JP2000223138A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2000223138A
JP2000223138A JP11018313A JP1831399A JP2000223138A JP 2000223138 A JP2000223138 A JP 2000223138A JP 11018313 A JP11018313 A JP 11018313A JP 1831399 A JP1831399 A JP 1831399A JP 2000223138 A JP2000223138 A JP 2000223138A
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Japan
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fuel cell
gas
fuel
cell system
supplied
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JP11018313A
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Japanese (ja)
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Kenji Kurita
健志 栗田
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-efficiency fuel cell system excellent in power generating performance, allowing control of temperature of a fuel gas and an oxidizer gas supplied to a fuel cell to necessary temperature so as to prevent condensation of water vapor. SOLUTION: This fuel cell system has a fuel cell 2 for generating power by use of a fuel gas and an oxidizer gas, and a combustion means 3 for burning a fuel gas off-gas from the fuel cell 2. In the fuel cell system, a heat exchanging means 51, 52 is provided between an exhaust gas exhausted from the combustion means 3 and at least one of the fuel gas and the oxidizer gas supplied to the fuel cell 2.

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】大気の汚染をできる限り減らすために自
動車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つ
として電気自動車が使用されているが、充電設備や走行
距離などの問題で普及に至っていない。
2. Description of the Related Art In order to reduce air pollution as much as possible, it is important to take measures against exhaust gas from automobiles. As one of the measures, electric vehicles are used. Has not been reached.

【0003】燃料電池は、水素と酸素を使用して電気分
解の逆反応で発電し、水以外の排出物がなくクリーンな
発電装置として注目されており、前記燃料電池を使用し
た自動車が最も将来性のあるクリーンな自動車であると
見られている。前記燃料電池の中でも固体高分子電解質
型燃料電池が低温で作動するため自動車用として最も有
望である。
[0003] Fuel cells have attracted attention as clean power generation devices that generate no electricity other than water using hydrogen and oxygen by the reverse reaction of electrolysis, and automobiles that use the fuel cells are most likely to be used in the future. It is believed to be a clean car with potential. Among the above fuel cells, a solid polymer electrolyte fuel cell operates at a low temperature and is most promising for automobiles.

【0004】前記固体高分子電解質型燃料電池システム
は、一般的に二つの電極(燃料極と酸化剤極)で固体高
分子電解質を挟んだ構造をしている多数のセルが積層さ
れている燃料電池、該燃料電池に水素を主成分とする燃
料ガスを製造して供給する改質器、酸化剤ガスを供給す
る酸化剤ガス供給手段およびガス配管と、それらを制御
する制御装置から構成されている。
[0004] The solid polymer electrolyte fuel cell system generally has a fuel in which a large number of cells having a structure in which a solid polymer electrolyte is sandwiched between two electrodes (a fuel electrode and an oxidant electrode) are stacked. The fuel cell comprises a reformer for producing and supplying a fuel gas containing hydrogen as a main component to the fuel cell, an oxidizing gas supply means and a gas pipe for supplying an oxidizing gas, and a control device for controlling them. I have.

【0005】前記燃料極側には前記燃料ガスが、前記酸
化剤極側には前記酸化剤ガスが送られ、電気化学反応に
より発電する。前記燃料電池を作動させるための適切な
運転温度幅があり、その温度幅からはずれた温度域では
発電性能が低下する。このため前記燃料電池には熱冷媒
油などを使用した温度制御手段が設けられている。固体
高分子電解質型燃料電池の場合、水蒸気圧の管理などの
ため約70℃に制御される。
The fuel gas is sent to the fuel electrode side, and the oxidant gas is sent to the oxidant electrode side, and power is generated by an electrochemical reaction. There is an appropriate operating temperature range for operating the fuel cell, and power generation performance is degraded in a temperature range outside the temperature range. For this reason, the fuel cell is provided with a temperature control means using heat refrigerant oil or the like. In the case of a solid polymer electrolyte fuel cell, the temperature is controlled to about 70 ° C. in order to control the steam pressure.

【0006】前記燃料電池の電極触媒は一酸化炭素によ
り被毒され性能が低下する。燃料電池の電極温度を80
℃以上に上昇させれば一酸化炭素による被毒を軽減する
ことができるが、水蒸気圧の管理など燃料電池の発電性
能を適切に保つことが困難になる。前記燃料電池に供給
する燃料ガス、酸化剤ガスの温度を80℃以上にすれば
一酸化炭素による電極触媒の被毒を軽減することができ
る。固体高分子電解質型燃料電池の場合は電解質として
固体高分子電解質膜を使用しているので、前記燃料電池
に供給する燃料ガス、酸化剤ガスの温度を100℃以下
にすることが必要である。
[0006] The electrode catalyst of the fuel cell is poisoned by carbon monoxide, and its performance deteriorates. The electrode temperature of the fuel cell is 80
If the temperature is raised to at least ° C., the poisoning by carbon monoxide can be reduced, but it becomes difficult to properly maintain the power generation performance of the fuel cell, such as by controlling the steam pressure. When the temperature of the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the fuel cell is set to 80 ° C. or higher, the poisoning of the electrode catalyst by carbon monoxide can be reduced. In the case of a solid polymer electrolyte fuel cell, since a solid polymer electrolyte membrane is used as an electrolyte, the temperature of the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the fuel cell must be 100 ° C. or less.

【0007】また固体高分子電解質型燃料電池の場合は
電解質としての性能を保つため加湿することが必要であ
り、前記燃料電池に供給する燃料ガス、酸化剤ガスに水
蒸気を含ませて供給する。この燃料ガス、酸化剤ガスの
温度が低いと水蒸気が凝縮する問題点がある。水蒸気が
凝縮して水になると前記燃料電池に供給する水蒸気の量
が不足したり、水の状態で供給されて電極反応を阻害し
たり、前記燃料電池に供給する燃料ガス、酸化剤ガスの
管路を塞ぎガスの供給を阻害して燃料電池の発電性能を
低下させる問題がある。
In the case of a solid polymer electrolyte fuel cell, it is necessary to humidify the fuel cell in order to maintain its performance as an electrolyte, and the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the fuel cell are supplied with water vapor. If the temperature of the fuel gas and the oxidizing gas is low, there is a problem that water vapor condenses. When water vapor is condensed into water, the amount of water vapor supplied to the fuel cell is insufficient, or the water is supplied in a water state to inhibit an electrode reaction, or a pipe of a fuel gas and an oxidizing gas supplied to the fuel cell. There is a problem that the road is blocked and supply of gas is obstructed, thereby lowering the power generation performance of the fuel cell.

【0008】従来技術1として、特開平7−32637
6号公報には、燃料電池の温度を制御する熱媒を利用し
て燃料電池に供給する燃料ガス、酸化剤ガスの管路に設
けられた加湿部を加熱する燃料電池システムが開示され
ている。従来技術2として、特開平8−64218号公
報には、燃料電池の燃料ガス、酸化剤ガスのオフガスを
利用して燃料電池に供給する燃料ガス、酸化剤ガスの管
路に設けられた加湿器を加熱する燃料電池システムが開
示されている。
As prior art 1, Japanese Patent Laid-Open No. 7-32637
No. 6 discloses a fuel cell system that heats a humidifying section provided in a pipeline of a fuel gas and an oxidizing gas supplied to the fuel cell by using a heat medium that controls the temperature of the fuel cell. . As prior art 2, Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-64218 discloses a humidifier provided in a fuel gas / oxidant gas pipe line using fuel gas and oxidant gas off-gas. There is disclosed a fuel cell system for heating a fuel cell.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術1は、燃料ガス、酸化剤ガスに供給する加湿水に十分
な熱エネルギーを供給することができないので、この熱
エネルギーだけでは必要な水蒸気を供給することができ
ないし、一酸化炭素による電極触媒の被毒を軽減するこ
とができず、燃料電池の発電性能を高くできない問題が
あった。
However, in the prior art 1, since sufficient heat energy cannot be supplied to the humidifying water supplied to the fuel gas and the oxidizing gas, necessary heat vapor is supplied only by this heat energy. There is a problem that the poisoning of the electrode catalyst by carbon monoxide cannot be reduced, and the power generation performance of the fuel cell cannot be improved.

【0010】また従来技術2は、燃料電池に供給する燃
料ガス、酸化剤ガスに十分な熱エネルギーを供給するこ
とができないので、一酸化炭素による電極触媒の被毒を
軽減することができないし、供給した水が凝縮し燃料電
池の発電性能が低下する問題があった。
In the prior art 2, since sufficient thermal energy cannot be supplied to the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the fuel cell, the poisoning of the electrode catalyst by carbon monoxide cannot be reduced. There is a problem that the supplied water is condensed and the power generation performance of the fuel cell is reduced.

【0011】本発明は上記課題を解決したもので、燃料
電池に供給する燃料ガス、酸化剤ガスを必要な温度に制
御し水蒸気が凝縮することがない発電性能に優れた高効
率な燃料電池システムを提供する。
The present invention solves the above-mentioned problems, and controls a fuel gas and an oxidizing gas to be supplied to a fuel cell to a required temperature to prevent a water vapor from condensing. I will provide a.

【0012】[0012]

【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、燃料ガスと
酸化剤ガスを利用して発電する燃料電池と該燃料電池の
燃料ガスオフガスを燃焼させる燃焼手段を備えた燃料電
池システムにおいて、前記燃焼手段から排出される排ガ
スと、前記燃料電池に供給する燃料ガス、酸化剤ガスの
少なくとも一方の間に熱交換手段を設けたことを特徴と
する燃料電池システムである。
In order to solve the above-mentioned technical problems, the technical means (hereinafter referred to as first technical means) taken in claim 1 of the present invention comprises a fuel gas and an oxidation gas. In a fuel cell system including a fuel cell that generates electric power by using an agent gas and a combustion unit that burns a fuel gas off-gas of the fuel cell, an exhaust gas discharged from the combustion unit, a fuel gas supplied to the fuel cell, A fuel cell system characterized in that heat exchange means is provided between at least one of the agent gases.

【0013】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.

【0014】すなわち、燃料電池で利用されなかった燃
料ガスオフガスに含まれる水素は十分な熱エネルギーを
持っているので、燃料電池に供給する燃料ガス、酸化剤
ガスに十分な熱を与えることができ燃料電池システムに
適した温度にすることができるため、電極触媒の一酸化
炭素による被毒を低減することができ、かつ燃料ガス、
酸化剤ガスに含まれる水蒸気の凝縮を防ぐことができ、
発電性能に優れた高効率な燃料電池システムできる。
That is, since the hydrogen contained in the fuel gas off-gas not used in the fuel cell has sufficient thermal energy, sufficient heat can be given to the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the fuel cell, Since the temperature can be adjusted to be suitable for the battery system, the poisoning of the electrode catalyst by carbon monoxide can be reduced, and the fuel gas,
Condensation of water vapor contained in the oxidizing gas can be prevented,
A highly efficient fuel cell system with excellent power generation performance can be provided.

【0015】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、前記燃焼手段と前記熱交換手
段の間に、前記燃焼手段から排出される排ガスの燃焼エ
ネルギーを利用して回転するタービンと該タービンに連
結し酸化剤ガスを圧縮するコンプレッサを備えている酸
化剤ガス供給手段を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, the technical means (hereinafter referred to as the second technical means) taken in claim 2 of the present invention is provided between the combustion means and the heat exchange means. And an oxidizing gas supply unit including a turbine that rotates by using combustion energy of exhaust gas discharged from the combustion unit and a compressor that is connected to the turbine and compresses the oxidizing gas. A fuel cell system according to claim 1.

【0016】上記第2の技術的手段による効果は、以下
のようである。
The effects of the second technical means are as follows.

【0017】すなわち、燃料電池で利用されなかった燃
料ガスオフガスに含まれる水素の熱エネルギーを酸化剤
ガス供給手段の動力として利用できるので、高効率な燃
料電池システムができる。
That is, since the thermal energy of hydrogen contained in the fuel gas off-gas which has not been used in the fuel cell can be used as power for the oxidizing gas supply means, a highly efficient fuel cell system can be provided.

【0018】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項3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、前記熱交換手段が多管円筒式
熱交換器であることを特徴とする請求項1および2記載
の燃料電池システムである。
In order to solve the above technical problem, the technical means (hereinafter referred to as third technical means) taken in claim 3 of the present invention is that the heat exchange means is a multi-tube cylindrical heat exchanger. 3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is an exchanger.

【0019】上記第3の技術的手段による効果は、以下
のようである。
The effects of the third technical means are as follows.

【0020】すなわち、前記排ガスの圧損を小さくでき
るので、前記燃焼手段や前記酸化剤ガス供給手段の運転
が阻害されることがない効果を有する。
That is, since the pressure loss of the exhaust gas can be reduced, the operation of the combustion means and the oxidizing gas supply means is not hindered.

【0021】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項4において講じた技術的手段(以下、第4の技
術的手段と称する。)は、前記熱交換手段に供給する前
記排ガスの流量を制御する流量制御手段を設けたことを
特徴とする請求項1および2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 fourth technical means) taken in claim 4 of the present invention is characterized in that the exhaust gas supplied to the heat exchange means is 3. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a flow rate control means for controlling a flow rate.

【0022】上記第4の技術的手段による効果は、以下
のようである。
The effects of the fourth technical means are as follows.

【0023】すなわち、前記流量制御手段で前記排ガス
の流量を制御することができるので、燃料電池に供給す
る燃料ガス、酸化剤ガスを最適な温度にすることができ
る。
That is, since the flow rate of the exhaust gas can be controlled by the flow rate control means, the temperature of the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the fuel cell can be set to the optimum temperature.

【0024】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項5において講じた技術的手段(以下、第5の技
術的手段と称する。)は、前記燃料電池に供給する燃料
ガス、酸化剤ガスの少なくとも一方の前記燃料電池の入
口に温度検出手段を設け、該温度検出手段の温度をもと
に前記熱交換手段に供給する排ガスの流量を前記流量制
御手段で制御する制御装置が設けられていることを特徴
とする請求項1および2記載の燃料電池システムであ
る。
In order to solve the above technical problem, the technical means (hereinafter referred to as fifth technical means) taken in claim 5 of the present invention comprises a fuel gas supplied to the fuel cell, an oxidizing gas, A temperature detecting means is provided at at least one inlet of the fuel cell of the agent gas, and a control device is provided for controlling the flow rate of the exhaust gas supplied to the heat exchanging means based on the temperature of the temperature detecting means by the flow rate controlling means. 3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system comprises:

【0025】上記第5の技術的手段による効果は、以下
のようである。
The effects of the fifth technical means are as follows.

【0026】すなわち、燃料電池に供給する燃料ガス、
酸化剤ガスの温度をフィードバックして制御しているの
で、前記燃料ガス、酸化剤ガスの温度を最適な状態にす
ることができる。
That is, fuel gas supplied to the fuel cell,
Since the temperature of the oxidizing gas is controlled by feedback, the temperature of the fuel gas and the temperature of the oxidizing gas can be optimized.

【0027】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項6において講じた技術的手段(以下、第6の技
術的手段と称する。)は、前記排ガスと前記燃料電池に
供給する燃料ガス、前記排ガスと前記燃料電池に供給す
る酸化剤ガスとの間にそれぞれ熱交換手段を設け、それ
ぞれの前記熱交換手段に供給する前記排ガスの流量を制
御する流量制御手段を設けたことを特徴とする請求項1
および2記載の燃料電池システムである。
[0027] In order to solve the above technical problem, the technical means (hereinafter referred to as sixth technical means) taken in claim 6 of the present invention comprises the above exhaust gas and the fuel supplied to the fuel cell. A heat exchange means is provided between each of the gas, the exhaust gas, and the oxidizing gas supplied to the fuel cell, and a flow control means for controlling a flow rate of the exhaust gas supplied to each of the heat exchange means is provided. Claim 1
And 2. The fuel cell system according to 2.

【0028】上記第6の技術的手段による効果は、以下
のようである。
The effects of the sixth technical means are as follows.

【0029】すなわち、燃料ガスを加熱する熱交換手段
と酸化剤ガスを加熱する熱交換手段に供給する排ガスの
流量を別々に制御しているので、前記燃料ガス、酸化剤
ガスの温度をさらに最適な状態にすることができる。
That is, since the flow rates of the exhaust gas supplied to the heat exchange means for heating the fuel gas and the heat exchange means for heating the oxidant gas are separately controlled, the temperatures of the fuel gas and the oxidant gas are further optimized. It can be in a state.

【0030】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項7において講じた技術的手段(以下、第7の技
術的手段と称する。)は、前記酸化剤ガス供給手段が、
前記タービンおよびモータを動力として酸化剤ガスを燃
料電池に供給する装置であることを特徴とする請求項2
記載の燃料電池システムである。
In order to solve the above-mentioned technical problems, the technical means (hereinafter referred to as seventh technical means) taken in claim 7 of the present invention is characterized in that the oxidizing gas supply means comprises:
3. An apparatus for supplying an oxidizing gas to a fuel cell using the turbine and a motor as power.
It is a fuel cell system of the description.

【0031】上記第7の技術的手段による効果は、以下
のようである。
The effects of the seventh technical means are as follows.

【0032】すなわち、前記燃焼手段で燃焼が開始して
いない燃料電池システムの始動時にはモータの動力で酸
化剤ガスを供給することができ、始動時以降には燃料電
池から排出される燃料ガスオフガスの燃焼エネルギーを
利用して酸化剤ガスを供給することができるので、始動
時とそれ以降で別の酸化剤ガス供給手段を設ける必要が
なく、燃料電池システムを小型化できる効果を有する。
That is, when starting the fuel cell system in which the combustion means has not started combustion, the oxidizing gas can be supplied by the power of the motor at the time of starting, and after starting, the combustion of the fuel gas off-gas discharged from the fuel cell can be performed. Since the oxidizing gas can be supplied using energy, there is no need to provide another oxidizing gas supplying means at the time of starting and thereafter, and the fuel cell system can be downsized.

【0033】[0033]

【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.

【0034】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図である。本実
施例の構成を説明する。本実施例では酸化剤ガスとして
空気を使用し、燃料ガスとしてメタノールを改質したガ
スを使用している。
FIG. 1 is a diagram of a solid polymer electrolyte fuel cell system for a vehicle such as an automobile according to an embodiment of the present invention. The configuration of the present embodiment will be described. In this embodiment, air is used as the oxidizing gas, and a gas obtained by reforming methanol is used as the fuel gas.

【0035】前記固体高分子電解質型燃料電池システム
は、改質器1、燃料電池2、燃焼手段であるバーナ3、
酸化剤ガス供給手段であるターボアシストコンプレッサ
4および熱交換手段である熱交換器51、52から構成
されている。また前記固体高分子電解質型燃料電池シス
テムには、水タンク5、メタノールタンク6、流量制御
手段である流量制御バルブV1、V2、加湿器7、温度
検出手段である温度計71、72、制御装置100およ
び各種のポンプや管路が備えられている。
The solid polymer electrolyte fuel cell system comprises a reformer 1, a fuel cell 2, a burner 3 as a combustion means,
It comprises a turbo assist compressor 4 as oxidizing gas supply means and heat exchangers 51 and 52 as heat exchange means. The solid polymer electrolyte fuel cell system includes a water tank 5, a methanol tank 6, flow control valves V1 and V2 as flow control means, a humidifier 7, thermometers 71 and 72 as temperature detection means, and a control device. 100 and various pumps and pipes are provided.

【0036】前記改質器1は燃料である水とメタノール
を改質して水素を主成分とする燃料ガスに変換する装置
で、燃焼部101、蒸発部102、改質部103および
一酸化炭素低減部104から構成されている。前記改質
器1の燃焼部101は、メタノールを貯蔵しているメタ
ノールタンク6とメタノールポンプP3を介して連結
し、エアーコンプレッサC1と空気管路13を介して連
結している。前記改質器1の蒸発部102は、水を貯蔵
している水タンク5と水ポンプP1を介して連結し、前
記メタノールタンク6とメタノールポンプP2を介して
連結している。
The reformer 1 is a device for reforming water and methanol, which are fuels, into a fuel gas containing hydrogen as a main component. The reformer 1 has a combustion unit 101, an evaporation unit 102, a reforming unit 103, and carbon monoxide. It comprises a reduction unit 104. The combustion unit 101 of the reformer 1 is connected to a methanol tank 6 storing methanol via a methanol pump P3, and is connected to an air compressor C1 via an air line 13. The evaporator 102 of the reformer 1 is connected to a water tank 5 storing water via a water pump P1, and is connected to the methanol tank 6 via a methanol pump P2.

【0037】また前記改質器1は燃料ガス管路14aを
介して前記熱交換器52と連結している。該熱交換器5
2は燃料ガス管路14bを介して前記燃料電池2の燃料
ガス供給口21と連結している。前記燃料ガス管路14
bの燃料ガス供給口21の近くに前記温度計72が設け
られている。
The reformer 1 is connected to the heat exchanger 52 via a fuel gas line 14a. The heat exchanger 5
Numeral 2 is connected to a fuel gas supply port 21 of the fuel cell 2 via a fuel gas pipe 14b. The fuel gas line 14
The thermometer 72 is provided near the fuel gas supply port 21 of b.

【0038】前記ターボアシストコンプレッサ4は、タ
ービン41、モータ42、コンプレッサ43から構成さ
れている。前記コンプレッサ43は酸化剤ガスである空
気を圧縮して供給する装置で、空気管路16を介して前
記加湿器7と連結している。前記コンプレッサ43はま
た、空気管路16から分岐している空気管路16aを介
して前記改質部103と連結し、該空気管路16aから
分岐している空気管路16bを介して前記一酸化炭素低
減部104と連結している。
The turbo assist compressor 4 comprises a turbine 41, a motor 42, and a compressor 43. The compressor 43 is a device for compressing and supplying air, which is an oxidizing gas, and is connected to the humidifier 7 via an air line 16. The compressor 43 is also connected to the reforming section 103 through an air line 16a branching from the air line 16, and is connected to the first portion through an air line 16b branching from the air line 16a. It is connected to the carbon oxide reducing unit 104.

【0039】前記加湿器7は空気管路17aを介して前
記熱交換器51と連結している。該熱交換器51は空気
管路17bを介して燃料電池2の空気供給口22と連結
している。前記空気管路17bの空気供給口22の近く
に前記温度計71が設けられている。
The humidifier 7 is connected to the heat exchanger 51 via an air line 17a. The heat exchanger 51 is connected to the air supply port 22 of the fuel cell 2 via the air line 17b. The thermometer 71 is provided near the air supply port 22 of the air line 17b.

【0040】前記燃料電池2の燃料ガスオフガス排出口
23は、燃料ガスオフガス管路19を介して前記バーナ
3の燃料ガスオフガス供給口31と連結している。前記
燃料電池2の空気オフガス排出口24は、空気オフガス
管路20を介して前記バーナ3の空気オフガス供給口3
3と連結している。
The fuel gas off-gas outlet 23 of the fuel cell 2 is connected to the fuel gas off-gas supply port 31 of the burner 3 via a fuel gas off-gas pipe 19. The air off-gas outlet 24 of the fuel cell 2 is connected to the air off-gas supply port 3 of the burner 3 through an air off-gas line 20.
It is connected to 3.

【0041】バーナ3は、空気オフガスを助燃剤として
燃料ガスオフガスを燃焼する燃焼手段である。前記バー
ナ3の排ガス排出口35は、排ガス管路27を介してタ
ーボアシストコンプレッサ4のタービン41と連結して
いる。該タービン41は排ガス管路25を介して大気に
つながっている。
The burner 3 is a combustion means for burning the fuel gas off-gas by using the air off-gas as an auxiliary agent. An exhaust gas outlet 35 of the burner 3 is connected to a turbine 41 of the turbo assist compressor 4 via an exhaust gas line 27. The turbine 41 is connected to the atmosphere via an exhaust gas line 25.

【0042】前記タービン41は前記排ガス管路25か
ら分岐している排ガス管路36を介して流量制御バルブ
V1と連結し、該流量制御バルブV1は排ガス管路38
を介して熱交換器51と連結している。前記タービン4
1はまた、同じく前記排ガス管路25から分岐している
排ガス管路37を介して流量制御バルブV2と連結し、
該流量制御バルブV2は排ガス管路39を介して熱交換
器52と連結している。
The turbine 41 is connected to a flow control valve V 1 through an exhaust gas line 36 branched from the exhaust gas line 25, and the flow control valve V 1 is connected to the exhaust gas line 38.
And is connected to the heat exchanger 51 via the. The turbine 4
1 is also connected to a flow control valve V2 via an exhaust gas line 37 branching from the exhaust gas line 25,
The flow control valve V2 is connected to the heat exchanger 52 via the exhaust gas line 39.

【0043】制御装置100は、信号線S1を介して温
度計71と連結し、信号線S2を介して温度計72と連
結している。制御装置100はまた、信号線S3を介し
て流量制御バルブV1と連結し、信号線S4を介して流
量制御バルブV2と連結している。
The control device 100 is connected to a thermometer 71 via a signal line S1 and to a thermometer 72 via a signal line S2. The control device 100 is also connected to the flow control valve V1 via the signal line S3 and to the flow control valve V2 via the signal line S4.

【0044】前記流量制御バルブV1、V2はモータ駆
動式バタフライ弁である。図2は前記流量制御バルブV
1の断面図、図3は前記流量制御バルブV1の斜視図で
ある。排ガスが通過する管路32の中央にバタフライ弁
部9が設けられている。該バタフライ弁部9はシャフト
8を介してモータ10と連結し、該モータで前記バタフ
ライ弁部9を開閉して流量を制御する。
The flow control valves V1 and V2 are motor-driven butterfly valves. FIG. 2 shows the flow control valve V
3 is a perspective view of the flow control valve V1. A butterfly valve section 9 is provided at the center of the pipe 32 through which the exhaust gas passes. The butterfly valve portion 9 is connected to a motor 10 via a shaft 8, and the motor controls the flow rate by opening and closing the butterfly valve portion 9.

【0045】44、45は前記管路32の外部管路との
連結部であり、それぞれ排ガス管路36、38と連結し
ている。流量制御バルブV2も前記流量制御バルブV1
と同じ構造である。
Reference numerals 44 and 45 denote connecting portions of the pipe 32 with external pipes, which are connected to exhaust gas pipes 36 and 38, respectively. The flow control valve V2 is also the flow control valve V1.
It has the same structure as.

【0046】前記熱交換器51、52は多管円筒式熱交
換器いわゆるシェルアンドチューブタイプの熱交換器で
ある。図4は前記熱交換器51の断面図である。熱交換
器本体51Aには多数の空気管路60が設けられてい
る。管路周囲部61は前記空気管路60の周囲の空間
で、排ガスが通流しガスシール部66によりシールされ
ている。前記空気管路60は直管であり圧力損失が小さ
い。該空気管路60は熱交換効率を高くするためフィン
付き管でもよい。
The heat exchangers 51 and 52 are multi-tubular cylindrical heat exchangers, so-called shell and tube type heat exchangers. FIG. 4 is a sectional view of the heat exchanger 51. A large number of air ducts 60 are provided in the heat exchanger body 51A. The pipe peripheral part 61 is a space around the air pipe 60, through which exhaust gas flows, and is sealed by a gas seal part 66. The air pipe 60 is a straight pipe and has a small pressure loss. The air pipe 60 may be a finned pipe to increase the heat exchange efficiency.

【0047】前記熱交換器本体51Aには空気供給口6
2、空気排出口63が連結している。該空気供給口6
2、空気排出口63は、それぞれ空気管路17a、17
bと連結している。また前記熱交換器本体51Aには前
記管路周囲部61につながっている排ガス供給口64、
排ガス排出口65が設けられ、前記排ガス供給口64は
排ガス管路38と連結している。排ガスが通流する前記
管路周囲部61は通流断面積が大きいので、圧力損失が
小さい。熱交換器52も前記熱交換器51と同様な構造
である。
The air supply port 6 is provided in the heat exchanger body 51A.
2. The air outlet 63 is connected. The air supply port 6
2. The air outlet 63 is connected to the air line 17a, 17
b. An exhaust gas supply port 64 connected to the pipe peripheral portion 61 is provided on the heat exchanger body 51A.
An exhaust gas outlet 65 is provided, and the exhaust gas supply port 64 is connected to the exhaust gas pipe 38. Since the cross-sectional area of the pipe surrounding area 61 through which the exhaust gas flows is large, the pressure loss is small. The heat exchanger 52 has the same structure as the heat exchanger 51.

【0048】以下、本実施例の動作および作用について
説明する。
Hereinafter, the operation and operation of this embodiment will be described.

【0049】燃料電池システムが起動されると、メタノ
ールタンク6からメタノールポンプP3によりメタノー
ルが改質器1の燃焼部101に供給される。ターボアシ
ストコンプレッサ4のモータ42も起動されてコンプレ
ッサ43が起動される。同時にエアーコンプレッサC1
も起動される。前記燃焼部101に供給されたメタノー
ルは、前記エアーコンプレッサC1から供給された空気
を助燃剤として燃焼し、蒸発器102を加熱する。
When the fuel cell system is started, methanol is supplied from the methanol tank 6 to the combustion section 101 of the reformer 1 by the methanol pump P3. The motor 42 of the turbo assist compressor 4 is also started, and the compressor 43 is started. At the same time air compressor C1
Is also started. The methanol supplied to the combustion unit 101 burns the air supplied from the air compressor C1 as a combustion aid, and heats the evaporator 102.

【0050】水タンク5から水ポンプP1により水が、
またメタノールタンク6からメタノールポンプP2によ
りメタノールが改質器1の蒸発部102に供給される。
供給された水とメタノールは、前記改質器1の蒸発部1
02で気化され改質部103に送られる。
Water is supplied from the water tank 5 by the water pump P1.
Methanol is supplied from the methanol tank 6 to the evaporator 102 of the reformer 1 by the methanol pump P2.
The supplied water and methanol are supplied to the evaporator 1 of the reformer 1.
It is vaporized in 02 and sent to the reforming unit 103.

【0051】前記改質部103では、水とメタノールの
蒸気はターボアシストコンプレッサ4のコンプレッサ4
3から送られた空気と混合され、改質触媒(例えば、P
d触媒とCu−Zn触媒等)により水素を主成分とする
燃料ガスに下記の反応で改質され一酸化炭素低減部10
4に送られる。
In the reforming section 103, steam of water and methanol is supplied to the compressor 4 of the turbo assist compressor 4.
3 and mixed with the air sent from
d catalyst and a Cu—Zn catalyst) to reform the fuel gas containing hydrogen as a main component by the following reaction and reduce the carbon monoxide.
4

【0052】 CHOH +0.13O +0.47N +0.75HO → 2.75H +CO +0.47N …(1) 前記燃料ガスは一酸化炭素を0.5〜1%含んでおり、
前記一酸化炭素低減部104の一酸化炭素低減触媒(例
えば、Pt触媒等)により一酸化炭素を前記コンプレッ
サ43から送られた空気で酸化してCOに変え、一酸
化炭素濃度を10ppm以下にして熱交換器52を介し
て燃料電池2に供給される。
CH 3 OH + 0.13O 2 + 0.47N 2 + 0.75H 2 O → 2.75H 2 + CO 2 + 0.47N 2 (1) The fuel gas contains 0.5 to 1% of carbon monoxide. Yes,
The carbon monoxide reduction unit 104 oxidizes carbon monoxide with air sent from the compressor 43 by a carbon monoxide reduction catalyst (for example, a Pt catalyst or the like) to change it into CO 2, and reduces the carbon monoxide concentration to 10 ppm or less. The heat is supplied to the fuel cell 2 via the heat exchanger 52.

【0053】一方、酸化剤ガスである空気は前記コンプ
レッサ43から加湿器7、熱交換器51を介して前記燃
料電池2に供給される。前記加湿器7はインジェクショ
ンにより微粒化した水を空気に混入させる方法を使用し
ている。加湿の方法としては、インジェクション以外に
超音波やバブリングで加湿する方法がある。
On the other hand, air as the oxidizing gas is supplied from the compressor 43 to the fuel cell 2 via the humidifier 7 and the heat exchanger 51. The humidifier 7 uses a method of mixing water atomized by injection into air. As a humidifying method, there is a method of humidifying by ultrasonic waves or bubbling other than injection.

【0054】前記燃料電池2は多数のセルが積層されて
おり、該セルは二つの電極(燃料極と酸化剤極)で固体
高分子電解質膜を挟んだ構造をしている。該燃料極では
燃料ガス中の水素ガスが触媒に接触することにより下記
の反応が生ずる。
The fuel cell 2 has a number of stacked cells, each of which has a structure in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between two electrodes (a fuel electrode and an oxidant electrode). At the fuel electrode, the following reaction occurs when hydrogen gas in the fuel gas comes into contact with the catalyst.

【0055】2H → 4H +4e …(2) Hは、固体高分子電解質膜中を移動し酸化剤極触媒に
達し空気中の酸素と反応して水となる。この電気化学反
応により発電する。
2H 2 → 4H + + 4e (2) H + moves through the solid polymer electrolyte membrane, reaches the oxidant electrode catalyst, and reacts with oxygen in the air to form water. Electric power is generated by this electrochemical reaction.

【0056】 4H +4e +O → 2HO …(3) 燃料極からのHの移動に伴い水も移動するため燃料極
に供給する燃料ガスに水分を含ませて供給する必要があ
る。このため式(1)の反応に必要な水以上の水を水タ
ンク5から蒸発部102に供給している。一方、固体高
分子電解質膜の性能を十分引き出すために空気にも加湿
する必要があり、前記加湿器7が設けられている。
4H + + 4e + O 2 → 2H 2 O (3) Since water also moves with the movement of H + from the fuel electrode, it is necessary to supply the fuel gas supplied to the fuel electrode with moisture contained therein. . For this reason, more water than the water required for the reaction of the formula (1) is supplied from the water tank 5 to the evaporator 102. On the other hand, it is necessary to humidify the air in order to sufficiently bring out the performance of the polymer electrolyte membrane, and the humidifier 7 is provided.

【0057】前記燃料電池2では燃料ガス中の水素は1
00%利用されることはなく、およそ80%の利用率で
ある。前記燃料電池2で利用されなかった燃料ガスオフ
ガスは燃料ガスオフガス管路19を介してバーナ3の燃
料ガス供給口31に送られる。
In the fuel cell 2, the hydrogen in the fuel gas is 1
It is not used at 00%, but is about 80%. The fuel gas off-gas not used in the fuel cell 2 is sent to the fuel gas supply port 31 of the burner 3 via the fuel gas off-gas pipe 19.

【0058】一方、前記燃料電池2には過剰の空気を送
っているので、空気オフガスが空気オフガス排出口24
から排出される。前記空気オフガスは、空気オフガス管
路20を介してバーナ3の空気供給口33に送られる。
On the other hand, since excess air is sent to the fuel cell 2, air off-gas is discharged from the air off-gas outlet 24.
Is discharged from The air off-gas is sent to the air supply port 33 of the burner 3 via the air off-gas line 20.

【0059】前記バーナ3では、前記燃料電池2から送
られた燃料ガスオフガスと空気オフガスで燃焼する。前
記バーナ3の排ガスはターボアシストコンプレッサ4の
タービン41に送られ、該タービン41を回転する。
The burner 3 burns with the fuel gas off-gas and the air off-gas sent from the fuel cell 2. The exhaust gas from the burner 3 is sent to the turbine 41 of the turbo assist compressor 4 to rotate the turbine 41.

【0060】前記バーナ3の排ガスはターボアシストコ
ンプレッサ4のタービン41に送られ、該タービン41
を回転する。該タービン41の回転により前記コンプレ
ッサが回転されるので、前記モータ42の負荷が低減さ
れ、電力が節約できる。前記燃料電池システムの定常運
転時には、燃料ガスオフガスの燃焼エネルギーが十分あ
るので、前記モータを動かす必要がなくなり前記モータ
は停止される。補助電力が限られている自動車等車載用
の燃料電池システムでは、この効果は重要である。
The exhaust gas from the burner 3 is sent to the turbine 41 of the turbo assist compressor 4.
To rotate. Since the compressor is rotated by the rotation of the turbine 41, the load on the motor 42 is reduced, and power can be saved. At the time of steady operation of the fuel cell system, there is sufficient combustion energy of the fuel gas off-gas, so that it is not necessary to operate the motor, and the motor is stopped. This effect is important in an in-vehicle fuel cell system such as an automobile where the auxiliary power is limited.

【0061】前記タービン41から排出される排ガスの
一部は、流量制御バルブV1で流量制御されて熱交換器
51の排ガス供給口64に供給される。供給された排ガ
スは管路周囲部61を通って排ガス排出口65から排出
される。前記排ガスが前記管路周囲部61を通るとき
に、空気管路60を通流して燃料電池2に供給される空
気を加熱する。
A part of the exhaust gas discharged from the turbine 41 is supplied to an exhaust gas supply port 64 of the heat exchanger 51 with its flow rate controlled by a flow control valve V1. The supplied exhaust gas is discharged from an exhaust gas outlet 65 through a pipe peripheral portion 61. When the exhaust gas passes through the pipe periphery 61, the exhaust gas flows through the air pipe 60 to heat the air supplied to the fuel cell 2.

【0062】これにより空気中の水蒸気の凝縮を防ぎ、
空気を前記燃料電池2に必要な温度にすることができ
る。加湿器7により供給された水が蒸発により空気温度
が低下するので、前記熱交換器51による空気の加熱は
重要である。なお、前記排ガスにより前記加湿器7を加
熱してもよいし、該加湿器7と前記熱交換器51を複合
化してもよい。
This prevents condensation of water vapor in the air,
The air can be brought to a temperature required for the fuel cell 2. Since water supplied by the humidifier 7 evaporates and the air temperature decreases, the heating of the air by the heat exchanger 51 is important. Note that the humidifier 7 may be heated by the exhaust gas, or the humidifier 7 and the heat exchanger 51 may be combined.

【0063】前記タービン41から排出される排ガスの
一部は、流量制御バルブV2で流量制御されて熱交換器
52に供給される。該熱交換器52では前記熱交換器5
1と同様に、燃料電池2に供給される燃料ガスを加熱す
る。これにより燃料ガス中の水蒸気の凝縮を防ぐことが
できると同時に、燃料ガスを80〜100℃に保持する
ことができるので、燃料電池2の電極触媒の一酸化炭素
による被毒を軽減することができる。
A part of the exhaust gas discharged from the turbine 41 is supplied to the heat exchanger 52 with its flow rate controlled by a flow control valve V2. In the heat exchanger 52, the heat exchanger 5
As in 1, the fuel gas supplied to the fuel cell 2 is heated. This can prevent the condensation of water vapor in the fuel gas and at the same time keep the fuel gas at 80 to 100 ° C., so that the poisoning of the electrode catalyst of the fuel cell 2 by carbon monoxide can be reduced. it can.

【0064】前記熱交換器51、52の効果は始動時に
おいて著しい。始動時配管内が十分暖まっていないため
ガス中の水分が凝縮しやすい。凝縮がおこると、その後
流れてくるガスが凝縮水により冷やされるため、ガス温
度が低下する。これらの現象を前記熱交換器51、52
を使用することで回避できる。
The effect of the heat exchangers 51 and 52 is remarkable at the start. Since the inside of the pipe is not sufficiently warmed at the time of starting, the moisture in the gas tends to condense. When the condensation occurs, the gas flowing thereafter is cooled by the condensed water, so that the gas temperature decreases. These phenomena are reflected in the heat exchangers 51 and 52.
Can be avoided by using.

【0065】前記流量制御バルブV1、V2の開度は制
御装置100により制御され、空気および燃料ガスの温
度が制御される。図5は前記流量制御バルブV1、V2
の開度調整のフローチャート図である。
The opening of the flow control valves V1 and V2 is controlled by the control device 100 to control the temperatures of the air and the fuel gas. FIG. 5 shows the flow control valves V1 and V2.
FIG. 4 is a flowchart of the opening degree adjustment.

【0066】温度計71で計測された温度T1は信号線
S1を介して制御装置100に伝達される。温度計72
で計測された温度T2は信号線S2を介して制御装置1
00に伝達される。ステップS101では前記制御装置
100で温度T1とあらかじめ設定された温度値Taが
比較される。前記温度T1が前記温度値Taより低いと
きはステップS102に進む。
The temperature T1 measured by the thermometer 71 is transmitted to the control device 100 via the signal line S1. Thermometer 72
The temperature T2 measured by the control device 1 via the signal line S2
00 is transmitted. In step S101, the control device 100 compares the temperature T1 with a preset temperature value Ta. When the temperature T1 is lower than the temperature value Ta, the process proceeds to step S102.

【0067】該ステップS102ではあらかじめ決めら
れた計算式に従って流量制御バルブV1の開度が計算さ
れ、ステップS103に進む。該ステップS103では
前記制御装置100から信号線S3を介して命令が送ら
れ、流量制御バルブV1の開度を前記ステップS102
で計算された値に調整し、ステップS105に進む。
In step S102, the opening of the flow control valve V1 is calculated according to a predetermined formula, and the flow advances to step S103. In step S103, a command is sent from the control device 100 via the signal line S3, and the opening degree of the flow control valve V1 is determined in step S102.
The value is adjusted to the value calculated in step S5, and the process proceeds to step S105.

【0068】前記ステップS101で前記温度T1が前
記温度値Ta以上のときはステップS104に進む。該
ステップS104では前記流量制御バルブV1を閉じ
て、熱交換器51への排ガスの供給を停止し、ステップ
S105に進む。
If the temperature T1 is equal to or higher than the temperature value Ta in step S101, the process proceeds to step S104. In step S104, the flow control valve V1 is closed to stop the supply of the exhaust gas to the heat exchanger 51, and the process proceeds to step S105.

【0069】該ステップS105では前記制御装置10
0で温度T2とあらかじめ設定された温度値Tbが比較
される。前記温度T2が前記温度値Tbより低いときは
ステップS106に進む。
In step S105, the control device 10
At 0, the temperature T2 is compared with a preset temperature value Tb. When the temperature T2 is lower than the temperature value Tb, the process proceeds to step S106.

【0070】該ステップS106ではあらかじめ決めら
れた計算式に従って流量制御バルブV2の開度が計算さ
れ、ステップS107に進む。該ステップS107では
前記制御装置100から信号線S4を介して命令が送ら
れ、流量制御バルブV2の開度を前記ステップS106
で計算された値に調整し、ステップS101に戻る。
In step S106, the opening of the flow control valve V2 is calculated according to a predetermined calculation formula, and the flow advances to step S107. In step S107, a command is sent from the control device 100 via the signal line S4, and the opening of the flow control valve V2 is determined in step S106.
The value is adjusted to the value calculated in step, and the process returns to step S101.

【0071】前記ステップS105で前記温度T2が前
記温度値Tb以上のときはステップS108に進む。該
ステップS108では前記流量制御バルブV2を閉じ
て、熱交換器52への排ガスの供給を停止し、ステップ
S101に戻る。
When the temperature T2 is equal to or higher than the temperature value Tb in step S105, the process proceeds to step S108. In step S108, the flow control valve V2 is closed to stop the supply of the exhaust gas to the heat exchanger 52, and the process returns to step S101.

【0072】以上のステップの処理は本燃料電池システ
ムが運転されている間繰り返し、該燃料電池システムの
運転停止により停止する。
The processing of the above steps is repeated while the fuel cell system is in operation, and is stopped by stopping the operation of the fuel cell system.

【0073】ターボアシストコンプレッサ4のタービン
41側で回収する動力をより大きくするための有効的な
手段の一つとして、タービン41に供給する排ガスの圧
力(1次側圧力)をできるだけ高くすることが必要であ
る。そのばあい前記タービンの1次側圧力とともに排出
側の圧力(2次側圧力)も上昇すると、1次側圧力を高
圧化する効果は得られない。つまりタービン41の1次
側圧力と2次側圧力の圧力差をできる限り大きくするこ
とが必要となる。
One of effective means for increasing the power recovered on the turbine 41 side of the turbo assist compressor 4 is to increase the pressure of exhaust gas supplied to the turbine 41 (primary pressure) as much as possible. is necessary. In that case, if the pressure on the discharge side (secondary pressure) increases together with the primary pressure on the turbine, the effect of increasing the primary pressure cannot be obtained. That is, it is necessary to make the pressure difference between the primary pressure and the secondary pressure of the turbine 41 as large as possible.

【0074】2次側圧力を低圧にするには、タービン4
1以降のガス管路の圧力損失を小さくすることが必要で
ある。前記流量制御バルブV1、V2として圧力損失の
小さいバタフライ弁を、前記熱交換器51、52として
圧力損失の小さい多管円筒式熱交換器を使用しているの
で、前記タービン41以降のガス管路の圧力損失を小さ
くすることができ、該タービン41による動力回収を大
きくすることができる。
To lower the secondary pressure, the turbine 4
It is necessary to reduce the pressure loss in the gas lines after the first. Since a butterfly valve having a small pressure loss is used as the flow control valves V1 and V2 and a multi-pipe cylindrical heat exchanger having a small pressure loss is used as the heat exchangers 51 and 52, the gas pipelines after the turbine 41 are used. Can be reduced, and the power recovery by the turbine 41 can be increased.

【0075】本燃料電池システムにおいては、コンプレ
ッサ43とタービン41が空気管路16、17a、17
b、20、熱交換器51、燃料電池2を介して連結して
いるので、前記タービン41の1次側圧力はコンプレッ
サ43の吐出圧および前記コンプレッサ43と前記ター
ビン41を連結している管路などの圧力損失と関連して
いる。
In this fuel cell system, the compressor 43 and the turbine 41 are connected to the air lines 16, 17a, 17
b, 20, the heat exchanger 51, and the fuel cell 2, so that the primary pressure of the turbine 41 is the discharge pressure of the compressor 43 and the pipeline connecting the compressor 43 and the turbine 41. And so on.

【0076】前記タービン41の1次側圧力は前述のよ
うに高い方が該タービン41での動力回収量が増えるの
で、前記圧力損失をできるだけ小さくすることが必要で
ある。前記熱交換器51として圧力損失の小さい多管円
筒式熱交換器を使用しているので、前記タービン41の
1次側圧力を大きくすることができ、該タービン41に
よる動力回収を大きくすることができる。
As described above, the higher the primary pressure of the turbine 41 is, the higher the power recovery amount in the turbine 41 is. Therefore, it is necessary to minimize the pressure loss. Since a multi-tubular cylindrical heat exchanger having a small pressure loss is used as the heat exchanger 51, the primary pressure of the turbine 41 can be increased, and the power recovery by the turbine 41 can be increased. it can.

【0077】以上のように、本発明では圧損損失の小さ
い多管円筒式熱交換器を使用しているので、タービン4
1での動力回収を確保し、またバーナ3の排ガスの熱エ
ネルギーも利用できる。これにより高効率な燃料電池シ
ステムとなっている。一方、前記ターボアシストコンプ
レッサ4がなく、バーナ3の排ガスを直接熱交換器5
1、52に連結している場合においても、前記バーナ3
の燃焼効率を高くして完全燃焼させ高効率な燃料電池シ
ステムにするために前記熱交換器51、52の圧力損失
が小さい必要がある。
As described above, in the present invention, since the multi-tube cylindrical heat exchanger having a small pressure loss is used, the turbine 4
1 to ensure power recovery, and also use the thermal energy of the exhaust gas from the burner 3. This results in a highly efficient fuel cell system. On the other hand, the exhaust gas from the burner 3 is directly transferred to the heat exchanger 5 without the turbo assist compressor 4.
1 and 52, the burner 3
The pressure loss of the heat exchangers 51 and 52 needs to be small in order to increase the combustion efficiency of the heat exchangers and complete combustion to obtain a highly efficient fuel cell system.

【0078】[0078]

【発明の効果】以上のように、本発明は、燃料ガスと酸
化剤ガスを利用して発電する燃料電池と該燃料電池の燃
料ガスオフガスを燃焼させる燃焼手段を備えた燃料電池
システムにおいて、前記燃焼手段から排出される排ガス
と、前記燃料電池に供給する燃料ガス、酸化剤ガスの少
なくとも一方の間に熱交換手段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、燃料電池に供給する燃
料ガス、酸化剤ガスを必要な温度に制御し水蒸気が凝縮
することがない発電性能に優れた高効率な燃料電池シス
テムができる。
As described above, the present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell for generating power using a fuel gas and an oxidizing gas and a combustion means for burning off fuel gas off-gas of the fuel cell. A heat exchange means provided between exhaust gas discharged from the means and at least one of a fuel gas and an oxidant gas to be supplied to the fuel cell. A high-efficiency fuel cell system with excellent power generation performance that does not condense water vapor by controlling gas and oxidant gas to required temperatures can be obtained.

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

【図1】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図
FIG. 1 is a diagram of a solid polymer electrolyte fuel cell system for mounting on a vehicle such as an automobile according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例の流量制御バルブの断面図FIG. 2 is a sectional view of a flow control valve according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例の流量制御バルブの斜視図FIG. 3 is a perspective view of a flow control valve according to the embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例の熱交換器の断面図FIG. 4 is a cross-sectional view of the heat exchanger according to the embodiment of the present invention.

【図5】流量制御バルブの開度調整のフローチャート図FIG. 5 is a flowchart for adjusting the opening of the flow control valve.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…改質器 2…燃料電池 3…バーナ(燃焼手段) 4…ターボアシストコンプレッサ(酸化剤ガス供給手
段) 7…加湿器 41…タービン 42…モータ 43…コンプレッサ 51、52…熱交換器(熱交換手段) 71、72…温度計(温度検出手段) 100…制御装置 V1、V2…流量制御バルブ(流量制御手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reformer 2 ... Fuel cell 3 ... Burner (combustion means) 4 ... Turbo assist compressor (oxidant gas supply means) 7 ... Humidifier 41 ... Turbine 42 ... Motor 43 ... Compressor 51, 52 ... Heat exchanger (heat) Exchange means) 71, 72: thermometer (temperature detection means) 100: control device V1, V2: flow control valve (flow control means)

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料ガスと酸化剤ガスを利用して発電す
る燃料電池と該燃料電池の燃料ガスオフガスを燃焼させ
る燃焼手段を備えた燃料電池システムにおいて、前記燃
焼手段から排出される排ガスと、前記燃料電池に供給す
る燃料ガス、酸化剤ガスの少なくとも一方の間に熱交換
手段を設けたことを特徴とする燃料電池システム。
1. A fuel cell system comprising: a fuel cell that generates power using a fuel gas and an oxidizing gas; and a combustion unit that burns a fuel gas off-gas of the fuel cell. A fuel cell system comprising a heat exchange means provided between at least one of a fuel gas and an oxidant gas supplied to the fuel cell.
【請求項2】 前記燃焼手段と前記熱交換手段の間に、
前記燃焼手段から排出される排ガスの燃焼エネルギーを
利用して回転するタービンと該タービンに連結し酸化剤
ガスを圧縮するコンプレッサを備えている酸化剤ガス供
給手段を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. Between the combustion means and the heat exchange means,
The oxidizing gas supply means, comprising: a turbine rotating by using combustion energy of exhaust gas discharged from the combustion means; and a compressor connected to the turbine and compressing the oxidizing gas. 2. The fuel cell system according to 1.
【請求項3】 前記熱交換手段が多管円筒式熱交換器で
あることを特徴とする請求項1および2記載の燃料電池
システム。
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein said heat exchange means is a multi-tube cylindrical heat exchanger.
【請求項4】 前記熱交換手段に供給する前記排ガスの
流量を制御する流量制御手段を設けたことを特徴とする
請求項1および2記載の燃料電池システム。
4. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a flow rate control means for controlling a flow rate of the exhaust gas supplied to the heat exchange means.
【請求項5】 前記燃料電池に供給する燃料ガス、酸化
剤ガスの少なくとも一方の前記燃料電池の入口に温度検
出手段を設け、該温度検出手段の温度をもとに前記熱交
換手段に供給する排ガスの流量を前記流量制御手段で制
御する制御装置が設けられていることを特徴とする請求
項1および2記載の燃料電池システム。
5. A fuel cell, wherein at least one of a fuel gas and an oxidizing gas supplied to the fuel cell is provided with a temperature detecting means at an inlet of the fuel cell, and the temperature is supplied to the heat exchanging means based on a temperature of the temperature detecting means. 3. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a control device for controlling a flow rate of the exhaust gas by the flow rate control means.
【請求項6】 前記排ガスと前記燃料電池に供給する燃
料ガス、前記排ガスと前記燃料電池に供給する酸化剤ガ
スとの間にそれぞれ熱交換手段を設け、それぞれの前記
熱交換手段に供給する前記排ガスの流量を制御する流量
制御手段を設けたことを特徴とする請求項1および2記
載の燃料電池システム。
6. A heat exchange means is provided between the exhaust gas and the fuel gas supplied to the fuel cell, and between the exhaust gas and the oxidant gas supplied to the fuel cell, and the heat exchange means is provided to each of the heat exchange means. 3. The fuel cell system according to claim 1, further comprising flow control means for controlling a flow rate of the exhaust gas.
【請求項7】 前記酸化剤ガス供給手段が、前記タービ
ンおよびモータを動力として酸化剤ガスを燃料電池に供
給する装置であることを特徴とする請求項2記載の燃料
電池システム。
7. The fuel cell system according to claim 2, wherein the oxidizing gas supply means is a device that supplies the oxidizing gas to the fuel cell using the turbine and the motor as power.
JP11018313A 1999-01-27 1999-01-27 Fuel cell system Pending JP2000223138A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006512731A (en) * 2002-12-24 2006-04-13 フュエルセル エナジー, インコーポレイテッド Fuel cell end unit with built-in heat exchanger
JP2012216380A (en) * 2011-03-31 2012-11-08 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system

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