JP2000036311A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2000036311A
JP2000036311A JP10205050A JP20505098A JP2000036311A JP 2000036311 A JP2000036311 A JP 2000036311A JP 10205050 A JP10205050 A JP 10205050A JP 20505098 A JP20505098 A JP 20505098A JP 2000036311 A JP2000036311 A JP 2000036311A
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JP
Japan
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gas
fuel cell
valve
motor
cell system
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Application number
JP10205050A
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Japanese (ja)
Inventor
Kinya Ishida
欣也 石田
Keiichi Ishida
啓一 石田
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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Publication date
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    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-cost fuel cell system which is safe, small and light, has high power generating efficiency, manages with a small power consumption in a valve, and need not use of a check valve. SOLUTION: Motor-driven valves 11b and 11c are installed on a gas pipe line to be opened and closed for gas such as an unused hydrogen gas pipe line 9a and air pipe line 9b connecting a fuel cell stack 10 to a burner 6 so as to eliminate necessity for the feed of current when the valve is open, and a motor-driven valve 11a is installed between air pipe lines 9d and 9f to couple a compressor 83 with at least a reformer 33 and CO reducing part 34 to control passing of compressed air so that necessity for provision of a check valve is eliminated. Thus an intended fuel cell system is accomplished.

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】本発明は燃料電池システムに
関する。
[0001] The present invention relates to a fuel cell system.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、燃料となる炭化水素系燃料
から水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と、
該改質ガスを燃料として発電する燃料電池スタックと、
それらを制御する制御装置及び各種のガス管路から構成
されている。
2. Description of the Related Art A fuel cell includes a reformer that generates a reformed gas containing hydrogen as a main component from a hydrocarbon fuel as a fuel;
A fuel cell stack that generates power using the reformed gas as fuel,
It is composed of a control device for controlling them and various gas pipelines.

【0003】なお、前記ガス管路としては、前記改質ガ
ス、酸化剤ガスのガス管路以外に、パージ用の不活性ガ
ス、制御用の空気等のガス管路が考えられる。
[0003] As the gas line, in addition to the gas lines for the reformed gas and the oxidizing gas, gas lines for an inert gas for purging, air for control and the like are conceivable.

【0004】前記改質器で改質ガスを生成する反応は、
酸化反応であり酸素を供給する必要がある。前記酸素の
供給はコンプレッサで空気等の酸化剤ガスを圧縮して送
り込んでいる。
[0004] The reaction for producing reformed gas in the reformer is as follows:
It is an oxidation reaction and needs to supply oxygen. The oxygen is supplied by compressing an oxidizing gas such as air by a compressor.

【0005】前記改質器で生成された改質ガス及びコン
プレッサで圧縮された空気等の酸化剤ガスは、燃料電池
スタックに送られ電気化学反応による発電に使われた
後、前記燃料電池スタックより排出される。
[0005] The reformed gas generated in the reformer and the oxidizing gas such as air compressed by a compressor are sent to a fuel cell stack and used for power generation by an electrochemical reaction. Is discharged.

【0006】燃料電池システムを停止した時、前記燃料
電池スタックに残留する改質ガスをパージするため窒素
等の不活性ガスが前記燃料電池スタックに送られる。
When the fuel cell system is stopped, an inert gas such as nitrogen is sent to the fuel cell stack to purge the reformed gas remaining in the fuel cell stack.

【0007】これらのガスは、それぞれのガス管路で送
られるが、ガスの開閉を制御するためガスバルブが必要
である。
[0007] These gases are sent through respective gas pipelines, and a gas valve is required to control the opening and closing of the gas.

【0008】従来技術として、特開平7−272737
号公報に電磁式バルブ及び逆止弁を使用した実施例が開
示されている。
The prior art is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-272737.
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. Hei 11 (1995) discloses an embodiment using an electromagnetic valve and a check valve.

【0009】図3は、一般的な電磁式バルブ100の断
面図であり、弁101、電磁コイル102、可動鉄心1
03、スプリング104で構成されている。前記弁10
1と可動鉄心103は結合されている。
FIG. 3 is a sectional view of a general electromagnetic valve 100. The valve 101, the electromagnetic coil 102, and the movable core 1 are shown in FIG.
03, comprised of a spring 104. The valve 10
1 and the movable iron core 103 are connected.

【0010】前記電磁式バルブ100の開状態時には、
前記電磁コイル102に電流が流れて前記可動鉄心10
3を引き寄せ、該可動鉄心103と結合している弁10
1を図の上方に動かし、ガス入口105から入るガスを
ガス出口106に送り出す。
When the electromagnetic valve 100 is open,
When a current flows through the electromagnetic coil 102 and the movable core 10
3 and the valve 10 connected to the armature 103
1 is moved upward in the figure, and gas entering from the gas inlet 105 is sent to the gas outlet 106.

【0011】一方、前記電磁式バルブ100の閉状態時
には、前記電磁コイル102に流れる電流を止めると、
前記可動鉄心103を前記電磁コイル102に引き寄せ
る力がなくなりスプリング104の力により弁101を
図の下方に動かし、ガス管路開閉部107に押し付けら
れガスの通過を遮断する。
On the other hand, when the electromagnetic valve 100 is closed, when the current flowing through the electromagnetic coil 102 is stopped,
The force for pulling the movable iron core 103 toward the electromagnetic coil 102 disappears, and the valve 101 is moved downward in the drawing by the force of the spring 104 to be pressed against the gas pipeline opening / closing portion 107 to block the passage of gas.

【0012】前記電磁式バルブ100のガス出口106
の圧力がガス入口105の圧力より高くなった場合、ス
プリング104のバネ力に打ち勝って弁101を開けて
しまいガスが逆流してしまう。
The gas outlet 106 of the electromagnetic valve 100
If the pressure becomes higher than the pressure at the gas inlet 105, the valve 101 overcomes the spring force of the spring 104 to open the valve 101, and the gas flows backward.

【0013】燃料電池システムを動かした後止めた非稼
動時に前記改質器内部の水素の圧力が上昇する虞があ
る。前記水素の圧力が上昇すると、前記電磁バルブだけ
では該水素がコンプレッサから前記改質器に酸化剤ガス
をおくる酸化剤ガス管路を逆流して、前記コンプレッサ
の入口部から前記水素が酸化剤ガス中に漏れ火災になる
虞があり、安全上重要な問題である。
When the fuel cell system is stopped and not operating after being operated, the pressure of hydrogen in the reformer may increase. When the pressure of the hydrogen increases, the hydrogen only flows back through the oxidizing gas pipe for sending the oxidizing gas from the compressor to the reformer by the electromagnetic valve alone. There is a risk of leaking fire inside, which is an important safety issue.

【0014】前記逆流を防止するため、従来技術のよう
に前記電磁式バルブ100と図4または図5の逆止弁を
直列に併設するのが一般的である。
In order to prevent the backflow, it is common to install the solenoid valve 100 and the check valve of FIG. 4 or 5 in series as in the prior art.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術の電磁式バルブでは、開状態を維持するために電磁コ
イル102に電流を流し続ける必要があり、消費電力ア
ップに繋がる問題点があった。
However, in the conventional electromagnetic valve, it is necessary to keep the current flowing through the electromagnetic coil 102 in order to maintain the open state, which leads to an increase in power consumption.

【0016】消費電力のアップは、燃料電池システムが
発電した電力を自ら消費してしまうため、該燃料電池シ
ステムの発電効率を下げてしまう。自動車等車載用の燃
料電池システムの場合、電力が限られており発電効率の
低下は特に重要な問題である。
[0016] Increasing the power consumption causes the power generated by the fuel cell system to be consumed by itself, thereby lowering the power generation efficiency of the fuel cell system. In the case of a vehicle-mounted fuel cell system such as an automobile, the electric power is limited, and a decrease in power generation efficiency is a particularly important problem.

【0017】バルブ出口側の圧力が大きくなる虞のある
箇所では、電磁式バルブと逆止弁を直列に設ける必要が
あり、コストアップ、容積と重量のアップに繋がる問題
点があった。
In a place where the pressure on the valve outlet side is likely to increase, it is necessary to provide an electromagnetic valve and a check valve in series, leading to an increase in cost and an increase in volume and weight.

【0018】また、前記逆止弁は圧力損失を伴うため、
コンプレッサを大きくしたり、該コンプレッサの出力を
アップしたりしなければならず、コストアップ、容積と
重量のアップと消費電力のアップに繋がる問題点があっ
た。
Further, since the check valve involves a pressure loss,
The compressor has to be enlarged or the output of the compressor has to be increased, which leads to an increase in cost, an increase in volume and weight, and an increase in power consumption.

【0019】本発明は上記課題を解決したもので、バル
ブの開状態でも電流を流す必要がなく発電効率の高い燃
料電池システムを提供するものであり、また逆止弁を使
用せずにガスの逆流を防止できる小型、軽量、低コスト
で発電効率の高い燃料電池システムを提供するものであ
り、更に逆止弁を使用せずに酸化剤ガスを改質器に安全
に供給できる小型、軽量、低コストで発電効率の高い燃
料電池システムを提供する。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems and provides a fuel cell system having a high power generation efficiency without the need to flow a current even when the valve is in an open state. The present invention provides a small, lightweight, low-cost, high power generation efficiency fuel cell system that can prevent backflow, and a small, lightweight, safe and oxidant gas that can be supplied to a reformer without using a check valve. Provide low cost and high power generation efficiency fuel cell system.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項1において講じた技術的手段
(以下、第1の技術的手段と称する。)は、炭化水素系
燃料から水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器
と前記改質ガスと酸化剤ガスから発電する燃料電池スタ
ックと前記改質ガス、前記酸化剤ガスを供給するガス管
路から成る燃料電池システムにおいて、前記ガス管路上
にモータ駆動式バルブを設けたことを特徴とする燃料電
池システムである。
Means for Solving the Problems In order to solve the above technical problems, the technical means (hereinafter referred to as first technical means) taken in claim 1 of the present invention is a hydrocarbon fuel. A reformer for generating a reformed gas containing hydrogen as a main component, a fuel cell stack for generating electricity from the reformed gas and the oxidizing gas, and a gas line for supplying the reformed gas and the oxidizing gas In the fuel cell system, a motor-driven valve is provided on the gas pipeline.

【0021】上記第1の技術的手段による効果は、以下
のようである。
The effects of the first technical means are as follows.

【0022】即ち、電流を止めても開状態を維持するこ
とができるので、前記開状態で電流を消費することがな
いので消費電力が少なく燃料電池の発電効率を高くでき
る。
That is, since the open state can be maintained even when the current is stopped, the current is not consumed in the open state, so that the power consumption is small and the power generation efficiency of the fuel cell can be increased.

【0023】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項2において講じた技術的手段(以下、第2の技
術的手段と称する。)は、前記モータ駆動式バルブを前
記バルブのガス出口側の圧力がガス入口側の圧力より高
くなるガス管路上に設けたことを特徴とする請求項1記
載の燃料電池システムである。
In order to solve the above-mentioned technical problem, the technical means (hereinafter referred to as second technical means) taken in claim 2 of the present invention is that the motor-driven valve is connected to a gas of the valve. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the pressure on the outlet side is provided on a gas pipeline higher than the pressure on the gas inlet side.

【0024】上記第2の技術的手段による効果は、以下
のようである。即ち、前記モータ駆動式バルブのガス出
口側に圧力がかかっても弁が開くことがないので逆止弁
が不要になるため、小型、軽量、低コスト且つ発電効率
が高い燃料電池システムができる効果を有する。
The effect of the second technical means is as follows. That is, the valve does not open even if pressure is applied to the gas outlet side of the motor-driven valve, so that a check valve is not required, so that a fuel cell system having a small size, light weight, low cost, and high power generation efficiency can be obtained. Having.

【0025】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項2において講じた技術的手段(以下、第3の技
術的手段と称する。)は、前記モータ駆動式バルブを前
記改質器にコンプレッサで圧縮された前記酸化剤ガスを
送る酸化剤ガス管路上に設けたことを特徴とする請求項
1記載の燃料電池システムである。
In order to solve the above technical problem, a technical means (hereinafter referred to as a third technical means) taken in claim 2 of the present invention is that the motor driven valve is connected to the reformer. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is provided on an oxidizing gas pipe that sends the oxidizing gas compressed by a compressor.

【0026】上記第3の技術的手段による効果は、以下
のようである。即ち、前記モータ駆動式バルブのガス出
口に圧力がかかっても弁が開くことがないので、可燃性
の水素が前記酸化剤ガス中に漏れるのを防止できるため
安全で小型、軽量、低コスト且つ発電効率が高い燃料電
池システムができる効果を有する。
The effects of the third technical means are as follows. That is, since the valve does not open even if pressure is applied to the gas outlet of the motor-driven valve, flammable hydrogen can be prevented from leaking into the oxidizing gas, so that it is safe, small, lightweight, low-cost and This has the effect of producing a fuel cell system with high power generation efficiency.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
This will be described with reference to the drawings.

【0028】図1は、本発明の実施例の自動車等車載用
の固体高分子電解質型燃料電池システムである。
FIG. 1 shows a solid polymer electrolyte fuel cell system according to an embodiment of the present invention, which is mounted on a vehicle such as an automobile.

【0029】本燃料電池システムは、炭化水素系燃料で
あるメタノールを貯蔵するメタノールタンク1、水タン
ク2、改質器3、燃料電池スタック10、燃焼バーナ
6、ターボアシストコンプレッサ8、モータ駆動式バル
ブ11a、11b、11c及び各種ガス管路から構成さ
れている。
This fuel cell system comprises a methanol tank 1 for storing methanol as a hydrocarbon fuel, a water tank 2, a reformer 3, a fuel cell stack 10, a combustion burner 6, a turbo assist compressor 8, and a motor-driven valve. It comprises 11a, 11b, 11c and various gas pipelines.

【0030】炭化水素系燃料としては、メタノールに限
らずガソリン、天然ガスなど多くの炭化水素系燃料が利
用できる。
As the hydrocarbon fuel, not only methanol but also many other hydrocarbon fuels such as gasoline and natural gas can be used.

【0031】前記改質器3は、メタノールと水から水素
を主成分とする改質ガスを生成する装置で、メタノール
と水を蒸発させる蒸発部32と該蒸発部32を加熱する
ためメタノールを燃焼させる燃焼部31と前記蒸発部3
2で蒸発させられたメタノールと水を水素を主成分とす
る改質ガスに変える改質部33と該改質部33から出て
きた前記改質ガスからCOを低減するCO低減部34か
ら構成されている。
The reformer 3 is a device for generating a reformed gas containing hydrogen as a main component from methanol and water. The reformer 3 evaporates methanol and water, and burns methanol to heat the evaporator 32. Combustion unit 31 and evaporation unit 3
A reforming section 33 for converting the methanol and water evaporated in step 2 into a reformed gas containing hydrogen as a main component, and a CO reducing section 34 for reducing CO from the reformed gas coming out of the reforming section 33. Have been.

【0032】前記CO低減部34から排出される改質ガ
スは、三方切替弁5を切替えて燃焼バーナ6に送られる
か、又は燃料電池スタック10に送られる。
The reformed gas discharged from the CO reduction unit 34 is sent to the combustion burner 6 by switching the three-way switching valve 5 or sent to the fuel cell stack 10.

【0033】前記燃料電池スタック10は、前記改質ガ
スとターボアシストコンプレッサ8から送られる酸化剤
ガスである空気を利用して電気化学反応により発電す
る。
The fuel cell stack 10 generates electric power by an electrochemical reaction using the reformed gas and air which is an oxidizing gas sent from the turbo assist compressor 8.

【0034】前記燃焼バーナ6では、前記三方切替弁5
を切替えて送られる改質ガス又は燃料電池スタック10
から未利用水素ガス管路9aを介して排出される未利用
水素を燃料として、前記燃料電池スタック10から空気
管路9bを介して排出される空気を助燃剤として燃焼す
る。
In the combustion burner 6, the three-way switching valve 5
Gas or fuel cell stack 10 sent by switching
The fuel cell stack 10 burns the unused hydrogen discharged through the unused hydrogen gas pipe 9a as fuel, and the air discharged through the air pipe 9b from the fuel cell stack 10 as a fuel.

【0035】ターボアシストコンプレッサ8は、タービ
ン81とモータ82とコンプレッサ83から構成されて
いる。
The turbo assist compressor 8 comprises a turbine 81, a motor 82 and a compressor 83.

【0036】前記タービン81は、燃焼バーナ6と排ガ
ス管路9cで結ばれており、前記燃焼バーナ6の排ガス
のエネルギーで回転する。
The turbine 81 is connected to the combustion burner 6 by an exhaust gas line 9c, and rotates by the energy of the exhaust gas from the combustion burner 6.

【0037】前記コンプレッサ83は、前記タービン8
1と前記モータ82の動力で回転し、空気を圧縮する。
The compressor 83 is connected to the turbine 8
1 and is rotated by the power of the motor 82 to compress the air.

【0038】前記コンプレッサ83の空気出口84とモ
ータ駆動式バルブ11aは空気管路9dを介して結合し
ている。前記モータ駆動式バルブ11a と改質部33
は、分岐空気管路9f、流量制御弁12a、空気管路9
gを介して結合しており、前記モータ駆動式バルブ11
a とCO低減部34は、分岐空気管路9f、流量制御
弁12b、空気管路9hを介して結合している。
The air outlet 84 of the compressor 83 and the motor-driven valve 11a are connected via an air line 9d. The motor-driven valve 11a and the reformer 33
Is a branch air line 9f, a flow control valve 12a, an air line 9
g, the motor-operated valve 11
a and the CO reduction unit 34 are connected via the branch air line 9f, the flow control valve 12b, and the air line 9h.

【0039】前記コンプレッサ83の空気出口84と燃
料電池スタック10は、空気管路9dを介し、前記空気
管路9dから分岐した空気管路9eを介して結合してい
る。
The air outlet 84 of the compressor 83 and the fuel cell stack 10 are connected via an air line 9d and an air line 9e branched from the air line 9d.

【0040】前記燃料電池スタック10の改質ガス出口
10aと燃焼バーナ6は未利用水素ガス管路9aで結ば
れ、該未利用水素ガス管路9a上にモータ駆動式バルブ
11bが設けられている。
The reformed gas outlet 10a of the fuel cell stack 10 and the combustion burner 6 are connected by an unused hydrogen gas line 9a, and a motor-driven valve 11b is provided on the unused hydrogen gas line 9a. .

【0041】前記燃料電池スタック10の空気出口10
bと燃焼バーナ6は空気管路9bで結ばれ、該空気管路
9b上にモータ駆動式バルブ11cが設けられている。
The air outlet 10 of the fuel cell stack 10
b and the combustion burner 6 are connected by an air line 9b, and a motor-driven valve 11c is provided on the air line 9b.

【0042】本実施例では、燃料電池スタック10に送
る水素を主成分とする改質ガスの原料のメタノールと改
質器3の燃焼部31の燃料のメタノールは、同じメタノ
ールタンク1が用いられている。上記の改質ガスの原料
のメタノールと燃焼部31の燃料のメタノールは、別の
タンクでも良い。
In the present embodiment, the same methanol tank 1 is used for the methanol as the raw material of the reformed gas containing hydrogen as a main component and the methanol of the fuel in the combustion section 31 of the reformer 3 to be sent to the fuel cell stack 10. I have. The above-mentioned raw material of the reformed gas and the methanol of the fuel in the combustion section 31 may be in different tanks.

【0043】メタノールタンク1から燃焼部31に供給
されたメタノールは、ブロワー4によって供給された空
気を助燃剤にして燃焼する。
The methanol supplied from the methanol tank 1 to the combustion section 31 is burned using the air supplied by the blower 4 as an auxiliary agent.

【0044】メタノールタンク1と水タンク2から蒸発
部32に供給されたメタノールと水は、前記燃焼部31
で生成した熱により蒸発してガスになり改質部33に送
られる。
The methanol and water supplied from the methanol tank 1 and the water tank 2 to the evaporator 32 are
The heat generated in step evaporates into gas and is sent to the reforming unit 33.

【0045】前記改質部33に前記蒸発部32より送ら
れたメタノールと水の蒸気は、コンプレッサ83よりモ
ータ駆動式バルブ11a を介して送られた空気と混合
され、触媒(例えば、Cu−Zn触媒等)により水素を
主成分とする改質ガスになる。
The methanol and water vapor sent from the evaporator 32 to the reformer 33 are mixed with the air sent from the compressor 83 via the motor-driven valve 11a, and are mixed with a catalyst (for example, Cu-Zn). A reformed gas mainly composed of hydrogen by a catalyst or the like.

【0046】前記改質ガスはCOを0.5〜1%含んで
おり、そのまま燃料電池スタック10に送ると該燃料電
池スタック10の電極触媒を被毒し、燃料電池の発電性
能を著しく低下させる。
The reformed gas contains 0.5 to 1% of CO. When sent to the fuel cell stack 10 as it is, the reformed gas poisons the electrode catalyst of the fuel cell stack 10 and significantly lowers the power generation performance of the fuel cell. .

【0047】そのため改質部33から出た改質ガスはC
O低減部34に送られる。前記CO低減部34に送られ
た前記改質ガスは、コンプレッサ83よりモータ駆動式
バルブ11a を介して送られた空気と混合され、触媒
(例えば、Pt触媒等)によりCOを選択的に酸化して
CO濃度を10ppm以下にして燃料電池スタック10
に送られる。
Therefore, the reformed gas discharged from the reforming section 33 is C
It is sent to the O reduction unit 34. The reformed gas sent to the CO reduction unit 34 is mixed with air sent from the compressor 83 via the motor-driven valve 11a, and selectively oxidizes CO by a catalyst (for example, a Pt catalyst). The fuel cell stack 10 by reducing the CO concentration to 10 ppm or less.
Sent to

【0048】起動直後においては改質器3の温度が十分
上昇していないためCO低減部34通過後もCO濃度が
10ppm以下に低下していないので、前記改質ガスは
三方切替弁5を切替えて燃焼バーナ6に送られる。
Immediately after the start-up, the temperature of the reformer 3 has not risen sufficiently and the CO concentration has not fallen below 10 ppm even after passing through the CO reduction section 34. And sent to the combustion burner 6.

【0049】前記燃料電池スタック10は改質ガス中の
水素とコンプレッサ83から空気管路9eを介して送ら
れた空気を利用して発電する。
The fuel cell stack 10 generates power using hydrogen in the reformed gas and air sent from the compressor 83 via the air line 9e.

【0050】前記燃料電池スタック10では水素は10
0%利用されることはなく、およそ80%の利用率であ
る。利用されなかった水素を含むガスは未利用水素ガス
管路9aを介して燃焼バーナ6に送られる。前記未利用
水素ガス管路9a上に設けられたモータ駆動式バルブ1
1bは、未利用水素の通過を開閉により制御している。
In the fuel cell stack 10, hydrogen is 10
It is not used at 0%, but is about 80%. The gas containing unused hydrogen is sent to the combustion burner 6 via the unused hydrogen gas line 9a. Motor-driven valve 1 provided on the unused hydrogen gas line 9a
1b controls the passage of unused hydrogen by opening and closing.

【0051】前記燃料電池スタック10には過剰の空気
が送られているので、未利用の空気が残っており、利用
されなかった空気は空気管路9bを介して燃焼バーナ6
に送られ助燃剤になる。前記空気管路9b上に設けられ
たモータ駆動式バルブ11cは、空気の通過を開閉によ
り制御している。
Since excess air is sent to the fuel cell stack 10, unused air remains, and unused air is transferred to the combustion burner 6 via the air line 9b.
And sent to a combustion aid. A motor-driven valve 11c provided on the air line 9b controls the passage of air by opening and closing.

【0052】前記燃焼バーナ6では、CO低減部34か
ら三方切替弁5を切替えて送られた改質ガス又は前記燃
料電池スタック10から未利用水素ガス管路9aを介し
て送られた未利用水素を燃焼し、排ガスをターボアシス
トコンプレッサ8のタービン81に排ガス管路9cを介
して送り、前記タービン81を回転する。
In the combustion burner 6, the reformed gas sent from the CO reduction unit 34 by switching the three-way switching valve 5 or the unused hydrogen sent from the fuel cell stack 10 via the unused hydrogen gas pipe 9a. And the exhaust gas is sent to the turbine 81 of the turbo assist compressor 8 via the exhaust gas line 9c to rotate the turbine 81.

【0053】コンプレッサ83は、前記タービン81と
モータ82で回転され、空気を圧縮して空気管路9dを
介してモータ駆動式バルブ11aに送られ、該モータ駆
動式バルブ11aで空気の通過を制御される。
The compressor 83 is rotated by the turbine 81 and the motor 82, compresses air and sends the compressed air to the motor-driven valve 11a via the air line 9d. The motor-driven valve 11a controls the passage of air. Is done.

【0054】前記モータ駆動式バルブ11aが開状態で
は、圧縮空気は空気管路9f、流量制御弁12a、空気
管路9gを通って改質部33に供給され、空気管路9
f、流量制御弁12b、空気管路9hを通ってCO低減
部34に供給される。
When the motor-driven valve 11a is open, the compressed air is supplied to the reforming section 33 through the air line 9f, the flow control valve 12a, and the air line 9g.
f, is supplied to the CO reduction unit 34 through the flow control valve 12b and the air pipe 9h.

【0055】また、前記圧縮空気は、空気管路9dから
分岐した空気管路9eを介して燃料電池スタック10に
供給される。
The compressed air is supplied to the fuel cell stack 10 via an air line 9e branched from the air line 9d.

【0056】図2は、本発明の実施例のモータ駆動式バ
ルブ11a、11b、11cの断面図であり、モータ2
1、回転子シャフト22、ナット23、弁24及び弁シ
ャフト25から構成されている。
FIG. 2 is a sectional view of the motor-driven valves 11a, 11b and 11c according to the embodiment of the present invention.
1, a rotor shaft 22, a nut 23, a valve 24, and a valve shaft 25.

【0057】前記モータ21の回転子シャフト22にナ
ット23が固着されている。弁24と弁シャフト25は
一体であり、該弁シャフト25のシャフト先端部25a
にはウォームが切ってあり、バルブカバー26を貫通す
る部分25bはDカットになっている。
A nut 23 is fixed to a rotor shaft 22 of the motor 21. The valve 24 and the valve shaft 25 are integral with each other.
Is cut off, and a portion 25b penetrating the valve cover 26 is D-cut.

【0058】前記バルブカバー26の中央にはD穴が開
いており、前記弁24のシャフトDカット部25bが接
触して貫通している。このため弁シャフト25は、直線
の動きはできるが回転できないようになっている。
A D hole is formed at the center of the valve cover 26, and a shaft D cut portion 25b of the valve 24 is in contact therewith and penetrates. For this reason, the valve shaft 25 can move linearly but cannot rotate.

【0059】モータ21がP方向から見て時計方向に回
転すると、回転子シャフト22とナット23はP方向か
ら見て時計方向に回転し、弁シャフト25はバルブカバ
ー26のD穴で回転が止められているので図2の上方に
移動し、前記弁シャフト25と一体の弁24も図2の上
方に移動し空気入口27と空気出口28がつながる開状
態になる。
When the motor 21 rotates clockwise as viewed from the P direction, the rotor shaft 22 and the nut 23 rotate clockwise as viewed from the P direction, and the valve shaft 25 stops rotating at the D hole of the valve cover 26. 2, the valve 24 integral with the valve shaft 25 also moves upward in FIG. 2, and the air inlet 27 and the air outlet 28 are in an open state.

【0060】一方、モータ21が、 P方向から見て反
時計方向に回転すると、回転子シャフト22とナット2
3はP方向から見て反時計方向に回転し、弁シャフト2
5はバルブカバー26のD穴で回転が止められているの
で図2の下方に移動し、前記弁シャフト25と一体の弁
24も図2の下方に移動し空気入口27と空気出口28
を遮断し閉状態になる。
On the other hand, when the motor 21 rotates counterclockwise as viewed from the P direction, the rotor shaft 22 and the nut 2
3 rotates counterclockwise when viewed from the P direction,
5 moves downward in FIG. 2 because the rotation is stopped at the D hole of the valve cover 26, and the valve 24 integrated with the valve shaft 25 also moves downward in FIG.
To shut off.

【0061】前記開状態または閉状態で通電を停止した
時にバルブ側から力が作用しても、直線的な力を回転さ
せる力に変えられないので前記開状態または閉状態を維
持し続けることができる。
Even if a force is applied from the valve side when the energization is stopped in the open state or the closed state, a linear force cannot be changed to a rotating force, so that the open state or the closed state is maintained. it can.

【0062】従って、モータ駆動式バルブの閉状態で空
気出口28の圧力が上昇しても弁24は開かないので、
逆止弁を設ける必要がない。
Accordingly, the valve 24 does not open even if the pressure at the air outlet 28 rises in the closed state of the motor-driven valve.
There is no need to provide a check valve.

【0063】即ち、前記開状態または閉状態を維持する
ために電流を流し続ける必要はないし、逆止弁も必要が
ない。
That is, in order to maintain the open state or the closed state, it is not necessary to keep the current flowing, and no check valve is required.

【0064】なお、モータ駆動式バルブは、本実施例の
使用箇所に使用を制限されることなく、パージ用の不活
性ガス管路等ガス管路の開閉が必要な箇所に使用でき
る。
The use of the motor-driven valve is not limited to the use location of the present embodiment, and can be used in a place where opening and closing of a gas pipe such as an inert gas pipe for purging is required.

【0065】以上の結果、モータ駆動式バルブ11a、
11b、11cは開状態でも消費電力必要でないので発
電効率の高い燃料電池システムを実現できる。
As a result, the motor-driven valve 11a,
11b and 11c do not require power consumption even in the open state, so that a fuel cell system with high power generation efficiency can be realized.

【0066】改質部33、CO低減部34の圧力が上昇
してもモータ駆動式バルブ11aだけで前記改質部3
3、前記CO低減部34の水素を主成分とする改質ガス
を遮断でき、該改質ガスが逆流して大気中に漏れること
がなく安全である。
Even if the pressure in the reforming section 33 and the CO reducing section 34 rises, the reforming section 3 is driven only by the motor-driven valve 11a.
3. The reformed gas containing hydrogen as a main component of the CO reducing unit 34 can be shut off, and the reformed gas does not flow backward and leaks into the atmosphere, which is safe.

【0067】また、逆止弁を設ける必要がないので燃料
電池システムが小型、軽量、低コストになるし、逆止弁
による圧力損失がないのでコンプレッサ83の出力を低
くできるためモータ82の消費電力を小さくでき発電効
率の高い燃料電池システムを実現できる。
In addition, there is no need to provide a check valve, so that the fuel cell system is small, light, and low in cost. In addition, since there is no pressure loss due to the check valve, the output of the compressor 83 can be reduced and the power consumption of the motor 82 can be reduced. And a fuel cell system with high power generation efficiency can be realized.

【0068】[0068]

【発明の効果】以上のように、本発明は、炭化水素系燃
料から水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器と
前記改質ガスと酸化剤ガスから発電する燃料電池スタッ
クと前記改質ガス、前記酸化剤ガスを供給するガス管路
から成る燃料電池システムにおいて、前記ガス管路上に
モータ駆動式バルブを設けたことを特徴とする燃料電池
システムであるので、バルブの開状態でも電力を消費せ
ず発電効率の高い燃料電池システムが実現できる。
As described above, the present invention relates to a reformer for generating a reformed gas containing hydrogen as a main component from a hydrocarbon fuel, and a fuel cell stack for generating power from the reformed gas and an oxidizing gas. In the fuel cell system comprising a gas pipe for supplying the reformed gas and the oxidizing gas, a motor-driven valve is provided on the gas pipe, so that the valve is in an open state. However, a fuel cell system with high power generation efficiency without consuming power can be realized.

【0069】また前記モータ駆動式バルブを、ガス出口
側の圧力がガス入口側の圧力より高くなる虞のあるガス
管路上に設けることにより逆止弁がなくなり小型、軽
量、低コストの燃料電池システムが実現できる。
By providing the motor-driven valve on a gas pipe where the pressure on the gas outlet side may be higher than the pressure on the gas inlet side, the check valve is eliminated and the fuel cell system is compact, lightweight and low-cost. Can be realized.

【0070】更に前記モータ駆動式バルブを改質器にコ
ンプレッサで圧縮された前記酸化剤ガスを送る酸化剤ガ
ス管路上に設けることにより、可燃性の水素を主成分と
する改質ガスが逆流して酸化剤ガス中に漏れることがな
く、安全で小型、軽量、低コストの燃料電池システムが
実現できる。
Further, by providing the motor-driven valve on the oxidizing gas pipe for sending the oxidizing gas compressed by the compressor to the reformer, the reformed gas mainly containing flammable hydrogen flows backward. Thus, a safe, compact, lightweight and low-cost fuel cell system can be realized without leaking into the oxidizing gas.

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

【図1】本発明の実施例の固体高分子電解質型燃料電池
システム
FIG. 1 is a solid polymer electrolyte fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例のモータ駆動式バルブの断面図FIG. 2 is a sectional view of a motor-driven valve according to an embodiment of the present invention.

【図3】従来技術の電磁式バルブの断面図FIG. 3 is a sectional view of a conventional electromagnetic valve.

【図4】従来技術で使用している逆止弁の第1例の断面
FIG. 4 is a sectional view of a first example of a check valve used in the prior art.

【図5】従来技術で使用している逆止弁の第2例の断面
FIG. 5 is a sectional view of a second example of a check valve used in the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3…改質器 6…燃焼バーナ 9a…未利用水素ガス管路 9b、9d、9f、9g、9h…空気管路(酸化剤ガス
管路) 10…燃料電池スタック 11a、11b、11c…モータ駆動式バルブ 33…改質部 34…CO低減部 83…コンプレッサ
3: Reformer 6: Combustion burner 9a: Unused hydrogen gas line 9b, 9d, 9f, 9g, 9h: Air line (oxidizing gas line) 10: Fuel cell stack 11a, 11b, 11c: Motor drive Type valve 33 ... Reforming unit 34 ... CO reduction unit 83 ... Compressor

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化水素系燃料から水素を主成分とする
改質ガスを生成する改質器と前記改質ガスと酸化剤ガス
から発電する燃料電池スタックと前記改質ガス、前記酸
化剤ガスを供給するガス管路から成る燃料電池システム
において、前記ガス管路上にモータ駆動式バルブを設け
たことを特徴とする燃料電池システム。
1. A reformer that generates a reformed gas containing hydrogen as a main component from a hydrocarbon-based fuel, a fuel cell stack that generates power from the reformed gas and an oxidizing gas, the reformed gas, and the oxidizing gas. A fuel cell system comprising a gas pipe for supplying a gas, wherein a motor-driven valve is provided on the gas pipe.
【請求項2】 前記モータ駆動式バルブを前記バルブの
ガス出口側の圧力がガス入口側の圧力より高くなるガス
管路上に設けたことを特徴とする請求項1記載の燃料電
池システム。
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the motor-driven valve is provided on a gas pipe in which the pressure on the gas outlet side of the valve is higher than the pressure on the gas inlet side.
【請求項3】 前記モータ駆動式バルブを前記改質器に
コンプレッサで圧縮された前記酸化剤ガスを送る酸化剤
ガス管路上に設けたことを特徴とする請求項1記載の燃
料電池システム。
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the motor-driven valve is provided on an oxidizing gas line that sends the oxidizing gas compressed by a compressor to the reformer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040038095A (en) * 2002-10-31 2004-05-08 현대자동차주식회사 Apparatus for supplying gas to fuel cell stacks in fuel cell vehicle
KR101072364B1 (en) 2009-06-05 2011-10-12 (주)모토닉 Air Shut Off Valve for Fuel Cell Electric Vehicle

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