JP2012226884A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体高分子形やリン酸形、固体酸化物形などの燃料電池を備え、電気の供給を行なう燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system including a solid polymer type, a phosphoric acid type, and a solid oxide type fuel cell and supplying electricity.
固体高分子形やリン酸形、固体酸化物形などの燃料電池を用いた従来の燃料電池システムは、主にコージェネレーションシステムとして使用されており、発電と同時に発生する熱をお湯として回収することでエネルギーを有効に活用でき、高効率の分散型電源として注目されている。特にコージェネレーションシステムとしてお湯を回収できるため、お湯の需要が多い寒冷地での使用が望まれている。 Conventional fuel cell systems using solid polymer, phosphoric acid, and solid oxide fuel cells are mainly used as cogeneration systems, and recover the heat generated simultaneously with power generation as hot water. Can effectively use energy, and is attracting attention as a highly efficient distributed power source. In particular, since hot water can be collected as a cogeneration system, it is desired to be used in cold regions where hot water demand is high.
しかしながら、このような寒冷地では降雪が多く、積雪によるシステムへの影響を考慮しなくてはならない。たとえば、空気と水素を供給して発電する燃料電池とともに水素を生成する水素生成器を筐体に備えた燃料電池システムでは、供給する空気や、水素を生成する際の燃焼排気ガスを筐体外とやりとりする吸気口や排気口を筐体に備えるが、降雪の多い寒冷地では、積雪によるこれら吸気口や排気口の閉塞が危惧される。 However, there are many snowfalls in such a cold region, and it is necessary to consider the effect of snow accumulation on the system. For example, in a fuel cell system equipped with a hydrogen generator that generates hydrogen together with a fuel cell that generates electricity by supplying air and hydrogen, the air to be supplied and the combustion exhaust gas when generating hydrogen are placed outside the casing. The chassis has air intakes and exhausts that communicate with each other. However, in cold regions where there is a lot of snow, the air intakes and exhausts may be blocked by snow.
このような燃料電池システムでは、システムの天井面に吸入口、側面に排出口を設け、排気口へ排気ガスを導く排気経路を天井面に沿わせることで天井面および吸気口を暖め、積雪による吸気口の閉塞を防止する燃料電池システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In such a fuel cell system, a suction port is provided on the ceiling surface of the system, a discharge port is provided on the side surface, and an exhaust path for guiding exhaust gas to the exhaust port is provided along the ceiling surface to warm the ceiling surface and the intake port. There has been proposed a fuel cell system that prevents the intake port from being blocked (for example, see Patent Document 1).
図7は前記特許文献1に記載された従来の燃料電池システムを示す構成図である。従来の燃料電池システムは、筐体100の内部に、還元剤ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池1と、燃料電池1に接続され還元剤ガスを供給する還元剤ガス経路2と、原料より還元剤ガスを生成する水素生成器3と、原料ガスまたは還元剤ガスを燃焼し水素生成器3を加熱する燃焼器4と、燃焼器4に燃焼用の空気を供給する燃焼用空気供給装置5と、筐体100の天面に配置され燃焼用空気を筐体外から吸入する空気吸入口6と、燃焼器4と空気吸入口6とを接続する燃焼用空気吸入経路7と、筐体100の側面に配置され燃焼器4の燃焼排ガスを筐体外に排出する排ガス排出口8と、燃焼器4と排ガス排出口8とを接続する燃焼排ガス経路9と、燃料電池1に接続され酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス経路10と、酸化剤ガスを燃料電池1に供給する酸化剤ガス供給装置11と、燃料電池1で発電に使用した残りの還元剤ガスを燃焼器4に供給する還元剤オフガス経路12と、を備えている。
FIG. 7 is a block diagram showing a conventional fuel cell system described in
しかしながら、前記従来の燃料電池システムでは、天井面を排気ガスにより加熱することにより、天井面に積もる雪は除去できるものの、側面の雪は除去できない。そのため、システム側面には積雪による圧力が加わるため、システムが変形しないように圧力に耐えるだけの頑丈な部材や構成をとる必要があった。 However, in the conventional fuel cell system, although the snow accumulated on the ceiling surface can be removed by heating the ceiling surface with the exhaust gas, the snow on the side surface cannot be removed. Therefore, since pressure due to snow is applied to the side of the system, it is necessary to adopt a sturdy member or structure that can withstand the pressure so that the system does not deform.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、寒冷地におけるシステム側面への積雪を
防止し、部材、構造などの簡素化や小型化が可能な燃料電池システムを供給することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a fuel cell system that can prevent snow accumulation on a side surface of a system in a cold region and can simplify and downsize members and structures. .
上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、燃焼器からの排気ガス経路に側面加熱部を備えたものである。 In order to solve the above conventional problems, the fuel cell system of the present invention is provided with a side surface heating unit in an exhaust gas path from the combustor.
これによって、燃焼排ガスの熱を利用して筐体の側面を加熱することができ、寒冷地におけるシステム側面への積雪を防止し、部材、構造などの簡素化や小型化が可能な燃料電池システムを実現できる。 As a result, the side surface of the housing can be heated using the heat of the combustion exhaust gas, and it is possible to prevent snow accumulation on the side surface of the system in a cold region and to simplify and downsize the members and structure. Can be realized.
本発明の燃料電池システムは、寒冷地におけるシステム側面への積雪を防止し、部材、構造などの簡素化や小型化、メンテナンス時の作業性が向上できる。 The fuel cell system of the present invention prevents snow accumulation on the side of the system in a cold region, and simplifies and miniaturizes members and structures and improves workability during maintenance.
第1の発明は、原料と水を用いて水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成器と、水素生成器を加熱する燃焼器と、燃焼器に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給装置と、還元剤ガスと酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、燃焼器からの燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス排出口と、燃焼器及び燃焼排ガス排出口を連通する燃焼排ガス経路と、水素生成器、燃焼器及び燃料電池を少なくとも内部に配置する筺体とを備えた燃料電池システムにおいて、燃焼排ガス経路は、筺体の側面に沿うように配置される側面加熱部を有するものである。 A first invention includes a hydrogen generator that generates a reducing agent gas containing hydrogen using a raw material and water, a combustor that heats the hydrogen generator, and a combustion air supply device that supplies combustion air to the combustor A fuel cell that generates power using reducing agent gas and oxidant gas, an oxidant gas supply device that supplies oxidant gas to the fuel cell, a combustion exhaust gas outlet that discharges combustion exhaust gas from the combustor, and a combustion In a fuel cell system comprising a combustion exhaust gas path communicating with a gas generator and a combustion exhaust gas outlet, and a housing in which at least a hydrogen generator, a combustor, and a fuel cell are disposed, the combustion exhaust gas path extends along a side surface of the housing It has a side surface heating part arranged in.
この構成により、筺体の側面を燃焼排ガスの熱で加熱することができ、寒冷地において積雪した場合に、筺体の側面より外側の雪を燃焼排ガスの熱で融解できる。そのため、システム側面への積雪による側面への加圧を抑制し、部材、構造などの簡素化や小型化することができる。 With this configuration, the side surface of the casing can be heated by the heat of the combustion exhaust gas, and when snow is accumulated in a cold region, the snow outside the side surface of the casing can be melted by the heat of the combustion exhaust gas. Therefore, the pressurization to the side surface due to snow accumulation on the system side surface can be suppressed, and the members and the structure can be simplified or downsized.
また第2の発明は、側面加熱部は、筺体の側面に接触するように配置されているものである。 Moreover, 2nd invention is arrange | positioned so that a side surface heating part may contact the side surface of a housing.
この構成により、筐体の側面を燃焼排ガスの熱でより確実に加熱することができる。また、燃焼排ガス中の水蒸気を確実に凝縮することができ、低温時に排ガス排出口から排出された燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮して白煙となることをより確実に抑制することができる。 With this configuration, the side surface of the housing can be more reliably heated with the heat of the combustion exhaust gas. Further, it is possible to reliably condense the water vapor in the combustion exhaust gas, and to more reliably suppress the water vapor in the combustion exhaust gas discharged from the exhaust gas discharge port at low temperatures from becoming white smoke.
また第3の発明は、側面加熱部は、筺体の側面のうち、メンテナンス用に開閉可能に構成されている面、燃料電池の操作部が配置されている面、及び、配電線の引き込み部が配置されている面の少なくともいずれかである。 According to a third aspect of the present invention, the side surface heating unit includes a side surface of the housing that is configured to be openable and closable for maintenance, a surface on which the operation unit of the fuel cell is disposed, and a lead-in portion of the distribution line. It is at least one of the arranged surfaces.
この構成により、人が近づいて作業を行う側面を確実に加熱することができる。そのため、寒冷地において積雪した場合に、人が近づいて作業を行うことをより容易にでき、メンテナンス時の作業性を向上することができる。 With this configuration, it is possible to reliably heat the side on which a person approaches and works. Therefore, when snow is accumulated in a cold region, it is easier for a person to approach and perform work, and workability during maintenance can be improved.
また第4の発明は、燃料排ガス経路中で凝縮した凝縮水を排出する凝縮水排出口と、凝縮水排出口及び燃焼排ガス経路の重力方向の最下部を連通する排水経路とをさらに備えるものである。 The fourth invention further includes a condensed water outlet for discharging condensed water condensed in the fuel exhaust gas path, and a drain path for communicating the condensate outlet and the lowest part of the combustion exhaust gas path in the gravitational direction. is there.
この構成により、燃焼排ガス経路に溜まった凝縮水をより確実に排出することができ、燃焼排ガス経路の水詰まりによる燃焼不良や、騒音の発生を防止することができる。 With this configuration, the condensed water accumulated in the combustion exhaust gas path can be more reliably discharged, and combustion failure and noise due to water clogging in the combustion exhaust gas path can be prevented.
また、第5の発明は、燃焼排ガス排出口は、側面加熱部が配置されている側面に配置されているものである。 Moreover, 5th invention arrange | positions a combustion exhaust gas discharge port in the side surface in which the side surface heating part is arrange | positioned.
この構成により、燃焼排ガス排出口が加熱される面に設けられているため、寒冷地において積雪した場合に、燃焼排ガス排出口が積雪により閉塞することを抑制できる。 With this configuration, since the combustion exhaust gas discharge port is provided on the surface to be heated, it is possible to prevent the combustion exhaust gas discharge port from being blocked by snow when snow is accumulated in a cold region.
また、第6の発明は、燃焼用空気供給装置に燃焼用空気を供給する燃焼用空気吸入口と、燃焼用空気供給装置及び燃焼用空気吸入口を連通する燃焼用空気吸入経路とをさらに備えた燃料電池システムにおいて、燃焼用空気吸入口は、側面加熱部が配置されている側面に設置されているものである。 The sixth invention further includes a combustion air intake port for supplying combustion air to the combustion air supply device, and a combustion air intake path communicating with the combustion air supply device and the combustion air intake port. In the fuel cell system, the combustion air intake port is installed on the side surface on which the side surface heating unit is disposed.
この構成により、燃焼用空気吸入口が加熱される面に設けられているため、寒冷地において積雪した場合に、燃焼用空気吸入口が積雪により閉塞することを抑制できる。 With this configuration, since the combustion air intake port is provided on the surface to be heated, it is possible to prevent the combustion air intake port from being blocked by snow when snow is accumulated in a cold region.
また、第7の発明は、酸化剤ガス供給装置に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス吸入口と、酸化剤ガス供給装置及び酸化剤ガス吸入口を連通する酸化剤ガス吸入経路とをさらに備えた燃料電池システムにおいて、酸化剤ガス吸入口は、前記側面加熱部が配置されている前記側面に設置することにより、酸化剤ガス吸入口が加熱される面に設けられているものである。 The seventh aspect of the invention further includes an oxidant gas suction port that supplies the oxidant gas to the oxidant gas supply device, and an oxidant gas suction path that communicates the oxidant gas supply device and the oxidant gas suction port. In the fuel cell system, the oxidant gas suction port is provided on the surface on which the oxidant gas suction port is heated by being installed on the side surface where the side surface heating unit is disposed.
この構成により、寒冷地において積雪した場合に、酸化剤ガス吸入口が積雪により閉塞することを抑制できる。 With this configuration, it is possible to prevent the oxidant gas inlet from being blocked by snow when snow is accumulated in a cold region.
以下、本発明の実施の形態について、図1から図6を用いて説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the present invention is not limited to the present embodiment.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における燃料電池システムを示すシステム構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
本実施の形態における燃料電池システムは、筐体100の内部に、還元剤ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池1と、燃料電池1に接続され還元剤ガスを供給する還元剤ガス経路2と、原料より水素を含む還元剤ガスを生成する水素生成器3と、原料または還元剤ガスを燃焼し水素生成器3を加熱する燃焼器4と、燃焼器4に燃焼のための空気を供給する燃焼用空気供給装置5と、燃焼用空気を筐体外から吸入する空気吸入口6と、燃焼器4と空気吸入口6とを接続する燃焼用空気吸入経路7と、燃焼器4の燃焼排ガスを筐体外に排出する排ガス排出口8と、その一部が断熱材を介さず筐体100の側面を沿うように構成された側面加熱部50を持ち、燃焼器4と排ガス排出口8とを接続する燃焼排ガス経路9と、燃料電池1に接続され酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス経路10と、酸化剤
ガスを燃料電池1に供給する酸化剤ガス供給装置11と、燃料電池1で発電に使用した残りの還元剤オフガスを燃焼器4に供給する還元剤オフガス経路12とを備えている。
The fuel cell system in the present embodiment includes a
次に、このような本実施の形態の動作を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
燃料電池1では、還元剤ガス経路2から供給され、水素生成器3にて都市ガスやプロパン、灯油などの炭化水素系原料と水から水蒸気改質反応などにより生成された水素を含有した還元剤ガスと、酸化剤ガス経路10から酸化剤ガス供給装置11により供給された酸素を含む空気などの酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行ない、発電に利用された後の還元剤オフガスおよび酸化剤オフガスを排気する。燃料電池1としては、主に固体高分子形やリン酸形、固体酸化物形などが用いられ、酸化剤ガス供給装置11としては、主に往復ポンプやスクロールファン、ターボファンなどが用いられる。燃料電池1で反応に利用された後の還元剤オフガスは還元剤オフガス経路12により燃焼器4で燃焼され、水蒸気改質反応に必要な熱を供給する。
In the
水素生成器3は、通常、原料と水から水蒸気改質反応によって改質ガスを生成する改質器(図示せず)と、水蒸気と一酸化炭素ガスを水素ガスと二酸化炭素ガスにシフト反応させる変成器(図示せず)と、COの選択酸化反応で一酸化炭素濃度を約10ppm以下に低濃度化させる選択酸化器(図示せず)とを内蔵している。
The
このため、改質器には改質反応を促進する改質触媒体(図示せず)があり、水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、この改質触媒体へ反応熱を供給するための熱供給手段として、燃焼器4が設置される。燃焼器4の内部では、原料や還元剤オフガスなどの燃料ガスを燃焼用空気供給装置5から送風される空気によって可燃濃度範囲に希釈・混合した後、この混合ガスを燃焼させて生成した高温の燃焼ガスとの熱交換によって改質触媒体を加熱する。燃焼器4としては、主にバーナによる燃焼や触媒による燃焼などが用いられ、燃焼用空気供給装置5としては、主に往復ポンプやスクロールファン、ターボファンなどが用いられる。
For this reason, the reformer has a reforming catalyst body (not shown) that promotes the reforming reaction, and the steam reforming reaction is an endothermic reaction, so that the reaction heat is supplied to the reforming catalyst body. A
燃焼器4の燃焼で発生した高温の燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路9により排ガス排出口8へと導かれ、筐体100の外部へ排出される。その際、燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路9の側面加熱部50において熱を放出し、筐体100の側面を加熱する。
High-temperature combustion exhaust gas generated by the combustion of the
一方、空気吸入口6により筐体100の外部の空気が、燃焼用空気吸入経路7により燃焼用空気供給装置5へ取り込まれる。
On the other hand, air outside the
図2は、燃焼排ガス経路9の側面加熱部50を示す斜視図である。図2−(1)に示すように、筐体100の4側面を加熱するように側面加熱部50を設けても良いし、図2−(2)に示すように特定の側面を加熱するように側面加熱部50を設けても良い。さらに図2−(3)に示すように側面加熱部は、配管構造ではなく面構造であっても良い。
FIG. 2 is a perspective view showing the side
本実施の燃料電池システムの構成およびその動作により、燃焼排ガスの熱を利用して筐体の側面部を加熱することができる。これにより、システム側面の雪を溶かし、積雪による側面への加圧を防止することができる。その結果、システムの部材や構造などを簡素化することができ、コスト削減や小型化した燃料電池システムを実現できる。 With the configuration and operation of the fuel cell system of the present embodiment, the side surface of the housing can be heated using the heat of the combustion exhaust gas. Thereby, the snow on the side surface of the system can be melted and the pressurization to the side surface due to snow accumulation can be prevented. As a result, the members and structure of the system can be simplified, and a cost-reduced and miniaturized fuel cell system can be realized.
なお、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。 It should be noted that the present embodiment is merely an example, and is not a description to limit the technical scope of the present invention.
(実施の形態2)
図3は本発明の第2の実施の形態における燃料電池システムを示すシステム構成図である。実施の形態1と同様の構成要素については、同一符号を付与し、その説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a system configuration diagram showing a fuel cell system according to the second embodiment of the present invention. Constituent elements that are the same as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
本実施の形態における燃料電池システムは、燃焼排ガス経路9の側面加熱部50が、筐体100に直接接する構成をしている。
In the fuel cell system according to the present embodiment, the side
次に、このような本実施の形態の動作を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
燃焼器4の燃焼で発生した高温の燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路9により排ガス排出口8へと導かれ、筐体100の外部へ排出される。燃焼排ガスは、筐体100に直接接した燃焼排ガス経路9の側面加熱部50において主に伝熱により熱を放出し、筐体100の側面を加熱する。
High-temperature combustion exhaust gas generated by the combustion of the
本実施の燃料電池システムの構成およびその動作により、燃焼排ガスの熱が伝熱により筐体の側面に伝えられるため、より確実に、効率よく筐体の側面を加熱することができる。さらに、燃焼排ガス中の水蒸気を確実に凝縮することができ、排ガス排出口8から排出される燃焼排ガス中の水蒸気量を低減することができる。これにより、低温時に排ガス排出口8から排出された燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮して白煙となることを防止することができる。
Due to the configuration and operation of the fuel cell system of the present embodiment, the heat of the combustion exhaust gas is transmitted to the side surface of the housing by heat transfer, so that the side surface of the housing can be heated more reliably and efficiently. Furthermore, water vapor in the combustion exhaust gas can be reliably condensed, and the amount of water vapor in the combustion exhaust gas discharged from the exhaust
なお、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。 It should be noted that the present embodiment is merely an example, and is not a description to limit the technical scope of the present invention.
(実施の形態3)
図4は本発明の第3の実施の形態における燃料電池システムを示すシステム構成図である。実施の形態2と同様の構成要素については、同一符号を付与し、その説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a system configuration diagram showing a fuel cell system according to the third embodiment of the present invention. Constituent elements that are the same as those in the second embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
本実施の形態における燃料電池システムは、燃料電池1で発生した電力をエアコンや冷蔵庫など家庭の電力負荷15に供給する電力供給装置16と、商用電源とシステムとの電力のやり取りを遮断する遮断器17と、システムの各種状態を表示する表示装置18と、各種状態を設定する入力装置19と、水素生成器3に原料ガスを供給する原料ガス経路20と、原料ガス経路20に配置され原料ガス中の硫黄成分を除去する脱硫器21とをさらに備えている。
The fuel cell system according to the present embodiment includes a
このような本実施の形態の動作を説明する。 The operation of this embodiment will be described.
燃料電池システムの発電時、燃料電池1で発電された直流の電力は電力供給装置16により交流電力へ変換され、遮断器17を介してエアコンや冷蔵庫などの電力負荷15へ供給される。また、燃料電池1で発電された直流および交流電力の一部は、燃料電池システム内の各機器へ供給され、動作のために消費される(図示せず)。一方、燃料電池システムの非発電時には、システム内の各機器は、遮断器17を介して商用電源からの電力により動作する。燃料電池システムまたは商用電源のどちらかに異常が発生した際には、遮断器17を遮断し、互いの電力のやり取りを禁止する。
At the time of power generation by the fuel cell system, DC power generated by the
表示装置18は、燃料電池システムの運転制御や各種動作を制御する制御装置(図示せず)と接続され、燃料電池システムが発電中か否かなどのシステム状態や、現在の発電量、どのような運転方法を実施するかの運転モードなどシステムに関する各種情報を表示し、入力装置19は、運転モードの選択や、表示装置18の表示内容の切換えなど、システ
ムに必要な各種情報を入力し設定を変更する。
The
水素生成器3に供給される都市ガスやプロパンガス中には、通常、腐臭成分として硫黄が含まれる。原料ガス中の硫黄成分は水素生成器3の内部の触媒を劣化させるため、脱硫器21により除去される。このような脱硫器21や、空気吸入口6などに設置される除塵フィルタ(図示せず)など、燃料電池システムには、供給・循環する流体を物理的・化学的に浄化するフィルタを備えており、これらフィルタ類は所定量の対象物を処理した後、交換や洗浄が必要となる。そのため燃料電池システムでは、これらフィルタなどの交換や洗浄など定期的なメンテナンスが必要となる。
The city gas or propane gas supplied to the
このような電力負荷15および商用電源と接続する配電線の引き込み部や遮断器17の配置されている面、表示装置18および入力装置19など燃料電池システムの操作部が配置されている面、さらに定期的なメンテナンスや故障時のメンテナンスの際に開閉可能に構成されている面(以下、メンテナンス面と記述する)に燃焼排ガス経路9の側面加熱部50が設置されている。その際、燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路9の側面加熱部50において筐体100を加熱する。
Such a surface where the drawing section of the distribution line connected to the
本実施の燃料電池システムの構成およびその動作により、燃焼排ガスの熱を利用して筐体の側面部、特に配電線の引き込み部や操作部が配置された面やメンテナンス面を加熱することができる。これにより、人が近づいて作業を行う側面を確実に加熱することができ、作業を容易にすることが可能な燃料電池システムを実現できる。 With the configuration and operation of the fuel cell system of the present embodiment, the heat of the combustion exhaust gas can be used to heat the side surface portion of the housing, particularly the surface on which the distribution line lead-in portion and the operation portion are disposed and the maintenance surface. . Accordingly, it is possible to realize a fuel cell system that can surely heat the side surface on which a person approaches and performs the work, and can facilitate the work.
また、本実施の形態では、電力供給装置を筐体内に含む構成として説明を行ったが、電力供給装置が筐体外にあり、遮断器が筐体側に設置された構成としても良い。 In this embodiment, the power supply device is described as being included in the housing. However, the power supply device may be outside the housing, and the circuit breaker may be installed on the housing side.
なお、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。 It should be noted that the present embodiment is merely an example, and is not a description to limit the technical scope of the present invention.
(実施の形態4)
図5は本発明の第4の実施の形態における燃料電池システムを示すシステム構成図である。実施の形態2と同様の構成要素については、同一符号を付与し、その説明を省略する。
(Embodiment 4)
FIG. 5 is a system configuration diagram showing a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention. Constituent elements that are the same as those in the second embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
本実施の形態における燃料電池システムは、凝縮水を筐体外へ排出する凝縮水排出口22と、燃焼排ガス経路9および凝縮水排出口22とを接続する排水経路23とをさらに備えている。
The fuel cell system according to the present embodiment further includes a condensed
このような本実施の形態の動作を説明する。 The operation of this embodiment will be described.
燃焼器4から排出された燃焼排ガスは、水蒸気を多く含んだ高温のガスである。燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路9に設置された側面加熱部50において筐体100を加熱すると、温度が低下し、それに伴ってガス中の水蒸気が凝縮し燃焼排ガス経路9の最下部に凝縮水が溜まる。この凝縮水を、排水経路23を通じて筐体100に設置された凝縮水排出口22から排出する。
The combustion exhaust gas discharged from the
本実施の燃料電池システムの構成およびその動作により、燃焼排ガス経路に溜まった凝縮水を排出することができ、燃焼排ガス経路の水詰まりによる燃焼不良や、騒音の発生を防止することができる。 With the configuration and operation of the fuel cell system of the present embodiment, condensed water accumulated in the combustion exhaust gas path can be discharged, and combustion failure and noise due to clogging of the combustion exhaust gas path can be prevented.
また、本実施の形態では、燃焼排ガス経路から排水経路を通じて凝縮水排出口から筐体
外に凝縮水を排出する構成として説明を行なったが、凝縮水を排出せず、燃料電池システム内で使用する水として回収してもよい。
Further, in the present embodiment, the description has been made as the configuration in which the condensed water is discharged from the condensed water discharge port to the outside of the housing through the waste gas route from the combustion exhaust gas route, but the condensed water is not discharged and is used in the fuel cell system. It may be recovered as water.
また、本実施の形態では、燃焼器から燃焼排ガス経路を通じて直接排ガス排出口から排出される構成として説明を行ったが、燃焼排ガス経路に熱交換器を設置し、熱交換後の燃焼排ガスにより側面加熱部による加熱を実施しても良い。 Further, in the present embodiment, the configuration has been described in which the exhaust gas is directly discharged from the combustor through the flue gas path, but a heat exchanger is installed in the flue gas path, and the side surface is changed by the flue gas after heat exchange. You may implement the heating by a heating part.
なお、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。 It should be noted that the present embodiment is merely an example, and is not a description to limit the technical scope of the present invention.
(実施の形態5)
図6は本発明の第5の実施の形態における燃料電池システムを示すシステム構成図である。実施の形態2と同様の構成要素については、同一符号を付与し、その説明を省略する。
(Embodiment 5)
FIG. 6 is a system configuration diagram showing a fuel cell system according to the fifth embodiment of the present invention. Constituent elements that are the same as those in the second embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
本実施の形態における燃料電池システムは、燃料電池1に接続され酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス経路10と、酸化剤ガスを燃料電池1に供給する酸化剤ガス供給装置11と、酸化剤ガス供給装置11と空気吸入口6とを接続する酸化剤ガス吸入経路13と、排ガス排出口8に接続され燃料電池1で発電に使用した残りの酸化剤オフガスを排出する酸化剤オフガス経路14とを備えている。
The fuel cell system in the present embodiment includes an
次に、このような本実施の形態の動作を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
燃料電池1では、還元剤ガス経路2から供給され、水素生成器3にて都市ガスやプロパン、灯油などの炭化水素系原料と水から水蒸気改質反応などにより生成された水素を含有した還元剤ガスと、酸化剤ガス経路10から酸化剤ガス供給装置11により供給された酸素を含む空気などの酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行ない、発電に利用された後の還元剤オフガスおよび酸化剤オフガスを排気する。燃料電池1としては、主に固体高分子形やリン酸形、固体酸化物形などが用いられ、酸化剤ガス供給装置11としては、主に往復ポンプやスクロールファン、ターボファンなどが用いられる。燃料電池1で反応に利用された後の還元剤オフガスは還元剤オフガス経路12により燃焼器4で燃焼され、水蒸気改質反応に必要な熱を供給する。
In the
水素生成器3は、通常、原料と水から水蒸気改質反応によって改質ガスを生成する改質器(図示せず)と、水蒸気と一酸化炭素ガスを水素ガスと二酸化炭素ガスにシフト反応させる変成器(図示せず)と、COの選択酸化反応で一酸化炭素濃度を約10ppm以下に低濃度化させる選択酸化器(図示せず)とを内蔵している。
The
このため、改質器には改質反応を促進する改質触媒体(図示せず)があり、水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、この改質触媒体へ反応熱を供給するための熱供給手段として、燃焼器4が設置される。燃焼器4の内部では、原料や還元剤オフガスなどの燃料ガスを燃焼用空気供給装置5から送風される空気によって可燃濃度範囲に希釈・混合した後、この混合ガスを燃焼させて生成した高温の燃焼ガスとの熱交換によって改質触媒体を加熱する。燃焼器4としては、主にバーナによる燃焼や触媒による燃焼などが用いられ、燃焼用空気供給装置5としては、主に往復ポンプやスクロールファン、ターボファンなどが用いられる。
For this reason, the reformer has a reforming catalyst body (not shown) that promotes the reforming reaction, and the steam reforming reaction is an endothermic reaction, so that the reaction heat is supplied to the reforming catalyst body. A
燃焼器4の燃焼で発生した高温の燃焼排ガスは、燃焼排ガス経路9により排ガス排出口8へと導かれ、筐体100の外部へ排出される。また、燃料電池1で反応に利用された後の酸化剤オフガスは、酸化剤オフガス経路14により排ガス排出口8へと導かれ、筐体1
00の外部へ排出される。
High-temperature combustion exhaust gas generated by the combustion of the
00 is discharged outside.
一方、空気吸入口6により筐体100の外部の空気が、燃焼用空気吸入経路7により燃焼用空気供給装置5へ、酸化剤ガス吸入経路13により酸化剤ガス供給装置11へとそれぞれ取り込まれる。
On the other hand, air outside the
燃焼排ガス経路9の側面加熱部50は、空気吸入口6および排ガス排出口8が配置された筐体100の側面に設置され、焼排ガスは、側面加熱部50において熱を放出し、筐体100の側面を加熱する。
The side
本実施の燃料電池システムの構成およびその動作により、燃焼排ガスの熱を利用して筐体の側面部、特に空気吸入口や排ガス排出口が配置された面を加熱することができる。これにより、空気吸入口や排ガス排出口が積雪による閉塞を抑制することが可能な燃料電池システムを実現できる。 With the configuration and operation of the fuel cell system of the present embodiment, the side surface of the housing, particularly the surface on which the air inlet and the exhaust gas outlet are arranged, can be heated using the heat of the combustion exhaust gas. Thereby, the fuel cell system in which the air inlet and the exhaust gas outlet can suppress the blockage due to snow can be realized.
また、本実施の形態では、空気吸入口と排ガス排出口を筐体の同じ側面に配置する構成として説明を行ったが、空気吸入口と排ガス排出口はそれぞれ別の側面でもよい。 In the present embodiment, the air intake port and the exhaust gas discharge port are described as being arranged on the same side surface of the housing. However, the air intake port and the exhaust gas discharge port may be provided on different sides.
また、本実施の形態では、燃焼用空気供給装置および酸化剤ガス供給装置の給気を1つの空気吸入口で実施する構成として説明を行なったが、それぞれ別の吸入口としてもよい。 In the present embodiment, the description has been given of the configuration in which the combustion air supply device and the oxidant gas supply device are supplied with one air intake port. However, separate intake ports may be used.
また、本実施の形態では、燃焼器の燃焼排ガスおよび燃料電池の燃料オフガスの排気を1つの排ガス排出口で実施する構成として説明を行なったが、それぞれ別の排気口としてもよい。 Further, in the present embodiment, the exhaust gas exhausted from the combustor and the fuel cell off-gas from the fuel cell has been described as a single exhaust gas exhaust port. However, different exhaust ports may be used.
また、本実施の形態では、燃焼用空気供給装置および酸化剤ガス供給装置の給気を燃焼用空気吸入経路および酸化剤ガス吸入経路を用いて、筐体に設置された空気吸入口から給気を実施する構成として説明を行ったが、筐体には換気口が設置され、燃焼用空気供給装置および酸化剤ガス供給装置の給気を筐体の内部から実施してもよい。 In the present embodiment, the air supplied from the combustion air supply device and the oxidant gas supply device is supplied from the air intake port installed in the housing using the combustion air intake route and the oxidant gas intake route. However, the casing may be provided with a ventilation opening, and the combustion air supply device and the oxidant gas supply device may be supplied from the inside of the casing.
また、本実施の形態では、水素生成器は、改質器、変成器及び選択酸化器を内蔵している構成として説明を行ったが、これに限定されない。例えば、水素生成器は、少なくとも改質器を備えていればよい。また、水素生成器は、改質器に加え、変成器、選択酸化器及びメタネーション反応を行うメタネーション器のうちの少なくとも1つを備える構成であってもよい。 In the present embodiment, the hydrogen generator is described as a configuration including a reformer, a transformer, and a selective oxidizer. However, the present invention is not limited to this. For example, the hydrogen generator only needs to include at least a reformer. In addition to the reformer, the hydrogen generator may include at least one of a shifter, a selective oxidizer, and a methanation device that performs a methanation reaction.
なお、本実施の形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。 It should be noted that the present embodiment is merely an example, and is not a description to limit the technical scope of the present invention.
本発明の燃料電池システムおよびその動作によれば、寒冷地におけるシステム側面への積雪を防止でき、部材、構造などの簡素化や小型化、メンテナンス時の作業性を向上することが可能となるので、例えば家庭用の燃料電池コージェネレーションシステム等として有用である。 According to the fuel cell system and its operation of the present invention, it is possible to prevent snow accumulation on the side of the system in a cold region, simplifying and downsizing members and structures, and improving workability during maintenance. For example, it is useful as a fuel cell cogeneration system for home use.
1 燃料電池
2 還元剤ガス経路
3 水素生成器
4 燃焼器
5 燃焼用空気供給装置
6 空気吸入口
7 燃焼用空気吸入経路
8 排ガス排出口
9 燃焼排ガス経路
10 酸化剤ガス経路
11 酸化剤ガス供給装置
12 還元剤オフガス経路
13 酸化剤ガス吸入経路
14 酸化剤オフガス経路
15 電力負荷
16 電力供給装置
17 遮断器
18 表示装置
19 入力装置
20 原料ガス経路
21 脱硫器
22 凝縮水排出口
23 排水経路
50 側面加熱部
100 筐体
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記水素生成器を加熱する燃焼器と、
前記燃焼器に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給装置と、
前記還元剤ガスと酸化剤ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃焼器からの燃焼排ガスを排出する燃焼排ガス排出口と、
前記燃焼器及び前記燃焼排ガス排出口を連通する燃焼排ガス経路と、
前記水素生成器、前記燃焼器及び前記燃料電池を少なくとも内部に配置する筺体と、
を備え、
前記燃焼排ガス経路は、前記筺体の側面に沿うように配置される側面加熱部を有している、燃料電池システム。 A hydrogen generator that generates a reducing agent gas containing hydrogen using raw materials and water;
A combustor for heating the hydrogen generator;
A combustion air supply device for supplying combustion air to the combustor;
A fuel cell that generates electric power using the reducing agent gas and the oxidizing gas;
An oxidant gas supply device for supplying the oxidant gas to the fuel cell;
A combustion exhaust gas outlet for discharging combustion exhaust gas from the combustor;
A flue gas path communicating with the combustor and the flue gas exhaust port;
A housing that arranges at least the hydrogen generator, the combustor, and the fuel cell;
With
The said combustion exhaust gas path | route is a fuel cell system which has the side surface heating part arrange | positioned along the side surface of the said housing.
前記凝縮水排出口及び前記燃焼排ガス経路の重力方向の最下部を連通する排水経路と、を備える、請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池システム。 A condensed water outlet for discharging condensed water condensed in the fuel exhaust gas path;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, further comprising: a drainage path communicating with the condensate discharge port and a lowermost portion of the combustion exhaust gas path in the gravity direction.
前記燃焼用空気供給装置及び前記燃焼用空気吸入口を連通する燃焼用空気吸入経路と、を備え、
前記燃焼用空気吸入口は、前記側面加熱部が配置されている前記側面に設けられている、請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池システム。 A combustion air inlet for supplying the combustion air to the combustion air supply device;
A combustion air intake path communicating with the combustion air supply device and the combustion air intake port,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the combustion air intake port is provided on the side surface on which the side surface heating unit is disposed.
前記酸化剤ガス供給装置及び前記酸化剤ガス吸入口を連通する酸化剤ガス吸入経路と、を備え、
前記酸化剤ガス吸入口は、前記側面加熱部が配置されている前記側面に設けられている、請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池システム。 An oxidant gas inlet for supplying the oxidant gas to the oxidant gas supply device;
An oxidant gas suction path communicating with the oxidant gas supply device and the oxidant gas suction port,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the oxidant gas suction port is provided on the side surface on which the side surface heating unit is disposed.
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