JP2007317617A - Fuel cell unit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は燃料電池ユニットに関し、より具体的には燃料電池のガス燃料から水分を分離する気水分離器を備えた燃料電池ユニットに関する。 The present invention relates to a fuel cell unit, and more particularly to a fuel cell unit provided with an air / water separator that separates moisture from gas fuel of a fuel cell.
改質器で生成される燃料電池のガス燃料(アノードガス)は、水分を多く含有する。そのため、そのまま燃料電池に供給されると、燃料電池のガス燃料入口付近(アノード極の入口)で水詰まりを発生し、ガス燃料の流れを阻害する不具合が生じる。また、燃料電池から排出されるガス燃料には未使用のガスが含まれるため、改質器の燃焼バーナに還流されて燃焼バーナの燃料として再利用されるが、水分を多く含有するガス燃料が燃焼バーナに供給されると、燃焼バーナの着火不良や、潜熱による燃焼バーナのカロリーロスが増加するなどの不具合が生じる。 The gas fuel (anode gas) of the fuel cell produced by the reformer contains a lot of moisture. For this reason, if the fuel cell is supplied as it is, water clogging occurs near the gas fuel inlet of the fuel cell (the inlet of the anode electrode), resulting in a problem that hinders the flow of the gas fuel. In addition, since the gas fuel discharged from the fuel cell contains unused gas, it is recirculated to the combustion burner of the reformer and reused as fuel for the combustion burner. When supplied to the combustion burner, problems such as poor ignition of the combustion burner and increased calorie loss of the combustion burner due to latent heat occur.
そこで、従来より、ガス燃料が流れる流路にガス燃料から水分を分離する気水分離器を設け、ガス燃料内の水分が燃料電池などに供給され難くするようにした燃料電池ユニットが種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。尚、気水分離器で分離された水分は、改質器用の循環水を貯留する循環水タンクに供給させられて再利用される。このとき、気水分離器のガス燃料が循環水タンクへ漏れるのを防止するために、気水分離器で分離された水分を貯留タンクに一時貯留して一定の水位を保持すると共に、貯留タンクの水位が所定値を超えたとき、貯留タンクの水分を循環水タンクに供給する、換言すれば、気水分離器で分離された水分で液封するように構成している。
しかしながら、特許文献1記載の技術にあっては、貯留タンクを気水分離器に接続する構成であるため、貯留タンクの分だけ占有スペースが増加するという不具合があった。また、貯留タンクと循環水タンクとを連通させる連通管に電磁弁を備える構成であるため、電磁弁を開閉させるための電力や電磁弁用のハーネスなどが新たに必要となり、さらに、電磁弁の開閉タイミングは貯留タンクの水位によって判断されるため、貯留タンクの水位を検出するセンサ(例えば、液面センサなど)も必要となり、その構成が複雑になるという不都合もあった。 However, in the technique described in Patent Document 1, since the storage tank is connected to the steam separator, there is a problem that the occupied space increases by the storage tank. In addition, since the communication pipe that connects the storage tank and the circulating water tank is equipped with a solenoid valve, electric power for opening and closing the solenoid valve and a harness for the solenoid valve are newly required. Since the opening / closing timing is determined by the water level of the storage tank, a sensor (for example, a liquid level sensor) for detecting the water level of the storage tank is also required, and there is a disadvantage that the configuration becomes complicated.
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、占有スペースを減少させると共に、簡易な構成でありながら、気水分離器で分離された水分を、ガス燃料の漏洩を防止しつつ循環水タンクに供給するようにした燃料電池ユニットを提供することにある。 Accordingly, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, reduce the occupied space, and circulate water tank while preventing the leakage of gas fuel while keeping the water separated by the steam separator while having a simple configuration. It is to provide a fuel cell unit to be supplied to the vehicle.
上記の目的を解決するために、請求項1にあっては、改質器と、前記改質器で生成されたガス燃料を供給される燃料電池と、前記ガス燃料から水分を分離する気水分離器と、前記気水分離器に連通管を介して接続され、前記気水分離器で分離された水分を供給されて前記改質器用の循環水として貯留する循環水タンクとを少なくとも備えた燃料電池ユニットにおいて、前記循環水タンクを前記気水分離器の重力方向において下方に配置すると共に、前記連通管の端部を前記循環水タンクに貯留される循環水の中に位置させるように構成した。 In order to solve the above-mentioned object, according to claim 1, a reformer, a fuel cell to which gas fuel generated by the reformer is supplied, and steam that separates moisture from the gas fuel At least a separator, and a circulating water tank connected to the steam / water separator via a communication pipe and supplied with water separated by the steam / water separator and stored as circulating water for the reformer In the fuel cell unit, the circulating water tank is disposed below in the gravity direction of the steam separator, and the end of the communication pipe is positioned in the circulating water stored in the circulating water tank. did.
請求項2にあっては、前記循環水タンクはチャンバを備えると共に、前記連通管の端部を前記チャンバに貯留される循環水の中に位置させるように構成した。 According to a second aspect of the present invention, the circulating water tank includes a chamber, and the end of the communication pipe is positioned in the circulating water stored in the chamber.
請求項3にあっては、前記循環水タンクは大気に開放されると共に、前記連通管の端部を、前記循環水タンクに貯留される循環水の水面から、前記ガス燃料の圧力と大気圧の差に相当する水頭高さよりも深い位置まで延ばされるように構成した。 According to a third aspect of the present invention, the circulating water tank is opened to the atmosphere, and the end of the communication pipe is connected to the pressure of the gas fuel and the atmospheric pressure from the surface of the circulating water stored in the circulating water tank. It was configured to extend to a position deeper than the head height corresponding to the difference.
請求項4にあっては、前記ガス燃料はアノードガスからなるように構成した。 According to a fourth aspect of the present invention, the gas fuel is composed of anode gas.
請求項1に係る燃料電池ユニットにあっては、改質器用の循環水を貯留する循環水タンクを、気水分離器の重力方向において下方に配置するように構成、即ち、気水分離器で分離された水分は連通管を介して直接循環水タンクに供給させられるように構成したので、気水分離器で分離された水分を一時的に貯留する貯留タンクを不要とすることができ、よって占有スペースを減少できる。また、気水分離器と循環水タンクとを接続する連通管の端部を循環水タンクに貯留される循環水の中に位置させるように構成、即ち、ガス燃料を循環水タンクの循環水で液封するように構成したので、従来技術の貯留タンク、電磁弁や液面センサなどを不要とすることができ、簡易な構成でありながら、気水分離器の水分を、ガス燃料の漏洩を防止しつつ循環水タンクに供給することができる。さらに、従来技術の如く電磁弁や液面センサなどを備えていないため、コスト的にも有利である。 In the fuel cell unit according to claim 1, the circulating water tank for storing the circulating water for the reformer is configured to be disposed below in the gravity direction of the steam separator, that is, the steam separator. Since the separated water is configured to be directly supplied to the circulating water tank via the communication pipe, it is possible to eliminate the need for a storage tank that temporarily stores the water separated by the steam separator. Occupied space can be reduced. Further, the end of the communication pipe connecting the steam separator and the circulating water tank is positioned in the circulating water stored in the circulating water tank, that is, the gas fuel is supplied by the circulating water in the circulating water tank. Since it is configured to be liquid-sealed, it is possible to eliminate the need for conventional storage tanks, solenoid valves, liquid level sensors, etc. It can supply to a circulating water tank, preventing. Further, since there is no electromagnetic valve or liquid level sensor as in the prior art, it is advantageous in terms of cost.
請求項2に係る燃料電池ユニットにあっては、循環水タンクはチャンバを備えると共に、連通管の端部をチャンバに貯留される循環水の中に位置させるように構成したので、上記した効果に加え、循環水タンクに貯留される循環水の一部、具体的には、チャンバに貯留される比較的少量の循環水でガス燃料を液封でき、ガス燃料の漏洩を一層防止することができる。 In the fuel cell unit according to claim 2, the circulating water tank includes the chamber, and the end of the communication pipe is configured to be positioned in the circulating water stored in the chamber. In addition, the gas fuel can be sealed with a part of the circulating water stored in the circulating water tank, specifically, a relatively small amount of circulating water stored in the chamber, and leakage of the gas fuel can be further prevented. .
請求項3に係る燃料電池ユニットにあっては、循環水タンクは大気に開放されると共に、連通管の端部を、循環水タンクに貯留される循環水の水面から、ガス燃料の圧力と大気圧の差に相当する水頭高さよりも深い位置まで延ばされるように構成したので、上記した効果に加え、ガス燃料の漏洩をより一層防止しつつ、気水分離器の水分を循環水タンクに供給することができる。 In the fuel cell unit according to claim 3, the circulating water tank is opened to the atmosphere, and the end of the communication pipe is connected to the surface of the circulating water stored in the circulating water tank. Since it is configured to extend to a position deeper than the head height corresponding to the difference in atmospheric pressure, in addition to the above effects, the moisture of the steam separator is supplied to the circulating water tank while further preventing leakage of gas fuel. can do.
即ち、端部が循環水タンクの循環水の中に位置させられる連通管において、連通管内の水分の水面はガス燃料の圧力によって下方へ押し下げられる、より詳しくは、循環水タンクの循環水の水面から、ガス燃料の圧力と大気圧の差に相当する水頭高さだけ、下方へ押し下げられることとなる。そこで、連通管の端部を、循環水タンクの循環水の水面から、ガス燃料の圧力と大気圧の差に相当する水頭高さよりも深い位置まで延ばされるように構成したので、ガス燃料の圧力が連通管内の水面に作用した場合であっても、連通管の下端付近には常に水分が存在することとなり、よってガス燃料が連通管を通過して循環水タンクに流入させられる(漏洩する)ことを防止することができる。 That is, in the communication pipe whose end is positioned in the circulating water of the circulating water tank, the water level of the water in the communicating pipe is pushed downward by the pressure of the gas fuel. More specifically, the level of the circulating water in the circulating water tank Therefore, it is pushed downward by the head height corresponding to the difference between the pressure of the gas fuel and the atmospheric pressure. Therefore, the end of the communication pipe is configured to extend from the surface of the circulating water in the circulating water tank to a position deeper than the head height corresponding to the difference between the pressure of the gas fuel and the atmospheric pressure. Even when the gas acts on the water surface in the communication pipe, moisture is always present near the lower end of the communication pipe, so that the gas fuel passes through the communication pipe and flows into the circulating water tank (leaks). This can be prevented.
請求項4に係る燃料電池ユニットにあっては、ガス燃料はアノードガスからなるように構成したので、水分を多く含有するアノードガスにおいて、上記した効果を得ることができる。 In the fuel cell unit according to the fourth aspect, since the gas fuel is constituted by the anode gas, the above effect can be obtained in the anode gas containing a large amount of moisture.
以下、添付図面に即してこの発明に係る燃料電池ユニットの最良の実施の形態について説明する。 The best mode of the fuel cell unit according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、この発明の実施例に係る燃料電池ユニットを説明するための模式概略図である。 FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a fuel cell unit according to an embodiment of the present invention.
図1において、符号10は燃料電池ユニットを示す。燃料電池ユニット10は、改質器12と、改質器12で生成されたガス燃料(アノードガス)を供給される燃料電池14と、ガス燃料から水分を分離する第1および第2の気水分離器(気水分離器)16a,16bと、第1および第2の気水分離器16a,16bに第1、第2の連通管22a,22bを介してそれぞれ接続され、各気水分離器16a,16bで分離された水分を供給されて改質器12用の循環水として貯留する循環水タンク24とを備える。
In FIG. 1,
以下、上記した燃料電池ユニット10を構成する各要素について説明すると、改質器12は、改質用燃料(例えば、都市ガスなど)を供給されて水蒸気改質反応を行うことでアノードガスを生成する改質部12aと、改質部12aを加熱する加熱部(燃焼バーナ)12bとを備える。
Hereinafter, each element constituting the
改質部12aには、改質用燃料を供給する改質用燃料管30と、循環水タンク24からの循環水を供給する循環水管32と、改質部12aで生成されたアノードガスを燃料電池14へ供給するアノードガス管34とが接続される。改質用燃料管30の上流側には、改質用燃料供給源(図示せず)が接続される。また、循環水管32の途中には、循環水を圧送する循環水ポンプ40が配置される。尚、この明細書において「上流」とは、そこを流れる燃料(改質用燃料、アノードガスなど)の流れ方向における上流を意味する。
The reforming
また、加熱部12bには、加熱部12bの燃焼バーナ(図示せず)での燃焼に用いられる空気(以下「燃焼空気」という)を供給する燃焼空気管42と、燃料電池14から排出されたガス燃料(アノードオフガス)を燃焼バーナの加熱用燃料として供給するアノードオフガス管44と、前記した改質用燃料管30から第1の三方弁46を介して分岐され、改質用燃料を燃焼バーナの加熱用燃料として供給する加熱用燃料管50と、および燃焼バーナで発生する燃焼排ガスを大気中に排出する燃焼排ガス管52とが接続される。また、燃焼空気管42の途中には、空気を吸引して圧送する燃焼空気ポンプ54が配置される。
The
燃料電池14は、電解質膜(固体高分子膜)と、それを挟持するカソード極(空気極)とアノード極(燃料極)と、各電極の外側に配置されるセパレータ(いずれも図示せず)とから構成される単電池(セル)を複数個積層して形成された、公知の固体高分子型燃料電池である。
The
燃料電池14のカソード極の入口側には、燃料電池14に供給されるべき空気(カソードガス。具体的には酸素ガス)が流れるカソードガス管56が接続される一方、出口側には、燃料電池14から排出されるカソードガス(以下「カソードオフガス」という)を大気中に排出するカソードオフガス管60が接続される。また、カソードガス管56には、空気を吸引して圧送するカソードガスポンプ62が配置される。
A
燃料電池14のアノード極の入口側には、前記したアノードガス管34が接続される。即ち、燃料電池14のアノード極の入口と改質器12の改質部12aは、アノードガス管34を介して接続される。また、燃料電池14のアノード極の出口側には、上記したアノードオフガス管44が接続される。即ち、燃料電池14のアノード極の出口と改質器12の加熱部12bは、アノードオフガス管44を介して接続される。
The
また、燃料電池14には、マイクロ・コンピュータなどからなる電子制御ユニット(Electronic Control Unit。以下「ECU」という)64が接続される。ECU64は、循環水ポンプ40などの各ポンプ、および第1の三方弁46などに接続され、それら補機類の動作を制御する。
The
さらに、燃料電池14には、燃料電池14から生じる排熱で温水を生成することで排熱を回収する排熱回収系70が接続される。排熱回収系70は、燃料電池14に1次冷却水管72を介して接続される熱交換器(溶液熱交換器)74と、熱交換器74に2次冷却水管76を介して接続されると共に、水源(図示せず)から供給される水を貯留する貯湯タンク80とを備える。
Further, the
図示の如く、1次冷却水管72の途中には、1次冷却水管72内の冷却水を循環させる1次冷却水ポンプ82が配置されると共に、2次冷却水管76の途中にも、2次冷却水管76内の冷却水を循環させる2次冷却水ポンプ84が配置される。
As shown in the figure, a primary
これにより、燃料電池14から生じる熱(排熱)は、先ず1次冷却水管72内の冷却水によって吸収されて熱交換器74に供給される。次いで、熱交換器74において、1次冷却水管72内の冷却水と2次冷却水76内の冷却水とで熱の授受が行われ、熱交換器74に供給された熱が貯湯タンク80に供給される。貯湯タンク80においては、2次冷却水76内の冷却水と貯湯タンク80に貯留された水とで熱の授受が行われ、貯湯タンク80の水が昇温させられ、よって温水が生成される。尚、貯湯タンク80の温水は、図示しない熱負荷(例えば、温水シャワーなど)に供給される。
Thereby, the heat (exhaust heat) generated from the
アノードガス管34には、アノードガスから水分を分離する第1の気水分離器16aが配置されると共に、アノードオフガス管44には、アノードオフガスから水分を分離する第2の気水分離器16bが配置される。アノードガス管34の第1の気水分離器16aより上流側は、アノードオフガス管44の第2の気水分離器16bより上流側に接続される。アノードガス管34とアノードオフガス管44の接続部には、第2の三方弁90が配置される。
The
第1および第2の気水分離器16a,16bの下方には、循環水タンク24が配置される。第1の気水分離器16aの下部16a1と循環水タンク24の上部24aは、第1の連通管22aを介して接続されると共に、第2の気水分離器16bの下部16b1と循環水タンク24の上部24aは、第2の連通管22bを介して接続される。尚、この明細書において、上方、下方、あるいは上部や下部などの上下関係を示す記載は、全て重力方向における上下関係を表すものとする。
A circulating
図2は、図1に示す循環水タンク24などを説明するための説明断面図であり、図3は、図2に示す循環水タンク24のIII−III線断面図である。
2 is an explanatory sectional view for explaining the circulating
図2,3に示すように、循環水タンク24は略直方体を呈すると共に、その上部24aには開口部24a1が設けられる。即ち、循環水タンク24の内部空間は、開口部24a1を介して大気に開放される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the circulating
循環水タンク24の内部には、循環水タンク24の下部24bから所定の高さh1だけ上方に向けて突出する区画壁24cが形成される。この区画壁24cによって循環水タンク24の内部には、複数個(具体的には、2個)のチャンバ(室)が形成される。以下において、紙面右側のチャンバを「第1のチャンバ」と呼び、符号24d1で示すと共に、左側のそれを「第2のチャンバ」と呼び、符号24d2で示す。
A
第1および第2のチャンバ24d1,24d2は共に、図3に示す如く、上面視略矩形状を呈する。また、第1のチャンバ24d1と第2のチャンバ24d2は、循環水タンク24の上部空間において連通される。また、第1のチャンバ24d1の容積は、第2のチャンバ24d2のそれに比して少なくなるように設定される。
Both the first and second chambers 24d1 and 24d2 have a substantially rectangular shape when viewed from above, as shown in FIG. Further, the first chamber 24 d 1 and the second chamber 24 d 2 are communicated in the upper space of the circulating
図2によく示すように、前述した第1および第2の連通管22a,22bは、循環水タンク24の第1のチャンバ24d1側の上部に接続されると共に、その端部22a1,22b1は第1のチャンバ24d1の内部に位置させられる。尚、この構成については、後に詳説する。
As shown in FIG. 2, the first and
図1の説明に戻ると、循環水タンク24の下部24b、正確には、循環水タンク24の第2のチャンバ24d2側の下部には、前記した循環水管32が接続される。即ち、循環水タンク24の第2のチャンバ24b2と改質器12の改質部12aは、循環水管32を介して接続される。
Returning to the description of FIG. 1, the circulating
次いで、上記の如く構成された燃料電池ユニット10の動作あるいは作用について説明する。
Next, the operation or action of the
改質用燃料供給源から供給される改質用燃料は、先ず改質用燃料管30、第1の三方弁46および加熱用燃料管50を介して改質器12の加熱部12b、即ち、燃焼バーナに加熱用燃料として供給される。また、燃焼空気ポンプ54によって吸引された燃焼空気は、燃焼空気管42を介して加熱部12bの燃焼バーナに供給される。
The reforming fuel supplied from the reforming fuel supply source is first heated through the reforming
燃焼バーナに供給された改質用燃料と燃焼空気は、点火電極(図示せず)によって点火されて燃焼させられる。燃焼によって発生した燃焼排ガスは、改質部12aを加熱しつつ燃焼排ガス管52を介して大気中に排出(排気)される。
The reforming fuel and combustion air supplied to the combustion burner are ignited by an ignition electrode (not shown) and burned. The combustion exhaust gas generated by the combustion is discharged (exhaust) into the atmosphere through the
図示しない改質部温度センサなどの出力に基づいて、改質部12aが改質可能な温度(具体的には、700[℃]程度)まで加熱されたと判断されると、改質部12aにおいて、改質動作が開始される。具体的には、改質用燃料供給源から供給される改質用燃料が、改質用燃料管30、第1の三方弁46を介して改質部12aに供給される。また、循環水ポンプ40によって圧送された循環水タンク24の循環水は、循環水管32を介して改質部12aに改質用水として流入させられる。
When it is determined that the reforming
改質部12aに流入させられた改質用水(循環水)は加熱部12bからの熱によって蒸発させられて水蒸気となり、その水蒸気は前記した改質用燃料と混合され、改質触媒(図示せず)において水蒸気改質反応が起こる。即ち、混合された改質用燃料と水蒸気から水素を含有するアノードガス(ガス燃料)が生成される。
The reforming water (circulated water) that has flowed into the reforming
生成されたアノードガスは、アノードガス管34、第2の三方弁90および第1の気水分離器16aを介して燃料電池14のアノード極に供給される。尚、第1の気水分離器16aを通過するアノードガスについては、後述する。
The produced anode gas is supplied to the anode electrode of the
また、カソードガスポンプ62によって吸引されたカソードガスは、カソードガス管56を介して燃料電池14のカソード極に供給される。燃料電池14のカソード極に供給されたカソードガスは、アノード極に供給されたアノードガスと電気化学反応を生じる。電気化学反応によって燃料電池14が発生した電力(直流電流)は、図示しない出力端子と出力回路を介して電気負荷(外部の電気機器)に供給される。
Further, the cathode gas sucked by the
燃料電池14から排出されるカソードオフガスは、カソードオフガス管60を介して大気中に排出される。また、燃料電池14から排出されるアノードガス(アノードオフガス)は、アノードオフガス管44および第2の気水分離器16bを介して改質器12の加熱部12bに加熱用燃料として供給される。さらに、燃料電池14の運転状態に応じて第2の三方弁90が動作させられ、改質器12において生成されたアノードガスの一部も、アノードガス管34、第2の三方弁90、アノードオフガス管44および第2の気水分離器16bを介して改質器12の加熱部12bに供給される。
The cathode offgas discharged from the
尚、燃料電池ユニット10において、アノードオフガスが加熱部12bに供給させられる状態、換言すれば、燃料電池14において電力を発生させる運転状態(通常運転時)になると、第1の三方弁46が動作させられて改質用燃料管30から加熱用燃料管50を介して加熱部12bへ供給される改質用燃料の量が徐々に減少させられ、最終的にはその供給が停止される。即ち、燃料電池ユニット10の通常運転時における加熱部12bには、アノードオフガス(あるいは、改質器12で生成されたアノードガスの一部)のみが供給される。
In the
次いで、第1の気水分離器16aを通過するアノードガス、および第2の気水分離器16bを通過するアノードオフガスについて説明する。
Next, the anode gas passing through the
アノードガス管34を流れるアノードガスは、前述した如く水蒸気改質反応によって生成されるため、多くの水分を含有する。そのため、そのまま燃料電池14に供給されると、燃料電池14のアノード極の入口で水詰まりを発生し、アノードガスの流れを阻害してしまう。そこで、アノードガス管34のアノードガスは、第1の気水分離器16aに流入させられ、アノードガスから水分が分離される。第1の気水分離器16aで分離された水分は、第1の連通管22aを介して循環水タンク24、正確には、循環水タンク24の第1のチャンバ24d1に流入させられる。
Since the anode gas flowing through the
一方、アノードオフガス管44を流れるアノードオフガスにも水分が多く含まれる場合がある。そのため、そのまま加熱部12bの燃焼バーナに供給されると、燃焼バーナの着火不良や、潜熱による燃焼バーナのカロリーロスが増加する。そこで、アノードオフガス管44のアノードオフガスは、第2の気水分離器16bに流入させられ、アノードオフガスから水分が分離される。第2の気水分離器16bで分離された水分は、第2の連通管22bを介して循環水タンク24、正確には、循環水タンク24の第1のチャンバ24d1に流入させられる。
On the other hand, the anode off gas flowing through the anode off
第1の気水分離器16aあるいは第2の気水分離器16bから供給され、第1のチャンバ24d1に貯留される水分(循環水)W1の量が増加すると、図2に矢印Aで示すように、循環水W1が区画壁24cの上端24c1を超えて(オーバーフローして)第2のチャンバ24d2へと流出させられて第2のチャンバ24d2に貯留される。従って、第1のチャンバ24d1は、一定の高さの水面、具体的には、高さh1の水面が常に保持(確保)される。尚、第1のチャンバ24d1から第2のチャンバ24d2へと流出させられて貯留された水分(循環水)W2は、前述した如く、循環水ポンプ40が作動せられるとき、改質器12の改質部12aに供給される。
When the amount of moisture (circulated water) W1 supplied from the
ここで、第1のチャンバ24d1内部に配置される第1の連通管22aについて詳しく説明する。以下、第1の連通管22aについて説明するが、第1および第2の連通管22a,22bは略同一構成であるため、以下の説明は第2の連通管22bにも略妥当する。
Here, the
図2を参照して説明すると、循環水タンク24の第1のチャンバ24d1には、第1および第2の気水分離器16aから供給される水分(循環水)W1が区画壁24cの上端24c1まで貯留される。この第1のチャンバ24d1に貯留された循環水W1に、第1の連通管22aが差し込まれる。即ち、第1の連通管22aの端部22a1は、第1のチャンバ24d1に貯留される循環水W1の中に常に位置させられる。
Referring to FIG. 2, in the first chamber 24d1 of the circulating
このとき、第1の連通管22a内の水面Wsaは、第1の気水分離器16aから流入させられたアノードガスの圧力によって下方へ押し下げられる、より詳しくは、循環水W1の水面Wsbから、アノードガスの圧力(アノードガス管34の内圧。正圧)から大気圧を引いた圧力、具体的には、アノードガスの圧力と大気圧の差に相当する水頭高さh2だけ、下方へ押し下げられる。
At this time, the water surface Wsa in the
そこで、第1の連通管22aにおける水面Wsbからの差し込み深さh3を、前記した水頭高さh2に所定の高さαを加えた値とした。即ち、第1の連通管22aの端部22a1を、循環水タンク24の第1のチャンバ24d1に貯留される循環水W1の水面Wsbから、アノードガスの圧力と大気圧の差に相当する水頭高さh2よりも深い位置h3まで延ばされるように構成した。
Therefore, the insertion depth h3 from the water surface Wsb in the
これにより、アノードガスの圧力が第1の連通管22a内の水面Wsaに作用した場合であっても、第1の連通管22aの下端付近には常に所定の高さα分だけ循環水が存在することとなるため、アノードガス管34のアノードガスが第1の連通管22aを通過して循環水タンク24などに流入させられる(漏洩する)ことを防止することができる。
Thereby, even when the pressure of the anode gas acts on the water surface Wsa in the
尚、第1の連通管22aの断面積(即ち、第1の連通管22a内の水面Wsaの面積)と、第1のチャンバ24d1に貯留される循環水W1の水面Wsbの面積は、アノードガス(あるいはアノードオフガス)の圧力と大気圧を考慮して適宜に設定される。
The cross-sectional area of the
以上のように、この発明の実施例にあっては、改質器12と、前記改質器で生成されたガス燃料を供給される燃料電池14と、前記ガス燃料から水分を分離する気水分離器(第1、第2の気水分離器16a,16b)と、前記気水分離器に連通管(第1、第2の連通管22a,22b)を介して接続され、前記気水分離器で分離された水分を供給されて前記改質器用の循環水として貯留する循環水タンク24とを少なくとも備えた燃料電池ユニット10において、前記循環水タンクを前記気水分離器の重力方向において下方に配置するように構成、即ち、気水分離器(16a,16b)で分離された水分は連通管(22a,22b)を介して直接循環水タンク24に供給(落下)させられるように構成したので、気水分離器で分離された水分を一時的に貯留する貯留タンクを不要とすることができ、よって占有スペースを減少できる。
As described above, in the embodiment of the present invention, the
また、前記連通管(22a,22b)の端部(22a1,22b1)を前記循環水タンク24に貯留される循環水W1の中に位置させるように構成、即ち、アノードガスあるいはアノードオフガスを循環水タンク24の循環水W1で液封するように構成したので、従来技術の貯留タンク、電磁弁や液面センサなどを不要とすることができ、簡易な構成でありながら、第1および第2の気水分離器16a,16bの水分を、アノードガスなどの漏洩を防止しつつ循環水タンク24に供給することができる。さらに、従来技術の如く電磁弁や液面センサなどを備えていないため、コスト的にも有利である。
Further, the end portions (22a1, 22b1) of the communication pipes (22a, 22b) are positioned in the circulating water W1 stored in the circulating
また、前記循環水タンク24はチャンバ(第1のチャンバ24d1)を備えると共に、前記連通管(22a,22b)の端部(22a1,22b1)を前記チャンバに貯留される循環水W1の中に位置させるように構成した。これにより、循環水タンク24に貯留される循環水の一部、具体的には、第1のチャンバ24d1に貯留される比較的少量の循環水W1でアノードガスあるいはアノードオフガスを液封でき、アノードガスなどの漏洩を一層防止することができる。
The circulating
また、前記循環水タンク24は大気に開放されると共に、前記連通管(22a,22b)の端部(22a1,22b1)を、前記循環水タンク24に貯留される循環水W1の水面Wsbから、前記ガス燃料の圧力と大気圧の差に相当する水頭高さh2よりも深い位置h3まで延ばされるように構成したので、アノードガスなどの漏洩をより一層防止しつつ、第1および第2の気水分離器16a,16bの水分を循環水タンク24に供給することができる。
The circulating
即ち、端部(22a1,22b1)が循環水タンク24の循環水W1の中に位置させられる連通管(22a,22b)において、連通管内の水分の水面Wsaはアノードガスあるいはアノードオフガスの圧力によって下方へ押し下げられる、より詳しくは、循環水タンク24の循環水W1の水面Wsbから、アノードガスなどの圧力と大気圧の差に相当する水頭高さh2だけ、下方へ押し下げられることとなる。そこで、連通管の端部(22a1,22b1)を、循環水タンク24の循環水W1の水面Wsaから、アノードガスなどの圧力と大気圧の差に相当する水頭高さh2よりも深い位置h3まで延ばされるように構成したので、アノードガスなどの圧力が連通管内の水面Wsaに作用した場合であっても、連通管の下端付近には常に所定の高さα分だけ水分が存在することとなり、よってアノードガスなどが連通管(22a,22b)を通過して循環水タンク24に流入させられる(漏洩する)ことを防止することができる。
That is, in the communication pipe (22a, 22b) in which the end portions (22a1, 22b1) are positioned in the circulating water W1 of the circulating
また、ガス燃料はアノードガスからなるように構成したので、水分を多く含有するアノードガス(あるいはアノードオフガス)において、上記した効果を得ることができる。 Further, since the gas fuel is composed of the anode gas, the above-described effects can be obtained in the anode gas (or anode off gas) containing a large amount of moisture.
尚、上記において、燃料電池14を固体高分子型としたが、それに限られるものではなく、他の形式であってもよい。
In the above description, the
また、循環水タンク24の形状を略直方体となるように構成したが、他の形状、例えば円筒形状などであってもよく、第1、第2のチャンバ24d1,22d2の形状も、図示のものに限られるものではない。
Further, the shape of the circulating
また、改質用燃料として都市ガスを使用するよう構成したが、LPガスなどであってもよい。 In addition, although city gas is used as the reforming fuel, LP gas or the like may be used.
10 燃料電池ユニット、12 改質器、14 燃料電池、16a 第1の気水分離器(気水分離器)、16b 第2の気水分離器(気水分離器)、22a 第1の連通管(連通管)、22b 第2の連通管(連通管)、22a1 (第1の連通管の)端部、22b1 (第2の連通管の)端部、24 循環水タンク、24d1 第1のチャンバ(チャンバ)、W1 循環水、Wsb (循環水の)水面
DESCRIPTION OF
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006148630A JP2007317617A (en) | 2006-05-29 | 2006-05-29 | Fuel cell unit |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013182832A (en) * | 2012-03-02 | 2013-09-12 | Aisin Seiki Co Ltd | Water purifying device of fuel cell system |
-
2006
- 2006-05-29 JP JP2006148630A patent/JP2007317617A/en not_active Withdrawn
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