JP2009231167A - Fuel cell device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外装ケース内に、複数の燃料電池セルを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールを収納してなる燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell device in which a fuel cell module in which a plurality of fuel cells are housed in a housing container is housed in an outer case.
近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガスと酸素含有ガス(通常、空気である)とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを収納容器内に複数個収納してなる燃料電池モジュールと、この燃料電池モジュールを稼動するための補機類とを外装ケースに収納してなる燃料電池装置が種々提案されている。 In recent years, as a next-generation energy, a fuel cell module in which a plurality of fuel cells that can obtain electric power using a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas (usually air) are housed in a housing container, Various fuel cell devices have been proposed in which auxiliary equipment for operating the fuel cell module is housed in an outer case.
また、天然ガス等の原燃料から、燃料電池セルの発電に用いる燃料ガス(水素含有ガス)を得るにあたり、改質器にて改質効率の高い水蒸気改質を行なう燃料電池装置においては、外装ケース内に、例えば水ポンプや水タンク等の水蒸気改質を行なうための装置や水供給管等の補機が収納される。 In addition, in a fuel cell apparatus that performs steam reforming with high reforming efficiency in a reformer when obtaining a fuel gas (hydrogen-containing gas) used for power generation of a fuel cell from a raw fuel such as natural gas, In the case, for example, an apparatus for performing steam reforming such as a water pump and a water tank and an auxiliary machine such as a water supply pipe are accommodated.
ところで、このような燃料電池装置を寒冷地にて使用する場合においては、水ポンプや水タンク等の水蒸気改質を行なうための装置や水供給管等の補機が凍結するおそれがあり、これらの補機が凍結した場合には、燃料電池装置の発電が困難になるもしくは発電効率が低下するおそれがある。 By the way, when such a fuel cell device is used in a cold region, there is a risk that a device for performing steam reforming such as a water pump or a water tank or an auxiliary device such as a water supply pipe may freeze. When the auxiliary machine is frozen, there is a risk that power generation by the fuel cell device may be difficult or power generation efficiency may be reduced.
それゆえ、水蒸気改質を行うための装置や水供給管のそれぞれにヒーターを設けるほか、例えば燃料電池装置内にヒーターを設け、換気ファンを用いてヒーターの熱にて温められた空気を燃料電池装置内に循環させることや、インバータの発熱を有効利用することを目的とした燃料電池装置の提案がされている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)
ところで、燃料電池装置のメンテナンス時に燃料電池モジュール等を停止する場合がある。ここで、燃料電池装置が寒冷地に設置されている場合には、燃料電池装置を停止している間のうちに、水蒸気改質を行うための装置や水供給管が凍結するおそれがある。 By the way, the fuel cell module or the like may be stopped during maintenance of the fuel cell device. Here, when the fuel cell device is installed in a cold region, there is a possibility that the device for performing steam reforming and the water supply pipe may freeze while the fuel cell device is stopped.
また、改質器にて水蒸気改質を行なうための装置や水供給管等の補機の凍結を抑制(防止)する目的で、水蒸気改質を行うための装置や水供給管のそれぞれにヒーターを設けるにあたっては、ヒーターを設ける工程数が増加することや、輸送の衝撃等によりヒーターが剥がれると凍結を抑制(防止)することが難しくなるという問題があった。 In addition, for the purpose of suppressing (preventing) freezing of auxiliary equipment such as an apparatus for performing steam reforming and a water supply pipe in a reformer, a heater is provided for each of the apparatus for performing steam reforming and the water supply pipe. However, when the heater is provided, there are problems that it is difficult to suppress (prevent) freezing when the number of steps for providing the heater increases and when the heater is peeled off due to impact of transportation or the like.
したがって、本発明の目的は、水蒸気改質を行なうための装置や水供給管等の補機を外装ケース内に収納してなる燃料電池装置において、燃料電池モジュールが停止しているときにおける補機の凍結を効率よく抑制することができる燃料電池装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an auxiliary machine when the fuel cell module is stopped in a fuel cell device in which an auxiliary machine such as a device for performing steam reforming and an auxiliary machine such as a water supply pipe are housed in an outer case. An object of the present invention is to provide a fuel cell device capable of efficiently suppressing freezing of the fuel.
本発明の燃料電池装置は、外装ケース内に、複数の燃料電池セルを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールを動作させるための補機とを有し、前記外装ケース内に設けられた仕切部材により前記燃料電池モジュールが収納されたモジュール収納室と前記補機が収納された補機収納室とに区画されてなる燃料電池装置であって、前記燃料電池モジュールに空気を供給するための空気ブロワと、前記補機収納室内または外気の温度を測定するための温度センサと、前記燃料電池モジュールが停止しているときに、前記温度センサにより測定される温度に基づいて、前記空気ブロワの動作を制御する制御装置と、前記補機収納室に設けられた前記燃料電池モジュール内の空気を前記外装ケースの外部に排気するための排気流路とを備えるとともに、前記排気流路に、当該排気流路を流れる空気を前記補機収納室内に供給するための流通口と、該流通口を開閉するための開閉手段とを備えることを特徴とする。 The fuel cell device of the present invention includes a fuel cell module in which a plurality of fuel cells are housed in a housing container in an exterior case, and an auxiliary device for operating the fuel cell module. A fuel cell device partitioned by a partition member provided in a case into a module storage chamber in which the fuel cell module is stored and an auxiliary device storage chamber in which the auxiliary device is stored. An air blower for supplying air, a temperature sensor for measuring the temperature of the auxiliary equipment storage room or outside air, and a temperature measured by the temperature sensor when the fuel cell module is stopped And a control device for controlling the operation of the air blower, and for exhausting the air in the fuel cell module provided in the auxiliary equipment storage chamber to the outside of the outer case. An exhaust passage, and a flow port for supplying air flowing through the exhaust flow passage into the auxiliary equipment storage chamber, and an opening / closing means for opening and closing the flow port. It is characterized by.
このような燃料電池装置においては、補機収納室内または外気の温度を測定するための温度センサにより測定される温度に基づいて、空気ブロワの動作を制御する制御装置を具備することから、燃料電池モジュールが停止しているときに、補機収納室内の温度または外気の温度が低い場合に、空気ブロワより燃料電池モジュール内に空気が供給され、その供給された空気は、燃料電池モジュールより排出されて排気流路を流通した後、補機収納室内に供給される。 Such a fuel cell device includes a control device that controls the operation of the air blower based on the temperature measured by the temperature sensor for measuring the temperature of the auxiliary equipment storage room or the outside air. When the temperature of the auxiliary equipment storage room or outside air is low when the module is stopped, air is supplied into the fuel cell module from the air blower, and the supplied air is discharged from the fuel cell module. Then, after flowing through the exhaust flow path, it is supplied into the auxiliary equipment storage chamber.
それゆえ、燃料電池モジュールが停止しているときに、燃料電池モジュール内の温度が高い場合においては、空気ブロワにより供給された空気は、燃料電池モジュール内を流通する間に温められ、その温められた空気が補機収納室内に供給されることにより、補機収納室内の温度を上昇させることができ、補機の凍結を抑制するもしくは防止することができる。 Therefore, when the temperature of the fuel cell module is high when the fuel cell module is stopped, the air supplied by the air blower is warmed while circulating in the fuel cell module, and is warmed. By supplying the air to the auxiliary equipment storage chamber, the temperature in the auxiliary equipment storage room can be raised, and freezing of the auxiliary equipment can be suppressed or prevented.
また、本発明の燃料電池装置は、前記流通口が開いているときの前記開閉手段が、前記流通口が設けられている位置より排気口側の前記排気流路を閉塞することが好ましい。 In the fuel cell device of the present invention, it is preferable that the opening / closing means when the flow port is open closes the exhaust flow channel on the exhaust port side from the position where the flow port is provided.
このような燃料電池装置においては、流通口を開いているときの開閉手段が、流通口が設けられている位置より排気口側の排気流路を閉塞することから、燃料電池モジュールから排気され排気流路を流通する空気は、流通口を介して補機収納室内に流通することとなる。それにより、補機収納室内の温度を効率よく上昇させることができ、補機の凍結を抑制するもしくは防止することができる。 In such a fuel cell device, since the opening / closing means when the flow port is opened closes the exhaust flow channel on the exhaust port side from the position where the flow port is provided, the fuel cell module exhausts the exhaust gas from the fuel cell module. The air flowing through the flow path will circulate into the auxiliary equipment storage chamber via the distribution port. Thereby, the temperature in the accessory storage chamber can be increased efficiently, and freezing of the accessory can be suppressed or prevented.
また、本発明の燃料電池装置は、前記空気ブロワにより供給される空気の温度を上昇させるための熱源と、前記燃料電池モジュール内の温度を測定するためのモジュール内温度センサとを備えるとともに、前記制御装置は、前記モジュール内温度センサにより測定される温度に基づいて、前記熱源の動作も制御することが好ましい。 The fuel cell device of the present invention includes a heat source for increasing the temperature of the air supplied by the air blower, and an in-module temperature sensor for measuring the temperature in the fuel cell module. It is preferable that the control device also controls the operation of the heat source based on the temperature measured by the in-module temperature sensor.
このような燃料電池装置においては、制御装置が、燃料電池モジュールの内の温度を測定するためのモジュール内温度センサにより測定される温度に基づいて、空気ブロワにより供給される空気の温度を上昇させるための熱源の動作も制御することから、燃料電池モジュール内の温度が低い場合には、熱源により空気ブロワにより供給される空気を温めることができる。それにより、温められた空気を補機収納室内に供給することができ、補機の凍結を抑制するもしくは防止することができる。 In such a fuel cell device, the control device increases the temperature of the air supplied by the air blower based on the temperature measured by the temperature sensor in the module for measuring the temperature in the fuel cell module. Therefore, when the temperature in the fuel cell module is low, the air supplied from the air blower can be warmed by the heat source. Thereby, the warmed air can be supplied into the accessory storage chamber, and freezing of the accessory can be suppressed or prevented.
また、本発明の燃料電池装置は、前記補機が前記燃料電池モジュールに水を供給するための水供給装置を含むとともに、前記補機収納室に、前記流通口を介して当該補機収納室内に供給された空気を前記水供給装置の周囲に流通させるための空気流通路を備えることが好ましい。 The fuel cell device of the present invention includes a water supply device for the auxiliary device to supply water to the fuel cell module, and the auxiliary device storage chamber is connected to the auxiliary device storage chamber via the circulation port. It is preferable to provide an air flow passage for circulating the air supplied to the water supply device.
このような燃料電池装置においては、流通口を介して補機収納室内へ流通した空気が、水供給装置の周囲に流通するための空気流通路を流れることから、効率よく水供給装置の凍結を抑制するもしくは防止することができる。 In such a fuel cell device, the air that has flowed into the auxiliary equipment storage chamber through the flow port flows through the air flow passage for circulating around the water supply device, so that the water supply device can be efficiently frozen. It can be suppressed or prevented.
本発明の燃料電池装置は、外装ケース内に、複数の燃料電池セルを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールを動作させるための補機とを有し、前記外装ケース内に設けられた仕切部材により前記燃料電池モジュールが収納されたモジュール収納室と前記補機が収納された補機収納室とに区画されてなる燃料電池装置であって、前記燃料電池モジュールに空気を供給するための空気ブロワと、前記補機収納室内または外気の温度を測定するための温度センサと、前記燃料電池モジュールが停止しているときに、前記温度センサにより測定される温度に基づいて、前記空気ブロワの動作を制御する制御装置と、前記補機収納室に設けられた前記燃料電池モジュール内の空気を前記外装ケースの外部に排気するための排気流路とを備えるとともに、前記排気流路に、当該排気流路を流れる空気を前記補機収納室内に供給するための流通口と、該流通口を開閉するための開閉手段とを備えることから、燃料電池モジュールが停止しているときに、温められた空気を補機収納室内に供給することができ、補機収納室内に収納される補機の凍結を抑制するもしくは防止することができる。 The fuel cell device of the present invention includes a fuel cell module in which a plurality of fuel cells are housed in a housing container in an exterior case, and an auxiliary device for operating the fuel cell module. A fuel cell device partitioned by a partition member provided in a case into a module storage chamber in which the fuel cell module is stored and an auxiliary device storage chamber in which the auxiliary device is stored. An air blower for supplying air, a temperature sensor for measuring the temperature of the auxiliary equipment storage room or outside air, and a temperature measured by the temperature sensor when the fuel cell module is stopped And a control device for controlling the operation of the air blower, and for exhausting the air in the fuel cell module provided in the auxiliary equipment storage chamber to the outside of the outer case. An exhaust passage, and a flow port for supplying air flowing through the exhaust flow passage into the auxiliary equipment storage chamber, and an opening / closing means for opening and closing the flow port. Thus, when the fuel cell module is stopped, warmed air can be supplied into the accessory storage chamber, and freezing of the accessory stored in the accessory storage chamber can be suppressed or prevented. .
図1は、本発明の燃料電池装置を具備する燃料電池システムの構成の一例を示した構成図である。本発明の燃料電池装置は、図1においては発電を行なう発電ユニットに相当し、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニット、これらのユニット間を水が循環するための循環配管とあわせて、燃料電池システムが構成されている。 FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a configuration of a fuel cell system including a fuel cell device of the present invention. The fuel cell device of the present invention corresponds to a power generation unit that generates power in FIG. 1, and includes a hot water storage unit that stores hot water after heat exchange, and a circulation pipe that circulates water between these units. A battery system is configured.
図1に示す燃料電池装置(システム)は、燃料電池セル1、天然ガスや灯油等の被改質ガスを供給する被改質ガス供給手段2、酸素含有ガス(空気)を燃料電池セル1に供給するための酸素含有ガス供給手段3、被改質ガスと水蒸気により水蒸気改質を行なう改質器4を具備している。なお改質器4は、水蒸気改質のほか、部分酸化改質、オートサーマル改質を行なうことも可能である。
A fuel cell apparatus (system) shown in FIG. 1 includes a
また、図1に示す燃料電池装置(発電ユニット)においては、燃料電池セル1の発電により生じた排ガス(排熱)と水とで熱交換を行なう熱交換器13、熱交換により生成された凝縮水を貯水する凝縮水タンク19、熱交換器13で生成された凝縮水を凝縮水タンク19に回収(供給)するための凝縮水回収流路21が設けられており、凝縮水タンク19に貯水された凝縮水が改質器4に供給される。なお、凝縮水タンク19に貯水される凝縮水を処理するための凝縮水処理手段(図示せず)は、凝縮水回収流路21、凝縮水タンク19中、さらには凝縮水供給管20に設けることができる。
Further, in the fuel cell device (power generation unit) shown in FIG. 1, a
一方、凝縮水タンク19に貯水される凝縮水の量が少ない場合や凝縮水処理手段で処理された後の凝縮水の純度が低い場合においては、外部より供給される水(水道水等)を純水に処理して改質器4に供給することが好ましく、図1においては外部から供給される水を純水に処理する手段として水処理装置を具備している。
On the other hand, when the amount of condensed water stored in the condensed water tank 19 is small or when the purity of condensed water after being treated by the condensed water treatment means is low, water supplied from the outside (such as tap water) is used. It is preferable to treat it with pure water and supply it to the
ここで、水処理装置は、水を浄化するための活性炭フィルタ装置7、逆浸透膜装置8および浄化された水を純水にするためのイオン交換樹脂装置9の各装置のうち、少なくともイオン交換樹脂装置9(好ましくは全ての装置)を具備する。そして、イオン交換樹脂装置9にて生成された純水は水タンク10に貯水される。なお、図1においては、水処理装置として、上記各装置全てを具備し、水道水等の外部から供給される水と凝縮水とを併用して用いる場合の例を示しており、凝縮水タンク19と水タンク10とが凝縮水供給管(タンク連結管)20にて連結されている。なお、凝縮水のみを改質器4に供給する場合には、凝縮水タンク19と改質器4とを水ポンプ11を介して接続することも可能である。
Here, the water treatment apparatus includes at least ion exchange among the activated carbon filter apparatus 7 for purifying water, the reverse osmosis membrane apparatus 8 and the ion exchange resin apparatus 9 for purifying purified water. A resin device 9 (preferably all devices) is provided. The pure water generated by the ion exchange resin device 9 is stored in the
また、図1に示す燃料電池装置(発電ユニット)においては、活性炭フィルタ装置7、逆浸透膜装置8、イオン交換樹脂装置9および水タンク10をこの順で接続する水供給管5が設けられており、水供給管5には、水供給管5に供給される水量を調整するための給水弁6が設けられている。
In addition, the fuel cell device (power generation unit) shown in FIG. 1 includes a water supply pipe 5 that connects the activated carbon filter device 7, the reverse osmosis membrane device 8, the ion exchange resin device 9, and the
なお、本発明においては、改質器4に水を供給するための水処理装置および凝縮水処理手段をあわせて、水供給装置Xとして表し、図1においては一点鎖線により囲って示している(なお、改質器4と水ポンプ11を接続する水供給管5や、凝縮水回収流路21も水供給装置Xに含まれるものとする。)。
In the present invention, the water treatment device for supplying water to the
さらに本発明の燃料電池装置は、燃料電池セル1にて発電された直流電力を交流電力に切り替え外部負荷に供給するためのパワーコンディショナ12、熱交換器13の出口に設けられ熱交換器13の出口を流れる水(循環水流)の水温を測定するための出口水温センサ15のほか、制御装置14が設けられており、循環ポンプ16とあわせて発電ユニットが構成されている。なお、制御装置14については後に詳述する。そして、これら発電ユニットを構成する各装置を、外装ケース内に収納することで、設置や持ち運び等が容易な燃料電池装置とすることができる。また図示していないが、被改質ガス供給手段2と改質器4との間に、被改質ガスを加湿するための被改質ガス加湿器を設けることも可能である。なお、貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク18を具備して構成されている。
Furthermore, the fuel cell device of the present invention is provided at the outlet of the
続いて、図1に示した燃料電池システムの運転方法について説明する。燃料電池セル1の発電により生じた排ガス(排熱)は、主に燃料電池セル1の温度を高めるもしくは維持するために使用された後、燃料電池セル1より熱交換器13に供給される。熱交換器13においては、燃料電池セル1の発電により生じる排ガスと熱交換器13内を通水(循環)する水(循環配管17を流れる水)とで熱交換される。そして熱交換された水(湯水)は、循環配管17を循環して貯湯タンク18に貯湯される。
Next, an operation method of the fuel cell system shown in FIG. 1 will be described. The exhaust gas (exhaust heat) generated by the power generation of the
一方、熱交換により生成される凝縮水は、凝縮水回収流路21を流れて凝縮水タンク19に貯水される。凝縮水タンク19に貯水された凝縮水は、凝縮水タンク19に備えられた凝縮水処理手段(図1においては図示せず)にて純水に処理された後、凝縮水供給管20(タンク連結管20ともいう)を流れて水タンク10に供給される。水タンク10に貯水された水は、改質器4で必要となる水の量に応じて、水ポンプ11により改質器4に供給される。なお、凝縮水タンク19に貯水された凝縮水のみを改質器4に供給する場合においては、凝縮水供給管20を水ポンプ11に接続すればよい。また、凝縮水処理手段としては、球状のイオン交換樹脂等を用いることができる。
On the other hand, the condensed water generated by heat exchange flows through the condensed
改質器4においては、水ポンプ11により供給された水と、被改質ガス供給手段2より供給される被改質ガス(原燃料ガス)とにより水蒸気改質を行なう。改質器4にて生成された改質ガス(水素含有ガス)は、燃料電池セル1に供給され、酸素含有ガス供給手段3より供給される酸素含有ガスと反応して燃料電池セル1の発電が行なわれる。そして、燃料電池セル1の発電で生じた電力は、パワーコンディショナ12を通じて外部負荷に供給される。
In the
一方、改質器4に対して外部より供給される水(水道水等)を供給する場合には、給水弁6が開放され、水供給管5を通して、外部から供給される水が活性炭フィルタ装置7に給水される。活性炭フィルタ装置7にて処理された水は、続いてRO膜装置8に給水される。RO膜装置8にて処理された水は、続いてイオン交換樹脂装置9に供給・処理され純水が生成される。イオン交換樹脂装置9にて生成された純水は、水タンク10に供給され、凝縮水を改質器4に供給する場合と同様に、改質器4で必要となる水の量に応じて、水ポンプ11により改質器4に供給される。
On the other hand, when supplying water (tap water or the like) supplied from the outside to the
ところで、このような各装置を外装ケース内に収納してなる燃料電池装置を寒冷地にて使用する場合において、水供給装置Xの凍結を抑制(防止)するために、ヒーターを設けることが知られているが、その場合、負荷に供給できる電力が低減する、ヒーターを設ける工程数が増加する、輸送の衝撃等によりヒーターが剥がれると凍結を抑制(防止)することが難しくなるといった問題が生じるおそれがある。 By the way, it is known that a heater is provided in order to suppress (prevent) freezing of the water supply device X when a fuel cell device in which such devices are housed in an outer case is used in a cold region. However, in that case, there are problems that the power that can be supplied to the load is reduced, the number of steps for installing the heater is increased, and it is difficult to suppress (prevent) freezing if the heater is peeled off due to impact of transportation or the like. There is a fear.
一方、ヒーターを設けない場合においては、燃料電池装置のメンテナンス時に燃料電池セル1を収納してなる燃料電池モジュールを停止する場合があり、燃料電池モジュールが停止しているときに水供給装置Xを構成する各装置が凍結するおそれがある。
On the other hand, when the heater is not provided, the fuel cell module that houses the
図2および図3は、それぞれ本発明の燃料電池装置の一例を概略的に示す側面図であり、外装ケース23を構成する側面部を取り外して、外装ケース23の内部が見えるようにして示している。なお、以降の図において同一の構成については、同一の番号を付与するものとする。
2 and 3 are side views schematically showing an example of the fuel cell device according to the present invention, in which the side portion constituting the
図2および図3において、燃料電池装置22は、外装ケース23内に仕切部材24を有し、仕切部材24の上部に、複数の燃料電池セル1を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュール25(以下、モジュール25という場合がある。)が配置された燃料電池モジュール収納室26(以下、モジュール収納室という場合がある。)が形成されている。また、仕切部材24の下部にはモジュール25を動作するにあたり必要な補機類(図1においては、後述する水供給装置Xと、モジュール25に酸素含有ガス(空気)を供給するための空気ブロワ34と、熱交換器35とを示している。)を収納するための補機収納室27が形成されている。なお、本発明において補機類とは、モジュール25を動作するにあたり使用される装置や配管等であって、補機収納室内に収納されるものを意味するものとする。また、仕切部材24はモジュール収納室26と補機収納室27とを区画していればよく、モジュール収納室26と補機収納室27とが隙間を有して区画されていてもよい。
2 and 3, the
また、例えば外装ケース23を仕切部材24により左右に区画するとともに、一方がモジュール25を収納するモジュール収納室26、他方が補機類を収納する補機収納室27とした燃料電池装置22とすることもできる。
Further, for example, the
なお、図1に示したような仕切部材24を用いて、外装ケース23を上下に区画した形状とすることにより、燃料電池装置22をコンパクトな形状とすることができる。
In addition, the
ここで、本発明の燃料電池装置22において使用するモジュール25について説明する。モジュール25は、収納容器内に、例えば、内部をガスが流通するガス流路を有する柱状の燃料電池セル1を立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル1間に集電部材を介して電気的に直列に接続するとともに、燃料電池セル1の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材によってマニホールドに固定してなるセルスタックと、燃料電池セル1の上方に配置され、燃料電池セル1に水素含有ガスを供給するための改質器4とを収納して構成される(図示せず)。
Here, the
ここで、セルスタックを構成する燃料電池セル1としては、各種燃料電池セルが知られているが、燃料電池装置22を小型化する上で、固体酸化物形燃料電池セル1とすることができる。それにより、燃料電池セル1のほか、燃料電池セル1の動作に必要な補機類を小型化することができ、燃料電池装置22を小型化することができる。あわせて、家庭用燃料電池で求められる変動する負荷に追従する負荷追従運転を行なうことができる。
Here, various types of fuel cells are known as the
なお、燃料電池セル1の形状としては各種形状の燃料電池セルを用いることができるが、効率よく燃料電池セル1の発電を行なう上で、中空平板型の燃料電池セル1とすることができる。このような中空平板型の燃料電池セル1としては、内側に燃料極層が、外側に酸素極層が形成された燃料極支持タイプの中空平板型燃料電池セル1を用いることができる。
In addition, although the
図2および図3においては補機収納室27内に補機収納室27の温度を測定するための温度センサ32を具備している(以下、補機収納室温度センサという場合がある。)
ここで、燃料電池装置22のメンテナンス時に、モジュール25等の稼動を停止する場合があり、特に寒冷地に設置された燃料電池装置22(モジュール25)が停止しているときに、補機収納室27内の温度や外気の温度が低くなり、水供給装置Xが凍結するおそれがある。
2 and 3, a
Here, during maintenance of the
そこで、補機収納室27内には、補機収納室27内の温度が低下した場合にモジュール25に空気を供給するための空気ブロワ34を動作させる制御装置33が設けられている。
Therefore, a
具体的には、補機収納室温度センサ32が測定した温度情報が制御装置33に伝送され、制御装置33は、補機収納室温度センサ32が検知した温度情報に基づいて、空気ブロワ34をモジュール25内に空気を供給するように制御する。
Specifically, temperature information measured by the auxiliary machine storage
それにより、燃料電池装置22(モジュール25)が停止しているときに、モジュール25内の温度が高い場合においては、空気ブロワ34を稼動してモジュール25内に空気を供給する。そして空気ブロワ34により供給された空気はモジュール25内を流通する間に温められ、その温められた空気が、モジュール25と、補機収納室27を構成する外装ケースに設けられた排気口28とを接続する排気流路29を流通する。続いて排気流路29を流れた空気は、排気流路29に設けられた開閉手段30により開かれた流通口31から補機収納室27内に供給される。なお、図2および図3においては、排気流路29の途中に熱交換器35が配置されており、図2は開閉手段30が流通口31を開いていない状態を示しており、図3は開閉手段30が流通口31を開いている状態を示している。
Accordingly, when the temperature in the
それにより、補機収納室27内の温度が上昇し、水供給装置Xの凍結を抑制するもしくは防止することができる。
Thereby, the temperature in the auxiliary
ここで、開閉手段30としては、排気流路29に設けられた流通口31を開閉できるものであれば特に制限はなく、例えば電動ダンパーのほか、電動で動く蓋のような部材であってもかまわない。なお、図2および図3においては、開閉手段30として電動ダンパーを用いた例を示しており、以下の図においても同様である。
Here, the opening / closing means 30 is not particularly limited as long as it can open and close the
また、開閉手段30の制御としては、補機収納室温度センサ32が測定した温度に基づいて、空気ブロワ34の制御と同時に流通口31を開くように制御することができるほか、例えばモジュール25を停止すると同時に流通口31を開くように制御することもできる。
The opening / closing means 30 can be controlled based on the temperature measured by the accessory storage
具体的には、空気ブロワ34の制御と同時に流通口31を開く場合においては、補機収納室温度センサ32が測定した温度情報が制御装置33に伝送される。制御装置33は、伝送された温度情報に基づいて、空気ブロワ34を稼動する信号を空気ブロワ34に伝送するとともに、流通口31を開く信号を開閉手段30に伝送する。それにより、開閉手段30の動作を制御することができ、補機収納室27内の温度を上昇させることができ、補機(水供給装置X)の凍結を抑制するもしくは防止することができる。
Specifically, when the
一方、補機収納室27内の温度が上昇した場合においては、補機収納室27に収納された補機が故障や異常を生じるおそれや、劣化が早まるおそれがある。それゆえ、補機収納室27内の温度は、水供給装置Xが凍結することを抑制(防止)できるとともに、補機が故障や異常を生じない、もしくは補機の劣化に影響を与えない温度範囲となるように制御することが好ましい。
On the other hand, when the temperature in the auxiliary
そこで、補機収納室温度センサ32により測定される温度が所定の温度以上となった場合には、制御装置33は空気ブロワ34を停止するように制御することが好ましい。
Therefore, it is preferable that the
ここで、制御装置33は、空気ブロワ34を停止した後しばらくの間は、モジュール25内や排気流路29を温められた空気が流通していることから、空気ブロワ34を停止すると同時に流通口31を閉じるように開閉手段30の制御を行なうことが好ましい。それにより、補機が故障や異常を生じることを抑制できる。
Here, for a while after the
なお、空気ブロワ34をあらかじめ補機収納室27内に収納された補機が故障や異常を生じる温度となる前に停止する制御を行なう場合には、空気ブロワ34を停止する制御を行なった後に、流通口31を閉じるよう開閉手段30を制御することができる。なお、補機の故障や異常に特に問題がない場合においては、燃料電池装置22の起動時に流通口31を閉じるように開閉手段30を制御することもできる。
In the case where control is performed to stop the
すなわち、制御装置33は、補機収納室27内の温度が所定の温度以下となった場合には、空気ブロワ34を稼動してモジュール25内に空気を供給する制御を行い(あわせて、流通口31を開くように開閉手段30を制御することもできる。)、補機収納室27内が所定の温度以上となった場合には、空気ブロワ34を停止する制御を行なう(あわせて、流通口31を閉じるように開閉手段30を制御することもできる。)ことが好ましい。
That is, the
具体的には、例えば、制御装置33は、補機収納室27内の温度が5℃以下となった場合には、空気ブロワ34を稼動してモジュール25内に空気を供給するように制御することが好ましい(あわせて、流通口31を開くように開閉手段30を制御することもできる)。一方、補機収納室27内の温度が30℃以上となった場合には、制御装置33は、空気ブロワ34を停止する制御を行なう(あわせて、流通口31を閉じるように開閉手段30を制御することもできる。)ことが好ましい。それにより、補機が故障することや、劣化が早くなることを抑制(防止)することができる。
Specifically, for example, the
ところで、水供給装置Xの凍結を効率よく抑制もしくは防止するにあたり、補機収納室27内の温度に基づいて流通口31を開く場合において、空気ブロワ34により供給される空気(排気流路29を流通する空気)のすべてが補機収納室27内に供給されることが好ましい。
By the way, in order to efficiently suppress or prevent freezing of the water supply device X, when the
それゆえ、開閉手段30が流通口31を開くように動作する場合に、排気流路29のうち流通口31が設けられている位置より排気口28側の排気流路29を閉塞することが好ましく、図3においてはそのような状態を示している。
Therefore, when the opening / closing means 30 operates to open the
具体的には、例えば、開閉手段30として上下に稼動する電動ダンパーを用いる場合には、開閉手段30を上方向に稼動させ、流通口31を開くとともに、排気流路29のうち流通口31が設けられている位置より排気口28側の排気流路29を閉塞することが好ましい。
Specifically, for example, when an electric damper that operates up and down is used as the opening and closing means 30, the opening and closing means 30 is operated upward to open the
それにより、空気ブロワ34により供給される空気(排気流路29を流通する空気)のすべてが、流通口31を介して補機収納室27内に供給されることとなる。したがって、補機収納室27内の温度を効率よく上昇させることができ、水供給装置X等の凍結を効率よく抑制するもしくは防止することができる。
As a result, all of the air supplied by the air blower 34 (air flowing through the exhaust passage 29) is supplied into the auxiliary
図4は、外気の温度を測定するための外気温センサ36を具備する燃料電池装置を概略的に示す側面図であり、外装ケース23を構成する側面部を取り外して、外装ケース23の内部が見えるようにして示している。
FIG. 4 is a side view schematically showing a fuel cell device including an outside
水供給装置X等の補機の凍結を抑制するにあたり、外気の温度に基づいて空気ブロワ34や開閉手段30を制御することもできる。なお、制御装置33における制御方法としては、上述した補機収納室27内の温度に基づいて制御する場合と同様である。
In suppressing freezing of auxiliary equipment such as the water supply device X, the
すなわち、外気温センサ36が測定した温度情報が制御装置33に伝送され、制御装置33は、外気温センサ36が検知した温度情報に基づいて、空気ブロワ34をモジュール25内に空気を供給するように制御する。
That is, the temperature information measured by the outside
それにより、補機収納室27内の温度が上昇し、水供給装置Xの凍結を抑制するもしくは防止することができる。
Thereby, the temperature in the auxiliary
また、開閉手段30の制御としては、外気温センサ36が測定した温度に基づいて、空気ブロワ34の制御と同時に流通口31を開くように制御することができるほか、例えばモジュール25を停止すると同時に流通口31を開くように制御することもできる。
As the control of the opening / closing means 30, it is possible to control the opening of the
具体的には、空気ブロワ34の制御と同時に流通口31を開く場合においては、外気温センサ32が測定した温度情報が制御装置33に伝送される。制御装置33は、伝送された温度情報に基づいて、空気ブロワ34を稼動する信号を空気ブロワ34に伝送するとともに、流通口31を開く信号を開閉手段30に伝送する。それにより、開閉手段30の動作を制御することができ、補機収納室27内の温度を上昇させることができ、補機(水供給装置X)の凍結を抑制するもしくは防止することができる。
Specifically, when opening the
一方、外気温センサ36により測定される温度が所定の温度以上となった場合には、制御装置33は空気ブロワ34を停止するように制御することが好ましい。
On the other hand, when the temperature measured by the outside
ここで、空気ブロワ34を停止するように制御するにあたり、空気ブロワ34を停止すると同時に流通口31を閉じるように開閉手段30の制御を行なうほか、空気ブロワ34を停止する制御を行なった後に、流通口31を閉じるよう開閉手段30を制御することができる。なお、補機の故障や異常に特に問題がない場合においては、燃料電池装置22の起動時に流通口31を閉じるように開閉手段30を制御することもできる。
Here, in controlling to stop the
具体的には、例えば、制御装置33は、外気の温度が5℃以下となった場合には、空気ブロワ34を稼動してモジュール25内に空気を供給するように制御することが好ましい(あわせて、流通口31を開くように開閉手段30を制御することもできる)。一方、外気温が20℃以上となった場合には、制御装置33は、空気ブロワ34を停止する制御を行なう(あわせて、流通口31を閉じるように開閉手段30を制御することもできる。)ことが好ましい。それにより、補機が故障することや、劣化が早くなることを抑制(防止)することができる。
Specifically, for example, when the temperature of the outside air becomes 5 ° C. or lower, the
図5は、モジュール25内に、空気ブロワ34により供給される空気の温度を上昇させるための熱源37と、モジュール25内の温度を測定するためのモジュール内温度センサ38とを備える燃料電池装置22の一例を概略的に示す側面図であり、外装ケース23を構成する側面部を取り外して、外装ケース23の内部が見えるようにして示している。
FIG. 5 shows a
モジュール25が停止しているときに、空気ブロワ34により供給される空気の温度が低い場合や、モジュール25等が長時間停止している場合において、モジュール25内の温度が低下することが想定される。この場合に、モジュール25より排気される空気(排気流路29を流通する空気)の温度も低くなることから、補機収納室27内の温度が効率よく上昇せず、水供給装置X等の補機が凍結するおそれがある。
When the temperature of the air supplied by the
ここで、図5に示した燃料電池装置22においては、モジュール25内に、空気ブロワ34により供給される空気の温度を上昇させるための熱源37を設けていることから、制御装置33が、モジュール内温度センサ38により測定されたモジュール25内の温度に基づいて熱源37の動作も制御することにより、補機収納室37内に供給する空気の温度を上昇させることができる。
Here, in the
それにより、熱源37により温められた空気を補機収納室27内に供給することができることから、水供給装置X等の補機の凍結を抑制するもしくは防止することができる。
Thereby, since the air warmed by the
一方、モジュール25内の温度が上昇した場合においては、発電効率の向上のために熱源37を停止するように制御することが好ましい。それにより、燃料電池装置22の発電効率が低下することを抑制することができる。
On the other hand, when the temperature in the
具体的には、例えば、制御装置33は、モジュール25内の温度が5℃以下となった場合には、熱源37を稼動する制御も行なうことが好ましい。一方、制御装置33は、モジュール25内の温度が30℃以上となった場合には、熱源37を停止する制御を行なうことが好ましい。それにより、補機の凍結を抑制することができるとともに、燃料電池装置22の発電効率が低下することを抑制することができる。
Specifically, for example, it is preferable that the
なお、熱源37としては、例えば燃料電池セル1より排出される余剰の燃料ガスと空気とを燃焼させるために用いられる着火用ヒーターを兼用することができ、またそれ以外にバーナー等を用いることもできる。
As the
また熱源37は、モジュール25内のほか、排気流路29のうちモジュール25から流通口31までの間や、空気ブロワ34からモジュール25までの間など適宜設けることができる。
In addition to the
図6は、補機収納室27内に収納された水供給装置Xの周囲に、空気流通路形成部材39を配置して、流通口31を介して補機収納室27内に供給される空気が水供給装置Xの周囲を流通するための空気流通路を形成している燃料電池装置の一例を示している。
FIG. 6 shows air supplied to the auxiliary
すなわち、空気流通路形成部材39と外装ケース23とにより、水供給装置Xを取り囲むように空気流通路を形成する。それにより、流通口31を介して補機収納室27内に供給される温められた空気は、水供給装置Xの周囲を効率よく流通することとなり、水供給装置Xが凍結することを効率よく抑制(防止)できる。
That is, the air flow passage is formed by the air flow
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。 Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、補機収納室温度センサ32が測定する補機収納室27内の温度が30℃以上の場合、もしくは外気温センサ36が測定する外気の温度が20℃以上の場合に、開閉手段30を閉じる制御を行なう例を示したが、補機類の劣化に影響を及ぼすことをさらに避けるべく、補機収納室27内の温度や外気温が10℃以上となった場合に、開閉手段30を閉じる制御を行なうこともできる。
For example, when the temperature in the auxiliary
また、流通口31に、排気流路29を流れる空気を補機収納室27内に強制的に流通させるべく、ファン等を設けることもできる。この場合、制御装置33は、補機収納室温度センサ32や外気温センサ36の温度情報に基づき、ファン等を制御することが好ましく、例えば、上述したような温度範囲においてファン等の動作を制御することが好ましい。
In addition, a fan or the like may be provided at the
23:外装ケース
24:仕切部材
25:燃料電池モジュール
26:モジュール収納室
27:補機収納室
28:排気口
29:排気流路
30:開閉手段
31:流通口
32:補機収納室温度センサ
33:制御装置
34:空気ブロワ
36:外気温センサ
37:熱源
38:モジュール内温度センサ
39:空気流通路形成部材
23: Exterior case 24: Partition member 25: Fuel cell module 26: Module storage chamber 27: Auxiliary storage chamber 28: Exhaust port 29: Exhaust flow path 30: Opening / closing means 31: Distribution port 32: Auxiliary storage chamber temperature sensor 33 : Control device 34: Air blower 36: Outside air temperature sensor 37: Heat source 38: In-module temperature sensor 39: Air flow path forming member
Claims (4)
The auxiliary device includes a water supply device for supplying water to the fuel cell module, and air supplied to the auxiliary device storage chamber through the flow port is supplied to the water supply device. The fuel cell device according to any one of claims 1 to 3, further comprising an air flow passage for circulating the air around the fuel cell.
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