JP2005063883A - Fuel cell system - Google Patents

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良和 田中
Masataka Ozeki
正高 尾関
Akinari Nakamura
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system capable of carrying out a stopping process without using inactive gas even in a power failure, in a fuel cell system. <P>SOLUTION: This fuel cell system is composed of: a fuel cell 11 for generating power by using a fuel gas containing supplied hydrogen and an oxidizer gas such as air; an oxidizer supply passage 12 for supplying the oxidizer gas; a fuel supply passage 13 for supplying the fuel gas; a steam generation means 14 connected to the supply passage 13 on the upstream side relative to the fuel cell 11; a purge water passage 15 for supplying water to the generation means 14; a purge water tank 16 for storing water; a shut-off valve for closing the valve in a current-carrying period and opening the valve in a period without carrying a current as a purge water supply means 17 for supplying water to the generation means 14. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system that generates power using a fuel cell.

従来、燃料電池システムの運転停止処理時には安全のため、窒素などの不活性ガスや、不活性ガスに替わる水蒸気などでシステム内の可燃性ガスのパージを行っている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, purging of combustible gas in the system with an inert gas such as nitrogen or water vapor replacing the inert gas has been performed for safety during the shutdown process of the fuel cell system (see, for example, Patent Document 1). .

その構成を図4に示す。図4において、燃料電池11は、酸化剤供給経路12と燃料供給経路13により供給される燃料ガスと空気などの酸化剤ガスの反応により、電力を発生させる。燃料生成手段22は、外部から供給された天然ガスなどの原料を、水蒸気を含む雰囲気下で加熱して水素を含む燃料ガスを生成し、燃料電池11に供給する。燃料電池システムの停止処理時は制御手段21により制御され、水蒸気供給手段25により燃料生成手段22に水蒸気を供給してパージを行い、その後、温度測定手段18により測定された燃料生成手段22の温度が改質触媒の酸化温度以下になった時点で、空気供給手段26により燃料生成手段22に空気を供給して燃料電池システムのパージを行う。
特開2002−8701号公報(第8頁、第4図)
The configuration is shown in FIG. In FIG. 4, the fuel cell 11 generates electric power by a reaction between a fuel gas supplied through an oxidant supply path 12 and a fuel supply path 13 and an oxidant gas such as air. The fuel generation unit 22 heats a raw material such as natural gas supplied from the outside in an atmosphere including water vapor to generate a fuel gas including hydrogen, and supplies the fuel cell 11 with the fuel gas. During the stop process of the fuel cell system, the temperature is controlled by the control means 21, the water supply means 25 supplies water vapor to the fuel generation means 22, purges, and then the temperature of the fuel generation means 22 measured by the temperature measurement means 18. When the temperature becomes equal to or lower than the oxidation temperature of the reforming catalyst, the air supply means 26 supplies air to the fuel generation means 22 to purge the fuel cell system.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-8701 (page 8, FIG. 4)

上記のような燃料電池システムにおけるパージ方法では、通常の運転停止処理には不活性ガスを用いないパージを行っているが、そのパージ操作・制御が複雑であり、電力を必要とするため、停電時の運転停止処理には不活性ガスを用いたパージを行っている。そのため、不活性ガスを供給する手段を燃料電池システムの内外に別途設置しなければならず、設置スペースやコストが増加するという問題があった。   In the purging method in the fuel cell system as described above, purging without using an inert gas is performed for normal operation stop processing, but the purging operation / control is complicated and requires electric power. At the time of the operation stop processing, purging using an inert gas is performed. Therefore, a means for supplying an inert gas must be separately installed inside and outside the fuel cell system, resulting in an increase in installation space and cost.

この課題を解決するために、第1の本発明の燃料電池システムは、燃料および酸化剤を用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤を供給する酸化剤供給経路と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給経路と、前記燃料電池より上流の前記燃料供給経路に接続された水蒸気発生手段と、前記水蒸気発生手段に接続され水を供給するパージ水経路と、前記パージ水経路にて前記水蒸気発生手段へ水を供給するパージ水供給手段と、前記水蒸気発生手段に供給する水を蓄えるパージ水タンクとを備え、燃料電池システムの運転停止処理時に前記パージ水供給手段により供給される水から、前記水蒸気発生手段で水蒸気を発生させ、発生した水蒸気により燃料電池システムのパージを行うことを特徴とする。   In order to solve this problem, a fuel cell system according to a first aspect of the present invention includes a fuel cell that generates power using fuel and an oxidant, an oxidant supply path for supplying an oxidant to the fuel cell, and the fuel cell. A fuel supply path for supplying fuel to the fuel cell, a steam generation means connected to the fuel supply path upstream from the fuel cell, a purge water path connected to the steam generation means for supplying water, and a purge water path Purge water supply means for supplying water to the water vapor generation means, and a purge water tank for storing water supplied to the water vapor generation means, and is supplied by the purge water supply means at the time of shutdown processing of the fuel cell system Water vapor is generated from water by the water vapor generating means, and the fuel cell system is purged with the generated water vapor.

また、第2の本発明の燃料電池システムは、パージ水タンクへ水を供給し蓄えるパージ水供給経路と、前記パージ水供給経路に接続され前記パージ水タンクへ蓄える水の量を調節するパージ水量調節手段と、水蒸気発生手段の温度を測定する温度測定手段とを備え、燃料電池システムの運転時に前記温度測定手段により測定された前記水蒸気発生手段の温度に応じて前記パージ水量調節手段を操作し、前記パージ水タンクに蓄える水の量を変化させ、燃料電池システムの運転停止処理時に前記パージ水タンクに蓄えられた水量だけパージを行うことを特徴とする。   The fuel cell system according to the second aspect of the present invention includes a purge water supply path that supplies and stores water to a purge water tank, and a purge water amount that is connected to the purge water supply path and adjusts the amount of water stored in the purge water tank. Adjusting means and temperature measuring means for measuring the temperature of the water vapor generating means, and operating the purge water amount adjusting means according to the temperature of the water vapor generating means measured by the temperature measuring means during operation of the fuel cell system. The amount of water stored in the purge water tank is changed, and purging is performed by the amount of water stored in the purge water tank during the operation stop processing of the fuel cell system.

また、第3の本発明の燃料電池システムは、パージ水供給手段は通電時に水の供給を停止し、非通電時に水の供給を行うことを特徴とする。   In the fuel cell system of the third aspect of the present invention, the purge water supply means stops supplying water when energized and supplies water when de-energized.

また、第4の本発明の燃料電池システムは、原料と水蒸気を改質して水素を含む燃料ガスを生成する燃料生成手段を備え、前記水蒸気発生手段は前記燃料生成手段であることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system comprising fuel generating means for reforming a raw material and steam to generate a fuel gas containing hydrogen, wherein the steam generating means is the fuel generating means. To do.

また、第5の本発明の燃料電池システムは、パージ水タンクに蓄えられた水を加圧し、前記水蒸気発生手段に供給することが可能な加圧手段を備えることを特徴とする。   The fuel cell system according to a fifth aspect of the present invention includes a pressurizing unit capable of pressurizing water stored in a purge water tank and supplying the water to the water vapor generating unit.

本発明の燃料電池システムは、窒素などの不活性ガスを用いずにパージ操作が容易に行えるとともに、通常の運転停止処理時だけでなく、停電時のような燃料電池システムに外部からの電力の供給が途絶える場合においても、燃料電池システムのパージを行い、安全に停止することができる。その結果、燃料電池システム内外に不活性ガス供給手段を別途設置する必要がなく、燃料電池システムの設置スペースやイニシャルコスト・ランニングコストを削減することが可能となる。   The fuel cell system of the present invention can easily perform a purge operation without using an inert gas such as nitrogen, and can supply electric power from the outside to the fuel cell system not only during a normal shutdown process but also during a power failure. Even when the supply is interrupted, the fuel cell system can be purged and stopped safely. As a result, it is not necessary to separately install an inert gas supply means inside and outside the fuel cell system, and the installation space, initial cost and running cost of the fuel cell system can be reduced.

また、水蒸気発生手段として燃料生成手段を用いることで、水蒸気を発生させるために余分なエネルギーを加える必要がなく、停止処理時においても効率的にエネルギーを利用することができるため、消費エネルギーを低減することが可能となる。   In addition, by using fuel generation means as water vapor generation means, it is not necessary to add extra energy to generate water vapor, and energy can be used efficiently even during stop processing, reducing energy consumption It becomes possible to do.

また、燃料生成手段の温度に応じて供給するパージ水量を変化させることにより、燃料生成手段の内部に蒸発せずに水が溜まることを防ぐことができる。その結果、燃料生成手段の腐食を防止することができるとともに、次回起動時に水詰まりなどを起こすことなく正常に運転することが可能となる。   Further, by changing the amount of purge water supplied in accordance with the temperature of the fuel generating means, it is possible to prevent water from accumulating without evaporating inside the fuel generating means. As a result, corrosion of the fuel generating means can be prevented and normal operation can be performed without causing water clogging at the next startup.

また、加圧手段により加圧して水を燃料生成手段に供給することで、燃料生成手段や燃料供給経路、燃料電池などを含む燃料電池システム内の燃料ガス経路の圧力が高い場合にも、燃料電池システムのサイズを大きくすることなくパージを行うことが可能となる。   Further, by supplying water to the fuel generating means by pressurizing by the pressurizing means, even when the pressure of the fuel gas path in the fuel cell system including the fuel generating means, the fuel supply path, and the fuel cell is high, the fuel Purge can be performed without increasing the size of the battery system.

以下、本発明の実施の形態について、図1〜図3を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.

(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における燃料電池システムを示す構成図である。本実施の形態1における燃料電池システムは、供給された水素を含む燃料ガスと空気などの酸化剤ガスを用いて電力の発生を行う燃料電池11と、酸化剤ガスを供給する酸化剤供給経路12と、燃料ガスを供給する燃料供給経路13と、燃料電池11よりも上流側の燃料供給経路13に接続された水蒸気発生手段14と、水蒸気発生手段14に水を供給するパージ水経路15と、水を蓄えるパージ水タンク16と、水を水蒸気発生手段14に供給するパージ水供給手段17として通電時に弁を閉じ、非通電時に弁を開く遮断弁とで構成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram showing a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. The fuel cell system according to Embodiment 1 includes a fuel cell 11 that generates electric power using a supplied fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas such as air, and an oxidant supply path 12 that supplies the oxidant gas. A fuel supply path 13 for supplying fuel gas, a steam generation means 14 connected to the fuel supply path 13 upstream of the fuel cell 11, a purge water path 15 for supplying water to the steam generation means 14, A purge water tank 16 for storing water and a purge water supply means 17 for supplying water to the steam generation means 14 are constituted by a shut-off valve that closes the valve when energized and opens the valve when not energized.

以上のように構成された本実施の形態1について、その動作を説明する。   The operation of the first embodiment configured as described above will be described.

システム運転時に燃料電池11は、酸化剤供給経路12により供給される酸化剤ガスと、燃料供給経路13により供給される燃料ガスを用いて発電を行う。通常の運転停止処理時には、パージ水供給手段17を開き、パージ水タンク16に蓄えられた水を水蒸気発生手段14に供給する。水蒸気発生手段14は、供給された水を加熱することで水蒸気を発生させ、接続された燃料供給経路13に水蒸気を供給することで燃料供給経路13、燃料電池11などを含む燃料電池システム内の燃料ガス経路上の燃料ガスを水蒸気でパージして運転を停止する。   During system operation, the fuel cell 11 generates power using the oxidant gas supplied through the oxidant supply path 12 and the fuel gas supplied through the fuel supply path 13. During normal operation stop processing, the purge water supply means 17 is opened, and the water stored in the purge water tank 16 is supplied to the steam generation means 14. The water vapor generation means 14 generates water vapor by heating the supplied water, and supplies the water vapor to the connected fuel supply path 13 to thereby provide a fuel cell system including the fuel supply path 13, the fuel cell 11 and the like. The operation is stopped by purging the fuel gas on the fuel gas path with water vapor.

また停電時には、燃料電池システムに外部からの電力供給が途絶えると、それに伴ってパージ水供給手段17の遮断弁が開き、水が水蒸気発生手段14に供給される。水蒸気発生手段14の余熱で供給された水が蒸発し、燃料供給経路13、燃料電池11などを含む燃料電池システム内の燃料ガス経路上の残留燃料ガスを、その水蒸気でパージすることで安全に停止することができる。   Further, at the time of a power failure, when power supply from the outside is interrupted to the fuel cell system, the shut-off valve of the purge water supply means 17 is opened accordingly, and water is supplied to the steam generation means 14. The water supplied by the residual heat of the steam generation means 14 evaporates, and the residual fuel gas on the fuel gas path in the fuel cell system including the fuel supply path 13 and the fuel cell 11 is purged with the steam safely. Can be stopped.

本実施の形態1における燃料電池システムの構成により、窒素などの不活性ガスを用いないパージ操作が容易に行えるとともに、通常の運転停止処理時だけでなく、停電時のような燃料電池システムに外部からの電力の供給が途絶える場合においても、燃料電池システムのパージを行い、安全に停止することができる。そのため、燃料電池システム内外に不活性ガス供給手段を別途設置する必要がなく、燃料電池システムの設置スペースやイニシャルコスト・ランニングコストを削減することが可能となる。   According to the configuration of the fuel cell system in the first embodiment, a purge operation without using an inert gas such as nitrogen can be easily performed, and the fuel cell system is externally connected not only during a normal shutdown process but also during a power failure. Even when the supply of electric power from is interrupted, the fuel cell system can be purged and stopped safely. Therefore, it is not necessary to separately install an inert gas supply means inside and outside the fuel cell system, and the installation space, initial cost and running cost of the fuel cell system can be reduced.

なお、パージ水供給手段17として遮断弁を用いて以上の説明を行ったが、パージ水供給手段17については遮断弁に限るものでなく、弁以外でも同様の閉止する機能や供給する機能を有したものについても同様の効果が得られる。   Although the above description has been made using a shut-off valve as the purge water supply means 17, the purge water supply means 17 is not limited to the shut-off valve, and has a similar closing function and supply function other than the valve. The same effect can be obtained for the above.

(実施の形態2)
図2は、本発明の第2の実施の形態における燃料電池システムを示す構成図である。実施の形態1と同様の構成要素については、同一符号を付与し、その説明を省略する。本実施の形態2における燃料電池システムは、燃料ガスを生成する燃料生成手段22と、燃料生成手段22の温度を測定する温度測定手段18、パージ水タンク16に水を供給して蓄えるパージ水供給経路19と、パージ水供給経路19に接続されたパージ水量調節手段20としてのポンプと、制御手段21とで構成されている。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a configuration diagram showing a fuel cell system according to the second embodiment of the present invention. Constituent elements that are the same as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. The fuel cell system according to the second embodiment includes a fuel generation unit 22 that generates fuel gas, a temperature measurement unit 18 that measures the temperature of the fuel generation unit 22, and a purge water supply that supplies and stores water in the purge water tank 16. It comprises a path 19, a pump as purge water amount adjusting means 20 connected to the purge water supply path 19, and a control means 21.

以上のように構成された本実施の形態2について、その動作を説明する。   The operation of the second embodiment configured as described above will be described.

システム運転時には、燃料生成手段22は、外部から供給された天然ガスなどの原料を、水蒸気を含む雰囲気下で加熱して水素を含む燃料ガスを生成し、燃料電池11に供給する。燃料電池11は、酸化剤供給経路12により供給される酸化剤ガスと、燃料供給経路13により供給される燃料ガスを用いて発電を行う。温度測定手段18により測定された燃料生成手段22の温度Tに応じて、制御手段21によりパージ水量調節手段20を操作して、パージ水タンク16に水量Qを供給して蓄える。   During system operation, the fuel generation means 22 heats a raw material such as natural gas supplied from the outside in an atmosphere including water vapor to generate a fuel gas including hydrogen, and supplies the fuel cell 11 with the fuel gas. The fuel cell 11 generates power using the oxidant gas supplied through the oxidant supply path 12 and the fuel gas supplied through the fuel supply path 13. Depending on the temperature T of the fuel generating means 22 measured by the temperature measuring means 18, the control means 21 operates the purge water amount adjusting means 20 to supply and store the water quantity Q in the purge water tank 16.

水量Qは、燃料生成手段22や燃料供給経路13、燃料電池11などを含む燃料電池システム内の燃料ガス経路の容積Qを上限として、制御手段21によって次のように決定される。燃料生成手段22の温度T、比熱C、重量Mと、パージ水の温度Tと沸点T、比熱C、蒸発潜熱Cとすると、水量Qは次式(数1)で表される。 Water Q, the fuel generating section 22 and the fuel supply path 13, a maximum of volume Q S of the fuel gas passage in the fuel cell system including the fuel cell 11 is determined as follows by the control unit 21. Assuming that the temperature T, specific heat C, weight M, purge water temperature TW , boiling point T V , specific heat C L , and latent heat of vaporization C G of the fuel generating means 22, the water amount Q is expressed by the following equation (Equation 1). .

Figure 2005063883
Figure 2005063883

運転停止処理時には、パージ水供給手段17を開き、パージ水タンク16に蓄えられた水を燃料生成手段22に供給する。燃料生成手段22は、供給された水を加熱することで水蒸気を発生させ、接続された燃料供給経路13に水蒸気を供給することで、燃料電池システム内の燃料ガス経路上の燃料ガスを水蒸気でパージして運転を停止する。   During the operation stop process, the purge water supply means 17 is opened, and the water stored in the purge water tank 16 is supplied to the fuel generation means 22. The fuel generating means 22 generates water vapor by heating the supplied water, and supplies water vapor to the connected fuel supply path 13, so that the fuel gas on the fuel gas path in the fuel cell system is vaporized. Purge to stop operation.

本実施の形態2における燃料電池システムの構成により、実施の形態1で述べた効果と
ともに、水蒸気発生手段14として燃料生成手段22を用いることで、水蒸気を発生させるために余分なエネルギーを加える必要がなく、停止処理時においても効率的にエネルギーを利用することができるため、消費エネルギーを低減することができる。また、燃料生成手段22の温度に応じて供給するパージ水量を変化させることにより、燃料生成手段22の内部に蒸発せずに水が溜まることを防ぐことができる。そのため、燃料生成手段22の腐食を防止することができるとともに、次回起動時に水詰まりなどを起こすことなく正常に運転することができる。
With the configuration of the fuel cell system according to the second embodiment, it is necessary to add extra energy to generate water vapor by using the fuel generation means 22 as the water vapor generation means 14 together with the effects described in the first embodiment. In addition, since energy can be efficiently used even during the stop process, energy consumption can be reduced. Further, by changing the amount of purge water supplied in accordance with the temperature of the fuel generating means 22, it is possible to prevent water from accumulating without evaporating inside the fuel generating means 22. Therefore, corrosion of the fuel generating means 22 can be prevented and normal operation can be performed without causing water clogging at the next start-up.

なお、パージ水供給手段17として遮断弁を用いて以上の説明を行ったが、パージ水供給手段17については遮断弁に限るものでなく、弁以外でも同様の閉止する機能や供給する機能を有したものについても同様の効果が得られる。   Although the above description has been made using a shut-off valve as the purge water supply means 17, the purge water supply means 17 is not limited to the shut-off valve, and has a similar closing function and supply function other than the valve. The same effect can be obtained for the above.

また、パージ水量調節手段20としてポンプを用いて以上の説明を行ったが、パージ水タンク16内の水位などから水量を計測して弁の開閉を制御する構成などについても同様の効果が得られる。   Further, the above description has been made using a pump as the purge water amount adjusting means 20, but the same effect can be obtained with a configuration in which the amount of water is measured from the water level in the purge water tank 16 and the opening and closing of the valve is controlled. .

また、厳密にはパージ水の温度Tを測定するのが望ましいが、代表温度で代用した場合についても同様の効果が得られる。 Strictly speaking it is desirable to measure the temperature T W of the purge water, the same effect can be obtained when substituting the representative temperature.

(実施の形態3)
本発明の第3の実施の形態における燃料電池システムの構成要素については、実施の形態2と同じ図2で示され、同じ構成要素については同一符号を付与し、その説明を省略する。本実施の形態3のパージ水タンク16は、加圧手段として、蓄えられた水を加圧して燃料生成手段22に供給するための構造をしており、パージ水タンク16の構成図を図3に示す。パージ水タンク16の内部は、密閉しながらも自由に動くことのできる仕切板23で上下に分割され、ばね24がパージ水タンク16の天板と仕切板23に接続されている。
(Embodiment 3)
The components of the fuel cell system according to the third embodiment of the present invention are shown in FIG. 2 which is the same as that of the second embodiment, and the same components are given the same reference numerals and the description thereof is omitted. The purge water tank 16 according to the third embodiment has a structure for pressurizing the stored water and supplying it to the fuel generating means 22 as the pressurizing means. Shown in The inside of the purge water tank 16 is divided up and down by a partition plate 23 that can move freely while being sealed, and a spring 24 is connected to the top plate and the partition plate 23 of the purge water tank 16.

以上のように構成された本実施の形態3について、その動作を説明する。   The operation of the third embodiment configured as described above will be described.

システムの運転時には、燃料生成手段22は、外部から供給された天然ガスなどの原料を、水蒸気を含む雰囲気下で加熱して水素を含む燃料ガスを生成し、燃料電池11に供給する。燃料電池11は、酸化剤供給経路12より供給される酸化剤ガスと、燃料供給経路13により供給される燃料ガスを用いて発電を行う。温度測定手段18により測定された燃料生成手段22の温度Tに応じて、制御手段21によりパージ水量調節手段20を操作して、パージ水タンク16に水量Qを供給して蓄える。パージ水タンク16に供給された水は、仕切板23を押上げ、ばね24に力を蓄える。   During the operation of the system, the fuel generation means 22 generates a fuel gas containing hydrogen by heating a raw material such as natural gas supplied from the outside in an atmosphere containing water vapor, and supplies it to the fuel cell 11. The fuel cell 11 generates power using the oxidant gas supplied from the oxidant supply path 12 and the fuel gas supplied from the fuel supply path 13. Depending on the temperature T of the fuel generating means 22 measured by the temperature measuring means 18, the control means 21 operates the purge water amount adjusting means 20 to supply and store the water quantity Q in the purge water tank 16. The water supplied to the purge water tank 16 pushes up the partition plate 23 and stores a force in the spring 24.

水量Qは、燃料生成手段22や燃料供給経路13、燃料電池11などを含む燃料電池システム内の燃料ガス経路の容積Qを上限として、制御手段21によって次のように決定される。燃料生成手段22の温度T、比熱C、重量Mと、パージ水の温度Tと沸点T、比熱C、蒸発潜熱Cとすると、水量Qは実施の形態2同様、式(数1)で表される。 Water Q, the fuel generating section 22 and the fuel supply path 13, a maximum of volume Q S of the fuel gas passage in the fuel cell system including the fuel cell 11 is determined as follows by the control unit 21. Temperature T, specific heat C of the fuel generating section 22, and weight M, the temperature T W and the boiling point T V purge water, specific heat C L, when the latent heat of vaporization C G, water Q is similar second embodiment, equation (1 ).

運転停止処理時には、パージ水供給手段17を開き、パージ水タンク16に蓄えられた水を燃料生成手段22に供給する。そのとき、ばね24に蓄えられた力で仕切板23が押し下げられることにより、水が加圧されて燃料生成手段22に供給される。燃料生成手段22は、供給された水を加熱することで水蒸気を発生させ、接続された燃料供給経路13に水蒸気を供給することで、燃料電池システム内の燃料ガス経路上の燃料ガスを水蒸気でパージして運転を停止する。   During the operation stop process, the purge water supply means 17 is opened, and the water stored in the purge water tank 16 is supplied to the fuel generation means 22. At that time, the partition plate 23 is pushed down by the force stored in the spring 24, whereby water is pressurized and supplied to the fuel generating means 22. The fuel generating means 22 generates water vapor by heating the supplied water, and supplies water vapor to the connected fuel supply path 13, so that the fuel gas on the fuel gas path in the fuel cell system is vaporized. Purge to stop operation.

本実施の形態3における燃料電池システムの構成により、実施の形態2で述べた効果とともに、加圧手段により加圧して水を燃料生成手段22に供給することで、燃料生成手段22や燃料供給経路13、燃料電池11などを含む燃料電池システム内の燃料ガス経路の圧力が高い場合にも、燃料電池システムのサイズを大きくすることなくパージを行うことが可能となる。   According to the configuration of the fuel cell system in the third embodiment, in addition to the effects described in the second embodiment, the fuel generation unit 22 and the fuel supply path are supplied by supplying water to the fuel generation unit 22 by being pressurized by the pressurization unit. 13. Even when the pressure of the fuel gas path in the fuel cell system including the fuel cell 11 is high, purging can be performed without increasing the size of the fuel cell system.

なお、加圧手段としてばね24を用いて以上の説明を行ったが、密閉された空間にガスを充填したガスばねや、パージ水タンク16そのものが風船のような構造をした体積膨張容器などについても同様の効果が得られる。   Although the above description has been made using the spring 24 as the pressurizing means, the gas spring in which the sealed space is filled with gas, the volume expansion container in which the purge water tank 16 itself has a balloon-like structure, and the like. The same effect can be obtained.

また、パージ水供給手段17として遮断弁を用いて以上の説明を行ったが、パージ水供給手段17については遮断弁に限るものでなく、弁以外でも同様の閉止する機能や供給する機能を有したものについても同様の効果が得られる。   Although the above description has been made using a shutoff valve as the purge water supply means 17, the purge water supply means 17 is not limited to the shutoff valve, and has a similar closing function and supply function other than the valve. The same effect can be obtained for the above.

また、パージ水供給手段17として各種の二次電池やキャパシタ、乾電池などのバックアップ電源により動作するポンプを用い、ポンプを加圧手段とする構成についても同様の効果が得られる。   Further, the same effect can be obtained with a configuration in which a pump operating by a backup power source such as various secondary batteries, capacitors, and dry batteries is used as the purge water supply means 17 and the pump is a pressurizing means.

また、パージ水量調節手段20としてポンプを用いて以上の説明を行ったが、パージ水タンク16内の水位などから水量を計測して弁の開閉を制御する構成などについても同様の効果が得られる。   Further, the above description has been made using a pump as the purge water amount adjusting means 20, but the same effect can be obtained with a configuration in which the amount of water is measured from the water level in the purge water tank 16 and the opening and closing of the valve is controlled. .

また、厳密にはパージ水の温度Tを測定するのが望ましいが、代表温度で代用した場合についても同様の効果が得られる。 Strictly speaking it is desirable to measure the temperature T W of the purge water, the same effect can be obtained when substituting the representative temperature.

本発明にかかる燃料電池システムは、停電時のように外部からの電力の供給が途絶える場合においても、燃料電池の燃料経路中の燃料のパージを行い、安全に停止することができるという効果を有し、家庭用、車用、及び携帯機器用の燃料電池システム等として有用である。   The fuel cell system according to the present invention has an effect that it can be safely stopped by purging the fuel in the fuel path of the fuel cell even when the external power supply is interrupted, such as during a power failure. In addition, it is useful as a fuel cell system for home use, car use, and portable equipment.

本発明の第1の実施の形態による燃料電池システムの構成図The block diagram of the fuel cell system by the 1st Embodiment of this invention 本発明の第2の実施の形態による燃料電池システムの構成図Configuration diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention 本発明の第3の実施の形態によるパージ水タンクの構成図Configuration diagram of a purge water tank according to a third embodiment of the present invention 従来の燃料電池システムの構成図Configuration diagram of conventional fuel cell system

符号の説明Explanation of symbols

11 燃料電池
12 酸化剤供給経路
13 燃料供給経路
14 水蒸気発生手段
15 パージ水経路
16 パージ水タンク
17 パージ水供給手段
18 温度測定手段
19 パージ水供給経路
20 パージ水量調節手段
21 制御手段
22 燃料生成手段
23 仕切板
24 ばね
25 水蒸気供給手段
26 空気供給手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Fuel cell 12 Oxidant supply path 13 Fuel supply path 14 Steam generation means 15 Purge water path 16 Purge water tank 17 Purge water supply means 18 Temperature measurement means 19 Purge water supply path 20 Purge water amount adjustment means 21 Control means 22 Fuel generation means 23 Partition plate 24 Spring 25 Water vapor supply means 26 Air supply means

Claims (5)

燃料および酸化剤を用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤を供給する酸化剤供給経路と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給経路と、前記燃料電池より上流の前記燃料供給経路に接続された水蒸気発生手段と、前記水蒸気発生手段に接続され水を供給するパージ水経路と、前記パージ水経路にて前記水蒸気発生手段へ水を供給するパージ水供給手段と、前記水蒸気発生手段に供給する水を蓄えるパージ水タンクとを具備し、燃料電池システムの運転停止処理時に前記パージ水供給手段により供給される水から、前記水蒸気発生手段で水蒸気を発生させ、発生した水蒸気により燃料電池システムのパージを行うことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that generates power using fuel and an oxidant; an oxidant supply path that supplies oxidant to the fuel cell; a fuel supply path that supplies fuel to the fuel cell; and the fuel supply upstream of the fuel cell. A steam generation means connected to the path, a purge water path connected to the steam generation means for supplying water, a purge water supply means for supplying water to the steam generation means in the purge water path, and the steam generation And a purge water tank for storing water to be supplied to the fuel cell. Water is generated by the steam generator from water supplied by the purge water supply during the operation stop process of the fuel cell system, and fuel is generated by the generated steam. A fuel cell system for purging a battery system. パージ水タンクへ水を供給するパージ水供給経路と、前記パージ水供給経路に接続され前記パージ水タンクで蓄える水の量を調節するパージ水量調節手段と、水蒸気発生手段の温度を測定する温度測定手段とを具備し、燃料電池システムの運転時に前記温度測定手段により測定された前記水蒸気発生手段の温度に応じて前記パージ水量調節手段を操作し、前記パージ水タンクに蓄える水の量を変化させ、燃料電池システムの運転停止処理時に前記パージ水タンクに蓄えられた水量だけパージを行うことを特徴とする、
請求項1に記載の燃料電池システム。
A purge water supply path for supplying water to the purge water tank, a purge water amount adjusting means connected to the purge water supply path for adjusting the amount of water stored in the purge water tank, and a temperature measurement for measuring the temperature of the water vapor generating means And operating the purge water amount adjusting means in accordance with the temperature of the water vapor generating means measured by the temperature measuring means during operation of the fuel cell system to change the amount of water stored in the purge water tank. The purging is performed by the amount of water stored in the purge water tank at the time of stopping the operation of the fuel cell system.
The fuel cell system according to claim 1.
パージ水供給手段は通電時に水の供給を停止し、非通電時に水の供給を行う機能を有することを特徴とする、
請求項1または2に記載の燃料電池システム。
The purge water supply means has a function of stopping supply of water when energized and supplying water when de-energized,
The fuel cell system according to claim 1 or 2.
原料と水蒸気を改質して水素を含む燃料ガスを生成する燃料生成手段を具備し、前記水蒸気発生手段は前記燃料生成手段であることを特徴とする、
請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池システム。
Comprising fuel generating means for reforming the raw material and steam to generate fuel gas containing hydrogen, wherein the steam generating means is the fuel generating means,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3.
パージ水タンクに蓄えられた水を加圧し、前記水蒸気発生手段に供給することが可能な加圧手段を備えることを特徴とする、
請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池システム。
Pressurizing the water stored in the purge water tank, characterized by comprising a pressurizing means capable of supplying the water vapor generating means,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4.
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