JP2006331822A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system which can prevent moisture in a fuel gas from being frozen. <P>SOLUTION: The fuel cell system (100) is provided with a fuel cell (20) in which electric power is generated by the fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen, and a heat exchange means (30, 106) for heating the fuel gas. The heat exchange means (30, 106) is characterized by heating the fuel gas by a fuel exhaust gas and an oxidizer exhaust gas exhausted from the fuel cell (20). In this case, the fuel gas is sufficiently heated in the heat exchange means (30, 106) by both of the fuel exhaust gas and the oxidizer exhaust gas. By the above, the moisture in the fuel gas is prevented from being frozen. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell.

燃料電池は、一般的には水素及び酸素を燃料として電気エネルギーを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れかつ高いエネルギー効率が実現できることから、今後のエネルギー供給システムとして広く開発が進められてきている。   A fuel cell is a device that generally obtains electric energy using hydrogen and oxygen as fuel. This fuel cell has been developed widely as a future energy supply system because it is environmentally friendly and can realize high energy efficiency.

燃料電池を低温条件下等で使用する場合には、システム配管内の水分の凍結を防止する必要がある。例えば、供給ガス配管の周りを排ガスが通る二重管構造を有する配管を備えた燃料電池スタックガス供給装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。この技術によれば、燃料電池の排ガスの熱を利用して供給ガス(燃料ガス)を予熱することができる。   When the fuel cell is used under a low temperature condition or the like, it is necessary to prevent freezing of water in the system piping. For example, a fuel cell stack gas supply device including a pipe having a double pipe structure through which exhaust gas passes around a supply gas pipe is disclosed (for example, see Patent Document 1). According to this technique, the supply gas (fuel gas) can be preheated using the heat of the exhaust gas of the fuel cell.

特開2000−306593号公報JP 2000-306593 A

しかしながら、特許文献1の技術では、供給配管内の流体と熱交換する流体が1種類だけである。したがって、固体高分子型燃料電池等の低温型燃料電池においては、低温条件下で供給配管内の流体を十分に加熱することができない。その結果、燃料電池システムの凍結を防止することができないおそれがある。   However, in the technique of Patent Document 1, there is only one type of fluid that exchanges heat with the fluid in the supply pipe. Therefore, in a low temperature fuel cell such as a solid polymer fuel cell, the fluid in the supply pipe cannot be sufficiently heated under a low temperature condition. As a result, the fuel cell system may not be prevented from freezing.

本発明は、燃料ガス中の水分が凍結することを防止することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the fuel cell system which can prevent the water | moisture content in fuel gas freezing.

本発明に係る燃料電池システムは、水素を含有する燃料ガスおよび酸素を含有する酸化剤ガスによって発電を行う燃料電池と、燃料ガスを加熱する熱交換手段とを備え、熱交換手段は、燃料電池から排出される燃料排ガスおよび酸化剤排ガスによって燃料ガスを加熱することを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池システムにおいては、熱交換手段において燃料排ガスおよび酸化剤排ガスの両方のガスによって燃料ガスが十分に加熱される。それにより、燃料ガス中の水分の凍結が防止される。   A fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that generates power using a hydrogen-containing fuel gas and an oxygen-containing oxidant gas, and a heat exchange unit that heats the fuel gas. The fuel gas is heated by the fuel exhaust gas and the oxidant exhaust gas discharged from the fuel. In the fuel cell system according to the present invention, the fuel gas is sufficiently heated by the gas of both the fuel exhaust gas and the oxidant exhaust gas in the heat exchange means. Thereby, freezing of moisture in the fuel gas is prevented.

熱交換手段は、燃料排ガスおよび酸化剤排ガスを処理する排ガス処理手段と、燃料ガスを燃料電池に供給するための燃料ガス供給配管とをさらに備え、燃料ガス供給配管は、排ガス処理手段内を通ってもよい。この場合、燃料排ガスおよび酸化剤排ガスの両方のガスによって燃料ガス供給配管が十分に加熱される。それにより、燃料ガスも十分に加熱される。その結果、燃料ガス中の水分の凍結が防止される。また、排ガス処理手段を用いて燃料ガスを加熱することから、燃料ガスを加熱するための加熱手段を新たに設ける必要がない。それにより、本発明に係る燃料電池システムを小型化することができる。   The heat exchange means further includes an exhaust gas treatment means for treating the fuel exhaust gas and the oxidant exhaust gas, and a fuel gas supply pipe for supplying the fuel gas to the fuel cell. The fuel gas supply pipe passes through the exhaust gas treatment means. May be. In this case, the fuel gas supply pipe is sufficiently heated by both the fuel exhaust gas and the oxidant exhaust gas. Thereby, the fuel gas is also sufficiently heated. As a result, water in the fuel gas is prevented from freezing. Further, since the fuel gas is heated using the exhaust gas treatment means, it is not necessary to newly provide a heating means for heating the fuel gas. Thereby, the fuel cell system according to the present invention can be reduced in size.

熱交換手段は、燃料排ガスが流動する燃料排ガス排出配管をさらに備え、燃料排ガス排出配管を流動する燃料排ガスは、排ガス処理手段と燃料電池との間における燃料ガス供給配管の外壁に接触してもよい。この場合、燃料ガス供給配管の外壁を通じて燃料排ガスと燃料ガスとの間で熱交換が効率よく行われる。それにより、燃料ガスが十分に加熱される。   The heat exchanging means further includes a fuel exhaust gas exhaust pipe through which the fuel exhaust gas flows, and the fuel exhaust gas flowing through the fuel exhaust gas exhaust pipe contacts the outer wall of the fuel gas supply pipe between the exhaust gas processing means and the fuel cell. Good. In this case, heat exchange between the fuel exhaust gas and the fuel gas is efficiently performed through the outer wall of the fuel gas supply pipe. Thereby, the fuel gas is sufficiently heated.

燃料ガス供給配管は、燃料排ガス排出配管内を通ってもよい。この場合、燃料ガス供給配管が直接外気に接することが防止される。それにより、燃料ガスを効率よく加熱することができる。   The fuel gas supply pipe may pass through the fuel exhaust gas discharge pipe. In this case, the fuel gas supply pipe is prevented from coming into direct contact with the outside air. Thereby, fuel gas can be heated efficiently.

燃料ガス供給配管は、排ガス処理手段内においてリリーフ弁を備えていてもよい。この場合、燃料ガス供給配管内におけるガス圧力の過度の上昇を防止することができる。それにより、燃料ガス供給配管の破裂、破損等を防止することができる。また、リリーフ弁から排出される燃料ガスは、排ガス処理手段内に排出される。それにより、燃料ガスが直接大気に排出されることを防止することができる。さらに、リリーフ弁が排ガス処理手段内に設けられていることから、リリーフ弁の動作音の外部への漏れを低減させることができる。また、排ガス処理手段は、排ガスを希釈する希釈器であってもよい。   The fuel gas supply pipe may include a relief valve in the exhaust gas processing means. In this case, an excessive increase in the gas pressure in the fuel gas supply pipe can be prevented. Thereby, rupture, breakage, etc. of the fuel gas supply pipe can be prevented. Further, the fuel gas discharged from the relief valve is discharged into the exhaust gas processing means. Thereby, it is possible to prevent the fuel gas from being discharged directly to the atmosphere. Furthermore, since the relief valve is provided in the exhaust gas treatment means, it is possible to reduce leakage of the operation sound of the relief valve to the outside. Further, the exhaust gas treatment means may be a diluter that dilutes the exhaust gas.

本発明によれば、燃料排ガスおよび酸化剤排ガスの両方のガスによって燃料ガスを十分に加熱することができる。それにより、燃料ガス中の水分の凍結が防止される。   According to the present invention, the fuel gas can be sufficiently heated by both the fuel exhaust gas and the oxidant exhaust gas. Thereby, freezing of moisture in the fuel gas is prevented.

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

図1は、本発明の第1実施例に係る燃料電池システム100の全体構成を示す模式図である。図1にしたがって、燃料電池システム100の構成を説明する。図1に示すように、燃料電池システム100は、加湿モジュール10、燃料電池20、希釈器30、マフラ40および水素タンク50を備える。   FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a fuel cell system 100 according to a first embodiment of the present invention. The configuration of the fuel cell system 100 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 100 includes a humidification module 10, a fuel cell 20, a diluter 30, a muffler 40, and a hydrogen tank 50.

加湿モジュール10は、燃料電池20によって排出されるカソードオフガス中の水分を回収し、その水分をエアコンプレッサ(図示せず)から供給されるエアに与えることによってエアの湿度を高める機能を有する。加湿モジュール10は、エアコンプレッサと配管101を介して接続され、配管102を介して燃料電池20のエア入り口21と接続され、配管103を介して燃料電池20のカソードオフガス出口22と接続され、配管104を介して希釈器30と接続されている。配管101は、加湿モジュール10内で配管102に接続されている。また、配管103は、加湿モジュール10内で配管104に接続されている。   The humidification module 10 has a function of collecting the moisture in the cathode offgas discharged by the fuel cell 20 and increasing the humidity of the air by supplying the moisture to the air supplied from an air compressor (not shown). The humidification module 10 is connected to an air compressor via a pipe 101, connected to an air inlet 21 of the fuel cell 20 via a pipe 102, and connected to a cathode offgas outlet 22 of the fuel cell 20 via a pipe 103. It is connected to the diluter 30 via 104. The pipe 101 is connected to the pipe 102 in the humidification module 10. The pipe 103 is connected to the pipe 104 in the humidification module 10.

燃料電池20は、固体高分子型燃料電池からなり、エア入口21、カソードオフガス出口22、燃料ガス入口23、アノードオフガス出口24、アノード(図示せず)およびカソード(図示せず)を備える。アノードオフガス出口24は、燃料ガス入口23を囲むように形成されている。エア入口21は、カソードを介してカソードオフガス出口22に接続されている。燃料ガス入口23は、アノードを介してアノードオフガス出口24に接続されている。また、アノードオフガス出口24は、配管107を介して希釈器30に接続されている。詳細は後述する。   The fuel cell 20 includes a polymer electrolyte fuel cell, and includes an air inlet 21, a cathode offgas outlet 22, a fuel gas inlet 23, an anode offgas outlet 24, an anode (not shown), and a cathode (not shown). The anode off gas outlet 24 is formed so as to surround the fuel gas inlet 23. The air inlet 21 is connected to the cathode offgas outlet 22 via the cathode. The fuel gas inlet 23 is connected to the anode offgas outlet 24 via the anode. The anode off gas outlet 24 is connected to the diluter 30 via a pipe 107. Details will be described later.

希釈器30は、燃料電池20によって排出されるアノードオフガスおよびカソードオフガスを希釈して外部に排出する機能を有する。希釈器30は、配管105を介してマフラ40に接続されている。マフラ40は、外部に通じている。水素タンク50は、液体水素を貯蔵するためのタンクであり、配管106を介して燃料電池20の燃料ガス入口23に接続されている。配管106は、希釈器30の内部を通過し、配管107の内部を通過して燃料ガス入口23に接続されている。   The diluter 30 has a function of diluting the anode off-gas and the cathode off-gas discharged by the fuel cell 20 and discharging them to the outside. The diluter 30 is connected to the muffler 40 via a pipe 105. The muffler 40 communicates with the outside. The hydrogen tank 50 is a tank for storing liquid hydrogen, and is connected to the fuel gas inlet 23 of the fuel cell 20 via a pipe 106. The pipe 106 passes through the inside of the diluter 30, passes through the inside of the pipe 107, and is connected to the fuel gas inlet 23.

次に、燃料電池システム100の動作について説明する。まず、配管101を介して加湿モジュール10にエアが供給される。加湿モジュール10は、燃料電池20から排出され配管103を介して供給されるカソードオフガス中の水分によって、供給されたエアを加湿する。加湿されたエアは、配管102およびエア入口21を介して燃料電池20のカソードに供給される。   Next, the operation of the fuel cell system 100 will be described. First, air is supplied to the humidification module 10 via the pipe 101. The humidification module 10 humidifies the supplied air with moisture in the cathode offgas that is discharged from the fuel cell 20 and supplied via the pipe 103. The humidified air is supplied to the cathode of the fuel cell 20 through the pipe 102 and the air inlet 21.

燃料電池20のカソードにおいては、供給されたエア中の酸素とアノードから供給された水素イオンとが反応することにより水が発生するとともに電力が発生する。発生した水は、燃料電池20において発生する熱によって水蒸気となる。カソードにおいて発生した水蒸気および水素イオンと反応しなかったエアは、カソードオフガスとして配管103を介して加湿モジュール10に供給される。加湿モジュール10に供給されたカソードオフガスは、配管104を介して希釈器30に供給される。   At the cathode of the fuel cell 20, water is generated and electric power is generated by the reaction between oxygen in the supplied air and hydrogen ions supplied from the anode. The generated water becomes water vapor by the heat generated in the fuel cell 20. Air that has not reacted with water vapor and hydrogen ions generated at the cathode is supplied to the humidification module 10 via the pipe 103 as cathode off-gas. The cathode off gas supplied to the humidification module 10 is supplied to the diluter 30 via the pipe 104.

水素タンク50においては、貯蔵された液体水素が水素タンク50に内蔵されたヒータ(図示せず)によって温められることにより、水素ガスが発生する。発生した水素ガスは、燃料ガスとして配管106および燃料ガス入口23を介して燃料電池20のアノードに供給される。水素タンク50から配管106に供給される水素ガスの温度は、氷点下以下になることがある。   In the hydrogen tank 50, the stored liquid hydrogen is heated by a heater (not shown) built in the hydrogen tank 50, whereby hydrogen gas is generated. The generated hydrogen gas is supplied as fuel gas to the anode of the fuel cell 20 through the pipe 106 and the fuel gas inlet 23. The temperature of the hydrogen gas supplied from the hydrogen tank 50 to the pipe 106 may be below freezing point.

希釈器30においては、配管104から供給されたカソードオフガスおよび配管107から供給されたアノードオフガスによって配管106が加熱される。それにより、配管106内を流動する燃料ガスが加熱される。また、配管107内においては、配管107内を流動するアノードオフガスによって配管106内を流動する燃料ガスが加熱される。それにより、十分に加熱された燃料ガスが燃料電池20に供給される。その結果、燃料電池20において燃料ガス中の水分が凍結または凝結することが防止される。さらに、本実施例に係る燃料電池システム100においては、アノードオフガスおよびカソードオフガスによって燃料ガスが加熱されることから、燃料ガスを加熱するヒータ等の加熱手段をあらたに設ける必要がない。したがって、燃料電池システム100を小型化することができる。   In the diluter 30, the pipe 106 is heated by the cathode offgas supplied from the pipe 104 and the anode offgas supplied from the pipe 107. Thereby, the fuel gas flowing in the pipe 106 is heated. In the pipe 107, the fuel gas flowing in the pipe 106 is heated by the anode off gas flowing in the pipe 107. Thereby, the sufficiently heated fuel gas is supplied to the fuel cell 20. As a result, the water in the fuel gas in the fuel cell 20 is prevented from freezing or condensing. Furthermore, in the fuel cell system 100 according to the present embodiment, the fuel gas is heated by the anode off-gas and the cathode off-gas, so that it is not necessary to newly provide heating means such as a heater for heating the fuel gas. Therefore, the fuel cell system 100 can be reduced in size.

燃料電池20のアノードに供給された燃料ガス中の水素は、水素イオンに変換される。アノードにおいて水素イオンに変換されなかった水素は、アノードオフガスとして配管107を介して希釈器30に供給される。なお、アノードオフガスは、燃料電池20において発生する熱によって加熱される。希釈器30は、アノードオフガスおよびカソードオフガスを希釈して配管105を介してマフラ40に供給する。マフラ40は、供給されたアノードオフガスおよびカソードオフガスを外部に排出する。   Hydrogen in the fuel gas supplied to the anode of the fuel cell 20 is converted into hydrogen ions. Hydrogen that has not been converted into hydrogen ions at the anode is supplied to the diluter 30 via the pipe 107 as an anode off gas. The anode off gas is heated by the heat generated in the fuel cell 20. The diluter 30 dilutes the anode off-gas and the cathode off-gas and supplies them to the muffler 40 via the pipe 105. The muffler 40 discharges the supplied anode off-gas and cathode off-gas to the outside.

次に、燃料電池20の詳細を説明する。図2は、燃料電池20の詳細を説明するための図である。図2(a)は、燃料電池20の燃料ガス入口23近傍の模式図であり、図2(b)は、燃料電池20の燃料ガス入口23、アノードオフガス出口24および配管106,107の詳細を表す模式的断面図である。   Next, details of the fuel cell 20 will be described. FIG. 2 is a diagram for explaining the details of the fuel cell 20. 2A is a schematic diagram of the vicinity of the fuel gas inlet 23 of the fuel cell 20, and FIG. 2B shows details of the fuel gas inlet 23, the anode offgas outlet 24, and the pipes 106 and 107 of the fuel cell 20. It is a typical sectional view to represent.

図2(a)に示すように、燃料電池20は、さらに入口遮断弁25、レギュレータ26、エンドプレート27、気液分離器28および排出弁29を備える。配管106は、入口遮断弁25およびレギュレータ26を介してエンドプレート27のアノード入口(図示せず)に接続されている。また、エンドプレート27のアノード出口(図示せず)は、気液分離器28および排出弁29を介して配管107に接続されている。   As shown in FIG. 2A, the fuel cell 20 further includes an inlet shutoff valve 25, a regulator 26, an end plate 27, a gas-liquid separator 28, and a discharge valve 29. The pipe 106 is connected to the anode inlet (not shown) of the end plate 27 through the inlet shutoff valve 25 and the regulator 26. Further, the anode outlet (not shown) of the end plate 27 is connected to the pipe 107 via a gas-liquid separator 28 and a discharge valve 29.

入口遮断弁25は、配管106の開閉を行う。レギュレータ26は、配管106を流動する燃料ガスの流量を調整する。それにより、燃料電池20の発電量が調整される。エンドプレート27は、燃料電池20内の発電部と非発電部とを仕切る仕切り板として機能する。   The inlet shutoff valve 25 opens and closes the pipe 106. The regulator 26 adjusts the flow rate of the fuel gas flowing through the pipe 106. Thereby, the power generation amount of the fuel cell 20 is adjusted. The end plate 27 functions as a partition plate that partitions the power generation unit and the non-power generation unit in the fuel cell 20.

気液分離器28は、アノード出口から排出されるアノードオフガスに対して気液分離処理を施す。気液分離器28は、アノードオフガス中の未使用水素、水蒸気等のガス部分の一部を燃料電池20のアノード入口に再度供給し、アノードオフガス中の残り部分を排出弁29に供給する。排出弁29は、アノードオフガスの配管107への排出を制御する。なお、入口遮断弁25、レギュレータ26、気液分離器28および排出弁29は、燃料電池20の外部に設けられていてもよい。   The gas-liquid separator 28 performs a gas-liquid separation process on the anode off-gas discharged from the anode outlet. The gas-liquid separator 28 again supplies a part of the gas portion such as unused hydrogen and water vapor in the anode off-gas to the anode inlet of the fuel cell 20, and supplies the remaining portion in the anode off-gas to the discharge valve 29. The discharge valve 29 controls the discharge of the anode off gas to the pipe 107. Note that the inlet shutoff valve 25, the regulator 26, the gas-liquid separator 28, and the discharge valve 29 may be provided outside the fuel cell 20.

図2(b)に示すように、燃料電池20のケース200内部には、連結フランジ201が設けられている。連結フランジ201は、配管106,107と燃料電池20とを接続する機能を有する。連結フランジ201の中央部には燃料ガス入口23となる貫通孔が形成されており、連結フランジ201の燃料ガス入口23よりも外側にはアノードオフガス出口となる貫通孔が形成されている。   As shown in FIG. 2B, a connecting flange 201 is provided inside the case 200 of the fuel cell 20. The connecting flange 201 has a function of connecting the pipes 106 and 107 and the fuel cell 20. A through hole serving as the fuel gas inlet 23 is formed at the center of the connecting flange 201, and a through hole serving as an anode off-gas outlet is formed outside the fuel gas inlet 23 of the connecting flange 201.

配管107は、絶縁性を有する。例えば、配管107は絶縁機能樹脂から構成されていてもよく、配管107は内部にゴムホースを内蔵する構造を有していてもよい。また、配管106および配管107は、蛇腹管、樹脂ホース等のような可撓性のある配管であることが好ましい。なお、各接続部においては図示しないOリング等によりシールされている。したがって、ガス漏れ等を抑制することができる。   The pipe 107 has an insulating property. For example, the pipe 107 may be made of an insulating functional resin, and the pipe 107 may have a structure in which a rubber hose is built inside. Moreover, it is preferable that the piping 106 and the piping 107 are flexible pipings, such as a bellows tube and a resin hose. Each connecting portion is sealed with an O-ring (not shown). Therefore, gas leakage and the like can be suppressed.

以上のように、本実施例においては、配管106,107の出入管を1つにすることができる。したがって、燃料電池20をコンパクト化することができる。その結果、燃料電池システム100全体をコンパクト化することができる。また、出入管が1つであることによって、配管106,107の組み付けが容易になる。さらに、配管107が配管106を覆っていることから、配管107が配管106の保護材としての機能を果たす。したがって、配管106の破損を抑制することができる。   As described above, in this embodiment, the pipes 106 and 107 can have a single inlet / outlet pipe. Therefore, the fuel cell 20 can be made compact. As a result, the entire fuel cell system 100 can be made compact. Further, since there is only one inlet / outlet pipe, the pipes 106 and 107 can be easily assembled. Further, since the pipe 107 covers the pipe 106, the pipe 107 functions as a protective material for the pipe 106. Therefore, damage to the pipe 106 can be suppressed.

また、燃料電池20の温度が高温になる前に、燃料電池システム100を搭載する車両の走行風によって配管106が冷却されることを抑制することができる。さらに、配管107が配管106を覆っていることから、配管106に絶縁処理を施す必要がなくなる。したがって、配管106の構成が簡略化される。その結果、燃料電池システム100全体の構成が簡略化される。   In addition, it is possible to prevent the pipe 106 from being cooled by the traveling wind of the vehicle on which the fuel cell system 100 is mounted before the temperature of the fuel cell 20 becomes high. Furthermore, since the pipe 107 covers the pipe 106, it is not necessary to insulate the pipe 106. Therefore, the configuration of the pipe 106 is simplified. As a result, the overall configuration of the fuel cell system 100 is simplified.

次に、図2に示す燃料ガス入口23、アノードオフガス出口24およびエンドプレート27の他の例について説明する。図3は、燃料ガス入口23a、アノードオフガス出口24aおよびエンドプレート27aの模式的断面図である。図3に示すように、エンドプレート27aには2つの配管用貫通孔が形成されている。この2つの貫通孔のそれぞれが燃料ガス入口23aおよびアノードオフガス24aとなる。   Next, another example of the fuel gas inlet 23, the anode offgas outlet 24, and the end plate 27 shown in FIG. 2 will be described. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the fuel gas inlet 23a, the anode offgas outlet 24a, and the end plate 27a. As shown in FIG. 3, the end plate 27a has two through holes for piping. Each of the two through holes becomes a fuel gas inlet 23a and an anode off gas 24a.

この場合、エンドプレート27aに配管106,107が直接接続されることになる。したがって、エンドプレート27aが連結フランジの機能を兼ねることになる。その結果、燃料電池20をよりコンパクト化することができる。また、部品点数が低減されることから、ガス漏れ対策を施す箇所が低減されることになる。その結果、燃料電池20の構成が簡略化される。さらに、連結フランジ201の分の重量が削減されることになる。   In this case, the pipes 106 and 107 are directly connected to the end plate 27a. Therefore, the end plate 27a also functions as a connecting flange. As a result, the fuel cell 20 can be made more compact. Further, since the number of parts is reduced, the number of places where measures for gas leakage are taken is reduced. As a result, the configuration of the fuel cell 20 is simplified. Further, the weight of the connecting flange 201 is reduced.

次に、希釈器30の他の例である希釈器30aについて説明する。図4は、希釈器30aの模式的断面図である。図4に示すように、希釈器30a内においては、配管106は、配管104の内部を往復してから配管107の内部に延びている。   Next, a diluter 30a which is another example of the diluter 30 will be described. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the diluter 30a. As shown in FIG. 4, in the diluter 30 a, the pipe 106 reciprocates inside the pipe 104 and then extends into the pipe 107.

この場合、配管106内を流動する燃料ガスは、配管104内を流動するカソードオフガスによって十分に加熱された後に配管107を流動するアノードオフガスによって加熱される。それにより、燃料電池20内において燃料ガス中に含まれる水分の凍結または凝結をより効果的に抑制することができる。一方、配管104を流動するカソードオフガスは、配管106を流動する燃料ガスによって冷却される。それにより、カソードオフガス中の水分が凝結して水滴化する。その結果、マフラ40から排出されるガスの白煙化を抑制することができる。なお、配管106が配管104内において往復する回数は特に限定されない。また、配管106は、配管107内において往復していてもよい。   In this case, the fuel gas flowing in the pipe 106 is sufficiently heated by the cathode off gas flowing in the pipe 104 and then heated by the anode off gas flowing in the pipe 107. Thereby, freezing or condensation of moisture contained in the fuel gas in the fuel cell 20 can be more effectively suppressed. On the other hand, the cathode off gas flowing through the pipe 104 is cooled by the fuel gas flowing through the pipe 106. As a result, water in the cathode off gas condenses and forms water droplets. As a result, white smoke of the gas discharged from the muffler 40 can be suppressed. Note that the number of times the pipe 106 reciprocates in the pipe 104 is not particularly limited. Further, the pipe 106 may reciprocate in the pipe 107.

次に、配管106,107の他の例である配管106a,107aについて説明する。図5は、配管106a,107aについて説明するための図である。図5(a)は配管106a,107aの平面図であり、図5(b)は配管106a,107aの断面斜視図である。   Next, pipes 106a and 107a, which are other examples of the pipes 106 and 107, will be described. FIG. 5 is a diagram for explaining the pipes 106a and 107a. FIG. 5A is a plan view of the pipes 106a and 107a, and FIG. 5B is a cross-sectional perspective view of the pipes 106a and 107a.

図5(a)および図5(b)に示すように、配管106a,107aは、1本の配管の内部を2つの空間に仕切った構造を有する。この場合、配管107aを流動するアノードオフガスは、配管106aに接触することになる。それにより、配管106aを流動する燃料ガスは、配管107aを流動するアノードオフガスにより加熱される。したがって、燃料電池20において燃料ガス中の水分が凍結または凝結することが抑制される。また、配管106a,107aを1本の管から形成することができることから、燃料電池システム100の省スペース化が可能である。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the pipes 106a and 107a have a structure in which the inside of one pipe is divided into two spaces. In this case, the anode off gas flowing through the pipe 107a comes into contact with the pipe 106a. Thereby, the fuel gas flowing through the pipe 106a is heated by the anode off gas flowing through the pipe 107a. Accordingly, the water in the fuel gas in the fuel cell 20 is suppressed from freezing or condensing. Further, since the pipes 106a and 107a can be formed from a single pipe, the fuel cell system 100 can be saved in space.

なお、本実施例においては燃料電池20として固体高分子型燃料電池を用いているが、他のどのような燃料電池であっても本発明に適用することができる。また、本実施例においては水素タンク50に液体水素が貯蔵されているが、圧縮水素ガスが貯蔵されていてもよい。なお、水素タンク50以外に、改質器等の水素発生手段を用いることもできる。さらに、本実施例においては排ガス処理手段として希釈器30を用いているが、コンバスタ等の触媒燃焼器を用いることもできる。   In the present embodiment, a polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell 20, but any other fuel cell can be applied to the present invention. In the present embodiment, liquid hydrogen is stored in the hydrogen tank 50, but compressed hydrogen gas may be stored. In addition to the hydrogen tank 50, hydrogen generating means such as a reformer can be used. Further, in the present embodiment, the diluter 30 is used as the exhaust gas treatment means, but a catalytic combustor such as a combustor can also be used.

本実施例においては、希釈器30、配管106および配管107が熱交換手段に相当し、希釈器30が排ガス処理手段に相当し、配管106が燃料ガス供給配管に相当し、配管107が燃料排ガス排出配管に相当する。   In this embodiment, the diluter 30, the pipe 106, and the pipe 107 correspond to heat exchange means, the diluter 30 corresponds to the exhaust gas treatment means, the pipe 106 corresponds to the fuel gas supply pipe, and the pipe 107 corresponds to the fuel exhaust gas. Corresponds to the discharge pipe.

続いて、本発明の第2実施例に係る燃料電池システム100aについて説明する。図6は、燃料電池システム100aの全体構成を示す模式図である。燃料電池システム100aが図1の燃料電池システム100と異なる点は、希釈器30の代わりに希釈器30bが設けられている点およびACP駆動部11、エアコンプレッサ12、圧力センサ13、制御部60および表示部70がさらに設けられている点である。   Subsequently, a fuel cell system 100a according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a schematic diagram showing the overall configuration of the fuel cell system 100a. The fuel cell system 100a differs from the fuel cell system 100 of FIG. 1 in that a diluter 30b is provided instead of the diluter 30, and that the ACP driving unit 11, the air compressor 12, the pressure sensor 13, the control unit 60, and The display unit 70 is further provided.

希釈器30b内の配管106には、分岐配管108が設けられている。分岐配管108にはリリーフ弁31が設けられている。配管106を流動する燃料ガスは、分岐配管108に流入する。それにより、配管106内のガス圧力と配管108内のガス圧力とは同じ圧力になる。   A branch pipe 108 is provided in the pipe 106 in the diluter 30b. The branch pipe 108 is provided with a relief valve 31. The fuel gas flowing through the pipe 106 flows into the branch pipe 108. Thereby, the gas pressure in the pipe 106 and the gas pressure in the pipe 108 become the same pressure.

圧力センサ13は、配管106内のガス圧力を検出して、その検出結果を制御部60に与える。制御部60は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リードオンリメモリ)等から構成される。制御部60は、圧力センサ13の検出結果に基づいて表示部70およびACP駆動部11を制御する。また、制御部60のROMには、燃料電池システム100aを制御するためのプログラムが内蔵されている。   The pressure sensor 13 detects the gas pressure in the pipe 106 and gives the detection result to the control unit 60. The control unit 60 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and the like. The control unit 60 controls the display unit 70 and the ACP driving unit 11 based on the detection result of the pressure sensor 13. The ROM of the control unit 60 contains a program for controlling the fuel cell system 100a.

ACP駆動部11は、制御部60の指示に従って、図示しないバッテリに蓄えられた電力をエアコンプレッサ12に供給する。エアコンプレッサ12は、ACP駆動部11から供給される電力に応じて空気中のエアを圧縮し、配管101を介してその圧縮エアを加湿モジュール10に供給する。表示部70は、制御部60の指示に従って、運転者に必要な情報を表示する。   The ACP drive unit 11 supplies power stored in a battery (not shown) to the air compressor 12 in accordance with an instruction from the control unit 60. The air compressor 12 compresses air in the air according to the electric power supplied from the ACP driving unit 11 and supplies the compressed air to the humidification module 10 via the pipe 101. The display unit 70 displays information necessary for the driver in accordance with an instruction from the control unit 60.

続いて、燃料電池システム100aの動作について説明する。圧力センサ13は、燃料電池20の運転が停止している場合に、設定時間ごとに配管106内のガス圧力を検出して、その結果を制御部60に与える。燃料電池20の運転が行われている間は圧力センサ13による検出が行われないことから、無駄な電力消費を防止することができる。制御部60は、燃料電池20の動作とは関係なく、図示しないバッテリの電力によって動作する。   Next, the operation of the fuel cell system 100a will be described. When the operation of the fuel cell 20 is stopped, the pressure sensor 13 detects the gas pressure in the pipe 106 every set time, and gives the result to the control unit 60. Since the detection by the pressure sensor 13 is not performed while the fuel cell 20 is being operated, wasteful power consumption can be prevented. The control unit 60 is operated by battery power (not shown) regardless of the operation of the fuel cell 20.

リリーフ弁31は、水素タンク50の故障等が原因で分岐配管106内のガス圧力が所定値以上になった場合に、分岐配管108を介して燃料ガスを希釈器30b内に排出する。それにより、配管106内のガス圧力が所定圧力以上になることが防止される。したがって、配管106の破裂、破損等を防止することができる。また、リリーフ弁31から排出される燃料ガスは、希釈器30bに排出される。したがって、リリーフ弁31から排出される燃料ガス中の水素濃度を低下させることができる。   The relief valve 31 discharges the fuel gas into the diluter 30b via the branch pipe 108 when the gas pressure in the branch pipe 106 exceeds a predetermined value due to a failure of the hydrogen tank 50 or the like. As a result, the gas pressure in the pipe 106 is prevented from exceeding a predetermined pressure. Therefore, the pipe 106 can be prevented from being ruptured or damaged. Further, the fuel gas discharged from the relief valve 31 is discharged to the diluter 30b. Therefore, the hydrogen concentration in the fuel gas discharged from the relief valve 31 can be reduced.

さらに、リリーフ弁31は希釈器30b内に設けられていることから、リリーフ弁31の開弁時の音の漏れを低減させることができる。また、リリーフ弁31によって排出される燃料ガスは希釈器30b内に排出されることから、排出ガスを処理するための排ガス処理手段をあらたに設ける必要がない。それにより、燃料電池システム100aを小型化することができる。リリーフ弁31の動作の詳細は後述する。   Furthermore, since the relief valve 31 is provided in the diluter 30b, sound leakage when the relief valve 31 is opened can be reduced. Further, since the fuel gas discharged by the relief valve 31 is discharged into the diluter 30b, it is not necessary to newly provide an exhaust gas processing means for processing the exhaust gas. Thereby, the fuel cell system 100a can be reduced in size. Details of the operation of the relief valve 31 will be described later.

リリーフ弁31から燃料ガスが排出されると、配管106内のガス圧力は低下する。この場合、制御部60は、ACP駆動部11によりエアコンプレッサ12を設定時間動作させる。それにより、希釈器30bには圧縮エアが強制的に供給される。その結果、リリーフ弁31から排出された燃料ガス中の水素濃度が低下する。また、制御部60は、エアコンプレッサ12が動作したことを運転者に知らせるために、表示部70にエアコンプレッサ12が動作した旨を表示させる。したがって、運転者に次回の燃料電池20の運転を慎重に行わせることができる。   When fuel gas is discharged from the relief valve 31, the gas pressure in the pipe 106 decreases. In this case, the control unit 60 causes the ACP driving unit 11 to operate the air compressor 12 for a set time. Thereby, compressed air is forcibly supplied to the diluter 30b. As a result, the hydrogen concentration in the fuel gas discharged from the relief valve 31 decreases. Further, the control unit 60 causes the display unit 70 to display that the air compressor 12 has been operated in order to notify the driver that the air compressor 12 has been operated. Therefore, it is possible to cause the driver to carefully perform the next operation of the fuel cell 20.

エアコンプレッサ12が動作した後に配管106内のガス圧力が低下しない場合には、制御部60は、設定時間を超えた後もACP駆動部11にエアコンプレッサ12の動作を継続させる。エアコンプレッサ12の動作時間が長い場合には、表示部70は、車両周辺の人に配管106内のガス圧力が低下しない旨を報知する構成を有していてもよい。   When the gas pressure in the pipe 106 does not decrease after the air compressor 12 is operated, the control unit 60 causes the ACP driving unit 11 to continue the operation of the air compressor 12 even after the set time is exceeded. When the operation time of the air compressor 12 is long, the display unit 70 may be configured to notify a person around the vehicle that the gas pressure in the pipe 106 does not decrease.

次に、リリーフ弁31の構造および動作の詳細を説明する。図7は、リリーフ弁31の模式的断面図である。図7(a)はリリーフ弁31の閉弁状態を示し、図7(b)はリリーフ弁31の開弁状態を示す。図7(a)に示すように、リリーフ弁31は、コイルバネ32、ボール33および排出ポート34を備える。ボール33は、分岐配管108の出口に設けられている。コイルバネ32は、ボール33が分岐配管108の出口を塞ぐようにボール33に力を加える。配管106内のガス圧力が所定値未満である場合には、ボール33は分岐配管108の出口を閉塞している。   Next, details of the structure and operation of the relief valve 31 will be described. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the relief valve 31. FIG. 7A shows the closed state of the relief valve 31, and FIG. 7B shows the opened state of the relief valve 31. As shown in FIG. 7A, the relief valve 31 includes a coil spring 32, a ball 33, and a discharge port 34. The ball 33 is provided at the outlet of the branch pipe 108. The coil spring 32 applies a force to the ball 33 so that the ball 33 closes the outlet of the branch pipe 108. When the gas pressure in the pipe 106 is less than a predetermined value, the ball 33 closes the outlet of the branch pipe 108.

配管106内のガス圧力が所定値以上になった場合には、図7(b)に示すように、分岐配管108内の燃料ガスがコイルバネ32の力に抗してボール33を押し上げる。それにより、分岐配管108と排出ポート34とが通じることになる。したがって、配管106内の燃料ガスが希釈器30b内に排出される。   When the gas pressure in the pipe 106 exceeds a predetermined value, the fuel gas in the branch pipe 108 pushes up the ball 33 against the force of the coil spring 32 as shown in FIG. As a result, the branch pipe 108 and the discharge port 34 communicate with each other. Therefore, the fuel gas in the pipe 106 is discharged into the diluter 30b.

図8は、制御部60が燃料電池システム100aを制御する際のフローチャートの一例を示す図である。制御部60は、所定の周期で下記のフローチャートを実行する。以下、図8のフローチャートに従って、制御部60の動作について説明する。まず、制御部60は、設定時間ごとに圧力センサ13に配管106内のガス圧力を検出させる(ステップS1)。次に、制御部60は、燃料電池20が運転状態にあるか否かを判定する(ステップS2)。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a flowchart when the control unit 60 controls the fuel cell system 100a. The control unit 60 executes the following flowchart at a predetermined cycle. Hereinafter, the operation of the control unit 60 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the control unit 60 causes the pressure sensor 13 to detect the gas pressure in the pipe 106 every set time (step S1). Next, the control unit 60 determines whether or not the fuel cell 20 is in an operating state (step S2).

ステップS2において燃料電池20が運転状態にあると判定された場合、制御部60は動作を終了させる。ステップS2において燃料電池20が運転状態にあると判定されなかった場合、制御部60は、圧力センサ13が検出する圧力Pが設定値よりも低いか否かを判定する(ステップS3)。ステップS3において圧力センサ13が検出する圧力Pが設定値よりも低いと判定された場合、制御部60は、動作を終了させる。ステップS3において圧力センサ13が検出する圧力Pが設定値よりも低いと判定されなかった場合、制御部60は、圧力センサ13による検出圧力を設定回数計測する(ステップS4)。   When it is determined in step S2 that the fuel cell 20 is in the operating state, the control unit 60 ends the operation. When it is not determined in step S2 that the fuel cell 20 is in the operating state, the control unit 60 determines whether or not the pressure P detected by the pressure sensor 13 is lower than a set value (step S3). When it is determined in step S3 that the pressure P detected by the pressure sensor 13 is lower than the set value, the control unit 60 ends the operation. If it is not determined in step S3 that the pressure P detected by the pressure sensor 13 is lower than the set value, the control unit 60 measures the pressure detected by the pressure sensor 13 a set number of times (step S4).

次に、制御部60は、圧力センサ13が検出する圧力Pが設定値よりも低いか否かを再度判定する(ステップS5)。ステップS5において圧力センサ13が検出する圧力Pが設定値よりも低いと判定された場合、制御部60は、動作を終了させる。ステップS5において圧力センサ13が検出する圧力Pが設定値よりも低いと判定されなかった場合、制御部60は、ACP駆動部11に待機させる(ステップS6)。   Next, the control unit 60 determines again whether or not the pressure P detected by the pressure sensor 13 is lower than the set value (step S5). If it is determined in step S5 that the pressure P detected by the pressure sensor 13 is lower than the set value, the control unit 60 ends the operation. If it is not determined in step S5 that the pressure P detected by the pressure sensor 13 is lower than the set value, the control unit 60 causes the ACP driving unit 11 to wait (step S6).

次に、制御部60は、圧力センサ13が検出する圧力Pを計測する(ステップS7)。次いで、制御部60は、ステップS7において計測した圧力Pに基づいて、配管106内のガス圧力が低下しているか否かを判定する(ステップS8)。ステップS8において配管106内のガス圧力が低下していると判定された場合、制御部60は、動作を終了させる。ステップS8において配管106内のガス圧力が低下していると判定されなかった場合、制御部60は、エアコンプレッサ12を動作させる(ステップS9)。   Next, the control unit 60 measures the pressure P detected by the pressure sensor 13 (step S7). Next, the control unit 60 determines whether or not the gas pressure in the pipe 106 has decreased based on the pressure P measured in step S7 (step S8). When it is determined in step S8 that the gas pressure in the pipe 106 has decreased, the control unit 60 ends the operation. If it is not determined in step S8 that the gas pressure in the pipe 106 has decreased, the control unit 60 operates the air compressor 12 (step S9).

次に、制御部60は、エアコンプレッサ12が動作した旨を表示部70に表示させる(ステップS10)。次いで、制御部60は、圧力センサ13が検出する圧力Pが設定値よりも低いか否かを再度判定する(ステップS11)。ステップS11において圧力センサ13が検出する圧力Pが設定値よりも低いと判定されなかった場合、制御部60は、待機する。それにより、エアコンプレッサ12は動作を継続する。ステップS11において圧力センサ13が検出する圧力Pが設定値よりも低いと判定された場合、制御部60は、エアコンプレッサ12の動作を停止させる(ステップS12)。その後、制御部60は動作を終了させる。   Next, the control unit 60 displays on the display unit 70 that the air compressor 12 has been operated (step S10). Next, the control unit 60 determines again whether or not the pressure P detected by the pressure sensor 13 is lower than the set value (step S11). When it is not determined in step S11 that the pressure P detected by the pressure sensor 13 is lower than the set value, the control unit 60 stands by. Thereby, the air compressor 12 continues the operation. When it is determined in step S11 that the pressure P detected by the pressure sensor 13 is lower than the set value, the control unit 60 stops the operation of the air compressor 12 (step S12). Thereafter, the control unit 60 ends the operation.

以上のように、配管106内の燃料ガスの圧力が高くなった場合には、リリーフ弁31から排出された燃料ガスはエアコンプレッサ12の動作により希釈されて外部排出される。また、エアコンプレッサ12が動作したことを表示部70に表示させることから、運転者に次回の燃料電池20の運転を慎重に行わせることができる。   As described above, when the pressure of the fuel gas in the pipe 106 becomes high, the fuel gas discharged from the relief valve 31 is diluted by the operation of the air compressor 12 and discharged to the outside. Further, since the operation of the air compressor 12 is displayed on the display unit 70, it is possible to cause the driver to carefully operate the fuel cell 20 next time.

図9は、本実施例に係る希釈器30bの他の例である希釈器30cの模式図である。希釈器30cが図6の希釈器30bと異なる点は、リリーフ弁31から排出された燃料ガスが触媒燃焼部35に供給された後に希釈器30c内に排出される点である。   FIG. 9 is a schematic diagram of a diluter 30c which is another example of the diluter 30b according to the present embodiment. The diluter 30c is different from the diluter 30b of FIG. 6 in that the fuel gas discharged from the relief valve 31 is supplied to the catalytic combustion unit 35 and then discharged into the diluter 30c.

触媒燃焼部35は、燃料ガス中の水素の酸化反応を促進する触媒を備える。それにより、触媒燃焼部35に供給された燃料ガス中の水素は、触媒によって燃焼した後に希釈器30c内に排出される。その後、触媒燃焼部35によって燃焼したガスは、希釈器30cによって希釈された後に外部に排出される。したがって、外部への水素の排出を防止することができる。   The catalytic combustion unit 35 includes a catalyst that promotes an oxidation reaction of hydrogen in the fuel gas. Thereby, the hydrogen in the fuel gas supplied to the catalyst combustion unit 35 is discharged into the diluter 30c after being burned by the catalyst. Thereafter, the gas burned by the catalyst combustion unit 35 is diluted by the diluter 30c and then discharged to the outside. Therefore, discharge of hydrogen to the outside can be prevented.

続いて、本発明の第3実施例に係る燃料電池システム100bについて説明する。燃料電池システム100bが図1の燃料電池システム100と異なる点は、希釈器30の代わりに希釈器30dが設けられている点である。以下、希釈器30dについての詳細を説明する。図10は、希釈器30dを説明するための図である。図10(a)は希釈器30dの模式図であり、図10(b)は希釈器30d内の配管106,107部分の詳細を説明するための模式図である。   Subsequently, a fuel cell system 100b according to a third embodiment of the present invention will be described. The fuel cell system 100b is different from the fuel cell system 100 of FIG. 1 in that a diluter 30d is provided instead of the diluter 30. Details of the diluter 30d will be described below. FIG. 10 is a diagram for explaining the diluter 30d. FIG. 10A is a schematic diagram of the diluter 30d, and FIG. 10B is a schematic diagram for explaining details of the pipes 106 and 107 in the diluter 30d.

図10(a)および図10(b)に示すように、配管106にはエジェクタ36が介挿されている。配管107には分岐配管109が設けられている。分岐配管109は逆止弁37を介してエジェクタ36に接続されている。続いて、希釈器30dの動作について説明する。   As shown in FIGS. 10A and 10B, an ejector 36 is inserted in the pipe 106. A branch pipe 109 is provided in the pipe 107. The branch pipe 109 is connected to the ejector 36 via the check valve 37. Next, the operation of the diluter 30d will be described.

燃料電池20における発電量が増大すると、燃料ガスの消費量が増大する。それにより、配管106に対する吸引力が増大する。この場合、エジェクタ36により分岐配管109にも吸引力が働く。水素タンク50による配管106への水素供給が追いつかずに分岐配管109に対する吸引力が逆止弁37の逆止力以上になった場合、配管107を流動するアノードオフガスが分岐配管109、逆止弁37およびエジェクタ36を介して配管106に供給される。   As the amount of power generated in the fuel cell 20 increases, the amount of fuel gas consumed increases. Thereby, the suction force with respect to the piping 106 increases. In this case, suction force also acts on the branch pipe 109 by the ejector 36. When the supply of hydrogen to the pipe 106 by the hydrogen tank 50 does not catch up and the suction force to the branch pipe 109 exceeds the check force of the check valve 37, the anode off-gas flowing through the pipe 107 becomes the branch pipe 109 and the check valve. 37 and the ejector 36 are supplied to the pipe 106.

この場合、アノードオフガス中に含まれる水素を再利用することができる。それにより、発電に必要な水素を燃料電池20に供給することができる。また、水素の利用効率が向上する。さらに、希釈器30dにおいて希釈すべき水素量が低減される。それにより、外部に排出される排ガス中の水素濃度を低減させることができる。なお、アノードオフガス中に含まれる水素量が多い条件においてエジェクタ36が動作するように、逆止弁37の逆止力が調整されていてもよい。   In this case, hydrogen contained in the anode off gas can be reused. Thereby, hydrogen required for power generation can be supplied to the fuel cell 20. Moreover, the utilization efficiency of hydrogen improves. Further, the amount of hydrogen to be diluted in the diluter 30d is reduced. Thereby, the hydrogen concentration in the exhaust gas discharged to the outside can be reduced. Note that the check force of the check valve 37 may be adjusted so that the ejector 36 operates in a condition where the amount of hydrogen contained in the anode off gas is large.

図11は、図10の希釈器30dの他の例である希釈器30eの模式図である。希釈器30eが希釈器30dと異なる点は、エジェクタ36と逆止弁37との間の分岐配管109にバルブ38が介挿されている点である。バルブ38は、分岐配管109の開閉を行う。   FIG. 11 is a schematic diagram of a diluter 30e which is another example of the diluter 30d of FIG. The diluter 30e differs from the diluter 30d in that a valve 38 is inserted in a branch pipe 109 between the ejector 36 and the check valve 37. The valve 38 opens and closes the branch pipe 109.

バルブ38は、開閉動作により、配管107から希釈器30eに供給されるアノードオフガスの量を調整する。それにより、燃料電池20の発電に必要な水素量を調整することができる。また、バルブ38は、逆止弁37が故障により開状態になった場合に、閉じることもできる。それにより、配管107から不必要なアノードオフガスが配管106に供給されることが防止される。   The valve 38 adjusts the amount of anode off gas supplied from the pipe 107 to the diluter 30e by an opening / closing operation. Thereby, the amount of hydrogen required for the power generation of the fuel cell 20 can be adjusted. The valve 38 can also be closed when the check valve 37 is opened due to a failure. This prevents unnecessary anode off gas from being supplied to the pipe 106 from the pipe 107.

また、燃料電池20の温度が所定の温度に達していない場合には、低温のアノードオフガスおよび燃料ガスが希釈器30eに供給されることになる。この場合、希釈器30eの温度も低くなることから、逆止弁37が凍結するおそれがある。バルブ38は、燃料電池20の温度が所定の温度に達していない場合には、分岐配管109を閉じる。それにより、逆止弁37の破損を防止することができる。   When the temperature of the fuel cell 20 does not reach the predetermined temperature, the low-temperature anode off-gas and the fuel gas are supplied to the diluter 30e. In this case, since the temperature of the diluter 30e is lowered, the check valve 37 may be frozen. The valve 38 closes the branch pipe 109 when the temperature of the fuel cell 20 does not reach a predetermined temperature. Thereby, breakage of the check valve 37 can be prevented.

希釈器30d,30eを燃料電池システムに適用する場合には、配管106の希釈器30d,39eよりも上流側に図2の入口遮断弁25およびレギュレータ26を設けることが好ましい。図12に入口遮断弁25およびレギュレータ26が配管106の希釈器30d,30eよりも上流側に設けられた模式図を示す。この場合、入口遮断弁25およびレギュレータ26にアノードオフガス中に含まれる水蒸気が流入することが防止される。したがって、入口遮断弁25およびレギュレータ26の腐食が抑制される。その結果、入口遮断弁25およびレギュレータ26の故障を抑制することができる。   When the diluters 30d and 30e are applied to the fuel cell system, it is preferable to provide the inlet shut-off valve 25 and the regulator 26 in FIG. 2 upstream of the diluters 30d and 39e in the pipe 106. FIG. 12 is a schematic diagram in which the inlet shutoff valve 25 and the regulator 26 are provided on the upstream side of the diluters 30d and 30e of the pipe 106. In this case, water vapor contained in the anode off gas is prevented from flowing into the inlet shutoff valve 25 and the regulator 26. Therefore, corrosion of the inlet shutoff valve 25 and the regulator 26 is suppressed. As a result, failure of the inlet shutoff valve 25 and the regulator 26 can be suppressed.

なお、本発明に係る燃料電池システムは、第2実施例および第3実施例を組み合わせた構成を有していてもよい。例えば、希釈器30内の配管106にリリーフ弁31およびエジェクタ36の両方が設けられていてもよい。この場合、第2実施例および第3実施例の両方の効果が得られる。   The fuel cell system according to the present invention may have a configuration in which the second embodiment and the third embodiment are combined. For example, both the relief valve 31 and the ejector 36 may be provided in the pipe 106 in the diluter 30. In this case, the effects of both the second embodiment and the third embodiment can be obtained.

本発明の第1実施例に係る燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 燃料電池の詳細を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detail of a fuel cell. 燃料ガス入口、アノードオフガス出口およびエンドプレートの模式的断面図である。It is typical sectional drawing of a fuel gas inlet_port | entrance, an anode off gas exit, and an end plate. 希釈器の模式的断面図である。It is a typical sectional view of a diluter. 配管について説明するための図である。It is a figure for demonstrating piping. 燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of a fuel cell system. リリーフ弁の模式的断面図である。It is a typical sectional view of a relief valve. 制御部が燃料電池システムを制御する際のフローチャートの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the flowchart at the time of a control part controlling a fuel cell system. 本実施例に係る希釈器の他の例である希釈器の模式図である。It is a schematic diagram of the diluter which is another example of the diluter which concerns on a present Example. 希釈器を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a diluter. 希釈器の他の例の模式図である。It is a schematic diagram of the other example of a diluter. 入口遮断弁およびレギュレータが希釈器よりも上流側に設けられた場合の模式図である。It is a schematic diagram when an inlet shut-off valve and a regulator are provided upstream from the diluter.

符号の説明Explanation of symbols

11 ACP駆動部
12 エアコンプレッサ
13 圧力センサ
20 燃料電池
21 エア入口
22 カソードオフガス出口
23,23a 燃料ガス入口
24,24a アノードオフガス出口
27,27a エンドプレート
30,30a,30b,30c,30d,30e 希釈器
31 リリーフ弁
34 排出ポート
35 触媒燃焼部
36 エジェクタ
37 逆止弁
50 水素タンク
60 制御部
100,100a,100b 燃料電池システム
106,107 配管
108,109 分岐配管
201 連結フランジ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ACP drive part 12 Air compressor 13 Pressure sensor 20 Fuel cell 21 Air inlet 22 Cathode off-gas outlet 23, 23a Fuel gas inlet 24, 24a Anode off-gas outlet 27, 27a End plate 30, 30a, 30b, 30c, 30d, 30e Diluter 31 Relief valve 34 Discharge port 35 Catalytic combustion section 36 Ejector 37 Check valve 50 Hydrogen tank 60 Control section 100, 100a, 100b Fuel cell system 106, 107 Piping 108, 109 Branch piping 201 Connecting flange

Claims (6)

水素を含有する燃料ガスおよび酸素を含有する酸化剤ガスによって発電を行う燃料電池と、
前記燃料ガスを加熱する熱交換手段とを備え、
前記熱交換手段は、前記燃料電池から排出される燃料排ガスおよび酸化剤排ガスによって前記燃料ガスを加熱することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates power using a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen;
Heat exchange means for heating the fuel gas,
The fuel exchange system, wherein the heat exchanging means heats the fuel gas with fuel exhaust gas and oxidant exhaust gas discharged from the fuel cell.
前記熱交換手段は、前記燃料排ガスおよび前記酸化剤排ガスを処理する排ガス処理手段と、
前記燃料ガスを前記燃料電池に供給するための燃料ガス供給配管とをさらに備え、
前記燃料ガス供給配管は、前記排ガス処理手段内を通ることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
The heat exchange means includes exhaust gas treatment means for treating the fuel exhaust gas and the oxidant exhaust gas,
A fuel gas supply pipe for supplying the fuel gas to the fuel cell;
The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel gas supply pipe passes through the exhaust gas processing means.
前記熱交換手段は、前記燃料排ガスが流動する燃料排ガス排出配管をさらに備え、
前記燃料排ガス排出配管を流動する前記燃料排ガスは、前記排ガス処理手段と前記燃料電池との間における前記燃料ガス供給配管の外壁に接触することを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。
The heat exchange means further includes a fuel exhaust gas exhaust pipe through which the fuel exhaust gas flows,
3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the fuel exhaust gas flowing through the fuel exhaust gas exhaust pipe contacts an outer wall of the fuel gas supply pipe between the exhaust gas processing means and the fuel cell.
前記燃料ガス供給配管は、前記燃料排ガス排出配管内を通ることを特徴とする請求項3記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 3, wherein the fuel gas supply pipe passes through the fuel exhaust gas discharge pipe. 前記燃料ガス供給配管は、前記排ガス処理手段内においてリリーフ弁を備えることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2, wherein the fuel gas supply pipe includes a relief valve in the exhaust gas processing means. 前記排ガス処理手段は、排ガスを希釈する希釈器であることを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の燃料電池システム。

6. The fuel cell system according to claim 2, wherein the exhaust gas treatment means is a diluter that dilutes the exhaust gas.

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