JP2015035269A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池を備える燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell.
燃料電池システムとして、燃料電池（固体酸化物型燃料電池：ＳＯＦＣ（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）等）を備えた燃料電池システムが知られている。 As a fuel cell system, a fuel cell system including a fuel cell (solid oxide fuel cell: SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) or the like) is known.
このような燃料電池システムにおいて、外部の空気がアノードオフガスラインを介して燃料電池の内部に入り込まないように、アノードオフガスラインを開閉するダンパ（逆止弁）が設けられた燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。 In such a fuel cell system, there is known a fuel cell system provided with a damper (check valve) for opening and closing the anode off-gas line so that outside air does not enter the fuel cell via the anode off-gas line. (For example, refer to Patent Document 1).
特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、逆止弁は、外部から入り込む空気の流量に応じてアノードオフガスラインを開閉する。これにより、外部の空気がアノードオフガスラインを通じて、燃料電池の内部に逆流しようとした場合にも、逆止弁が閉鎖することで、燃料電池の内部に空気が入り込むことを抑制することができる。 In the fuel cell system described in Patent Document 1, the check valve opens and closes the anode off-gas line according to the flow rate of air entering from the outside. As a result, even when external air tries to flow back into the fuel cell through the anode off-gas line, the check valve is closed to prevent air from entering the fuel cell.
しかし、逆止弁を備えている燃料電池システムにおいて、燃料電池システムが緊急停止した場合には、燃料電池の内部が高温状態のときに逆止弁により流路を遮断することとなる。これにより、燃料電池の内部の温度が低下するため、この燃料電池の内部の圧力も低下する。このため、燃料電池のアノード（燃料極）とカソード（空気極）及び大気圧との間で圧力差が発生する。この場合、アノード側とカソード側との間に設けたガラスシールが劣化又は変形する虞がある。この結果、燃料電池の発電セルが破損するという問題がある。 However, in a fuel cell system equipped with a check valve, when the fuel cell system is urgently stopped, the flow path is blocked by the check valve when the inside of the fuel cell is in a high temperature state. Thereby, since the temperature inside the fuel cell is lowered, the pressure inside the fuel cell is also lowered. For this reason, a pressure difference is generated between the anode (fuel electrode), the cathode (air electrode) and the atmospheric pressure of the fuel cell. In this case, the glass seal provided between the anode side and the cathode side may be deteriorated or deformed. As a result, there is a problem that the power generation cell of the fuel cell is damaged.
従って、燃料電池システムが緊急停止した場合でも、燃料電池の発電セルが破損することを抑制することができる燃料電池システムが望まれている。 Accordingly, there is a demand for a fuel cell system that can prevent the power generation cell of the fuel cell from being damaged even when the fuel cell system is urgently stopped.
本発明は、燃料電池システムが緊急停止した場合に、燃料電池の発電セルが破損することを抑制することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the fuel cell system which can suppress that the electric power generation cell of a fuel cell is damaged when an emergency stop of a fuel cell system.
本発明は、燃料電池と、空気供給ラインにより前記燃料電池と接続され、前記燃料電池に酸素を含む空気を供給する空気供給部と、水素供給ラインにより前記燃料電池と接続され、高温下において燃料と水とを反応させて水素を生成する改質器と、水供給ラインにより前記改質器と接続され、前記改質器に水を供給する水供給部と、燃料ガス供給ラインにより前記改質器と接続され、前記改質器に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、前記燃料ガス供給ラインに設けられ、燃料ガスの流量を調整する燃料ガス流量調整部と、前記燃料ガス供給ラインにおいて前記燃料ガス流量調整部よりも下流に設けられ、燃料ガスの流路を切替える流路切替え部と、前記燃料ガス供給ラインから分岐部において分岐すると共に、前記燃料ガス供給ラインと並列し、前記流路切替え部に接続される燃料ガス分岐ラインと、前記燃料ガス分岐ラインに設けられ又は前記燃料ガス供給ラインにおける前記燃料ガス流量調整部よりも上流側に設けられ、前記燃料ガス供給ラインから供給される燃料ガスを貯留する燃料ガス貯留部と、前記燃料ガス分岐ラインに設けられ、前記燃料ガス貯留部から供給される燃料ガスの圧力を調整する燃料ガス圧力調整部と、前記燃料電池及び前記改質器を内部に包囲する筐体と、を備える燃料電池システムであって、前記燃料ガス貯留部に貯留した燃料ガスは、前記筐体の内部の圧力状態に応じて、前記筐体の内部に供給される燃料電池システムに関する。 The present invention includes a fuel cell, an air supply line connected to the fuel cell, an air supply unit that supplies oxygen-containing air to the fuel cell, a hydrogen supply line connected to the fuel cell, and fuel at high temperatures. A reformer that reacts water with water to produce hydrogen, a water supply line connected to the reformer by a water supply line, and the reformer by a fuel gas supply line A fuel gas supply unit that is connected to a gas generator and supplies fuel gas to the reformer, a fuel gas flow rate adjustment unit that is provided in the fuel gas supply line and adjusts the flow rate of the fuel gas, and the fuel gas supply line A flow path switching unit that is provided downstream of the fuel gas flow rate adjustment unit and switches a flow path of the fuel gas; a branching unit that branches from the fuel gas supply line; and the fuel gas supply line; A fuel gas branch line connected to the flow path switching unit; provided in the fuel gas branch line; or provided upstream of the fuel gas flow rate adjustment unit in the fuel gas supply line; A fuel gas storage section that stores fuel gas supplied from a supply line; a fuel gas pressure adjustment section that is provided in the fuel gas branch line and that adjusts the pressure of the fuel gas supplied from the fuel gas storage section; A fuel cell system including a fuel cell and a housing that surrounds the reformer, wherein the fuel gas stored in the fuel gas storage portion is in accordance with a pressure state inside the housing. The present invention relates to a fuel cell system supplied into a housing.
また、前記流路切替え部は、通電時には、前記燃料ガス供給ラインの上流側と前記燃料ガス供給ラインの下流側とが連通し且つ前記燃料ガス分岐ラインとは連通しないように前記流路を切替え、また、非通電時には、前記燃料ガス供給ラインの下流側と前記燃料ガス分岐ラインとが連通し且つ前記燃料ガス供給ラインの上流側とは連通しないように前記流路を切替えることが好ましい。 The flow path switching unit switches the flow path so that the upstream side of the fuel gas supply line communicates with the downstream side of the fuel gas supply line and does not communicate with the fuel gas branch line when energized. In addition, it is preferable to switch the flow path so that the downstream side of the fuel gas supply line communicates with the fuel gas branch line and does not communicate with the upstream side of the fuel gas supply line during non-energization.
また、前記燃料ガス貯留部の容量は、前記筐体の内部の温度が常温であるときに前記筐体の内部の圧力と大気圧との圧力差が２０ｋｐａ以下となるように、設定されることが好ましい。 Further, the capacity of the fuel gas storage unit is set so that a pressure difference between the pressure inside the casing and the atmospheric pressure is 20 kpa or less when the temperature inside the casing is normal temperature. Is preferred.
本発明によれば、燃料電池システムが緊急停止した場合に、発電セルが破損することを抑制することができる燃料電池システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when a fuel cell system stops in an emergency, the fuel cell system which can suppress that a power generation cell is damaged can be provided.
以下、本発明の実施形態における燃料電池システム１について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態における燃料電池システム１の構成を示す概略図である。 Hereinafter, a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention.
図１に示すように、本発明の実施形態における燃料電池システム１は、燃料電池２と、改質器３と、燃焼器４と、ファン５と、脱硫器２０と、燃料ガス流量調整部３０と、燃料ガス貯留部４０と、燃料ガス圧力調整部５０と、三方弁６０とを備える。また、燃料電池システム１は、燃料電池２、改質器３及び燃焼器４を内部に包囲する筐体１０（図１の２点鎖線）を備える。
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 in the embodiment of the present invention includes a
また、燃料電池システム１は、空気供給ラインＬ１と、燃料ガス供給ラインＬ２と、水素供給ラインＬ３と、アノードオフガスラインＬ４と、水供給ラインＬ５と、燃料ガス分岐ラインＬ６と、カソードオフガスラインＬ７と、燃焼排気ガスラインＬ８とを備える。
「ライン」とは、流路、経路、管路等の総称である。
The fuel cell system 1 also includes an air supply line L1, a fuel gas supply line L2, a hydrogen supply line L3, an anode offgas line L4, a water supply line L5, a fuel gas branch line L6, and a cathode offgas line L7. And a combustion exhaust gas line L8.
“Line” is a general term for a flow path, a path, a pipe line, and the like.
空気供給ラインＬ１は、上流側において、空気供給部であるファン５に接続されており、下流側において燃料電池２に接続されている。すなわち、空気供給ラインＬ１の一端部近傍（図１の左側）は、酸素を含む空気を燃料電池２に供給するファン５及びフィルタ（図示せず）に接続されている。また、空気供給ラインＬ１の他端部（図１の右側）は、燃料電池２に接続されている。空気供給ラインＬ１には、ファン５の駆動によりフィルタ（図示せず）を通過した空気Ａ１が流通する。
The air supply line L1 is connected to the
燃料ガス供給ラインＬ２は、上流側において、燃料としての都市ガスなどの燃料ガスＧ１を供給する燃料ガス供給部６に接続されており、下流側において改質器３に接続されている。すなわち、燃料ガス供給ラインＬ２の一端部（図１の左側）は、都市ガス等の燃料ガスＧ１の供給源（図示せず）に接続されている。また、燃料ガス供給ラインＬ２の他端部（図１の右側）は、改質器３に接続されている。
The fuel gas supply line L2 is connected to a fuel
燃料ガス供給ラインＬ２には、上流側から順に脱硫器２０と、燃料ガス流量調整部３０と、流路切替え部である三方弁６０とが設けられる。すなわち、燃料ガスＧ１の供給源（図示せず）から供給された燃料ガスＧ１は、脱硫器２０、燃料ガス流量調整部３０及び三方弁６０を介して、燃料ガス供給ラインＬ２を流通する。そして、燃料ガスＧ１は、筐体１０の内部に設けられた改質器３に供給され、改質器３を介して、水素供給ラインＬ３を通じて、燃料電池２に供給される。
The fuel gas supply line L2 is provided with a
燃料ガス分岐ラインＬ６は、燃料ガス供給ラインＬ２から分岐部Ｊ１で分岐すると共に、燃料ガス供給ラインＬ２と並列するラインである。ここで、分岐部Ｊ１は、燃料ガス供給ラインＬ２を通じて供給される燃料ガスＧ１を、燃料ガス分岐ラインＬ６に流通させる部位である。燃料ガス分岐ラインＬ６の一端部（図１の左側）は、分岐部Ｊ１に接続される。また、燃料ガス分岐ラインＬ６の他端部（図１の右側）は、三方弁６０の弁部６２に接続される。また、燃料ガス分岐ラインＬ６の途中には、上流側から順に、燃料ガス貯留部４０と燃料ガス圧力調整部５０とが設けられる。燃料ガス分岐ラインＬ６は、燃料ガス供給ラインＬ２から分岐部Ｊ１を分岐した燃料ガスＧ１が流通するラインとなる。すなわち、燃料ガス供給ラインＬ２から分岐部Ｊ１を介して燃料ガス分岐ラインＬ６に流通する燃料ガスＧ１は、燃料ガス貯留部４０（図１参照）に貯留される。ここで、燃料ガス貯留部４０の構成の詳細については後述する。
The fuel gas branch line L6 is a line branched from the fuel gas supply line L2 at the branch portion J1 and parallel to the fuel gas supply line L2. Here, the branch part J1 is a part that distributes the fuel gas G1 supplied through the fuel gas supply line L2 to the fuel gas branch line L6. One end portion (left side in FIG. 1) of the fuel gas branch line L6 is connected to the branch portion J1. Further, the other end portion (the right side in FIG. 1) of the fuel gas branch line L <b> 6 is connected to the
水素供給ラインＬ３は、上流側において改質器３に接続されており、下流側において燃料電池２に接続されている。すなわち、水素供給ラインＬ３の一端部（図１の左側）は、改質器３に接続されている。また、水素供給ラインＬ３の他端部（図１の右側）は、燃料電池２に接続されている。水素供給ラインＬ３には、改質器３の内部で生成された主に水素を含む改質ガスＧ２が流通する。また、後述するように、水素供給ラインＬ３は、燃料電池システム１の緊急停止時（非通電時）に燃料ガス貯留部４０から供給される高圧の燃料ガスＧ１が流通するラインとなる。
The hydrogen supply line L3 is connected to the reformer 3 on the upstream side, and is connected to the
アノードオフガスラインＬ４は、上流側において燃料電池２に接続されている。また、アノードオフガスラインＬ４は、下流側において燃焼器４に接続されている。すなわち、アノードオフガスラインＬ４の一端部（図１の左側）は、燃料電池２に接続されている。また、アノードオフガスラインＬ４の他端部（図１の右側）は、燃焼器４に接続されている。アノードオフガスラインＬ４は、燃料電池２から排気されるアノードオフガスＧ３１を流通させるラインである。
The anode off gas line L4 is connected to the
カソードオフガスラインＬ７は、燃料電池２から排気されるカソードオフガスＧ３２を流通させるラインである。カソードオフガスラインＬ７は、上流側において燃料電池２に接続されている。すなわち、カソードオフガスラインＬ７の一端部（図１の左側）は、燃料電池２に接続されている。また、カソードオフガスラインＬ７の他端部（図１の右側）は、燃焼器４に接続されている。
The cathode offgas line L7 is a line through which the cathode offgas G32 exhausted from the
水供給ラインＬ５には、水Ｗ等を供給する水供給部７から供給された水Ｗが流通する。すなわち、水供給ラインＬ５は、上流側において水Ｗ等の供給源（図示せず）に接続されており、下流側において改質器３に接続されている。 In the water supply line L5, the water W supplied from the water supply unit 7 that supplies water W and the like circulates. That is, the water supply line L5 is connected to a supply source (not shown) such as water W on the upstream side, and is connected to the reformer 3 on the downstream side.
燃料電池２としては、高温型の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）が用いられる。燃料電池２は、複数の発電セル（図示せず）と、セパレータ（図示せず）とを交互に積層することで形成される燃料電池スタック（図示せず）を有している。
As the
発電セルは、燃料極（アノード）と、空気極（カソード）と、これらアノード側とカソード側との間に設けられたガラスシールとを有する。燃料極（アノード）は、ニッケル等から形成される。燃料電池２は、改質器３から水素供給ラインＬ３を介して燃料極（アノード）に供給される改質ガスＧ２と、空気供給ラインＬ１から空気極（カソード）に供給される空気Ａ１中の酸素とを反応させることにより、発電を行なうことができる。燃料電池２による発電時の温度である運転温度は、７００℃〜１０００℃程度の高温である。燃料電池２によって発電された電気は、パワーコンディショナ（図示せず）に送られ、ＡＣ電圧に変換される。
The power generation cell includes a fuel electrode (anode), an air electrode (cathode), and a glass seal provided between the anode side and the cathode side. The fuel electrode (anode) is made of nickel or the like. The
燃料電池２は、燃焼器４に対して、アノードオフガスラインＬ４を介してアノードオフガスＧ３１を排気すると共に、カソードオフガスラインＬ７を介してカソードオフガスＧ３２を排気する。
The
改質器３は、燃料ガスＧ１及び水Ｗから改質ガスＧ２を生成する。すなわち、改質器３には、燃料ガス供給ラインＬ２を介して燃料ガスＧ１が供給される。また、改質器３には、水供給ラインＬ５を介して水Ｗが供給される。この際、燃料ガスＧ１を８００℃程度にまで加熱する必要がある。この加熱は、改質器３に設けた熱交換器（図示せず）においてアノードオフガスＧ３１及びカソードオフガスＧ３２から得た熱、並びに燃料電池スタック（図示せず）からの輻射熱により行われる。改質器３によって生成された改質ガスＧ２は、水素供給ラインＬ３を介して燃料電池２へ供給される。
The reformer 3 generates the reformed gas G2 from the fuel gas G1 and the water W. That is, the fuel gas G1 is supplied to the reformer 3 via the fuel gas supply line L2. Further, water W is supplied to the reformer 3 through a water supply line L5. At this time, it is necessary to heat the fuel gas G1 to about 800 ° C. This heating is performed by heat obtained from the anode off-gas G31 and the cathode off-gas G32 in a heat exchanger (not shown) provided in the reformer 3, and radiant heat from a fuel cell stack (not shown). The reformed gas G2 generated by the reformer 3 is supplied to the
燃焼器４は、燃料電池２から排気されるアノードオフガスＧ３１と、カソードオフガスＧ３２とを燃焼処理する。燃焼器４により燃焼されたアノードオフガスＧ３１及びカソードオフガスＧ３２は、燃焼器４の下流側に接続された燃焼排気ガスラインＬ８を通じて、燃焼排気ガスＧ３３として排出される。すなわち、アノードオフガスＧ３１は、水素ガスを含むため、燃焼器４により水素ガスが除去された不活性なガスの状態で、外部に排気される必要がある。
The
脱硫器２０は、燃料ガスＧ１の供給源（図示せず）から燃料ガス供給ラインＬ２を介して供給された燃料ガスＧ１に含まれる硫黄化合物を、ゼオライトなどの吸着剤に吸着させて除去する。脱硫器２０により硫黄化合物が除去された燃料ガスＧ１は、燃料ガス供給ラインＬ２を介して、燃料ガス流量調整部３０に供給される。
The
燃料ガス流量調整部３０は、脱硫器２０により脱硫された燃料ガスＧ１の流量を調整する。燃料ガス流量調整部３０において、燃料ガスＧ１の流量を調整することにより、適正な流量の燃料ガスＧ１を、三方弁６０を介して改質器３に供給することができる。
The fuel gas flow
燃料ガス貯留部４０は、燃料ガスＧ１の供給源（図示せず）から燃料ガス供給ラインＬ２を通じて供給される高圧の燃料ガスＧ１を貯留するガスバッファタンクとして機能する。具体的には、燃料ガス貯留部４０には、燃料ガス供給ラインＬ２から分岐部Ｊ１を介して燃料ガス分岐ラインＬ６を通じて供給される燃料ガスＧ１が、貯留される。燃料ガス貯留部４０に貯留された燃料ガスＧ１は、燃料電池システム１の緊急停止時に、燃料ガス分岐ラインＬ６を通じて三方弁６０を介して、改質器３から燃料電池２の内部に供給される。
The fuel
具体的には、燃料電池２の内部の圧力が低下した場合に、燃料ガス貯留部４０に貯留された高圧の燃料ガスＧ１は、燃料電池２の内部に供給される。すなわち、燃料電池２の内部の圧力が低下した場合に、燃料ガス貯留部４０から高圧の燃料ガスＧ１を供給することで、燃料電池２の内部の圧力と大気圧（外圧）との圧力差を少なくすることができる。燃料ガス貯留部４０の燃料ガスＧ１の容量は、常温時に大気圧との圧力差が２０ｋｐａ以下となるように設定される。
Specifically, when the pressure inside the
燃料ガス圧力調整部５０は、燃料ガス貯留部４０から燃料ガス分岐ラインＬ６を介して供給された燃料ガスＧ１の圧力を、調整する。燃料ガス圧力調整部５０により圧力が調整された燃料ガスＧ１は、燃料ガス分岐ラインＬ６に設けた三方弁６０を介して改質器３に供給される。
The fuel gas
三方弁６０は、弁部６１と弁部６２と弁部６３とを有し、燃料ガス供給ラインＬ２を流通する燃料ガスＧ１の流路と、燃料ガス分岐ラインＬ６を流通する燃料ガスＧ１の流路とを交互に切り替える流路切り替え部として機能する。すなわち、燃料電池システム１の通常時（通電時）において、三方弁６０は、燃料ガス供給ラインＬ２の上流側と燃料ガス供給ラインＬ２の下流側とが連通し且つ燃料ガス分岐ラインＬ６とは連通しないように、流路を切替える。具体的には、燃料電池システム１の通常時（通電時）には、三方弁６０の弁部６２は閉じられ、また、弁部６１及び弁部６３は開放される。
The three-
また、燃料電池システム１の緊急停止時（非通電時）において、三方弁６０は、燃料ガス供給ラインＬ２の下流側と燃料ガス分岐ラインＬ６とが連通し、且つ燃料ガス供給ラインＬ２の上流側とは連通しないように、流路を切替える。具体的には、燃料電池システム１の緊急停止時（非通電時）には、三方弁６０の弁部６１は閉じられ、また、弁部６２及び弁部６３は開放される。
Further, when the fuel cell system 1 is in an emergency stop (during de-energization), the three-
次に、本実施形態における燃料電池システム１の緊急停止時（非通電時）の動作について説明する。燃料電池システム１において、燃料電池システム１が緊急停止時（非通電時）となった場合には、燃料ガス貯留部４０に貯留された高圧の燃料ガスＧ１は、燃料ガス圧力調整部５０及び三方弁６０を介して、燃料電池２の内部に供給される。すなわち、燃料電池システム１が緊急停止となり燃料電池２の内部の圧力が低下した場合には、三方弁６０の弁部６１は閉じられ、また、弁部６２及び弁部６３は開放される。これにより、燃料ガス貯留部４０の内部に貯留された高圧の燃料ガスＧ１は、燃料ガス圧力調整部５０により圧力が調整された後、燃料ガス分岐ラインＬ６を通じて三方弁６０を介して改質器３に供給される。
Next, the operation of the fuel cell system 1 in the present embodiment at the time of emergency stop (when not energized) will be described. In the fuel cell system 1, when the fuel cell system 1 is in an emergency stop (non-energized state), the high-pressure fuel gas G1 stored in the fuel
このように、本実施形態の燃料電池システム１において、燃料電池システム１の緊急停止時には、燃料電池２の内部の圧力が低下する。しかし、燃料ガス貯留部４０から燃料電池２の内部に供給される高圧の燃料ガスＧ１により、燃料電池２の内部の低下した圧力を高めることができる。これにより、燃料電池２のガラスシールが劣化又は変形し、発電セルが破損することを抑制することができる。
Thus, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, the pressure inside the
本発明の実施形態の燃料電池システム１によれば、例えば、以下の効果が奏される。
本実施形態の燃料電池システム１においては、燃料電池２と、水素供給ラインＬ３により燃料電池２と接続され、燃料ガスＧ１と水Ｗとを反応させて改質ガスＧ２を生成する改質器３と燃料ガス供給ラインＬ２により改質器３と接続され、改質器３に燃料ガスＧ１を供給する燃料ガス供給部と、燃料ガス供給ラインＬ２に設けられ、燃料ガスＧ１の流量を調整する燃料ガス流量調整部３０と、燃料ガスＧ１の流路を切替える三方弁６０と、燃料ガス供給ラインＬ２から分岐部Ｊ１において分岐すると共に、燃料ガス供給ラインＬ２と並列し、三方弁６０に接続される燃料ガス分岐ラインＬ６と、燃料ガス分岐ラインＬ６に設けられ燃料ガス供給ラインＬ２から供給される燃料ガスＧ１を貯留する燃料ガス貯留部４０と、燃料ガス分岐ラインＬ６に設けられ、燃料ガス貯留部４０から供給される燃料ガスＧ１の圧力を調整する燃料ガス圧力調整部５０と、燃料電池２及び改質器３を内部に包囲する筐体１０とを備え、燃料ガス貯留部４０に貯留した燃料ガスＧ１は、筐体１０の内部の圧力状態に応じて、燃料電池２の内部に供給される。
According to the fuel cell system 1 of the embodiment of the present invention, for example, the following effects are exhibited.
In the fuel cell system 1 of the present embodiment, the reformer 3 is connected to the
そのため、燃料電池システム１の緊急停止時には、燃料ガス貯留部４０から燃料ガス分岐ラインＬ６を通じて燃料電池２の内部に、高圧の燃料ガスＧ１を供給することができる。これにより、燃料電池２の内部の低下した圧力を高めることができる。この結果、燃料電池２のガラスシールが劣化又は変形し、発電セルが破損することを抑制することができる。
Therefore, at the time of an emergency stop of the fuel cell system 1, the high-pressure fuel gas G1 can be supplied from the fuel
また、三方弁６０は、燃料電池システム１の通常時（通電時）には、燃料ガス供給ラインＬ２の上流側と燃料ガス供給ラインＬ２の下流側とが連通し且つ燃料ガス分岐ラインＬ６とは連通しないように、流路を切替える。また、燃料電池システム１の緊急停止時（非通電時）には、燃料ガス供給ラインＬ２の下流側と燃料ガス分岐ラインＬ６とが連通し且つ燃料ガス供給ラインＬ２の上流側とは連通しないように、流路を切替える。そのため、燃料電池システム１の緊急停止時（非通電時）には、燃料ガス分岐ラインＬ６に設けた燃料ガス貯留部４０から高圧の燃料ガスＧ１を、燃料ガス分岐ラインＬ６を通じて燃料電池２の内部に供給することができる。
The three-
また、燃料ガス貯留部４０の容量は、筐体１０の内部の温度が常温であるときに筐体１０の燃料電池２の内部の圧力と大気圧との圧力差が２０ｋｐａ以下となるように設定される。すなわち、燃料電池２の内部の圧力が低下した場合には、燃料ガス貯留部４０に貯留された高圧の燃料ガスＧ１を、燃料ガス分岐ライン６を通じて燃料電池２の内部の圧力と大気圧との圧力差が少なくなるまで供給させることができる。
Further, the capacity of the fuel
以上、好適な実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲において変形が可能であり、種々の形態で実施することができる。 The preferred embodiments have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified within the technical scope described in the claims and implemented in various forms. be able to.
本実施形態では、流路を切り替える切り替え手段として、三方弁を用いているが、流路を任意に三方向に切り替えるものであれば、三方弁に限定されない。例えば、切り替え手段は、電磁式の弁やボールベアリング弁等の他の形式の切り替え弁でもよい。また、例えば、燃料ガス供給ラインＬ２と燃料ガス分岐ラインＬ６とにそれぞれ一方向弁を設け、これら一方向弁を交互に作動させることで、燃料ガス供給ラインＬ２と燃料ガス分岐ラインＬ６との流路を切り替える構成としてもよい。 In this embodiment, a three-way valve is used as the switching means for switching the flow path, but is not limited to the three-way valve as long as the flow path is arbitrarily switched in three directions. For example, the switching means may be another type of switching valve such as an electromagnetic valve or a ball bearing valve. In addition, for example, a one-way valve is provided in each of the fuel gas supply line L2 and the fuel gas branch line L6, and the one-way valve is operated alternately so that the fuel gas supply line L2 and the fuel gas branch line L6 flow. It is good also as a structure which switches a path | route.
前記実施形態においては、図１に示すように、燃料ガス供給ラインＬ２と分岐部Ｊ１で分岐する燃料ガス分岐ラインＬ６の途中に、燃料電池２に燃料ガスＧ１を供給する燃料ガス貯留部４０を設ける構成としている。しかし、燃料ガス貯留部４０を設ける位置は、燃料ガス供給ラインＬ２の燃料ガス流量調整部３０よりも上流側であってもよい。例えば、脱硫器２０よりも上流側（図１のＡ部）又は脱硫器２０と燃料ガス流量調整部３０との間（図１のＢ部）に、燃料ガス貯留部４０を設ける構成としてもよい。なお、燃料ガス貯留部４０を図１のＡ部又はＢ部に配置した場合においても、燃料ガス貯留部４０から供給された燃料ガスＧ１は、燃料ガス供給ラインＬ２から燃料ガス分岐ラインＬ６を通じて三方弁６０を介して、燃料電池２の内部に供給される。
In the embodiment, as shown in FIG. 1, the fuel
ガスバッファタンクとして使用する燃料ガス貯留部４０の大きさ（寸法）や形状は、燃料ガス供給ラインＬ２を通じて供給される高圧の燃料ガスＧ１を貯留するだけのガス容量となるように、種々設定することができる。
The size (dimensions) and shape of the fuel
また、燃料ガスＧ１の硫黄成分の脱硫用として使用する脱硫器２０を、ガス容量の大きいガスバッファタンクとして機能させてもよい。すなわち、脱硫器２０を高圧の燃料ガスＧ１を貯留する燃料ガス貯留部４０の代用とすることもできる。
Further, the
また、燃料ガス供給ラインＬ２を形成する管体の一部を大径の管体とし、この大径の管体を、高圧の燃料ガスＧ１を貯留するガスバッファタンクとして機能させてもよい。 Alternatively, a part of the tube forming the fuel gas supply line L2 may be a large-diameter tube, and this large-diameter tube may function as a gas buffer tank that stores the high-pressure fuel gas G1.
１ 燃料電池システム
２ 燃料電池
３ 改質器
４ 燃焼器
５ ファン（空気供給部）
６ 燃料ガス供給部
７ 水供給部
１０ 筐体
２０ 脱硫器
３０ 燃料ガス流量調整部
４０ 燃料ガス貯留部
５０ 燃料ガス圧力調整部
６０ 三方弁（流路切替え部）
６１、６２、６３ 弁部
Ｌ１ 空気供給ライン
Ｌ２ 燃料ガス供給ライン
Ｌ３ 水素供給ライン
Ｌ５ 水供給ライン
Ｌ６ 燃料ガス分岐ライン
Ａ１ 空気
Ｇ１ 燃料ガス
Ｇ２ 改質ガス
ＪＩ 分岐部
1
6 Fuel gas supply part 7
61, 62, 63 Valve L1 Air supply line L2 Fuel gas supply line L3 Hydrogen supply line L5 Water supply line L6 Fuel gas branch line A1 Air G1 Fuel gas G2 Reformed gas JI Branch
Claims (3)
空気供給ラインにより前記燃料電池と接続され、前記燃料電池に酸素を含む空気を供給する空気供給部と、
水素供給ラインにより前記燃料電池と接続され、高温下において燃料と水とを反応させて水素を生成する改質器と、
水供給ラインにより前記改質器と接続され、前記改質器に水を供給する水供給部と、
燃料ガス供給ラインにより前記改質器と接続され、前記改質器に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給ラインに設けられ、燃料ガスの流量を調整する燃料ガス流量調整部と、
前記燃料ガス供給ラインにおいて前記燃料ガス流量調整部よりも下流に設けられ、燃料ガスの流路を切替える流路切替え部と、
前記燃料ガス供給ラインから分岐部において分岐すると共に、前記燃料ガス供給ラインと並列し、前記流路切替え部に接続される燃料ガス分岐ラインと、
前記燃料ガス分岐ラインに設けられ又は前記燃料ガス供給ラインにおける前記燃料ガス流量調整部よりも上流側に設けられ、前記燃料ガス供給ラインから供給される燃料ガスを貯留する燃料ガス貯留部と、
前記燃料ガス分岐ラインに設けられ、前記燃料ガス貯留部から供給される燃料ガスの圧力を調整する燃料ガス圧力調整部と、
前記燃料電池及び前記改質器を内部に包囲する筐体と、を備える燃料電池システムであって、
前記燃料ガス貯留部に貯留した燃料ガスは、前記筐体の内部の圧力状態に応じて、前記筐体の内部に供給される、
燃料電池システム。 A fuel cell;
An air supply unit connected to the fuel cell by an air supply line, and supplying air containing oxygen to the fuel cell;
A reformer connected to the fuel cell by a hydrogen supply line and generating hydrogen by reacting fuel and water at a high temperature;
A water supply unit connected to the reformer by a water supply line and supplying water to the reformer;
A fuel gas supply unit connected to the reformer by a fuel gas supply line and supplying fuel gas to the reformer;
A fuel gas flow rate adjusting unit provided in the fuel gas supply line for adjusting the flow rate of the fuel gas;
A flow path switching unit that is provided downstream of the fuel gas flow rate adjustment unit in the fuel gas supply line and switches a flow path of the fuel gas;
A fuel gas branch line that branches from the fuel gas supply line at a branch portion, is parallel to the fuel gas supply line, and is connected to the flow path switching portion;
A fuel gas storage section that is provided in the fuel gas branch line or provided upstream of the fuel gas flow rate adjustment section in the fuel gas supply line, and stores fuel gas supplied from the fuel gas supply line;
A fuel gas pressure adjusting unit which is provided in the fuel gas branch line and adjusts the pressure of the fuel gas supplied from the fuel gas storage unit;
A fuel cell system comprising: a housing surrounding the fuel cell and the reformer;
The fuel gas stored in the fuel gas storage unit is supplied to the inside of the housing according to the pressure state inside the housing.
Fuel cell system.
請求項１に記載の燃料電池システム。 The flow path switching unit switches the flow path so that the upstream side of the fuel gas supply line communicates with the downstream side of the fuel gas supply line and does not communicate with the fuel gas branch line when energized. When not energized, the flow path is switched so that the downstream side of the fuel gas supply line communicates with the fuel gas branch line and does not communicate with the upstream side of the fuel gas supply line.
The fuel cell system according to claim 1.
請求項１又は２に記載の燃料電池システム。 The capacity of the fuel gas storage unit is set so that the pressure difference between the pressure inside the housing and the atmospheric pressure is 20 kpa or less when the temperature inside the housing is normal temperature.
The fuel cell system according to claim 1 or 2.
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| JP2019036407A (en) * | 2017-08-10 | 2019-03-07 | 三浦工業株式会社 | Fuel cell system |
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