JP2003017098A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2003017098A
JP2003017098A JP2001199205A JP2001199205A JP2003017098A JP 2003017098 A JP2003017098 A JP 2003017098A JP 2001199205 A JP2001199205 A JP 2001199205A JP 2001199205 A JP2001199205 A JP 2001199205A JP 2003017098 A JP2003017098 A JP 2003017098A
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JP
Japan
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gas
heat
fuel cell
heat recovery
reformer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2001199205A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasunari Okamoto
康令 岡本
Nobuki Matsui
伸樹 松井
Shuji Ikegami
周司 池上
Eisaku Okubo
英作 大久保
Toshiyuki Kurihara
利行 栗原
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.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
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Publication date
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    • 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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make hot water supply possible in a fuel cell system humidifying raw gas by the combustion of exhaust gas from a hydrogen electrode. SOLUTION: A water circulation passage 65 is installed in the fuel cell system. A first heat exchanger 71 and a second heat exchanger 74 are connected to the water circulation passage 65. Exhaust heat of a fuel cell 10 is added to heat transfer water in the first heat exchanger 71. Combustion gas obtained by combustion of exhaust gas from a hydrogen electrode in a combustor 51 is introduced into the second heat exchanger 74. Combustion heat of the exhaust gas from the hydrogen electrode is added to heat transfer water in the second heat exchanger 74. Heat transfer water heated with the first heat exchanger 71 and the second heat exchanger 74 is stored in a hot water storage tank as hot water. Combustion gas heat radiated with the second heat exchanger 74 is supplied to a gas humidifier 40.

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
に関し、特に、発電と排熱による給湯との両方を行うも
のに係る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a system for performing both power generation and hot water supply by exhaust heat.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、米国特許6007931に開
示されているように、燃料電池と改質装置とを組み合わ
せた燃料電池システムが知られている。この燃料電池シ
ステムでは、改質装置で原料ガスを改質して燃料ガスを
製造し、得られた燃料ガスを燃料電池の水素極側のガス
通路へ供給している。また、水素極側のガス通路から排
出された水素極排ガスを燃焼させ、その燃焼熱で水を加
熱して水蒸気を発生させている。この水蒸気は、原料ガ
スに混入されて改質装置へ送られ、原料ガスの改質に利
用される。
2. Description of the Related Art Conventionally, as disclosed in US Pat. No. 6,0079,31, a fuel cell system in which a fuel cell and a reformer are combined is known. In this fuel cell system, a reformer reforms a raw material gas to produce a fuel gas, and the obtained fuel gas is supplied to a gas passage on the hydrogen electrode side of the fuel cell. Further, the hydrogen electrode exhaust gas discharged from the gas passage on the hydrogen electrode side is burned, and the combustion heat heats water to generate water vapor. This steam is mixed with the raw material gas and sent to the reforming device, where it is used for reforming the raw material gas.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
燃料電池システムは、主として車載用を対象としたもの
であり、排熱を利用した給湯については何ら考慮されて
いなかった。一方、上記の燃料電池システムを住宅やビ
ルディングに設置して個別分散型の発電システムとして
用いる場合には、排熱を利用して給湯を行うコジェネレ
ーションシステムとすることにより、システム全体のエ
ネルギ効率を高めることが求められる。
However, the above fuel cell system is mainly intended for in-vehicle use, and no consideration has been given to hot water supply using exhaust heat. On the other hand, when the above fuel cell system is installed in a house or building and used as an individual distributed power generation system, the energy efficiency of the entire system is improved by using a cogeneration system that uses hot water to supply hot water. It is required to raise it.

【0004】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、水素極排ガスを燃焼
させて原料ガス等の加湿を行う上記燃料電池システムに
おいて、給湯を可能とすることにある。
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to enable hot water supply in the above fuel cell system in which the hydrogen electrode exhaust gas is burned to humidify the raw material gas and the like. Especially.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明が講じた第1の解
決手段は、燃料電池システムを対象とし、供給された原
料ガスを改質して燃料ガスを製造する改質装置(30)
と、酸化剤ガスが酸素極側のガス通路(11)へ供給され
且つ上記改質装置(30)で製造された燃料ガスが水素極
側のガス通路(12)へ供給される燃料電池(10)と、上
記燃料電池(10)の水素極側のガス通路(12)から排出
された水素極排ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃
焼部(51)と、給湯用の温水を生成するために上記燃焼
ガスから熱回収を行う熱回収手段(70)と、上記熱回収
手段(70)で熱回収された燃焼ガスから水蒸気透過膜
(41)によって分離された水蒸気を利用して少なくとも
上記原料ガスを加湿するガス加湿手段(45)とを備える
ものである。
A first solution provided by the present invention is a reformer (30) for a fuel cell system, which reforms a supplied raw material gas to produce a fuel gas.
And a fuel cell (10) in which the oxidant gas is supplied to the gas passage (11) on the oxygen electrode side and the fuel gas produced by the reformer (30) is supplied to the gas passage (12) on the hydrogen electrode side. ), A combustor (51) for combusting the hydrogen electrode exhaust gas discharged from the gas passage (12) on the hydrogen electrode side of the fuel cell (10) to generate combustion gas, and for generating hot water for hot water supply. A heat recovery means (70) for recovering heat from the combustion gas, and at least the raw material using the steam separated by the steam permeable membrane (41) from the combustion gas recovered by the heat recovery means (70). And a gas humidifying means (45) for humidifying the gas.

【0006】本発明が講じた第2の解決手段は、燃料電
池システムを対象とし、供給された原料ガスを改質して
燃料ガスを製造する改質装置(30)と、酸化剤ガスが酸
素極側のガス通路(11)へ供給され且つ上記改質装置
(30)で製造された燃料ガスが水素極側のガス通路(1
2)へ供給される燃料電池(10)と、上記燃料電池(1
0)の水素極側のガス通路(12)から排出された水素極
排ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼部(51)
と、上記燃焼ガスから水蒸気透過膜(41)によって分離
された水蒸気を利用して少なくとも上記原料ガスを加湿
するガス加湿手段(45)と、給湯用の温水を生成するた
めに上記改質装置(30)から熱回収する熱回収手段(7
0)とを備えるものである。
A second means for solving the problems of the present invention is directed to a fuel cell system, and a reformer (30) for reforming a supplied raw material gas to produce a fuel gas, and an oxidant gas containing oxygen. The fuel gas supplied to the gas passage (11) on the electrode side and produced in the reformer (30) is the gas passage (1) on the hydrogen electrode side.
2) the fuel cell (10) supplied to the above fuel cell (1)
Combustion unit (51) for combusting the hydrogen electrode exhaust gas discharged from the gas passage (12) on the hydrogen electrode side of (0) to generate combustion gas.
A gas humidifying means (45) for humidifying at least the raw material gas by utilizing the steam separated from the combustion gas by the steam permeable membrane (41), and the reforming device for generating hot water for hot water supply ( Heat recovery means (7)
0) and.

【0007】本発明が講じた第3の解決手段は、上記第
2の解決手段において、熱回収手段(70)は、燃焼部
(51)からガス加湿手段(45)へ送られる燃焼ガスから
も熱回収するように構成されるものである。
The third means for solving the problems by the present invention is the above-mentioned second means, wherein the heat recovery means (70) also includes combustion gas sent from the combustion section (51) to the gas humidification means (45). It is configured to recover heat.

【0008】本発明が講じた第4の解決手段は、上記第
1又は第2の解決手段において、ガス加湿手段(45)へ
送られる燃焼ガスの温度が所定値となるように上記熱回
収手段(70)が燃焼ガスから回収する熱量を調節する調
節手段(91)を備えるものである。
A fourth solution means taken by the present invention is, in the first or second solution means, the heat recovery means so that the temperature of the combustion gas sent to the gas humidification means (45) becomes a predetermined value. The (70) is provided with an adjusting means (91) for adjusting the amount of heat recovered from the combustion gas.

【0009】本発明が講じた第5の解決手段は、上記第
2又は第3の解決手段において、改質装置(30)は、改
質器(33)、変成器(34)、CO除去器(35)の順にガ
スを流通させて燃料ガスを製造するように構成され、熱
回収手段(70)は、上記改質器(33)、又は該改質器
(33)を出て上記変成器(34)へ送られるガスから熱回
収するように構成される一方、上記変成器(34)へ流入
するガスの温度が所定値となるように上記熱回収手段
(70)が回収する熱量を調節する調節手段(92)を備え
るものである。
A fifth solution provided by the present invention is the reformer (30) according to the second or third solution described above, wherein the reformer (33), the shift converter (34), and the CO remover. The heat recovery means (70) is configured so as to produce a fuel gas by circulating the gas in the order of (35), and the heat recovery means (70) is the reformer (33) or exits the reformer (33) and is the transformer. While being configured to recover heat from the gas sent to (34), the amount of heat recovered by the heat recovery means (70) is adjusted so that the temperature of the gas flowing into the transformer (34) becomes a predetermined value. The adjusting means (92) is provided.

【0010】本発明が講じた第6の解決手段は、上記第
2又は第3の解決手段において、改質装置(30)は、改
質器(33)、変成器(34)、CO除去器(35)の順にガ
スを流通させて燃料ガスを製造するように構成され、熱
回収回路は、上記変成器(34)、又は該変成器(34)を
出て上記CO除去器(35)へ送られるガスから熱回収す
るように構成される一方、上記CO除去器(35)へ流入
するガスの温度が所定値となるように上記熱回収手段
(70)が回収する熱量を調節する調節手段(92)を備え
るものである。
A sixth solution provided by the present invention is the above-mentioned second or third solution, wherein the reformer (30) comprises a reformer (33), a shift converter (34) and a CO remover. The heat recovery circuit is configured so as to produce the fuel gas by circulating the gas in the order of (35), and the heat recovery circuit outputs the shift converter (34) or the shift converter (34) to the CO remover (35). The heat recovery means (70) is configured to recover heat from the sent gas and adjusts the amount of heat recovered by the heat recovery means (70) so that the temperature of the gas flowing into the CO remover (35) becomes a predetermined value. (92) is provided.

【0011】本発明が講じた第7の解決手段は、上記第
2又は第3の解決手段において、改質装置(30)は、改
質器(33)、変成器(34)、CO除去器(35)の順にガ
スを流通させて燃料ガスを製造するように構成され、熱
回収回路は、上記CO除去器(35)、又は該CO除去器
(35)を出て燃料電池(10)へ送られる燃料ガスから熱
回収するように構成される一方、上記燃料電池(10)へ
流入する燃料ガスの温度が所定値となるように上記熱回
収手段(70)が回収する熱量を調節する調節手段(92)
を備えるものである。
A seventh means for solving the problems according to the present invention is the reformer (30) according to the second or third means, wherein the reformer (33), the shift converter (34), and the CO remover. The gas is circulated in the order of (35) to produce the fuel gas, and the heat recovery circuit includes the CO remover (35) or the CO remover (35) to the fuel cell (10). The heat recovery means (70) is configured to recover heat from the sent fuel gas, and adjusts the amount of heat recovered by the heat recovery means (70) so that the temperature of the fuel gas flowing into the fuel cell (10) becomes a predetermined value. Means (92)
It is equipped with.

【0012】本発明が講じた第8の解決手段は、上記第
1又は第2の解決手段において、熱回収手段(70)は、
燃料電池(10)からも熱回収するように構成されるもの
である。
An eighth solution means provided by the present invention is the heat recovery means (70) according to the first or second solution means.
The fuel cell (10) is also configured to recover heat.

【0013】本発明が講じた第9の解決手段は、上記第
1又は第3の解決手段において、燃料電池(10)の酸素
極側のガス通路(11)から酸素極排ガスが排出される一
方、熱回収手段(70)は、空気又は上記酸素極排ガスを
改質装置(30)の排熱により加熱して燃焼部(51)へ供
給するように構成されるものである。
A ninth means for solving the problems according to the present invention is that, in the first or the third means, the oxygen electrode exhaust gas is discharged from a gas passage (11) on the oxygen electrode side of the fuel cell (10). The heat recovery means (70) is configured to heat the air or the oxygen electrode exhaust gas by the exhaust heat of the reforming device (30) and supply it to the combustion section (51).

【0014】−作用− 上記第1,第2の解決手段では、改質装置(30)が原料
ガスの改質によって水素主体の燃料ガスを製造する。得
られた燃料ガスは、燃料電池(10)の水素極側のガス通
路(12)へ供給される。また、燃料電池(10)の酸素極
側のガス通路(11)へは、酸素を含む空気等が酸化剤ガ
スとして供給される。燃料電池(10)では、燃料ガス中
の水素を酸化する電池反応が行われる。水素極側のガス
通路(12)からは、未反応の水素を含む水素極排ガスが
排出される。この水素極排ガスは、燃焼部(51)へ送ら
れる。
-Operation- In the first and second solving means, the reformer (30) reforms the raw material gas to produce hydrogen-based fuel gas. The obtained fuel gas is supplied to the gas passage (12) on the hydrogen electrode side of the fuel cell (10). Further, oxygen-containing air or the like is supplied as an oxidant gas to the gas passage (11) on the oxygen electrode side of the fuel cell (10). In the fuel cell (10), a cell reaction that oxidizes hydrogen in the fuel gas is performed. Hydrogen gas exhaust gas containing unreacted hydrogen is discharged from the gas passage (12) on the hydrogen electrode side. This hydrogen electrode exhaust gas is sent to the combustion section (51).

【0015】燃焼部(51)では、水素極排ガス中の水素
が燃焼し、高温の燃焼ガスが生成する。この燃焼ガスに
は、水素の燃焼により生じた水蒸気が含まれている。燃
焼ガス中の水蒸気は、ガス加湿手段(45)において水蒸
気透過膜(41)を透過し、燃焼ガスから分離される。ガ
ス加湿手段(45)は、燃焼ガスから分離した水蒸気を利
用して、少なくとも原料ガスの加湿を行う。従って、改
質装置(30)へは、水蒸気を含んだ原料ガスが供給さ
れ、この水蒸気が原料ガスの改質に利用される。
In the combustion part (51), hydrogen in the hydrogen electrode exhaust gas is burned to generate high temperature combustion gas. This combustion gas contains water vapor generated by the combustion of hydrogen. Water vapor in the combustion gas passes through the water vapor permeable membrane (41) in the gas humidifying means (45) and is separated from the combustion gas. The gas humidifying means (45) uses the steam separated from the combustion gas to humidify at least the raw material gas. Therefore, the raw material gas containing steam is supplied to the reformer (30), and this steam is used for reforming the raw material gas.

【0016】そして、上記第1の解決手段では、熱回収
手段(70)が燃焼部(51)で生成した燃焼ガスから排熱
を回収する。熱回収手段(70)による熱回収は、給湯用
の温水を得るために行われる。熱回収手段(70)は、例
えば、燃焼ガスと水とを熱交換させて温水を生成し、あ
るいは燃焼ガスで加熱した熱媒体と水とを熱交換させて
温水を生成する。本解決手段において、ガス加湿手段
(45)へは、熱回収手段(70)によって熱回収された後
の燃焼ガスが送られる。つまり、ガス加湿手段(45)へ
は、熱回収されて温度の低下した燃焼ガスが供給され
る。
In the first solving means, the heat recovery means (70) recovers the exhaust heat from the combustion gas generated in the combustion section (51). The heat recovery by the heat recovery means (70) is performed to obtain hot water for hot water supply. The heat recovery means (70) exchanges heat between the combustion gas and water to generate hot water, or exchanges heat between the heat medium heated by the combustion gas and water to generate hot water. In the present solution means, the combustion gas after heat recovery by the heat recovery means (70) is sent to the gas humidification means (45). That is, the combustion gas whose temperature has been lowered due to heat recovery is supplied to the gas humidifying means (45).

【0017】また、上記第2の解決手段では、熱回収手
段(70)が改質装置(30)から排熱を回収する。熱回収
手段(70)による熱回収は、給湯用の温水を得るために
行われる。熱回収手段(70)は、例えば、改質装置(3
0)を流れるガスと水とを熱交換させて温水を生成し、
あるいは改質装置(30)の排熱で加熱した熱媒体と水と
を熱交換させて温水を生成する。
In the second solving means, the heat recovery means (70) recovers the exhaust heat from the reformer (30). The heat recovery by the heat recovery means (70) is performed to obtain hot water for hot water supply. The heat recovery means (70) is, for example, a reformer (3
The gas flowing through (0) and water are heat-exchanged to generate hot water,
Alternatively, the heat medium heated by the exhaust heat of the reformer (30) and water are heat-exchanged to generate hot water.

【0018】上記第3の解決手段では、改質装置(30)
からだけでなく、燃焼部(51)で生成した燃焼ガスから
も熱回収手段(70)が排熱を回収する。熱回収手段(7
0)は、例えば、燃焼ガスと水とを熱交換させて温水を
生成し、あるいは燃焼ガスで加熱した熱媒体と水とを熱
交換させて温水を生成する。本解決手段において、ガス
加湿手段(45)へは、熱回収手段(70)によって熱回収
された後の燃焼ガスが送られる。つまり、ガス加湿手段
(45)へは、熱回収されて温度の低下した燃焼ガスが供
給される。
In the third means, the reformer (30)
The heat recovery means (70) recovers exhaust heat not only from the exhaust gas but also from the combustion gas generated in the combustion section (51). Heat recovery means (7
In 0), for example, the combustion gas and water are heat-exchanged to generate hot water, or the heat medium heated by the combustion gas and water are heat-exchanged to generate hot water. In the present solution means, the combustion gas after heat recovery by the heat recovery means (70) is sent to the gas humidification means (45). That is, the combustion gas whose temperature has been lowered due to heat recovery is supplied to the gas humidifying means (45).

【0019】上記第4の解決手段では、調節手段(91)
が熱回収手段(70)で燃焼ガスから回収される熱量を適
宜調節する。例えば、熱回収手段(70)が循環する熱媒
体によって燃焼ガスから熱回収するように構成されてい
る場合、調節手段(91)は、熱媒体の循環量を増減する
ことで回収熱量を変化させる。この調節手段(91)によ
る回収熱量の調節は、ガス加湿手段(45)へ送られる燃
焼ガスの温度を所定値とするために行われる。
In the above-mentioned fourth solution means, the adjusting means (91)
Adjusts the amount of heat recovered from the combustion gas by the heat recovery means (70). For example, when the heat recovery means (70) is configured to recover heat from the combustion gas by the circulating heat medium, the adjusting means (91) changes the recovered heat amount by increasing or decreasing the circulation amount of the heat medium. . The adjustment of the amount of recovered heat by the adjusting means (91) is performed so that the temperature of the combustion gas sent to the gas humidifying means (45) becomes a predetermined value.

【0020】上記第5,第6,第7の解決手段では、改
質装置(30)において、改質器(33)、変成器(34)、
CO除去器(35)の順にガスが流れる。改質装置(30)
へ供給された原料ガスは、改質器(33)へ導入される。
改質器(33)では、水蒸気改質反応等によって原料ガス
から水素(H2)が製造される。改質器(33)から出た
ガスは、変成器(34)へ送られる。変成器(34)では、
シフト反応によって一酸化炭素(CO)とH2Oから水
素が製造される。変成器(34)から出たガスは、CO除
去器(35)へ送られる。CO除去器(35)では、ガス中
の一酸化炭素が酸化されて二酸化炭素(CO2)とな
る。そして、CO除去器(35)から出たガスが、燃料ガ
スとして燃料電池(10)へ供給される。
In the fifth, sixth, and seventh means for solving the problems, in the reformer (30), the reformer (33), the transformer (34),
Gas flows in the order of the CO remover (35). Reformer (30)
The raw material gas supplied to is introduced into the reformer (33).
In the reformer (33), hydrogen (H 2 ) is produced from the raw material gas by a steam reforming reaction or the like. The gas emitted from the reformer (33) is sent to the shift converter (34). In the transformer (34),
Hydrogen is produced from carbon monoxide (CO) and H 2 O by the shift reaction. The gas emitted from the shift converter (34) is sent to the CO remover (35). In the CO remover (35), carbon monoxide in the gas is oxidized to carbon dioxide (CO 2 ). Then, the gas emitted from the CO remover (35) is supplied to the fuel cell (10) as fuel gas.

【0021】そして、上記第5の解決手段では、改質装
置(30)における改質器(33)の排熱、又は改質器(3
3)から変成器(34)へ送られるガスの排熱が、熱回収
手段(70)によって回収される。この熱回収手段(70)
が回収する排熱量は、調節手段(92)によって適宜増減
される。改質器(33)から変成器(34)へは、熱回収手
段(70)で熱回収されて温度の低下したガスが送られ
る。調節手段(92)による回収熱量の調節は、変成器
(34)へ送られるガスの温度が所定値となるように行わ
れる。
Then, in the fifth solving means, the exhaust heat of the reformer (33) in the reformer (30) or the reformer (3
The exhaust heat of the gas sent from 3) to the transformer (34) is recovered by the heat recovery means (70). This heat recovery means (70)
The amount of exhaust heat recovered by is appropriately adjusted by the adjusting means (92). From the reformer (33) to the shift converter (34), the gas whose temperature is lowered by heat recovery by the heat recovery means (70) is sent. The amount of recovered heat is adjusted by the adjusting means (92) so that the temperature of the gas sent to the transformer (34) becomes a predetermined value.

【0022】上記第6の解決手段では、改質装置(30)
における変成器(34)の排熱、又は変成器(34)からC
O除去器(35)へ送られるガスの排熱が、熱回収手段
(70)によって回収される。この熱回収手段(70)が回
収する排熱量は、調節手段(92)によって適宜増減され
る。変成器(34)からCO除去器(35)へは、熱回収手
段(70)で熱回収されて温度の低下したガスが送られ
る。調節手段(92)による回収熱量の調節は、CO除去
器(35)へ送られるガスの温度が所定値となるように行
われる。
In the sixth means, the reformer (30)
Heat from the transformer (34) in C, or C from the transformer (34)
The exhaust heat of the gas sent to the O remover (35) is recovered by the heat recovery means (70). The amount of exhaust heat recovered by the heat recovery means (70) is appropriately increased or decreased by the adjustment means (92). From the shift converter (34) to the CO remover (35), the gas whose temperature is lowered by heat recovery by the heat recovery means (70) is sent. The adjustment of the amount of heat recovered by the adjusting means (92) is performed so that the temperature of the gas sent to the CO remover (35) becomes a predetermined value.

【0023】上記第7の解決手段では、改質装置(30)
におけるCO除去器(35)の排熱、又はCO除去器(3
5)から燃料電池(10)へ送られる燃料ガスの排熱が、
熱回収手段(70)によって回収される。この熱回収手段
(70)が回収する排熱量は、調節手段(92)によって適
宜増減される。CO除去器(35)から燃料電池(10)へ
は、熱回収手段(70)で熱回収されて温度の低下した燃
料ガスが送られる。調節手段(92)による回収熱量の調
節は、燃料電池(10)へ送られる燃料ガスの温度が所定
値となるように行われる。
In the seventh means, the reformer (30)
Exhaust heat of the CO remover (35) or the CO remover (3
The exhaust heat of the fuel gas sent from the 5) to the fuel cell (10)
It is recovered by the heat recovery means (70). The amount of exhaust heat recovered by the heat recovery means (70) is appropriately increased or decreased by the adjustment means (92). From the CO remover (35) to the fuel cell (10), the fuel gas whose temperature is lowered by heat recovery by the heat recovery means (70) is sent. The adjustment of the amount of recovered heat by the adjusting means (92) is performed so that the temperature of the fuel gas sent to the fuel cell (10) becomes a predetermined value.

【0024】上記第8の解決手段では、熱回収手段(7
0)が燃料電池(10)の排熱をも回収する。回収された
燃料電池(10)の排熱は、給湯用の温水を生成するため
に利用される。
In the eighth solution means, the heat recovery means (7
0) also recovers the exhaust heat of the fuel cell (10). The recovered exhaust heat of the fuel cell (10) is used to generate hot water for hot water supply.

【0025】上記第9の解決手段では、熱回収手段(7
0)が空気や酸素極排ガスを利用して改質装置(30)の
排熱を回収する。改質装置(30)の排熱によって加熱さ
れた空気又は酸素極排ガスは、燃焼部(51)へ供給され
る。そして、空気や酸素極排ガスに含まれる酸素が、水
素極排ガス中の水素を燃焼させるために用いられる。空
気や酸素極排ガスが回収した改質装置(30)の排熱は、
燃焼ガスの排熱の一部として回収され、給湯用の温水を
生成するために利用される。
In the ninth solution means, the heat recovery means (7
0) recovers the exhaust heat of the reformer (30) by using air or oxygen electrode exhaust gas. The air or the oxygen electrode exhaust gas heated by the exhaust heat of the reforming device (30) is supplied to the combustion section (51). Then, oxygen contained in the air or the oxygen electrode exhaust gas is used to burn hydrogen in the hydrogen electrode exhaust gas. The exhaust heat of the reformer (30) recovered by air and oxygen exhaust gas is
It is recovered as part of the exhaust heat of the combustion gas and is used to generate hot water for hot water supply.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明によれば、燃料電池システムに熱
回収手段(70)を設けているため、燃焼ガスや改質装置
(30)から排熱を回収することができ、更には回収した
排熱を利用して給湯用の温水を生成することができる。
According to the present invention, since the heat recovery means (70) is provided in the fuel cell system, exhaust heat can be recovered from the combustion gas and the reformer (30), and further recovered. The waste heat can be used to generate hot water for hot water supply.

【0027】特に、上記第1,第3の解決手段では、熱
回収手段(70)によって排熱回収されて温度の低下した
燃焼ガスを、ガス加湿手段(45)へ供給している。ここ
で、ガス加湿手段(45)では、燃焼ガスから水蒸気を分
離するために、燃焼ガスが水蒸気透過膜(41)と接触す
る。この水蒸気透過膜(41)は、一般にそれほど耐熱性
の高いものではなく、高温の燃焼ガスをそのまま接触さ
せると劣化してしまう。これに対し、これら解決手段で
は、熱回収されて温度の低下した燃焼ガスを、ガス加湿
手段(45)へ送っている。従って、これらの解決手段に
よれば、ガス加湿手段(45)へ供給される燃焼ガスの温
度を下げることにより、高温に晒されて水蒸気透過膜
(41)が劣化するのを防止することができ、ガス加湿手
段(45)の信頼性を向上させることができる。
In particular, in the first and third solving means, the combustion gas whose temperature has been lowered due to the exhaust heat recovery by the heat recovery means (70) is supplied to the gas humidification means (45). Here, in the gas humidifying means (45), the combustion gas comes into contact with the water vapor permeable membrane (41) in order to separate the water vapor from the combustion gas. The water vapor permeable membrane (41) generally does not have such high heat resistance, and deteriorates when the high temperature combustion gas is brought into direct contact therewith. On the other hand, in these solving means, the combustion gas whose temperature has been lowered due to heat recovery is sent to the gas humidifying means (45). Therefore, according to these solving means, by lowering the temperature of the combustion gas supplied to the gas humidifying means (45), it is possible to prevent the water vapor permeable membrane (41) from being deteriorated by being exposed to high temperature. The reliability of the gas humidifying means (45) can be improved.

【0028】更に、上記第4の解決手段では、調節手段
(91)が熱回収手段(70)の回収熱量を変更すること
で、ガス加湿手段(45)へ供給される燃焼ガスの温度が
概ね所定値に保たれる。従って、本解決手段によれば、
ガス加湿手段(45)へ供給される燃焼ガスについて、そ
の温度を水蒸気透過膜(41)の劣化を回避し得る温度に
保持することができ、水蒸気透過膜(41)の劣化を防止
してガス加湿手段(45)の信頼性を確実に向上させるこ
とが可能となる。
Further, in the above-mentioned fourth solution means, the temperature of the combustion gas supplied to the gas humidification means (45) is substantially changed by the adjustment means (91) changing the amount of heat recovered by the heat recovery means (70). It is kept at a predetermined value. Therefore, according to the present solution,
The temperature of the combustion gas supplied to the gas humidifying means (45) can be maintained at a temperature at which the deterioration of the water vapor permeable membrane (41) can be avoided, and the deterioration of the water vapor permeable membrane (41) can be prevented. It is possible to reliably improve the reliability of the humidifying means (45).

【0029】[0029]

【発明の実施の形態1】以下、本発明の実施形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
Embodiment 1 of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0030】図1に示すように、本実施形態1に係る燃
料電池システムは、燃料電池(10)と改質装置(30)を
備えている。また、この燃料電池システムは、水循環路
(65)を備えており、いわゆるコジェネレーションシス
テムを構成している。
As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to Embodiment 1 includes a fuel cell (10) and a reformer (30). Further, this fuel cell system is provided with a water circulation path (65) and constitutes a so-called cogeneration system.

【0031】上記燃料電池(10)は、固体高分子電解質
型に構成されている。この燃料電池(10)では、フッ素
系の高分子フィルムからなる電解質膜の両面に触媒粒子
を分散させて電極を形成することで、単電池が構成され
ている。電解質膜表面の電極は、一方が水素極(アノー
ド)となり、他方が酸素極(カソード)となる。上記燃
料電池(10)は、バイポーラ板を介して単電池が積層さ
れたスタック(集合電池)を構成している。尚、上述し
た燃料電池(10)の構造についは、図1において図示を
省略する。
The fuel cell (10) is of a solid polymer electrolyte type. In this fuel cell (10), a unit cell is constructed by forming electrodes by dispersing catalyst particles on both sides of an electrolyte membrane made of a fluorine-based polymer film. One of the electrodes on the surface of the electrolyte membrane serves as a hydrogen electrode (anode) and the other serves as an oxygen electrode (cathode). The fuel cell (10) constitutes a stack (assembled cell) in which unit cells are stacked via bipolar plates. The structure of the fuel cell (10) described above is omitted in FIG.

【0032】上記燃料電池(10)では、バイポーラ板と
電解質膜の酸素極とによって酸素極側ガス通路(11)が
形成され、バイポーラ板と電解質膜の水素極とによって
水素極側ガス通路(12)が形成されている。酸素極側ガ
ス通路(11)には、その入口側に空気供給管(20)が接
続され、その出口側に酸素極排気管(24)が接続されて
いる。一方、水素極側ガス通路(12)には、その入口側
に改質装置(30)が配管接続され、その出口側に水素極
排気管(25)が接続されている。
In the fuel cell (10), the oxygen electrode side gas passage (11) is formed by the bipolar plate and the oxygen electrode of the electrolyte membrane, and the hydrogen electrode side gas passage (12) is formed by the bipolar plate and the hydrogen electrode of the electrolyte membrane. ) Has been formed. An air supply pipe (20) is connected to the inlet side of the oxygen electrode side gas passageway (11) and an oxygen electrode exhaust pipe (24) is connected to the outlet side thereof. On the other hand, in the hydrogen electrode side gas passageway (12), a reforming device (30) is connected to its inlet side by piping, and a hydrogen electrode exhaust pipe (25) is connected to its outlet side.

【0033】また、燃料電池(10)には、冷却水回路
(60)が接続されている。この冷却水回路(60)は、冷
却水が充填された閉回路であって、冷却水ポンプ(61)
と第1熱交換器(71)とが接続されている。冷却水回路
(60)で冷却水を循環させることによって、燃料電池
(10)が所定の作動温度に保たれる。
A cooling water circuit (60) is connected to the fuel cell (10). The cooling water circuit (60) is a closed circuit filled with cooling water, and the cooling water pump (61)
And the first heat exchanger (71) are connected. By circulating the cooling water in the cooling water circuit (60), the fuel cell (10) is maintained at a predetermined operating temperature.

【0034】上記空気供給管(20)は、その始端が屋外
に開口し、その終端が燃料電池(10)の酸素極側ガス通
路(11)に接続されている。空気供給管(20)には、そ
の始端から終端に向かって順に、ブロワ(23)とガス加
湿器(40)とが設けられている。
The air supply pipe (20) has a starting end open to the outside and an ending end connected to the oxygen electrode side gas passage (11) of the fuel cell (10). The air supply pipe (20) is provided with a blower (23) and a gas humidifier (40) in this order from the start end to the end.

【0035】また、空気供給管(20)には、第1分岐管
(21)と第2分岐管(22)とが設けられている。第1分
岐管(21)は、その始端がガス加湿器(40)と燃料電池
(10)の間に接続されている。一方、第2分岐管(22)
は、その始端が第1分岐管(21)の始端と燃料電池(1
0)の間に接続されている。尚、ガス加湿器(40)の詳
細については後述する。
The air supply pipe (20) is provided with a first branch pipe (21) and a second branch pipe (22). The start end of the first branch pipe (21) is connected between the gas humidifier (40) and the fuel cell (10). On the other hand, the second branch pipe (22)
The start end of the first branch pipe (21) and the fuel cell (1
Connected between 0). The details of the gas humidifier (40) will be described later.

【0036】上記改質装置(30)は、原料ガスとして供
給された天然ガスから水素主体の燃料ガスを製造するよ
うに構成されている。この改質装置(30)には、ガスの
流れに沿って順に、脱硫器(31)と、改質器(33)と、
変成器(34)と、CO除去器(35)とが設けられてい
る。また、改質装置(30)には、脱硫器(31)と改質器
(33)の間に空気供給管(20)の第1分岐管(21)が接
続され、変成器(34)とCO除去器(35)の間に空気供
給管(20)の第2分岐管(22)が接続されている。
The reformer (30) is configured to produce a hydrogen-based fuel gas from the natural gas supplied as the raw material gas. In this reforming device (30), a desulfurizer (31), a reformer (33), in order along the flow of gas,
A transformer (34) and a CO remover (35) are provided. Further, the first branch pipe (21) of the air supply pipe (20) is connected to the reformer (30) between the desulfurizer (31) and the reformer (33), and is connected to the transformer (34). The second branch pipe (22) of the air supply pipe (20) is connected between the CO removers (35).

【0037】上記脱硫器(31)は、原料ガスとして供給
された天然ガスから、硫黄分を吸着除去するように構成
されている。
The desulfurizer (31) is configured to adsorb and remove the sulfur content from the natural gas supplied as the raw material gas.

【0038】上記改質器(33)は、部分酸化反応に対し
て活性を呈する触媒と、水蒸気改質反応に対して活性を
呈する触媒とを備えている。改質器(33)では、部分酸
化反応及び水蒸気改質反応によって、メタン(CH4
を主成分とする天然ガス(即ち、原料ガス)から水素を
生成させる。その際、改質器(33)は、発熱反応である
部分酸化反応の反応熱を、吸熱反応である水蒸気改質反
応の反応熱として利用する。
The reformer (33) comprises a catalyst which is active for the partial oxidation reaction and a catalyst which is active for the steam reforming reaction. In the reformer (33), methane (CH 4 ) is generated by partial oxidation reaction and steam reforming reaction.
Hydrogen is generated from natural gas (that is, raw material gas) whose main component is hydrogen. At that time, the reformer (33) uses the reaction heat of the partial oxidation reaction which is an exothermic reaction as the reaction heat of the steam reforming reaction which is an endothermic reaction.

【0039】上記変成器(34)は、シフト反応(一酸化
炭素変成反応)に活性を呈する触媒を備えている。変成
器(34)では、シフト反応によって、ガス中の一酸化炭
素が削減されると同時に水素が増加する。
The shift converter (34) is provided with a catalyst that is active in the shift reaction (carbon monoxide shift reaction). In the shift converter (34), the shift reaction reduces carbon monoxide in the gas and simultaneously increases hydrogen.

【0040】上記CO除去器(35)は、CO選択酸化反
応に活性を呈する触媒を備えている。CO除去器(35)
では、CO選択酸化反応によって、ガス中のCOが更に
削減される。そして、CO除去器(35)から出た水素主
体のガスが、燃料ガスとして燃料電池(10)の水素極側
ガス通路(12)へ供給される。
The CO remover (35) is equipped with a catalyst that is active in the CO selective oxidation reaction. CO remover (35)
Then, CO in the gas is further reduced by the CO selective oxidation reaction. Then, the hydrogen-based gas discharged from the CO remover (35) is supplied as a fuel gas to the hydrogen electrode side gas passage (12) of the fuel cell (10).

【0041】上記改質装置(30)には、燃焼部である燃
焼器(51)が設けられている。燃焼器(51)には、燃焼
用空気管(52)の終端が接続されている。この燃焼用空
気管(52)は、その始端が空気供給管(20)における第
1分岐管(21)と第2分岐管(22)の間に接続され、空
気供給管(20)を流れる空気の一部を燃焼器(51)へ供
給している。燃焼器(51)は、燃焼用空気管(52)から
供給された空気中の酸素(O2)を利用して、水素極排
ガス中に残存する水素(H2)を燃焼させるように構成
されている。
The reformer (30) is provided with a combustor (51) which is a combustor. The end of the combustion air pipe (52) is connected to the combustor (51). The combustion air pipe (52) has a start end connected between the first branch pipe (21) and the second branch pipe (22) in the air supply pipe (20), and air flowing through the air supply pipe (20). Is supplied to the combustor (51). The combustor (51) is configured to burn oxygen (O 2 ) in the air supplied from the combustion air pipe (52) to burn hydrogen (H 2 ) remaining in the hydrogen electrode exhaust gas. ing.

【0042】また、燃焼器(51)には、燃焼ガス管(2
6)が接続されている。この燃焼ガス管(26)は、水素
の燃焼により生じた燃焼ガスを排出するためのものであ
って、その終端が屋外に開口している。燃焼ガス管(2
6)には、燃焼ガスの流れに沿って順に、第2熱交換器
(74)とガス加湿器(40)とが設けられている。更に、
燃焼ガス管(26)における第2熱交換器(74)とガス加
湿器(40)の間には、酸素極排気管(24)の終端が接続
されている。
Further, the combustion gas pipe (2
6) is connected. The combustion gas pipe (26) is for discharging combustion gas generated by the combustion of hydrogen, and its end is open to the outside. Combustion gas pipe (2
In 6), the 2nd heat exchanger (74) and the gas humidifier (40) are provided in order along the flow of combustion gas. Furthermore,
The end of the oxygen electrode exhaust pipe (24) is connected between the second heat exchanger (74) and the gas humidifier (40) in the combustion gas pipe (26).

【0043】上記ガス加湿器(40)は、水蒸気透過膜
(41)を備えている。水蒸気透過膜(41)は、水蒸気が
透過可能な膜であって、例えばポリビニルアルコール膜
や、アルグン酸膜等の親水性の膜により構成されてい
る。尚、この水蒸気透過膜(41)としては、スルホン酸
基を持つポリマー膜、例えばパーフルオロスルホン酸ポ
リマー膜を用いてもよい。
The gas humidifier (40) has a water vapor permeable membrane (41). The water vapor permeable film (41) is a water vapor permeable film, and is composed of a hydrophilic film such as a polyvinyl alcohol film or an alginate film. A polymer film having a sulfonic acid group, for example, a perfluorosulfonic acid polymer film may be used as the water vapor permeable film (41).

【0044】上記ガス加湿器(40)には、被加湿側通路
(42)と燃焼ガス通路(43)とが区画形成されている。
被加湿側通路(42)と燃焼ガス通路(43)は、上記水蒸
気透過膜(41)によって仕切られている。被加湿側通路
(42)には、空気供給管(20)が接続されており、空気
供給管(20)へ取り込まれた空気が導入される。燃焼ガ
ス通路(43)には、燃焼ガス管(26)が接続されてお
り、燃焼器(51)からの燃焼ガスが、酸素極排気管(2
4)からの酸素極排ガスと混合された後に導入される。
The gas humidifier (40) is divided into a humidified passage (42) and a combustion gas passage (43).
The humidified side passage (42) and the combustion gas passage (43) are partitioned by the water vapor permeable membrane (41). An air supply pipe (20) is connected to the humidified passage (42), and the air taken into the air supply pipe (20) is introduced therein. A combustion gas pipe (26) is connected to the combustion gas passage (43), and the combustion gas from the combustor (51) is supplied to the oxygen electrode exhaust pipe (2).
Introduced after mixing with the oxygen electrode exhaust gas from 4).

【0045】本実施形態1では、ガス加湿器(40)にお
いて被加湿側通路(42)の空気が燃焼ガス中の水蒸気に
より加湿され、ガス加湿器(40)で加湿された空気が第
1分岐管(21)を通じて改質装置(30)の原料ガスに供
給される。従って、本実施形態1では、ガス加湿器(4
0)と上記空気供給管(20)の第1分岐管(21)とがガ
ス加湿手段(45)を構成している。
In the first embodiment, in the gas humidifier (40), the air in the humidified side passage (42) is humidified by the steam in the combustion gas, and the air humidified in the gas humidifier (40) is subjected to the first branch. It is supplied to the raw material gas of the reformer (30) through the pipe (21). Therefore, in the first embodiment, the gas humidifier (4
0) and the first branch pipe (21) of the air supply pipe (20) form a gas humidifying means (45).

【0046】上記水循環路(65)は、熱媒水が充填され
た閉回路である。本実施形態1では、この水循環路(6
5)が熱回収手段(70)を構成している。水循環路(6
5)には、熱媒水の循環方向において、循環ポンプ(6
6)と、第1熱交換器(71)と、第2熱交換器(74)
と、貯湯タンク(67)とが順に設けられている。水循環
路(65)を循環する熱媒水は、第1熱交換器(71)及び
第2熱交換器(74)で加熱され、温水となって貯湯タン
ク(67)に蓄えられる。貯湯タンク(67)の温水は、必
要に応じて給湯に供される。
The water circulation path (65) is a closed circuit filled with heat transfer water. In the first embodiment, this water circulation path (6
5) constitutes the heat recovery means (70). Water circuit (6
5) has a circulation pump (6
6), the first heat exchanger (71), and the second heat exchanger (74)
And a hot water storage tank (67) are provided in order. The heat transfer water circulating in the water circulation path (65) is heated by the first heat exchanger (71) and the second heat exchanger (74) and becomes hot water and is stored in the hot water storage tank (67). The hot water in the hot water storage tank (67) is used for hot water supply as needed.

【0047】上記第1熱交換器(71)には、冷却水流路
(72)と水流路(73)とが区画形成されている。第1熱
交換器(71)は、その冷却水流路(72)が冷却水回路
(60)に接続され、その水流路(73)が水循環路(65)
に接続されている。この第1熱交換器(71)は、冷却水
流路(72)の冷却水と水流路(73)の熱媒水とを熱交換
させるように構成されている。
A cooling water passage (72) and a water passage (73) are defined in the first heat exchanger (71). In the first heat exchanger (71), the cooling water channel (72) is connected to the cooling water circuit (60), and the water channel (73) is the water circulation channel (65).
It is connected to the. The first heat exchanger (71) is configured to exchange heat between the cooling water in the cooling water channel (72) and the heat transfer water in the water channel (73).

【0048】上記第2熱交換器(74)には、燃焼ガス流
路(75)と水流路(76)とが区画形成されている。第2
熱交換器(74)は、その燃焼ガス流路(75)が燃焼ガス
管(26)に接続され、その水流路(76)が水循環路(6
5)に接続されている。この第2熱交換器(74)は、燃
焼ガス流路(75)の燃焼ガスと水流路(76)の熱媒水と
を熱交換させるように構成されている。
A combustion gas passage (75) and a water passage (76) are defined in the second heat exchanger (74). Second
In the heat exchanger (74), the combustion gas passage (75) is connected to the combustion gas pipe (26), and the water passage (76) is the water circulation passage (6).
5) connected to. The second heat exchanger (74) is configured to exchange heat between the combustion gas in the combustion gas passage (75) and the heat transfer water in the water passage (76).

【0049】上記燃料電池システムには、更に、第1温
度センサ(81)及びコントローラ(90)が設けられてい
る。第1温度センサ(81)は、燃焼ガス管(26)におけ
る第2熱交換器(74)と酸素極排気管(24)の終端との
間に取り付けられている。この第1温度センサ(81)
は、第2熱交換器(74)から流出して酸素極排ガスと混
合される前の燃焼ガスの温度を測定するためのものであ
る。
The fuel cell system is further provided with a first temperature sensor (81) and a controller (90). The first temperature sensor (81) is attached to the combustion gas pipe (26) between the second heat exchanger (74) and the end of the oxygen electrode exhaust pipe (24). This 1st temperature sensor (81)
Is for measuring the temperature of the combustion gas that has flowed out of the second heat exchanger (74) and has not been mixed with the oxygen electrode exhaust gas.

【0050】上記コントローラ(90)は、第1温度調節
部(91)を備えている。第1温度調節部(91)には、第
1温度センサ(81)の検出温度が入力されている。第1
温度調節部(91)は、入力された第1温度センサ(81)
の検出温度に基づき、上記循環ポンプ(66)の回転数を
変更して水循環路(65)における熱媒水の循環量を増減
させるように構成されている。そして、この第1温度調
節部(91)は、第1温度センサ(81)の検出温度が所定
値となるように第2熱交換器(74)での熱媒水の吸熱量
を調節する調節手段を構成している。
The controller (90) includes a first temperature adjusting section (91). The temperature detected by the first temperature sensor (81) is input to the first temperature controller (91). First
The temperature controller (91) receives the input first temperature sensor (81).
Based on the detected temperature, the rotation speed of the circulation pump (66) is changed to increase or decrease the circulation amount of the heat transfer water in the water circulation path (65). The first temperature adjusting section (91) adjusts the heat absorption amount of the heat transfer water in the second heat exchanger (74) so that the temperature detected by the first temperature sensor (81) becomes a predetermined value. Constitutes a means.

【0051】−運転動作− 上記燃料電池システムの運転動作を説明する。-Driving operation- The operation of the fuel cell system will be described.

【0052】ブロワ(23)を運転すると、空気供給管
(20)に空気が取り込まれる。この空気は、ガス加湿器
(40)の被加湿側通路(42)へ導入される。一方、ガス
加湿器(40)の燃焼ガス通路(43)には、燃焼器(51)
からの燃焼ガスが導入されている。そして、被加湿側通
路(42)の空気には、水蒸気透過膜(41)を透過した燃
焼ガス中の水蒸気が供給される。
When the blower (23) is operated, air is taken into the air supply pipe (20). This air is introduced into the humidified side passageway (42) of the gas humidifier (40). On the other hand, the combustor (51) is provided in the combustion gas passage (43) of the gas humidifier (40).
Combustion gas from is introduced. Then, the water vapor in the combustion gas that has permeated the water vapor permeable membrane (41) is supplied to the air in the humidified side passageway (42).

【0053】ガス加湿器(40)で加湿された空気は、そ
の一部が第1分岐管(21)を通じて改質装置(30)へ送
られ、残りが空気供給管(20)を流れる。その後、空気
供給管(20)の空気は、その一部が燃焼用空気管(52)
を通じて燃焼器(51)へ送られ、残りが空気供給管(2
0)を流れる。続いて、空気供給管(20)の空気は、そ
の一部が第2分岐管(22)を通じて改質装置(30)へ送
られ、残りが酸化剤ガスとして燃料電池(10)の酸素極
側ガス通路(11)へ導入される。このように、燃料電池
(10)の酸素極側ガス通路(11)へは、ガス加湿器(4
0)で加湿された空気が酸化剤ガスとして送り込まれ、
燃料電池(10)の電解質膜が湿潤状態に保たれる。
Part of the air humidified by the gas humidifier (40) is sent to the reformer (30) through the first branch pipe (21), and the rest flows through the air supply pipe (20). After that, a part of the air in the air supply pipe (20) is burned into the combustion air pipe (52).
Is sent to the combustor (51) through the air supply pipe (2
0) flow. Then, a part of the air in the air supply pipe (20) is sent to the reformer (30) through the second branch pipe (22), and the rest is used as an oxidant gas on the oxygen electrode side of the fuel cell (10). It is introduced into the gas passage (11). As described above, the gas humidifier (4) is connected to the oxygen electrode side gas passage (11) of the fuel cell (10).
The air humidified in 0) is sent in as oxidant gas,
The electrolyte membrane of the fuel cell (10) is kept in a wet state.

【0054】改質装置(30)へは、原料ガスとしてメタ
ンを主成分とする天然ガスが供給される。この原料ガス
は、先ず脱硫器(31)へ導入される。脱硫器(31)で
は、原料ガスに含まれる硫黄分が除去される。脱硫器
(31)から出た原料ガスには、第1分岐管(21)からの
空気が混入される。第1分岐管(21)から送り込まれる
空気は、ガス加湿器(40)で加湿されたものであって、
水蒸気を含んでいる。つまり、原料ガスと第1分岐管
(21)からの空気とを混合することで、改質器(33)で
の部分酸化反応に必要な酸素(O2)と、改質器(33)
での水蒸気改質反応及び変成器(34)でのシフト反応に
必要な量のH2Oが、原料ガスに対して付与される。
Natural gas containing methane as a main component is supplied to the reformer (30) as a raw material gas. This raw material gas is first introduced into the desulfurizer (31). In the desulfurizer (31), the sulfur content contained in the raw material gas is removed. Air from the first branch pipe (21) is mixed with the raw material gas discharged from the desulfurizer (31). The air sent from the first branch pipe (21) has been humidified by the gas humidifier (40),
Contains water vapor. That is, by mixing the raw material gas with the air from the first branch pipe (21), oxygen (O 2 ) required for the partial oxidation reaction in the reformer (33) and the reformer (33) are mixed.
The amount of H 2 O required for the steam reforming reaction in step 1 and the shift reaction in the shift converter (34) is added to the raw material gas.

【0055】第1分岐管(21)からの空気が混入された
原料ガスは、改質器(33)へ導入される。つまり、改質
器(33)に対しては、天然ガス、空気、及び水蒸気の混
合物である原料ガスが供給される。改質器(33)では、
メタン(CH4)の部分酸化反応と水蒸気改質反応とが
行われ、水素(H2)と一酸化炭素(CO)が生成す
る。改質器(33)における部分酸化反応及び水蒸気改質
反応の反応式は、次に示す通りである。 CH4+1/2O2 → CO+2H2 … 部分酸化反応 CH4+H2O → CO+3H2 … 水蒸気改質反応
The raw material gas mixed with air from the first branch pipe (21) is introduced into the reformer (33). That is, the reformer (33) is supplied with the raw material gas which is a mixture of natural gas, air and steam. In the reformer (33),
A partial oxidation reaction of methane (CH 4 ) and a steam reforming reaction are performed to generate hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO). The reaction formulas of the partial oxidation reaction and the steam reforming reaction in the reformer (33) are as shown below. CH 4 + 1 / 2O 2 → CO + 2H 2 … Partial oxidation reaction CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 … Steam reforming reaction

【0056】改質器(33)から流出した反応後のガス
は、変成器(34)へ送られる。変成器(34)へ導入され
るガスには、改質器(33)で生成した水素と一酸化炭素
が含まれている。また、このガスには、第1分岐管(2
1)を通じて供給されたものの水蒸気改質反応に用いら
れなかった水蒸気が残存している。変成器(34)では、
シフト反応が行われ、一酸化炭素が減少すると同時に水
素が増加する。シフト反応の反応式は、次の通りであ
る。 CO+H2O → CO2+H2 … シフト反応
The reacted gas flowing out from the reformer (33) is sent to the shift converter (34). The gas introduced into the shift converter (34) contains hydrogen and carbon monoxide produced in the reformer (33). In addition, the first branch pipe (2
The steam that was supplied through 1) but was not used in the steam reforming reaction remains. In the transformer (34),
A shift reaction takes place, with a decrease in carbon monoxide and an increase in hydrogen. The reaction formula of the shift reaction is as follows. CO + H 2 O → CO 2 + H 2 … Shift reaction

【0057】変成器(34)から出たガスは、第2分岐管
(22)からの空気と混合された後にCO除去器(35)へ
導入される。ここで、変成器(34)からCO除去器(3
5)へ送られるガスは、水素が主成分となっているもの
の、未だに一酸化炭素を含んでいる。この一酸化炭素
は、水素極の触媒毒となる。そこで、CO除去器(35)
は、CO選択酸化反応によってガス中の一酸化炭素を更
に削減する。CO選択酸化反応の反応式は、次の通りで
ある。 CO+1/2O2 → CO2 … CO選択酸化反応 そして、CO除去器(35)で一酸化炭素を削減されたガ
スは、燃料ガスとして燃料電池(10)の水素極側ガス通
路(12)へ供給される。
The gas from the shift converter (34) is mixed with the air from the second branch pipe (22) and then introduced into the CO remover (35). Here, the CO remover (3
The gas sent to 5) contains hydrogen as a main component, but still contains carbon monoxide. This carbon monoxide becomes a catalyst poison of the hydrogen electrode. Therefore, CO remover (35)
Further reduces carbon monoxide in the gas by CO selective oxidation reaction. The reaction formula of the CO selective oxidation reaction is as follows. CO + 1 / 2O 2 → CO 2 CO selective oxidation reaction, and the gas whose carbon monoxide has been reduced by the CO remover (35) is supplied to the hydrogen electrode side gas passage (12) of the fuel cell (10) as fuel gas. To be done.

【0058】その際、変成器(34)からCO除去器(3
5)へ向かって流れるガスには、ガス加湿器(40)で加
湿された空気が第2分岐管(22)を通じて供給される。
この空気に含まれる水蒸気は、CO除去器(35)を通過
し、燃料ガスの一成分として燃料電池(10)の水素極側
ガス通路(12)へ供給される。これによって、燃料電池
(10)の電解質膜が湿潤状態に保たれる。
At this time, the CO remover (3
Air humidified by the gas humidifier (40) is supplied to the gas flowing toward 5) through the second branch pipe (22).
The water vapor contained in the air passes through the CO remover (35) and is supplied to the hydrogen electrode side gas passage (12) of the fuel cell (10) as one component of the fuel gas. As a result, the electrolyte membrane of the fuel cell (10) is kept in a wet state.

【0059】上述のように、燃料電池(10)には、水素
極側ガス通路(12)へ燃料ガスが供給され、酸素極側ガ
ス通路(11)へ酸化剤ガス(空気)が供給される。燃料
電池(10)は、燃料ガス中の水素を燃料とし、酸化剤ガ
ス(空気)中の酸素を酸化剤として発電を行う。具体的
に、燃料電池(10)では、水素極及び酸素極の電極表面
において下記の電池反応が行われる。 水素極:2H2 → 4H++4e- 酸素極:O2+4H++4e- → 2H2O この電池反応により、燃料ガスに含まれる水素の燃焼反
応の化学エネルギが電気エネルギに変換される。
As described above, in the fuel cell (10), the fuel gas is supplied to the hydrogen electrode side gas passage (12) and the oxidant gas (air) is supplied to the oxygen electrode side gas passage (11). . The fuel cell (10) uses hydrogen in a fuel gas as a fuel and oxygen in an oxidant gas (air) as an oxidant to generate electricity. Specifically, in the fuel cell (10), the following cell reactions are performed on the electrode surfaces of the hydrogen electrode and the oxygen electrode. Hydrogen electrode: 2H 2 → 4H + + 4e Oxygen electrode: O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O This cell reaction converts the chemical energy of the combustion reaction of hydrogen contained in the fuel gas into electric energy.

【0060】燃料電池(10)の酸素極側ガス通路(11)
からは、電池排ガスとして酸素極排ガスが排出される。
この酸素極排ガスには、電池反応によって生じたH2
が水蒸気の状態で存在している。この酸素極排ガスは、
酸素極排気管(24)を流れ、燃焼ガス管(26)の燃焼ガ
スと混合される。
Gas passage (11) on the oxygen electrode side of the fuel cell (10)
Oxygen electrode exhaust gas is discharged as battery exhaust gas from.
This oxygen electrode exhaust gas contains H 2 O generated by the cell reaction.
Exists in the state of water vapor. This oxygen electrode exhaust gas is
It flows through the oxygen electrode exhaust pipe (24) and is mixed with the combustion gas in the combustion gas pipe (26).

【0061】一方、燃料電池(10)の水素極側ガス通路
(12)からは、電池排ガスとして水素極排ガスが排出さ
れる。この水素極排ガスには、電池反応に使われなかっ
た水素が残存している。また、水素極排ガス中には、電
池反応によって生じたH2Oが水蒸気の状態で存在して
いる。この水素極排ガスは、水素極排気管(25)を通じ
て燃焼器(51)へ送り込まれる。
On the other hand, the hydrogen electrode exhaust gas is discharged as the cell exhaust gas from the hydrogen electrode side gas passage (12) of the fuel cell (10). In this hydrogen electrode exhaust gas, hydrogen that has not been used in the cell reaction remains. Further, H 2 O generated by the cell reaction exists in the hydrogen gas exhaust gas in the form of water vapor. The hydrogen electrode exhaust gas is sent to the combustor (51) through the hydrogen electrode exhaust pipe (25).

【0062】燃焼器(51)は、燃焼用空気管(52)から
の空気に含まれる酸素を利用して、水素極排ガス中の水
素を燃焼させる。この水素極排ガスの燃焼によって、高
温の燃焼ガスが生成する。この燃焼ガスには、水素の燃
焼によって生じたH2Oが水蒸気の状態で存在してい
る。燃焼器(51)で生成された燃焼ガスは、燃焼ガス管
(26)を流れて第2熱交換器(74)の燃焼ガス流路(7
5)へ導入される。第2熱交換器(74)では、燃焼ガス
流路(75)の燃焼ガスが水流路(76)の熱媒水に対して
放熱する。
The combustor (51) burns hydrogen in the hydrogen electrode exhaust gas by using oxygen contained in the air from the combustion air pipe (52). Combustion of this hydrogen electrode exhaust gas produces high-temperature combustion gas. In this combustion gas, H 2 O produced by the combustion of hydrogen exists in the form of water vapor. The combustion gas generated in the combustor (51) flows through the combustion gas pipe (26) and the combustion gas flow path (7) of the second heat exchanger (74).
Introduced to 5). In the second heat exchanger (74), the combustion gas in the combustion gas passage (75) radiates heat to the heat transfer water in the water passage (76).

【0063】燃焼ガスは、水流路(76)の熱媒水に放熱
した後に、燃焼ガス流路(75)から流出する。燃焼ガス
流路(75)から流出した燃焼ガスの温度は、第1温度セ
ンサ(81)によって検出されている。この燃焼ガスは、
酸素極排気管(24)からの酸素極排ガスと混合された後
に、ガス加湿器(40)の燃焼ガス通路(43)へ導入され
る。
The combustion gas radiates heat to the heat transfer water in the water channel (76) and then flows out from the combustion gas channel (75). The temperature of the combustion gas flowing out from the combustion gas passage (75) is detected by the first temperature sensor (81). This combustion gas is
After being mixed with the oxygen electrode exhaust gas from the oxygen electrode exhaust pipe (24), it is introduced into the combustion gas passage (43) of the gas humidifier (40).

【0064】燃焼ガス通路(43)へ流入する燃焼ガスに
は、燃料電池(10)での電池反応により生じた水蒸気
と、燃焼器(51)での水素の燃焼により生じた水蒸気と
が含まれている。そして、燃焼ガス中の水蒸気は、水蒸
気透過膜(41)を透過して被加湿側通路(42)の空気へ
供給される。ガス加湿器(40)において水蒸気を奪われ
た燃焼ガスは、その後に屋外へ排気される。
The combustion gas flowing into the combustion gas passage (43) contains water vapor produced by the cell reaction in the fuel cell (10) and water vapor produced by the combustion of hydrogen in the combustor (51). ing. Then, the water vapor in the combustion gas passes through the water vapor permeable membrane (41) and is supplied to the air in the humidified side passageway (42). The combustion gas deprived of water vapor in the gas humidifier (40) is then discharged outdoors.

【0065】冷却水ポンプ(61)を運転すると、冷却水
回路(60)において冷却水が循環する。冷却水ポンプ
(61)から吐出された冷却水は、燃料電池(10)へ送ら
れて吸熱する。この冷却水の吸熱により、燃料電池(1
0)が所定の作動温度(例えば、85℃程度)に保たれ
る。燃料電池(10)で吸熱した冷却水は、第1熱交換器
(71)の冷却水流路(72)へ導入される。この冷却水
は、冷却水流路(72)を流れる間に水流路(73)の熱媒
水に対して放熱する。第1熱交換器(71)において放熱
した冷却水は、冷却水ポンプ(61)に吸入される。そし
て、冷却水ポンプ(61)が放熱後の冷却水を再び燃料電
池(10)へ向けて送り出し、この循環が繰り返される。
When the cooling water pump (61) is operated, the cooling water circulates in the cooling water circuit (60). The cooling water discharged from the cooling water pump (61) is sent to the fuel cell (10) and absorbs heat. Due to the heat absorption of this cooling water, the fuel cell (1
0) is maintained at a predetermined operating temperature (for example, about 85 ° C.). The cooling water that has absorbed heat in the fuel cell (10) is introduced into the cooling water flow path (72) of the first heat exchanger (71). The cooling water radiates heat to the heat transfer water in the water flow path (73) while flowing through the cooling water flow path (72). The cooling water that radiates heat in the first heat exchanger (71) is sucked into the cooling water pump (61). Then, the cooling water pump (61) again sends the cooling water after heat radiation toward the fuel cell (10), and this circulation is repeated.

【0066】循環ポンプ(66)を運転すると、水循環路
(65)において熱媒水が循環する。貯湯タンク(67)の
底部から流出した熱媒水は、循環ポンプ(66)によって
第1熱交換器(71)の水流路(73)へ送り込まれる。第
1熱交換器(71)において、熱媒水は、水流路(73)を
流れる間に冷却水流路(72)の冷却水から吸熱する。つ
まり、燃料電池(10)の排熱が、熱媒水に回収される。
When the circulation pump (66) is operated, the heat transfer water circulates in the water circulation passage (65). The heat transfer water flowing out from the bottom of the hot water storage tank (67) is sent to the water flow path (73) of the first heat exchanger (71) by the circulation pump (66). In the first heat exchanger (71), the heat transfer water absorbs heat from the cooling water in the cooling water passage (72) while flowing through the water passage (73). That is, the exhaust heat of the fuel cell (10) is recovered by the heat transfer water.

【0067】その後、熱媒水は、第2熱交換器(74)の
水流路(76)へ導入される。第2熱交換器(74)におい
て、熱媒水は、水流路(76)を流れる間に燃焼ガス流路
(75)の燃焼ガスから吸熱する。つまり、水素極排ガス
中に残存する水素の燃焼熱が、熱媒水に回収される。そ
して、第2熱交換器(74)から出た熱媒水は、貯湯タン
ク(67)へ送り返され、温水として貯留される。貯湯タ
ンク(67)に温水として蓄えられた熱媒水は、給湯に利
用される。
After that, the heat transfer water is introduced into the water flow path (76) of the second heat exchanger (74). In the second heat exchanger (74), the heat transfer water absorbs heat from the combustion gas in the combustion gas passage (75) while flowing through the water passage (76). That is, the heat of combustion of hydrogen remaining in the hydrogen electrode exhaust gas is recovered in the heat transfer water. Then, the heat transfer water discharged from the second heat exchanger (74) is sent back to the hot water storage tank (67) and stored as hot water. The heat transfer water stored as hot water in the hot water storage tank (67) is used for hot water supply.

【0068】コントローラ(90)の第1温度調節部(9
1)は、第1温度センサ(81)の検出温度が所定値(例
えば90℃)となるように、水循環路(65)における熱
媒水の循環量を増減させる。具体的に、第1温度センサ
(81)の検出温度が所定値よりも高い場合、第1温度調
節部(91)は、水循環路(65)における熱媒水の循環量
を増やし、第2熱交換器(74)における熱媒水の吸熱量
を増大させる。逆に、第1温度センサ(81)の検出温度
が所定値よりも低い場合、第1温度調節部(91)は、水
循環路(65)における熱媒水の循環量を減らし、第2熱
交換器(74)における熱媒水の吸熱量を減少させる。
The first temperature controller (9) of the controller (90)
In 1), the circulation amount of the heat transfer water in the water circulation passage (65) is increased or decreased so that the temperature detected by the first temperature sensor (81) becomes a predetermined value (for example, 90 ° C.). Specifically, when the detected temperature of the first temperature sensor (81) is higher than a predetermined value, the first temperature adjusting section (91) increases the circulation amount of the heat transfer water in the water circulation path (65) to increase the second heat. The heat absorption amount of the heat transfer water in the exchanger (74) is increased. On the contrary, when the detected temperature of the first temperature sensor (81) is lower than the predetermined value, the first temperature control section (91) reduces the circulation amount of the heat transfer water in the water circulation path (65) and the second heat exchange. The heat absorption amount of the heat transfer water in the container (74) is reduced.

【0069】−実施形態1の効果− 本実施形態1によれば、燃料電池システムに熱回収手段
(70)としての水循環路(65)を設けているため、燃焼
ガスや改質装置(30)から排熱を回収することができ、
更には回収した排熱を利用して給湯用の温水を生成する
ことができる。
-Effects of First Embodiment- According to the first embodiment, since the fuel cell system is provided with the water circulation passage (65) as the heat recovery means (70), the combustion gas and the reformer (30) are provided. Exhaust heat can be recovered from
Furthermore, the recovered exhaust heat can be used to generate hot water for hot water supply.

【0070】また、本実施形態1では、第2熱交換器
(74)で熱媒水に放熱して温度の低下した燃焼ガスを、
ガス加湿器(40)へ供給している。ここで、ガス加湿器
(40)では、燃焼ガスから水蒸気を分離するために、燃
焼ガスが水蒸気透過膜(41)と接触する。この水蒸気透
過膜(41)は、一般にそれほど耐熱性の高いものではな
く、高温の燃焼ガスをそのまま接触させると劣化してし
まう。これに対し、本実施形態1では、熱媒水に放熱し
て温度の低下した燃焼ガスを、ガス加湿器(40)へ送っ
ている。従って、本実施形態1によれば、ガス加湿器
(40)へ供給される燃焼ガスの温度を下げることによ
り、高温に晒されることで水蒸気透過膜(41)が劣化す
るのを防止でき、ガス加湿器(40)の信頼性を向上させ
ることができる。
Further, in the first embodiment, the combustion gas whose temperature is lowered by radiating heat to the heat transfer water in the second heat exchanger (74) is
Supplying to the gas humidifier (40). Here, in the gas humidifier (40), the combustion gas comes into contact with the water vapor permeable membrane (41) in order to separate the water vapor from the combustion gas. The water vapor permeable membrane (41) generally does not have such high heat resistance, and deteriorates when the high temperature combustion gas is brought into direct contact therewith. On the other hand, in the first embodiment, the combustion gas whose temperature is lowered by radiating heat to the heat transfer water is sent to the gas humidifier (40). Therefore, according to the first embodiment, by lowering the temperature of the combustion gas supplied to the gas humidifier (40), it is possible to prevent the water vapor permeable membrane (41) from deteriorating due to being exposed to high temperature. The reliability of the humidifier (40) can be improved.

【0071】更に、本実施形態1では、コントローラ
(90)の第1温度調節部(91)が水循環路(65)におけ
る熱媒水の循環量を増減させることで、ガス加湿器(4
0)へ供給される燃焼ガスの温度を所定値に保ってい
る。従って、本実施形態1によれば、ガス加湿器(40)
へ供給される燃焼ガスについて、その温度を水蒸気透過
膜(41)の劣化を回避し得る温度に保持することがで
き、水蒸気透過膜(41)の劣化を防止してガス加湿器
(40)の信頼性を確実に向上させることが可能となる。
Further, in the first embodiment, the first temperature control section (91) of the controller (90) increases or decreases the circulation amount of the heat transfer water in the water circulation path (65), so that the gas humidifier (4
The temperature of the combustion gas supplied to 0) is maintained at a predetermined value. Therefore, according to the first embodiment, the gas humidifier (40)
With respect to the combustion gas supplied to the gas humidifier (40), the temperature of the combustion gas can be maintained at a temperature at which deterioration of the water vapor permeable membrane (41) can be avoided and deterioration of the water vapor permeable membrane (41) is prevented. It is possible to reliably improve reliability.

【0072】[0072]

【発明の実施の形態2】本発明の実施形態2は、上記実
施形態1において、燃焼用空気管(52)の配置を変更す
ると共に、この燃焼用空気管(52)に空気加熱部(57)
を設けたものである。また、本実施形態2では、第2温
度センサ(82)が設けられると共に、コントローラ(9
0)に第2温度調節部(92)が設けられている。ここで
は、本実施形態2について、上記実施形態1と異なる点
を説明する。
Embodiment 2 In Embodiment 2 of the present invention, the arrangement of the combustion air pipe (52) in Embodiment 1 is changed, and an air heating section (57) is installed in the combustion air pipe (52). )
Is provided. In the second embodiment, the second temperature sensor (82) is provided and the controller (9
The second temperature control section (92) is provided in (0). Here, the differences between the second embodiment and the first embodiment will be described.

【0073】図2に示すように、上記燃焼用空気管(5
2)は、その始端が空気供給管(20)における第2分岐
管(22)と燃料電池(10)の間に接続されている。燃焼
用空気管(52)の終端が燃焼器(51)に接続されている
のは、上記実施形態1と同様である。
As shown in FIG. 2, the combustion air pipe (5
The start end of 2) is connected between the second branch pipe (22) in the air supply pipe (20) and the fuel cell (10). The end of the combustion air pipe (52) is connected to the combustor (51) as in the first embodiment.

【0074】上記空気加熱部(57)は、燃焼用空気管
(52)の途中に設けられている。この空気加熱部(57)
は、改質器(33)、変成器(34)、及びCO除去器(3
5)の近傍に形成された空気の通路であって、内部を流
れる空気が改質器(33)、変成器(34)、及びCO除去
器(35)の排熱を吸熱するように構成されている。そし
て、本実施形態2では、この空気加熱部(57)が、水循
環路(65)と共に熱回収手段(70)を構成している。
The air heating section (57) is provided in the middle of the combustion air pipe (52). This air heating unit (57)
Is a reformer (33), a shift converter (34), and a CO remover (3
An air passage formed in the vicinity of 5), wherein the air flowing inside absorbs the exhaust heat of the reformer (33), the transformer (34) and the CO remover (35). ing. And in this Embodiment 2, this air heating part (57) comprises the heat recovery means (70) with the water circulation path (65).

【0075】上記第2温度センサ(82)は、改質装置
(30)のCO除去器(35)と燃料電池(10)とを接続す
る配管に取り付けられている。この第2温度センサ(8
2)は、CO除去器(35)から流出して水素極側ガス通
路(12)へ導入される前の燃料ガスの温度を測定するた
めのものである。
The second temperature sensor (82) is attached to a pipe connecting the CO remover (35) of the reformer (30) and the fuel cell (10). This second temperature sensor (8
2) is for measuring the temperature of the fuel gas before flowing out of the CO remover (35) and being introduced into the hydrogen electrode side gas passage (12).

【0076】上記コントローラ(90)の第2温度調節部
(92)には、第2温度センサ(82)の検出温度が入力さ
れている。第2温度調節部(92)は、入力された第2温
度センサ(82)の検出温度に基づき、ブロワ(23)の回
転数を変更して空気加熱部(57)における空気の流量を
増減させるように構成されている。そして、この第2温
度調節部(92)は、第2温度センサ(82)の検出温度が
所定値となるように空気加熱部(57)での空気の吸熱量
を調節する調節手段を構成している。
The temperature detected by the second temperature sensor (82) is input to the second temperature controller (92) of the controller (90). The second temperature control section (92) changes the rotation speed of the blower (23) based on the input detected temperature of the second temperature sensor (82) to increase or decrease the flow rate of air in the air heating section (57). Is configured. The second temperature adjusting section (92) constitutes an adjusting means for adjusting the amount of heat absorbed by the air in the air heating section (57) so that the temperature detected by the second temperature sensor (82) becomes a predetermined value. ing.

【0077】−運転動作− 本実施形態2において、空気供給管(20)に取り込まれ
た空気は、その一部が第1分岐管(21)や第2分岐管
(22)を通じて改質装置(30)へ供給され、残りの一部
が酸化剤ガスとして燃料電池(10)の酸素極側ガス通路
(11)へ供給され、更にその残りが空気加熱部(57)へ
導入される。この空気は、空気加熱部(57)を流れる間
に、CO除去器(35)、変成器(34)、及び改質器(3
3)からの排熱を順に吸熱し、加熱される。空気加熱部
(57)で加熱された空気は、燃焼器(51)へ送り込まれ
る。
-Operational Behavior-In the second embodiment, part of the air taken into the air supply pipe (20) is passed through the first branch pipe (21) and the second branch pipe (22) to the reformer ( 30), a part of the rest is supplied as an oxidant gas to the oxygen electrode side gas passage (11) of the fuel cell (10), and the rest is introduced to the air heating section (57). While this air flows through the air heating section (57), the CO remover (35), the transformer (34), and the reformer (3).
3) The exhaust heat from 3) is absorbed in order and heated. The air heated by the air heating section (57) is sent to the combustor (51).

【0078】燃焼器(51)では、水素極排ガスと燃焼用
空気管(52)からの空気とを混合し、水素極排ガス中の
水素が燃焼することで燃焼ガスが生成する。燃焼用空気
管(52)から燃焼器(51)へ供給される空気は、空気加
熱部(57)において改質装置(30)の排熱を吸熱してい
る。従って、空気加熱部(57)で空気が吸熱した熱量の
分だけ、燃焼器(51)で生成する燃焼ガスの温度が上昇
する。そして、第2熱交換器(74)では、水素極排ガス
中の水素の燃焼熱と改質装置(30)の排熱とが、水流路
(76)の熱媒水に対して付与される。
In the combustor (51), the hydrogen electrode exhaust gas and the air from the combustion air pipe (52) are mixed, and the hydrogen in the hydrogen electrode exhaust gas burns to generate combustion gas. The air supplied from the combustion air pipe (52) to the combustor (51) absorbs the exhaust heat of the reformer (30) in the air heating section (57). Therefore, the temperature of the combustion gas generated in the combustor (51) rises by the amount of heat absorbed by the air in the air heating section (57). Then, in the second heat exchanger (74), the combustion heat of hydrogen in the hydrogen electrode exhaust gas and the exhaust heat of the reformer (30) are applied to the heat transfer water in the water flow path (76).

【0079】コントローラ(90)の第2温度調節部(9
2)は、第2温度センサ(82)の検出温度が所定値(例
えば85℃)となるように、空気加熱部(57)における
空気の流量を増減させる。具体的に、第2温度センサ
(82)の検出温度が所定値よりも高い場合、第2温度調
節部(92)は、空気加熱部(57)における空気の流量を
増やし、空気加熱部(57)における空気の吸熱量を増大
させる。空気加熱部(57)における空気の吸熱量が増大
すると、CO除去器(35)から流出する燃料ガスの温度
が低下する。逆に、第2温度センサ(82)の検出温度が
所定値よりも低い場合、第2温度調節部(92)は、空気
加熱部(57)における空気の流量を減らし、空気加熱部
(57)における空気の吸熱量を減少させる。空気加熱部
(57)における空気の吸熱量が減少すると、CO除去器
(35)から流出する燃料ガスの温度が上昇する。
The second temperature controller (9) of the controller (90)
In 2), the flow rate of air in the air heating section (57) is increased or decreased so that the temperature detected by the second temperature sensor (82) becomes a predetermined value (for example, 85 ° C.). Specifically, when the detected temperature of the second temperature sensor (82) is higher than a predetermined value, the second temperature adjusting section (92) increases the flow rate of air in the air heating section (57) to increase the air heating section (57). ) Increase the endothermic amount of air. When the amount of absorbed heat of air in the air heating section (57) increases, the temperature of the fuel gas flowing out from the CO remover (35) decreases. On the contrary, when the detected temperature of the second temperature sensor (82) is lower than the predetermined value, the second temperature adjusting section (92) reduces the flow rate of air in the air heating section (57), and the air heating section (57). The endothermic amount of air at. When the amount of heat absorbed by the air in the air heating unit (57) decreases, the temperature of the fuel gas flowing out from the CO remover (35) rises.

【0080】[0080]

【発明の実施の形態3】本発明の実施形態3は、上記実
施形態2において、燃焼用空気管(52)を省略すると共
に、酸素極排気管(24)の構成を変更したものである。
ここでは、本実施形態3について、上記実施形態2と異
なる点を説明する。
Third Embodiment A third embodiment of the present invention differs from the second embodiment in that the combustion air pipe (52) is omitted and the oxygen electrode exhaust pipe (24) is modified.
Here, the differences between the third embodiment and the second embodiment will be described.

【0081】図3に示すように、本実施形態3の酸素極
排気管(24)は、その終端が燃焼器(51)に接続されて
いる。また、酸素極排気管(24)の途中には、熱回収部
(27)が設けられている。この熱回収部(27)は、改質
器(33)、変成器(34)、及びCO除去器(35)の近傍
に形成されたガスの通路であって、内部を流れる酸素極
排ガスが改質器(33)、変成器(34)、及びCO除去器
(35)の排熱を吸熱するように構成されている。そし
て、本実施形態3では、この熱回収部(27)が、水循環
路(65)と共に熱回収手段(70)を構成している。
As shown in FIG. 3, the oxygen electrode exhaust pipe (24) of the third embodiment has its end connected to the combustor (51). A heat recovery unit (27) is provided in the middle of the oxygen electrode exhaust pipe (24). The heat recovery section (27) is a gas passage formed in the vicinity of the reformer (33), the shift converter (34), and the CO remover (35), and the oxygen electrode exhaust gas flowing inside is modified. It is configured to absorb the exhaust heat of the quality device (33), the transformer (34), and the CO remover (35). Then, in the third embodiment, the heat recovery section (27) constitutes the heat recovery means (70) together with the water circulation path (65).

【0082】本実施形態2において、燃料電池(10)の
酸素極側ガス通路(11)から排出された酸素極排ガス
は、酸素極排気管(24)を流れて熱回収部(27)へ導入
される。この酸素極排ガスには、燃料電池(10)での電
池反応により生じたH2Oと共に、電池反応に利用され
なかった酸素が残存している。この酸素極排ガスは、熱
回収部(27)を流れる間に、CO除去器(35)、変成器
(34)、及び改質器(33)からの排熱を順に吸熱し、加
熱される。熱回収部(27)で加熱された酸素極排ガス
は、その後に燃焼器(51)へ送り込まれる。
In the second embodiment, the oxygen electrode exhaust gas discharged from the oxygen electrode side gas passage (11) of the fuel cell (10) flows through the oxygen electrode exhaust pipe (24) and is introduced into the heat recovery section (27). To be done. In the oxygen electrode exhaust gas, H 2 O generated by the cell reaction in the fuel cell (10) and oxygen not used in the cell reaction remain. While flowing through the heat recovery section (27), the oxygen electrode exhaust gas absorbs the exhaust heat from the CO remover (35), the shift converter (34), and the reformer (33) in order and is heated. The oxygen electrode exhaust gas heated in the heat recovery section (27) is then sent to the combustor (51).

【0083】本実施形態3の燃焼器(51)は、酸素極排
ガス中に残存する酸素を利用して、水素極排ガス中の水
素を燃焼させる。ここで、燃焼器(51)へ供給される酸
素極排ガスは、熱回収部(27)において改質装置(30)
の排熱を吸熱している。従って、熱回収部(27)で酸素
極排ガスが吸熱した熱量の分だけ、燃焼器(51)で生成
する燃焼ガスの温度が上昇する。そして、第2熱交換器
(74)では、水素極排ガス中の水素の燃焼熱と改質装置
(30)の排熱とが、水流路(76)の熱媒水に対して付与
される。
The combustor (51) of the third embodiment uses the oxygen remaining in the oxygen electrode exhaust gas to burn hydrogen in the hydrogen electrode exhaust gas. Here, the oxygen electrode exhaust gas supplied to the combustor (51) is reformed (30) in the heat recovery section (27).
It absorbs the exhaust heat of. Therefore, the temperature of the combustion gas generated in the combustor (51) rises by the amount of heat absorbed by the oxygen electrode exhaust gas in the heat recovery section (27). Then, in the second heat exchanger (74), the combustion heat of hydrogen in the hydrogen electrode exhaust gas and the exhaust heat of the reformer (30) are applied to the heat transfer water in the water flow path (76).

【0084】コントローラ(90)の第2温度調節部(9
2)は、第2温度センサ(82)の検出温度が所定値(例
えば85℃)となるように、燃料電池(10)の酸素極側
ガス通路(11)に対する酸化剤ガス(空気)の供給量を
変更して熱回収部(27)における酸素極排ガスの流量を
増減させる。具体的に、第2温度センサ(82)の検出温
度が所定値よりも高い場合、第2温度調節部(92)は、
熱回収部(27)における酸素極排ガスの流量を増やし、
熱回収部(27)における酸素極排ガスの吸熱量を増大さ
せる。熱回収部(27)における酸素極排ガスの吸熱量が
増大すると、CO除去器(35)から流出する燃料ガスの
温度が低下する。逆に、第2温度センサ(82)の検出温
度が所定値よりも低い場合、第2温度調節部(92)は、
熱回収部(27)における酸素極排ガスの流量を減らし、
熱回収部(27)における酸素極排ガスの吸熱量を減少さ
せる。熱回収部(27)における酸素極排ガスの吸熱量が
減少すると、CO除去器(35)から流出する燃料ガスの
温度が上昇する。
The second temperature controller (9) of the controller (90)
2) is a supply of an oxidant gas (air) to the oxygen electrode side gas passage (11) of the fuel cell (10) so that the temperature detected by the second temperature sensor (82) becomes a predetermined value (for example, 85 ° C.). The amount is changed to increase or decrease the flow rate of the oxygen electrode exhaust gas in the heat recovery section (27). Specifically, when the detected temperature of the second temperature sensor (82) is higher than a predetermined value, the second temperature adjusting section (92)
Increase the flow rate of oxygen electrode exhaust gas in the heat recovery section (27),
The heat absorption amount of the oxygen electrode exhaust gas in the heat recovery section (27) is increased. When the heat absorption amount of the oxygen electrode exhaust gas in the heat recovery section (27) increases, the temperature of the fuel gas flowing out from the CO remover (35) decreases. On the contrary, when the detected temperature of the second temperature sensor (82) is lower than the predetermined value, the second temperature adjusting section (92)
Reduce the flow rate of oxygen electrode exhaust gas in the heat recovery section (27),
The endothermic amount of the oxygen electrode exhaust gas in the heat recovery section (27) is reduced. When the heat absorption amount of the oxygen electrode exhaust gas in the heat recovery section (27) decreases, the temperature of the fuel gas flowing out from the CO remover (35) rises.

【0085】[0085]

【発明の実施の形態4】本発明の実施形態4は、上記実
施形態1において、水循環路(65)に熱回収部(77)を
設けたものである。また、本実施形態4では、第2温度
センサ(82)が設けられると共に、コントローラ(90)
に第2温度調節部(92)が設けられている。ここでは、
本実施形態4について、上記実施形態1と異なる点を説
明する。
[Fourth Embodiment of the Invention] A fourth embodiment of the present invention is the same as the above-described first embodiment, except that a heat recovery section (77) is provided in the water circulation path (65). Further, in the fourth embodiment, the second temperature sensor (82) is provided and the controller (90) is provided.
The second temperature control section (92) is provided in the. here,
The differences between the fourth embodiment and the first embodiment will be described.

【0086】図4に示すように、上記熱回収部(77)
は、水循環路(65)における第1熱交換器(71)と第2
熱交換器(74)の間に設けられている。この熱回収部
(77)は、改質器(33)、変成器(34)、及びCO除去
器(35)の近傍に形成された熱媒水の通路であって、内
部を流れる熱媒水が改質器(33)、変成器(34)、及び
CO除去器(35)の排熱を吸熱するように構成されてい
る。
As shown in FIG. 4, the heat recovery section (77)
Is the first heat exchanger (71) and the second in the water circuit (65).
It is provided between the heat exchangers (74). The heat recovery section (77) is a passage for the heat transfer water formed in the vicinity of the reformer (33), the shift converter (34), and the CO remover (35), and the heat transfer water flowing inside the heat transfer water Is configured to absorb the exhaust heat of the reformer (33), the shift converter (34), and the CO remover (35).

【0087】上記第2温度センサ(82)は、改質装置
(30)のCO除去器(35)と燃料電池(10)とを接続す
る配管に取り付けられている。この第2温度センサ(8
2)は、CO除去器(35)から流出して水素極側ガス通
路(12)へ導入される前の燃料ガスの温度を測定するた
めのものである。
The second temperature sensor (82) is attached to a pipe connecting the CO remover (35) of the reformer (30) and the fuel cell (10). This second temperature sensor (8
2) is for measuring the temperature of the fuel gas before flowing out of the CO remover (35) and being introduced into the hydrogen electrode side gas passage (12).

【0088】上記コントローラ(90)の第2温度調節部
(92)には、第2温度センサ(82)の検出温度が入力さ
れている。第2温度調節部(92)は、入力された第2温
度センサ(82)の検出温度に基づき、循環ポンプ(66)
の回転数を変更して熱回収部(77)における熱媒水の流
量を増減させるように構成されている。そして、この第
2温度調節部(92)は、第2温度センサ(82)の検出温
度が所定値となるように熱回収部(77)での熱媒水の吸
熱量を調節する調節手段を構成している。
The temperature detected by the second temperature sensor (82) is input to the second temperature controller (92) of the controller (90). The second temperature adjusting section (92), based on the input temperature detected by the second temperature sensor (82), the circulation pump (66).
Is changed to increase or decrease the flow rate of the heat transfer water in the heat recovery section (77). The second temperature adjusting section (92) has an adjusting means for adjusting the heat absorption amount of the heat transfer water in the heat recovery section (77) so that the temperature detected by the second temperature sensor (82) becomes a predetermined value. I am configuring.

【0089】−運転動作− 上記水循環路(65)で循環する熱媒水は、先ず第1熱交
換器(71)において冷却水回路(60)を循環する冷却水
と熱交換し、燃料電池(10)の排熱を吸熱する。その
後、熱媒水は、熱回収部(77)へ導入される。この熱回
収部(77)を流れる間に、CO除去器(35)、変成器
(34)、及び改質器(33)からの排熱を順に吸熱する。
その後、熱媒水は、第2熱交換器(74)へ導入されて燃
焼排ガスから吸熱する。そして、第1熱交換器(71)、
熱回収部(77),及び第2熱交換器(74)で加熱された
熱媒水は、貯湯タンク(67)に温水として蓄えられる。
-Operational Behavior- The heat transfer water circulating in the water circulation path (65) first exchanges heat with the cooling water circulating in the cooling water circuit (60) in the first heat exchanger (71), and the fuel cell ( It absorbs the exhaust heat of 10). Then, the heat transfer water is introduced into the heat recovery section (77). While flowing through the heat recovery section (77), the exhaust heat from the CO remover (35), the shift converter (34), and the reformer (33) is sequentially absorbed.
Then, the heat transfer water is introduced into the second heat exchanger (74) and absorbs heat from the combustion exhaust gas. And a 1st heat exchanger (71),
The heat transfer water heated in the heat recovery section (77) and the second heat exchanger (74) is stored in the hot water storage tank (67) as hot water.

【0090】コントローラ(90)の第2温度調節部(9
2)は、第2温度センサ(82)の検出温度が所定値(例
えば85℃)となるように、熱回収部(77)における熱
媒水の流量を増減させる。具体的に、第2温度センサ
(82)の検出温度が所定値よりも高い場合、第2温度調
節部(92)は、熱回収部(77)における熱媒水の流量を
増やし、熱回収部(77)における熱媒水の吸熱量を増大
させる。熱回収部(77)における熱媒水の吸熱量が増大
すると、CO除去器(35)から流出する燃料ガスの温度
が低下する。逆に、第2温度センサ(82)の検出温度が
所定値よりも低い場合、第2温度調節部(92)は、熱回
収部(77)における熱媒水の流量を減らし、熱回収部
(77)における熱媒水の吸熱量を減少させる。熱回収部
(77)における熱媒水の吸熱量が減少すると、CO除去
器(35)から流出する燃料ガスの温度が上昇する。
The second temperature controller (9) of the controller (90)
In 2), the flow rate of the heat transfer water in the heat recovery section (77) is increased or decreased so that the temperature detected by the second temperature sensor (82) becomes a predetermined value (for example, 85 ° C.). Specifically, when the detected temperature of the second temperature sensor (82) is higher than a predetermined value, the second temperature adjustment section (92) increases the flow rate of the heat transfer water in the heat recovery section (77) to increase the heat recovery section. Increase the endothermic amount of heat transfer water in (77). When the heat absorption amount of the heat transfer water in the heat recovery section (77) increases, the temperature of the fuel gas flowing out from the CO remover (35) decreases. On the contrary, when the detected temperature of the second temperature sensor (82) is lower than the predetermined value, the second temperature adjustment section (92) reduces the flow rate of the heat transfer water in the heat recovery section (77), and the heat recovery section ( Decrease the endothermic amount of heat transfer water in 77). When the heat absorption amount of the heat transfer water in the heat recovery section (77) decreases, the temperature of the fuel gas flowing out from the CO remover (35) rises.

【0091】[0091]

【発明のその他の実施の形態】−第1変形例− 上記の各実施形態の水循環路(65)では、図5に示すよ
うに、第2熱交換器(74)に代えて水加熱部(78)を設
けてもよい。尚、図5は、本変形例を上記実施形態1に
適用したものである。この水加熱部(78)は、燃焼器
(51)の近傍に形成された熱媒水の通路であって、内部
を流れる熱媒水が燃焼器(51)から放出される熱を吸熱
するように構成されている。
Other Embodiments of the Invention-First Modification-In the water circulation passageway (65) of each of the above-mentioned embodiments, as shown in FIG. 5, instead of the second heat exchanger (74), a water heating section ( 78) may be provided. Note that FIG. 5 is a diagram in which this modification is applied to the first embodiment. The water heating section (78) is a passage for the heat transfer water formed in the vicinity of the combustor (51) so that the heat transfer water flowing inside absorbs the heat released from the combustor (51). Is configured.

【0092】−第2変形例− 上記の各実施形態では、燃焼ガス管(26)に自己熱交換
器を設けてもよい。この自己熱交換器は、燃焼器(51)
へ導入される空気又は水素極排ガスを燃焼ガスと熱交換
させ、空気又は水素極排ガスを予熱するように構成され
ている。このように燃焼器(51)へ導入される空気又は
水素極排ガスを予熱すると、燃焼器(51)で生成する燃
焼ガスの温度が上昇し、第2熱交換器(74)の出口にお
ける熱媒水の温度が高くなる。従って、本変形例によれ
ば、温水として貯湯タンク(67)に蓄えられる熱媒水の
温度を高めることができる。
-Second Modification- In each of the above embodiments, the combustion gas pipe (26) may be provided with an auto heat exchanger. This self heat exchanger is a combustor (51)
It is configured to preheat the air or the hydrogen electrode exhaust gas by exchanging heat with the combustion gas or the air or the hydrogen electrode exhaust gas introduced into the. When the air or the hydrogen electrode exhaust gas introduced into the combustor (51) is preheated in this way, the temperature of the combustion gas generated in the combustor (51) rises and the heat medium at the outlet of the second heat exchanger (74) is increased. The water temperature rises. Therefore, according to this modification, the temperature of the heat transfer water stored as hot water in the hot water storage tank (67) can be increased.

【0093】−第3変形例− 上記実施形態2,3,4では、空気加熱部(57)や熱回
収部(27,77)を設け、改質器(33)、変成器(34)、
及びCO除去器(35)の全てから排熱を回収している
が、必ずしもこれら全てから排熱を回収しなければなら
ない訳ではない。例えば、CO除去器(35)の排熱だけ
を、空気加熱部(57)や熱回収部(27,77)によって回
収するようにしてもよい。
-Third Modification- In the second, third and fourth embodiments, the air heating section (57) and the heat recovery section (27, 77) are provided, and the reformer (33), the transformer (34),
Exhaust heat is recovered from all of the CO and CO removers (35), but it is not always necessary to recover exhaust heat from all of them. For example, only the exhaust heat of the CO remover (35) may be recovered by the air heating section (57) or the heat recovery section (27, 77).

【0094】−第4変形例− 上記実施形態2,3,4では、空気加熱部(57)や熱回
収部(27,77)を設け、改質器(33)、変成器(34)、
又はCO除去器(35)から排熱を回収しているが、これ
に代えて、改質器(33)から出て変成器(34)へ送られ
るガス、変成器(34)から出てCO除去器(35)へ送ら
れるガス、又はCO除去器(35)から出て燃料電池(1
0)へ送られるガスから排熱を回収するようにしてもよ
い。もちろん、改質器(33)、変成器(34)、CO除去
器(35)、改質器(33)から出て変成器(34)へ送られ
るガス、変成器(34)から出てCO除去器(35)へ送ら
れるガス、及びCO除去器(35)から出て燃料電池(1
0)へ送られるガスの全てから排熱を回収するようにし
てもよい。
-Fourth Modification- In the second, third and fourth embodiments, the air heating section (57) and the heat recovery section (27, 77) are provided, and the reformer (33), the transformer (34),
Alternatively, the exhaust heat is recovered from the CO remover (35), but instead of this, the gas discharged from the reformer (33) and sent to the shift converter (34), and the CO discharged from the shift converter (34). Gas sent to the scavenger (35) or CO gas scavenger (35) exits the fuel cell (1
The exhaust heat may be recovered from the gas sent to 0). Of course, the reformer (33), the shift converter (34), the CO remover (35), the gas discharged from the reformer (33) to the shift converter (34), and the gas discharged from the shift converter (34) to CO. Gas sent to the eliminator (35), and gas from the CO eliminator (35) (1)
The exhaust heat may be recovered from all the gas sent to (0).

【0095】−第5変形例− 上記実施形態2,3,4では、改質装置(30)のCO除
去器(35)と燃料電池(10)とを接続する配管に第2温
度センサ(82)を取り付け、燃料電池(10)へ供給され
る燃料ガスの温度が所定値となるように、空気加熱部
(57)や熱回収部(27,77)で回収される排熱量を第2
温度調節部(92)によって適宜増減させているが、これ
に代えて次のような構成としてもよい。
-Fifth Modification- In the second, third and fourth embodiments, the second temperature sensor (82) is connected to the pipe connecting the CO remover (35) of the reformer (30) and the fuel cell (10). ) Is attached, and the amount of exhaust heat recovered by the air heating part (57) and the heat recovery parts (27, 77) is adjusted to the second value so that the temperature of the fuel gas supplied to the fuel cell (10) reaches a predetermined value.
Although the temperature is adjusted appropriately by the temperature controller (92), the following configuration may be used instead.

【0096】つまり、変成器(34)とCO除去器(35)
とを接続する配管に第2温度センサ(82)を取り付け、
CO除去器(35)へ供給されるガスの温度が所定値とな
るように、空気加熱部(57)や熱回収部(27,77)で回
収される排熱量を第2温度調節部(92)によって調節し
てもよい。また、これと同様に、改質器(33)と変成器
(34)とを接続する配管に第2温度センサ(82)を取り
付け、変成器(34)へ供給されるガスの温度が所定値と
なるように、空気加熱部(57)や熱回収部(27,77)で
回収される排熱量を第2温度調節部(92)によって調節
してもよい。
That is, the transformer (34) and the CO remover (35)
Attach the second temperature sensor (82) to the pipe connecting to
The amount of exhaust heat recovered by the air heating part (57) and the heat recovery parts (27, 77) is adjusted to the second temperature control part (92) so that the temperature of the gas supplied to the CO remover (35) becomes a predetermined value. ). Similarly, the second temperature sensor (82) is attached to the pipe connecting the reformer (33) and the transformer (34), and the temperature of the gas supplied to the transformer (34) reaches a predetermined value. Therefore, the amount of exhaust heat recovered by the air heating part (57) and the heat recovery parts (27, 77) may be adjusted by the second temperature adjustment part (92).

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

【図1】実施形態1に係る燃料電池システムの概略構成
図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment.

【図2】実施形態2に係る燃料電池システムの概略構成
図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a second embodiment.

【図3】実施形態3に係る燃料電池システムの概略構成
図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a third embodiment.

【図4】実施形態4に係る燃料電池システムの概略構成
図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a fourth embodiment.

【図5】その他の実施形態(第1変形例)に係る燃料電
池システムの概略構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to another embodiment (first modification).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(10) 燃料電池 (11) 酸素極側ガス通路 (12) 水素極側ガス通路 (30) 改質装置 (33) 改質器 (34) 変成器 (35) CO除去器 (41) 水蒸気透過膜 (45) ガス加湿手段 (51) 燃焼器(燃焼部) (70) 熱回収手段 (91) 第1温度調節部(調節手段) (92) 第2温度調節部(調節手段) (10) Fuel cell (11) Oxygen electrode side gas passage (12) Hydrogen side gas passage (30) Reformer (33) Reformer (34) Transformer (35) CO remover (41) Water vapor permeable membrane (45) Gas humidification means (51) Combustor (combustion section) (70) Heat recovery means (91) First temperature control section (control means) (92) Second temperature control section (control means)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池上 周司 大阪府堺市築港新町3丁12番地 ダイキン 工業株式会社堺製作所臨海工場内 (72)発明者 大久保 英作 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 栗原 利行 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 Fターム(参考) 5H026 AA06 CX04 5H027 AA06 BA01 BA05 BA09 DD06 KK41    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Shuji Ikegami             Daikin, 3-12, Chikkoshinmachi, Sakai City, Osaka Prefecture             Sakai Works Co., Ltd. (72) Inventor Eisaku Okubo             1304 Kanaoka-cho, Sakai City, Osaka Prefecture Daikin Industries             Sakai Plant Kanaoka Factory (72) Inventor Toshiyuki Kurihara             1304 Kanaoka-cho, Sakai City, Osaka Prefecture Daikin Industries             Sakai Plant Kanaoka Factory F-term (reference) 5H026 AA06 CX04                 5H027 AA06 BA01 BA05 BA09 DD06                       KK41

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 供給された原料ガスを改質して燃料ガス
を製造する改質装置(30)と、 酸化剤ガスが酸素極側のガス通路(11)へ供給され且つ
上記改質装置(30)で製造された燃料ガスが水素極側の
ガス通路(12)へ供給される燃料電池(10)と、 上記燃料電池(10)の水素極側のガス通路(12)から排
出された水素極排ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成する
燃焼部(51)と、 給湯用の温水を生成するために上記燃焼ガスから熱回収
を行う熱回収手段(70)と、 上記熱回収手段(70)で熱回収された燃焼ガスから水蒸
気透過膜(41)によって分離された水蒸気を利用して少
なくとも上記原料ガスを加湿するガス加湿手段(45)と
を備えている燃料電池システム。
1. A reforming device (30) for reforming the supplied raw material gas to produce a fuel gas, and an oxidant gas supplied to a gas passage (11) on the oxygen electrode side and the reforming device (30). The fuel gas produced in 30) is supplied to the gas passage (12) on the hydrogen electrode side, and the hydrogen discharged from the gas passage (12) on the hydrogen electrode side of the fuel cell (10). A combustion part (51) for combusting polar exhaust gas to generate combustion gas, a heat recovery means (70) for recovering heat from the combustion gas to generate hot water for hot water supply, and the heat recovery means (70). A fuel cell system comprising: a gas humidifying means (45) for humidifying at least the above-mentioned raw material gas by utilizing the water vapor separated by the water vapor permeable membrane (41) from the combustion gas recovered in heat.
【請求項2】 供給された原料ガスを改質して燃料ガス
を製造する改質装置(30)と、 酸化剤ガスが酸素極側のガス通路(11)へ供給され且つ
上記改質装置(30)で製造された燃料ガスが水素極側の
ガス通路(12)へ供給される燃料電池(10)と、 上記燃料電池(10)の水素極側のガス通路(12)から排
出された水素極排ガスを燃焼させて燃焼ガスを生成する
燃焼部(51)と、 上記燃焼ガスから水蒸気透過膜(41)によって分離され
た水蒸気を利用して少なくとも上記原料ガスを加湿する
ガス加湿手段(45)と、 給湯用の温水を生成するために上記改質装置(30)から
熱回収する熱回収手段(70)とを備えている燃料電池シ
ステム。
2. A reformer (30) for reforming the supplied raw material gas to produce a fuel gas, and an oxidant gas supplied to a gas passage (11) on the oxygen electrode side and said reformer ( The fuel gas produced in 30) is supplied to the gas passage (12) on the hydrogen electrode side, and the hydrogen discharged from the gas passage (12) on the hydrogen electrode side of the fuel cell (10). A combustor (51) for combusting polar exhaust gas to generate combustion gas, and a gas humidifying means (45) for humidifying at least the raw material gas by using the steam separated from the combustion gas by the steam permeable membrane (41). And a heat recovery means (70) for recovering heat from the reforming device (30) to generate hot water for hot water supply.
【請求項3】 請求項2記載の燃料電池システムにおい
て、 熱回収手段(70)は、燃焼部(51)からガス加湿手段
(45)へ送られる燃焼ガスからも熱回収するように構成
されている燃料電池システム。
3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the heat recovery means (70) is configured to also recover heat from the combustion gas sent from the combustion section (51) to the gas humidification means (45). Fuel cell system.
【請求項4】 請求項1又は3記載の燃料電池システム
において、 ガス加湿手段(45)へ送られる燃焼ガスの温度が所定値
となるように上記熱回収手段(70)が燃焼ガスから回収
する熱量を調節する調節手段(91)を備えている燃料電
池システム。
4. The fuel cell system according to claim 1 or 3, wherein the heat recovery means (70) recovers from the combustion gas so that the temperature of the combustion gas sent to the gas humidification means (45) becomes a predetermined value. A fuel cell system comprising an adjusting means (91) for adjusting the amount of heat.
【請求項5】 請求項2又は3記載の燃料電池システム
において、 改質装置(30)は、改質器(33)、変成器(34)、CO
除去器(35)の順にガスを流通させて燃料ガスを製造す
るように構成され、 熱回収手段(70)は、上記改質器(33)、又は該改質器
(33)を出て上記変成器(34)へ送られるガスから熱回
収するように構成される一方、 上記変成器(34)へ流入するガスの温度が所定値となる
ように上記熱回収手段(70)が回収する熱量を調節する
調節手段(92)を備えている燃料電池システム。
5. The fuel cell system according to claim 2 or 3, wherein the reformer (30) comprises a reformer (33), a shift converter (34), and a CO.
The heat recovery means (70) is configured to produce a fuel gas by circulating the gas in the order of the remover (35), and the heat recovery means (70) or the reformer (33) leaving the reformer (33). The amount of heat recovered by the heat recovery means (70) so as to recover the heat from the gas sent to the transformer (34) so that the temperature of the gas flowing into the converter (34) becomes a predetermined value. A fuel cell system comprising adjusting means (92) for adjusting the fuel cell.
【請求項6】 請求項2又は3記載の燃料電池システム
において、 改質装置(30)は、改質器(33)、変成器(34)、CO
除去器(35)の順にガスを流通させて燃料ガスを製造す
るように構成され、 熱回収回路は、上記変成器(34)、又は該変成器(34)
を出て上記CO除去器(35)へ送られるガスから熱回収
するように構成される一方、 上記CO除去器(35)へ流入するガスの温度が所定値と
なるように上記熱回収手段(70)が回収する熱量を調節
する調節手段(92)を備えている燃料電池システム。
6. The fuel cell system according to claim 2 or 3, wherein the reformer (30) comprises a reformer (33), a shift converter (34) and a CO.
The heat recovery circuit is configured such that the gas is circulated in the order of the remover (35) to produce the fuel gas, and the heat recovery circuit is the above-mentioned transformer (34) or the transformer (34).
Is configured to recover heat from the gas discharged from the CO and sent to the CO remover (35), while the heat recovery means (so that the temperature of the gas flowing into the CO remover (35) reaches a predetermined value ( A fuel cell system comprising a control means (92) for controlling the amount of heat recovered by the (70).
【請求項7】 請求項2又は3記載の燃料電池システム
において、 改質装置(30)は、改質器(33)、変成器(34)、CO
除去器(35)の順にガスを流通させて燃料ガスを製造す
るように構成され、 熱回収回路は、上記CO除去器(35)、又は該CO除去
器(35)を出て燃料電池(10)へ送られる燃料ガスから
熱回収するように構成される一方、 上記燃料電池(10)へ流入する燃料ガスの温度が所定値
となるように上記熱回収手段(70)が回収する熱量を調
節する調節手段(92)を備えている燃料電池システム。
7. The fuel cell system according to claim 2 or 3, wherein the reformer (30) comprises a reformer (33), a shift converter (34), and a CO.
The heat recovery circuit is configured to produce a fuel gas by circulating the gas in the order of the remover (35), and the heat recovery circuit outputs the CO remover (35) or the CO remover (35). ), While adjusting the amount of heat recovered by the heat recovery means (70) so that the temperature of the fuel gas flowing into the fuel cell (10) reaches a predetermined value. A fuel cell system provided with adjusting means (92) for controlling.
【請求項8】 請求項1又は2記載の燃料電池システム
において、 熱回収手段(70)は、燃料電池(10)からも熱回収する
ように構成されている燃料電池システム。
8. The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the heat recovery means (70) is also configured to recover heat from the fuel cell (10).
【請求項9】 請求項1又は3記載の燃料電池システム
において、 燃料電池(10)の酸素極側のガス通路(11)から酸素極
排ガスが排出される一方、 熱回収手段(70)は、空気又は上記酸素極排ガスを改質
装置(30)の排熱により加熱して燃焼部(51)へ供給す
るように構成されている燃料電池システム。
9. The fuel cell system according to claim 1, wherein the oxygen electrode exhaust gas is discharged from the gas passage (11) on the oxygen electrode side of the fuel cell (10), while the heat recovery means (70) comprises: A fuel cell system configured to heat air or the oxygen electrode exhaust gas by exhaust heat of a reforming device (30) and supply the heated exhaust gas to a combustion section (51).
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