
るものとすることができる。この場合、エゼクタにより
導入された酸素源により酸素濃度が増加したカソード排
ガスを改質反応に必要な熱エネルギ源として利用でき
る。
Further, as in the invention as set forth in claim 6, the consuming device can generate a reformed gas containing hydrogen by a reforming reaction. In this case, the cathode exhaust gas whose oxygen concentration has been increased by the oxygen source introduced by the ejector can be used as a heat energy source required for the reforming reaction.

【0016】また、請求項7に記載の発明のように、消
費装置は、アノードガスとしての水素を貯蔵する水素貯
蔵容器(51)を備え、酸素源を含むカソード排ガスの
燃焼による熱エネルギを水素貯蔵容器に付与して水素貯
蔵容器から水素をアノードガスとして取り出すものに利
用することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, the consuming device includes a hydrogen storage container (51) for storing hydrogen as an anode gas, and transfers heat energy from combustion of a cathode exhaust gas containing an oxygen source to the hydrogen. It can be applied to a storage container to extract hydrogen as anode gas from the hydrogen storage container.

【0017】また、請求項8に記載の発明では、カソー
ド排ガス供給路(11)に導入される酸素源として空気
を用いているため、特別な酸素源を必要とせず、簡便で
ある。
In the invention according to the eighth aspect, since air is used as the oxygen source introduced into the cathode exhaust gas supply passage (11), a special oxygen source is not required and the method is simple.

【0018】また、請求項9に記載の発明では、カソー
ドガスとしての空気を燃料電池(10)に供給するコン
プレッサ(30b)を備えているため、コンプレッサの
圧縮力を使うことで、エゼクタによる酸素源の供給能力
が向上し、従ってこの酸素源の量を充分に確保すること
ができる。
According to the ninth aspect of the present invention, since the compressor (30b) for supplying air as the cathode gas to the fuel cell (10) is provided, by using the compression force of the compressor, the oxygen generated by the ejector can be increased. The supply capacity of the source is improved, so that the amount of the oxygen source can be sufficiently secured.

【0019】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
Note that the reference numerals in parentheses of the above means indicate the correspondence with specific means described in the embodiments described later.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】(第1実施形態)以下、本発明の
第1実施形態について図1〜図4に基づいて説明する。
図1は本第1実施形態の燃料電池システムの概略構成を
示している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a schematic configuration of the fuel cell system according to the first embodiment.

【0021】図1に示すように本第1実施形態の燃料電
池システムは、燃料電池10、アノードガス供給部2
0、カソードガス供給部30、流量制御弁34、エゼク
タ36、制御部40等を主要な構成要素としている。
As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to the first embodiment comprises a fuel cell 10, an anode gas supply section 2
0, a cathode gas supply unit 30, a flow control valve 34, an ejector 36, a control unit 40, and the like are main components.

【0022】燃料電池10は、酸素を含むカソードガス
が供給されるカソード極と、水素を含むアノードガスが
供給されるアノード極とを備えている。燃料電池10で
は酸素と水素との化学反応により発電し、図示しない電
動モータ等の負荷に電力を供給するように構成されてい
る。燃料電池10に供給されたアノードガスおよびカソ
ードガスは燃料電池10にて消費され、化学反応に用い
られなかったガスは、排ガスとして燃料電池10から排
出される。
The fuel cell 10 has a cathode electrode supplied with a cathode gas containing oxygen and an anode electrode supplied with an anode gas containing hydrogen. The fuel cell 10 is configured to generate electric power by a chemical reaction between oxygen and hydrogen and supply electric power to a load such as an electric motor (not shown). The anode gas and the cathode gas supplied to the fuel cell 10 are consumed in the fuel cell 10, and the gas not used for the chemical reaction is discharged from the fuel cell 10 as exhaust gas.

【0023】燃料電池10のカソード極より排出される
カソード排ガスは、カソード排ガス供給路11を介して
後述のアノードガス供給部20の蒸発器22に供給され
る。アノード極より排出されるアノード排ガスは、アノ
ード排ガス通路12を介して一部は大気中に放出される
とともに、一部は燃料電池10のアノード極に再供給さ
れる。
The cathode exhaust gas discharged from the cathode of the fuel cell 10 is supplied to an evaporator 22 of an anode gas supply section 20 described later via a cathode exhaust gas supply path 11. A part of the anode exhaust gas discharged from the anode is discharged into the atmosphere via the anode exhaust passage 12, and a part of the exhaust gas is resupplied to the anode of the fuel cell 10.

【0024】燃料電池システムには、燃料電池10にア
ノードガスを供給するアノードガス供給部(消費装置)
20が設けられている。本第1実施形態では、アノード
ガス供給部20として、メタノール等の炭化水素化合物
を含む改質原料を水蒸気改質して水素リッチガス(アノ
ードガス)を生成する改質装置を用いている。この改質
装置は、高温での触媒反応(改質反応)によって、改質
原料を水素、二酸化炭素、一酸化炭素を含む改質ガスに
改質し、改質ガス中の一酸化炭素を除去するように構成
されている。アノードガス供給部20にて発生したアノ
ードガスは、アノードガス通路29を介して燃料電池1
0のアノード極に供給される。
In the fuel cell system, an anode gas supply unit (consumer) for supplying anode gas to the fuel cell 10
20 are provided. In the first embodiment, a reformer that generates a hydrogen-rich gas (anode gas) by steam reforming a reforming raw material containing a hydrocarbon compound such as methanol is used as the anode gas supply unit 20. This reformer reforms a reforming raw material into a reformed gas containing hydrogen, carbon dioxide, and carbon monoxide by a catalytic reaction (reforming reaction) at a high temperature, and removes carbon monoxide in the reformed gas. It is configured to be. The anode gas generated in the anode gas supply unit 20 is supplied to the fuel cell 1 through the anode gas passage 29.
0 is supplied to the anode electrode.

【0025】アノードガス供給部20は、燃焼用燃料を
気化させる燃料気化部21、改質原料を蒸発・気化させ
る蒸発器(触媒燃焼器)22、蒸発器22にて気化した
改質原料を水素リッチガスに改質する改質器(改質部)
23から構成されている。
The anode gas supply section 20 includes a fuel vaporization section 21 for vaporizing the fuel for combustion, an evaporator (catalyst combustor) 22 for evaporating and vaporizing the reforming material, and converting the reforming material vaporized by the evaporator 22 to hydrogen. Reformer for reforming to rich gas (reforming unit)
23.

【0026】燃料気化部21は、燃焼用の燃料を気化さ
せて蒸発器22に供給する。燃料気化部21には、空気
供給装置25より高圧空気が供給され、燃焼用燃料供給
装置26より燃焼用の燃料が供給される。気化用空気供
給装置25は、エアフィルタ25aおよび空気供給用ポ
ンプ25bとから構成されている。また、燃焼用燃料供
給装置26は、燃料フィルタ26aおよび燃焼用燃料供
給ポンプ26bとから構成されている。
The fuel vaporizer 21 vaporizes the fuel for combustion and supplies it to the evaporator 22. The fuel vaporizer 21 is supplied with high-pressure air from an air supply device 25 and supplied with combustion fuel from a combustion fuel supply device 26. The vaporizing air supply device 25 includes an air filter 25a and an air supply pump 25b. The combustion fuel supply device 26 includes a fuel filter 26a and a combustion fuel supply pump 26b.

【0027】蒸発器22は、改質原料供給装置27より
供給される改質原料を蒸発・気化させて改質器23に供
給する。改質原料供給装置27は、燃料フィルタ27a
および改質原料供給ポンプ27bとから構成されてい
る。本第1実施形態では、改質原料としてメタノールと
水との混合溶液を用いている。
The evaporator 22 evaporates and vaporizes the reforming raw material supplied from the reforming raw material supply device 27 and supplies it to the reformer 23. The reforming material supply device 27 includes a fuel filter 27a.
And a reforming material supply pump 27b. In the first embodiment, a mixed solution of methanol and water is used as a reforming raw material.

【0028】蒸発器22には、改質原料が通過する改質
原料通路(図示せず)と、燃料電池10から排出される
カソード排ガスが通過するカソード排ガス通路(図示せ
ず)とが形成されている。蒸発器22は、カソード排ガ
ス通路と改質原料通路との間で熱交換を行う熱交換器と
して構成されている。
The evaporator 22 has a reforming material passage (not shown) through which the reforming material passes, and a cathode exhaust gas passage (not shown) through which the cathode exhaust gas discharged from the fuel cell 10 passes. ing. The evaporator 22 is configured as a heat exchanger that exchanges heat between the cathode exhaust gas passage and the reforming material passage.

【0029】蒸発器22のカソード排ガス通路には、触
媒燃焼のための触媒が設けられている。カソード排ガス
通路では、燃料気化部21より燃焼用燃料が供給され、
燃料電池10よりカソード排ガスが供給されることによ
り、触媒燃焼が起こる。カソード排ガス通路で触媒燃焼
により発生した熱は、改質原料通路を通過する改質原料
に伝えられ、改質原料を蒸発・気化させる。触媒燃焼後
の排ガスは排ガス通路28より排出される。蒸発器22
にて気化された改質燃料は改質器23に供給される。
A catalyst for catalytic combustion is provided in the cathode exhaust gas passage of the evaporator 22. In the cathode exhaust gas passage, fuel for combustion is supplied from the fuel vaporization unit 21,
When the cathode exhaust gas is supplied from the fuel cell 10, catalytic combustion occurs. Heat generated by catalytic combustion in the cathode exhaust gas passage is transmitted to the reforming material passing through the reforming material passage, and evaporates and vaporizes the reforming material. The exhaust gas after the catalytic combustion is discharged from the exhaust gas passage 28. Evaporator 22
The reformed fuel vaporized in is supplied to the reformer 23.

【0030】蒸発器22には、カソード排ガスを利用し
た触媒燃焼による加熱温度(蒸発器温度)Tを検出する
ための温度センサ(温度検出手段)24が設けられてい
る。また、蒸発器22には最低許容温度T1と最高許容
温度T2とが予め定められている。最高許容温度T2
は、蒸発器22に設けられた触媒が高温で性能劣化を起
こさない範囲での最高温度であり、触媒の種類等に応じ
て任意に設定できる。最低許容温度T1は、効率よく触
媒反応が行える最低温度で、例えば最低許容温度T1=
最高許容温度T2−50℃と設定することができ、最高
許容温度T2を600℃とした場合、最低許容温度T1
を550℃とすることができる。
The evaporator 22 is provided with a temperature sensor (temperature detecting means) 24 for detecting a heating temperature (evaporator temperature) T by catalytic combustion using cathode exhaust gas. Further, the evaporator 22 has a minimum allowable temperature T1 and a maximum allowable temperature T2 determined in advance. Maximum allowable temperature T2
Is the highest temperature in a range where the catalyst provided in the evaporator 22 does not cause performance degradation at high temperature, and can be arbitrarily set according to the type of the catalyst and the like. The minimum allowable temperature T1 is a minimum temperature at which a catalytic reaction can be efficiently performed. For example, the minimum allowable temperature T1 =
The maximum allowable temperature T2 can be set to 50 ° C, and when the maximum allowable temperature T2 is 600 ° C, the minimum allowable temperature T1
To 550 ° C.

【0031】改質器23には改質触媒が設けられてい
る。改質器23は、気化した改質原料と水蒸気とを化学
反応させ、水素と二酸化炭素と少量の一酸化炭素とを含
んだ改質ガスに改質する。改質ガスは、図示しないCO
除去部にて一酸化炭素が除去されて水素リッチガス(ア
ノードガス)となり、アノードガス通路29を介して燃
料電池10のアノード極に供給される。
The reformer 23 is provided with a reforming catalyst. The reformer 23 chemically reacts the vaporized reforming raw material with steam to reform into a reformed gas containing hydrogen, carbon dioxide, and a small amount of carbon monoxide. The reformed gas is CO (not shown).
The carbon monoxide is removed in the removing section to become a hydrogen-rich gas (anode gas), which is supplied to the anode of the fuel cell 10 through the anode gas passage 29.

【0032】燃料電池10のカソード極には、カソード
ガス供給部30からカソードガス(空気)が供給され
る。カソードガス供給部30は、エアフィルタ30a、
高圧空気を供給するためのコンプレッサ30b、空気を
加湿するための加湿器30cによって構成されている。
The cathode electrode of the fuel cell 10 is supplied with cathode gas (air) from a cathode gas supply unit 30. The cathode gas supply unit 30 includes an air filter 30a,
It comprises a compressor 30b for supplying high-pressure air and a humidifier 30c for humidifying the air.

【0033】上述のように、燃料電池10のカソード極
から排出されるカソード排ガスは、カソード排ガス供給
路11を介して、アノードガス供給部20の蒸発器22
に供給される。カソード排ガス供給路11には、カソー
ド排ガスを後述の流量制御弁34およびエゼクタ36を
バイパスさせて蒸発器22に直接供給するためのバイパ
ス通路31が設けられている。カソード排ガスをエゼク
タ36側に流すかあるいはバイパス通路31側に流すか
は、流路切替弁32によって制御される。
As described above, the cathode exhaust gas discharged from the cathode of the fuel cell 10 is supplied to the evaporator 22 of the anode gas supply unit 20 through the cathode exhaust gas supply passage 11.
Supplied to The cathode exhaust gas supply passage 11 is provided with a bypass passage 31 for directly supplying the cathode exhaust gas to the evaporator 22 by bypassing a flow control valve 34 and an ejector 36 described later. Whether the cathode exhaust gas flows to the ejector 36 side or the bypass passage 31 side is controlled by the flow path switching valve 32.

【0034】また、カソード排ガス供給路11には、加
湿されているカソード排ガスから水分を除去するための
凝縮器33が設けられている。さらに、本第1実施形態
の燃料電池システムには、凝縮器33の下流側に排ガス
流量を制御する流量制御弁34、排ガス流量計測用の差
圧計35、外気を吸入するエゼクタ36が設けられてい
る。また、流量制御弁34とエゼクタ36との間には、
余分なカソード排ガスを大気中に放出するための放出路
37が設けられている。
The cathode exhaust gas supply path 11 is provided with a condenser 33 for removing moisture from the humidified cathode exhaust gas. Further, in the fuel cell system of the first embodiment, a flow control valve 34 for controlling the exhaust gas flow rate, a differential pressure gauge 35 for measuring the exhaust gas flow rate, and an ejector 36 for sucking outside air are provided downstream of the condenser 33. I have. Further, between the flow control valve 34 and the ejector 36,
A discharge path 37 for discharging extra cathode exhaust gas to the atmosphere is provided.

【0035】図2はエゼクタ36の断面を示している。
図2に示すように、エゼクタ36は、作動流体流入部3
6a、吸入流体流入部36b、ノズル部36c、混合部
36d、排出部36eから構成されている。作動流体と
なるカソード排ガスは、作動流体流入部36aよりエゼ
クタ36内部に流入し、ノズル部36cを通って混合部
36cに噴射される。このとき、ノズル部36cより噴
射されるカソード排ガスのエネルギにより、吸入流体で
ある外気が吸入流体流入部36bよりエゼクタ36内に
吸入される。カソード排ガスと外気は混合部36dにて
混合され、排出部36eより排出される。
FIG. 2 shows a cross section of the ejector 36.
As shown in FIG. 2, the ejector 36 is connected to the working fluid inflow section 3.
6a, a suction fluid inflow portion 36b, a nozzle portion 36c, a mixing portion 36d, and a discharge portion 36e. The cathode exhaust gas serving as the working fluid flows into the ejector 36 from the working fluid inflow portion 36a, and is injected into the mixing portion 36c through the nozzle portion 36c. At this time, the outside air as the suction fluid is sucked into the ejector 36 from the suction fluid inflow portion 36b by the energy of the cathode exhaust gas injected from the nozzle portion 36c. The cathode exhaust gas and the outside air are mixed in the mixing section 36d and discharged from the discharge section 36e.

【0036】本第1実施形態の燃料電池システムには、
各種制御を行う制御部(ECU)40が設けられてい
る。制御部40には温度センサ24にて検出した温度信
号が入力され、この温度信号に基づいて流量制御弁34
の開度を制御するように構成されている。制御部40は
流路切替弁32の制御も行う。
The fuel cell system according to the first embodiment includes:
A control unit (ECU) 40 for performing various controls is provided. The temperature signal detected by the temperature sensor 24 is input to the control unit 40, and based on the temperature signal, the flow control valve 34
It is configured to control the opening degree. The control unit 40 also controls the flow path switching valve 32.

【0037】次に、上記構成の燃料電池システムの作動
について説明する。
Next, the operation of the fuel cell system having the above configuration will be described.

【0038】燃料電池10では、カソードガスおよびア
ノードガスが供給されることにより、発電が行われる。
そして、未反応ガスを含んだ排ガスが燃料電池10から
排出される。カソード極より排出されるカソード排ガス
は、燃料電池10にて酸素が消費されているため酸素濃
度が低くなっている。
In the fuel cell 10, power is generated by supplying a cathode gas and an anode gas.
Then, the exhaust gas containing the unreacted gas is discharged from the fuel cell 10. The cathode exhaust gas discharged from the cathode has a low oxygen concentration because the fuel cell 10 consumes oxygen.

【0039】カソード排ガスは、凝縮器33で水分を除
去された後、流量制御弁34を介してエゼクタ36に流
れる。エゼクタ36では、カソード排ガスの流れに伴い
外気を吸入し、カソード排ガスに外気が混合される。こ
れによりカソード排ガスと外気の混合気の酸素濃度が高
くなる。
After water is removed by the condenser 33, the cathode exhaust gas flows to the ejector 36 via the flow control valve 34. In the ejector 36, outside air is sucked in with the flow of the cathode exhaust gas, and the outside air is mixed with the cathode exhaust gas. This increases the oxygen concentration of the mixture of the cathode exhaust gas and the outside air.

【0040】カソード排ガスと吸入された外気は、アノ
ードガス供給部20の蒸発器22に供給される。蒸発器
22のカソード排ガス通路では気化部21で得た気化燃
料とカソード排ガス供給路11内の上記混合気とが触媒
燃焼し、この燃焼熱により蒸発器22の改質原料通路を
通過する改質原料の気化が行われる。気化した改質原料
は改質器23に供給され、水素リッチガスに改質され
る。アノードガス供給部20で生成したアノードガス
は、燃料電池10のアノード極に供給される。このよう
に、燃料電池10より排出されたカソード排ガスおよび
このカソード排ガスの流れに伴いエゼクタ36を介して
取り入れられた外気の混合気は、アノードガス供給部2
0において改質反応に必要な熱源の燃焼用空気として利
用される。
The cathode exhaust gas and the sucked outside air are supplied to the evaporator 22 of the anode gas supply unit 20. In the cathode exhaust gas passage of the evaporator 22, the vaporized fuel obtained in the vaporization section 21 and the above-mentioned mixture in the cathode exhaust gas supply passage 11 catalytically combust, and the combustion heat causes the reforming to pass through the reforming material passage of the evaporator 22. The raw material is vaporized. The vaporized reforming raw material is supplied to the reformer 23 and reformed into a hydrogen-rich gas. The anode gas generated by the anode gas supply unit 20 is supplied to the anode of the fuel cell 10. As described above, the cathode exhaust gas discharged from the fuel cell 10 and the mixture of the outside air introduced through the ejector 36 with the flow of the cathode exhaust gas are supplied to the anode gas supply unit 2.
0 is used as combustion air of a heat source necessary for the reforming reaction.

【0041】次に、燃料電池システムのカソード排ガス
の流量制御を、図3のフローチャートに基づいて説明す
る。まず、温度センサ24により検出した蒸発器22の
温度、即ち触媒燃焼に関連した温度Tが、予め設定され
た蒸発器22の最低許容温度T1より高いか否かを判定
する(ステップS10)。TがT1より低い場合には、
例えば流量1%減に該当する角度だけ流量制御弁34の
開度を小さくする(ステップS11)。一方、TがT1
より高い場合には、蒸発器温度Tが蒸発器22の最高許
容温度T2より高いか否かを判定する(ステップS1
2)。TがT2より高い場合には、流量制御弁34の開
度を例えば流量3%増に相当する角度だけ開く(ステッ
プS13)。一方、TがT2より低い場合には、流量制
御弁34の開度はそのまま変更しない。
Next, control of the flow rate of the cathode exhaust gas of the fuel cell system will be described with reference to the flowchart of FIG. First, it is determined whether or not the temperature of the evaporator 22 detected by the temperature sensor 24, that is, the temperature T related to catalytic combustion is higher than a preset minimum allowable temperature T1 of the evaporator 22 (step S10). If T is lower than T1,
For example, the opening degree of the flow control valve 34 is reduced by an angle corresponding to a 1% reduction in the flow rate (step S11). On the other hand, T is T1
If it is higher, it is determined whether the evaporator temperature T is higher than the maximum allowable temperature T2 of the evaporator 22 (step S1).
2). If T is higher than T2, the opening of the flow control valve 34 is opened by an angle corresponding to, for example, a 3% increase in the flow (step S13). On the other hand, when T is lower than T2, the opening of the flow control valve 34 is not changed.

【0042】以上の図3で示す制御ルーチンを、燃料電
池システムの通常運転時に一定周期で実行することで、
蒸発器22の温度をカソードガス供給装置20のカソー
ドガス供給に適した温度範囲である最低許容温度T1と
最高許容温度T2の間に保持することができる。
By executing the control routine shown in FIG. 3 at regular intervals during normal operation of the fuel cell system,
The temperature of the evaporator 22 can be maintained between the minimum allowable temperature T1 and the maximum allowable temperature T2, which is a temperature range suitable for the cathode gas supply of the cathode gas supply device 20.

【0043】ところで、圧縮空気であるカソード排ガス
は、エゼクタ36を通過することで、その熱量を若干奪
われるため、燃料電池システムの始動時や一時的な発電
停止時には熱的に不利になる。そこで、本第1実施形態
の燃料電池システムでは、エゼクタ36をバイパスする
バイパス通路31を設け、始動時および一時的な発電停
止時には、カソード排ガスは熱量をエゼクタ36によっ
て奪われないように構成している。
By the way, the cathode exhaust gas, which is compressed air, passes through the ejector 36 and loses some of its heat, so that it is thermally disadvantageous when starting the fuel cell system or temporarily stopping power generation. Therefore, in the fuel cell system of the first embodiment, the bypass passage 31 that bypasses the ejector 36 is provided so that the exhaust gas of the cathode exhaust gas is not deprived by the ejector 36 at the time of start-up and temporary stop of power generation. I have.

【0044】燃料電池システムの始動時および一時的な
発電停止時における運転開始処理について、図4のフロ
ーチャートに基づいて説明する。まず、流路切替弁32
によりカソード排ガスがバイパス通路31側に流れるよ
うにする(ステップS20)。これにより、カソード排
ガスは流量制御弁34およびエゼクタ36を通らずに直
接アノードガス供給部20に供給される。
The operation start processing when the fuel cell system is started and when power generation is temporarily stopped will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the flow path switching valve 32
This causes the cathode exhaust gas to flow toward the bypass passage 31 (step S20). As a result, the cathode exhaust gas is directly supplied to the anode gas supply unit 20 without passing through the flow control valve 34 and the ejector 36.

【0045】次に、温度センサ24により検出した蒸発
器温度Tが燃焼開始可能温度T3より低いか否かを判定
する(ステップS21)。燃焼開始可能温度T3は、蒸
発器22にて触媒燃焼を開始できる最低温度であり、例
えば300℃程度に設定できる。蒸発器温度Tが燃焼開
始可能温度T3より低い場合にはバイパス通路31は開
いたまま維持される。一方、蒸発器温度Tが燃焼開始可
能温度T3より高い場合には、流路切替弁32を切り替
えることによりバイパス通路31を閉じる(ステップS
22)。これにより、カソード排ガスは流量制御弁34
およびエゼクタ36を通過してアノードガス供給部20
に供給される。
Next, it is determined whether or not the evaporator temperature T detected by the temperature sensor 24 is lower than the combustion startable temperature T3 (step S21). The combustion startable temperature T3 is a minimum temperature at which catalytic combustion can be started in the evaporator 22, and can be set to, for example, about 300 ° C. When the evaporator temperature T is lower than the combustion startable temperature T3, the bypass passage 31 is kept open. On the other hand, when the evaporator temperature T is higher than the combustion startable temperature T3, the bypass passage 31 is closed by switching the flow path switching valve 32 (Step S).
22). This allows the cathode exhaust gas to flow through the flow control valve 34.
And the anode gas supply unit 20 through the ejector 36.
Supplied to

【0046】以上の図4のルーチンにより、燃料電池シ
ステムの始動時や一時的な発電停止時に、流量制御弁3
4およびエゼクタ36を通過する際の熱のロスをなくす
ことができる。また、始動時および一時的な発電停止時
には、燃料電池10は発電を行っていないので、カソー
ド排ガス中の酸素濃度が低くなっておらず、エゼクタ3
6にて外気を吸入しなくとも酸素濃度が確保されてい
る。
According to the routine shown in FIG. 4, when the fuel cell system is started or when power generation is temporarily stopped, the flow control valve 3
4 and the heat loss when passing through the ejector 36 can be eliminated. At the time of start-up and at the time of temporary stop of power generation, the fuel cell 10 does not generate power, so that the oxygen concentration in the cathode exhaust gas is not low, and the ejector 3
At 6, the oxygen concentration is secured without inhaling outside air.

【0047】以上、本第1実施形態の燃料電池システム
によれば、燃料電池10のカソード排ガス供給路11に
外気を吸入するエゼクタ36を設けるだけで、触媒燃焼
を行う蒸発器22への酸素供給量を増加させることがで
きる。これにより、蒸発器22における安定した燃焼を
確保できる。
As described above, according to the fuel cell system of the first embodiment, oxygen is supplied to the evaporator 22 which performs catalytic combustion only by providing the ejector 36 for sucking outside air in the cathode exhaust gas supply passage 11 of the fuel cell 10. The amount can be increased. Thereby, stable combustion in the evaporator 22 can be secured.

【0048】また、エゼクタ36を設けることで、カソ
ード排ガス自身のエネルギを利用して蒸発器22への酸
素供給量を増加させることができるため、酸素供給量を
増加させるためのポンプ等は不要となる。従って、エゼ
クタ36を設けるだけの簡易な構成で補機消費電力の軽
減を図ることができる。
Further, by providing the ejector 36, the supply amount of oxygen to the evaporator 22 can be increased by utilizing the energy of the cathode exhaust gas itself, so that a pump or the like for increasing the supply amount of oxygen is not required. Become. Accordingly, the power consumption of the auxiliary equipment can be reduced with a simple configuration in which only the ejector 36 is provided.

【0049】また、エゼクタ36の上流側にカソード排
ガスの流量を制御できる流量制御弁34を設けること
で、エゼクタ36に流れるカソード排ガス流量を制御し
て蒸発器22に供給される酸素量を制御することができ
る。これにより、蒸発器22の温度制御を容易に行うこ
とが可能となる。
Further, by providing a flow control valve 34 for controlling the flow rate of the cathode exhaust gas upstream of the ejector 36, the flow rate of the cathode exhaust gas flowing to the ejector 36 is controlled to control the amount of oxygen supplied to the evaporator 22. be able to. Thereby, the temperature control of the evaporator 22 can be easily performed.

【0050】(第2実施形態)次に、本発明の第2実施
形態について図5、図6に基づいて説明する。本第2実
施形態は、上記第1実施形態に比較して、アノードガス
供給部の構成が異なるものである。上記第1実施形態と
同様の部分については同一の符号を付して説明を省略す
る。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The second embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the anode gas supply unit. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

【0051】図5は、本第2実施形態の燃料電池システ
ムの概略構成を示している。図5に示すように、本第2
実施形態では、アノードガス供給部50は貯蔵式の水素
貯蔵容器51を備えている。水素貯蔵容器51には、図
示しない水素吸蔵合金(水素貯蔵材料)が充填されてい
る。水素貯蔵容器51より水素を取り出して燃料電池1
0に水素を供給するには、水素貯蔵容器51を加熱する
必要がある。
FIG. 5 shows a schematic configuration of a fuel cell system according to the second embodiment. As shown in FIG.
In the embodiment, the anode gas supply unit 50 includes a storage-type hydrogen storage container 51. The hydrogen storage container 51 is filled with a hydrogen storage alloy (hydrogen storage material) not shown. Hydrogen is taken out of the hydrogen storage container 51 and the fuel cell 1
To supply hydrogen to zero, the hydrogen storage container 51 needs to be heated.

【0052】そこで、本第2実施形態では、アノードガ
ス供給部(消費装置)50に燃焼器52を設け、水素貯
蔵容器51からの水素取り出しに必要な熱源としてい
る。水素貯蔵容器51と燃焼器52は、冷却水等の熱媒
体が循環する熱媒体流路53にて熱的に接続されてい
る。
Therefore, in the second embodiment, a combustor 52 is provided in the anode gas supply unit (consumer) 50 to serve as a heat source necessary for extracting hydrogen from the hydrogen storage container 51. The hydrogen storage container 51 and the combustor 52 are thermally connected by a heat medium passage 53 through which a heat medium such as cooling water circulates.

【0053】燃焼器52には、燃料電池10から排出さ
れるアノード排ガスおよびカソード排ガスが供給され、
残留水素(オフガス)を含むアノード排ガスを可燃成分
として用い、酸素を含むカソード排ガスを燃焼用空気と
して用いている。燃焼器52内で燃焼した後の排ガス
は、排ガス通路54より排出される。このような構成に
より、カソード排ガスを貯蔵式のアノードガス供給部5
0における水素供給に必要な加熱用熱源に利用できる。
An anode exhaust gas and a cathode exhaust gas discharged from the fuel cell 10 are supplied to the combustor 52.
An anode exhaust gas containing residual hydrogen (off gas) is used as a combustible component, and a cathode exhaust gas containing oxygen is used as combustion air. The exhaust gas after burning in the combustor 52 is discharged from an exhaust gas passage 54. With such a configuration, the cathode exhaust gas is stored in the storage-type anode gas supply unit 5.
0 can be used as a heat source for heating necessary for supplying hydrogen.

【0054】燃焼器52には、燃焼器温度Tを検出する
温度センサ55が設けられている。さらに、本第2実施
形態の燃料電池システムには、アノードガス供給部50
にて発生したアノードガスを燃料電池10に供給するア
ノードガス供給路56に、アノードガス圧力Pを検出す
る圧力センサ57とアノードガス供給流量制御弁58と
が設けられている。
The combustor 52 is provided with a temperature sensor 55 for detecting a combustor temperature T. Further, the fuel cell system according to the second embodiment includes an anode gas supply unit 50.
A pressure sensor 57 for detecting an anode gas pressure P and an anode gas supply flow rate control valve 58 are provided in an anode gas supply path 56 for supplying the anode gas generated in the above to the fuel cell 10.

【0055】温度センサ55にて検出した温度信号およ
び圧力センサ57にて検出した圧力信号は、制御部40
に入力される。制御部40は、流路切替弁32、流量制
御弁34、アノードガス供給流量制御弁58の制御を行
う。
The temperature signal detected by the temperature sensor 55 and the pressure signal detected by the pressure sensor 57 are
Is input to The control unit 40 controls the flow path switching valve 32, the flow control valve 34, and the anode gas supply flow control valve 58.

【0056】次に、本第2実施形態の燃料電池システム
の始動時に実行される運転開始処理を図6のフローチャ
ートに基づいて説明する。まず、流路切替弁32により
カソード排ガスがバイパス通路31側に流れるようにす
る(ステップS30)。これにより、カソード排ガスは
流量制御弁34およびエゼクタ36を通らずに直接アノ
ードガス供給部50に供給される。
Next, the operation start processing executed at the time of starting the fuel cell system according to the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the cathode exhaust gas is caused to flow toward the bypass passage 31 by the flow path switching valve 32 (step S30). As a result, the cathode exhaust gas is directly supplied to the anode gas supply unit 50 without passing through the flow control valve 34 and the ejector 36.

【0057】次に、温度センサ24により検出した蒸発
器温度Tが燃焼開始可能温度T3より低いか否かを判定
する(ステップS31)。蒸発器温度Tが燃焼開始可能
温度T3より低い場合には、流路切替弁32はバイパス
通路31側に開いたまま維持される。一方、蒸発器温度
Tが燃焼開始可能温度T3より高い場合には、アノード
ガス圧力Pが水素供給圧力P1より低いか否か判定する
(ステップS32)。水素供給圧力Pは、アノードガス
供給部50がアノードガスを燃料電池10へ供給可能な
最低圧力である。
Next, it is determined whether or not the evaporator temperature T detected by the temperature sensor 24 is lower than the combustion startable temperature T3 (step S31). When the evaporator temperature T is lower than the combustion startable temperature T3, the flow path switching valve 32 is maintained open to the bypass passage 31 side. On the other hand, if the evaporator temperature T is higher than the combustion startable temperature T3, it is determined whether the anode gas pressure P is lower than the hydrogen supply pressure P1 (step S32). The hydrogen supply pressure P is a minimum pressure at which the anode gas supply unit 50 can supply the anode gas to the fuel cell 10.

【0058】アノードガス圧力Pが水素供給圧力P1よ
り低い場合には、流路切替弁32はバイパス通路31側
に開いたまま維持される。一方、アノードガス圧力Pが
水素供給圧力P1より高い場合には、アノードガス供給
制御弁58を開くことにより、アノードガス供給部50
より燃料電池10にアノードガスの供給が開始される
(ステップS33)。次に、流路切替弁32を切り替え
ることによりバイパス通路31を閉じる(ステップS3
4)。これにより、カソード排ガスは流量制御弁34お
よびエゼクタ36を通過してアノードガス供給部50に
供給される。
When the anode gas pressure P is lower than the hydrogen supply pressure P1, the flow path switching valve 32 is kept open to the bypass passage 31 side. On the other hand, when the anode gas pressure P is higher than the hydrogen supply pressure P1, the anode gas supply control valve 58 is opened to open the anode gas supply section 50.
Then, the supply of the anode gas to the fuel cell 10 is started (step S33). Next, the bypass passage 31 is closed by switching the flow path switching valve 32 (step S3).
4). As a result, the cathode exhaust gas is supplied to the anode gas supply unit 50 through the flow control valve 34 and the ejector 36.

【0059】以上、本第2実施形態のような水素貯蔵式
のアノードガス供給部(50)を用いる構成であって
も、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができ
る。
As described above, even with the configuration using the hydrogen storage type anode gas supply section (50) as in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0060】(他の実施形態)なお、上記第1実施形態
の燃料電池システムでは、アノード排ガスの一部を外部
に放出し、一部を燃料電池10に再循環させるように構
成したが、これに限らず、アノード排ガスを触媒燃焼器
22に供給して触媒燃焼に利用するように構成してもよ
い。
(Other Embodiments) In the fuel cell system of the first embodiment, a part of the anode exhaust gas is discharged to the outside and a part is recirculated to the fuel cell 10. The present invention is not limited to this, and the anode exhaust gas may be supplied to the catalytic combustor 22 and used for catalytic combustion.

【0061】また、上記第1実施形態において、燃料気
化部21に空気を供給する気化用空空供給部25の空気
供給源の一部として、カソード排ガス供給路11を流れ
るカソード排ガスと空気との混合気を用いることも可能
である。また、例えば、燃焼ヒータの燃焼用空気供給源
の一部として、カソード排ガスと空気との混合気を用い
ることも可能である。さらには改質部における改質原料
の部分酸化にもその混合気を用いることができる。
In the first embodiment, as a part of the air supply source of the vaporization air / air supply unit 25 for supplying air to the fuel vaporization unit 21, mixing of the cathode exhaust gas and the air flowing through the cathode exhaust gas supply passage 11 is performed. It is also possible to use care. Also, for example, a mixture of cathode exhaust gas and air can be used as a part of the combustion air supply source of the combustion heater. Further, the air-fuel mixture can also be used for partial oxidation of the reforming raw material in the reforming section.

【0062】このように、本発明は、カソード排ガスと
空気との混合気が消費される消費装置を備える燃料電池
システムを備える燃料電池システムであれば適用するこ
とが可能であり、上記第1、第2実施形態のようにアノ
ードガスを供給するアノード排ガス供給路を備えた燃料
電池システムに限定されるものではない。
As described above, the present invention can be applied to any fuel cell system including a fuel cell system including a consuming device that consumes a mixture of cathode exhaust gas and air. The fuel cell system according to the second embodiment is not limited to the fuel cell system including the anode exhaust gas supply path for supplying the anode gas.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1実施形態の燃料電池システムの概略構成示
す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to a first embodiment.

【図2】エゼクタの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of an ejector.

【図3】第1実施形態のカソード排ガスの流量制御を示
すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart illustrating control of a flow rate of cathode exhaust gas according to the first embodiment.

【図4】第1実施形態の燃料電池システムの運転開始処
理を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation start process of the fuel cell system according to the first embodiment.

【図5】第2実施形態の燃料電池システムの概略構成を
示す概念図である。
FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell system according to a second embodiment.

【図6】第2実施形態の燃料電池システムの運転開始処
理を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation start process of the fuel cell system according to the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…燃料電池、11…カソード排ガス供給路、20…
アノードガス供給部、21…燃料気化部、22…蒸発器
(触媒燃焼器)、23…改質器、30…カソードガス供
給部、31…バイパス通路、34…流量制御弁、36…
エゼクタ、40…制御部、50…アノードガス供給部、
51…水素貯蔵容器、52…燃焼器。
10: fuel cell, 11: cathode exhaust gas supply path, 20:
Anode gas supply unit, 21: fuel vaporization unit, 22: evaporator (catalyst combustor), 23: reformer, 30: cathode gas supply unit, 31: bypass passage, 34: flow control valve, 36 ...
Ejector, 40: control unit, 50: anode gas supply unit,
51: hydrogen storage container, 52: combustor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H027 AA02 BA01 BA09 BA10 BA13 BA17 BA19 BC06 BC14 BC19 CC06 KK05 KK11 KK23 KK41 KK42 KK44 MM03 MM09 MM13 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page F term (reference) 5H027 AA02 BA01 BA09 BA10 BA13 BA17 BA19 BC06 BC14 BC19 CC06 KK05 KK11 KK23 KK41 KK42 KK44 MM03 MM09 MM13

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水素を含むアノードガスと酸素を含むカ
ソードガスが供給され、水素と酸素との化学反応により
電気エネルギを発生させる燃料電池(10)と、 前記燃料電池(10)から排出されたカソード排ガスが
通過するカソード排ガス供給路(11)と、 前記カソード排ガス供給路(11)に設けられ、前記カ
ソード排ガス供給路(11)を流れる前記カソード排ガ
スの流れにより前記カソード排ガス供給路(11)内に
酸素源を導入するエゼクタ(36)と、 前記カソード排ガス供給路(11)に接続され、前記カ
ソード排ガス供給路(11)に導入された前記酸素源を
含む前記カソード排ガスを消費する消費装置とを備える
ことを特徴とする燃料電池システム。
An anode gas containing hydrogen and a cathode gas containing oxygen are supplied, and a fuel cell (10) that generates electric energy by a chemical reaction between hydrogen and oxygen; and a fuel cell (10) discharged from the fuel cell (10). A cathode exhaust gas supply passage through which a cathode exhaust gas passes; and a cathode exhaust gas supply passage provided in the cathode exhaust gas supply passage, the cathode exhaust gas supply passage being provided by the flow of the cathode exhaust gas flowing through the cathode exhaust gas supply passage. An ejector (36) for introducing an oxygen source therein; and a consuming device connected to the cathode exhaust gas supply passage (11) and consuming the cathode exhaust gas containing the oxygen source introduced into the cathode exhaust gas supply passage (11). A fuel cell system comprising:
【請求項2】 前記カソード排ガス供給路(11)にお
ける前記エゼクタ(36)の上流側に設けられ、前記カ
ソード排ガスの流量を制御する流量制御弁(34)を備
えることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システ
ム。
2. A flow control valve (34) provided on the cathode exhaust gas supply passage (11) upstream of the ejector (36) and controlling a flow rate of the cathode exhaust gas. 3. The fuel cell system according to item 1.
【請求項3】 前記消費装置は前記酸素源を含む前記カ
ソード排ガスを燃焼消費するものであり、 前記消費装置には、前記酸素源を含む前記カソード排ガ
スの燃焼温度に関連した温度を検出する温度検出手段
(24、55)と、 前記温度検出手段(24、55)により検出した温度に
基づいて前記流量制御弁(34)の開度を制御する制御
部(40)とを備えていることを特徴とする請求項2に
記載の燃料電池システム。
3. The consumption device burns and consumes the cathode exhaust gas including the oxygen source. The consumption device includes a temperature detecting a temperature related to a combustion temperature of the cathode exhaust gas including the oxygen source. A detection unit (24, 55); and a control unit (40) that controls the opening of the flow control valve (34) based on the temperature detected by the temperature detection unit (24, 55). The fuel cell system according to claim 2, wherein:
【請求項4】 前記カソード排ガスを、前記エゼクタ
(36)をバイパスさせて前記消費装置に直接供給させ
るバイパス通路(31)と、 前記カソード排ガスの流れを前記エゼクタ(36)側あ
るいは前記バイパス通路(31)側に切り替える流路切
替弁(32)とを備えることを特徴とする請求項1また
は請求項2に記載の燃料電池システム。
4. A bypass passage (31) for supplying the cathode exhaust gas directly to the consuming device by bypassing the ejector (36), and a flow of the cathode exhaust gas to the ejector (36) side or the bypass passage ( The fuel cell system according to claim 1 or 2, further comprising a flow path switching valve (32) for switching to a side (31).
【請求項5】 前記カソード排ガスを、前記エゼクタ
(36)をバイパスさせて前記消費装置に直接供給させ
るバイパス通路(31)と、 前記カソード排ガスの流れを前記エゼクタ(36)側あ
るいは前記バイパス通路(31)側に切り替える流路切
替弁(32)とを備え、 前記制御部(40)は、前記温度検出手段(24、5
5)により検出した温度に基づいて前記流路切替弁(3
2)の開閉制御を行うことを特徴とする請求項3に記載
の燃料電池システム。
5. A bypass passage (31) for supplying the cathode exhaust gas directly to the consuming device by bypassing the ejector (36), and a flow of the cathode exhaust gas to the ejector (36) side or the bypass passage ( 31) a flow path switching valve (32) for switching to the side;
Based on the temperature detected by 5), the flow path switching valve (3
The fuel cell system according to claim 3, wherein the switching control of (2) is performed.
【請求項6】 前記消費装置は、前記アノードガスを前
記燃料電池(10)に供給する改質部(23)を包含し
ており、前記酸素源を含む前記カソード排ガスの燃焼に
よる熱エネルギを前記改質部(23)に至る改質原料に
付与するものであることを特徴とする請求項1ないし5
のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
6. The consuming device includes a reforming section (23) for supplying the anode gas to the fuel cell (10), and the thermal energy generated by combustion of the cathode exhaust gas including the oxygen source is supplied to the consuming apparatus. 6. The method according to claim 1, wherein the material is added to the reforming raw material reaching the reforming section (23).
The fuel cell system according to any one of the above.
【請求項7】 前記消費装置は、前記アノードガスとし
ての水素を貯蔵する水素貯蔵容器(51)を備えてお
り、前記酸素源を含む前記カソード排ガスの燃焼による
熱エネルギを前記水素貯蔵容器(51)に付与して前記
水素貯蔵容器(51)から水素を前記アノードガスとし
て取り出すものであることを特徴とする請求項1ないし
5のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
7. The consuming device includes a hydrogen storage container (51) for storing hydrogen as the anode gas, and transfers heat energy generated by combustion of the cathode exhaust gas including the oxygen source to the hydrogen storage container (51). The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein hydrogen is extracted from the hydrogen storage container (51) as the anode gas.
【請求項8】 前記エゼクタ(36)により前記カソー
ド排ガス供給路(11)に導入される前記酸素源は空気
であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1
つに記載の燃料電池システム。
8. The oxygen source introduced into the cathode exhaust gas supply passage (11) by the ejector (36) is air.
The fuel cell system according to any one of the above.
【請求項9】 前記カソードガスとしての空気を前記燃
料電池(10)に供給するコンプレッサ(30b)を備
えていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか
1つに記載の燃料電池システム。
9. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a compressor (30b) for supplying air as the cathode gas to the fuel cell (10). .
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