JP2002352844A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

Info

Publication number
JP2002352844A
JP2002352844A JP2001156068A JP2001156068A JP2002352844A JP 2002352844 A JP2002352844 A JP 2002352844A JP 2001156068 A JP2001156068 A JP 2001156068A JP 2001156068 A JP2001156068 A JP 2001156068A JP 2002352844 A JP2002352844 A JP 2002352844A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
hydrogen
gas
condensed water
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001156068A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichi Nishimura
晃一 西村
Masataka Ozeki
正高 尾関
Akinari Nakamura
彰成 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Refrigeration Co
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Refrigeration Co, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Refrigeration Co
Priority to JP2001156068A priority Critical patent/JP2002352844A/en
Publication of JP2002352844A publication Critical patent/JP2002352844A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system which stably operates a fuel cell stack in spite of water condensation in an off-gas line. SOLUTION: The fuel cell system to generate electricity by reaction of hydrogen and oxygen is equipped with a liquid reservoir (11) to remove the water generated by condensation of water vapor in the off-gas including residual hydrogen.

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、たとえば排水素内
の水の凝縮による不安定な燃料供給の抑制された燃料電
池システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system in which unstable fuel supply due to, for example, condensation of water in exhaust hydrogen is suppressed.

【0002】[0002]

【従来の技術】まず、従来の燃料電池(燃料電池システ
ム)の構成図である図3を参照しながら、従来の燃料電
池の構成および動作について説明する。
2. Description of the Related Art First, the structure and operation of a conventional fuel cell (fuel cell system) will be described with reference to FIG.

【0003】燃料電池(燃料電池スタック)1では、水
素および酸素を原料として発電を行う。炭化水素などの
原料は、水素ガス生成部2において水蒸気により反応
し、水素リッチなガスとなる。この時、水素ガス生成部
2での反応は温度がある程度上昇しないと起こらないた
め、バーナー3により水素ガス生成部2の温度を上昇さ
せる。
A fuel cell (fuel cell stack) 1 generates power using hydrogen and oxygen as raw materials. Raw materials such as hydrocarbons react with water vapor in the hydrogen gas generator 2 to become hydrogen-rich gas. At this time, since the reaction in the hydrogen gas generation unit 2 does not occur unless the temperature rises to some extent, the temperature of the hydrogen gas generation unit 2 is increased by the burner 3.

【0004】なお、水素ガス生成部2において水素生成
反応に利用される水は、金属イオンや有機物などの不純
物が含まれていると燃料電池スタック1や水素ガス生成
部2の触媒や電解質膜を劣化させるため、一旦水浄化手
段4を通過し不純物が取り除かれた水として水供給系5
を介して供給される。
[0004] When water used for the hydrogen generation reaction in the hydrogen gas generation unit 2 contains impurities such as metal ions and organic substances, the water and the catalyst and the electrolyte membrane of the fuel cell stack 1 and the hydrogen gas generation unit 2 are removed. In order to cause the water to degrade, the water once passed through the water purification means 4 and the
Is supplied via

【0005】バーナー3の燃料は、燃料電池スタック1
で消費されなかった排水素がオフガス供給系6を流れて
供給されるものが主であり、不足分は水素ガス生成部2
の温度を水素ガス生成の反応温度以上に上昇させるよう
にガス流量調節弁7により供給される。そして、これら
の燃料ガスの総量に対応した量の空気は、燃焼ファン8
により供給される。
The fuel of the burner 3 is the fuel cell stack 1
Most of the exhaust gas that has not been consumed in the hydrogen gas is supplied to the off-gas supply system 6 through the off-gas supply system 6.
Is supplied by the gas flow control valve 7 so as to raise the temperature to a temperature equal to or higher than the reaction temperature of hydrogen gas generation. The amount of air corresponding to the total amount of the fuel gas is supplied to the combustion fan 8.
Supplied by

【0006】このようにして、水素ガス生成部2で生成
された水素リッチなガスとブロワ9により供給される空
気とにより、燃料電池は発電を行う。
[0006] In this manner, the fuel cell generates power by using the hydrogen-rich gas generated by the hydrogen gas generator 2 and the air supplied by the blower 9.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料電
池スタック1を出た排水素は高温高湿であるため、配管
からの放熱などにより排水素の温度が低下してしまった
場合に、水分がオフガス供給系6内で凝縮する。
However, since the hydrogen discharged from the fuel cell stack 1 has a high temperature and a high humidity, when the temperature of the hydrogen is lowered due to the heat radiation from the pipes, the water is turned off-gas. It condenses in the supply system 6.

【0008】オフガス供給系6内で水分が凝縮すると、
オフガス供給系6内に凝縮水が滞留して水の相とガスの
相とができるため、排水素の供給が間欠的になったり水
がバーナー3に入ってしまうことにより、バーナー3が
失火することがある。
When moisture condenses in the off-gas supply system 6,
Since the condensed water stays in the off-gas supply system 6 to form a water phase and a gas phase, the supply of exhaust hydrogen is intermittent or water enters the burner 3, causing the burner 3 to misfire. Sometimes.

【0009】すると、水素ガス生成部2の温度が低下し
て水素リッチなガスを生成できなくなるゆえ、燃料電池
スタック1の出力が低下してしまったり、凝縮した水分
のバーナー3内での再蒸発などにより配管内圧力が変動
することにより、原料ガスの供給が不安定になって、燃
料電池スタック1の出力が不安定になるおそれがあっ
た。
As a result, the temperature of the hydrogen gas generator 2 decreases, and it becomes impossible to generate a hydrogen-rich gas. Therefore, the output of the fuel cell stack 1 decreases, or the condensed water re-evaporates in the burner 3. Fluctuation of the pressure in the pipe due to the above causes unstable supply of the raw material gas, which may lead to unstable output of the fuel cell stack 1.

【0010】また、オフガス供給系6が排水素の流れに
対して下り勾配部と上り勾配部とをもち液溜まりのでき
る可能性がある構成をとっている場合には、凝縮した水
が溜まってオフガス供給系6が閉塞し排水素が流れなく
なるために、バーナー3が失火することがある。する
と、水素ガス生成部2の温度が低下して水素リッチなガ
スを生成できなくなるゆえ、燃料電池スタック1の出力
が低下してしまったり、原料ガスの供給が不安定になっ
て燃料電池スタック1の出力が不安定になるおそれがあ
った。
When the off-gas supply system 6 has a downward gradient and an upward gradient with respect to the flow of the exhaust hydrogen and has a possibility of liquid pooling, condensed water is collected. The burner 3 may misfire because the off-gas supply system 6 is blocked and exhaust hydrogen stops flowing. Then, the temperature of the hydrogen gas generation unit 2 decreases, and it becomes impossible to generate a hydrogen-rich gas. Therefore, the output of the fuel cell stack 1 decreases, or the supply of the raw material gas becomes unstable, and the fuel cell stack 1 Output may become unstable.

【0011】本発明は、上記従来のこのような課題を考
慮し、オフガス供給系内での水分の凝縮があっても安定
して燃料電池スタックの運転を行うことができる燃料電
池システムを提供することを目的とする。
The present invention provides a fuel cell system capable of stably operating a fuel cell stack even when moisture is condensed in an off-gas supply system in consideration of the above-described conventional problems. The purpose is to:

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】第一の本発明(請求項1
に対応)は、水素および酸素の反応を利用して発電を行
うための燃料電池システムであって、前記反応の余剰の
水素が含まれるオフガス中の水蒸気が凝縮することによ
って生じた水を除去するための水除去手段を備えた燃料
電池システムである。
Means for Solving the Problems The first invention (claim 1)
Is a fuel cell system for generating power using a reaction between hydrogen and oxygen, which removes water generated by condensation of water vapor in off-gas containing excess hydrogen from the reaction. Cell system provided with a water removing means for the fuel cell.

【0013】第二の本発明(請求項2に対応)は、前記
除去された水を貯留するための水貯留手段を備えた第一
の本発明の燃料電池システムである。
A second aspect of the present invention (corresponding to claim 2) is the fuel cell system according to the first aspect of the present invention, comprising a water storing means for storing the removed water.

【0014】第三の本発明(請求項3に対応)は、前記
反応に利用される水素を生成するための水素生成手段を
備え、前記貯留される水は、前記水素生成手段に供給さ
れる第二の本発明の燃料電池システムである。
A third aspect of the present invention (corresponding to claim 3) includes a hydrogen generating means for generating hydrogen used for the reaction, and the stored water is supplied to the hydrogen generating means. It is a fuel cell system of the second invention.

【0015】第四の本発明(請求項4に対応)は、前記
水貯留手段とは、前記オフガスが流れる配管の途中に設
けられた凝縮水溜めである第二の本発明の燃料電池シス
テムである。
A fourth aspect of the present invention (corresponding to claim 4) is the fuel cell system according to the second aspect of the present invention, wherein the water storage means is a condensed water reservoir provided in a pipe along which the off-gas flows. is there.

【0016】第五の本発明(請求項5に対応)は、前記
配管における前記凝縮水溜めよりも前記オフガスの流れ
の下流側における前記流れの方向は、鉛直方向を基準と
して実質的に下向きである第四の本発明の燃料電池シス
テムである。
According to a fifth aspect of the present invention (corresponding to claim 5), the flow direction of the off-gas flow downstream of the condensed water reservoir in the pipe is substantially downward with respect to the vertical direction. It is a fuel cell system according to a fourth aspect of the present invention.

【0017】第六の本発明(請求項6に対応)は、前記
配管における前記凝縮水溜めよりも前記オフガスの流れ
の下流側にある所定部と前記凝縮水溜めの所定部とを連
通する、前記凝縮水を前記凝縮水溜めに戻すための凝縮
水戻し管を備え、前記配管における前記凝縮水溜めより
も前記オフガスの流れの下流側にある所定部は、前記凝
縮水溜めの液面よりも鉛直方向を基準として実質的に上
側にあり、前記凝縮水溜めの所定部は、前記凝縮水溜め
の液面よりも鉛直方向を基準として実質的に下側にある
第五の本発明の燃料電池システムである。
According to a sixth aspect of the present invention (corresponding to claim 6), a predetermined portion of the pipe downstream of the condensed water reservoir in the flow of the off-gas and a predetermined portion of the condensed water reservoir are communicated. A condensed water return pipe for returning the condensed water to the condensed water reservoir, wherein a predetermined portion of the pipe on the downstream side of the flow of the off-gas from the condensed water reservoir is higher than a liquid level of the condensed water reservoir. The fuel cell according to the fifth aspect of the present invention, which is substantially above the vertical direction and the predetermined portion of the condensed water reservoir is substantially lower than the liquid level of the condensed water reservoir with respect to the vertical direction. System.

【0018】第七の本発明(請求項7に対応)は、前記
配管における前記凝縮水溜めよりも前記オフガスの流れ
の下流側における前記流れの方向は、鉛直方向を基準と
して実質的に上向きである第四の本発明の燃料電池シス
テムである。
In a seventh aspect of the present invention (corresponding to claim 7), the direction of the flow of the off-gas downstream of the condensed water reservoir in the pipe is substantially upward with respect to the vertical direction. It is a fuel cell system according to a fourth aspect of the present invention.

【0019】第八の本発明(請求項8に対応)は、前記
配管における前記凝縮水溜めよりも前記オフガスの流れ
の下流側にある部分の内径は、前記流れの流量に基づく
所定値よりも大きい第七の本発明の燃料電池システムで
ある。
According to an eighth aspect of the present invention (corresponding to claim 8), the inside diameter of a portion of the pipe downstream of the condensed water reservoir in the flow of the off gas is larger than a predetermined value based on the flow rate of the flow It is a large seventh fuel cell system of the present invention.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下では、本発明にかかる実施の
形態について、図面を参照しつつ説明を行う。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0021】(実施の形態1)はじめに、本実施の形態
における燃料電池(燃料電池システム)の構成図である
図1を参照しながら、本実施の形態の燃料電池の構成に
ついて説明する。なお、従来の燃料電池(図3参照)に
おける手段と同一の手段には、同一の符号を付してい
る。
(Embodiment 1) First, the configuration of a fuel cell according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1, which is a configuration diagram of a fuel cell (fuel cell system) according to the present embodiment. The same means as those in the conventional fuel cell (see FIG. 3) are denoted by the same reference numerals.

【0022】10は、電池側オフガス供給系10aおよ
びバーナー側オフガス供給系10bからなるオフガス供
給系であり、電池側オフガス供給系10aは排水素の流
れに対して下り勾配(つまり鉛直方向を基準として実質
的に下向き)または鉛直下方向となっており、バーナー
側オフガス供給系10bは排水素の流れに対して下り勾
配となっている。
Reference numeral 10 denotes an off-gas supply system including a battery-side off-gas supply system 10a and a burner-side off-gas supply system 10b. The battery-side off-gas supply system 10a has a downward gradient with respect to the flow of the exhausted hydrogen (that is, based on the vertical direction). Substantially downward) or vertically downward, and the burner-side off-gas supply system 10b has a downward gradient with respect to the flow of the exhaust hydrogen.

【0023】11は、電池側オフガス供給系10aとバ
ーナー側オフガス供給系10bとの間に設けられた液溜
めであり、燃料電池スタック1とバーナー3を連通して
いる。
Reference numeral 11 denotes a liquid reservoir provided between the battery-side off-gas supply system 10a and the burner-side off-gas supply system 10b, and communicates the fuel cell stack 1 with the burner 3.

【0024】12は、凝縮水戻し管であり、バーナー側
オフガス供給系10bの液溜め11の液面より上の部分
と液溜め11の液面より下の部分とを連通している(液
溜め11の液面より下の部分に連通されている必要は、
必ずしもない。ただし、液溜め11からの逆流を防止す
るため、液面は、バーナー3よりも下側になければなら
ない)。
Reference numeral 12 denotes a condensed water return pipe, which communicates a portion of the burner side off-gas supply system 10b above the liquid surface of the liquid reservoir 11 with a portion below the liquid surface of the liquid reservoir 11 (liquid reservoir). It is necessary to communicate with the part below the liquid level of 11,
Not necessarily. However, the liquid level must be below the burner 3 to prevent backflow from the liquid reservoir 11).

【0025】13は、液溜め11に溜まった凝縮水を、
水供給ポンプ14により水素ガス生成部2に供給する水
供給系である。
Reference numeral 13 denotes condensed water stored in the liquid reservoir 11,
The water supply system supplies the hydrogen gas generation unit 2 with the water supply pump 14.

【0026】15は、液溜め11に外部から(水素ガス
生成部2に供給するための)水を補給する水補給系であ
り、水浄化手段4および水補給弁16を介して液溜め1
1と連通している。
Reference numeral 15 denotes a water supply system for supplying water to the liquid reservoir 11 from outside (for supplying the hydrogen gas to the hydrogen gas generator 2).
Communicates with 1.

【0027】17は、液溜め水位検出手段であり、液溜
め11内の凝縮水の水位により水補給弁16を開閉す
る。
Reference numeral 17 denotes a reservoir water level detecting means for opening and closing the water supply valve 16 according to the level of condensed water in the reservoir 11.

【0028】なお、液溜め11は本発明の水除去手段お
よび水貯留手段を含む手段に対応し、水素ガス生成部2
は本発明の水素生成手段に対応し、オフガス供給系10
は本発明の配管を含む手段に対応する。
The liquid reservoir 11 corresponds to the means including the water removing means and the water storing means of the present invention,
Corresponds to the hydrogen generating means of the present invention, and the offgas supply system 10
Corresponds to the means including the piping of the present invention.

【0029】つぎに、本実施の形態の燃料電池の動作に
ついて説明する。
Next, the operation of the fuel cell according to the present embodiment will be described.

【0030】燃料電池1の運転中において、燃料電池1
で消費されなかった余剰水素は、オフガス供給系10を
通り、バーナー3に供給される。
During operation of the fuel cell 1, the fuel cell 1
Excess hydrogen not consumed in the above is supplied to the burner 3 through the off-gas supply system 10.

【0031】このとき、高温高湿の余剰水素がオフガス
供給系10内で冷却されると、水素内の水分が凝縮す
る。そして、凝縮した水分は、液体となってオフガス供
給系10の配管内を流れる。
At this time, when the high-temperature and high-humidity excess hydrogen is cooled in the off-gas supply system 10, the water in the hydrogen condenses. The condensed water turns into a liquid and flows through the pipe of the off-gas supply system 10.

【0032】ただし、本実施の形態においては、電池側
オフガス供給系10aは排水素の流れに対して下り勾配
のため、電池側オフガス供給系10a内で凝縮した水は
全て液溜め11に流れることとなり、経路が閉塞するお
それはない(電池側オフガス供給系10aが排水素の流
れに対して上り勾配であると、電池側オフガス供給系1
0aで凝縮した水が燃料電池スタック1に逆流し、経路
が凝縮水で閉塞するおそれがある)。
However, in the present embodiment, since the battery-side off-gas supply system 10a has a downward gradient with respect to the flow of the exhaust hydrogen, all the water condensed in the battery-side off-gas supply system 10a flows into the liquid reservoir 11. There is no possibility that the path will be blocked (if the battery-side off-gas supply system 10a has an upward gradient with respect to the flow of exhaust hydrogen, the battery-side off-gas supply system 1
The water condensed at 0a flows back to the fuel cell stack 1 and the path may be blocked by the condensed water.)

【0033】また、本実施の形態においては、バーナー
側オフガス供給系10bを排水素の流れに対して下り勾
配とし、その途中の液溜め11の液面より上の部分を液
溜め11の液面より下の部分と凝縮水戻し管12により
連通したので、バーナー側オフガス供給系10b内で凝
縮した水は、ほとんど全て液溜め11内に戻ることにな
る(液溜め11内の凝縮水が少なくなった時には、液溜
め水位検出手段17により水補給弁16が開けられ、浄
化された水が水補給系15から水浄化手段4を通り液溜
め11に供給される)。
In the present embodiment, the burner-side off-gas supply system 10b is inclined downward with respect to the flow of the discharged hydrogen, and a portion above the liquid surface of the liquid reservoir 11 in the middle thereof is taken as the liquid surface of the liquid reservoir 11. Since the lower portion communicates with the condensed water return pipe 12, almost all the water condensed in the burner side off-gas supply system 10b returns to the liquid reservoir 11 (condensed water in the liquid reservoir 11 decreases. In this case, the water supply valve 16 is opened by the liquid reservoir level detecting means 17 and purified water is supplied from the water supply system 15 to the liquid reservoir 11 through the water purification means 4).

【0034】かくして、オフガス供給系10の凝縮水に
よる閉塞がなくなり、排水素や原料ガスの供給が不安定
になることはほとんどなくなる。よって、排水素や原料
ガスが安定して供給されることにより、安定した運転の
できる燃料電池を実現することができる。
Thus, the clogging of the off-gas supply system 10 by the condensed water is eliminated, and the supply of the exhaust hydrogen and the raw material gas is hardly unstable. Therefore, a stable operation of the fuel cell can be realized by stable supply of the exhaust hydrogen and the source gas.

【0035】なお、液溜め11内の水は、(1)水浄化
手段4で浄化され水素ガス生成部2に供給されたが反応
には使われなかった水と、(2)燃料電池1における発
電にともない水素と酸素とが反応して生成した水とが混
合した水であり、水素ガス生成部2に供給して再利用す
ることが可能である。ただし、水浄化手段(図示省略)
によって浄化を行った上で、そのような水素ガス生成部
2への供給を行うことが望ましい(燃料電池1や水素ガ
ス生成部2における触媒や電解質膜を劣化させることが
少ないからである)。
The water in the liquid reservoir 11 is (1) water purified by the water purifying means 4 and supplied to the hydrogen gas generator 2 but not used for the reaction, and (2) water in the fuel cell 1. This is water that is a mixture of water generated by the reaction of hydrogen and oxygen during power generation, and can be supplied to the hydrogen gas generation unit 2 and reused. However, water purification means (not shown)
It is preferable to supply the hydrogen gas to the hydrogen gas generator 2 after purification (because the catalyst and the electrolyte membrane in the fuel cell 1 and the hydrogen gas generator 2 are less likely to deteriorate).

【0036】(実施の形態2)つぎに、本実施の形態に
おける燃料電池の構成図である図2を参照しながら、本
実施の形態の燃料電池の構成について説明する。なお、
前述した本実施の形態1の燃料電池(図1参照)におけ
る手段と同一の手段には、同一の符号を付している。
(Embodiment 2) Next, the configuration of the fuel cell according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 2, which is a configuration diagram of the fuel cell according to the present embodiment. In addition,
The same units as those in the above-described fuel cell of the first embodiment (see FIG. 1) are denoted by the same reference numerals.

【0037】18は、電池側オフガス供給系18aおよ
びバーナー側オフガス供給系18bからなるオフガス供
給系であり、電池側オフガス供給系18aは下り勾配
(または鉛直下方向の勾配)となっており、バーナー側
オフガス供給系18bは鉛直上り勾配となっている。な
お、バーナー側オフガス供給系18bは、その内部を流
れる排水素の流量によってきまる所定値以上の内径を有
している。
Reference numeral 18 denotes an off-gas supply system comprising a battery-side off-gas supply system 18a and a burner-side off-gas supply system 18b. The battery-side off-gas supply system 18a has a downward gradient (or a vertical downward gradient), and The side off-gas supply system 18b has a vertical upward gradient. The burner-side off-gas supply system 18b has an inner diameter equal to or greater than a predetermined value determined by the flow rate of the exhaust hydrogen flowing through the inside.

【0038】11は、電池側オフガス供給系18aとバ
ーナー側オフガス供給系18bとの間に設けられた液溜
めであり、燃料電池スタック1とバーナー3とを連通し
ている。
Reference numeral 11 denotes a liquid reservoir provided between the cell-side off-gas supply system 18a and the burner-side off-gas supply system 18b, and communicates the fuel cell stack 1 with the burner 3.

【0039】なお、オフガス供給系18は、本発明の配
管を含む手段に対応する。
The off-gas supply system 18 corresponds to a means including the piping of the present invention.

【0040】つぎに、本実施の形態の燃料電池の動作に
ついて説明する。
Next, the operation of the fuel cell according to the present embodiment will be described.

【0041】高温高湿の排水素はオフガス供給系18に
おいて冷却され、水分が凝縮する。
The high-temperature and high-humidity exhaust hydrogen is cooled in the off-gas supply system 18 and water condenses.

【0042】電池側オフガス供給系18a内で凝縮した
水は、電池側オフガス供給系18a内の排水素の流れの
方向が下り方向のため、全て液溜め11に流れる。
The water condensed in the battery-side off-gas supply system 18a all flows into the liquid reservoir 11 because the direction of the flow of exhaust hydrogen in the battery-side off-gas supply system 18a is downward.

【0043】これに対して、バーナー側オフガス供給系
18b内で凝縮した水は、バーナー側オフガス供給系1
8b内の排水素の流れの方向が鉛直上方向であるため、
バーナー3の方向に流れ出すか、液溜め11の方向に流
れ出すか不定である。
On the other hand, the water condensed in the burner-side off-gas supply system 18b is supplied to the burner-side off-gas supply system 1b.
Since the direction of the flow of the exhaust hydrogen in 8b is vertically upward,
It is indeterminate whether to flow in the direction of the burner 3 or in the direction of the reservoir 11.

【0044】そこで、バーナー側オフガス供給系18b
内で凝縮した水の流れについて、詳しく説明する。
Therefore, the burner-side off-gas supply system 18b
The flow of water condensed in the interior will be described in detail.

【0045】バーナー側オフガス供給系18b内で凝縮
した水は、まずバーナー側オフガス供給系18bの管壁
に付着する。
The water condensed in the burner-side off-gas supply system 18b first adheres to the tube wall of the burner-side off-gas supply system 18b.

【0046】管壁に付着した水は、重力による鉛直下方
向の力、管壁との摩擦力、および排水素との摩擦によっ
て生じる鉛直上方向の力の三つの力の大小関係によっ
て、(a)その場所に留まるか、(b)バーナー3の方
向に流れ出すか、(c)液溜め11の方向に流れ出すか
する。
The water adhering to the pipe wall is expressed by (a) due to the magnitude of three forces: a vertical force due to gravity, a frictional force with the pipe wall, and a vertical force generated by friction with the discharged hydrogen. ) Either stay in that location, (b) flow out in the direction of the burner 3 or (c) flow out in the direction of the reservoir 11.

【0047】これら三つの場合の内の何れが起こるのか
は、水の凝縮量、排水素の流量、および温度などの関係
によって決定され、水の凝縮量が多いほど水は液溜め1
1の方向に流れ出しやすくなり、排水素の流速を決める
排水素の流量が多いほどバーナー3の方向に流れ出しや
すくなる(なお、その場所に留まるのは、三つの力が釣
り合ったときであるが、凝縮水量が多くなるにつれて重
力による下方向の力が大きくなるから、この場合、水は
結局のところ液溜め11の方向へと流れ出す)。
Which of these three cases occurs depends on the relationship between the amount of condensed water, the flow rate of exhaust hydrogen, the temperature, and the like.
It becomes easier to flow in the direction of 1, and it becomes easier to flow in the direction of the burner 3 as the flow rate of the discharged hydrogen, which determines the flow rate of the discharged hydrogen, becomes larger. (It is noted that the stay at that place is when the three forces are balanced. Since the downward force due to gravity increases as the amount of condensed water increases, in this case, the water eventually flows toward the reservoir 11).

【0048】そこで、排水素の流量や温度が運転条件に
よって変化することを考慮して、管壁に凝縮した水が実
用上はどのような運転条件においてもバーナー3の方向
に流れてしまわない程度に排水素の流速を遅くするよ
う、バーナー側オフガス供給系18bの内径を大きくす
るわけである。
Therefore, in consideration of the fact that the flow rate and temperature of the discharged hydrogen vary depending on the operating conditions, the water condensed on the tube wall is not practically allowed to flow in the direction of the burner 3 under any operating conditions. Thus, the inner diameter of the burner-side off-gas supply system 18b is increased so as to reduce the flow rate of the exhaust hydrogen.

【0049】ところで、前述した本実施の形態1におけ
るように、バーナー側オフガス供給系10b(図1参
照)が下り勾配の場合、バーナー側オフガス供給系10
bに凝縮水が溜まってしまわないようにするためには、
バーナー側オフガス供給系10bの液溜め11の液面よ
り上の部分と液溜め11の液面より下の部分とを、凝縮
水戻し管12によって連通しなければならない。さら
に、バーナー側オフガス供給系10bを排水素の流れに
対して下り勾配とするためには、液溜め11の液面より
上の部分(すなわち、液体のない部分)を十分に広くと
る必要がある。そのため、上述した本実施の形態1の燃
料電池では、液溜め11の大型化により、装置が大型化
してしまうことがある。
When the burner-side off-gas supply system 10b (see FIG. 1) has a downward slope as in Embodiment 1 described above, the burner-side off-gas supply system 10b
To prevent condensed water from accumulating in b,
A portion of the burner-side off-gas supply system 10b above the liquid surface of the liquid reservoir 11 and a portion of the liquid reservoir 11 below the liquid surface must be communicated by the condensed water return pipe 12. Furthermore, in order to make the burner-side off-gas supply system 10b have a downward gradient with respect to the flow of the discharged hydrogen, the portion above the liquid surface of the liquid reservoir 11 (that is, the portion without liquid) needs to be sufficiently wide. . Therefore, in the above-described fuel cell according to the first embodiment, the size of the liquid reservoir 11 may be increased to increase the size of the device.

【0050】本実施の形態の燃料電池では、液溜め11
の液面より上に液体のない部分を広くとる必要はないか
ら、装置を大型化することなく、排水素、原料ガスを安
定して供給することができるコンパクトな燃料電池を実
現することができる。
In the fuel cell of this embodiment, the liquid reservoir 11
It is not necessary to widen a portion where there is no liquid above the liquid level, so that a compact fuel cell capable of stably supplying exhaust hydrogen and source gas can be realized without increasing the size of the apparatus. .

【0051】以上においては、本実施の形態1〜2につ
いて詳しく説明した。
In the above, the first and second embodiments have been described in detail.

【0052】なお、本発明のオフガス中の水蒸気が凝縮
することによって生じた水は、上述した本実施の形態に
おいては、オフガス供給系10、18の配管が自然冷却
されたために発生する水であったが、これに限らず、た
とえばオフガス供給系をファンや冷水などで強制冷却す
ることにより凝縮した水であってもよい。
The water generated by the condensation of the water vapor in the off-gas of the present invention is water generated by the natural cooling of the pipes of the off-gas supply systems 10 and 18 in the above-described embodiment. However, the present invention is not limited to this. For example, water condensed by forcibly cooling the off-gas supply system with a fan or cold water may be used.

【0053】また、本発明の反応の余剰の水素は、上述
した本実施の形態においては、水素生成部2の温度を上
昇させるために利用されたが、これに限らず、たとえば
給湯や室内暖房などの他の用途で利用されてもよい。
In the present embodiment, the surplus hydrogen in the reaction of the present invention is used to raise the temperature of the hydrogen generator 2, but the present invention is not limited to this. It may be used in other applications such as.

【0054】また、本発明の凝縮水戻し管は、上述した
本実施の形態1においては、バーナー側オフガス供給系
10bの液溜め11の液面より上の部分と液溜め11の
液面より下の部分とを連通するように設けられていた
が、これに限らず、たとえば、バーナー側オフガス供給
系10bの配管がごく短い場合や、凝縮水の除去の精度
が多少悪くても差し支えない場合などには、設けられて
いなくてもよい。
In the first embodiment described above, the condensed water return pipe of the present invention has a portion above the liquid surface of the liquid reservoir 11 of the burner-side off-gas supply system 10b and a portion below the liquid surface of the liquid reservoir 11. However, the present invention is not limited to this. For example, when the piping of the burner-side off-gas supply system 10b is extremely short, or when the accuracy of removing the condensed water may be slightly poor, there is no problem. May not be provided.

【0055】また、本発明の除去された水は、上述した
本実施の形態においては、液溜め11内に貯留された後
に水素ガス生成部2に供給されたが、これに限らず、た
とえば、(浄化された上で)飲料水として利用されても
よいし、廃棄されてもよい。
In the present embodiment, the removed water of the present invention is supplied to the hydrogen gas generator 2 after being stored in the liquid reservoir 11, but is not limited to this. It may be used as drinking water (after being purified) or may be discarded.

【0056】要するに、本発明の燃料電池システムは、
水素および酸素の反応を利用して発電を行うための燃料
電池システムであって、反応の余剰の水素が含まれるオ
フガス中の水蒸気が凝縮することによって生じた水を除
去するための水除去手段を備えた燃料電池システムであ
る。
In short, the fuel cell system of the present invention
A fuel cell system for generating power using a reaction between hydrogen and oxygen, comprising a water removing unit for removing water generated by condensation of water vapor in off-gas containing excess hydrogen from the reaction. It is a fuel cell system provided.

【0057】このように、本発明は、炭化水素などの原
料から水素リッチなガスを生成する水素ガス生成部と、
水素ガス生成部において生成された水素リッチなガスと
酸素を原料として発電を行う燃料電池スタックと、燃料
電池スタックから排出された排水素が流れ排水素の流れ
の上流側から電池側オフガス供給系、凝縮した排水素内
の水を溜める液溜め、バーナー側オフガス供給系によっ
て構成されたオフガス供給系と、オフガス供給系を流れ
る排水素を燃焼させ、熱を利用するバーナーとからな
り、電池側オフガス供給系を排水素の流れに対して下り
勾配または鉛直下方向とし、バーナー側オフガス供給系
を排水素の流れに対して下り勾配とし、液溜めの液面よ
り上に配置し、バーナー側オフガス供給系のバーナー近
傍部と液溜めの液面より下の部分とを連通する凝縮水戻
し管とを備えた燃料電池である。これにより、オフガス
供給系での水の凝縮により排水素、原料の流れが不安定
になることを防ぎ、安定した運転のできる燃料電池とす
ることができる。
As described above, the present invention provides a hydrogen gas generating section for generating a hydrogen-rich gas from a raw material such as a hydrocarbon,
A fuel cell stack that generates electric power using the hydrogen-rich gas and oxygen generated in the hydrogen gas generation unit as raw materials, and exhaust gas discharged from the fuel cell stack flows from the upstream side of the exhaust hydrogen flow to a cell-side off-gas supply system, A liquid reservoir for storing water in the condensed exhaust hydrogen, an off-gas supply system composed of a burner-side off-gas supply system, and a burner that burns the exhaust hydrogen flowing through the off-gas supply system and uses heat to supply battery-side off-gas The system is inclined downward or vertically downward with respect to the flow of exhaust hydrogen, and the burner-side off-gas supply system is inclined downward with respect to the flow of exhaust hydrogen, and is disposed above the liquid level in the reservoir, and the burner-side off-gas supply system And a condensed water return pipe that communicates the vicinity of the burner with a portion below the liquid level of the liquid reservoir. Thereby, it is possible to prevent the flow of the exhaust hydrogen and the raw material from becoming unstable due to the condensation of water in the off-gas supply system, and to provide a fuel cell that can be operated stably.

【0058】また、本発明は、電池側オフガス供給系を
排水素の流れに対して下り勾配または鉛直下方向とし、
バーナー側オフガス供給系を上り勾配とし、その内径を
オフガス供給系を流れる最大排水素流量によって決める
ことを特徴とする燃料電池である。これにより、液溜め
を小さくすることができ、コンパクトで安定した運転の
できる燃料電池とすることができる。
Further, according to the present invention, the off-gas supply system on the battery side is inclined downward or vertically downward with respect to the flow of waste hydrogen,
A fuel cell characterized in that the burner-side off-gas supply system has an upward gradient, and the inner diameter thereof is determined by the maximum exhaust hydrogen flow rate flowing through the off-gas supply system. As a result, the size of the liquid reservoir can be reduced, and a compact and stable fuel cell can be provided.

【0059】つまり、本発明によれば、電池側オフガス
供給系で凝縮した水は全て液溜めに流れ、バーナー側オ
フガス供給系で凝縮した水は全て液溜めに戻り、水がオ
フガス供給系に滞留し、オフガス供給系が閉塞すること
はない。従って、安定した運転のできる燃料電池とする
ことができる。
That is, according to the present invention, all the water condensed in the battery-side off-gas supply system flows to the reservoir, all the water condensed in the burner-side off-gas supply system returns to the reservoir, and the water stays in the off-gas supply system. However, the off-gas supply system does not block. Therefore, a fuel cell that can operate stably can be obtained.

【0060】また、液溜めの大きさを大きくすることな
くバーナー側オフガス供給系で凝縮した水を液溜めに戻
すことができる。従って、コンパクトで安定した運転の
できる燃料電池とすることができる。
Further, water condensed in the burner-side off-gas supply system can be returned to the liquid reservoir without increasing the size of the liquid reservoir. Therefore, a fuel cell which is compact and can be operated stably can be obtained.

【0061】[0061]

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明は、オフガス供給系内での水分の凝縮があっても
安定して燃料電池スタックの運転を行うことができると
いう長所を有する。
As is apparent from the above description,
The present invention has an advantage that the fuel cell stack can be operated stably even when water condenses in the off-gas supply system.

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

【図1】本発明の実施の形態1における燃料電池の構成
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態2における燃料電池の構成
FIG. 2 is a configuration diagram of a fuel cell according to Embodiment 2 of the present invention.

【図3】従来の燃料電池の構成図FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional fuel cell.

【符号の簡単な説明】[Brief description of reference numerals]

1 燃料電池(燃料電池スタック) 2 水素ガス生成部 3 バーナー 4 水浄化手段 10 オフガス供給系 10a 電池側オフガス供給系 10b バーナー側オフガス供給系 11 液溜め 12 凝縮水戻し管 13 水供給系 14 水供給ポンプ 15 水補給系 16 水補給弁 17 液溜め水位検出手段 18 オフガス供給系 18a 電池側オフガス供給系 18b バーナー側オフガス供給系 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell (fuel cell stack) 2 Hydrogen gas generator 3 Burner 4 Water purifying means 10 Off gas supply system 10a Battery side off gas supply system 10b Burner side off gas supply system 11 Liquid reservoir 12 Condensed water return pipe 13 Water supply system 14 Water supply Pump 15 Water replenishment system 16 Water replenishment valve 17 Reservoir water level detecting means 18 Off gas supply system 18a Battery side off gas supply system 18b Burner side off gas supply system

フロントページの続き (72)発明者 尾関 正高 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 中村 彰成 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H027 AA02 BA01 BA05 Continued on the front page (72) Inventor Masataka Ozeki 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Reference) 5H027 AA02 BA01 BA05

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水素および酸素の反応を利用して発電を
行うための燃料電池システムであって、 前記反応の余剰の水素が含まれるオフガス中の水蒸気が
凝縮することによって生じた水を除去するための水除去
手段を備えた燃料電池システム。
1. A fuel cell system for generating electricity by utilizing a reaction between hydrogen and oxygen, wherein water generated by condensation of water vapor in off-gas containing excess hydrogen from the reaction is removed. Cell system provided with a water removing means for the fuel cell.
【請求項2】 前記除去された水を貯留するための水貯
留手段を備えた請求項1記載の燃料電池システム。
2. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a water storage unit for storing the removed water.
【請求項3】 前記反応に利用される水素を生成するた
めの水素生成手段を備え、 前記貯留される水は、前記水素生成手段に供給される請
求項2記載の燃料電池システム。
3. The fuel cell system according to claim 2, further comprising a hydrogen generator for generating hydrogen used for the reaction, wherein the stored water is supplied to the hydrogen generator.
【請求項4】 前記水貯留手段とは、前記オフガスが流
れる配管の途中に設けられた凝縮水溜めである請求項2
記載の燃料電池システム。
4. The water storage means is a condensed water reservoir provided in a pipe along which the off-gas flows.
The fuel cell system as described.
【請求項5】 前記配管における前記凝縮水溜めよりも
前記オフガスの流れの下流側における前記流れの方向
は、鉛直方向を基準として実質的に下向きである請求項
4記載の燃料電池システム。
5. The fuel cell system according to claim 4, wherein a direction of the flow of the off-gas downstream of the condensed water reservoir in the pipe is substantially downward with respect to a vertical direction.
【請求項6】 前記配管における前記凝縮水溜めよりも
前記オフガスの流れの下流側にある所定部と前記凝縮水
溜めの所定部とを連通する、前記凝縮水を前記凝縮水溜
めに戻すための凝縮水戻し管を備え、 前記配管における前記凝縮水溜めよりも前記オフガスの
流れの下流側にある所定部は、前記凝縮水溜めの液面よ
りも鉛直方向を基準として実質的に上側にあり、 前記凝縮水溜めの所定部は、前記凝縮水溜めの液面より
も鉛直方向を基準として実質的に下側にある請求項5記
載の燃料電池システム。
6. A method for returning the condensed water to the condensed water reservoir, which communicates a predetermined portion of the pipe downstream of the condensed water reservoir with respect to the flow of the off gas and a predetermined portion of the condensed water reservoir. A condensed water return pipe, a predetermined portion of the pipe downstream of the condensed water reservoir in the flow of the off-gas is substantially above a liquid surface of the condensed water reservoir with respect to a vertical direction, 6. The fuel cell system according to claim 5, wherein the predetermined portion of the condensed water reservoir is substantially lower than a liquid level of the condensed water reservoir with respect to a vertical direction.
【請求項7】 前記配管における前記凝縮水溜めよりも
前記オフガスの流れの下流側における前記流れの方向
は、鉛直方向を基準として実質的に上向きである請求項
4記載の燃料電池システム。
7. The fuel cell system according to claim 4, wherein a direction of the flow of the off-gas downstream of the condensed water reservoir in the pipe is substantially upward with respect to a vertical direction.
【請求項8】 前記配管における前記凝縮水溜めよりも
前記オフガスの流れの下流側にある部分の内径は、前記
流れの流量に基づく所定値よりも大きい請求項7記載の
燃料電池システム。
8. The fuel cell system according to claim 7, wherein an inner diameter of a portion of the pipe downstream of the condensed water reservoir with respect to the flow of the off gas is larger than a predetermined value based on a flow rate of the flow.
JP2001156068A 2001-05-24 2001-05-24 Fuel cell system Pending JP2002352844A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001156068A JP2002352844A (en) 2001-05-24 2001-05-24 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001156068A JP2002352844A (en) 2001-05-24 2001-05-24 Fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002352844A true JP2002352844A (en) 2002-12-06

Family

ID=19000129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001156068A Pending JP2002352844A (en) 2001-05-24 2001-05-24 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002352844A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7537626B2 (en) 2004-10-22 2009-05-26 Honda Motor Co., Ltd. Gas-liquid separator for a fuel cell system onboard a vehicle
JP2012209176A (en) * 2011-03-30 2012-10-25 Panasonic Corp Fuel cell system
JP7400751B2 (en) 2021-02-12 2023-12-19 株式会社デンソー Hydrogen generator and fuel cell system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000156236A (en) * 1998-11-17 2000-06-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid polymer type fuel cell system
JP2001229952A (en) * 2000-02-15 2001-08-24 Sanyo Electric Co Ltd Hydrogen production apparatus for fuel cell

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000156236A (en) * 1998-11-17 2000-06-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid polymer type fuel cell system
JP2001229952A (en) * 2000-02-15 2001-08-24 Sanyo Electric Co Ltd Hydrogen production apparatus for fuel cell

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7537626B2 (en) 2004-10-22 2009-05-26 Honda Motor Co., Ltd. Gas-liquid separator for a fuel cell system onboard a vehicle
JP2012209176A (en) * 2011-03-30 2012-10-25 Panasonic Corp Fuel cell system
JP7400751B2 (en) 2021-02-12 2023-12-19 株式会社デンソー Hydrogen generator and fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5424890B2 (en) Fuel cell system
KR970077796A (en) Fuel Cell Generator
US20100297512A1 (en) Fuel cell system
CN101356674B (en) Fuel cell system and cooling control method thereof
JP5302990B2 (en) Fuel cell system
EP2452917B1 (en) Fuel cell system
EP1503444B1 (en) Method to operate a fuell cell system
JP2007328968A (en) Piping system
JP5812334B2 (en) Fuel cell system
JP2009104814A (en) Fuel cell power generation system
WO2012161217A1 (en) Fuel cell system
JP2002352844A (en) Fuel cell system
JP5253705B2 (en) Fuel cell system
JP3780714B2 (en) Fuel cell power generator
JP2007194098A (en) Fuel cell power generation system
JP2009076392A (en) Liquid fuel cell power generation system
JP6751887B2 (en) Fuel cell system
JP2002313376A (en) Gas supplying device of fuel cell
US8029938B2 (en) Electric power source comprising a fuel cell without discharge of matter to the outside and control process of such a power source
JP2008198400A (en) Fuel cell power generation system
JP2014191965A (en) Fuel cell system
JP2006302792A (en) Fuel cell system
JP2010015937A (en) Fuel cell power generating device
JP2016157621A (en) Fuel battery system
JP6080322B2 (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080417

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20080609

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110829

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110906

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111102

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20111102

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120403

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120523

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20121204

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130228

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20130308

A912 Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20130426