JP2002117877A - Solid polymer fuel cell system - Google Patents

Solid polymer fuel cell system

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JP2002117877A
JP2002117877A JP2000311577A JP2000311577A JP2002117877A JP 2002117877 A JP2002117877 A JP 2002117877A JP 2000311577 A JP2000311577 A JP 2000311577A JP 2000311577 A JP2000311577 A JP 2000311577A JP 2002117877 A JP2002117877 A JP 2002117877A
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JP
Japan
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fuel
fuel gas
fuel cell
gas
bypass path
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Application number
JP2000311577A
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Japanese (ja)
Inventor
Akinari Nakamura
彰成 中村
Shinji Miyauchi
伸二 宮内
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid polymer fuel cell system which collects thermal energy which are radiating heat at the start-up, while realizing more stabilized water recovery and safe driving. SOLUTION: The system is constituted with a fuel generation means, the solid polymer fuel cell, a fuel gas supply flow path, a fuel gas exhaust flow path, a bypass flow path which connects the above fuel gas supply flow path with the above fuel gas exhaust flow path, and fuel side condensation means which make steam condense by cooling the exhausted fuel gas which is exhausted from the fuel cell or the fuel gas passed through the above bypass. Further, a fuel side bypass condensation means, which cools the fuel gas and carries out steam condensation, is equipped in the above by pass way or in the fuel gas exhaust flow way between the above bypass and the above fuel side condensation means.

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】固体高分子型燃料電池を用い
て発電を行う固体高分子型燃料電池システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell system for generating electric power using a polymer electrolyte fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の固体高分子型燃料電池システムに
ついて、図面を参照しながら説明する。
2. Description of the Related Art A conventional polymer electrolyte fuel cell system will be described with reference to the drawings.

【0003】図7に示すように、従来の固体高分子型燃
料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電
を行う燃料電池1と、燃料ガスの供給排出系と酸化剤ガ
スの供給排出系、および燃料電池1の冷却系をもつ。
As shown in FIG. 7, a conventional polymer electrolyte fuel cell system includes a fuel cell 1 for generating power using a fuel gas and an oxidizing gas, a fuel gas supply / discharge system, and a supply of an oxidizing gas. It has a discharge system and a cooling system for the fuel cell 1.

【0004】まず、燃料ガス供給排出系について説明す
る。燃料ガスの供給側には、天然ガスなどの原料ガスを
水蒸気改質し水素リッチな燃料ガスを生成する燃料ガス
生成器2と、燃料ガスを加湿する燃料側加湿器3とを備
える。また燃料ガスの排出側には、燃料電池1より排出
される残余燃料ガスを冷却し含まれる水蒸気を凝縮させ
る燃料側凝縮器4と、天然ガスなどの燃焼ガスと残余燃
料ガスを燃焼させる燃焼器5と、燃焼用の空気を供給す
る空気供給器6を備える。さらに、燃料電池1をバイパ
スするバイパス経路7と、燃料ガスの流路を燃料電池1
またはバイパス経路7に切り換えることができる燃料ガ
ス流路切換弁8とを備える。
First, a fuel gas supply / discharge system will be described. The fuel gas supply side includes a fuel gas generator 2 that steam-reforms a raw material gas such as natural gas to generate a hydrogen-rich fuel gas, and a fuel-side humidifier 3 that humidifies the fuel gas. On the fuel gas discharge side, a fuel-side condenser 4 for cooling the residual fuel gas discharged from the fuel cell 1 and condensing the contained water vapor, and a combustor for burning the combustion gas such as natural gas and the residual fuel gas 5 and an air supply device 6 for supplying air for combustion. Furthermore, a bypass path 7 for bypassing the fuel cell 1 and a fuel gas flow path
Or a fuel gas flow path switching valve 8 that can be switched to the bypass path 7.

【0005】つぎに、酸化剤ガスである空気の供給排出
系について説明する。空気供給排出系には、酸化剤の空
気を燃料電池1に供給する空気供給装置9と、供給空気
を加湿する空気側加湿器10と、燃料電池1から排出さ
れる空気を冷却し含まれる水蒸気を凝縮させる空気側凝
縮器11を備える。また、燃料側凝縮器4と空気側凝縮
器器11とで凝縮した水を蓄える凝縮水タンク12と、
凝縮水を燃料側加湿器3に送る燃料側水ポンプ13と空
気側加湿器10に送る空気側水ポンプ14とを備えてい
る。
Next, a description will be given of a supply / discharge system for air, which is an oxidizing gas. The air supply / discharge system includes an air supply device 9 for supplying oxidant air to the fuel cell 1, an air-side humidifier 10 for humidifying the supply air, and steam contained in the air discharged from the fuel cell 1 for cooling. And an air-side condenser 11 for condensing air. A condensed water tank 12 for storing water condensed by the fuel-side condenser 4 and the air-side condenser 11;
A fuel-side water pump 13 for sending condensed water to the fuel-side humidifier 3 and an air-side water pump 14 for sending to the air-side humidifier 10 are provided.

【0006】一方燃料電池1の冷却系では、燃料電池1
および冷却配管内に水を循環させる冷却用ポンプ15
と、燃料電池1で発生した熱を外部へ放出する冷却用放
熱器16を備えている。
On the other hand, in the cooling system of the fuel cell 1, the fuel cell 1
And cooling pump 15 for circulating water in the cooling pipe
And a cooling radiator 16 for releasing heat generated in the fuel cell 1 to the outside.

【0007】燃料ガス生成器2で生成した燃料ガスに
は、水素以外に水蒸気と二酸化炭素や微量の一酸化炭素
を含む。この燃料ガスは、凝縮水タンク12より燃料側
水ポンプ13によって供給される水を用いて、燃料側加
湿器3で加湿される。加湿された燃料ガスは、システム
起動時などの燃料ガスに一酸化炭素が多く含まれる場合
は、燃料ガス流路切換弁8によってバイパス経路7を経
由して燃料側凝縮器4へと送られる。逆に、燃料ガス中
の一酸化濃度が充分に低い場合には、燃料ガス流路切換
弁8によって燃料電池1へ供給され、発電を行う。
The fuel gas generated by the fuel gas generator 2 contains water vapor, carbon dioxide, and a trace amount of carbon monoxide in addition to hydrogen. This fuel gas is humidified by the fuel-side humidifier 3 using water supplied from the condensed water tank 12 by the fuel-side water pump 13. The humidified fuel gas is sent to the fuel-side condenser 4 via the bypass path 7 by the fuel gas flow path switching valve 8 when the fuel gas contains a large amount of carbon monoxide at the time of starting the system or the like. Conversely, when the concentration of monoxide in the fuel gas is sufficiently low, the fuel gas is supplied to the fuel cell 1 by the fuel gas flow path switching valve 8 to generate power.

【0008】固体高分子型燃料電池システムは、リン酸
型の場合(約200℃)などに比べて燃料電池1が80
℃程度という非常に低い温度で動作する。そのため、リ
ン酸型燃料電池では、一酸化炭素を数%含む燃料ガスを
燃料電池1へ供給しても問題ないが、固体高分子型燃料
電池では、一酸化炭素を数十ppm以上の割合で含む燃
料ガスを燃料電池1に供給すると、燃料電池1内の触媒
が被毒して発電性能が劣化する。
In the polymer electrolyte fuel cell system, the fuel cell 1 is 80 times smaller than in the case of the phosphoric acid type (about 200 ° C.).
It operates at a very low temperature of about ° C. Therefore, in the phosphoric acid type fuel cell, there is no problem even if the fuel gas containing several% of carbon monoxide is supplied to the fuel cell 1, but in the polymer electrolyte fuel cell, carbon monoxide is supplied at a rate of several tens ppm or more. When the fuel gas containing the fuel gas is supplied to the fuel cell 1, the catalyst in the fuel cell 1 is poisoned and the power generation performance is deteriorated.

【0009】燃料ガスを燃料電池1で燃焼させた後、燃
料電池1からは、発電に用いられなかった水素と水蒸気
と二酸化炭素と一酸化炭素の混合ガスが、残余燃料ガス
として排出される。排出された残余燃料ガスは、燃料側
凝縮器4による冷却および水蒸気の除去(除湿)の後、
燃焼器5に供給される。燃焼器5では、天然ガスなどの
燃焼ガスと残余燃料ガスを燃焼し、燃料ガス生成器2の
温度を約700℃に維持する。この温度は、原料ガスか
ら水素リッチな燃料ガスを生成するのに必要な温度であ
る。
After the fuel gas is burned in the fuel cell 1, a mixed gas of hydrogen, water vapor, carbon dioxide, and carbon monoxide that has not been used for power generation is discharged from the fuel cell 1 as a residual fuel gas. The discharged residual fuel gas is cooled by the fuel-side condenser 4 and the water vapor is removed (dehumidified).
It is supplied to the combustor 5. In the combustor 5, the combustion gas such as natural gas and the residual fuel gas are burned, and the temperature of the fuel gas generator 2 is maintained at about 700 ° C. This temperature is a temperature required to generate a hydrogen-rich fuel gas from the source gas.

【0010】同様に、起動時に燃料ガス流路切換弁8に
よってバイパス経路7を経由した燃料ガスも、燃料側凝
縮器4により除湿された後、燃焼器5に供給され、燃焼
ガスとともに、または燃料ガスのみで燃焼される。
Similarly, the fuel gas that has passed through the bypass path 7 by the fuel gas flow path switching valve 8 at the time of startup is also supplied to the combustor 5 after being dehumidified by the fuel-side condenser 4, and is supplied together with the combustion gas or the fuel gas. Burned with gas only.

【0011】つぎに、酸化剤ガスである空気の供給排出
系について説明する。空気は、空気供給装置9によって
空気側加湿器10に送り込まれ、凝縮水タンク12より
空気側水ポンプ14によって供給される水を用いて加湿
され、燃料電池1に送り込まれる。燃料電池1より排出
される発電に用いられなかった空気は、空気側凝縮器1
1によって冷却および水蒸気の除去(除湿)の後、大気
に放出される。
Next, a supply / discharge system for air, which is an oxidizing gas, will be described. The air is sent to the air-side humidifier 10 by the air supply device 9, humidified using water supplied from the condensed water tank 12 by the air-side water pump 14, and sent to the fuel cell 1. The air discharged from the fuel cell 1 and not used for power generation is supplied to the air-side condenser 1.
After cooling and removal of water vapor (dehumidification) by 1, it is released to the atmosphere.

【0012】さらに、発電を行う燃料電池1の温度を一
定に保つために、冷却配管を通して、冷却用ポンプ15
で水を循環させ、冷却用放熱器16で燃料電池1で発生
した熱を外部へ放出する。
Further, in order to keep the temperature of the fuel cell 1 for generating electricity constant, a cooling pump 15
Circulates water, and the heat generated in the fuel cell 1 is released to the outside by the cooling radiator 16.

【0013】また、燃料側凝縮器4と空気側凝縮器11
とで除湿された水は、凝縮水タンク12に蓄水され、燃
料側水ポンプ13および空気側水ポンプ14によって加
湿水としてそれぞれ燃料側加湿器3および空気側加湿器
10に供給される。ときには、水蒸気改質用の水として
燃料ガス生成器2に供給される場合もある。
Further, the fuel-side condenser 4 and the air-side condenser 11
The dehumidified water is stored in the condensed water tank 12 and supplied to the fuel humidifier 3 and the air humidifier 10 as humidified water by the fuel water pump 13 and the air water pump 14, respectively. At times, it may be supplied to the fuel gas generator 2 as water for steam reforming.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、起動
時に、燃料側加湿器3を出たすべての燃料ガスは燃料ガ
ス流路切換弁8によりバイパス経路7を経由した後、燃
料側凝縮器4によって除湿される。
In the prior art, at the time of startup, all the fuel gas exiting the fuel-side humidifier 3 passes through the bypass path 7 by the fuel gas flow path switching valve 8 and then to the fuel-side condenser. 4 to be dehumidified.

【0015】ここで、燃料側凝縮器4において、起動中
の燃料ガスおよび発電中の残余燃料ガスを約40℃に冷
却することを想定する。固体高分子型燃料電池システム
を運転するときの燃料側凝縮器4での放熱量は、交流発
電量1.5kW運転を行なう場合には約120Wであ
り、また起動運転を行なう場合には約900Wである。
そのため燃料側凝縮器4で、約7倍の熱量差の熱量を放
熱する必要がある。燃料側凝縮器4を設計するにあた
り、定格運転で最適設計をする場合、起動時には設計量
をはるかに上回る燃料ガスが燃料側凝縮器4に流入する
ため、燃料側凝縮器4が能力不足となる。この結果、燃
料側凝縮器4で回収できる水量が減少する。
Here, it is assumed that the fuel gas during startup and the remaining fuel gas during power generation are cooled to about 40 ° C. in the fuel-side condenser 4. The amount of heat radiation in the fuel-side condenser 4 when operating the polymer electrolyte fuel cell system is about 120 W when performing the 1.5 kW AC power generation operation and about 900 W when performing the start-up operation. It is.
Therefore, it is necessary for the fuel-side condenser 4 to dissipate a calorific value of about 7 times the calorific value difference. In designing the fuel-side condenser 4, when the optimum design is performed at the rated operation, fuel gas far exceeding the designed amount flows into the fuel-side condenser 4 at the time of startup, so that the capacity of the fuel-side condenser 4 becomes insufficient. . As a result, the amount of water that can be recovered by the fuel-side condenser 4 decreases.

【0016】また起動時には水生成反応は起こらないた
め、凝縮水タンク12の水はトータルで減少する。すな
わちこのとき、特に水蒸気改質用の水として凝縮水タン
ク12の水を使用する場合、燃料電池システム内の水の
減少がより加速的に起こり、安定した燃料電池システム
の運転は不可能となる。
Since no water generation reaction occurs at the time of startup, the amount of water in the condensed water tank 12 decreases in total. That is, at this time, particularly when the water in the condensed water tank 12 is used as the water for steam reforming, water in the fuel cell system decreases more rapidly, and stable operation of the fuel cell system becomes impossible. .

【0017】また、起動時に最適となるように燃料側凝
縮器4を設計する場合、定格運転時には過大設計とな
り、燃料側凝縮器4流路の圧力損失増大または冷却用フ
ァン能力増大等による設計コスト増加およびシステム消
費電力増加の要因となる。
Further, when designing the fuel-side condenser 4 so as to be optimal at the time of start-up, the design becomes excessively large at the time of rated operation, and the design cost due to an increase in pressure loss in the flow path of the fuel-side condenser 4 or an increase in the capacity of the cooling fan. It increases the power consumption and the system power consumption.

【0018】さらに、燃料側加湿器3の出口での燃料ガ
スの温度は150℃程度になっているが、燃料ガス流路
切換弁8の耐用温度は100℃以下のものがほとんどで
あり、上記構成では燃料ガス流路切換弁8の温度劣化に
よる故障が起こる。
Further, the temperature of the fuel gas at the outlet of the fuel-side humidifier 3 is about 150 ° C., but the service temperature of the fuel gas passage switching valve 8 is almost 100 ° C. or less. In the configuration, the failure due to the temperature deterioration of the fuel gas flow path switching valve 8 occurs.

【0019】その上、起動時に燃料ガスが持っている熱
エネルギーの大部分は燃料側凝縮器4での放熱により大
気に捨てている。
In addition, most of the heat energy of the fuel gas at the time of start-up is discarded into the atmosphere by heat radiation in the fuel-side condenser 4.

【0020】そこで本発明は、上述したこのような従来
の固体高分子型燃料電池システムが有する課題を考慮し
て、より安定した水回収と安全運転を実現できる固体高
分子型燃料電池システムを提供することを目的とするも
のである。また、起動時において放熱している熱エネル
ギーの回収を実現できる固体高分子型燃料電池システム
を提供する。
Accordingly, the present invention provides a polymer electrolyte fuel cell system capable of realizing more stable water recovery and safe operation in consideration of the above-mentioned problems of the conventional polymer electrolyte fuel cell system. It is intended to do so. Further, the present invention provides a polymer electrolyte fuel cell system capable of realizing recovery of heat energy radiated during startup.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも、
原料ガスを改質して水素リッチな燃料ガスを生成する燃
料生成手段と、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行
う固体高分子型の燃料電池と、燃料ガス流路において燃
料電池の出入口をバイパスするバイパス経路と、燃料電
池より排出される排気燃料ガスまたはバイパス経路より
排出される燃料ガスを冷却し含有水蒸気を凝縮させる燃
料側凝縮手段とを備え、バイパス経路には燃料ガスを冷
却し含有水蒸気を凝縮させる燃料側バイパス経路部凝縮
手段を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池シ
ステムである。さらに、燃料ガス流路開閉手段や燃料ガ
ス流路切替手段を有するとより有効である。
Means for Solving the Problems The present invention provides at least:
A fuel generating means for reforming a source gas to generate a hydrogen-rich fuel gas; a polymer electrolyte fuel cell for generating power using a fuel gas and an oxidizing gas; and an inlet / outlet of the fuel cell in a fuel gas flow path And a fuel-side condensing means for cooling the exhaust gas discharged from the fuel cell or the fuel gas discharged from the bypass path and condensing the contained water vapor.The bypass path cools the fuel gas. A polymer electrolyte fuel cell system comprising a fuel-side bypass path condensing means for condensing water vapor. Further, it is more effective to have a fuel gas passage opening / closing means and a fuel gas passage switching means.

【0022】さらに、本発明の固体高分子型燃料電池シ
ステムは、燃料側バイパス経路部凝縮手段は熱輸送媒体
との熱交換による冷却であり、燃料側バイパス経路部凝
縮手段によって熱輸送媒体に回収する排熱を蓄熱するた
めの蓄熱手段を備えることを特徴とする。
Further, in the polymer electrolyte fuel cell system according to the present invention, the fuel-side bypass-path condensing means is a cooling means for exchanging heat with the heat transport medium, and the fuel-side bypass-path condensing means recovers the fuel into the heat transport medium. A heat storage means for storing the waste heat to be generated.

【0023】さらに、本発明の固体高分子型燃料電池シ
ステムは、燃料側バイパス経路部凝縮手段を用いて熱輸
送媒体との熱交換による冷却を行うことにより排熱を回
収し、回収した排熱を利用して燃料電池を昇温する。
Further, in the polymer electrolyte fuel cell system of the present invention, the exhaust heat is recovered by performing cooling by heat exchange with the heat transport medium using the fuel-side bypass path condensing means. To raise the temperature of the fuel cell.

【0024】[0024]

【実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図面を参
照しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0025】(実施の形態1)図1は、本発明の実施の
形態1に係る固体高分子型燃料電池システムを示す構成
図である。本実施の形態における固体高分子型燃料電池
システムは、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う
燃料電池21と、燃料ガスの供給排出系と酸化剤ガスの
供給排出系、および燃料電池21の冷却系をもつ。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. The polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment includes a fuel cell 21 that generates power using a fuel gas and an oxidant gas, a fuel gas supply / discharge system, an oxidant gas supply / discharge system, and a fuel cell 21. Cooling system.

【0026】燃料ガス供給排出系の供給側には、天然ガ
スなどの原料ガスを水蒸気改質し水素リッチな燃料ガス
を生成する燃料ガス生成器22と、燃料ガスを加湿する
燃料側加湿器23とを備える。また排出側には、燃料電
池21より排出される残余燃料ガスを冷却し含まれる水
蒸気を凝縮させる燃料側凝縮器24と、天然ガスなどの
燃焼ガスと残余燃料ガスを燃焼させる燃焼器25と、燃
焼用の空気を供給する空気供給器26を備える。さら
に、燃料電池21をバイパスするバイパス経路27と、
バイパスを流れる燃料ガスを冷却し含有水蒸気を凝縮す
る燃料側バイパス経路部凝縮器28と、燃料ガスの流路
を燃料電池21またはバイパス経路27に切り換えるこ
とができる燃料ガス流路切換弁29とを備える。
On the supply side of the fuel gas supply / discharge system, a fuel gas generator 22 for reforming a raw material gas such as natural gas by steam to generate a hydrogen-rich fuel gas, and a fuel-side humidifier 23 for humidifying the fuel gas And On the discharge side, a fuel-side condenser 24 for cooling the residual fuel gas discharged from the fuel cell 21 and condensing the contained water vapor, a combustor 25 for burning a combustion gas such as natural gas and the residual fuel gas, An air supply device 26 for supplying air for combustion is provided. Further, a bypass path 27 for bypassing the fuel cell 21;
A fuel-side bypass path condenser 28 for cooling the fuel gas flowing through the bypass and condensing the water vapor contained therein, and a fuel gas flow path switching valve 29 capable of switching the flow path of the fuel gas to the fuel cell 21 or the bypass path 27. Prepare.

【0027】空気供給排出系には、酸化剤の空気を燃料
電池21に供給する空気供給装置30と、供給空気を加
湿する空気側加湿器31と、燃料電池21から排出され
る空気を冷却し含まれる水蒸気を凝縮させる空気側凝縮
器32を備える。また、燃料側凝縮器24と空気側凝縮
器器32とで凝縮した水を蓄える凝縮水タンク33と、
凝縮水を燃料側加湿器23に送る燃料側水ポンプ34と
空気側加湿器31に送る空気側水ポンプ35とを備えて
いる。
The air supply / discharge system includes an air supply device 30 for supplying oxidant air to the fuel cell 21, an air humidifier 31 for humidifying the supply air, and cooling the air discharged from the fuel cell 21. An air-side condenser 32 for condensing the contained water vapor is provided. A condensed water tank 33 for storing water condensed by the fuel-side condenser 24 and the air-side condenser 32;
A fuel-side water pump 34 for sending condensed water to the fuel-side humidifier 23 and an air-side water pump 35 for sending to the air-side humidifier 31 are provided.

【0028】一方燃料電池21の冷却系では、燃料電池
21および冷却配管内に水を循環させる冷却用ポンプ3
6と、燃料電池21で発生した熱を外部へ放出する冷却
用放熱器37を備えている。
On the other hand, in the cooling system of the fuel cell 21, a cooling pump 3 for circulating water in the fuel cell 21 and the cooling pipe is provided.
6 and a cooling radiator 37 for releasing heat generated in the fuel cell 21 to the outside.

【0029】次に、本実施の形態における固体高分子型
燃料電池システムの動作について説明する。
Next, the operation of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment will be described.

【0030】燃料ガス生成器22内では、天然ガス等の
原料ガスから水素リッチな燃料ガスを生成する改質反応
を促進するために、温度が700℃程度になるように燃
焼器25で加熱する。同時に、燃料ガス生成器22は燃
料ガスに含まれる一酸化炭素を燃料電池21の触媒にダ
メージを与えない濃度まで除去する機能も有する。燃料
ガス生成器22から排出された燃料ガスは、燃料側加湿
器23で凝縮水タンク33より燃料側水ポンプ34によ
って供給される水を用いて加湿される。
In the fuel gas generator 22, the combustor 25 is heated to a temperature of about 700 ° C. in order to promote a reforming reaction for generating a hydrogen-rich fuel gas from a raw material gas such as natural gas. . At the same time, the fuel gas generator 22 has a function of removing carbon monoxide contained in the fuel gas to a concentration that does not damage the catalyst of the fuel cell 21. The fuel gas discharged from the fuel gas generator 22 is humidified by the fuel humidifier 23 using water supplied from a condensed water tank 33 by a fuel water pump 34.

【0031】システム起動時などの燃料ガスに一酸化炭
素が多く含まれる場合は、燃料ガス流路切換弁29は燃
料電池21方向を閉、バイパス経路27方向を開とす
る。このとき加湿された燃料ガスは、燃料ガス流路切換
弁29によってバイパス経路27に導かれ、燃料側バイ
パス経路部凝縮器28で冷却されるとともに、含有水蒸
気を除湿される。冷却除湿された燃料ガスは、燃料側凝
縮器24へと送られる。燃料ガスは燃料側凝縮器24に
よって、さらに冷却され含有水蒸気を除湿された後、燃
焼器25に供給され、燃焼ガスとともにまたは燃料ガス
のみで燃焼される。
When the fuel gas contains a large amount of carbon monoxide at the time of starting the system, the fuel gas flow path switching valve 29 closes the fuel cell 21 and opens the bypass path 27. At this time, the humidified fuel gas is guided to the bypass path 27 by the fuel gas flow path switching valve 29, is cooled by the fuel-side bypass path condenser 28, and dehumidifies the contained steam. The cooled and dehumidified fuel gas is sent to the fuel-side condenser 24. The fuel gas is further cooled by the fuel-side condenser 24 to dehumidify the contained water vapor, and then supplied to the combustor 25, where it is burned together with the combustion gas or only with the fuel gas.

【0032】逆に燃料ガス中の一酸化濃度が充分に低い
場合には、燃料ガス流路切換弁29は燃料電池21方向
を開、バイパス経路27方向を閉とする。加湿された燃
料ガスは、燃料ガス流路切換弁29によって燃料電池2
1へ供給され、発電を行う。燃料電池21からは、発電
に用いられなかった水素と水蒸気と二酸化炭素と一酸化
炭素の混合ガスが排出される。排出された残余燃料ガス
は、燃料側凝縮器24によって冷却され含有水蒸気を除
湿された後、燃焼器25に供給され、燃焼ガスとともに
または残余燃料ガスのみで燃焼される。また、燃料側バ
イパス経路部凝縮器28および燃料側凝縮器24で凝縮
した水は、凝縮水タンク33に蓄水される。
Conversely, when the concentration of monoxide in the fuel gas is sufficiently low, the fuel gas flow path switching valve 29 opens the fuel cell 21 and closes the bypass path 27. The humidified fuel gas is supplied to the fuel cell 2 by the fuel gas passage switching valve 29.
1 to generate electricity. From the fuel cell 21, a mixed gas of hydrogen, water vapor, carbon dioxide, and carbon monoxide that has not been used for power generation is discharged. The discharged residual fuel gas is cooled by the fuel-side condenser 24 to dehumidify the contained water vapor, and then supplied to the combustor 25, where it is burned together with the combustion gas or only with the residual fuel gas. The water condensed in the fuel-side bypass path condenser 28 and the fuel-side condenser 24 is stored in the condensed water tank 33.

【0033】酸化剤ガスとしての空気は、空気供給装置
30によって空気側加湿器31に送り込まれ、凝縮水タ
ンク33より空気側水ポンプ35によって供給される水
を用いて加湿され、燃料電池21に送り込まれる。燃料
電池21より排出される発電に用いられなかった空気は
燃料電池21での発電による生成水を含むため、高加湿
状態で排出される。燃料電池21より排出された空気
は、空気側凝縮器32によって冷却され含有水蒸気を除
湿された後、大気に放出される。また、空気側凝縮器3
2で凝縮した水は、凝縮水タンク33に蓄水される。
The air as the oxidizing gas is fed into the air-side humidifier 31 by the air supply device 30, humidified using water supplied from the condensed water tank 33 by the air-side water pump 35, and supplied to the fuel cell 21. Sent in. The air not used for power generation discharged from the fuel cell 21 contains water generated by power generation in the fuel cell 21 and is discharged in a highly humidified state. The air discharged from the fuel cell 21 is discharged to the atmosphere after being cooled by the air-side condenser 32 to dehumidify the contained water vapor. In addition, the air-side condenser 3
The water condensed in 2 is stored in the condensed water tank 33.

【0034】さらに、発電を行う燃料電池21の温度を
一定に保つために、冷却配管を通して、冷却用ポンプ3
6で水を循環させ、冷却用放熱器37で燃料電池21で
発生した熱を外部へ放出する。
Further, in order to keep the temperature of the fuel cell 21 for generating electricity constant, a cooling pump 3
Water is circulated in 6, and the heat generated in the fuel cell 21 is released to the outside by the cooling radiator 37.

【0035】上記本実施の形態における固体高分子型燃
料電池システムの構成をとると、燃料側凝縮器24を定
格運転で最適設計することができる。起動時等の燃料ガ
スが燃料ガス流路切換弁29によりバイパス経路27を
経由する場合においては、燃料側バイパス経路部凝縮器
28によって燃料側凝縮器24の凝縮能力不足を補うこ
とができるからである。逆にバイパス経路部凝縮器28
の設計においては、燃料側凝縮器24の能力不足分を補
う能力となるように設計すればよい。
With the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment, the fuel-side condenser 24 can be optimally designed at rated operation. When the fuel gas passes through the bypass path 27 by the fuel gas flow path switching valve 29 at the time of start-up or the like, the insufficient condensation capacity of the fuel-side condenser 24 can be compensated for by the fuel-side bypass path section condenser 28. is there. Conversely, the bypass path condenser 28
May be designed so as to make up for the insufficient capacity of the fuel-side condenser 24.

【0036】これにより、燃料側凝縮器24の過大設計
および圧力損失増大または冷却用ファン能力増大等によ
る設計コスト増加およびシステム消費電力増大という課
題を容易に解決できる。
As a result, it is possible to easily solve the problems of an excessive design of the fuel-side condenser 24 and an increase in design cost and an increase in system power consumption due to an increase in pressure loss or an increase in cooling fan capacity.

【0037】また、起動時における燃料ガス供給排出系
での凝縮能力を向上することができるため、起動時の水
回収量増加によって、より安定した固体高分子型燃料電
池システムの運転を実現できる。
Further, since the condensing ability of the fuel gas supply / discharge system at the time of startup can be improved, a more stable operation of the polymer electrolyte fuel cell system can be realized by increasing the amount of water recovered at the time of startup.

【0038】なお図2に示すように、本実施の形態にお
ける固体高分子型燃料電池システムの構成では、燃料電
池21と燃料側凝縮器24との間の燃料ガス排出側流路
の、バイパス経路27との合流部よりも上流の位置に、
燃料ガス流路開閉弁38を用いることにより、起動時に
燃料側バイパス経路部凝縮器28で凝縮した水や燃料ガ
スが燃料電池21へ流入するのを防ぐことができる。こ
れにより、燃料電池21の内部または燃料ガス流路で
の、凝縮水による閉塞を防ぐことができ、さらに起動時
の高一酸化炭素含有燃料ガスによる燃料電池21の被毒
を防ぐことができる。従って、より信頼性の向上された
固体高分子型燃料電池システムを実現できる。
As shown in FIG. 2, in the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment, the bypass passage of the fuel gas discharge side flow path between the fuel cell 21 and the fuel side condenser 24 is provided. At a position upstream of the junction with 27,
By using the fuel gas passage opening / closing valve 38, it is possible to prevent water or fuel gas condensed in the fuel-side bypass passage portion condenser 28 from flowing into the fuel cell 21 at the time of startup. Accordingly, it is possible to prevent the inside of the fuel cell 21 or the fuel gas flow path from being blocked by the condensed water, and further to prevent the fuel cell 21 from being poisoned by the high carbon monoxide-containing fuel gas at the time of startup. Therefore, a polymer electrolyte fuel cell system with improved reliability can be realized.

【0039】(実施の形態2)図3は、本発明の実施の
形態2に係る固体高分子型燃料電池システムを示す構成
図である。ただし、図1と同部材かつ同機能を有するも
のについては同一符号を付与しており、説明を省略す
る。
(Embodiment 2) FIG. 3 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention. However, components having the same members and the same functions as those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted.

【0040】燃料ガス供給排出系の供給側には、図1に
記載する燃料ガス流路切換弁29を設置しない。代わっ
て、燃料ガス流路切換弁39を、燃料電池1からの燃料
ガス排気流路とバイパス経路27との合流部に備えるこ
とで、燃料側凝縮器24への流入経路を、燃料電池21
からまたはバイパス経路27からのいずれかと切り換え
ることができる。
The fuel gas flow switching valve 29 shown in FIG. 1 is not provided on the supply side of the fuel gas supply / discharge system. Instead, by providing the fuel gas flow path switching valve 39 at the junction of the fuel gas exhaust flow path from the fuel cell 1 and the bypass path 27, the inflow path to the fuel-side condenser 24 is changed to the fuel cell 21
Or from the bypass path 27.

【0041】この構成により、システム起動時などの燃
料ガスに一酸化炭素が多く含まれる場合は、燃料ガス流
路切換弁39は燃料電池21からの方向を閉、バイパス
経路27からの方向を開とする。このとき加湿された燃
料ガスは燃料ガス流路切換弁39によって形成される流
路に沿って、バイパス経路27に導かれ、燃料側バイパ
ス経路部凝縮器28で冷却され、除湿される。冷却除湿
された燃料ガスは、燃料側凝縮器24へと送られる。燃
料ガスは燃料側凝縮器24によって、さらに冷却され除
湿された後、燃焼器25に供給され、燃焼ガスとともに
または燃料ガスのみで燃焼される。
With this configuration, when the fuel gas contains a large amount of carbon monoxide at the time of starting the system, the fuel gas flow path switching valve 39 closes the direction from the fuel cell 21 and opens the direction from the bypass path 27. And At this time, the humidified fuel gas is guided to the bypass path 27 along the flow path formed by the fuel gas flow path switching valve 39, cooled by the fuel-side bypass path condenser 28, and dehumidified. The cooled and dehumidified fuel gas is sent to the fuel-side condenser 24. After the fuel gas is further cooled and dehumidified by the fuel-side condenser 24, the fuel gas is supplied to the combustor 25, and is burned together with the combustion gas or only with the fuel gas.

【0042】逆に燃料ガス中の一酸化濃度が充分に低い
場合には、燃料ガス流路切換弁39は燃料電池21から
の方向を開、バイパス経路27からの方向を閉とする。
加湿された燃料ガスは燃料ガス流路切換弁39によって
形成される流路に沿って、燃料電池21へ供給され、発
電を行う。燃料電池21からは、発電に用いられなかっ
た水素と水蒸気と二酸化炭素と一酸化炭素の混合ガスが
排出される。排出された残余燃料ガスは、燃料側凝縮器
24によって冷却され含有水蒸気を除湿された後、燃焼
器25に供給され、燃焼ガスとともにまたは残余燃料ガ
スのみで燃焼される。また、燃料側バイパス経路部凝縮
器28および燃料側凝縮器24で凝縮した水は、凝縮水
タンク33に蓄水される。
Conversely, when the concentration of monoxide in the fuel gas is sufficiently low, the fuel gas passage switching valve 39 opens the direction from the fuel cell 21 and closes the direction from the bypass path 27.
The humidified fuel gas is supplied to the fuel cell 21 along the flow path formed by the fuel gas flow path switching valve 39 to generate power. From the fuel cell 21, a mixed gas of hydrogen, water vapor, carbon dioxide, and carbon monoxide that has not been used for power generation is discharged. The discharged residual fuel gas is cooled by the fuel-side condenser 24 to dehumidify the contained water vapor, and then supplied to the combustor 25, where it is burned together with the combustion gas or only with the residual fuel gas. The water condensed in the fuel-side bypass path condenser 28 and the fuel-side condenser 24 is stored in the condensed water tank 33.

【0043】上記構成では、実施の形態1で示した作用
とともに、バイパス経路27から燃料ガス流路切換弁3
9に流入する燃料ガスの温度を下げることができる。こ
れにより、燃料ガス切換弁39の使用環境条件をより緩
和することが可能となり、燃料ガス切換弁39の寿命を
延ばすことができるとともに、より安全運転を実現でき
る固体高分子型燃料電池システムの運転を実現できる。
In the above configuration, together with the operation shown in the first embodiment, the fuel gas flow path switching valve 3
The temperature of the fuel gas flowing into the fuel cell 9 can be reduced. As a result, the operating environment conditions of the fuel gas switching valve 39 can be further relaxed, the life of the fuel gas switching valve 39 can be extended, and the operation of the polymer electrolyte fuel cell system that can realize safer operation can be realized. Can be realized.

【0044】なお図4に示すように、本実施の形態にお
ける固体高分子型燃料電池システムの構成において、燃
料側加湿器23と燃料電池21との間の燃料ガス供給流
路の、バイパス経路27への分岐部よりも下流の位置
に、燃料ガス流路開閉弁40を用いると、起動時に燃料
ガスの燃料電池21への流入を防ぐことができる。これ
により、起動時の高一酸化炭素含有燃料ガスによる燃料
電池21の被毒を防ぐことができる。すなわち、より信
頼性の向上された固体高分子型燃料電池システムを実現
できる。
As shown in FIG. 4, in the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system in the present embodiment, the bypass passage 27 of the fuel gas supply passage between the fuel humidifier 23 and the fuel cell 21 is provided. By using the fuel gas passage opening / closing valve 40 at a position downstream of the branch to the fuel cell, it is possible to prevent the fuel gas from flowing into the fuel cell 21 at startup. This can prevent the fuel cell 21 from being poisoned by the high carbon monoxide-containing fuel gas at the time of startup. That is, a polymer electrolyte fuel cell system with improved reliability can be realized.

【0045】(実施の形態3)図5は、本発明の実施の
形態3に係る固体高分子型燃料電池システムを示す構成
図である。ただし、図2と同部材かつ同機能を有するも
のについては同一符号を付与しており、説明を省略す
る。
(Embodiment 3) FIG. 5 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention. However, components having the same members and functions as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0046】燃料ガス供給排出系は、水との熱交換によ
り燃料ガスを冷却し含有水蒸気を凝縮する燃料側バイパ
ス経路部凝縮器41を備える。さらに、燃料側バイパス
経路部凝縮器41での熱交換によって回収した排熱を、
水を昇温することにより温水として蓄水する蓄熱器42
を備える。
The fuel gas supply / discharge system is provided with a fuel-side bypass path condenser 41 for cooling the fuel gas by heat exchange with water and condensing the contained steam. Further, waste heat recovered by heat exchange in the fuel-side bypass path condenser 41 is
Regenerator 42 that stores water as warm water by raising the temperature of the water
Is provided.

【0047】システム起動時などの燃料ガスに一酸化炭
素が多く含まれる場合は、燃料ガス流路切換弁29は燃
料電池21方向を閉、バイパス経路27方向を開とす
る。このとき加湿された燃料ガスは、燃料ガス流路切換
弁29によってバイパス経路27に導かれ、燃料側バイ
パス経路部凝縮器41で水との熱交換により冷却され、
除湿される。冷却除湿された燃料ガスは、燃料側凝縮器
24へと送られる。一方、蓄熱器42から出た水は、燃
料側バイパス経路部凝縮器41において燃料ガスとの熱
交換により昇温されて温水となり燃料側バイパス経路部
凝縮器41より排出される。排出された温水は蓄熱器4
2に温水として蓄水され、随時必要に応じて熱利用装置
(図示せず)を通して給湯やヒータなどの熱源に利用さ
れる。
When the fuel gas contains a large amount of carbon monoxide at the time of starting the system or the like, the fuel gas flow path switching valve 29 closes the fuel cell 21 and opens the bypass path 27. At this time, the humidified fuel gas is guided to the bypass path 27 by the fuel gas flow path switching valve 29, and is cooled by heat exchange with water in the fuel-side bypass path condenser 41,
Dehumidified. The cooled and dehumidified fuel gas is sent to the fuel-side condenser 24. On the other hand, the water that has flowed out of the regenerator 42 is heated by the heat exchange with the fuel gas in the fuel-side bypass-path condenser 41 to become hot water and discharged from the fuel-side bypass-path condenser 41. The discharged hot water is stored in the regenerator 4
The hot water is stored in hot water 2 and is used as needed for a heat source such as hot water supply or a heater through a heat utilization device (not shown) as needed.

【0048】上記本実施の形態における固体高分子型燃
料電池システムの構成をとると、システム起動時などの
燃料ガスに一酸化炭素が多く含まれる場合においても、
高温の燃料ガスから排熱を回収し、回収排熱を蓄熱する
ことができる。ここでの回収排熱は従来例において大気
に放熱していた熱である。それゆえ、本実施の形態にお
ける固体高分子型燃料電池システムは、起動時において
放熱していた熱エネルギーを回収することができる。
With the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment, even when the fuel gas contains a large amount of carbon monoxide at the time of starting the system or the like,
Exhaust heat can be recovered from the high-temperature fuel gas, and the recovered exhaust heat can be stored. The recovered waste heat here is the heat that has been radiated to the atmosphere in the conventional example. Therefore, the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment can recover the heat energy that has been radiated at the time of startup.

【0049】なお本実施の形態では図2を発展させた構
成を示し説明をしたが、図1、図3および図4に示す構
成図においても同様の効果を得ることができる。
Although the present embodiment has been described by showing a configuration obtained by developing FIG. 2, similar effects can be obtained in the configuration diagrams shown in FIGS. 1, 3 and 4.

【0050】(実施の形態4)図6は、本発明の実施の
形態4に係る固体高分子型燃料電池システムを示す構成
図である。ただし、図2と同部材かつ同機能を有するも
のについては同一符号を付与しており、説明を省略す
る。
(Embodiment 4) FIG. 6 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 4 of the present invention. However, components having the same members and functions as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0051】燃料ガス供給排出系は、冷却水との熱交換
により燃料ガスを冷却し含有水蒸気を凝縮する燃料側バ
イパス経路部凝縮器41を備える。さらに燃料電池21
の冷却系には、冷却水循環路を冷却用放熱器37側と燃
料側バイパス経路部凝縮器41側に切換えるための冷却
水循環路切換弁43を備える。
The fuel gas supply / discharge system is provided with a fuel-side bypass path condenser 41 for cooling the fuel gas by heat exchange with cooling water and condensing the contained steam. Further, the fuel cell 21
Is provided with a cooling water circulation path switching valve 43 for switching the cooling water circulation path between the cooling radiator 37 side and the fuel-side bypass path condenser 41 side.

【0052】システム起動時などの燃料ガスに一酸化炭
素が多く含まれ、燃料電池1の温度が低い場合は、燃料
ガス流路切換弁29は燃料電池21方向を閉、バイパス
経路27方向を開とする。また冷却水循環路切換弁43
は、冷却用放熱器37側を閉、燃料側バイパス経路部凝
縮器41側を開とする。このとき加湿された燃料ガス
は、燃料ガス流路切換弁29によってバイパス経路27
に導かれ、燃料側バイパス経路部凝縮器41で低温の冷
却水との熱交換により冷却され、除湿される。冷却除湿
された燃料ガスは、燃料側凝縮器24へと送られる。一
方、冷却水は燃料側バイパス経路部凝縮器41において
燃料ガスとの熱交換により昇温する。昇温した冷却水
は、冷却用ポンプ36を作動することにより燃料電池1
へ流入し、燃料電池1と熱交換することにより燃料電池
1を昇温する。燃料電池1との熱交換で放熱をした冷却
水は、再び燃料側バイパス経路部凝縮器41に回帰す
る。
When the fuel gas contains a large amount of carbon monoxide and the temperature of the fuel cell 1 is low, for example, when the system is started, the fuel gas flow path switching valve 29 closes the fuel cell 21 and opens the bypass path 27. And Also, the cooling water circulation path switching valve 43
, The cooling radiator 37 side is closed and the fuel-side bypass path part condenser 41 side is opened. At this time, the humidified fuel gas is supplied to the bypass passage 27 by the fuel gas passage switching valve 29.
And cooled by the heat exchange with the low-temperature cooling water in the fuel-side bypass path condenser 41 to be dehumidified. The cooled and dehumidified fuel gas is sent to the fuel-side condenser 24. On the other hand, the temperature of the cooling water is increased by heat exchange with the fuel gas in the condenser 41 on the fuel side bypass path. The heated cooling water is supplied to the fuel cell 1 by operating the cooling pump 36.
And heat exchange with the fuel cell 1 to raise the temperature of the fuel cell 1. The cooling water that has radiated heat by heat exchange with the fuel cell 1 returns to the fuel-side bypass-path condenser 41 again.

【0053】上記本実施の形態における固体高分子型燃
料電池システムの構成をとると、システム起動時などの
燃料電池1の温度が低い場合に、燃料電池1を容易に昇
温することができる。そのため、燃料電池1を昇温する
ための加熱器(図示せず)を備える必要がない。しかも
本実施の形態では、燃料電池1を昇温するための熱は、
従来では大気に放熱していた排熱である。すなわち、本
実施の形態における固体高分子型燃料電池システムは、
起動時において放熱していた熱エネルギーの回収を実現
し、燃料電池1昇温用の加熱器を必要としないことによ
る低コスト化を実現できるとともに、起動時の消費電力
低減を実現できる。
With the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment, when the temperature of the fuel cell 1 is low, such as when the system is started, the temperature of the fuel cell 1 can be easily increased. Therefore, there is no need to provide a heater (not shown) for raising the temperature of the fuel cell 1. Moreover, in the present embodiment, the heat for raising the temperature of the fuel cell 1 is:
Conventionally, it is waste heat that has been radiated to the atmosphere. That is, the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment includes:
It is possible to realize the recovery of the heat energy which has been radiated at the time of startup, to realize a reduction in cost by not requiring a heater for raising the temperature of the fuel cell 1, and to reduce the power consumption at the time of startup.

【0054】なお本実施の形態では図2を発展させた構
成を示し説明をしたが、図1、図3および図4に示す構
成図においても同様の効果を得ることができる。
Although the present embodiment has been described by showing a configuration obtained by developing FIG. 2, similar effects can be obtained in the configuration diagrams shown in FIGS. 1, 3 and 4.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上から明らかなように、本発明は、よ
り安定した水回収と安全運転を実現できる固体高分子型
燃料電池システムを提供することができた。また、起動
時に放熱される熱エネルギーの回収を実現できる固体高
分子型燃料電池システムを提供することができた。
As is apparent from the above, the present invention has provided a polymer electrolyte fuel cell system capable of realizing more stable water recovery and safe operation. Further, a polymer electrolyte fuel cell system capable of recovering thermal energy radiated at the time of startup can be provided.

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

【図1】実施の形態1における固体高分子型燃料電池シ
ステムを示す構成図
FIG. 1 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 1.

【図2】実施の形態1のより好ましい固体高分子型燃料
電池システムを示す構成図
FIG. 2 is a configuration diagram showing a more preferable polymer electrolyte fuel cell system according to the first embodiment;

【図3】実施の形態2における固体高分子型燃料電池シ
ステムを示す構成図
FIG. 3 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 2.

【図4】実施の形態2のより好ましい固体高分子型燃料
電池システムを示す構成図
FIG. 4 is a configuration diagram showing a more preferable polymer electrolyte fuel cell system according to the second embodiment;

【図5】実施の形態3における固体高分子型燃料電池シ
ステムを示す構成図
FIG. 5 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 3.

【図6】実施の形態4における固体高分子型燃料電池シ
ステムを示す構成図
FIG. 6 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 4.

【図7】従来の固体高分子型燃料電池システムを示す構
成図
FIG. 7 is a configuration diagram showing a conventional polymer electrolyte fuel cell system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21 燃料電池 2,22 燃料ガス生成器 3,23 燃料側加湿器 4,24 燃料側凝縮器 5,25 燃焼器 6,26 空気供給器 7,27 バイパス経路 8,29,39 燃料ガス流路切換弁 9,30 空気供給装置 10,31 空気側加湿器 11,32 空気側凝縮器 12,33 凝縮水タンク 13,34 燃料側水ポンプ 14,35 空気側水ポンプ 15,36 冷却用ポンプ 16,37 冷却用放熱器 28,41 燃料側バイパス経路部凝縮器 38,40 燃料ガス流路開閉弁 42 蓄熱器 43 冷却水循環路切換弁 1,21 fuel cell 2,22 fuel gas generator 3,23 fuel side humidifier 4,24 fuel side condenser 5,25 combustor 6,26 air supply 7,27 bypass path 8,29,39 fuel gas flow Route switching valve 9,30 Air supply device 10,31 Air side humidifier 11,32 Air side condenser 12,33 Condensed water tank 13,34 Fuel side water pump 14,35 Air side water pump 15,36 Cooling pump 16 , 37 Cooling radiators 28, 41 Fuel-side bypass path condenser 38, 40 Fuel gas flow path opening / closing valve 42 Heat storage unit 43 Cooling water circulation path switching valve

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 8/10 H01M 8/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01M 8/10 H01M 8/10

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 原料ガスを改質して水素リッチな燃料ガ
スを生成する燃料生成手段と、前記燃料ガスと酸化剤ガ
スを用いて発電を行う固体高分子型の燃料電池と、前記
燃料生成手段から前記燃料電池へ燃料ガスを供給する燃
料ガス供給流路と、前記燃料電池から排出されたガスを
前記燃料生成手段に輸送する燃料ガス排気流路と、前記
燃料ガス供給流路と前記燃料ガス排気流路とを繋ぐバイ
パス経路と、前記燃料電池から排出される排気燃料ガス
または前記バイパス経路を通過した燃料ガスを冷却し、
水蒸気を凝縮させる燃料側凝縮手段とを具備し、前記バ
イパス経路に、または、前記バイパス経路が前記燃料ガ
ス排気流路に合流する位置と前記燃料側凝縮手段との間
の燃料ガス排気流路に、前記燃料ガスを冷却して水蒸気
を凝縮させる燃料側バイパス経路部凝縮手段を備えた固
体高分子型燃料電池システム。
1. A fuel generating means for reforming a raw material gas to generate a hydrogen-rich fuel gas, a polymer electrolyte fuel cell for generating electric power by using the fuel gas and an oxidizing gas, A fuel gas supply passage for supplying a fuel gas from the means to the fuel cell, a fuel gas exhaust passage for transporting the gas discharged from the fuel cell to the fuel generation means, the fuel gas supply passage and the fuel A bypass path connecting the gas exhaust flow path, and cooling an exhaust fuel gas discharged from the fuel cell or a fuel gas passing through the bypass path,
A fuel-side condensing means for condensing water vapor, in the bypass path, or in a fuel gas exhaust flow path between the position where the bypass path joins the fuel gas exhaust flow path and the fuel-side condensing means. A polymer electrolyte fuel cell system comprising a fuel-side bypass path condensing means for cooling the fuel gas and condensing water vapor.
【請求項2】 前記燃料ガス排気流路において、前記燃
料ガス排気流路と前記バイパス経路とが合流する位置よ
りも上流の位置に、燃料ガス流路開閉手段を備えた請求
項1記載の固体高分子型燃料電池システム。
2. The solid according to claim 1, further comprising a fuel gas passage opening / closing means in the fuel gas exhaust passage at a position upstream of a position where the fuel gas exhaust passage and the bypass passage meet. Polymer fuel cell system.
【請求項3】 前記燃料側バイパス経路部凝縮手段を、
前記バイパス経路に備え、燃料ガス流路切替手段を、前
記燃料ガス排気流路と前記バイパス経路とが合流する位
置に備えた請求項1記載の固体高分子型燃料電池システ
ム。
3. The fuel-side bypass path section condensing means,
2. The polymer electrolyte fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel gas flow path switching unit is provided in the bypass path at a position where the fuel gas exhaust flow path and the bypass path join.
【請求項4】 前記燃料ガス供給流路において、前記燃
料ガス供給流路と前記バイパス経路とが分岐する位置よ
りも下流の位置に、燃料ガス流路開閉手段を備えた請求
項3記載の固体高分子型燃料電池システム。
4. The solid according to claim 3, wherein a fuel gas passage opening / closing means is provided in the fuel gas supply passage at a position downstream of a position where the fuel gas supply passage and the bypass passage branch off. Polymer fuel cell system.
【請求項5】 前記燃料側バイパス経路部凝縮手段が、
前記燃料側バイパス経路部凝縮手段を通過するガスの熱
を、熱輸送媒体との熱交換によって回収し、さらに前記
回収した熱を蓄熱する蓄熱手段を備えた、請求項1〜請
求項4のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池システ
ム。
5. The fuel-side bypass path section condensing means,
The heat storage means for recovering heat of the gas passing through the condensing means on the fuel side bypass path by heat exchange with a heat transport medium, and further comprising heat storage means for storing the recovered heat. Or a polymer electrolyte fuel cell system according to any one of the above.
【請求項6】 前記燃料側バイパス経路部凝縮手段が、
前記燃料側バイパス経路部凝縮手段を通過するガスの熱
を熱輸送媒体との熱交換によって回収し、前記回収した
熱を利用して前記燃料電池を昇温する、請求項1〜請求
項4のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池システ
ム。
6. The fuel-side bypass path section condensing means,
The heat of the gas passing through the fuel-side bypass path condensing means is recovered by heat exchange with a heat transport medium, and the fuel cell is heated using the recovered heat. The polymer electrolyte fuel cell system according to any one of the above.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004303446A (en) * 2003-03-28 2004-10-28 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2007299581A (en) * 2006-04-28 2007-11-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system
GB2447872A (en) * 2007-03-30 2008-10-01 Ceres Ip Co Ltd Fuel Cell Stack Assembly
KR101063158B1 (en) 2004-12-07 2011-09-07 현대자동차주식회사 Fuel cell system

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