JP2008103279A - 燃料電池システム - Google Patents
燃料電池システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008103279A JP2008103279A JP2006286822A JP2006286822A JP2008103279A JP 2008103279 A JP2008103279 A JP 2008103279A JP 2006286822 A JP2006286822 A JP 2006286822A JP 2006286822 A JP2006286822 A JP 2006286822A JP 2008103279 A JP2008103279 A JP 2008103279A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- source
- valve
- fuel cell
- fuel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
【課題】脈動を低減させた状態で、原燃料ガスを下流側(改質装置側)に向けて搬送させるのに有利な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システムは、原燃料ガスを改質させてアノードガスを生成させる改質装置1と、改質装置1で生成されたアノードガスに基づいて発電を行う燃料電池2と、燃料源4と改質装置1とを繋ぐ供給通路3と、供給通路3において改質装置1と燃料源4との間に設けられ燃料源4の原燃料ガスを脈動を伴って改質装置1に供給するガス搬送源5とを備えている。供給通路3においてガス搬送源5の下流で且つ改質装置1の上流に、バッファタンク9と絞り10とが上流からこの順に設けられている。
【選択図】図1
【解決手段】燃料電池システムは、原燃料ガスを改質させてアノードガスを生成させる改質装置1と、改質装置1で生成されたアノードガスに基づいて発電を行う燃料電池2と、燃料源4と改質装置1とを繋ぐ供給通路3と、供給通路3において改質装置1と燃料源4との間に設けられ燃料源4の原燃料ガスを脈動を伴って改質装置1に供給するガス搬送源5とを備えている。供給通路3においてガス搬送源5の下流で且つ改質装置1の上流に、バッファタンク9と絞り10とが上流からこの順に設けられている。
【選択図】図1
Description
本発明は、改質装置を備える燃料電池システムに関する。
燃料電池システムは、燃料源の原燃料ガスを改質させてアノードガスを生成させる改質装置と、改質装置で生成されたアノードガスと酸化剤とに基づいて発電を行う燃料電池と、燃料源と改質装置とを繋ぐ供給通路と、燃料源の原燃料ガスを改質装置に供給するポンプとを備えている。このような燃料電池システムによれば、ポンプの下流にアキュムレータ設けられているものが知られている(特許文献1)。アキュムレータは、ポンプから圧送された原燃料ガスの脈動を減衰させる。
また、圧力損失部における圧力損失を測定する差圧センサと、原料ガス供給路内の圧力を測定する圧力センサと、原料ガス供給路内の温度を測定する温度センサと、各センサからの信号に基づいて原料ガス流量を演算する演算手段と、演算手段で演算される原料ガス流量に基づいて原料ガス昇圧ポンプの能力を制御する原料ガス昇圧ポンプの能力を制御する制御部とを備える燃料電池システムが開示されている(特許文献2)。このものによれば、原料ガスの脈動があったとしても、各センサからの信号に基づいて原料ガスの流量を演算で求め得ると記載されている。
特開2002−358990号公報
特開2003−151602号公報
特許文献1に係る燃料電池システムによれば、アキュムレータは、ポンプから圧送された原燃料ガスの脈動を減衰させるが、必ずしも充分ではない。特許文献2に係る燃料電池システムによれば、原料ガスの脈動があったとしても、各センサからの信号に基づいて原料ガスの流量を演算で求め得るが、原料ガスの脈動の発生が容認されており、原燃料ガスの脈動を積極的に減衰させるものではない。
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、脈動を減衰させて低減させた状態で、原燃料ガスを下流側(改質装置側)に向けて搬送させるのに有利な燃料電池システムを提供することを課題とする。
(1)様相1に係る燃料電池システムは、燃料源の原燃料ガスを改質させてアノードガスとなる改質ガスを生成させる改質装置と、改質装置で生成されたアノードガスと酸化剤とに基づいて発電を行う燃料電池と、燃料源と改質装置とを繋ぐ供給通路と、供給通路において改質装置と燃料源との間に設けられ燃料源の原燃料ガスを脈動を伴って改質装置に供給するガス搬送源とを具備する燃料電池システムにおいて、
供給通路においてガス搬送源の下流で且つ改質装置の上流に設けられ、バッファタンクと絞りとが上流からこの順に設けられていることを特徴とする。
供給通路においてガス搬送源の下流で且つ改質装置の上流に設けられ、バッファタンクと絞りとが上流からこの順に設けられていることを特徴とする。
供給通路にはバッファタンクと絞りとが上流からこの順に設けられている。バッファタンクは、供給通路の流路断面積よりも大きい流路断面積をもつ空間室を意味する。絞りは、供給通路の流路断面積よりも小さな流路断面積をもつ孔を意味する。絞りはオリフィスまたはノズルが例示される。原燃料ガスは、バッファタンクに供給された後、流路断面積が小さな絞りを流れる。この結果、原燃料ガスが脈動をもつときであっても、原燃料ガスの脈動は減衰されて緩和される。
即ち、ガス搬送源が原燃料ガス(原燃料流体)を改質装置に向けて供給するとき、ガス搬送源が原燃料ガスの脈動を発生させたとしても、バッファタンクおよび絞りにより、原燃料ガスの脈動が抑制される。この結果、様相1に係る燃料電池システムは、脈動を減衰させて低減させた状態で、原燃料ガスを下流側(改質装置側)に向けて搬送させることができる。
(2)様相2に係る燃料電池システムによれば、様相1において、供給通路において絞りの下流に、原燃料ガスの流量を測定する流量センサが設けられている。前述したようにバッファタンクと絞りとが上流からこの順に設けられているため、原燃料ガスの脈動が減衰されて抑制される。従って原燃料ガスの脈動が抑えられた状態で、原燃料ガスが流量センサに送られる。このため原燃料ガスの乱流または不均一性を抑制しつつ原燃料ガスを流量センサに供給でき、流量センサによる検知精度が良好に確保される。流量センサとしては、原燃料ガスの単位時間当たりの搬送流量を検知できるものであれば何でも良いが、原燃料ガスの脈動が抑えられるため、複雑な制御回路および高価な流量センサを必要とせず、安価な質量流量センサ等を用いることができる。
(3)様相3に係る燃料電池システムによれば、様相1または2において、供給通路においてガス搬送源の上流にチェック弁が設けられており、チェック弁は、供給通路に連通する弁口と、閉弁動作および開弁動作を行う弁体と、弁体が閉弁動作をする方向に弁体を付勢する付勢バネとを備えており、チェック弁は、ガス搬送源から原燃料ガスが燃料源に向かうことを抑える閉弁動作と、燃料源からガス搬送源に向かう原燃料ガスを通過させる開弁動作とを実行する。チェック弁が閉弁すれば、燃料源からガス搬送源への原燃料ガスの供給が停止される。チェック弁が開弁すれば、燃料源からガス搬送源へ原燃料ガスが供給される。
(4)様相4に係る燃料電池システムによれば、様相1〜3において、ガス搬送源は吸込口と吐出口とをもち、ガス搬送源の駆動時において、吸込口はチェック弁の弁体を開弁方向に動作させる吸込圧を発生させる。この場合、ガス搬送源の吸込圧によりチェック弁の弁体を開弁方向に動作させることができる。この場合、ガス搬送源の搬送力が増加するにつれて、チェック弁の弁体を開弁方向に動作させて開弁度を増加させる。このためチェック弁を経て供給される原燃料ガスの流量を自動的に増加させることができる。またガス搬送源の搬送力が減少するにつれて、ガス搬送源の吸込圧が減少するので、チェック弁の弁体を閉弁方向に動作させて開弁度を減少させることができる。このためチェック弁を経て供給される原燃料ガスの流量を自動的に減少させることができる。
(5)様相5に係る燃料電池システムによれば、様相1〜4において、原燃料ガスの硫黄成分を除去する脱硫器が供給通路においてバッファタンクおよび絞りの上流または下流に設けられている。脱硫器が供給通路においてバッファタンクおよび絞りの上流に設けられている場合には、脱硫した原燃料ガスをバッファタンクおよび絞りに向けて流すことができる。脱硫器が供給通路においてバッファタンクおよび絞りの下流に設けられている場合には、バッファタンクおよび絞りにより脈動が低減した原燃料ガスを脱硫器に流すことができ、脱硫器に供給される原燃料ガスの均一性を高めることができ、脱硫器における脱硫効果の均一性を高めるのに有利である。
(6)様相6に係る燃料電池システムによれば、様相1〜5において、バッファタンクを構成する壁に絞りが形成されている。このようにバッファタンクおよび絞りが機械構造として一体に形成されているため、コンパクト化に有利となる。
本発明に係る燃料電池システムによれば、ガス搬送源が原燃料ガスを改質装置に向けて供給するとき、ガス搬送源が原燃料ガスの脈動を発生させたとしても、バッファタンクおよび絞りにより、原燃料ガスの脈動が減衰されて低減される。この結果、脈動を減衰させて低減させた状態で、原燃料ガスを下流側(改質装置側)に向けて搬送させることができる。
以下、本発明を実施するための実施形態を各実施例に従って説明する。
本発明の実施例1を図1〜図3を参照として説明する。本実施例の燃料電池システムは定置形であり、図1に示すように、燃料源4の原燃料ガス(例えばメタン、ブタン、プロパンなどを主要成分とする炭化水素系ガス)を改質させてアノードガスを生成させる改質装置1と、改質装置1で生成されたアノードガスと酸化剤とに基づいて発電を行う燃料電池2と、燃料源4と改質装置1とを繋ぐ第1供給通路3と、第1供給通路3において改質装置1と燃料源4との間に設けられ燃料源4の原燃料ガスを脈動を伴って改質装置1に供給するガス搬送源としての第1ポンプ5とを備えている。第1供給通路3のうち燃料源4側には、開閉可能な弁部3x,3yを備える二連弁が設けられている。改質装置1は、改質触媒を担持するセラミックス担体をもつ改質部1aと、改質反応に適するように改質部1aを加熱する燃焼部1cとを備えている。燃焼部1cで燃焼した燃焼排ガスを外気に放出させる燃焼排ガス通路1mが燃焼部1cに形成されている。燃焼用空気を燃焼部1cに供給する燃焼用空気通路6が設けられている。燃焼用空気通路6には燃焼用空気ポンプ7(燃焼用空気ガス搬送源)が設けられている。
第1供給通路3は燃料源4と改質装置1の改質部1aとを繋ぐ通路である。第1供給通路3には、その上流側から下流に向けて順に、チェック弁8、ガス搬送源としての第1ポンプ5、バッファタンク9、絞り10、流量センサ11、脱硫器12、改質装置1の改質部1aがこの順で直列に配置されている。第1ポンプ5はポンプ吸込口5iおよびポンプ吐出5piをもつ。第1供給通路3には第2供給通路13が分岐されている。第2供給通路13は燃料源4と改質装置1の燃焼部1cとを繋ぐ通路である。第2供給通路13には、その上流側から下流に向けて順に、第2ガス搬送源としての第2ポンプ14、合流部15、燃焼部1cが直列に配置されている。第2ポンプ14はポンプ吸込口14iおよびポンプ吐出14pをもつ。
上記したバッファタンク9は、第1供給通路3の流路断面積よりも大きい流路断面積をもつ箱状の空間室を意味する。絞り10は、第1供給通路3の流路断面積よりも小さな流路断面積をもつ孔を意味し、オリフィスまたはノズルが例示される。流量センサ11としては、原燃料ガスの単位時間当たりの搬送流量を検知できるものであれば、何でも良い。
第1供給通路3において第1ポンプ5の上流にチェック弁8が設けられている。チェック弁8は、第1供給通路3に連通する弁口8aと、閉弁動作および開弁動作を行う弁体8cと、弁体8cが閉弁動作をする方向(矢印A2方向)に弁体8cを付勢する付勢バネ8dとを備えている。チェック弁8は一方向通過性をもち、第1ポンプ5のポンプ吸込口5iから原燃料ガスが燃料源4に向かうことを抑える閉弁動作と、燃料源4から第1ポンプ5のポンプ吸込口5iに向かう原燃料ガスを通過させる開弁動作とを実行する。第1ポンプ5が駆動していないとき、チェック弁8の弁口8aに付勢バネ8dの付勢バネにより弁体8cが閉弁している。
燃料電池2は、固体高分子型のイオン伝導膜(例えばパーフルオロスルホン酸樹脂)を厚み方向に挟むカソード極2cとアノード極2aとをもつ膜電極接合体を複数組み付けることにより、スタックを構成している。膜電極接合体はシート状でも良いし、チューブ型でも良い。なおイオン伝導膜は固体高分子型に限らず、酸化物型でも良い。
改質装置1の改質部1aの吐出ポート1xと燃料電池2のアノード極2aの入口2aiとを繋ぐアノードガス通路16が設けられている。アノードガス通路16には開閉可能なアノード入口弁17が設けられている。燃料電池2のアノード極2aの出口2apと改質装置1の燃焼部1cのポート1ciとは、アノードオフガス通路20で繋がれている。アノードオフガス通路20にはアノード出口弁22が設けられている。燃料電池2のアノード極2aを迂回するように、改質装置1の改質部1aの吐出ポート1xと改質装置1の燃焼部1cとを繋ぐバイパス通路25が設けられている。バイパス通路25にはバイパス弁26が設けられている。燃料電池2のカソード極2cの入口2ciに、カソードガス(一般的には空気)を供給するカソードガス通路30が設けられている。カソードガス通路30にはカソードガスポンプ34(カソードガスガス搬送源)、カソードガスを加湿する加湿器35および開閉可能なカソード入口弁31が設けられている。燃料電池2のカソード極2cの出口2cpからカソードオフガス通路32が導出されている。カソードオフガス通路32には開閉可能なカソード出口弁33が設けられている。
さて燃料電池システムの起動時について説明する。この場合、制御装置により燃焼用空気ポンプ7が作動すると、燃焼用空気が燃焼用空気通路6を介して合流部15に供給される。また制御装置により第2ポンプ14が作動すると、原燃料ガスが合流部15に供給される。これにより原燃料ガスと燃焼用空気とが燃焼部1c上流の合流部15で混合され、適切な空燃比となり、混合流体は改質装置1の燃焼部1cに供給され、燃焼部1cで燃焼が行われる。このため改質部1aが改質反応に適するように高温に加熱される。
改質部1aが適温になると、制御装置により第1ポンプ5が作動する。すると、第1ポンプ5のポンプ吸込口5iの吸込圧(負圧)により、付勢バネ8dのバネ力に反抗しつつ、チェック弁8の弁体8cが開弁方向(矢印A1方向)に自動的に引き寄せられ、弁口8aが自動的に開弁する。この結果、燃料源4から原燃料ガスがチェック弁8の弁口8a、第1ポンプ5のポンプ吸込口5iおよびポンプ吐出口5p、バッファタンク9、絞り10、流量センサ11、脱硫器12を順に経て、改質部1aのポート1rに供給される。
更に図略の蒸発部から水蒸気が改質部1aに供給される。これにより原燃料ガスが水蒸気により改質され、水素リッチなアノードガスが改質部1aで得られる。アノードガスの含まれている一酸化炭素は、図略のCO低減部により低減される。COが低減されたアノードガスは、アノードガス通路16から燃料電池2のアノード極2aの入口2aiに供給されて発電に使用される。
ただし改質装置1の起動時には、改質ガスの組成の安定性が充分ではない。このため改質部1aで生成されたアノードガスは、燃料電池2のアノード極2aを迂回するように、バイパス通路25および開放状態のバイパス弁26を介して、アノードオフガス通路20に供給され、改質装置1の燃焼部1cのポート1ciに供給され、燃焼部1cで燃焼される。このようにアノードガスが燃料電池2のアノード極2aを迂回する場合、アノード入口弁17およびアノード出口弁22は閉鎖されており、アノードガスは燃料電池2のアノード極2aに供給されない。
そして改質ガスの組成が安定すると、バイパス弁26が閉鎖し、アノード入口弁17およびアノード出口弁22が開放する。このため、改質部1aで生成されたアノードガスは、吐出ポート1x、アノードガス供給路16、アノード入口弁17を経て燃料電池2のアノード極2aの入口2aiに供給される。ここで、カソードガス通路30のカソードガスポンプ34(カソードガスガス搬送源)が駆動するため、カソードガス通路30からカソードガス(一般的には空気)が加湿器35を経て燃料電池2のカソード極2cの入口2ciに供給される。これにより燃料電池2において発電が行われる。発電反応後のアノードオフガスは、可燃成分を有することがあるため、アノードオフガス通路20を経て燃焼部1cの吸込ポート1ciに至り、燃焼部1cで燃焼される。
さて本実施例によれば、図1に示すように、原燃料ガスを改質装置1の改質部1aに供給するにあたり、第1供給通路3にはバッファタンク9と絞り10とが上流からこの順に設けられている。このため、第1ポンプ5が脈動を伴って原燃料ガスを下流に向けて搬送させるときであっても、原燃料ガスの脈動はバッファタンク9および絞り10により緩和される。即ち、第1ポンプ5が原燃料ガスを改質装置1に向けて供給するとき、第1ポンプ5が原燃料ガスの脈動を発生させたとしても、バッファタンク9および絞り10により、原燃料ガスの脈動が減衰されて抑制される。この結果、原燃料ガスの脈動が減衰されて低減された状態で、原燃料ガスは下流側(改質装置1側)に向けて搬送される。従って脈動が低減または解消された原燃料ガスが改質装置1の改質部1aに供給される。この結果、改質部1aにおける改質反応の均一性が向上し、改質部1aにおける改質反応が良好に行われる。
更に本実施例によれば、図1に示すように、絞り10の下流に流量センサ11が設けられている。改質装置1での改質反応を良好に行うためには、流量センサ11による原燃料ガスの検知精度が良好に確保されることが要請されている。しかし原燃料ガスが脈動していると、流量センサ11による検知精度が良好に確保されないおそれがある。この点について本実施例によれば、第1供給通路3において、バッファタンク9と絞り10とが上流からこの順に設けられている。そして原燃料ガスの流量を検知する流量センサ11が絞り10の下流に設けられている。換言すると、第1供給通路3において流量センサ11の上流にバッファタンク9および絞り10がこの順で設けられている。このため流量センサ11の上流において原燃料ガスの脈動が減衰されて抑制されている。この結果、原燃料ガスの脈動を低減させた状態で、原燃料ガスを下流側(改質装置1側)に向けて搬送させることができる。従って原燃料ガスの脈動が抑えられた状態で、原燃料ガスが流量センサ11に送られる。このため流量センサ11による検知精度が良好に確保される。従って流量センサ11を安価なものにできる。
本実施例によれば、第1ポンプ5が駆動して原燃料ガスを改質装置1に向けて搬送させるとき、第1ポンプ5のポンプ吸込口5iは吸込圧(負圧)を発生させる。この場合、第1ポンプ5の駆動力が大きく、第1ポンプ5の吸込圧(負圧)が所定圧を越えていれば、チェック弁8の弁体8cの開弁度はほぼ一定である。しかしながら第1ポンプ5の駆動力が小さく、第1ポンプ5の吸込圧(負圧)が所定圧未満であれば、第1ポンプ5の吸込圧(負圧)とチェック弁8の弁体8cの開弁度とは、比例的な相関関係をもつ。よって第1ポンプ5の吸込圧(負圧)が所定圧未満であれば、第1ポンプ5の吸込圧(負圧)の大きさに応じて、チェック弁8の弁体8cを開弁方向(矢印A1方向)に吸引させて弁体8cの開弁度を調整することができる。
この場合、第1ポンプ5におけるガス搬送力が増加するにつれて、第1ポンプ5の吸込圧(負圧)が増加するため、チェック弁8の弁体8cを開弁方向(矢印A1方向)に吸引する吸引力が増加し、チェック弁8の開弁度を増加させることができ、ひいては、チェック弁8を通過する原燃料ガスの流量を自動的に増加させることができる。
これに対して第1ポンプ5の搬送力が減少するにつれて、第1ポンプ5のポンプ吸込口5iの吸込圧(負圧)が減少するため、チェック弁8の弁体8cを吸引する吸引力(矢印A1方向)が減少する。よって、チェック弁8の付勢バネ8dの付勢力が吸引力に打ち勝ち、弁体8cの開弁度を減少させることができ、ひいてはチェック弁8を通過する原燃料ガスの流量を自動的に減少させることができる。
図3は、チェック弁8の開弁度と燃料電池2の発電出力との関係を簡略的に表すグラフを示す。図3の横軸は燃料電池2の発電出力を示す。図3の縦軸はチェック弁8の開弁度を示す。燃料電池2が通常運転しているとき、第1ポンプ5のポンプ吸込口5iの吸込圧(負圧)はほぼ一定であり、図3の特性線に示すように、チェック弁8の開弁度はほぼ一定値Kに維持される。図3のMAは燃料電池2の通常運転の発電領域を示す。しかし燃料電池システムの起動時において、第1ポンプ5のポンプ吸込口5iの吸込圧(負圧)が次第に増加するため、図3に示すように、チェック弁8の開弁度は次第に増加する傾斜特性領域MBをもつ。
ここで、燃料電池システムの起動時において、燃料供給源4から原燃料ガスが第1ポンプ5を介して改質装置1の改質部1aに大流量で急激に供給されると、改質部1aにおける原燃料ガスと水蒸気との比率が変化し、水蒸気(原料水)の割合が相対的に低下し、改質部1aにおいてコーキング(炭化物発生)が発生するおそれがある。この点本実施例によれば、燃料電池システムの起動時(傾斜特性領域MB)においては、第1ポンプ5のポンプ吸込口5iの吸込圧(負圧)が減少しているため、チェック弁8の弁体8cが閉弁方向(矢印A2方向)に動作し、弁体8cの開弁度を減少させることができる。このため、チェック弁8を流れる原燃料ガスの単位時間あたりの流量が過剰に増加することが抑えられる。このため水蒸気(原料水)を過剰にせずとも、改質部1aにおけるコーキングの発生を抑制するのに有利となる。
また、図3の特性線から理解できるように、燃料電池2の運転が通常運転(領域MA)から傾斜特性領域MBを経て停止状態に移行するとき、第1ポンプ5のポンプ吸込口5iの吸込圧(負圧)は次第に減少するため、チェック弁8の開弁度は次第に減少する。この場合、図3に示すように、燃料電池2の運転が傾斜特性領域MBから停止状態に移行するとき、第1ポンプ5におけるガス搬送力が減少するにつれて、第1ポンプ5の吸込圧(負圧)が減少するため、チェック弁8の弁体8cを閉弁方向(矢印A2方向)に動作させて弁体8cの開弁度を減少させることができる。このため燃料電池システムを停止させる際に、チェック弁8は、チェック弁8を流れる原燃料ガスの流量を自動的に減少させることができる。なお、第1ポンプ5が完全に停止すれば、付勢バネ8dの付勢力によりチェック弁8の弁体8cは自動的に閉鎖される。
また、燃料源4の改質前の原燃料ガスを改質部1aおよび/または燃料電池2のアノード極2aに封入する封入操作が実行されることがある。封入操作の場合、大きな流量の原燃料ガスが燃料電池2のアノード極2aに急激に供給されることは、避けることが好ましい。この点本実施例によれば、第1ポンプ5の駆動力を小さくし、第1ポンプ5の吸込圧(負圧)を減少させれば、チェック弁8の開弁度を自動的に減少させることができる。従って原燃料ガスを燃料電池2のアノード極2aに少量ずつ供給して封入するのに有利となる。なお、燃料源4の改質前の原燃料ガスを改質部1aおよび/または燃料電池2のアノード極2aに供給し、既存のガスを追い出すパージ操作を実行しても良い。
図2は本実施例に係るバッファタンク9を示す。このバッファタンク9は、流路断面積が小さな絞り10を一体に装備するものであり、大きな室容積をもつバッファ室9eを有する角箱形状をなす箱体9aと、箱体9aの側面壁9cに設けられ第1ポンプ5のポンプ吐出口5pに繋がる入口管9iと、箱体6aの側面壁9cに設けられ流量センサ11に繋がる出口管9pとをもつ。バッファ室9eの流路断面積は、第1供給通路3の流路断面積、出口管9pの流路断面積、入口管9iの流路断面積よりもかなり大きく設定されている。絞り10は出口管9pの始端側に設けられている。つまり、小孔状をなす絞り10は箱体9aの側面壁9c(バッファタンク9を構成する壁)に孔を形成することにより、バッファタンク9の側面壁9cに直接設けられている。絞り10の流路断面積は、出口管9pの流路断面積、入口管9iの流路断面積、第1供給通路3の流路断面積よりも小さく設定されており、原燃料ガス等のガスを絞る絞り効果を有する。上記したようにバッファタンク9は、流路断面積が小さな絞り10を一体に装備するため、コンパクト化を図り得る。
脱硫器12は、改質装置1の改質部1aに供給される原燃料ガスの硫黄成分を低減または除去させるものである。脱硫器12は、脱硫剤を担持したビーズなどの担体の集合体を備えている。また、脱硫器12は、脱硫剤を担持したモノリス構造体で形成しても良い。図1に示すように、脱硫器12が第1供給通路3においてバッファタンク9および絞り10の下流に設けられているため、バッファタンク9および絞り10により脈動が低減した原燃料ガスを脱硫器12に流すことができる。従って、原燃料ガスができるだけ均一に脱硫器12に流れ、脱硫器12における脱硫効果の均一性を高めるのに有利である。
加えて本実施例によれば、図1に示すように、脱硫器12は、第1供給通路3において、バッファタンク9および絞り10の下流に設けられている。このため、大気開放されている燃焼部1cと脱硫器12との接触を避けることができる。故に大気と脱硫器12の脱硫剤との直接的な接触が抑えられ、脱硫器12の脱硫性能を長期にわたり確保するのに有利となる。
図4は本発明の実施例2を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図4に示すように、第1ポンプ5は、ハウジングとなる基体500と、基体500に矢印A1,A2方向に往復移動可能に保持された駆動軸501と、駆動軸501をスライド可能に保持する軸受501wと、駆動軸501を往復移動させるための駆動部となる電磁石502と、電磁石502を保持する保持部503と、駆動軸501の長さ方向の一端部に設けられた可撓性をもつ第1ダイヤフラム膜520fと、駆動軸501の長さ方向の他端部に設けられた可撓性をもつ第2ダイヤフラム膜520sとをもつ。
更に図4に示すように、第1ポンプ5は、第1ダイヤフラム膜520fを覆う第1作動室532fを形成する第1閉鎖部材530fと、第2ダイヤフラム膜520sを覆う第2作動室532sを形成する第2閉鎖部材530sと、第1閉鎖部材530fに設けられた第1吐出ポート541fおよび第1吸込ポート543fと、第1吐出ポート541fに移動可能に嵌合された第1吐出弁641fと、第1吸込ポート543fに移動可能に嵌合された第1吸込弁643fと、第1吐出ポート541fに連通可能な第1吐出室551fと、第1吸込ポート543fに連通可能な第1吸込室553fと、第2閉鎖部材530sに設けられた第2吐出ポート541sおよび第2吸込ポート543sと、第2吐出ポート541sに嵌合された第2吐出弁641sと、第2吸込ポート543sに嵌合された第2吸込弁643sと、第2吐出ポート541sに連通可能な第2吐出室551sと、第2吸込ポート543sに連通可能な第2吸込室553sと、原燃料ガスを吐出させるポンプ吐出口5pと、燃料源4およびチェック弁8の側から原燃料ガスを吸い込むポンプ吸込口5iとを備えている。
図4に示すように、第1吐出室551fと第1吸込室553fとを気密的に仕切る第1仕切部材555fが設けられている。第2吐出室551sと第2吸込室553sとを気密的に仕切る第2仕切部材555sが設けられている。
ここで本実施例によれば、ポンプ吸込口5iは、第1吸込室553fおよび第2吸込室553sに連通可能である。ポンプ吐出口5pは、第1吐出室551fおよび第2吐出室551sに連通可能である。第1吸込室553fと第2吐出室551sとは図略の連通路を介して互いに連通する。第2吸込室553sと第1吐出室551fとは図略の連通路を介して互いに連通する。
本実施例によれば、図4に示すように、第1吐出弁641fは断面でT形状をなしており、移動可能な軸部700と、軸部700に連接された鍔状のストッパ部701とをもつ。他の弁についても同様な断面形状をもつ。
第1作動室532fが増圧されると、断面T形状の第1吐出弁641fは開弁方向(矢印B1方向)に移動して開弁されるものの、断面逆T形状の第1吸込弁643fは矢印B1方向に移動できず、閉鎖されたままである。これに対して第2作動室532sが増圧されると、断面T形状の第2吐出弁641sは開弁方向(矢印B20方向)に移動して開弁されるものの、断面逆T形状の第2吸込弁643sは矢印B10方向に移動できず、閉鎖されたままである。
ところで電磁石502が励磁作動すると、駆動軸501が矢印X1方向および矢印X2方向に交互に往復移動する。駆動軸501が矢印X1方向に移動するときについて説明する。この場合、第2ダイヤフラム膜520sが矢印X1方向に向けて変形し、第2作動室532sの容積を大きくし、第2作動室532sを減圧させて吸込力を発生させ、第2吸込弁643sを開弁方向(矢印B10方向)に移動させて開弁する。更に駆動軸501が矢印X1方向に移動すると、第1ダイヤフラム膜520fが矢印X1方向に変形し、第1作動室532fの容積を小さくさせ、第1作動室532fを増圧させて吐出力を発生させ、第1吐出弁641fを開弁方向(矢印B1方向)に移動させて開弁させる。この結果、駆動軸501が矢印X1方向に移動するときには、原燃料ガスは、ポンプ吸込口5i→第2吸込室553s→第2吸込ポート543s→第2作動室532s→第1作動室532f→第1吐出ポート541f→第1吐出室551f→ポンプ吐出口5pに流れる。結果として、原燃料ガスはポンプ吸込口5iから吸引され、ポンプ吐出口5pから吐出される。
次に、駆動軸501が矢印X2方向に移動するときについて説明する。この場合、第1ダイヤフラム膜520fが矢印X2方向に向けて変形し、第1作動室532fの容積を大きくし、第1作動室532fを減圧させて吸込力を発生させ、第1吸込弁643fを開弁方向(矢印B2方向)に移動させて開弁する。更に駆動軸501が矢印X2方向に移動すると、第2ダイヤフラム膜520sが矢印X2方向に変形し、第2作動室532sの容積を小さくさせ、第2作動室532sを増圧させて吐出力を発生させ、第2吐出弁641sを開弁方向(矢印B20方向)に移動させて開弁させる。この結果、駆動軸501が矢印X2方向に移動するときには、原燃料ガスは、ポンプ吸込口5i→第1吸込室553f→第1吸込ポート543f→第1作動室532f→第2作動室532s→第2吐出ポート541s→第2吐出室551s→ポンプ吐出口5pに流れる。結果として、原燃料ガスはポンプ吸込口5iから吸引され、ポンプ吐出口5pから吐出される。
本実施例においても、第1ポンプ5のポンプ吸込口5iの吸込圧(負圧)によって、チェック弁8の弁体8cを開弁方向(矢印A1方向)に吸引する吸引力が増加し、チェック弁8の開弁度を調整することができる。
図5は本発明の実施例3を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図5に示すように、脱硫器12は第1ポンプ5の上流に設けられている。即ち脱硫器12は第1供給通路3においてチェック弁8の上流に設けられている。このため、硫黄成分が脱硫器12により脱硫されて浄化された原燃料ガスが、チェック弁8、第1ポンプ5、バッファタンク9、絞り10、流量センサ11、改質装置1の改質部1aの順に流れる。このため、硫黄成分がチェック弁8、第1ポンプ5、バッファタンク9、絞り10、流量センサ11に影響を与えることが抑制される。更に絞り10は、流路断面積を手動または自動で可変とする可変絞り10とされている。このため原燃料ガスの脈動を減衰させる効果を適宜調整することができる。
(その他)
実施例2では、第1ポンプ5は駆動軸を往復移動させることによりダイヤフラム膜を変形させる方式が採用されているが、これに限定されるものではなく、回転式のポンプでも良く、例えばベーンポンプ、ギヤポンプでも良く、要するに、原燃料ガスを搬送させるとき脈動を発生するものであれば良い。本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。ある実施例に特有の構造は、他の実施例においても適用できる。上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
[付記項1]燃料源の原燃料ガスを改質させてアノードガスとなる改質ガスを生成させる改質装置をもつ改質システムであって、燃料源と改質装置とを繋ぐ供給通路と、前記供給通路において前記改質装置と前記燃料源との間に設けられ前記燃料源の原燃料ガスを脈動を伴って前記改質装置に供給するガス搬送源とを具備しており、前記供給通路において前記ガス搬送源の下流で且つ前記改質装置の上流に設けられ、バッファタンクと絞りとが上流からこの順に設けられていることを特徴とする改質システム。
[付記項2]付記項1において、原燃料ガスの流量を測定する流量センサが前記供給通路において前記絞りの下流に設けられている改質システム。
[付記項3]付記項1または2において、前記供給通路において前記ガス搬送源の上流に、チェック弁が設けられており、前記チェック弁は、前記供給通路に連通する弁口と、閉弁動作および開弁動作を行う弁体と、前記弁体が閉弁動作をする方向に前記弁体を付勢する付勢バネとを備えており、前記チェック弁は、前記ガス搬送源から原燃料ガスが前記燃料源に向かうことを抑える閉弁動作と、前記燃料源から前記ガス搬送源に向かう原燃料ガスを通過させる開弁動作とを実行する改質システム。
[付記項4]付記項3において、前記ガス搬送源は吸込口と吐出口とをもち、前記ガス搬送源の駆動時において、前記吸込口は前記チェック弁の前記弁体を開弁方向に動作させる吸込圧を発生させる改質システム。
[付記項5]付記項1〜3のうちのいずれか一項において、原燃料ガスの硫黄成分を除去する脱硫器が前記供給通路において前記バッファタンクおよび前記絞りの上流または下流に設けられている改質システム。
実施例2では、第1ポンプ5は駆動軸を往復移動させることによりダイヤフラム膜を変形させる方式が採用されているが、これに限定されるものではなく、回転式のポンプでも良く、例えばベーンポンプ、ギヤポンプでも良く、要するに、原燃料ガスを搬送させるとき脈動を発生するものであれば良い。本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。ある実施例に特有の構造は、他の実施例においても適用できる。上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
[付記項1]燃料源の原燃料ガスを改質させてアノードガスとなる改質ガスを生成させる改質装置をもつ改質システムであって、燃料源と改質装置とを繋ぐ供給通路と、前記供給通路において前記改質装置と前記燃料源との間に設けられ前記燃料源の原燃料ガスを脈動を伴って前記改質装置に供給するガス搬送源とを具備しており、前記供給通路において前記ガス搬送源の下流で且つ前記改質装置の上流に設けられ、バッファタンクと絞りとが上流からこの順に設けられていることを特徴とする改質システム。
[付記項2]付記項1において、原燃料ガスの流量を測定する流量センサが前記供給通路において前記絞りの下流に設けられている改質システム。
[付記項3]付記項1または2において、前記供給通路において前記ガス搬送源の上流に、チェック弁が設けられており、前記チェック弁は、前記供給通路に連通する弁口と、閉弁動作および開弁動作を行う弁体と、前記弁体が閉弁動作をする方向に前記弁体を付勢する付勢バネとを備えており、前記チェック弁は、前記ガス搬送源から原燃料ガスが前記燃料源に向かうことを抑える閉弁動作と、前記燃料源から前記ガス搬送源に向かう原燃料ガスを通過させる開弁動作とを実行する改質システム。
[付記項4]付記項3において、前記ガス搬送源は吸込口と吐出口とをもち、前記ガス搬送源の駆動時において、前記吸込口は前記チェック弁の前記弁体を開弁方向に動作させる吸込圧を発生させる改質システム。
[付記項5]付記項1〜3のうちのいずれか一項において、原燃料ガスの硫黄成分を除去する脱硫器が前記供給通路において前記バッファタンクおよび前記絞りの上流または下流に設けられている改質システム。
本発明は改質装置をもつ燃料電池システム、改質装置をもつ改質システムに利用できる。
1は改質装置、1aは改質部、1cは燃焼部、2は燃料電池、3は第1供給通路、4は燃料源、5は第1ポンプ(ガス搬送源)、6は燃焼用空気通路、8はチェック弁、9はバッファタンク、10は絞り、12は脱硫器、13は第2供給通路を示す。
Claims (6)
- 燃料源の原燃料ガスを改質させてアノードガスとなる改質ガスを生成させる改質装置と、
前記改質装置で生成されたアノードガスと酸化剤とに基づいて発電を行う燃料電池と、
前記燃料源と前記改質装置とを繋ぐ供給通路と、
前記供給通路において前記改質装置と前記燃料源との間に設けられ前記燃料源の原燃料ガスを脈動を伴って前記改質装置に供給するガス搬送源とを具備する燃料電池システムにおいて、
前記供給通路において前記ガス搬送源の下流で且つ前記改質装置の上流に設けられ、バッファタンクと絞りとが上流からこの順に設けられていることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1において、原燃料ガスの流量を測定する流量センサが前記供給通路において前記絞りの下流に設けられている燃料電池システム。
- 請求項1または2において、前記供給通路において前記ガス搬送源の上流に、チェック弁が設けられており、
前記チェック弁は、前記供給通路に連通する弁口と、閉弁動作および開弁動作を行う弁体と、前記弁体が閉弁動作をする方向に前記弁体を付勢する付勢バネとを備えており、
前記チェック弁は、前記ガス搬送源から原燃料ガスが前記燃料源に向かうことを抑える閉弁動作と、前記燃料源から前記ガス搬送源に向かう原燃料ガスを通過させる開弁動作とを実行する燃料電池システム。 - 請求項3において、前記ガス搬送源は吸込口と吐出口とをもち、前記ガス搬送源の駆動時において、前記吸込口は前記チェック弁の前記弁体を開弁方向に動作させる吸込圧を発生させる燃料電池システム。
- 請求項1〜3のうちのいずれか一項において、原燃料ガスの硫黄成分を除去する脱硫器が前記供給通路において前記バッファタンクおよび前記絞りの上流または下流に設けられている燃料電池システム。
- 請求項1〜5のうちのいずれか一項において、前記バッファタンクを構成する壁に前記絞りが形成されている燃料電池システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006286822A JP2008103279A (ja) | 2006-10-20 | 2006-10-20 | 燃料電池システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006286822A JP2008103279A (ja) | 2006-10-20 | 2006-10-20 | 燃料電池システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008103279A true JP2008103279A (ja) | 2008-05-01 |
Family
ID=39437444
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006286822A Pending JP2008103279A (ja) | 2006-10-20 | 2006-10-20 | 燃料電池システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008103279A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2230710A1 (en) * | 2009-03-19 | 2010-09-22 | Samsung SDI Co., Ltd. | Fuel cell system and method of operating the same |
JP2011060603A (ja) * | 2009-09-10 | 2011-03-24 | Eneos Celltech Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2013033666A (ja) * | 2011-08-02 | 2013-02-14 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
JP2013191298A (ja) * | 2012-03-12 | 2013-09-26 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システム |
JPWO2012128369A1 (ja) * | 2011-03-24 | 2014-07-24 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | 燃料電池システム |
-
2006
- 2006-10-20 JP JP2006286822A patent/JP2008103279A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2230710A1 (en) * | 2009-03-19 | 2010-09-22 | Samsung SDI Co., Ltd. | Fuel cell system and method of operating the same |
JP2011060603A (ja) * | 2009-09-10 | 2011-03-24 | Eneos Celltech Co Ltd | 燃料電池システム |
JPWO2012128369A1 (ja) * | 2011-03-24 | 2014-07-24 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | 燃料電池システム |
JP2013033666A (ja) * | 2011-08-02 | 2013-02-14 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
JP2013191298A (ja) * | 2012-03-12 | 2013-09-26 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池システム |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20060027576A1 (en) | Fuel cartridge and fuel cell system | |
JP2007517369A (ja) | 燃料電池スタックからの水の安全なパージ | |
JP2006260874A (ja) | 固体高分子型燃料電池発電装置用燃料ガス供給装置 | |
JP2008103279A (ja) | 燃料電池システム | |
US20070082243A1 (en) | Compact anode flow shift design for small fuel cell vehicles | |
JP5040411B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2008218072A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2006294447A (ja) | 異常判定装置 | |
JP2008243764A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2008021439A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2010009855A (ja) | 燃料電池装置 | |
US9523440B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5082790B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP4495575B2 (ja) | 燃料電池システムおよびその制御方法 | |
JP7382428B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2005222892A (ja) | 燃料電池システム | |
EP2827423B1 (en) | Fuel cell system | |
JP2008251315A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2003203661A (ja) | 逆流防止弁およびこれを備える燃料電池システム | |
JP2023549073A (ja) | 燃料電池システムの構成要素を保護するための方法 | |
JP2008243762A (ja) | 燃料電池システム | |
JP2005108698A (ja) | 燃料電池システム | |
JP5746062B2 (ja) | 燃料電池システム | |
JP2001351657A (ja) | 燃料電池のガス供給装置 | |
JP5110347B2 (ja) | 燃料電池システムおよびその停止処理方法 |