JP2005285403A - Fuel cell system and its freezing prevention method - Google Patents

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光 岡田
Toshiharu Ushiro
敏治 卯城
Akifumi Otaka
彰文 大高
Kazuto Matsuda
和人 松田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make an entire system compact and simple and surely prevent freezing of a plurality of fuel cells and cooling system . <P>SOLUTION: When temperature detected with a temperature sensor 124 is lower than a set temperature, a small amount of fuel gas is supplied from a tank for power generation to a stationary fuel cell 17, and a compressor 80 is driven. The stationary fuel cell 17 starts operation, electric power is supplied to a heater 86, and a water tank 43, an ion exchanger 45, and gas-liquid separators 26a, 26b, which may be freezed, are heated and freezing is prevented. On the other hand, a fuel cell 112 for a vehicle is connected to a cooling medium circulation system 88, the fuel cell 112 is heated with a temperature-raised cooling medium, and freezing is prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば、定置型燃料電池と車両用燃料電池を含む複数の燃料電池を備える燃料電池システム及びその凍結防止方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a plurality of fuel cells including a stationary fuel cell and a vehicle fuel cell, and a method for preventing freezing thereof.

例えば、天然ガス等の炭化水素燃料やメタノール等のアルコールを含む含水素燃料を改質して水素含有ガス（改質ガス）を得た後、この水素含有ガスを精製した高純度水素ガスを燃料ガスとして燃料電池に供給して発電を行う燃料ガス製造発電システムが採用されている。   For example, after reforming a hydrocarbon fuel such as natural gas or a hydrogen-containing fuel containing alcohol such as methanol to obtain a hydrogen-containing gas (reformed gas), a high-purity hydrogen gas obtained by purifying the hydrogen-containing gas is used as a fuel. 2. Description of the Related Art A fuel gas production power generation system that generates power by supplying a gas to a fuel cell is employed.

この種の燃料ガス製造発電システムでは、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池が使用されている。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒と多孔質カーボンからなるアノード側電極及びカソード側電極を対設して構成される電解質膜・電極構造体を、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持している。   In this type of fuel gas production power generation system, a polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is used. In this fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure comprising an anode catalyst and a cathode electrode each made of an electrode catalyst and porous carbon is provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and a separator (bipolar plate) is provided. ).

この燃料電池において、アノード側電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガスが供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気が供給される。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。   In this fuel cell, the anode side electrode is supplied with a fuel gas, for example, a gas mainly containing hydrogen, while the cathode side electrode is supplied with an oxidant gas, for example, a gas mainly containing oxygen or air. Is supplied. In the fuel gas supplied to the anode side electrode, hydrogen is ionized on the electrode catalyst and moves to the cathode side electrode side through the electrolyte membrane. Electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy.

ところで、この種の燃料電池では、イオン導電性を維持するために、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を適度に加湿しておく必要がある。このため、燃料ガス及び酸化剤ガスは、予め加湿された状態で燃料電池に供給されている。しかしながら、特に燃料電池を氷点下で始動させる際、前記燃料電池内の水分が凍結し易く、始動性が低下するという不具合が指摘されている。   By the way, in this type of fuel cell, in order to maintain ionic conductivity, it is necessary to appropriately humidify the solid polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. For this reason, the fuel gas and the oxidant gas are supplied to the fuel cell in a pre-humidified state. However, it has been pointed out that when the fuel cell is started at a temperature below freezing point, moisture in the fuel cell is likely to be frozen and startability is deteriorated.

しかも、上記の燃料電池は、作動温度が比較的低温であるため、冷却媒体、例えば、冷却水をセパレータ間に供給して冷却する必要があり、前記燃料電池に冷却水を循環させる冷却水循環系が設けられている。   Moreover, since the operating temperature of the fuel cell is relatively low, a cooling medium, for example, cooling water, needs to be supplied between the separators to be cooled, and a cooling water circulation system for circulating the cooling water to the fuel cell. Is provided.

例えば、特許文献１に開示されている固体高分子形燃料電池発電装置が知られている。この特許文献１では、天然ガス、都市ガス、メタノール、ＬＰＧ、ブタン等の燃料ガスを水素に改質する改質器と、一酸化炭素を変成するＣＯ変成器と、一酸化炭素を除去するＣＯ除去器と、起動時に各反応器が安定するまで水素を燃焼するプロセスガスバーナーと、水素によって発電セルする燃料電池と、燃料電池を冷却するための水を収納した水タンクと、前記改質器、燃料電池、プロセスガスバーナー等の排ガスの熱を回収して温水とする熱交換器と、この温水を蓄える貯湯タンクとを備えている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell power generator disclosed in Patent Document 1 is known. In Patent Document 1, a reformer that reforms a fuel gas such as natural gas, city gas, methanol, LPG, or butane into hydrogen, a CO converter that transforms carbon monoxide, and CO that removes carbon monoxide. A remover, a process gas burner that burns hydrogen until each reactor is stabilized at start-up, a fuel cell that generates electricity with hydrogen, a water tank that contains water for cooling the fuel cell, and the reformer And a heat exchanger that recovers the heat of exhaust gas such as a fuel cell and a process gas burner to make hot water, and a hot water storage tank that stores the hot water.

装置停止時に、例えば、水タンク内の水の温度が低下して、約２℃以下になる場合、あるいは、燃料電池本体の温度や装置内の雰囲気の温度が低下して凍結するおそれがある場合は、それらを検知してプロセスガスバーナーを燃焼させている。このため、貯湯タンクの温水が昇温し、該温水が水タンクを含む水系統の一部あるいは全部に循環して送られるとともに、ポンプを作動させて燃料電池の冷却部に温水が循環されることにより、燃料電池本体の温度が上昇して凍結防止が行われている。   When the device stops, for example, when the temperature of the water in the water tank decreases to about 2 ° C. or lower, or the temperature of the fuel cell body or the temperature of the atmosphere in the device may decrease and freeze Detects them and burns the process gas burner. For this reason, the hot water in the hot water storage tank rises in temperature, and the hot water is circulated and sent to a part or all of the water system including the water tank, and the hot water is circulated to the cooling part of the fuel cell by operating the pump. As a result, the temperature of the fuel cell body rises to prevent freezing.

特開２００２−２１６８２４号公報（図２）Japanese Patent Laid-Open No. 2002-216824 (FIG. 2)

ところで、燃料ガス製造発電システムでは、内部に組み込まれた燃料電池（以下、定置型燃料電池ともいう）の他に、例えば、別の発電システムを構成する定置型燃料電池や車両用燃料電池に対して燃料ガスを供給可能に構成される場合がある。その際、別の定置型燃料電池や車両用燃料電池においても同様に、氷点下の始動時に、イオン交換膜に含まれる水が凍結しているおそれがある。しかしながら、別の定置型燃料電池や車両用燃料電池に、上記の特許文献１の構成を個別に採用しようとすると、構成が複雑化且つ大型化するとともに、経済的ではないとい問題がある。   By the way, in a fuel gas production power generation system, in addition to a fuel cell (hereinafter also referred to as a stationary fuel cell) incorporated therein, for example, a stationary fuel cell or a vehicle fuel cell constituting another power generation system. In some cases, fuel gas can be supplied. At that time, in other stationary fuel cells and vehicular fuel cells as well, water contained in the ion exchange membrane may be frozen at the time of starting below freezing point. However, if the configuration of Patent Document 1 is individually adopted for another stationary fuel cell or a vehicle fuel cell, the configuration becomes complicated and large, and there is a problem that it is not economical.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、システム全体のコンパクト化及び簡素化を図るとともに、複数の燃料電池が凍結することを確実に阻止することが可能な燃料電池システム及びその凍結防止方法を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and achieves compactness and simplification of the entire system, and a fuel cell system capable of reliably preventing a plurality of fuel cells from freezing, and its freezing prevention. It aims to provide a method.

本発明に係る燃料電池システムは、含水素燃料を改質して改質ガスを得た後、前記改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する燃料ガス製造装置と、前記燃料ガス製造装置から前記燃料ガスが供給されて発電を行う定置型燃料電池と、前記燃料ガス製造装置から前記燃料ガスが供給可能な車両用燃料電池と、前記定置型燃料電池からの電力により前記燃料ガス製造装置の凍結可能部を加熱する加熱機構と、前記燃料ガス製造装置及び前記定置型燃料電池に冷却媒体を循環可能な冷却媒体循環系と、前記冷却媒体循環系と前記車両用燃料電池の冷却媒体通路とを接続可能な冷却媒体通路接続機構と、雰囲気温度又は設定部位温度を検出する温度検出機構と、検出された温度が設定温度以下である際に、前記冷却媒体循環系と前記冷却媒体通路とを接続するとともに、前記定置型燃料電池を駆動して前記加熱機構に電力を供給し、且つ前記冷却媒体循環系を駆動して前記冷却媒体を循環させる制御機構とを備えている。   A fuel cell system according to the present invention comprises a fuel gas production apparatus for purifying a hydrogen-rich fuel gas by removing unnecessary substances from the reformed gas after reforming the hydrogen-containing fuel to obtain a reformed gas, By a stationary fuel cell that generates power by being supplied with the fuel gas from the fuel gas production device, a vehicle fuel cell that can be supplied with the fuel gas from the fuel gas production device, and an electric power from the stationary fuel cell A heating mechanism for heating a freezing part of the fuel gas production apparatus, a cooling medium circulation system capable of circulating a cooling medium to the fuel gas production apparatus and the stationary fuel cell, the cooling medium circulation system, and the vehicle fuel A cooling medium passage connection mechanism capable of connecting to the cooling medium passage of the battery, a temperature detection mechanism for detecting an ambient temperature or a set site temperature, and when the detected temperature is equal to or lower than a set temperature, the cooling medium circulation system A control mechanism for connecting the cooling medium passage, driving the stationary fuel cell to supply power to the heating mechanism, and driving the cooling medium circulation system to circulate the cooling medium. Yes.

また、本発明に係る燃料電池システムは、複数の燃料電池と、前記複数の燃料電池に設けられる各冷却媒体通路に冷却媒体を循環可能な冷却媒体循環系と、雰囲気温度又は設定部位温度を検出する温度検出機構と、検出された温度が設定温度以下である際に、前記複数の燃料電池の中、少なくとも１つの燃料電池を始動させるとともに、前記冷却媒体循環系を駆動して前記冷却媒体を循環させる制御機構とを備えている。   Further, the fuel cell system according to the present invention detects a plurality of fuel cells, a cooling medium circulation system capable of circulating a cooling medium in each cooling medium passage provided in the plurality of fuel cells, and an ambient temperature or a set part temperature. And a temperature detection mechanism that starts at least one fuel cell among the plurality of fuel cells when the detected temperature is equal to or lower than a set temperature, and drives the cooling medium circulation system to And a control mechanism for circulation.

さらに、複数の燃料電池は、少なくとも１つが定置型燃料電池である一方、少なくとも１つが車両用燃料電池であり、前記定置型燃料電池の冷却媒体通路と前記車両用燃料電池の冷却媒体通路とを接続可能な冷却媒体通路接続機構を備えるとともに、制御機構は、検出された温度が設定温度以下である際に、前記定置型燃料電池を駆動することが好ましい。   Further, at least one of the plurality of fuel cells is a stationary fuel cell, while at least one is a vehicle fuel cell, and includes a cooling medium passage of the stationary fuel cell and a cooling medium passage of the vehicle fuel cell. It is preferable to provide a connectable cooling medium passage connection mechanism, and the control mechanism drives the stationary fuel cell when the detected temperature is equal to or lower than a set temperature.

さらにまた、含水素燃料を改質して改質ガスを得た後、改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する燃料ガス製造装置を備え、前記燃料ガス製造装置の運転時には、改質により発生する廃熱を介して少なくとも車両用燃料電池又は定置型燃料電池のいずれかを保温する一方、前記燃料ガス製造装置の運転停止時には、前記定置型燃料電池を駆動するとともに、冷却媒体循環系を駆動して冷却媒体を循環させることが好ましい。   Furthermore, after reforming the hydrogen-containing fuel to obtain a reformed gas, a fuel gas production apparatus for purifying hydrogen-rich fuel gas by removing unnecessary substances from the reformed gas, During operation, at least one of the vehicle fuel cell and the stationary fuel cell is kept warm through waste heat generated by reforming, and when the operation of the fuel gas production apparatus is stopped, the stationary fuel cell is driven. The cooling medium circulation system is preferably driven to circulate the cooling medium.

また、本発明は、含水素燃料を改質して改質ガスを得た後、前記改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する燃料ガス製造装置と、前記燃料ガス製造装置から前記燃料ガスが供給されて発電を行う定置型燃料電池と、前記燃料ガス製造装置から前記燃料ガスが供給可能な車両用燃料電池とを備える燃料電池システムの凍結防止方法である。   The present invention also provides a fuel gas production apparatus for purifying a hydrogen-rich fuel gas by removing unnecessary substances from the reformed gas after reforming the hydrogen-containing fuel to obtain a reformed gas, and the fuel gas A method for preventing freezing of a fuel cell system, comprising: a stationary fuel cell that generates electric power when the fuel gas is supplied from a manufacturing device; and a vehicle fuel cell that can be supplied with the fuel gas from the fuel gas manufacturing device.

先ず、雰囲気温度又は設定部位温度が設定温度以下であるか否かを検出し、前記設定温度以下であることが検出された際、定置型燃料電池が駆動される。次いで、定置型燃料電池からの電力により燃料ガス製造装置の凍結可能部を加熱するとともに、前記定置型燃料電池及び車両用燃料電池の冷却媒体通路に冷却媒体が循環される。   First, it is detected whether or not the ambient temperature or the set site temperature is equal to or lower than the set temperature. When it is detected that the ambient temperature or the set site temperature is equal to or lower than the set temperature, the stationary fuel cell is driven. Next, the freezeable part of the fuel gas production apparatus is heated by the electric power from the stationary fuel cell, and the cooling medium is circulated through the cooling medium passages of the stationary fuel cell and the vehicle fuel cell.

さらに、燃料ガス製造装置の運転時には、改質により発生する廃熱を介して少なくとも車両用燃料電池又は定置型燃料電池のいずれかを保温する一方、前記燃料ガス製造装置の運転停止時には、前記定置型燃料電池を駆動するとともに、冷却媒体循環系を駆動して冷却媒体を循環させることが好ましい。   Further, during operation of the fuel gas production apparatus, at least one of the vehicle fuel cell and the stationary fuel cell is kept warm via waste heat generated by reforming, while when the operation of the fuel gas production apparatus is stopped, the stationary It is preferable to drive the type fuel cell and drive the cooling medium circulation system to circulate the cooling medium.

さらにまた、本発明は、複数の燃料電池と、前記複数の燃料電池に設けられる各冷却媒体通路に冷却媒体を循環可能な冷却媒体循環系とを備える燃料電池システムの凍結防止方法である。   Furthermore, the present invention is a method for preventing freezing of a fuel cell system comprising a plurality of fuel cells and a cooling medium circulation system capable of circulating a cooling medium in each cooling medium passage provided in the plurality of fuel cells.

先ず、雰囲気温度又は設定部位温度を検出して、該検出された温度が設定温度以下である際に、複数の燃料電池の中、少なくとも１つの燃料電池を始動させるとともに、冷却媒体循環系を駆動して冷却媒体を循環させる。   First, the ambient temperature or the set part temperature is detected, and when the detected temperature is equal to or lower than the set temperature, at least one fuel cell among a plurality of fuel cells is started and the cooling medium circulation system is driven. Then, the cooling medium is circulated.

また、含水素燃料を改質して改質ガスを得た後、改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する燃料ガス製造装置の運転時には、改質により発生する廃熱を介して複数の燃料電池の中、少なくとも１つの車両用燃料電池又は少なくとも１つの定置型燃料電池のいずれかを保温する一方、前記燃料ガス製造装置の運転停止時には、前記複数の燃料電池の中、少なくとも１つの定置型燃料電池を駆動するとともに、冷却媒体循環系を駆動して冷却媒体を循環させることが好ましい。   In addition, after the hydrogen-containing fuel is reformed to obtain the reformed gas, the waste generated by the reforming is removed during the operation of the fuel gas production apparatus that removes unnecessary substances from the reformed gas and purifies the hydrogen-rich fuel gas. While maintaining the temperature of at least one vehicle fuel cell or at least one stationary fuel cell among the plurality of fuel cells through heat, when the operation of the fuel gas production apparatus is stopped, the plurality of fuel cells Among them, it is preferable to drive at least one stationary fuel cell and drive the cooling medium circulation system to circulate the cooling medium.

本発明では、定置型燃料電池が駆動されて、前記定置型燃料電池からの電力により燃料ガス製造装置の凍結可能部が加熱されるため、低温時にこの凍結可能部が凍結することを有効に阻止することができる。しかも、定置型燃料電池の運転により発生した廃熱を介して冷却媒体が昇温されるため、定置型燃料電池及び車両用燃料電池に前記冷却媒体が循環されると、前記定置型燃料電池及び前記車両用燃料電池が加温される。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、低温時の凍結が良好に阻止される。   In the present invention, since the stationary fuel cell is driven and the freezeable part of the fuel gas production apparatus is heated by the electric power from the stationary fuel cell, this freezeable part is effectively prevented from freezing at low temperatures. can do. Moreover, since the temperature of the cooling medium is raised through the waste heat generated by the operation of the stationary fuel cell, when the cooling medium is circulated in the stationary fuel cell and the vehicle fuel cell, the stationary fuel cell and The vehicle fuel cell is heated. Thereby, freezing at a low temperature is satisfactorily prevented with a simple and compact configuration.

また、本発明では、検出された雰囲気温度又は設定部位温度が設定温度以下である際に、少なくとも１つの燃料電池が始動することにより、該１つの燃料電池を冷却するための冷却媒体が、前記１つの燃料電池の自己発熱を作用して昇温される。従って、昇温された冷却媒体が冷却媒体循環系を循環する際に、残余の燃料電池が加温される。このため、簡単且つコンパクトな構成で、全ての燃料電池の凍結を確実に防止することが可能になる。   Further, in the present invention, when the detected ambient temperature or set site temperature is equal to or lower than the set temperature, the cooling medium for cooling the one fuel cell is started by at least one fuel cell being started. The temperature is raised by the self-heating of one fuel cell. Therefore, the remaining fuel cell is heated when the heated cooling medium circulates in the cooling medium circulation system. For this reason, it becomes possible to reliably prevent freezing of all fuel cells with a simple and compact configuration.

図１は、本発明の第１の実施形態に係る凍結防止方法を実施するための家庭用燃料ガス製造発電システム（燃料電池システム）１０の概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a household fuel gas production power generation system (fuel cell system) 10 for carrying out the freeze prevention method according to the first embodiment of the present invention.

家庭用燃料ガス製造発電システム１０は、含水素燃料、例えば、メタンやプロパン等の炭化水素燃料（以下、改質用燃料という）の改質反応により水素リッチガス（以下、改質ガスという）を得る改質部１２と、前記水素リッチガスから高純度の水素ガス（以下、燃料ガスという）を精製する精製部１４と、前記燃料ガスを貯蔵する貯蔵部１６と、前記貯蔵部１６から前記燃料ガスが供給されて発電を行う定置型燃料電池１７とを備える。少なくとも改質部１２及び精製部１４は、燃料ガス製造装置１９を構成する。   The household fuel gas production power generation system 10 obtains a hydrogen rich gas (hereinafter referred to as reformed gas) by a reforming reaction of a hydrogen-containing fuel, for example, a hydrocarbon fuel such as methane or propane (hereinafter referred to as a reforming fuel). The reforming unit 12, the purification unit 14 for purifying high-purity hydrogen gas (hereinafter referred to as fuel gas) from the hydrogen-rich gas, the storage unit 16 for storing the fuel gas, and the fuel gas from the storage unit 16 A stationary fuel cell 17 that is supplied and generates electric power. At least the reforming unit 12 and the purification unit 14 constitute a fuel gas production device 19.

改質部１２は、改質用燃料を蒸発させる蒸発器１８を備える。蒸発器１８には、燃焼器（燃焼触媒）２０が付設されるとともに、前記蒸発器１８の下流には、改質用燃料を改質して改質ガスを得る反応器（改質器）２２が配設される。反応器２２の下流には、改質ガスを冷却する冷却器２４ａが配設されるとともに、この冷却器２４ａの下流には、冷却された前記改質ガスをガス成分と水分とに分離する気液分離器２６ａが配設される。   The reforming unit 12 includes an evaporator 18 that evaporates the reforming fuel. A combustor (combustion catalyst) 20 is attached to the evaporator 18, and a reactor (reformer) 22 that reforms reforming fuel to obtain a reformed gas downstream of the evaporator 18. Is disposed. A cooler 24a for cooling the reformed gas is disposed downstream of the reactor 22, and a gas for separating the cooled reformed gas into a gas component and moisture is disposed downstream of the cooler 24a. A liquid separator 26a is provided.

改質部１２には、空気供給機構２８が設けられる。空気供給機構２８は、空気コンプレッサ３０を備えるとともに、この空気コンプレッサ３０には、改質用空気供給路３２及びオフガス排出用空気供給路３６が接続される。改質用空気供給路３２は、蒸発器１８に接続され、オフガス排出用空気供給路３６は、後述するＰＳＡ機構４８を経由して前記燃焼器２０に接続される。   The reforming unit 12 is provided with an air supply mechanism 28. The air supply mechanism 28 includes an air compressor 30, and a reforming air supply path 32 and an off-gas discharge air supply path 36 are connected to the air compressor 30. The reforming air supply path 32 is connected to the evaporator 18, and the offgas discharge air supply path 36 is connected to the combustor 20 via a PSA mechanism 48 described later.

改質用空気供給路３２及びオフガス排出用空気供給路３６は、流量制御用の弁３８ａ及び３８ｂを介して空気コンプレッサ３０に接続可能である。改質用空気供給路３２には、弁３８ａと蒸発器１８との間に位置して改質用燃料を供給するための改質用燃料エゼクタ４０が配設される。蒸発器１８には、水供給機構４２が設けられる。水供給機構４２は、水タンク４３と、水ポンプ４４と、イオン交換器４５とを備える。   The reforming air supply path 32 and the off-gas discharge air supply path 36 can be connected to the air compressor 30 via flow control valves 38a and 38b. In the reforming air supply path 32, a reforming fuel ejector 40 for supplying reforming fuel is disposed between the valve 38 a and the evaporator 18. The evaporator 18 is provided with a water supply mechanism 42. The water supply mechanism 42 includes a water tank 43, a water pump 44, and an ion exchanger 45.

気液分離器２６ａの下流には、改質ガス供給路４６を介して精製部１４を構成する、例えば、ＰＳＡ機構４８が接続され、前記ＰＳＡ機構４８には、水分が分離された改質ガスが供給される。なお、ＰＳＡ機構４８に代替えして、例えば、水素分離膜等を使用してもよい。   Downstream of the gas-liquid separator 26a, for example, a PSA mechanism 48 that constitutes the purification unit 14 is connected via a reformed gas supply path 46, and the reformed gas from which moisture has been separated is connected to the PSA mechanism 48. Is supplied. Instead of the PSA mechanism 48, for example, a hydrogen separation membrane or the like may be used.

改質ガス供給路４６には、ＰＳＡ機構４８に改質ガスを圧送するためのコンプレッサ５０が接続される。このコンプレッサ５０の下流には、冷却器２４ｂ及び気液分離器２６ｂが配設される。   A compressor 50 for pressure-feeding the reformed gas to the PSA mechanism 48 is connected to the reformed gas supply path 46. A cooler 24b and a gas-liquid separator 26b are disposed downstream of the compressor 50.

ＰＳＡ機構４８は、水素以外の成分を高圧下で選択的に吸着し、減圧下で脱着する吸着剤を充填した複数塔、例えば、３塔の吸着塔（図示せず）を備えている。各吸着塔に、吸着、減圧、均圧、脱着及び洗浄工程からなるサイクリック運転を行わせることにより、高純度水素を取り出す一方、他の成分（不要物）をオフガスとしてオフガス排出路５２に放出するように構成している。   The PSA mechanism 48 includes a plurality of towers, for example, three towers (not shown) filled with an adsorbent that selectively adsorbs components other than hydrogen under high pressure and desorbs under reduced pressure. By making each adsorption tower perform cyclic operation consisting of adsorption, depressurization, pressure equalization, desorption and washing steps, high-purity hydrogen is taken out, while other components (unnecessary substances) are released as off-gas to the off-gas discharge passage 52. It is configured to do.

オフガス排出路５２は、オフガスエゼクタ５４に接続されるとともに、前記オフガスエゼクタ５４は、オフガス排出用空気供給路３６が接続される。オフガスエゼクタ５４は、空気コンプレッサ３０を介してオフガス排出用空気供給路３６に流れるオフガス排出用空気（圧縮空気）を介してＰＳＡ機構４８からオフガスを吸引する機能を有する。   The offgas discharge path 52 is connected to an offgas ejector 54, and the offgas ejector 54 is connected to an offgas discharge air supply path 36. The off-gas ejector 54 has a function of sucking off-gas from the PSA mechanism 48 via off-gas discharge air (compressed air) flowing into the off-gas discharge air supply path 36 via the air compressor 30.

ＰＳＡ機構４８には、各吸着塔から高純度水素を排出するための燃料ガス経路５８が連通するとともに、燃料ガス経路５８にコンプレッサ６０が接続される。燃料ガス経路５８の端部は、弁６４を介して貯蔵部１６を構成する充填タンク６６に接続される。燃料ガス経路５８の途上には、分岐燃料ガス経路６８が設けられ、この分岐燃料ガス経路６８には、弁７０を介して発電用タンク７２が接続される。   A fuel gas path 58 for discharging high purity hydrogen from each adsorption tower communicates with the PSA mechanism 48, and a compressor 60 is connected to the fuel gas path 58. The end of the fuel gas path 58 is connected to a filling tank 66 constituting the storage unit 16 through a valve 64. A branch fuel gas path 68 is provided in the middle of the fuel gas path 58, and a power generation tank 72 is connected to the branch fuel gas path 68 via a valve 70.

充填タンク６６は、ディスペンサ７３を介して燃料電池車両（ＦＣＶ）７４に燃料ガスを供給する一方、発電用タンク７２は、家庭用電源を供給するための定置型燃料電池１７に燃料ガス供給路７６を介して接続されるとともに、前記燃料ガス供給路７６には、弁７８が配設される。この定置型燃料電池１７には、酸化剤ガスとして、例えば、空気を供給するためのコンプレッサ（又はスーパーチャージャ）８０が接続される。   The filling tank 66 supplies fuel gas to a fuel cell vehicle (FCV) 74 via a dispenser 73, while the power generation tank 72 supplies a fuel gas supply path 76 to the stationary fuel cell 17 for supplying household power. And a valve 78 is disposed in the fuel gas supply path 76. For example, a compressor (or supercharger) 80 for supplying air as an oxidant gas is connected to the stationary fuel cell 17.

定置型燃料電池１７には、電源ボックス８４に接続されており、この電源ボックス８４は、ＡＣ／ＤＣ変換器及び主電源切換器を内蔵する。電源ボックス８４は、コンプレッサ８０等を含むシステム補機電源を供給する一方、ヒータ（加熱機構）８６に接続されている。ヒータ８６は、家庭用燃料ガス製造発電システム１０の凍結可能部である、例えば、水タンク４３、イオン交換器４５及び気液分離器２６ａ、２６ｂ等を加熱可能に配置されている。   The stationary fuel cell 17 is connected to a power supply box 84. The power supply box 84 incorporates an AC / DC converter and a main power switch. The power supply box 84 is connected to a heater (heating mechanism) 86 while supplying system auxiliary power including the compressor 80 and the like. The heater 86 is a part that can be frozen in the household fuel gas production power generation system 10, for example, the water tank 43, the ion exchanger 45, the gas-liquid separators 26 a and 26 b, and the like.

燃料ガス製造装置１９には、冷却媒体を循環供給するための冷却媒体循環系８８が設けられる。冷却媒体循環系８８には、定置型燃料電池１７内において図示しないセパレータ間に冷却媒体を供給する冷却媒体循環通路（冷却媒体通路）９０が接続されており、前記冷却媒体循環通路９０との連結部位には、ラジエータファン９２を備えたラジエータ９４と冷却媒体ポンプ９６とが配設される。   The fuel gas production device 19 is provided with a cooling medium circulation system 88 for circulatingly supplying the cooling medium. A cooling medium circulation passage (cooling medium passage) 90 for supplying a cooling medium between separators (not shown) in the stationary fuel cell 17 is connected to the cooling medium circulation system 88, and is connected to the cooling medium circulation passage 90. A radiator 94 including a radiator fan 92 and a cooling medium pump 96 are disposed at the site.

冷却媒体循環系８８は、入口通路９８と出口通路１００とを備えるとともに、前記入口通路９８及び前記出口通路１００には、入口分岐通路９８ａ、９８ｂ及び出口分岐通路１００ａ、１００ｂが接続される。入口通路９８及び出口通路１００は、冷却器２４ａに接続され、入口分岐通路９８ａ及び出口分岐通路１００ａは、冷却器２４ｂに接続され、さらに入口分岐通路９８ｂ及び出口分岐通路１００ｂは、水タンク４３内の水を加熱するために前記水タンク４３に配設される。   The cooling medium circulation system 88 includes an inlet passage 98 and an outlet passage 100, and inlet branch passages 98 a and 98 b and outlet branch passages 100 a and 100 b are connected to the inlet passage 98 and the outlet passage 100. The inlet passage 98 and the outlet passage 100 are connected to the cooler 24a, the inlet branch passage 98a and the outlet branch passage 100a are connected to the cooler 24b, and the inlet branch passage 98b and the outlet branch passage 100b are in the water tank 43. The water tank 43 is disposed to heat the water.

入口通路９８及び出口通路１００には、それぞれＦＣＶ入口通路１０２及びＦＣＶ出口通路１０４が接続され、前記ＦＣＶ入口通路１０２は、ワンウェイバルブ１０６ａを介して接続アダプタ（冷却媒体通路接続機構）１０８に接続される一方、ＦＣＶ出口通路１０４は、ワンウェイバルブ１０６ｂを介して前記接続アダプタ１０８に接続される。接続アダプタ１０８は、燃料電池車両７４に設けられた接続アダプタ１１０に接続自在である。   An FCV inlet passage 102 and an FCV outlet passage 104 are connected to the inlet passage 98 and the outlet passage 100, respectively. The FCV inlet passage 102 is connected to a connection adapter (cooling medium passage connection mechanism) 108 via a one-way valve 106a. On the other hand, the FCV outlet passage 104 is connected to the connection adapter 108 via a one-way valve 106b. The connection adapter 108 can be freely connected to a connection adapter 110 provided in the fuel cell vehicle 74.

燃料電池車両７４は、車両用燃料電池１１２を搭載している。この車両用燃料電池１１２には、冷却媒体循環通路（冷却媒体通路）１１４が設けられ、この冷却媒体循環通路１１４には、ラジエータファン１１６を設けたラジエータ１１８と冷却媒体ポンプ１２０とが配設される。冷却媒体循環通路１１４には、入口側バイパスライン１２２と出口側バイパスライン１２３とが接続され、前記入口側バイパスライン１２２及び前記出口側バイパスライン１２３は、接続アダプタ１１０に接続されている。   The fuel cell vehicle 74 is equipped with a vehicle fuel cell 112. The vehicle fuel cell 112 is provided with a cooling medium circulation passage (cooling medium passage) 114, and a radiator 118 provided with a radiator fan 116 and a cooling medium pump 120 are disposed in the cooling medium circulation passage 114. The An inlet side bypass line 122 and an outlet side bypass line 123 are connected to the cooling medium circulation passage 114, and the inlet side bypass line 122 and the outlet side bypass line 123 are connected to the connection adapter 110.

家庭用燃料ガス製造発電システム１０には、雰囲気温度を又は設定部位温度検出するための温度センサ（温度検出機構）１２４が所定の位置に配置されている。   In the domestic fuel gas production power generation system 10, a temperature sensor (temperature detection mechanism) 124 for detecting the ambient temperature or the set site temperature is disposed at a predetermined position.

家庭用燃料ガス製造発電システム１０は、各補器類と通信及び制御を行うとともに、特に、第１の実施形態では、温度センサ１２４により検出された温度が設定温度以下である際に、冷却媒体循環系８８と冷却媒体循環通路１１４とを接続するとともに、定置型燃料電池１７を駆動してヒータ８６に電力を供給し、且つ冷却媒体循環系８８を駆動して冷却媒体を循環させるための制御機構として、例えば、制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２６を備える。この制御ＥＣＵ１２６は、ＥＣＵ専用バッテリ、例えば、リチウムバッテリを内蔵している。   The household fuel gas production power generation system 10 communicates with and controls each auxiliary device. In particular, in the first embodiment, when the temperature detected by the temperature sensor 124 is equal to or lower than the set temperature, the cooling medium Control for connecting the circulation system 88 and the cooling medium circulation passage 114, driving the stationary fuel cell 17 to supply power to the heater 86, and driving the cooling medium circulation system 88 to circulate the cooling medium. As a mechanism, for example, a control ECU (Electronic Control Unit) 126 is provided. The control ECU 126 has a built-in ECU battery, for example, a lithium battery.

このように構成される家庭用燃料ガス製造発電システム１０の動作について、以下に説明する。   The operation of the household fuel gas production power generation system 10 configured as described above will be described below.

通常運転時において、家庭用燃料ガス製造発電システム１０では、制御ＥＣＵ１２６を介して空気コンプレッサ３０が運転されており、改質用空気及びオフガス排出用空気が、それぞれ改質用空気供給路３２及びオフガス排出用空気供給路３６に送られる。   In the normal operation, in the household fuel gas production power generation system 10, the air compressor 30 is operated via the control ECU 126, and the reforming air and the off-gas exhaust air are supplied to the reforming air supply path 32 and the off-gas, respectively. It is sent to the discharge air supply path 36.

改質用空気供給路３２に供給される改質用空気は、蒸発器１８に供給されるとともに、この蒸発器１８には、例えば、天然ガスや都市ガス等の改質用燃料と水とが供給される。一方、燃焼器２０では、燃焼用空気、オフガス及び必要に応じて水素等が供給されて燃焼が行われ、蒸発器１８では、改質用燃料及び水が蒸発する。   The reforming air supplied to the reforming air supply path 32 is supplied to the evaporator 18, and the evaporator 18 contains, for example, reforming fuel such as natural gas or city gas, and water. Supplied. On the other hand, in the combustor 20, combustion air, off-gas, and hydrogen as necessary are supplied for combustion, and in the evaporator 18, the reforming fuel and water are evaporated.

蒸発した改質用燃料は、反応器２２に送られる。この反応器２２では、改質用燃料中の、例えば、メタン、空気中の酸素及び水蒸気によって、酸化反応であるＣＨ4＋２Ｏ2→ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ（発熱反応）と、燃料改質反応であるＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋４Ｈ2（吸熱反応）とが同時に行われる（オートサーマル方式）。 The evaporated reforming fuel is sent to the reactor 22. In the reactor 22, for example, CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O (exothermic reaction), which is an oxidation reaction, and a fuel reforming reaction by methane, oxygen in the air, and water vapor in the reforming fuel. A certain CH 4 + 2H 2 O → CO 2 + 4H 2 (endothermic reaction) is performed simultaneously (autothermal method).

上記のように、反応器２２により改質された改質ガスは、冷却器２４ａによって冷却された後、気液分離器２６ａに供給される。この気液分離器２６ａで水分が分離された改質ガスは、改質ガス供給路４６に送られてコンプレッサ５０で圧縮される。さらに、改質ガスは、冷却器２４ｂで冷却された後、気液分離器２６ｂに供給されて水分が分離された状態で、ＰＳＡ機構４８に供給される。   As described above, the reformed gas reformed by the reactor 22 is cooled by the cooler 24a and then supplied to the gas-liquid separator 26a. The reformed gas from which moisture has been separated by the gas-liquid separator 26 a is sent to the reformed gas supply path 46 and compressed by the compressor 50. Further, after the reformed gas is cooled by the cooler 24b, the reformed gas is supplied to the gas-liquid separator 26b and supplied to the PSA mechanism 48 in a state where moisture is separated.

ＰＳＡ機構４８では、各吸着塔内で水素以外の成分が吸着されて高濃度の水素（水素リッチ）を含む燃料ガスが精製され、この燃料ガスが燃料ガス経路５８に供給される。燃料ガスは、コンプレッサ６０の作用下に充填タンク６６と発電用タンク７２とに選択的に貯蔵される。充填タンク６６に充填されている燃料ガスは、ディスペンサ７３を介して燃料電池車両７４に供給される。   In the PSA mechanism 48, components other than hydrogen are adsorbed in each adsorption tower to purify the fuel gas containing high-concentration hydrogen (hydrogen rich), and this fuel gas is supplied to the fuel gas path 58. The fuel gas is selectively stored in the filling tank 66 and the power generation tank 72 under the action of the compressor 60. The fuel gas filled in the filling tank 66 is supplied to the fuel cell vehicle 74 via the dispenser 73.

発電用タンク７２に充填されている燃料ガスは、弁７８の開放作用下に、燃料ガス供給路７６から定置型燃料電池１７のアノード側電極（図示せず）に供給される。また、コンプレッサ８０が駆動されて、定置型燃料電池１７の図示しないカソード側電極に酸化剤ガスとして空気が供給される。このため、定置型燃料電池１７で発電が行われて電力が発生し、この電力は、家庭用電源として使用されるとともに、コンプレッサ８０を含むシステム補器電源として利用される。   The fuel gas filled in the power generation tank 72 is supplied to the anode electrode (not shown) of the stationary fuel cell 17 from the fuel gas supply path 76 under the opening action of the valve 78. Further, the compressor 80 is driven to supply air as an oxidant gas to a cathode side electrode (not shown) of the stationary fuel cell 17. Therefore, power is generated by the stationary fuel cell 17 to generate electric power. This electric power is used as a household power source and also used as a system auxiliary power source including the compressor 80.

一方、ＰＳＡ機構４８では、各吸着塔からのオフガス（残留ガス）がオフガス排出路５２に放出される。オフガス排出路５２は、オフガスエゼクタ５４を介してオフガス排出用空気供給路３６に接続されている。このため、オフガス排出路５２に放出されたオフガスは、オフガスエゼクタ５４に供給されるオフガス排出用空気（圧縮空気）を介して燃焼器２０に送られる。このオフガスは、燃焼器２０の燃焼用燃料として使用される。   On the other hand, in the PSA mechanism 48, off-gas (residual gas) from each adsorption tower is discharged to the off-gas discharge path 52. The offgas discharge path 52 is connected to the offgas discharge air supply path 36 via an offgas ejector 54. For this reason, the off-gas discharged to the off-gas discharge path 52 is sent to the combustor 20 through the off-gas discharge air (compressed air) supplied to the off-gas ejector 54. This off gas is used as a combustion fuel for the combustor 20.

次いで、本発明の第１の実施形態に係る凍結防止方法について、図２に示すフローチャートに沿って以下に説明する。   Next, the freeze prevention method according to the first embodiment of the present invention will be described below along the flowchart shown in FIG.

先ず、制御ＥＣＵ１２６では、温度センサ１２４を介して、例えば、雰囲気温度の検出を行う（ステップＳ１）。この温度センサ１２４により検出された温度が、設定温度以下、例えば、冷却媒体の凝固温度以下であるか否かが判断され（ステップＳ２）、該設置温度以下であると判断されると、ステップＳ３に進む。   First, the control ECU 126 detects, for example, the ambient temperature via the temperature sensor 124 (step S1). It is determined whether or not the temperature detected by the temperature sensor 124 is equal to or lower than a set temperature, for example, equal to or lower than the solidification temperature of the cooling medium (step S2). Proceed to

ステップＳ３では、家庭用燃料ガス製造発電システム（ＨＲＳ）１０が運転中か否かが判断され、前記家庭用燃料ガス製造発電システム１０が運転停止中であると判断されると（ステップＳ３中、ＹＥＳ）、ステップＳ４に進む。このステップＳ４では、発電用タンク７２から燃料ガス供給路７６を介して定置型燃料電池（定置型ＦＣ）１７に少量の燃料ガスが供給される一方、コンプレッサ８０が駆動される。   In step S3, it is determined whether or not the home fuel gas production power generation system (HRS) 10 is in operation. If it is determined that the home fuel gas production power generation system 10 is in operation (in step S3, YES), the process proceeds to step S4. In step S4, a small amount of fuel gas is supplied from the power generation tank 72 to the stationary fuel cell (stationary FC) 17 via the fuel gas supply path 76, while the compressor 80 is driven.

このため、定置型燃料電池１７の駆動が開始されて発電が行われ、電源ボックス８４を介してヒータ８６に電力が供給される。従って、ステップＳ５に進んで、ヒータ８６が付勢されてこのヒータ８６が配置されている凍結可能部、例えば、水タンク４３、イオン交換器４５及び気液分離器２６ａ、２６ｂ等が加熱されるとともに、冷却媒体ポンプ９６が駆動され、冷却媒体循環系８８に冷却媒体が循環する。   For this reason, driving of the stationary fuel cell 17 is started to generate electric power, and electric power is supplied to the heater 86 via the power supply box 84. Accordingly, the process proceeds to step S5, where the heater 86 is energized and the freezeable portion where the heater 86 is disposed, such as the water tank 43, the ion exchanger 45, and the gas-liquid separators 26a and 26b are heated. At the same time, the cooling medium pump 96 is driven, and the cooling medium circulates in the cooling medium circulation system 88.

これにより、冷却媒体循環系８８では、定置型燃料電池１７に冷却媒体が供給されて、この定置型燃料電池１７が加温される一方、接続アダプタ１０８、１１０が接続された車両用燃料電池１１２では、ＦＣＶ入口通路１０２を介して前記冷却媒体が冷却媒体循環通路１１４に供給される。従って、車両用燃料電池１１２は、循環される冷却媒体により加温される。そして、雰囲気温度が設定温度以上になる際に（ステップＳ６中、ＹＥＳ）、定置型燃料電池１７の駆動が停止される。   Thereby, in the coolant circulation system 88, the coolant is supplied to the stationary fuel cell 17, and the stationary fuel cell 17 is heated, while the vehicle fuel cell 112 to which the connection adapters 108 and 110 are connected is connected. Then, the cooling medium is supplied to the cooling medium circulation passage 114 via the FCV inlet passage 102. Therefore, the vehicle fuel cell 112 is heated by the circulating cooling medium. When the ambient temperature becomes equal to or higher than the set temperature (YES in step S6), the driving of the stationary fuel cell 17 is stopped.

このように、第１の実施形態では、温度センサ１２４を介して検出される雰囲気器温度が設定温度以下である際に、定置型燃料電池１７が駆動されてヒータ８６に電力が供給され、水タンク４３、イオン交換器４５及び気液分離器２６ａ、２６ｂ等の凍結可能部が加熱される。このため、低温時に、凍結可能部が凍結することを有効に阻止することができる。しかも、定置型燃料電池１７が運転されることによって発生する熱を介して、冷却媒体の温度が上昇する。従って、この冷却媒体を冷却媒体循環系８８で循環させることによって、定置型燃料電池１７及び車両用燃料電池１１２を加温することが可能になる。   As described above, in the first embodiment, when the atmospheric temperature detected by the temperature sensor 124 is equal to or lower than the set temperature, the stationary fuel cell 17 is driven to supply power to the heater 86, The freezeable parts such as the tank 43, the ion exchanger 45, and the gas-liquid separators 26a and 26b are heated. For this reason, it is possible to effectively prevent the freezing part from freezing at a low temperature. In addition, the temperature of the cooling medium rises through the heat generated when the stationary fuel cell 17 is operated. Therefore, the stationary fuel cell 17 and the vehicle fuel cell 112 can be heated by circulating the cooling medium in the cooling medium circulation system 88.

これにより、家庭用燃料ガス製造発電システム１０は、簡単且つコンパクトな構成で、凍結が良好に阻止されるとともに、制御ＥＣＵ１２６による制御が一挙に簡素化するという効果が得られる。   As a result, the household fuel gas production power generation system 10 has the simple and compact configuration, and is effective in that freezing is well prevented and the control by the control ECU 126 is simplified at once.

一方、ステップＳ３において、雰囲気温度が設定温度以下である際に、家庭用燃料ガス製造発電システム１０が運転中であると（ステップＳ３中、ＮＯ）、ステップＳ７に進んで、定置型燃料電池１７及び車両用燃料電池１１２に冷却媒体が供給される。すなわち、家庭用燃料ガス製造発電システム１０では、運転が行われることによって冷却器２４ａ、２４ｂで熱交換が行われており、冷却媒体循環系８８を循環する冷却媒体が昇温されている。   On the other hand, if the household fuel gas production power generation system 10 is in operation when the ambient temperature is equal to or lower than the set temperature in step S3 (NO in step S3), the process proceeds to step S7, and the stationary fuel cell 17 The cooling medium is supplied to the vehicle fuel cell 112. That is, in the domestic fuel gas production power generation system 10, heat exchange is performed in the coolers 24 a and 24 b by operation, and the temperature of the cooling medium circulating in the cooling medium circulation system 88 is increased.

このため、昇温されている冷却媒体を、接続アダプタ１０８、１１０の連結作用下に車両用燃料電池１１２の冷却媒体循環通路１１４に供給すれば、前記車両用燃料電池１１２を良好に加温することができる。これにより、燃料ガス製造中の廃熱を利用して、車両用燃料電池１１２を暖機することができ、特別な加熱手段が不要になって経済的であるという利点がある。なお、定置型燃料電池１７では、冷却媒体ポンプ９６の駆動作用下に、冷却媒体循環通路９０に冷却媒体を循環させることにより、常時、加温することができる。また、低温時にのみ、冷却媒体循環系８８の冷却媒体を冷却媒体循環通路９０に供給してもよい。   For this reason, if the coolant whose temperature has been raised is supplied to the coolant circulation passage 114 of the vehicle fuel cell 112 under the connecting action of the connection adapters 108 and 110, the vehicle fuel cell 112 can be satisfactorily heated. be able to. Thereby, the fuel cell 112 for vehicles can be warmed up using the waste heat in fuel gas manufacture, and there exists an advantage that a special heating means becomes unnecessary and it is economical. The stationary fuel cell 17 can always be heated by circulating the cooling medium in the cooling medium circulation passage 90 under the driving action of the cooling medium pump 96. In addition, the cooling medium of the cooling medium circulation system 88 may be supplied to the cooling medium circulation passage 90 only at a low temperature.

図３は、本発明の第２の実施形態係る燃料電池システムの凍結防止方法を実施するための家庭用燃料ガス製造発電システム１３０の概略構成図である。なお、第１の実施形態に係る家庭用燃料ガス製造発電システム１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。   FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a domestic fuel gas production power generation system 130 for carrying out the freeze prevention method of the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component same as the domestic fuel gas production power generation system 10 which concerns on 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

この第２の実施形態では、定置型燃料電池１７の冷却媒体循環通路９０は、冷却媒体循環系８８を構成する入口通路９８にバルブ１３２を介して開閉自在であるとともに、この入口通路９８には、前記バルブ１３２に近接してバルブ１３４が設けられている。温度センサ１２４は、設定部位である定置型燃料電池１７の温度を検出するように構成されている。   In the second embodiment, the cooling medium circulation passage 90 of the stationary fuel cell 17 can be opened and closed via a valve 132 to an inlet passage 98 constituting the cooling medium circulation system 88. A valve 134 is provided adjacent to the valve 132. The temperature sensor 124 is configured to detect the temperature of the stationary fuel cell 17 that is a set part.

このように構成される第２の実施形態に係る家庭用燃料ガス製造発電システム１３０の凍結防止方法について、図４に示すフローチャートに沿って以下に説明する。   A freeze prevention method for the household fuel gas production power generation system 130 according to the second embodiment configured as described above will be described below along the flowchart shown in FIG.

先ず、制御ＥＣＵ１２６は、定置型燃料電池１７の冷却媒体温度を温度センサ１２４を介して検出する（ステップＳ１１）。そして、定置型燃料電池１７が冷却媒体の凝固温度以下になったと判断されると（ステップＳ１２中、ＹＥＳ）、ステップＳ１３に進んで、家庭用燃料ガス製造発電システム１３０の運転が停止されているか否かが判断される。   First, the control ECU 126 detects the coolant temperature of the stationary fuel cell 17 via the temperature sensor 124 (step S11). If it is determined that the stationary fuel cell 17 has become below the solidification temperature of the cooling medium (YES in step S12), the process proceeds to step S13, and is the operation of the household fuel gas production power generation system 130 stopped? It is determined whether or not.

この家庭用燃料ガス製造発電システム１３０の運転が停止されていると判断されると（ステップＳ１３中、ＹＥＳ）、ステップＳ１４に進んで、定置型燃料電池１７に少量の燃料ガスが供給されてこの定置型燃料電池１７が始動される。さらに、ステップＳ１５に進んで、冷却媒体ポンプ９６が駆動されるとともに、バルブ１３２が開放される一方、バルブ１３４が閉塞される。一方、車両用燃料電池１１２側では、ワンウェイバルブ１０６ａ、１０６ｂが開放されて冷却媒体循環通路１１４が冷却媒体循環系８８に接続される。   If it is determined that the operation of the household fuel gas production power generation system 130 is stopped (YES in step S13), the process proceeds to step S14, where a small amount of fuel gas is supplied to the stationary fuel cell 17, and this The stationary fuel cell 17 is started. In step S15, the cooling medium pump 96 is driven, the valve 132 is opened, and the valve 134 is closed. On the other hand, on the vehicle fuel cell 112 side, the one-way valves 106 a and 106 b are opened, and the cooling medium circulation passage 114 is connected to the cooling medium circulation system 88.

従って、定置型燃料電池１７の発電により温められた冷却媒体は、冷却媒体循環通路９０から冷却媒体循環系８８に送られ、さらに冷却媒体循環通路１１４を通って車両用燃料電池１１２に供給される。このため、車両用燃料電池１１２が加温され、前記車両用燃料電池１１２の凍結が良好に防止される。   Therefore, the cooling medium heated by the power generation of the stationary fuel cell 17 is sent from the cooling medium circulation passage 90 to the cooling medium circulation system 88 and further supplied to the vehicle fuel cell 112 through the cooling medium circulation passage 114. . For this reason, the fuel cell 112 for vehicles is heated and the freezing of the fuel cell 112 for vehicles is prevented favorably.

そして、温度センサ１２４による検出温度が定置型燃料電池１７における冷却媒体の凝固温度以上になると（ステップＳ１６、ＹＥＳ）、前記定置型燃料電池１７の運転が停止される。   When the temperature detected by the temperature sensor 124 becomes equal to or higher than the solidification temperature of the cooling medium in the stationary fuel cell 17 (step S16, YES), the operation of the stationary fuel cell 17 is stopped.

このように、第２の実施形態では、複数の燃料電池である定置型燃料電池１７及び車両用燃料電池１１２を備えており、温度センサ１２４による検出温度が設定温度以下となる際に、前記定置型燃料電池１７のみを始動させることによって冷却媒体を昇温させ、この昇温された冷却媒体により車両用燃料電池１１２を加温することができる。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、全ての燃料電池の凍結を確実に防止することが可能なるという効果が得られる。   As described above, in the second embodiment, the stationary fuel cell 17 and the vehicle fuel cell 112, which are a plurality of fuel cells, are provided, and when the temperature detected by the temperature sensor 124 is equal to or lower than the set temperature, the stationary fuel cell 17 is provided. By starting only the fuel cell 17, the temperature of the cooling medium can be increased, and the vehicle fuel cell 112 can be heated by the increased temperature of the cooling medium. Thereby, it is possible to obtain an effect that it is possible to reliably prevent freezing of all the fuel cells with a simple and compact configuration.

一方、ステップＳ１３において、家庭用燃料ガス製造発電システム１３０が運転していると判断されると（ステップＳ１３中、ＮＯ）、ステップＳ１７に進む。家庭用燃料ガス製造発電システム１３０が運転しているため、冷却媒体循環系８８では、バルブ１３２が閉塞される一方、バルブ１３４が開放されており、冷却器２４ａ、２４ｂにより熱交換されて昇温された冷却媒体が、この冷却媒体循環系８８を循環している。   On the other hand, if it is determined in step S13 that the household fuel gas production power generation system 130 is operating (NO in step S13), the process proceeds to step S17. Since the household fuel gas production power generation system 130 is in operation, in the cooling medium circulation system 88, the valve 132 is closed and the valve 134 is opened, and heat is exchanged by the coolers 24a and 24b to raise the temperature. The cooled cooling medium circulates in the cooling medium circulation system 88.

そこで、バルブ１３２を開放して、昇温されている冷却媒体を定置型燃料電池１７に供給し、この定置型燃料電池１７を加熱する。さらに、ワンウェイバルブ１０６ａ、１０６ｂを開放して昇温された冷却媒体を車両用燃料電池１１２に供給し、該車両用燃料電池１１２を加熱する（ステップＳ１７）。   Therefore, the valve 132 is opened, the coolant whose temperature has been raised is supplied to the stationary fuel cell 17, and the stationary fuel cell 17 is heated. Further, the one-way valves 106a and 106b are opened to supply the cooling medium heated to the vehicle fuel cell 112, and the vehicle fuel cell 112 is heated (step S17).

従って、第２の実施形態では、改質部１２の運転により発生する廃熱を利用して、定置型燃料電池１７及び車両用燃料電池１１２の加温が効率的に遂行される等、第１の実施形態と同様の効果が得られる。   Therefore, in the second embodiment, the heating of the stationary fuel cell 17 and the vehicle fuel cell 112 is efficiently performed using the waste heat generated by the operation of the reforming unit 12. The same effect as in the embodiment can be obtained.

本発明の第１の実施形態に係る凍結防止方法を実施するための家庭用燃料ガス製造発電システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a household fuel gas production power generation system for carrying out a freeze prevention method according to a first embodiment of the present invention. 前記凍結防止方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the said freeze prevention method. 本発明の第２の実施形態に係る凍結防止方法を実施するための家庭用燃料ガス製造発電システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the household fuel gas production power generation system for enforcing the freeze prevention method which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 前記凍結防止方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the said freeze prevention method.

符号の説明Explanation of symbols

１０、１３０…家庭用燃料ガス製造発電システム
１２…改質部 １４…精製部
１６…貯蔵部 １７…定置型燃料電池
１８…蒸発器 ２２…反応器
２４ａ、２４ｂ…冷却器 ４２…水供給機構
４３…水タンク ４８…ＰＳＡ機構
６６…充填タンク ７２…発電用タンク
７４…燃料電池車両 ７６…燃料ガス供給路
８０…コンプレッサ ８４…電源ボックス
８６…ヒータ ８８…冷却媒体循環系
９０、１１４…冷却媒体循環通路 ９８…入口通路
９８ａ、９８ｂ…入口分岐通路 １００…出口通路
１００ａ、１００ｂ…出口分岐通路 １０２…ＦＣＶ入口通路
１０４…ＦＣＶ出口通路 １０８、１１０…接続アダプタ
１１２…車両用燃料電池 １２４…温度センサ
１２６…制御ＥＣＵ １３２、１３４…バルブ

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 130 ... Domestic fuel gas production power generation system 12 ... Reformer 14 ... Refiner 16 ... Storage 17 ... Stationary fuel cell 18 ... Evaporator 22 ... Reactor 24a, 24b ... Cooler 42 ... Water supply mechanism 43 ... Water tank 48 ... PSA mechanism 66 ... Filling tank 72 ... Power generation tank 74 ... Fuel cell vehicle 76 ... Fuel gas supply path 80 ... Compressor 84 ... Power supply box 86 ... Heater 88 ... Cooling medium circulation system 90, 114 ... Cooling medium circulation Passage 98 ... Inlet passage 98a, 98b ... Inlet branch passage 100 ... Outlet passage 100a, 100b ... Outlet branch passage 102 ... FCV inlet passage 104 ... FCV outlet passage 108, 110 ... Connection adapter 112 ... Vehicle fuel cell 124 ... Temperature sensor 126 ... Control ECU 132, 134 ... Valve

Claims (8)

含水素燃料を改質して改質ガスを得た後、前記改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する燃料ガス製造装置と、
前記燃料ガス製造装置から前記燃料ガスが供給されて発電を行う定置型燃料電池と、
前記燃料ガス製造装置から前記燃料ガスが供給可能な車両用燃料電池と、
前記定置型燃料電池からの電力により前記燃料ガス製造装置の凍結可能部を加熱する加熱機構と、
前記燃料ガス製造装置及び前記定置型燃料電池に冷却媒体を循環可能な冷却媒体循環系と、
前記冷却媒体循環系と前記車両用燃料電池の冷却媒体通路とを接続可能な冷却媒体通路接続機構と、
雰囲気温度又は設定部位温度を検出する温度検出機構と、
検出された温度が設定温度以下である際に、前記冷却媒体循環系と前記冷却媒体通路とを接続するとともに、前記定置型燃料電池を駆動して前記加熱機構に電力を供給し、且つ前記冷却媒体循環系を駆動して前記冷却媒体を循環させる制御機構と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel gas production apparatus for purifying a hydrogen-rich fuel gas by removing unnecessary substances from the reformed gas after reforming the hydrogen-containing fuel to obtain a reformed gas;
A stationary fuel cell that generates power by being supplied with the fuel gas from the fuel gas production device;
A vehicle fuel cell capable of supplying the fuel gas from the fuel gas production device;
A heating mechanism that heats the freezing part of the fuel gas production apparatus with electric power from the stationary fuel cell;
A cooling medium circulation system capable of circulating a cooling medium to the fuel gas production apparatus and the stationary fuel cell;
A coolant passage connection mechanism capable of connecting the coolant circulation system and the coolant passage of the vehicle fuel cell;
A temperature detection mechanism for detecting the ambient temperature or the set site temperature;
When the detected temperature is equal to or lower than a set temperature, the cooling medium circulation system and the cooling medium passage are connected, the stationary fuel cell is driven to supply power to the heating mechanism, and the cooling A control mechanism for driving the medium circulation system to circulate the cooling medium;
A fuel cell system comprising: 複数の燃料電池と、
前記複数の燃料電池に設けられる各冷却媒体通路に冷却媒体を循環可能な冷却媒体循環系と、
雰囲気温度又は設定部位温度を検出する温度検出機構と、
検出された温度が設定温度以下である際に、前記複数の燃料電池の中、少なくとも１つの燃料電池を始動させるとともに、前記冷却媒体循環系を駆動して前記冷却媒体を循環させる制御機構と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A plurality of fuel cells;
A cooling medium circulation system capable of circulating a cooling medium in each cooling medium passage provided in the plurality of fuel cells;
A temperature detection mechanism for detecting the ambient temperature or the set site temperature;
A control mechanism for starting at least one of the plurality of fuel cells and driving the cooling medium circulation system to circulate the cooling medium when the detected temperature is equal to or lower than a set temperature;
A fuel cell system comprising: 請求項２記載の燃料電池システムにおいて、前記複数の燃料電池は、少なくとも１つが定置型燃料電池である一方、少なくとも１つが車両用燃料電池であり、
前記定置型燃料電池の冷却媒体通路と前記車両用燃料電池の冷却媒体通路とを接続可能な冷却媒体通路接続機構を備えるとともに、
前記制御機構は、検出された温度が設定温度以下である際に、前記定置型燃料電池を駆動することを特徴とする燃料電池システム。 3. The fuel cell system according to claim 2, wherein at least one of the plurality of fuel cells is a stationary fuel cell, and at least one of the fuel cells is a vehicle fuel cell.
A cooling medium passage connection mechanism capable of connecting the cooling medium passage of the stationary fuel cell and the cooling medium passage of the vehicle fuel cell;
The control mechanism drives the stationary fuel cell when the detected temperature is equal to or lower than a set temperature. 請求項３記載の燃料電池システムにおいて、含水素燃料を改質して改質ガスを得た後、前記改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する燃料ガス製造装置を備え、
前記燃料ガス製造装置の運転時には、改質により発生する廃熱を介して少なくとも前記車両用燃料電池又は前記定置型燃料電池のいずれかを保温する一方、
前記燃料ガス製造装置の運転停止時には、前記定置型燃料電池を駆動するとともに、前記冷却媒体循環系を駆動して前記冷却媒体を循環させることを特徴とする燃料電池システム。 4. The fuel cell system according to claim 3, wherein after the hydrogen-containing fuel is reformed to obtain a reformed gas, an unnecessary material is removed from the reformed gas to purify the hydrogen-rich fuel gas. Prepared,
During operation of the fuel gas production device, while maintaining at least either the vehicle fuel cell or the stationary fuel cell through waste heat generated by reforming,
When the operation of the fuel gas production apparatus is stopped, the stationary fuel cell is driven, and the cooling medium circulation system is driven to circulate the cooling medium. 含水素燃料を改質して改質ガスを得た後、前記改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する燃料ガス製造装置と、前記燃料ガス製造装置から前記燃料ガスが供給されて発電を行う定置型燃料電池と、前記燃料ガス製造装置から前記燃料ガスが供給可能な車両用燃料電池とを備える燃料電池システムの凍結防止方法であって、
雰囲気温度又は設定部位温度が設定温度以下であるか否かを検出する工程と、
検出された温度が前記設定温度以下である際、前記定置型燃料電池を駆動する工程と、
前記定置型燃料電池からの電力により前記燃料ガス製造装置の凍結可能部を加熱するとともに、前記定置型燃料電池及び前記車両用燃料電池の冷却媒体通路に冷却媒体を循環させる工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの凍結防止方法。 A fuel gas production apparatus that purifies hydrogen-rich fuel gas by removing unnecessary substances from the reformed gas after reforming the hydrogen-containing fuel to obtain the reformed gas, and the fuel gas from the fuel gas production apparatus Is a freeze prevention method for a fuel cell system, comprising: a stationary fuel cell that generates power by being supplied; and a vehicle fuel cell that can be supplied with the fuel gas from the fuel gas production device,
Detecting whether the ambient temperature or the set site temperature is equal to or lower than the set temperature;
Driving the stationary fuel cell when the detected temperature is equal to or lower than the set temperature;
Heating the freezing part of the fuel gas production apparatus with electric power from the stationary fuel cell, and circulating a cooling medium in the cooling medium passages of the stationary fuel cell and the vehicle fuel cell;
A method for preventing freezing of a fuel cell system, comprising: 請求項５記載の凍結防止方法において、前記燃料ガス製造装置の運転時には、改質により発生する廃熱を介して少なくとも前記車両用燃料電池又は前記定置型燃料電池のいずれかを保温する一方、
前記燃料ガス製造装置の運転停止時には、前記定置型燃料電池を駆動するとともに、前記冷却媒体循環系を駆動して前記冷却媒体を循環させることを特徴とする燃料電池システムの凍結防止方法。 The freeze prevention method according to claim 5, wherein during operation of the fuel gas production device, at least either the vehicle fuel cell or the stationary fuel cell is kept warm through waste heat generated by reforming,
A method for preventing freezing of a fuel cell system, wherein when the operation of the fuel gas production apparatus is stopped, the stationary fuel cell is driven and the cooling medium circulation system is driven to circulate the cooling medium. 複数の燃料電池と、前記複数の燃料電池に設けられる各冷却媒体通路に冷却媒体を循環可能な冷却媒体循環系とを備える燃料電池システムの凍結防止方法であって、
雰囲気温度又は設定部位温度を検出する工程と、
検出された温度が設定温度以下である際に、前記複数の燃料電池の中、少なくとも１つの燃料電池を始動させるとともに、前記冷却媒体循環系を駆動して前記冷却媒体を循環させる工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの凍結防止方法。 A method for preventing freezing of a fuel cell system comprising: a plurality of fuel cells; and a cooling medium circulation system capable of circulating a cooling medium in each cooling medium passage provided in the plurality of fuel cells,
Detecting the ambient temperature or the set site temperature;
When the detected temperature is equal to or lower than a set temperature, starting at least one fuel cell among the plurality of fuel cells and driving the cooling medium circulation system to circulate the cooling medium;
A method for preventing freezing of a fuel cell system, comprising: 請求項７記載の凍結防止方法において、含水素燃料を改質して改質ガスを得た後、前記改質ガスから不要物を除去して水素リッチな燃料ガスを精製する燃料ガス製造装置の運転時には、改質により発生する廃熱を介して前記複数の燃料電池の中、少なくとも１つの車両用燃料電池又は少なくとも１つの定置型燃料電池のいずれかを保温する一方、
前記燃料ガス製造装置の運転停止時には、前記定置型燃料電池を駆動するとともに、前記冷却媒体循環系を駆動して前記冷却媒体を循環させることを特徴とする燃料電池システムの凍結防止方法。

8. The antifreezing method according to claim 7, wherein after the hydrogen-containing fuel is reformed to obtain a reformed gas, an unnecessary substance is removed from the reformed gas to purify the hydrogen-rich fuel gas. During operation, while at least one vehicle fuel cell or at least one stationary fuel cell is kept warm among the plurality of fuel cells through waste heat generated by reforming,
A method for preventing freezing of a fuel cell system, wherein when the operation of the fuel gas production apparatus is stopped, the stationary fuel cell is driven and the cooling medium circulation system is driven to circulate the cooling medium.

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WO2019109844A1 (en) * 2017-12-04 2019-06-13 中国科学院大连化学物理研究所 Direct liquid fuel cell power generation device
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DE102022203081A1 (en) 2022-03-29 2023-10-05 Mahle International Gmbh Cold start method for a fuel cell system and fuel cell system

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