JP2009266610A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はカソードガスをカソードガス通路からスタックのカソードに供給させる燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that supplies a cathode gas from a cathode gas passage to a cathode of a stack.
燃料電池システムは、一般的に、収容室をもつ筐体と、筐体の収容室に配置され燃料原料を改質してアノードガスを生成させる改質器と、筐体の収容室に配置された燃料電池のスタックと、カソードガスを吸い込む吸気口をもちスタックのカソードにカソードガスを供給するカソードガス通路と、スタックのカソードから排出された発電後のカソードオフガスを流すと共にカソードオフガスを筐体の外方に排出させる排気口をもつカソードオフガス通路とを備えている。 A fuel cell system is generally disposed in a housing having a housing chamber, a reformer that is disposed in the housing chamber of the housing and reforms a fuel material to generate anode gas, and a housing chamber in the housing. The fuel cell stack, the cathode gas passage for supplying the cathode gas to the cathode of the stack with the intake port for sucking the cathode gas, the cathode offgas after power generation discharged from the cathode of the stack and the cathode offgas flowing into the casing And a cathode off-gas passage having an exhaust port for discharging outward.
特許文献1は、複数の燃料電池セルを同一平面上に縦方向および横方向において碁盤状に並設した燃料電池スタックと、燃料電池スタックを空気流空間を介して覆う筐体と、燃料電池スタックの平面方向に配置された単一のファンとを有する燃料電池システムを開示している。このものによれば、ファンカバーは、燃料電池スタックの一辺側に設けられた吸気口と、燃料電池スタック部の他辺側に設けられた排気口とを有する。更にメタノール等の液体燃料を収容した燃料タンクが各燃料電池セルの背面側にそれぞれ積層されている。
上記した一般的な燃料電池システムによれば、カソードガスの流れる距離を短縮させ、カソードガスの圧損を抑制するには限界がある。更に、特許文献1によれば、複数の燃料電池セルを同一平面上に碁盤状に縦方向および横方向に沿って並設した燃料電池スタックが形成されている。このものによれば、燃料電池スタックの厚みは薄くされるものの、燃料電池スタックの設置面積が拡大されるおそれがある。このため、カソードガスが流れる距離をできるだけ短縮させるには限界がある。ひいてはカソードガスの圧損を抑制するには限界がある。
According to the above-described general fuel cell system, there is a limit in reducing the cathode gas flow distance and suppressing the cathode gas pressure loss. Furthermore, according to
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、カソードガスの圧損を抑え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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that is advantageous in suppressing the pressure loss of the cathode gas.
様相1の本発明に係る燃料電池システムは、(i)収容室をもつ筐体と、(ii)筐体の収容室に配置され燃料原料を改質してアノードガスを生成させる改質器と、(iii)筐体の収容室に配置されアノードガスが供給されるアノードとカソードガスが供給されるカソードとを有する燃料電池のスタックと、(iv)カソードガスを吸い込む吸気口をもちスタックのカソードに向かうカソードガスを流すためのカソードガス通路と、(v)スタックのカソードから排出された発電後のカソードオフガスを流すと共にカソードオフガスを筐体の外方に排出させる排気口をもつカソードオフガス通路とを具備しており、(vi)筐体の底壁部または天井壁部に沿った方向において最も長い長さを有する方向を長手方向とし、筐体の内部を視認するように長手方向に沿って切断した前記筐体の断面図において、筐体の長手方向の中心を通る鉛直線を中心線とし、筐体の収容室を中心線を介して第1片側空間と第2片側空間とに分割するとき、改質器は、筐体の収容室の長手方向において中心線よりも片側に位置する第1片側空間に配置されており、且つ、吸気口および排気口は、吸気口をもつカソードガス通路と、排気口をもつカソードオフガス通路と共に、筐体の収容室の長手方向において中心線よりも他の片側に位置する第2片側空間に配置されていることを特徴とする。 A fuel cell system according to the first aspect of the present invention includes: (i) a casing having a storage chamber; and (ii) a reformer disposed in the storage chamber of the casing to reform the fuel raw material to generate anode gas. (Iii) a fuel cell stack disposed in a housing chamber of the casing and having an anode to which anode gas is supplied and a cathode to which cathode gas is supplied; and (iv) a cathode of the stack having an intake port for sucking the cathode gas And (v) a cathode offgas passage having an exhaust port for flowing the cathode offgas after power generation discharged from the cathode of the stack and discharging the cathode offgas to the outside of the housing. (Vi) The direction having the longest length in the direction along the bottom wall portion or the ceiling wall portion of the housing is the longitudinal direction, and the inside of the housing is visually recognized. In the cross-sectional view of the casing cut along the longitudinal direction as described above, the vertical line passing through the center in the longitudinal direction of the casing is the center line, and the housing chamber of the casing is connected to the first one-side space and the first space via the center line. When dividing into two-sided space, the reformer is disposed in the first one-sided space located on one side of the center line in the longitudinal direction of the housing chamber of the housing, and the intake port and the exhaust port are Along with a cathode gas passage having an intake port and a cathode off gas passage having an exhaust port, the cathode gas passage is arranged in a second one-side space located on the other side of the center line in the longitudinal direction of the housing chamber of the housing. To do.
筐体は、燃料電池システムの構成要素を収容する収容室をもつ箱体である。改質器は、筐体の収容室に配置されており、燃料原料を改質して発電用のアノードガスを生成させる。改質させる燃料原料としては、気体用燃料でも液体用燃料でも良く、具体的には、都市ガス、LPG、灯油、メタノール、ジメチルエーテル、ガソリン、バイオガス等が採用できる。燃料電池のスタックは、筐体の収容室に配置されており、アノードガスが供給されるアノードと、カソードガスが供給されるカソードとを有する。カソードガスは一般的には酸素ガス、酸素含有ガスを採用でき、例えば空気を採用できる。スタックは、シート型の膜電極接合体を複数個厚み方向に積層した方式でも良いし、チューブ型の膜電極接合体を複数個組み込んだ方式でも良い。カソードガス通路は、スタックのカソードに向けて発電前のカソードガスを流す通路であり、カソードガスを吸い込む吸気口をもつ。 The housing is a box having a storage chamber for storing the components of the fuel cell system. The reformer is disposed in the housing chamber of the casing, and reforms the fuel material to generate an anode gas for power generation. The fuel material to be reformed may be a gas fuel or a liquid fuel. Specifically, city gas, LPG, kerosene, methanol, dimethyl ether, gasoline, biogas, and the like can be employed. The stack of the fuel cell is disposed in a housing chamber of the casing, and includes an anode to which anode gas is supplied and a cathode to which cathode gas is supplied. In general, the cathode gas may be an oxygen gas or an oxygen-containing gas, such as air. The stack may be a system in which a plurality of sheet-type membrane electrode assemblies are stacked in the thickness direction or a system in which a plurality of tube-type membrane electrode assemblies are incorporated. The cathode gas passage is a passage through which cathode gas before power generation flows toward the cathode of the stack, and has an intake port for sucking the cathode gas.
カソードオフガス通路は、スタックのカソードから排出された発電後のカソードオフガスを流すための通路であり、カソードオフガスを筐体の外方に排出させる排気口をもつ。 The cathode offgas passage is a passage for flowing the generated cathode offgas discharged from the cathode of the stack, and has an exhaust port for discharging the cathode offgas to the outside of the casing.
筐体の内部を視認する筐体の断面図において、筐体の底壁部または天井壁部に沿った方向を長手方向とし、長手方向の中心を通る鉛直線を中心線とするとき、改質器は、筐体の収容室の長手方向において中心線よりも片側の第1片側空間に配置されている。これに対して、吸気口および排気口は、吸気口をもつカソードガス通路と、排気口をもつカソードオフガス通路と共に、筐体の収容室の長手方向において中心線よりも他の片側である第2片側空間に配置されている。 In a cross-sectional view of the housing that visually recognizes the inside of the housing, the direction along the bottom wall or ceiling wall of the housing is the longitudinal direction, and the vertical line passing through the center in the longitudinal direction is the center line. The container is arranged in the first one-side space on one side of the center line in the longitudinal direction of the housing chamber of the housing. In contrast, the intake port and the exhaust port, together with the cathode gas passage having the intake port and the cathode off-gas passage having the exhaust port, are on the other side of the center line in the longitudinal direction of the housing chamber of the housing. It is arranged in one side space.
このような様相1の本発明によれば、吸気口からカソードガスを流すカソードガス通路の長さは、第1片側空間と第2片側空間の双方に配設されていないため、カソードガス通路の長さは抑制されて短縮される。よってカソードガス通路の圧損が抑制される。従って、カソードオフガスを排気口まで流すカソードオフガス通路の長さは、第1片側空間と第2片側空間の双方に配設されていないため、抑制されて短縮される。このためカソードオフガス通路の圧損が抑制される。
According to the
更に様相1の本発明によれば、放熱源となる改質器から、カソードガス通路およびカソードオフガス通路を遠ざけることができる。このため、放熱源となる改質器がカソードガス通路およびカソードオフガス通路に熱影響を与えることが抑制される。よって、カソードガス通路を流れるカソードガスの体積の熱膨張が抑制される。同様に、カソードオフガス通路を流れるカソードオフガスの体積の熱膨張が抑制される。従って、カソードガスをスタックのカソードに搬送させるポンプ、ファン、ブロア等のカソードガス搬送源の動力損失を低減するのに有利となる。この場合、カソードガス搬送源の小型化に貢献できる。 Further, according to the first aspect of the present invention, the cathode gas passage and the cathode off-gas passage can be kept away from the reformer serving as a heat radiation source. For this reason, it is suppressed that the reformer serving as a heat radiation source exerts a thermal influence on the cathode gas passage and the cathode offgas passage. Therefore, the thermal expansion of the volume of the cathode gas flowing through the cathode gas passage is suppressed. Similarly, thermal expansion of the volume of the cathode offgas flowing through the cathode offgas passage is suppressed. Therefore, it is advantageous to reduce power loss of a cathode gas conveyance source such as a pump, a fan, or a blower that conveys the cathode gas to the cathode of the stack. In this case, it can contribute to size reduction of a cathode gas conveyance source.
様相2の本発明に係る燃料電池システムは、(i)収容室をもつ筐体と、(ii)筐体の収容室に配置され燃料原料を改質してアノードガスを生成させる改質器と、(iii)筐体の収容室に配置されアノードガスが供給されるアノードとカソードガスが供給されるカソードとを有する燃料電池のスタックと、(iv)カソードガスを吸い込む吸気口をもちスタックのカソードに向かうカソードガスを流すためのカソードガス通路とを具備しており、(v)筐体の底壁部または天井壁部に沿った方向において最も長い長さを有する方向を長手方向とし、筐体の内部を視認するように長手方向に沿って切断した筐体の断面図において、筐体の長手方向の中心を通る鉛直線を中心線とし、筐体の収容室を中心線を介して第1片側空間と第2片側空間とに分割するとき、改質器は、筐体の収容室の長手方向において中心線よりも片側に位置する第1片側空間に配置されており、且つ、吸気口は、吸気口をもつカソードガス通路と共に、筐体の収容室の長手方向において中心線よりも他の片側に位置する第2片側空間に配置されていることを特徴とする。
A fuel cell system according to the present invention of
このような様相2の本発明によれば、吸気口からカソードガスを流すカソードガス通路の長さは、第1片側空間と第2片側空間の双方に配設されていないため、カソードガス通路の長さは抑制されて短縮される。よってカソードガス通路の圧損が抑制される。更に、放熱源となる改質器から、カソードガス通路を遠ざけることができる。このため、放熱源となる改質器がカソードガス通路に熱影響を与えることが抑制される。よって、カソードガス通路を流れるカソードガスの体積の熱膨張が抑制される。従って、カソードガスをスタックのカソードに搬送させるポンプ、ファン、ブロア等のカソードガス搬送源の動力損失を低減するのに有利となる。この場合、カソードガス搬送源の小型化に貢献できる。
According to the
様相3の本発明に係る燃料電池システムは、(i)収容室をもつ筐体と、(ii)筐体の収容室に配置され燃料原料を改質してアノードガスを生成させる改質器と、(iii)筐体の収容室に配置されアノードガスが供給されるアノードとカソードガスが供給されるカソードとを有する燃料電池のスタックと、(iv)カソードガスを吸い込む吸気口をもちスタックのカソードに向かう前記カソードガスを流すためのカソードガス通路とを具備しており、(v)筐体の底壁部または天井壁部に沿った方向において最も長い長さを有する方向を長手方向とし、筐体の内部を視認するように長手方向に沿って切断した筐体の断面図において、改質器は、筐体の収容室の長手方向においてスタックよりも一端側の空間に配置されており、且つ、吸気口およびカソードガス通路は、筐体の収容室の長手方向においてスタックよりも他端側の空間に配置されていることを特徴とする。
A fuel cell system according to the present invention of
このような様相3の本発明によれば、カソードガス通路は筐体の長手方向においてこれの一端側から他端側に延設されていないため、吸気口からカソードガスを流すカソードガス通路の長さは、抑制されて短縮される。よってカソードガス通路の圧損が抑制される。更に様相3の本発明によれば、放熱源となる改質器から、カソードガス通路をできるだけ遠ざけることができる。このため、放熱源となる改質器がカソードガス通路に熱影響を与えることが抑制される。よって、カソードガス通路を流れるカソードガスの体積の熱膨張が抑制される。従って、カソードガスをスタックのカソードに搬送させるポンプ、ファン、ブロア等のカソードガス搬送源の動力損失を低減するのに有利となる。この場合、カソードガス搬送源の小型化に貢献できる。
According to the
様相3の本発明によれば、スタックのカソードから排出された発電後のカソードオフガスを流すと共にカソードオフガスを筐体の外方に排出させる排気口をもつカソードオフガス通路とを具備していることが好ましい。排気口およびカソードオフガス通路は、筐体の収容室の長手方向においてスタックの長手方向の中心線よりも他端側の空間に配置に配置されていることが好ましい。 According to the third aspect of the present invention, the cathode offgas passage having an exhaust port for flowing the cathode offgas after power generation discharged from the cathode of the stack and discharging the cathode offgas to the outside of the housing is provided. preferable. The exhaust port and the cathode off-gas passage are preferably arranged in a space on the other end side of the longitudinal center line of the stack in the longitudinal direction of the housing chamber of the housing.
様相1〜3の本発明は、次の態様のうちの少なくとも一つを採用できる。
The present invention of
・好ましくは、スタックのカソードに供給される前のカソードガスを加湿させる加湿器が筐体の収容室に配置されている。好ましくは、筐体の収容室の長手方向において加湿器と改質器との間にスタックを配置させるように、加湿器は改質器から遠ざけられている。放熱源となる改質器が加湿器に与える熱影響が低減される。 Preferably, a humidifier that humidifies the cathode gas before being supplied to the cathode of the stack is disposed in the housing chamber of the housing. Preferably, the humidifier is kept away from the reformer so that the stack is disposed between the humidifier and the reformer in the longitudinal direction of the housing chamber of the housing. The heat influence which the reformer used as a heat radiation source has on the humidifier is reduced.
・好ましくは、スタックのカソードに供給される前のカソードガスを加湿させる加湿器が筐体の収容室に配置されている。加湿器はカソードガスを加湿させるものであれば何でも良い。好ましくは、加湿器と改質器との間にスタックを配置させるように、加湿器は改質器から遠ざけられている。これにより改質器が加湿器に熱影響を与えることが抑制される。よって、加湿器を流れるカソードガスおよび/またはカソードオフガスの体積の熱膨張が抑制される。この場合、カソードガス搬送源の小型化に一層貢献できる。 Preferably, a humidifier that humidifies the cathode gas before being supplied to the cathode of the stack is disposed in the housing chamber of the housing. Any humidifier may be used as long as it humidifies the cathode gas. Preferably, the humidifier is kept away from the reformer so that the stack is placed between the humidifier and the reformer. This suppresses the reformer from affecting the humidifier with heat. Therefore, the thermal expansion of the volume of the cathode gas and / or the cathode off gas flowing through the humidifier is suppressed. In this case, the cathode gas carrier source can be further reduced in size.
・好ましくは、カソードガス通路は、筐体に形成された外気導入口と、外気導入口に連通する空気フィルタ部と、空気フィルタ部を通過したカソードガスを加湿器に向かわせる通路と、カソードガスをスタックのカソードに向けて搬送させるカソードガス搬送源とを備えている。カソードガス搬送源としては、カソードガスを搬送させるポンプ、ファン、ブロアが例示される。 Preferably, the cathode gas passage includes an outside air introduction port formed in the housing, an air filter portion communicating with the outside air introduction port, a passage for directing the cathode gas that has passed through the air filter portion to the humidifier, and the cathode gas. And a cathode gas conveyance source for conveying the gas toward the cathode of the stack. Examples of the cathode gas transport source include a pump, a fan, and a blower that transport the cathode gas.
以上説明したように様相1の本発明によれば、発電反応後のカソードガスを流すカソードガス通路の長さは、抑制されて短縮される。よってカソードガス通路の圧損が抑制される。更に、発電反応後のカソードオフガスを排気口まで流すカソードオフガス通路の長さは、抑制されて短縮される。この結果、カソードオフガス通路の圧損が抑制される。更に様相1の本発明によれば、放熱源となる改質器から、カソードガス通路およびカソードオフガス通路の双方をできるだけ遠ざけることができる。このため、放熱源となる改質器がカソードガス通路およびカソードオフガス通路に熱影響を与えることが抑制される。よって、カソードガス通路を流れるカソードガスの体積の熱膨張が抑制される。同様に、カソードオフガス通路を流れるカソードオフガスの体積の熱膨張が抑制される。従って、カソードガスをスタックのカソードに搬送させるポンプ、ファン、ブロア等のカソードガス搬送源の動力損失を低減するのに有利となる。この場合、カソードガス搬送源の小型化に貢献できる。 As described above, according to the first aspect of the present invention, the length of the cathode gas passage for flowing the cathode gas after the power generation reaction is suppressed and shortened. Therefore, the pressure loss of the cathode gas passage is suppressed. Furthermore, the length of the cathode offgas passage through which the cathode offgas after the power generation reaction flows to the exhaust port is suppressed and shortened. As a result, pressure loss in the cathode offgas passage is suppressed. Further, according to the first aspect of the present invention, both the cathode gas passage and the cathode off-gas passage can be as far as possible from the reformer serving as a heat radiation source. For this reason, it is suppressed that the reformer serving as a heat radiation source exerts a thermal influence on the cathode gas passage and the cathode offgas passage. Therefore, the thermal expansion of the volume of the cathode gas flowing through the cathode gas passage is suppressed. Similarly, thermal expansion of the volume of the cathode offgas flowing through the cathode offgas passage is suppressed. Therefore, it is advantageous to reduce power loss of a cathode gas conveyance source such as a pump, a fan, or a blower that conveys the cathode gas to the cathode of the stack. In this case, it can contribute to size reduction of a cathode gas conveyance source.
様相2の本発明によれば、発電反応後のカソードガスを流すカソードガス通路の長さは、抑制されて短縮される。よってカソードガス通路の圧損が抑制される。更に様相2の本発明によれば、放熱源となる改質器から、カソードガス通路をできるだけ遠ざけることができる。このため、放熱源となる改質器がカソードガス通路に熱影響を与えることが抑制される。よって、カソードガス通路を流れるカソードガスの体積の熱膨張が抑制される。従って、カソードガスをスタックのカソードに搬送させるポンプ、ファン、ブロア等のカソードガス搬送源の動力損失を低減するのに有利となる。この場合、カソードガス搬送源の小型化に貢献できる。
According to the
また様相3の本発明によれば、発電反応後のカソードガスを流すカソードガス通路の長さは、抑制されて短縮される。よってカソードガス通路の圧損が抑制される。更に様相3の本発明によれば、放熱源となる改質器から、カソードガス通路をできるだけ遠ざけることができる。このため、放熱源となる改質器がカソードガス通路に熱影響を与えることが抑制される。よって、カソードガス通路を流れるカソードガスの体積の熱膨張が抑制される。従って、カソードガスをスタックのカソードに搬送させるポンプ、ファン、ブロア等のカソードガス搬送源の動力損失を低減するのに有利となる。この場合、カソードガス搬送源の小型化に貢献できる。
Further, according to the present invention of
(実施形態1)
(全体構成)
本発明の実施形態1を図1〜図3を参照して説明する。本実施形態は、一般家庭、業務店またはビル等に固定的に設置される定置用の燃料電池システムに適用している。図面はあくまでも概念図であり、細部の寸法まで詳細に規定するものではない。図1は燃料電池システムの概念を模式的に示す。まず、燃料電池システムの概略構成を説明する。燃料電池システムは、燃料原料をアノードガスとして改質して燃料電池のアノードに供給する供給路1と、アノードガス供給部として機能できる改質器2と、燃料電池のスタック3とをもつ。供給路1には、上流から下流にかけて、燃料原料源4、供給弁5、脱硫器6、第1ポンプ7(燃料原料搬送源)、弁8、改質器2、第1凝縮器9、入口弁10、燃料電池のスタック3が繋がれている。
(Embodiment 1)
(overall structure)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is applied to a stationary fuel cell system that is fixedly installed in a general household, a business shop, a building, or the like. The drawings are merely conceptual diagrams and do not define the details in detail. FIG. 1 schematically shows the concept of a fuel cell system. First, a schematic configuration of the fuel cell system will be described. The fuel cell system has a
改質器2は、燃料原料を水蒸気改質させてアノードガスを生成させる改質部2aと、改質部2aを加熱させる燃焼部2cとで形成されている。供給路1のうち改質部2aの上流から分岐路11が燃焼部2cに向けて分岐されている。
The
燃料電池のスタック3は、アノードガスが供給されるアノードと、カソードガスが供給されるカソードと、アノードおよびカソードにて挟持された高分子型のイオン伝導膜(例えば炭化フッ素系または炭化水素系のプロトン伝導膜)とをもつ。燃料電池は、シートタイプの複数のセルを厚み方向に積層させる方式でも良いし、あるいは、チューブタイプのセルを組み付ける方式でも良い。
The
スタック3のカソードの入口にカソードガスを供給するカソードガス通路12が設けられている。カソードガス通路12は、カソードガス(空気)を吸入する吸気口12iをもつ。カソードガス通路12にはカソードガスポンプ13(カソードガス搬送源)が設けられている。燃料電池のカソードの出口からカソードオフガスを排出させるカソードオフガス通路14が設けられている。カソードオフガス通路14は、カソードオフガスを排気口14pから外気に排出させる。図2に示すように、カソードオフガス通路14には、カソードオフガスを凝縮させる凝縮器22が設けられている。カソードガス通路12のガス流れ方向において、スタック3は加湿器15を隣接させて配置されている。加湿器15は、カソードガスをスタック3のカソードに供給させる前に加湿させるものである。ここで、加湿器15は、スタック3のカソードに流入する前のカソードガス(カソードオフガスよりもドライ)が流れる吸湿通路と、スタック3のカソードから流出した後のカソードオフガス(発電反応前のカソードガスよりも相対的にウェットで高温)が流れる加湿通路と、吸湿通路および加湿通路を仕切る水分保持膜とを有する。加湿器15において、カソードガスよりも高湿度および高温のカソードオフガスは、水分保持膜に水分および熱を与える。カソードオフガスよりも低湿度および低温のカソードガスは、水分保持膜により加湿および加熱される。
A
図1に示すように、供給路1のうち入口弁10の上流からバイパス路16が延設されている。バイパス路16にはバイパス弁17が設けられている。スタック3のアノードの出口3apからアノードオフガス通路19が改質器2の燃焼部2cに向けて設けられている。アノードオフガス通路19は、出口弁20と第2凝縮器21とを有する。第1凝縮器9から延設された第1排水路24は、第1排水弁23を介して水精製器28に繋がれている。第2凝縮器21から延設された第2排水路26は第2排水弁27を介して水精製器28に繋がれている。凝縮器22から延設された排水路22cは水精製器28に繋がれている。
As shown in FIG. 1, a
水精製器28で生成された水は、図略のポンプまたは重力により水タンク25に供給される。水タンク25から改質水通路40が改質部2aの入口2iに向けて延設されている。改質水通路40には、改質水ポンプ41、改質水バルブ42が設けられている。
The water generated by the
燃料電池システムの起動時について説明する。起動時には、供給弁5が開放されていると共に弁8が閉鎖されている状態で、第1ポンプ7(搬送源)が回転駆動する。すると、燃料原料源4のガス状または液状をなす燃料原料は、供給路1に流れ、脱硫器6で脱硫され、改質器2の燃焼部2cに供給される。
The startup time of the fuel cell system will be described. At startup, the first pump 7 (conveyance source) is driven to rotate with the
また燃焼空気用のポンプ33(搬送駆動源)が回転駆動すると、燃焼空気が空気通路34から燃焼部2cに供給される。この結果、ガス状をなす燃料原料は、空気通路34からの空気により燃焼部2cにおいて燃焼される。燃焼部2cの燃焼により改質部2aが高温領域に次第に加熱される。このように改質部2aが高温領域に加熱されると、制御装置により、弁8が開放され、燃料原料源4の燃料原料が改質部2aに供給される。このとき制御装置により、改質水ポンプ41が回転駆動すると共に改質水バルブ42が開放する。このため水精製器28の水が改質部2aに供給される。この結果、改質部2aに供給された燃料原料は、改質水により水蒸気改質される。これにより水素を主要成分として含むアノードガス(水素例えば20モル%以上)が生成する。このように改質器2で生成されたアノードガスは、第1凝縮器9で水分を低下させる。なお改質させる燃料原料は気体用燃料でも液体用燃料でも良い。具体的には、都市ガス、LPG、灯油、メタノール、ジメチルエーテル、ガソリン、バイオガス等が採用できる。
When the combustion air pump 33 (conveyance drive source) is driven to rotate, the combustion air is supplied from the
起動当初では、アノードガスの組成が必ずしも安定していない。このため起動当初では、制御装置により、入口弁10および出口弁20は閉鎖されているが、バイパス弁17は開放されている。従って、起動当初では、アノードガスはスタック3のアノードに供給されず、バイパス路16およびバイパス弁17を介して第2凝縮器21に供給され、第2凝縮器21で水分を低減させた後、燃焼部2cに供給されて燃焼される。起動時から所定時間が経過し、アノードガスの組成が安定すると、入口弁10および出口弁20は開放され、アノードガスは入口弁10を介してスタック3のアノードの入口に供給される。
At the beginning of startup, the composition of the anode gas is not always stable. For this reason, at the beginning of startup, the control device closes the
また、カソードガスポンプ13が駆動するため、カソードガス通路12から供給されたカソードガスは、入口15iから加湿器15に流れ、加湿器15で加湿された後、スタック3のカソードの入口からカソードに供給される。このようにしてスタック3に負荷(スタック3の電気エネルギで作動させる負荷)が接続されている状態で、アノードガスおよびカソードガスによりスタック3において発電反応が行われ、電気エネルギが発生する。なお、発電反応後のアノードオフガスは、可燃性成分を有することがあるため、スタック3のアノードの出口から吐出され、出口弁20を介してアノードオフガス通路19から第2凝縮器21に流れ、第2凝縮器21で水分を凝縮させた後、燃焼部2cに供給されて燃焼され、再利用される。
Further, since the
ここで、燃料電池システムの発電運転中において、第1凝縮器9、第2凝縮器21、凝縮器22等の凝縮器に凝縮水が次第に貯留される。第1排水弁23が開放されると、第1凝縮器9に溜まった凝縮水は、第1排水路24を介して水精製器28に重力により供給される。第2排水弁27が開放されると、第2凝縮器21に溜まった凝縮水は、第2排水路26を介して重力により水精製器28に供給される。凝縮器22に溜まった凝縮水は、排水路22cを介して重力により水精製器28に供給される。水精製器28に溜まった凝縮水は、水精製器28で生成されて純水化される。ここで、改質水ポンプ41が回転駆動すると共に改質水バルブ42が開放すると、水精製器28の水が改質部2aに供給される。この結果、改質部2aに供給された燃料原料は、改質水により水蒸気改質される。水蒸気改質に使用される改質水は、純水度が高いことが好ましい。
Here, during the power generation operation of the fuel cell system, condensed water is gradually stored in a condenser such as the
上記したようにスタック3が発電運転するとき、スタック3は昇温する。スタック3が過剰に高温になると、スタック3の発電性能が低下する。そこで燃料電池システムの運転中においてスタック3にスタック冷却液を流してスタック3を冷却させるスタック冷却通路45が設けられている。スタック冷却通路45にはイオン交換器46(第1メンテナンス部品)が設けられている。イオン交換器46は、スタック冷却液を純水化させ、スタック冷却液の電気絶縁性を高める。なお、スタック冷却液の電気絶縁性が低下すると、スタック3から取り出される電気エネルギの取り出し効率が低下する。
As described above, when the
(本実施形態の要部)
さて本実施形態の要部を説明する。図2および図3は、燃料電池システムの垂直断面を模式的に示す。図2は、筐体50の長手方向(L1方向)に沿って且つ鉛直線に沿って切断した状態を模式的に示す縦断面図である。図3は、筐体50の幅方向(L2方向)に沿って且つ鉛直線に沿って切断した状態を模式的に示す縦断面図である。ここで、筐体50の長手方向(矢印L1方向)は、直方体形状をなす筐体50のうち水平方向に沿った方向において、最も長い寸法が延びる方向を意味する。筐体50の幅方向は、直方体形状をなす筐体50の水平方向に沿った方向において、筐体50の長手方向と交差する方向を意味する。
(Main part of this embodiment)
Now, the main part of this embodiment will be described. 2 and 3 schematically show a vertical cross section of the fuel cell system. FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing a state where the
本実施形態に係る燃料電池システムは、図2に示すように、筐体50と改質器2とスタック3とをもつ。筐体50は底壁部50b、天井壁部50u、側面部50tをもつ。図2において、筐体50の水平方向に沿っている底壁部50bまたは天井壁部50uに沿った方向を長手方向(矢印L1方向)とする。スタック3の長手方向(スタック3の寸法のうち最も長い寸法をもつ方向,セル積層方向)の中心をP5とする。
As shown in FIG. 2, the fuel cell system according to the present embodiment includes a
図2に示すように、筐体50の収容室50xは、大容積の主収容室51と、主収容室51よりも低温に維持され且つ主収容室51よりも小容積の隔室53と、主収容室51および隔室53を仕切る隔壁55とを有する。隔室53はメンテナンス部品を収容するメンテナンス室として機能するものであり、主収容室51の側方に位置している。筐体50を形成する壁は、仕切壁として機能するものであり、金属製の壁体50fと、壁体50fの内面に設けられた断熱材料で形成された断熱層50sとを備えている。断熱層50sは断熱および防音作用を奏する。なお、筐体50は四角箱形状をなしているが、これに限定されるものではない。
As shown in FIG. 2, the
図2に示すように、隔室53は筐体50のうち、スタック3と共に放熱源となり得る改質器2からの熱影響を回避するため、改質器2およびスタック3から遠ざかるように、筐体50の長手方向(矢印L1方向)において、改質器2に対して反対側の端側(他端側)に設けられている。隔室53は、筐体50の長手方向において、筐体50内においてスタック3の中心P5よりも他端側に位置する。
As shown in FIG. 2, the
隔壁55は、金属(例えば炭素鋼、合金鋼、アルミニウム合金)製の金属板55fと、金属板55fの内面に設けられた断熱材料で形成された断熱層55sとを備えている。断熱層55sは断熱および防音作用を奏する。従って放熱源を収容する主収容室51の熱は隔室53に伝達されにくいため、隔室53の昇温を抑制するのに貢献できる。なお、隔壁55は空気断熱層55xを備えている構造でも良い。
The
本実施形態によれば、図2に示すように、筐体50のうち隔室53側には、金属製の脱着パネル56がボルト等の取付具56xにより取着されている。取付具56xを外せば、脱着パネル56は筐体50から外方に離脱される。脱着パネル56は通気性を有しており、筐体50に対して脱着および取着可能であり、隔室53を閉じる。脱着パネル56は、カソードガスとして機能する外気(筐体50の外方の空気)を筐体50の内部に導入させる外気導入口として機能する吸気口12iを形成するグリル58を有する。
According to the present embodiment, as shown in FIG. 2, a metal attachment /
図2に示すように、スタック3および加湿器15は、筐体50の主収容室51のうち天井壁部50u側に配置されており、主収容室51の高さ方向の中間位置hmよりも上側に配置されており、筐体50の天井壁部50uに接近している。加湿器15は、主収容室51のうち改質器2から遠ざかるように、隔壁55側に配置されている。
As shown in FIG. 2, the
図2に示すように、筐体50の隔室53には、塵埃低減部として機能する空気フィルタ部66が、隔壁55と対面するように設けられている。空気フィルタ部66は、脱着パネル56の内面56iに溶接または図略の取付具により固定されている。空気フィルタ部66は、スタック3のカソードに供給されるカソードガスとして外気に含まれている塵埃を低減するフィルタ機能を有する。
As shown in FIG. 2, an
図2から理解できるように、カソードガス通路12は、筐体50の脱着パネル56に形成された外気導入口としての吸気口12iと、外気導入口としての吸気口12iに連通する空気フィルタ部66と、空気フィルタ部66の内部を通過したカソードガスをダクト77の分岐部77kまで流す通路12fと、分岐部77kからカソードガスを加湿器15の入口15iに向けて搬送させる通路12sと、通路12sに設けられたカソードガスポンプ13(カソードガス搬送源)とを備えている。通路12fはダクト77の空間そのもので構成されている。
As can be understood from FIG. 2, the
図2に示すように、外気をカソードガスとしてスタック3のカソードに供給することができる空気通路34を形成する中空筒形状をなすダクト77が設けられている。ダクト77は、空気フィルタ部66の出口側である裏面66r側と電気機器ボックス68の部位68pとを連通させている。電気機器ボックス68は、スタック3の下方となるように改質器2と隔壁55との間に配置されており、空気が通過できる通路となり得るボックス室68aと、ボックス室68aに配置されている放熱源となり得る電気機器68cとを有する。電気機器68cは、燃料電池の発電電力を変換させるインバータと、電源に電気的に接続されている電源基板と、その他の電気部品とを有する。空気通路34は、電気機器ボックス68の出口68mと燃焼部2cとを繋ぐ。
As shown in FIG. 2, there is provided a duct 77 having a hollow cylindrical shape that forms an
図2に示すように、燃料電池システムの運転時等の通常時には、空気フィルタ部66の外箱として機能するケース66tは、ケース66tの裏面に保持されている裏面板66wと共に、隔壁55の開口75を閉じている。従って、空気フィルタ部66は、開口75を開閉可能に閉じる開閉部材または蓋部材として機能できる。この状態では、筐体50の外方の外気をカソードガスとしてダクト77側に導入できるように、空気フィルタ部66の内部は、開口75に連通している。従って、空気フィルタ部66が図2に示すように筐体50内に取り付けられている状態では、脱着パネル56の外気導入口としての吸気口12i、空気フィルタ部66の内部、開口75、ダクト77は、外気をダクト77側に吸入できるように連通している。
As shown in FIG. 2, in a normal time such as when the fuel cell system is operated, the
従って、空気ポンプ33(燃焼用空気の搬送源)が回転駆動すると、外気は、脱着パネル56の外気導入口としての吸気口12i、空気フィルタ部6、開口75、ダクト77、電気機器ボックス68の内部を流れ、更に電気機器ボックス68の出口68mから燃焼部2cに向かう空気通路34の通路34pに流れ、通路34pを介して改質器2の燃焼部2cに供給され、燃焼部2cにおいて燃焼に使用される。この場合、電気機器ボックス68の内部の放熱する電気機器68cが空気により冷却され、電気機器68cの過熱が抑制されるため、電気機器68cの耐久性の向上、長寿命化に貢献できる。更に、改質器2の燃焼部2cに供給する空気を電気機器ボックス68の電気機器68cからの放熱により予熱できるため、燃焼部2cにおける燃焼効率を高めるのに有利である。
Therefore, when the air pump 33 (combustion air conveyance source) is driven to rotate, the outside air flows into the
図2に示すように、筐体50の天井壁部50uには排ガス出口2kが設けられている。燃焼部2cで燃焼された排ガスは、凝縮器49で冷却され、凝縮水を生成させた後、排ガス出口2kから筐体50の外方(上方)に放出される。この排ガスは、燃焼部2cで燃焼された燃焼用空気の排ガス、燃焼用燃料の排ガス、アノードオフガスが燃焼部2cで燃焼した後の排ガスを意味する。
As shown in FIG. 2, an
また図2に示すように、カソードガスポンプ13(カソードガス搬送源)が回転駆動すると、ダクト77内の空気は、カソードガス通路12の通路12sを介して加湿器15の入口15iに供給され、加湿器15で加湿された後にスタック3のカソードに供給され、発電反応に使用される。
As shown in FIG. 2, when the cathode gas pump 13 (cathode gas transport source) is driven to rotate, the air in the duct 77 is supplied to the
本実施形態によれば、図3に示すように、発電反応後の高湿度を有するカソードオフガスは、スタック3のカソードの出口から吐出された後に加湿器15の吸湿通路に流入し、加湿器15の出口15pからカソードオフガス通路14に排出される。図3に示すように、カソードオフガス通路14は、加湿器15の出口15pから凝縮器22の入口22iに向かう通路14fと、凝縮器22の出口22pから側面部50mの排気口14pに向かう通路14sとを備えている。図3から理解できるように、通路14sは、電気機器ボックス68から遠ざかるように、且つ、外気に向けて短い流路となるように、筐体50の側面部50mに向けて水平方向(つまり、筐体50の幅方向である矢印L2方向)に沿って凝縮器22から延設されている。そして、加湿器15の出口15pから排出され且つカソードガスよりも高湿度および高温ののカソードオフガスは、加湿器15から下方に向けて延設されている通路14fを流れ、その後、凝縮器22に至り、凝縮器22で冷却され、カソードオフガスに含まれている水分を凝縮水として凝縮させる。凝縮水を生成して乾燥が進行したカソードオフガスは、通路14sを横方向に流れ、排気口14pから筐体50の側面部50mの排気口14pから外方に排出される。側面部50mは隔壁55と交差する方向に延設されている。
According to the present embodiment, as shown in FIG. 3, the cathode offgas having a high humidity after the power generation reaction is discharged from the cathode outlet of the
上記したような本実施形態によれば、カソードガス通路12は、脱着パネル56の吸気口12iから通路12f,通路12sを介して加湿器15の入口15iに向かう。具体的には、図2に示すように、カソードガス通路12は、脱着パネル56に設けられた吸気口12iと、空気フィルタ部66と、ダクト77のうち分岐部77kまでの通路12fと、分岐部77kから加湿器15の入口15i間での通路12sとを有する。
According to this embodiment as described above, the
ここで本実施形態によれば、図2に示すように、筐体50の収容室50x(主収容室51+隔室53)を中心線P1を介して第1片側空間50yと第2片側空間50wとに分割すると、改質器2は、ポンプ33,7と共に、筐体50の収容室50xにおける片側の第1片側空間50yに配置されている。すなわち、改質器2は、筐体50の収容室50xの長手方向(矢印L1方向)においてスタック3(スタック3の中心P5)よりも一端側に配置されている。ポンプ33,7は第2片側空間50wに配置されていても良い。
Here, according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, the first one-
これに対して、カソードガス通路12の吸気口12iおよびカソードオフガス通路14の排気口14pの双方は、ポンプ13、カソードガス通路12とカソードオフガス通路14と共に、筐体50の収容室50xにおける他の片側である第2片側空間50wに配置されており、すなわち、長手方向(矢印L1方向)においてスタック3(スタック3の長手方向の中心P5)よりも他端側に配置されている。ここで、排気口14pは、発電反応後のカソードオフガスを排出させる専用の排出口であり、アノードオフガスの燃焼後の排ガスと燃焼部2cの燃焼排ガスを排出させるための排ガス出口2kに対して、分離独立している。この結果、カソードガス通路12の長さは、これが第2片側空間50wのみに配置されているため、抑制されて短縮されている。よってカソードガス通路12の通路径の増加を抑制しつつ、カソードガス通路12の圧損が抑制される。更に、カソードオフガス通路14の長さは、これが第2片側空間50wのみに配置されているため、抑制されて短縮される。この結果、カソードオフガス通路14の圧損が抑制される。
On the other hand, both the
本実施形態によれば、図2に示すように、加湿器15と改質器2との間にスタック3を配置させるように、加湿器15は、第2片側空間50wのみに背馳されており、放熱源となり得る改質器2から前記長手方向において遠ざけられている。これにより放熱源となり得る改質器2が加湿器15の加湿性能に熱影響を与えることが抑制される。殊に図2に示すように、加湿器15は、第2片側空間50wのみ配置されつつ、すなわち、長手方向(矢印L1方向)において収容室50xにおいて他端側に配置されている。よって加湿器15は、収容室50xにおいて、主収容室51よりも低温に維持され易い隔室53(放熱源が少ないか、ない)に対向している。よって加湿器15が過剰に高温になることが抑制され、加湿性能が良好に維持される。
According to the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
上記したように改質器2とカソードガス通路12およびカソードオフガス通路14とが離間している。よって、放熱源となる改質器2がカソードガス通路12のカソードガス、カソードオフガス通路14のカソードオフガスに熱影響を与えることが抑制される。よって、カソードガス通路12のカソードガスの体積の熱膨張、カソードオフガス通路14のカソードオフガスの体積の熱膨張が抑制される。従って、カソードガスをスタック3のカソードまで搬送させるカソードガスポンプ13(カソードガス搬送源)の動力損失を低減させるのに有利となる。この場合、カソードガスポンプ13の小型化に貢献することができる。
As described above, the
本実施形態によれば、筐体50は、互いに交差する脱着パネル56(第1側面部)および第2側面部50mを有する。これに対して、カソードガス通路12の吸気口12iは、脱着パネル56(第1側面部)に設けられている。これに対してカソードオフガス通路14の排気口14pは、脱着パネル56と交差するように配置されている第2側面部50m(図3参照)に設けられている。このため吸気口12iおよび排気口14pを接近させつつも互いに離間させることができる。従って、排気口14pから排出された活物質(酸素)が少なくなったカソードオフガスを、吸気口12iが直ちに吸い込むことが抑制される。故にスタック3の発電効率が確保される。
According to the present embodiment, the
図2に示すように、改質器2は、筐体50の主収容室51に配置されており、殊に、筐体50のうち長手方向(図2に示す矢印L1方向)において主収容室51のうち隔室53から遠ざかる位置(つまり、矢印L1方向における一端側)に配置されている。その理由としては、高温となる燃焼部2cを有する改質器2からの放熱が隔室53を昇温させることを抑制するためである。従って隔室53の室空間は、主収容室51よりも低温に維持される。なお、燃焼部2cは改質部2aの上部側に配置されているが、これに限らず、改質部2aの下部側に配置されていても良い。
As shown in FIG. 2, the
(実施形態2)
実施形態2は実施形態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ため、図1および図2を準用する。本実施形態によれば、実施形態1と同様に、図4に示すように、発電反応後の高湿度を有するカソードオフガスは、加湿器15の出口15pからカソードガスフガス通路14に排出される。カソードオフガス通路14は、加湿器15の出口15pから凝縮器22の入口22iに向かう通路14fと、凝縮器22の出口22pから排気口14pに向かう通路14sとを備えている。このカソードオフガスは凝縮器22で冷却され、カソードオフガスに含まれている水分を凝縮器22において凝縮水として凝縮させる。凝縮水を生成した後のカソードオフガスは、排気口14pから筐体50の外方(横方)に排出される。ここで図4に示すように、筐体50の幅方向(矢印L2方向)の中心を通る鉛直線を中心線P2とするとき、凝縮器22は、中心線P2よりも側面部50m側に配置されている。つまり図4に示すように、凝縮器22の中心P6は、中心線P2よりも側面部50m側に配置されている。従って凝縮器22の出口22pから排気口14pまでの通路14sの長さをさらに短縮することができる。
(Embodiment 2)
Since the second embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as those of the first embodiment, FIGS. 1 and 2 are applied mutatis mutandis. According to the present embodiment, as in the first embodiment, as shown in FIG. 4, the cathode offgas having high humidity after the power generation reaction is discharged from the
(実施形態3)
図5〜図7は実施形態3を示す。本実施形態は実施形態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、異なる部分を中心として説明する。本実施形態によれば、図5に示すように、隔壁55は、主収容室51と隔室53とを連通させる切欠状をなす開口75をもつ。開口75は側方に開放しており、メンテナンス用開口として機能するものであり、鉛直線の方向に沿って延設されている。開口75は、四角形状であり、主収容室51と隔室53とを連通させている。開口75は、メンテナンス部品としての水精製器28を出し入れできる程度の開口面積を有する。開口75は、図7に示すように上辺75u、下辺75dおよび側辺75sを有する。隔壁55のうち開口75の周縁にはシール部材76(図5参照)が設けられている。
(Embodiment 3)
5 to 7 show the third embodiment. This embodiment has basically the same configuration and the same operation and effect as the first embodiment. In the following, different parts will be mainly described. According to the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
図5から理解できるように、筐体50のうち隔室53側には、金属製の脱着パネル56がボルト等の取付具56xにより取着されている。取付具56xを外せば、脱着パネル56は筐体50から外方に離脱される。脱着パネル56は通気性を有しており、筐体50に対して脱着および取着可能であり、隔室53を閉じる。
As can be understood from FIG. 5, a metal attachment /
図6に示すように、脱着パネル56は、横断面でコの字形状をなしており、第1壁部56fと、第1壁部56fに対して交差する向きに設けられた第2壁部56sとを有する。脱着パネル56を筐体50から取り外せば、筐体50の隔室53は複数の方向に露出するため、隔室53内のメンテナンス部品に対するメンテナンス作業性が向上する。脱着パネル56を筐体50から矢印M1方向(図6参照)に取り外せば、多数のメンテナンス部品が収容されている隔室53が複数方向に開放される。故に、隔室53に収容されているメンテナンス部品のメンテナンス作業が良好となる。
As shown in FIG. 6, the
筐体50の隔室53には、空気フィルタ部66が隔壁55と対面するように設けられている。空気フィルタ部66は、脱着パネル56の内面56iに溶接または図略の取付具により固定されている。
An
図5から理解できるように、燃料電池システムの運転時等の通常時には、空気フィルタ部66の外箱として機能するケース66tは、ケース66tの裏面に保持されている裏面板66wと共に、隔壁55の開口75を閉じている。従って、空気フィルタ部66は、開口75を開閉可能に閉じる開閉部材または蓋部材として機能できる。この場合、空気フィルタ部66の裏面板66w(空気フィルタ部66の一部)は、隔壁55のシール部材76に圧接してシールされる。この状態では、筐体50の外方の外気をカソードガスとしてダクト77側に導入できるように、空気フィルタ部66の内部は、開口75に連通している。
As can be understood from FIG. 5, the
図5に示すように、外気をカソードガスとしてスタック3のカソードに供給することができる空気通路34を形成する中空筒形状をなすダクト77が設けられている。ダクト77は、空気フィルタ部66の出口側である裏面66r側と電気機器ボックス68(インバータボックス)の部位68pとを連通させている。電気機器ボックス68は、空気が通過できる通路となり得るボックス室68aと、ボックス室68aに配置されている放熱源となり得る電気機器68cとを有する。電気機器68cは、燃料電池の発電電力を変換させるインバータと、電源に電気的に接続されている電源基板と、その他の電気部品とを有する。空気通路34は、電気機器ボックス68の出口68mと燃焼部2cとを繋ぐ。
As shown in FIG. 5, a duct 77 having a hollow cylindrical shape is provided to form an
従って、空気ポンプ33(燃焼用空気の搬送源)が回転駆動すると、外気は、脱着パネル56の外気導入口としての吸気口12i、空気フィルタ部66、開口75、ダクト77、電気機器ボックス68の内部、空気通路34を介して改質器2の燃焼部2cに供給され、燃焼部2cにおいて燃焼に使用される。この場合、電気機器ボックス68の内部の放熱する電気機器68cが空気により冷却され、電気機器68cの過熱が抑制されるため、電気機器68cの耐久性の向上、長寿命化に貢献できる。更に、改質器2の燃焼部2cに供給する空気を電気機器ボックス68の電気機器68cからの放熱により予熱できるため、燃焼部2cにおける燃焼効率を高めるのに有利である。
Accordingly, when the air pump 33 (combustion air conveyance source) is driven to rotate, the outside air is supplied to the
メンテナンス部品として機能する脱硫器6(図6参照)は、空気フィルタ部66から離間して筐体50の隔室53に設けられている。脱硫器6は、主収容室51よりも外気により冷却され易く低温となり易い隔室53に設けられている。このため脱硫器6の冷却性および低温性が確保され、脱硫器6における脱硫効率が維持される。
The desulfurizer 6 (see FIG. 6) that functions as a maintenance component is provided in the
更に本実施形態によれば、隔室53は筐体50の長手方向の端側に配置されており、脱着パネル56を筐体50から取り外せば、隔室53は開放されるため、隔室53はメンテナンス室となる。このため隔室53に配置されている脱硫器6等の各種の第2メンテナンス部品をメンテナンスし易い。更に開口75が開放されているため、メンテナンス者は、開口75を介して、隔室53または筐体50の外方から主収容室51の内部を視認することができる。
Further, according to the present embodiment, the
また図6に示すように筐体50の内部には、メンテナンス部品として機能するイオン交換器46が設けられている。イオン交換器46は、スタック3を冷却させるスタック冷却液に含まれている不純物を低減して純水化させてスタック冷却液の電気絶縁性を高めるための精製処理を実施する。イオン交換器46に収容されている水精製材としてのイオン交換樹脂は、高温環境下に長期間保持されると、熱劣化が進行するおそれがある。この点本実施形態によれば、メンテナンス室となる隔室53には、スタック冷却液精製用のイオン交換器46が配置されている。前述したようにスタック3、改質器2および電気機器ボックス68は放熱源となり得る。これに対して、隔室53には、放熱源となり得るスタック3、改質器2および電気機器ボックス68が収容されていない。更に、隔室53は脱着パネル56を介して外気に隣接されている。従って、隔室53は主収容室51よりも低温に維持される。このため、イオン交換器46に収容されているイオン交換樹脂(スタック冷却液精製材)が熱劣化が進行することが抑制される。
As shown in FIG. 6, an
図6に示すように、上記した水精製器28は、隔壁55の開口75に接近した位置に配置されている。従って、脱着パネル56を筐体50から離脱させたメンテナンス時において、主収容室51に配置されている水精製器28を隔壁55の開口75から隔室53側、更には、外気側に取り出し易くされている。このため水精製器28のメンテナンス性が向上している。
As shown in FIG. 6, the above-described
図7に示すように、筐体50のうち隔室53内部には、第2メンテナンス部品として機能する第1リサーバタンク81および第2リサーバタンク82が並設されている。第1リサーバタンク81はスタック冷却液を貯留するものである。スタック冷却液は、不凍液成分(エチレングリコール、プロピレングルコール、グリセリンなどの有機系不凍液成分)を有するため、耐凍結性が高い。このため、第1リサーバタンク81は、外気の温度の影響を受け易いもののメンテナンス性が高い隔室53に配置されている。第2リサーバタンク82は、第1凝縮器9および第2凝縮器21等の凝縮器を流れる冷却用の冷媒を収容するものである。この冷媒は不凍液成分を有しており、耐凍結性が高い。このため第2リサーバタンク82は、外気の温度の影響を受け易いもののメンテナンス性が高い隔室53に配置されている。
As shown in FIG. 7, a
(実施形態4)
図8は実施形態4を示す。本実施形態は実施形態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。本実施形態によれば、図8に示すように、主収容室51と隔室53とを仕切る隔壁は設けられていない。
(Embodiment 4)
FIG. 8 shows a fourth embodiment. This embodiment has basically the same configuration and the same operation and effect as the first embodiment. According to the present embodiment, as shown in FIG. 8, the partition wall that partitions the
(他の実施形態)
燃料電池システムは図1に示す配管に限定されるものではない。上記した実施形態によれば、カソードガス通路12は、燃焼用空気を供給するための空気通路34に繋がるダクト67に連通しているが、カソードガス通路12および空気通路34は、互いに非連通の別経路としても良い。筐体50は四角箱形状とされているが、円筒形状としても良い。吸気口12iは、脱着パネル56に形成されているが、これに限らず、排気口14pは筐体50の側面部50mに形成されているが、筐体50の他の側面部に形成されていても良く、筐体50の天井壁部50uまたは底壁部50bに形成されていても良い。
(Other embodiments)
The fuel cell system is not limited to the piping shown in FIG. According to the above-described embodiment, the
上記したポンプ7,33,13,41はファン、ブロア等のカソードガス搬送源でも良い。上記した実施形態によれば、第1メンテナンス部品は、改質水を精製させる水精製器28とされているが、これに限らず、リザーバタンク81,82、スタック冷却液精製用のイオン交換器46を開口75から出し入れできるように主収容室51の内部に配置しても良い。更には、スタック冷却液精製用のイオン交換器46を開口75から出し入れできない構造としても良い。メンテナンス部品として電気機器としても良い。隔壁55は切欠状をなす単数の開口75をもつが、これに限らず、複数の開口75をもつタイプでも良い。複数の開口75を開閉部材でそれぞれ閉じることが好ましい。
The
シール部材76は隔壁55に設けられているが、これに限らず、空気フィルタ部66の裏面板66w(空気フィルタ部66の一部)に設けられていても良い。シール性が維持されるならば、シール部材76を廃止しても良い。隔壁55は、金属板55fと断熱層55sとを備えているが、これに限らず、金属板のみとしても良いし、断熱材料で形成された断熱板のみとしても良い。
The
上記した実施形態によれば、開閉部材としての空気フィルタ部66は、隔壁55から離脱されてメンテナンス用開口75の全部を開放させるが、これに限らず、空気フィルタ部66および電気機器などの双方でメンテナンス用開口75の全部を閉鎖し、空気フィルタ部66を隔壁55から離脱させるとメンテナンス用開口75の一部を開放させる構造としても良い。この場合においても、メンテナンス用開口75を利用して第1メンテナンス部品をメンテナンスできる。
According to the above-described embodiment, the
ダクト77は電気機器ボックス68を介して燃焼部2cに燃焼用空気を供給するが、これに限らず、ダクト77は電気機器ボックス68を介することなく燃焼部2cに燃焼用空気を供給することにしても良い。隔室53は筐体50の長手方向の端側に配置されているが、これに限らず、筐体50の幅方向の端側でも良い。
The duct 77 supplies the combustion air to the
上記した実施形態によれば、図1に示すように、水精製器28で生成された水は水タンク25に供給され、その後、改質器2に供給されるが、これに限らず、水精製器28および水タンク25の位置の順序を入れ替えても良い。この場合、水タンク25で溜めた水は、水精製器28で精製され、その後、改質器2に供給される方式としても良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施形態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。
According to the above-described embodiment, as shown in FIG. 1, the water generated by the
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)収容室をもつ筐体と、前記筐体の前記収容室に配置され燃料原料を改質してアノードガスを生成させる改質器と、前記筐体の前記収容室に配置されアノードガスが供給されるアノードとカソードガスが供給されるカソードとを有する燃料電池のスタックと、前記カソードガスを吸い込む吸気口をもち前記スタックの前記カソードに前記カソードガスを供給するためのカソードガス通路と、前記スタックの前記カソードから排出された発電後の前記カソードオフガスを流すと共に前記カソードオフガスを前記筐体の外方に排出させる排気口をもつカソードオフガス通路とを具備することを特徴とする燃料電池システム。
The following technical idea can also be grasped from the above description.
(Additional Item 1) A housing having a housing chamber, a reformer that is disposed in the housing chamber of the housing and reforms a fuel raw material to generate anode gas, and is disposed in the housing chamber of the housing. A fuel cell stack having an anode to which an anode gas is supplied and a cathode to which a cathode gas is supplied, and a cathode gas passage for supplying the cathode gas to the cathode of the stack having an inlet for sucking the cathode gas And a cathode offgas passage having an exhaust port for flowing the cathode offgas after power generation discharged from the cathode of the stack and discharging the cathode offgas to the outside of the housing. Battery system.
本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用、携帯用、可搬用の燃料電池システムに利用することができる。 The present invention can be used for, for example, a fuel cell system for stationary use, vehicle use, electric equipment use, electronic equipment use, portable use, and portable use.
1は供給路、2は改質器、2aは改質部、2cは燃焼部、3はスタック、4は燃料原料源、5は供給弁、6は脱硫器(第2メンテナンス部品)、9は第1凝縮器、10は入口弁、12はカソードガス通路、12iは吸気口、13はカソードガスポンプ(カソードガス搬送源)、14はカソードオフガス通路、14pは排気口、15は加湿器、17はバイパス弁、19はアノードオフガス通路、20は出口弁、21は第2凝縮器、25は水タンク、28は改質水用の水精製器、30はスタック冷却通路、31はイオン交換器、40は改質水通路、41は改質水ポンプ、45はスタック冷却通路、46はスタック冷却液精製用のイオン交換器、50は筐体、50xは収容室、第1片側空間50y、第2片側空間50w、50mは側面部、51は主収容室、53は隔室、55は隔壁、56は脱着パネル(側面部)、58はグリル、66は空気フィルタ部(塵埃低減部,開閉部材)、67はダクト、68は電気機器ボックス、75は開口、81,82はリザーバタンク、P1は中心線を示す。
1 is a supply path, 2 is a reformer, 2a is a reforming section, 2c is a combustion section, 3 is a stack, 4 is a fuel raw material source, 5 is a supply valve, 6 is a desulfurizer (second maintenance part), and 9 is 1st condenser, 10 is an inlet valve, 12 is a cathode gas passage, 12i is an intake port, 13 is a cathode gas pump (cathode gas carrier source), 14 is a cathode offgas passage, 14p is an exhaust port, 15 is a humidifier, 17 is Bypass valve, 19 is anode off-gas passage, 20 is outlet valve, 21 is second condenser, 25 is a water tank, 28 is a water purifier for reforming water, 30 is a stack cooling passage, 31 is an ion exchanger, 40 Is a reforming water passage, 41 is a reforming water pump, 45 is a stack cooling passage, 46 is an ion exchanger for purifying the stack coolant, 50 is a casing, 50x is a storage chamber, a first one-
Claims (8)
前記筐体の前記収容室に配置され燃料原料を改質してアノードガスを生成させる改質器と、
前記筐体の前記収容室に配置され前記アノードガスが供給されるアノードとカソードガスが供給されるカソードとを有する燃料電池のスタックと、
前記カソードガスを吸い込む吸気口をもち前記スタックの前記カソードに向かう前記カソードガスを流すためのカソードガス通路と、
前記スタックの前記カソードから排出された発電後の前記カソードオフガスを流すと共に前記カソードオフガスを前記筐体の外方に排出させる排気口をもつカソードオフガス通路とを具備しており、
前記筐体の底壁部または天井壁部に沿った方向において最も長い長さを有する方向を長手方向とし、前記筐体の内部を視認するように前記長手方向に沿って切断した前記筐体の断面図において、
前記筐体の前記長手方向の中心を通る鉛直線を中心線とし、前記筐体の前記収容室を前記中心線を介して第1片側空間と第2片側空間とに分割するとき、
前記改質器は、前記筐体の前記収容室の前記長手方向において前記中心線よりも片側に位置する前記第1片側空間に配置されており、且つ、
前記吸気口および前記排気口は、前記吸気口をもつ前記カソードガス通路と、
前記排気口をもつ前記カソードオフガス通路と共に、前記筐体の前記収容室の前記長手方向において前記中心線よりも他の片側に位置する前記第2片側空間に配置されていることを特徴とする燃料電池システム。 A housing with a containment chamber;
A reformer disposed in the housing chamber of the casing to reform the fuel raw material to generate an anode gas;
A fuel cell stack disposed in the housing chamber of the housing and having an anode supplied with the anode gas and a cathode supplied with a cathode gas;
A cathode gas passage for flowing the cathode gas toward the cathode of the stack having an inlet for sucking the cathode gas;
A cathode offgas passage having an exhaust port for flowing the cathode offgas after power generation discharged from the cathode of the stack and discharging the cathode offgas to the outside of the housing;
The direction having the longest length in the direction along the bottom wall portion or the ceiling wall portion of the casing is a longitudinal direction, and the casing is cut along the longitudinal direction so as to visually recognize the inside of the casing. In the cross-sectional view,
When a vertical line passing through the longitudinal center of the casing is a center line, and the housing chamber of the casing is divided into a first one-side space and a second one-side space via the center line,
The reformer is disposed in the first one-side space located on one side of the center line in the longitudinal direction of the housing chamber of the housing; and
The intake port and the exhaust port, the cathode gas passage having the intake port,
A fuel that is disposed in the second one-side space located on one side of the housing in the longitudinal direction of the housing together with the cathode offgas passage having the exhaust port. Battery system.
前記筐体の前記収容室に配置され燃料原料を改質してアノードガスを生成させる改質器と、
前記筐体の前記収容室に配置され前記アノードガスが供給されるアノードとカソードガスが供給されるカソードとを有する燃料電池のスタックと、
前記カソードガスを吸い込む吸気口をもち前記スタックの前記カソードに向かう前記カソードガスを流すためのカソードガス通路とを具備しており、
前記筐体の底壁部または天井壁部に沿った方向において最も長い長さを有する方向を長手方向とし、前記筐体の内部を視認するように前記長手方向に沿って切断した前記筐体の断面図において、
前記筐体の前記長手方向の中心を通る鉛直線を中心線とし、前記筐体の前記収容室を前記中心線を介して第1片側空間と第2片側空間とに分割するとき、
前記改質器は、前記筐体の前記収容室の前記長手方向において前記中心線よりも片側に位置する前記第1片側空間に配置されており、且つ、
前記吸気口は、前記吸気口をもつ前記カソードガス通路と共に、前記筐体の前記収容室の前記長手方向において前記中心線よりも他の片側に位置する前記第2片側空間に配置されていることを特徴とする燃料電池システム。 A housing with a containment chamber;
A reformer disposed in the housing chamber of the casing to reform the fuel raw material to generate an anode gas;
A fuel cell stack disposed in the housing chamber of the housing and having an anode supplied with the anode gas and a cathode supplied with a cathode gas;
A cathode gas passage for flowing the cathode gas toward the cathode of the stack having an inlet for sucking the cathode gas;
The direction having the longest length in the direction along the bottom wall portion or the ceiling wall portion of the casing is a longitudinal direction, and the casing is cut along the longitudinal direction so as to visually recognize the inside of the casing. In the cross-sectional view,
When a vertical line passing through the longitudinal center of the casing is a center line, and the housing chamber of the casing is divided into a first one-side space and a second one-side space via the center line,
The reformer is disposed in the first one-side space located on one side of the center line in the longitudinal direction of the housing chamber of the housing; and
The intake port is disposed in the second one-side space located on the other side of the center line in the longitudinal direction of the housing chamber of the housing together with the cathode gas passage having the intake port. A fuel cell system.
前記筐体の前記収容室に配置され燃料原料を改質してアノードガスを生成させる改質器と、
前記筐体の前記収容室に配置され前記アノードガスが供給されるアノードとカソードガスが供給されるカソードとを有する燃料電池のスタックと、
前記カソードガスを吸い込む吸気口をもち前記スタックの前記カソードに向かう前記カソードガスを流すためのカソードガス通路とを具備しており、
前記筐体の底壁部または天井壁部に沿った方向において最も長い長さを有する方向を長手方向とし、前記筐体の内部を視認するように前記長手方向に沿って切断した前記筐体の断面図において、
前記改質器は、前記筐体の前記収容室の前記長手方向において前記スタックよりも一端側の空間に配置されており、且つ、
前記吸気口および前記カソードガス通路は、前記筐体の前記収容室の前記長手方向において前記スタックよりも他端側の空間に配置されていることを特徴とする燃料電池システム。 A housing with a containment chamber;
A reformer disposed in the housing chamber of the casing to reform the fuel raw material to generate an anode gas;
A fuel cell stack disposed in the housing chamber of the housing and having an anode supplied with the anode gas and a cathode supplied with a cathode gas;
A cathode gas passage for flowing the cathode gas toward the cathode of the stack having an inlet for sucking the cathode gas;
The direction having the longest length in the direction along the bottom wall portion or the ceiling wall portion of the casing is a longitudinal direction, and the casing is cut along the longitudinal direction so as to visually recognize the inside of the casing. In the cross-sectional view,
The reformer is disposed in a space on one end side of the stack in the longitudinal direction of the housing chamber of the housing; and
The fuel cell system, wherein the intake port and the cathode gas passage are disposed in a space on the other end side of the stack in the longitudinal direction of the housing chamber of the housing.
前記排気口および前記カソードオフガス通路は、前記筐体の前記収容室の前記長手方向において前記スタックの前記長手方向の中心線よりも他端側の空間に配置に配置されていることを特徴とする燃料電池システム。 A cathode offgas passage having an exhaust port for flowing the cathode offgas after power generation discharged from the cathode of the stack and exhausting the cathode offgas to the outside of the housing according to claim 3,
The exhaust port and the cathode off-gas passage are arranged in a space on the other end side of the longitudinal center line of the stack in the longitudinal direction of the housing chamber of the housing. Fuel cell system.
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