JP2015118730A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素と酸素の直接反応により電気エネルギーを生成する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system that generates electric energy by a direct reaction between hydrogen and oxygen.
燃料電池システムは、発電効率が高く、大気汚染物質もほとんど排出しないため、省エネかつクリーンな発電装置として近年期待されている。特に、発電時に発生する熱を給湯や暖房等に回収利用する燃料電池システムは、総合的なエネルギー効率が高く、家庭用のエネルギー機器としての普及が望まれている。 The fuel cell system is expected in recent years as an energy-saving and clean power generation device because it has high power generation efficiency and emits almost no air pollutants. In particular, a fuel cell system that recovers and uses heat generated during power generation for hot water supply, heating, and the like has high overall energy efficiency, and is expected to spread as a household energy device.
以下に、従来の燃料電池システムの構成について、図３を用いて説明する。 Hereinafter, the configuration of a conventional fuel cell system will be described with reference to FIG.
図３に示すように、燃料処理装置５２は、例えば、メタンなどの原料ガスを水蒸気で改質することにより、燃料電池５１の燃料ガスとなる水素を生成する。そして、燃料電池５１は、燃料処理装置５２で生成された水素をアノード６２に、空気ブロワなどにより供給された空気中の酸素をカソード６３に流通させ、電気化学的に反応させることで発電を行う。 As shown in FIG. 3, the fuel processing device 52 generates hydrogen that becomes the fuel gas of the fuel cell 51 by reforming a raw material gas such as methane with water vapor, for example. The fuel cell 51 generates electricity by causing hydrogen generated in the fuel processing device 52 to flow through the anode 62 and oxygen in the air supplied by an air blower or the like to flow through the cathode 63 to cause electrochemical reaction. .
また、図３に示すように、貯湯タンク５３および貯湯ポンプ５４と、燃料処理装置５２の排ガスから熱回収を行う排ガス熱交換器５５と、燃料電池５１のカソード６３の出口に設けたカソードオフガス熱交換器５６と、燃料電池５１の冷却水熱交換器５７とを、この順番に配管接続し、貯湯タンク５３の貯湯水を加熱するように貯湯水循環流路５９を構成している。そして、冷却水循環ポンプ６０は、冷却水タンク７３に貯蔵された冷却水を、燃料電池５１内部の冷却部６４と冷却水熱交換器５７とを接続した冷却水循環流路５８に循環させる。 3, the hot water storage tank 53 and the hot water storage pump 54, the exhaust gas heat exchanger 55 for recovering heat from the exhaust gas of the fuel processing device 52, and the cathode off-gas heat provided at the outlet of the cathode 63 of the fuel cell 51. The exchanger 56 and the cooling water heat exchanger 57 of the fuel cell 51 are connected by piping in this order, and the hot water storage circulation path 59 is configured to heat the hot water stored in the hot water storage tank 53. Then, the cooling water circulation pump 60 circulates the cooling water stored in the cooling water tank 73 to the cooling water circulation passage 58 connecting the cooling unit 64 inside the fuel cell 51 and the cooling water heat exchanger 57.
このとき、カソードオフガス熱交換器５６において燃料電池５１のカソードオフガスを冷却することにより得られた凝縮水と、排ガス熱交換器５５において燃料処理装置２の排ガスを冷却することにより得られた凝縮水とは、気液分離器７０においてカソードオフガスおよび排ガスと分離される。そして、分離された凝縮水は、凝縮水タンク７５に回収され、冷却水供給ポンプ７４により冷却水供給流路７７を通じて冷却水タンク７３に補給されて、燃料電池５１の冷却水として利用される。なお、凝縮水タンク７５に回収された凝縮水は、排ガスからの炭酸成分や若干の不純物を含むため、水処理装置を構成するイオン交換樹脂７６を介して純水化され、冷却水タンク７３に供給される。 At this time, the condensed water obtained by cooling the cathode offgas of the fuel cell 51 in the cathode offgas heat exchanger 56 and the condensed water obtained by cooling the exhaust gas of the fuel treatment device 2 in the exhaust gas heat exchanger 55. Is separated from the cathode off-gas and the exhaust gas in the gas-liquid separator 70. The separated condensed water is collected in the condensed water tank 75, supplied to the cooling water tank 73 through the cooling water supply passage 77 by the cooling water supply pump 74, and used as cooling water for the fuel cell 51. The condensed water collected in the condensed water tank 75 contains carbonic acid components and some impurities from the exhaust gas, and is therefore purified through the ion exchange resin 76 constituting the water treatment device, and is supplied to the cooling water tank 73. Supplied.
このような燃料電池システムを初めて運転する場合は、あらかじめ冷却水循環流路５８を純水で満たしておく必要がある。その方法として、ポンプや弁などの動作により外部から水道水などを自動的に給水する方法がある（以下、「自動給水」という）。自動給水は、簡便化な給水方法を実現するために考えられた方式であり、例えば、貯湯水循環流路５９から給水流路８２を給水弁８１を介して凝縮水タンク７５に接続し、燃料電池システムの設置時に、まず給水弁８１を開放して凝縮水タンク７５を水道水で満たし、次に冷却水供給ポンプ７４でイオン交換樹脂７６を介して冷却水タンク７３を純水で満たし、冷却水循環ポンプ６０で冷却水循環流路５８を満たすような方式である（例えば、特許文献１参照）。 When operating such a fuel cell system for the first time, it is necessary to fill the cooling water circulation passage 58 with pure water in advance. As such a method, there is a method of automatically supplying tap water or the like from the outside by operation of a pump or a valve (hereinafter referred to as “automatic water supply”). The automatic water supply is a method conceived to realize a simple water supply method. For example, a fuel cell is formed by connecting a water supply flow path 82 from a hot water circulation flow path 59 to a condensed water tank 75 via a water supply valve 81. At the time of system installation, first, the water supply valve 81 is opened to fill the condensed water tank 75 with tap water, and then the cooling water supply pump 74 is used to fill the cooling water tank 73 with pure water via the ion exchange resin 76 to circulate the cooling water. This is a system in which the cooling water circulation passage 58 is filled with the pump 60 (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献１をはじめとする従来技術であって、更なる効率的な水の利用を確保するという観点からは、いまだ改善の余地があった。 However, it is a prior art including the above-mentioned Patent Document 1, and there is still room for improvement from the viewpoint of ensuring further efficient use of water.
そこで、本発明は、より効率的な水の利用を実現することのできる燃料電池システムを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the fuel cell system which can implement | achieve more efficient utilization of water.
上記従来技術の課題を鑑みて本発明者らが鋭意検討をした結果、本発明者らは、更なる水の効率利用の観点から上記特許文献１をはじめとする従来の燃料電池システムには以下の課題があることを見出した。 As a result of intensive studies by the present inventors in view of the above-described problems of the prior art, the present inventors have found that the conventional fuel cell system including the above-mentioned Patent Document 1 includes the following from the viewpoint of further efficient use of water. I found that there is a problem.
すなわち、従来の燃料電池システムは、上記特許文献１に代表されるように、貯湯タンクから回収水タンクに水を供給し、第２の水位検出器が水位上昇を検知した場合に冷却水供給ポンプを動作させるものであった。冷却水供給ポンプは、イオン交換樹脂での確実なイオン交換を実現するなどの理由から水の供給量を抑えて動作させるものであるため、貯湯タンクからの水の供給量が多い場合には回収水タンクに形成されている排水口から排水されてしまうことがあった。特に、このような課題は、水カートリッジなどを用いて手動で純水を給水する方法（以下、「手動給水」という）の場合に大きな問題となる。つまり、施工者が純水カートリッジを用いて給水している場合に、純水が供給される回収水タンクなどから純水が排水されてしまうと、燃料電池システムを動作させるための水が足りなくなるおそれがあった。この場合、燃料電池システムが異常を報知して、施工者が再び水を追加で給水することになり、施工の手間が大きくなり、結果として施工費用が上昇してしまうおそれがあった。 That is, as represented by Patent Document 1, the conventional fuel cell system supplies water from the hot water storage tank to the recovered water tank, and when the second water level detector detects a rise in the water level, the cooling water supply pump Was to work. The cooling water supply pump operates with a reduced amount of water supplied for reasons such as ensuring reliable ion exchange with ion-exchange resin, so it is recovered when the amount of water supplied from the hot water storage tank is large. In some cases, the water is drained from the drain port formed in the water tank. In particular, such a problem becomes a serious problem in a method of manually supplying pure water using a water cartridge or the like (hereinafter referred to as “manual water supply”). In other words, when pure water is drained from a recovery water tank or the like to which pure water is supplied when the installer uses the pure water cartridge to supply water, there is not enough water to operate the fuel cell system. There was a fear. In this case, the fuel cell system notifies the abnormality, and the builder again supplies water again, which increases the labor of construction and may result in an increase in construction costs.
そこで、本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて電力および熱を供給する燃料電池と、燃料電池で発生する熱を吸収する冷却水が循環する冷却水循環流路と、冷却水循環流路上に配置されている冷却水タンクと、冷却水循環流路上に配置されている冷却水循環ポンプと、冷却水タンクに形成されている第１排水口と、制御装置と、を備えている燃料電池システムであって、冷却水タンクは、燃料電池システムの外部から水が補給される水補給部が形成されており、制御装置は、冷却水タンク内の水の水位が第１排水口より低い第１水位以上になった場合に、冷却水循環ポンプを動作させる燃料電池システムである。 Accordingly, the present invention provides a fuel cell that reacts a fuel gas and an oxidant gas to supply electric power and heat, a cooling water circulation passage through which cooling water that absorbs heat generated in the fuel cell circulates, and a cooling water circulation flow A fuel cell system comprising: a cooling water tank disposed on the road; a cooling water circulation pump disposed on the cooling water circulation channel; a first drain outlet formed in the cooling water tank; and a control device. The cooling water tank is formed with a water replenishment unit that is replenished with water from the outside of the fuel cell system, and the control device includes a first water level lower than the first drain outlet in the cooling water tank. This is a fuel cell system that operates the cooling water circulation pump when the water level is exceeded.
この構成において、冷却水タンク内の水の水位が第１排水口より低い第１水位以上になった場合に、冷却水タンク内の水位が第１排水口以下になるように冷却水循環ポンプを動作させることで、供給された水が排水されないようにすることができる。そのため、例えば、冷却水タンクに純水カートリッジの純水を供給するような手動給水の方式でも、量が限られている純水の排水を抑制して、純水を最大限利用することができ、燃料電池システムの異常の報知も抑制することができる。 In this configuration, when the water level in the cooling water tank is equal to or higher than the first water level lower than the first drain port, the cooling water circulation pump is operated so that the water level in the cooling water tank is equal to or lower than the first drain port. By doing so, the supplied water can be prevented from being drained. Therefore, for example, even with a manual water supply system that supplies pure water from a pure water cartridge to a cooling water tank, it is possible to suppress the drainage of pure water, which has a limited amount, and to use pure water to the maximum extent. In addition, notification of abnormality of the fuel cell system can be suppressed.
本発明の燃料電池システムは、供給される水の排水を抑制することで、効率的な水の利用を実現することができる。 The fuel cell system of the present invention can realize efficient use of water by suppressing drainage of supplied water.
第１の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて電力および熱を供給する燃料電池と、燃料電池で発生する熱を吸収する冷却水が循環する冷却水循環流路と、冷却水循環流路上に配置されている冷却水タンクと、冷却水循環流路上に配置されている冷却水循環ポンプと、冷却水タンクに形成されている第１排水口と、制御装置と、を備えている燃料電池システムであって、冷却水タンクは、燃料電池システムの外部から水が補給される水補給部が形成されており、制御装置は、冷却水タンク内の水の水位が第１排水口より低い第１水位以上になった場合に、冷却水循環ポンプを動作させる燃料電池システムである。 A first invention is a fuel cell that reacts a fuel gas and an oxidant gas to supply electric power and heat, a cooling water circulation passage through which cooling water that absorbs heat generated in the fuel cell circulates, and a cooling water circulation flow A fuel cell system comprising: a cooling water tank disposed on the road; a cooling water circulation pump disposed on the cooling water circulation channel; a first drain outlet formed in the cooling water tank; and a control device. The cooling water tank is formed with a water replenishment unit that is replenished with water from the outside of the fuel cell system, and the control device includes a first water level lower than the first drain outlet in the cooling water tank. This is a fuel cell system that operates the cooling water circulation pump when the water level is exceeded.
この構成において、冷却水タンク内の水の水位が第１排水口より低い第１水位以上になった場合に、冷却水タンク内の水位が第１排水口以下になるように冷却水循環ポンプを動作させることで、供給された水が排水されないようにすることができる。そのため、例えば、冷却水タンクに純水カートリッジの純水を供給するような手動給水の方式でも、量が限られている純水の排水を抑制して、純水を最大限利用することができ、燃料電池システムの異常の報知も抑制することができる。つまり、最小限の純水の供給量で効率よく給水することが可能となり、設置時に必要な純水量を抑制することで、初期費用を抑制し設置時の経済性の向上を図ることができる。 In this configuration, when the water level in the cooling water tank is equal to or higher than the first water level lower than the first drain port, the cooling water circulation pump is operated so that the water level in the cooling water tank is equal to or lower than the first drain port. By doing so, the supplied water can be prevented from being drained. Therefore, for example, even with a manual water supply system that supplies pure water from a pure water cartridge to a cooling water tank, it is possible to suppress the drainage of pure water, which has a limited amount, and to use pure water to the maximum extent. In addition, notification of abnormality of the fuel cell system can be suppressed. In other words, it is possible to efficiently supply water with a minimum amount of pure water supplied, and by suppressing the amount of pure water required at the time of installation, it is possible to suppress initial costs and improve economic efficiency at the time of installation.
第２の発明は、第１の発明において、冷却水タンク内の水の水位を検知する第１水位検知器を備え、制御装置は、水補給部から冷却水タンクに水の補給を継続している時、第１水位検知器が第１水位を検知するように冷却水循環ポンプを動作させる燃料電池システムである。 According to a second invention, in the first invention, the control device includes a first water level detector that detects a water level in the cooling water tank, and the control device continuously supplies water to the cooling water tank from the water supply unit. The fuel cell system operates the cooling water circulation pump so that the first water level detector detects the first water level when the first water level is detected.
この構成によれば、冷却水タンクへの純水の補給と冷却水循環流路への純水の供給とを、遅滞することなく行うことができ、効率よく水補給を実施することができる。また、冷却水タンク内からの水の排水を抑制することができる。 According to this configuration, the supply of pure water to the cooling water tank and the supply of pure water to the cooling water circulation channel can be performed without delay, and water can be efficiently supplied. Moreover, drainage of water from the cooling water tank can be suppressed.
第３の発明は、第１または第２の発明において、冷却水タンクは、燃料電池から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて発生する凝縮水も貯めている燃料電池システムである。これによれば、システム運転時に燃料電池から発生する純度の高い水を、冷却水タンクに常に確保することができ、長期にわたって安定したシステム運転を実現することができる。 A third invention is the fuel cell system according to the first or second invention, wherein the cooling water tank also stores condensed water generated by condensing water vapor in the exhaust gas discharged from the fuel cell. According to this, high-purity water generated from the fuel cell during system operation can always be secured in the cooling water tank, and stable system operation can be realized over a long period of time.
第４の発明は、第１の発明において、燃料電池に供給される燃料ガスを生成する燃料処理装置と、燃料電池および燃料処理装置の少なくとも一方から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて発生する凝縮水を貯める凝縮水タンクと、第１排水口と凝縮水タンクに形成されている第１入水口とに接続している第１水供給流路と、を備え、冷却水タンクは、凝縮水タンクの高さ以上に配置されており、凝縮水タンクには、凝縮水タンク内の水を排出するための第２排水口が形成されており、制御装置は、凝縮水タンク内の水の水位が第２排水口より低い第２水位以上になった場合に、冷却水循環ポンプを動作させる燃料電池システムである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, a fuel processing device that generates fuel gas supplied to the fuel cell, and water vapor in exhaust gas discharged from at least one of the fuel cell and the fuel processing device are condensed and generated. A condensed water tank for storing condensed water, and a first water supply channel connected to the first water outlet and a first water inlet formed in the condensed water tank, wherein the cooling water tank is condensed The condensate tank has a second drain outlet for discharging the water in the condensate water tank, and the controller is configured to provide water in the condensate tank. In this fuel cell system, the cooling water circulation pump is operated when the water level is equal to or higher than the second water level lower than the second drainage port.
この構成によれば、少なくとも凝縮水タンクから第２排水口へのオーバーフローさせることなく、純水を冷却水タンク、冷却水供給流路、凝縮水タンクに補給することができる。そのため、最小限の供給量で効率よく純水をシステム内に補給することが可能となり、設置時に必要な純水量を抑制することで、初期費用を抑制し設置時の経済性の向上を図ることができる。 According to this configuration, pure water can be replenished to the cooling water tank, the cooling water supply channel, and the condensed water tank without overflowing at least from the condensed water tank to the second drain port. Therefore, it is possible to efficiently replenish pure water into the system with the minimum supply amount, and by suppressing the amount of pure water required at the time of installation, the initial cost can be suppressed and the economic efficiency at the time of installation can be improved. Can do.
第５の発明は、第４の発明において、凝縮水タンクと冷却水タンクとに接続している第２水供給流路と、第２水供給流路に配置されている冷却水供給ポンプとを備え、制御装置は、凝縮水タンク内の水の水位が第２排水口より低い第３水位以上になった場合、冷却水供給ポンプを動作させる燃料電池システムである。これによれば、簡単な構成で、設置初期においても、例えば、凝縮水中の不純物を取り除くためのイオン交換樹脂を有するような冷却水供給流路に、容易かつ速やかに純水を供給することができ、設置性に優れた燃料電池システムを提供することができる。 According to a fifth invention, in the fourth invention, a second water supply passage connected to the condensed water tank and the cooling water tank, and a cooling water supply pump disposed in the second water supply passage. The control device is a fuel cell system that operates the cooling water supply pump when the water level in the condensed water tank becomes equal to or higher than the third water level lower than the second drainage port. According to this, pure water can be easily and quickly supplied to a cooling water supply channel having an ion exchange resin for removing impurities in condensed water, for example, even in the initial stage of installation with a simple configuration. In addition, it is possible to provide a fuel cell system excellent in installation property.
第６の発明は、第４又は第５の発明において、凝縮水タンク内の水の水位を検知する第２水位検知器を備え、制御装置は、水補給部から冷却水タンクおよび凝縮水タンクに水の補給を継続している時に、第２水位検知器が第２水位を検知するように、冷却水供給ポンプを動作させる燃料電池システムである。これによれば、冷却水タンクへの純水の補給と冷却水供給ポンプによる純水の供給とを、遅滞することなく行うことができ、効率よく水補給を実施することができる。また、凝縮水タンク内からの水の排水を抑制することができる。 6th invention is equipped with the 2nd water level detector which detects the water level in the condensed water tank in 4th or 5th invention, and a control apparatus is a cooling water tank and a condensed water tank from a water replenishment part. The fuel cell system operates the cooling water supply pump so that the second water level detector detects the second water level when water supply is continued. According to this, replenishment of pure water to the cooling water tank and supply of pure water by the cooling water supply pump can be performed without delay, and water can be efficiently replenished. Moreover, drainage of water from the condensed water tank can be suppressed.
第７の発明は、第４〜６の発明において、冷却水タンクと燃料処理装置とに接続している第３水供給流路と、第３水供給流路上に配置されている改質水ポンプとを備え、燃料処理装置は、原料ガスと改質水ポンプから供給される水とを改質反応させて燃料ガスを生成するように構成されており、制御装置は、冷却水タンク内の水の水位が第１排水口より低い第４水位以上になった場合、改質水ポンプを動作させる燃料電池システムである。 A seventh invention is the fourth to sixth inventions, wherein the third water supply passage is connected to the cooling water tank and the fuel treatment device, and the reforming water pump is disposed on the third water supply passage. The fuel processing device is configured to generate a fuel gas by reforming the raw material gas and water supplied from the reforming water pump, and the control device is configured to generate water in the cooling water tank. This is a fuel cell system that operates the reforming water pump when the water level becomes the fourth water level lower than the first drainage port.
この構成によれば、簡単な構成で、設置初期においても燃料処理装置に容易かつ速やかに改質水を供給することができ、設置時の試運転時間を短縮でき、設置性に優れた燃料電池システムを提供することができる。 According to this configuration, the fuel cell system has a simple configuration and can easily and quickly supply reforming water to the fuel processing apparatus even in the initial stage of installation. Can be provided.
第８の発明は、第１〜７の発明において、水補給部からの給水により冷却水タンクに水が供給されることで冷却水タンク内の水位が上昇するように構成されている燃料電池システムである。これによれば、水補給時に冷却水タンク内の水位を確保しながら、冷却水循環ポンプによる水張りを確実に行うことができ、初期設置時のシステムの信頼性を向上させることができる。 An eighth invention is the fuel cell system according to any one of the first to seventh inventions, wherein the water level in the cooling water tank rises when water is supplied to the cooling water tank by supplying water from the water replenishing section. It is. According to this, water filling by the cooling water circulation pump can be reliably performed while securing the water level in the cooling water tank at the time of water supply, and the reliability of the system at the time of initial installation can be improved.
第９の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて電力および熱を供給する燃料電池と、燃料電池に供給される燃料ガスを生成する燃料処理装置と、燃料電池および燃料処理装置の少なくとも一方から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて発生する凝縮水を貯める凝縮水タンクと、燃料電池で発生する熱を吸収する冷却水が循環する冷却水循環流路と、冷却水循環流路上に配置されている冷却水タンクと、冷却水循環流路上に配置されている冷却水循環ポンプと、制御装置と、を備えている燃料電池システムであって、冷却水タンクは、燃料電池システムの外部から水が補給される水補給部が形成されており、凝縮水タンクには、冷却水タンクから水が供給されるように構成されているとともに、凝縮水タンク内の水を排出するための第２排水口が形成されており、制御装置は、冷却水タンク内の水の水位が第１排水口より低い第１水位以上になった場合、および、凝縮水タンク内の水の水位が第２排水口より低い第２水位以上になった場合の少なくともいずれか一方の場合に、凝縮水タンク内の水の水位が第２排水口以上にならないように冷却水循環ポンプを動作させる、燃料電池システムである。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell that reacts a fuel gas and an oxidant gas to supply electric power and heat, a fuel processing device that generates fuel gas supplied to the fuel cell, a fuel cell, and a fuel processing device. A condensed water tank that stores condensed water generated by condensing water vapor in exhaust gas discharged from at least one of the cooling water, a cooling water circulation passage that circulates cooling water that absorbs heat generated by the fuel cell, and a cooling water circulation passage. A fuel cell system comprising a cooling water tank arranged, a cooling water circulation pump arranged on a cooling water circulation channel, and a control device, wherein the cooling water tank is water from the outside of the fuel cell system. A water replenishment section is formed to replenish water, and the condensate water tank is configured to be supplied with water from the cooling water tank and for discharging water in the condensate water tank. 2 drainage ports are formed, and the control device is configured such that the water level in the cooling water tank is equal to or higher than the first water level lower than the first drainage port, and the water level in the condensed water tank is the second level. In the fuel cell system, the cooling water circulation pump is operated so that the water level in the condensed water tank does not exceed the second drainage port in at least one of the cases when the second water level is lower than the drainage port. is there.
この構成において、冷却水タンク内の水の水位が第１排水口より低い第１水位以上になった場合に、冷却水タンク内の水位が第１排水口以下になるように冷却水循環ポンプを動作させることで、供給された水が排水されないようにすることができる。そのため、例え
ば、冷却水タンクに純水カートリッジの純水を供給するような手動給水の方式でも、量が限られている純水の排水を抑制して、純水を最大限利用することができ、燃料電池システムの異常の報知も抑制することができる。つまり、最小限の純水の供給量で効率よく給水することが可能となり、設置時に必要な純水量を抑制することで、初期費用を抑制し設置時の経済性の向上を図ることができる。
In this configuration, when the water level in the cooling water tank is equal to or higher than the first water level lower than the first drain port, the cooling water circulation pump is operated so that the water level in the cooling water tank is equal to or lower than the first drain port. By doing so, the supplied water can be prevented from being drained. Therefore, for example, even with a manual water supply system that supplies pure water from a pure water cartridge to a cooling water tank, it is possible to suppress the drainage of pure water, which has a limited amount, and to use pure water to the maximum extent. In addition, notification of abnormality of the fuel cell system can be suppressed. In other words, it is possible to efficiently supply water with a minimum amount of pure water supplied, and by suppressing the amount of pure water required at the time of installation, it is possible to suppress initial costs and improve economic efficiency at the time of installation.
なお、冷却水タンクと凝縮水タンクとは一体としても構成してもよい、つまり共通の一つのタンクで構成されていてもよい。この場合、タンク内の貯水部を一つとしてもよいし、冷却水タンク用の貯水部と凝縮水タンク用の貯水部とを隔壁などで隔てて形成してもよい。この場合、第１排水口と第２排水口とは一つの排水口を兼用してもよいし、二つの排水口を形成してもよい。さらに、第１水位と第２水位とは共通の水位としてもよい。また、「凝縮水タンクには、冷却水タンクから水が供給されるように構成されている」とは、冷却水タンク内に水が供給されることにより凝縮水タンク内に水が供給されるので、冷却水タンク内に水が供給されると同じ現象となる。 In addition, the cooling water tank and the condensed water tank may be configured as a single unit, that is, may be configured by a single common tank. In this case, the number of water storage sections in the tank may be one, or the water storage section for the cooling water tank and the water storage section for the condensed water tank may be separated from each other by a partition wall or the like. In this case, the first drain port and the second drain port may serve as one drain port or may form two drain ports. Further, the first water level and the second water level may be a common water level. Further, “the condensate water tank is configured to be supplied with water from the cooling water tank” means that water is supplied into the condensate water tank by supplying water into the cooling water tank. Therefore, the same phenomenon occurs when water is supplied into the cooling water tank.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この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 the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１の燃料電池システムについて、図１を用いて説明する。
(Embodiment 1)
The fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to FIG.
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
図１に示すように、本実施の形態１の燃料電池システムは、水素等の燃料ガスと空気中の酸素等の酸化剤ガスとを反応させて電力および熱を供給する燃料電池１と、燃料電池１に供給される水素等の燃料ガスを生成する燃料処理装置２と、を備えている。また、燃料電池システムは、燃料電池１から排出されるカソードオフガス中の水蒸気および燃料処理装置２から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて発生する凝縮水を貯める凝縮水タンク２５と、燃料電池１で発生する熱を回収する冷却水が循環する冷却水循環流路８と、冷却水循環流路８上に配置されている冷却水タンク２３と、を備えている。さらに、燃料電池システムは、冷却水循環流路８上に配置されている冷却水循環ポンプ１０と、冷却水タンク２３に形成されている第１排水口３５と凝縮水タンク２５に形成されている第１入水口３６とに接続している第１水供給流路３１と、制御装置１１を備えている。 As shown in FIG. 1, the fuel cell system of the first embodiment includes a fuel cell 1 that supplies a power and heat by reacting a fuel gas such as hydrogen with an oxidant gas such as oxygen in the air, and a fuel. And a fuel processing device 2 that generates a fuel gas such as hydrogen supplied to the battery 1. The fuel cell system also includes a condensed water tank 25 that stores condensed water generated by condensing water vapor in the cathode off-gas discharged from the fuel cell 1 and water vapor in the exhaust gas discharged from the fuel processing device 2, and a fuel cell. 1 is provided with a cooling water circulation passage 8 through which cooling water for recovering heat generated in 1 circulates, and a cooling water tank 23 disposed on the cooling water circulation passage 8. Further, the fuel cell system includes a cooling water circulation pump 10 disposed on the cooling water circulation passage 8, a first drain port 35 formed in the cooling water tank 23, and a first water tank formed in the condensed water tank 25. A first water supply channel 31 connected to the water inlet 36 and the control device 11 are provided.
冷却水タンク２３は、凝縮水タンク２５以上の高さ、好ましくは凝縮水タンクより高い位置に配置されているとともに、燃料電池システムの外部から水が補給される水補給部、例えば、水カートリッジ２８が接続される接続部２９（水補給部）が形成されている。 The cooling water tank 23 is disposed at a height higher than the condensate water tank 25, preferably higher than the condensate water tank, and is a water replenishment unit for supplying water from the outside of the fuel cell system, for example, a water cartridge 28. A connection portion 29 (water replenishment portion) to which is connected is formed.
凝縮水タンク２５には、凝縮水タンク２５内の水を排出するための第２排水口３７が形成されている。さらに、凝縮水タンク２５と冷却水タンク２３とに接続している第２水供給流路２７と、第２水供給流路２７に配置されている冷却水供給ポンプ２４とイオン交換樹脂２６とを備えている。 The condensed water tank 25 is formed with a second drainage port 37 for discharging water in the condensed water tank 25. Furthermore, a second water supply passage 27 connected to the condensed water tank 25 and the cooling water tank 23, a cooling water supply pump 24 and an ion exchange resin 26 disposed in the second water supply passage 27 are provided. I have.
燃料電池１は、燃料処理装置２で生成された燃料ガス（例えば、水素）と、空気ブロワなどから送られた空気中の酸素とを、燃料極であるアノード１２および酸素極であるカソード１３において電気化学的に反応させて発電を行う。燃料電池１は、同時に、燃料ガスと酸素との反応により水を生成するため、燃料電池１のカソード１３からは水蒸気成分を多く含んだオフガスを排出する。また、燃料電池１の冷却部１４には、冷却水循環ポンプ１０により、冷却水タンク２３に貯蔵された冷却水が供給され、冷却水循環流路８によって冷却水熱交換器７との間を循環する。 The fuel cell 1 uses a fuel gas (for example, hydrogen) generated by the fuel processing device 2 and oxygen in the air sent from an air blower or the like at an anode 12 as a fuel electrode and a cathode 13 as an oxygen electrode. Electric power is generated by electrochemical reaction. At the same time, the fuel cell 1 generates water by the reaction between the fuel gas and oxygen, and therefore, the cathode 13 of the fuel cell 1 discharges off gas containing a large amount of water vapor components. The cooling water 14 stored in the cooling water tank 23 is supplied to the cooling unit 14 of the fuel cell 1 by the cooling water circulation pump 10, and circulates between the cooling water heat exchanger 7 through the cooling water circulation passage 8. .
燃料処理装置２は、メタンやプロパンなどの炭化水素ガスを含む原料ガスから、触媒による改質反応（例えば水蒸気改質反応）により水素を生成し、燃料電池１のアノード１２に送出する。そして、燃料処理装置２は、一般に、原料ガスの燃焼熱を用いて改質反応を促進するため、水蒸気成分を多く含んだ燃焼排ガスを排出する。 The fuel processing device 2 generates hydrogen from a raw material gas containing a hydrocarbon gas such as methane or propane by a reforming reaction using a catalyst (for example, a steam reforming reaction), and sends the hydrogen to the anode 12 of the fuel cell 1. And since the fuel processing apparatus 2 generally accelerates | stimulates a reforming reaction using the combustion heat of raw material gas, the combustion exhaust gas containing many water vapor | steam components is discharged | emitted.
貯湯タンク３からの貯湯水は、貯湯ポンプ４により、燃料処理装置２の排ガスの排熱を回収する排ガス熱交換器５と、燃料電池１のカソードオフガスの排熱を回収するカソードオフガス熱交換器６と、燃料電池１の冷却水の排熱を回収する冷却水熱交換器７とを介して貯湯タンク３に戻る貯湯水循環流路９を備える。 Hot water from the hot water storage tank 3 is collected by an exhaust gas heat exchanger 5 that recovers exhaust heat of exhaust gas from the fuel processing device 2 by a hot water storage pump 4 and a cathode off gas heat exchanger that recovers exhaust heat of the cathode off gas of the fuel cell 1. 6 and a hot water circulation passage 9 that returns to the hot water storage tank 3 via a cooling water heat exchanger 7 that recovers the exhaust heat of the cooling water of the fuel cell 1.
排ガス熱交換器５は、貯湯水循環流路９を循環する貯湯水との熱交換により燃料処理装置２からの排ガスの排熱を回収するとともに、排ガスから凝縮水を生成する。カソードオフガス熱交換器６は貯湯水循環流路９を循環する貯湯水との熱交換により燃料電池１から排出されるカソードオフガスの排熱を回収するとともに、カソードオフガスから凝縮水を生成する。 The exhaust gas heat exchanger 5 collects exhaust heat of the exhaust gas from the fuel processing device 2 by heat exchange with the hot water circulating in the hot water circulation channel 9 and generates condensed water from the exhaust gas. The cathode offgas heat exchanger 6 collects exhaust heat of the cathode offgas discharged from the fuel cell 1 by heat exchange with the hot water circulating through the hot water circulation passage 9 and generates condensed water from the cathode offgas.
冷却水熱交換器７は燃料電池１の冷却水の排熱を回収する。なお、排ガス熱交換器５からの排ガスおよびその凝縮水と、カソードオフガス熱交換器６からのカソードオフガスおよびその凝縮水は、気液分離器２０において、凝縮水成分とガス成分とに分離され、ガス成分であるカソードオフガスと排ガスは外部に排気され、凝縮水は凝縮水タンク２５に貯留される。なお、これら熱交換器としては、例えば二重管式やシェルアンドチューブ式、プレート式などの熱交換器を用いられる。 The cooling water heat exchanger 7 recovers the exhaust heat of the cooling water of the fuel cell 1. The exhaust gas and its condensed water from the exhaust gas heat exchanger 5 and the cathode off gas and its condensed water from the cathode off gas heat exchanger 6 are separated into a condensed water component and a gas component in the gas-liquid separator 20, Cathode off gas and exhaust gas, which are gas components, are exhausted to the outside, and condensed water is stored in the condensed water tank 25. In addition, as these heat exchangers, for example, heat exchangers such as a double tube type, a shell and tube type, and a plate type are used.
なお、冷却水タンク２３は、燃料電池１で発電に伴って発生する熱を回収して燃料電池を所定温度に保つための冷却水を貯留する。第２水供給流路２７は、凝縮水タンク２５内の凝縮水を冷却水として冷却水タンク２３に補給する。冷却水供給ポンプ２４は、凝縮水タンク２５より下方に配置されたポンプであり、凝縮水タンク２５内の凝縮水を第２水供給流路２７を通して冷却水タンク２３に送る。イオン交換樹脂２６は、第２水供給流路２７の途中に設けられ凝縮水タンク２５からの凝縮水を純水に処理する。 The cooling water tank 23 stores cooling water for recovering heat generated by power generation in the fuel cell 1 and keeping the fuel cell at a predetermined temperature. The second water supply channel 27 supplies the cooling water tank 23 with the condensed water in the condensed water tank 25 as cooling water. The cooling water supply pump 24 is a pump disposed below the condensed water tank 25 and sends the condensed water in the condensed water tank 25 to the cooling water tank 23 through the second water supply channel 27. The ion exchange resin 26 is provided in the middle of the second water supply channel 27 to treat the condensed water from the condensed water tank 25 into pure water.
冷却水タンク２３には、例えば、内部に純水を保持した水カートリッジ２８を接続するための接続部２９が設けられている。また、冷却水タンク２３はオーバーフロー分を第１水供給流路３１を通じて凝縮水タンク２５に排出する第１排水口３５を有し、さらに、それより低い位置で水位を検出する、例えばフロートスイッチからなる第１水位検知器３３を有する。 For example, the cooling water tank 23 is provided with a connecting portion 29 for connecting a water cartridge 28 holding pure water therein. Further, the cooling water tank 23 has a first drain port 35 for discharging the overflow amount to the condensed water tank 25 through the first water supply channel 31, and further detects the water level at a position lower than that, for example from a float switch The first water level detector 33 is provided.
凝縮水タンク２５はオーバーフロー分を排水流路３２を通じて外部に排出する第２排水口３７を有し、さらに、それより低い位置で水位を検出する、例えばフロートスイッチを備えている第２水位検知器３４を有する。 The condensed water tank 25 has a second drainage port 37 for discharging the overflow amount to the outside through the drainage channel 32, and further detects a water level at a lower position, for example, a second water level detector having a float switch. 34.
ここで、水カートリッジ２８は、例えば、冷却水タンク２３、燃料電池１の冷却部１４および冷却水熱交換器７を含む冷却水循環流路８、第１水供給流路３１、凝縮水タンク２５を満たすのに十分な量の水を保持することができるものである。また、水カートリッジ２８はカートリッジ側接続部３０を有し、冷却水タンク２３の接続部２９と着脱自在な構成を有している。
このカートリッジ側接続部３０は、例えば、通常はバネ力により弁が機械的に閉止された状態にあり、接続部２９への装着により、バネ力が解除され弁が開放され、水カートリッジ２８の内部と冷却水タンク２３とが連通するような構成が望ましい。さらに、装着時に接続部２９およびカートリッジ側接続部３０がシール性を保持するものであれば、水補給
時の周囲への不測の水漏れを防止することができる。また、水カートリッジ２８が冷却水タンク２３上に保持されるような構成であれば、所定の重量を有する水カートリッジ２８を作業者が持ったままの状態で拘束されることなく、水の補給を行うこともできる。
Here, the water cartridge 28 includes, for example, a cooling water tank 23, a cooling water circulation channel 8 including the cooling unit 14 of the fuel cell 1 and the cooling water heat exchanger 7, a first water supply channel 31, and a condensed water tank 25. It can hold a sufficient amount of water to fill. Further, the water cartridge 28 has a cartridge side connection portion 30 and is configured to be detachable from the connection portion 29 of the cooling water tank 23.
For example, the cartridge-side connecting portion 30 is normally in a state in which the valve is mechanically closed by a spring force, and the spring force is released and the valve is opened by being attached to the connecting portion 29. A configuration in which the cooling water tank 23 communicates with the cooling water tank 23 is desirable. Furthermore, if the connection part 29 and the cartridge side connection part 30 maintain the sealing property at the time of mounting, it is possible to prevent unexpected water leakage to the surroundings when water is replenished. Further, if the water cartridge 28 is held on the cooling water tank 23, the water cartridge 28 having a predetermined weight can be replenished without being restrained while the operator holds the water cartridge 28. It can also be done.
このような燃料電池システムを初めて設置する際は、冷却水タンク２３内部は空の状態であり、システムを運転するためには、冷却水タンク２３を冷却用の水で満たす必要がある。このような冷却水としては、燃料電池１の劣化を抑制するために、純水やイオン交換水、蒸留水等の純度が高く導電率の低い水が望ましい。 When installing such a fuel cell system for the first time, the inside of the cooling water tank 23 is empty, and it is necessary to fill the cooling water tank 23 with cooling water in order to operate the system. As such cooling water, in order to suppress deterioration of the fuel cell 1, water with high purity and low conductivity, such as pure water, ion exchange water, and distilled water, is desirable.
本実施の形態１では、例えば純水を内部に保持した水カートリッジ２８を用い、そのカートリッジ側接続部３０を冷却水タンク２３の接続部２９に機械的に接続し、冷却水タンク２３に水カートリッジ２８内の純水を補給する。 In the first embodiment, for example, a water cartridge 28 that holds pure water therein is used, and the cartridge side connection portion 30 is mechanically connected to the connection portion 29 of the cooling water tank 23, and the water cartridge is connected to the cooling water tank 23. The pure water in 28 is replenished.
冷却水タンク２３に純水が供給され続けると、徐々に水面は上昇する。そして、制御装置１１は、第１排水口３５より低い位置に設置した第１水位検知器３３で、冷却水タンク２３内の水の水位が第１排水口３５より低い第１水位以上を検出したときに、冷却水循環ポンプ１０を起動させ、冷却水循環流路８、燃料電池の冷却部１４および冷却水熱交換器７に順次水を張っていく。冷却水循環流路８や燃料電池の冷却部１４、冷却水熱交換器７の内部には、初期には空気が存在するため、例えば、水の自重だけで水を張るだけでは、流路内の空気層を十分外部に排除できない場合がある。そこで、冷却水循環ポンプ１０を用いて強制的に水を送ることで、冷却水循環流路８等の内部の空気を、例えば、冷却水タンク２３から外部に排除し、流路内を十分な純水で満たすことが可能となる。 As pure water continues to be supplied to the cooling water tank 23, the water surface gradually rises. And the control apparatus 11 detected more than the 1st water level with the 1st water level detector 33 installed in the position lower than the 1st drain outlet 35 where the water level in the cooling water tank 23 is lower than the 1st drain outlet 35 Sometimes, the cooling water circulation pump 10 is activated, and water is successively applied to the cooling water circulation passage 8, the fuel cell cooling section 14, and the cooling water heat exchanger 7. Since air is initially present in the cooling water circulation channel 8, the fuel cell cooling unit 14, and the cooling water heat exchanger 7, for example, if the water is only stretched by its own weight, There are cases where the air layer cannot be sufficiently removed to the outside. Therefore, by forcibly sending water using the cooling water circulation pump 10, air inside the cooling water circulation flow path 8 or the like is excluded from the cooling water tank 23 to the outside, for example, and sufficient pure water is contained in the flow path. Can be satisfied.
このとき、制御装置１１は、冷却水循環ポンプ１０を、接続部２９から冷却水タンクに水の補給を継続している時に、第１水位検知器が第１水位を検知するように冷却水循環ポンプを動作させてもよい。ここで、第１水位は、所定の水位幅になるように設定してもよい。 At this time, the control device 11 switches the cooling water circulation pump 10 so that the first water level detector detects the first water level while continuing to supply water from the connecting portion 29 to the cooling water tank. It may be operated. Here, the first water level may be set to have a predetermined water level width.
このとき、冷却水タンク２３の水位上昇は一旦は鈍化ないしは水位低下に転じるものの、さらに、水カートリッジ２８より冷却水タンク２３に純水が供給され続けると、第１排水口３５から水が溢れはじめ、このオーバーフロー分は第１水供給流路３１を通じて凝縮水タンク２５に排出される。凝縮水タンク２５にオーバーフローとしての純水が供給され続けると、徐々に水面が上昇する。制御装置１１は、第２排水口３７より低い位置に設置した第２水位検知器３４で、凝縮水タンク内の水の水位が第２排水口より低い第２水位以上になったことを検知した場合、冷却水供給ポンプ２４の動作を開始させ、イオン交換樹脂２６を含む冷却水供給流路２７の中の水張りを行ってもよい。 At this time, although the rise in the water level of the cooling water tank 23 temporarily slows down or drops in the water level, if pure water continues to be supplied from the water cartridge 28 to the cooling water tank 23, the water begins to overflow from the first drain port 35. The overflow is discharged to the condensed water tank 25 through the first water supply channel 31. When pure water as an overflow continues to be supplied to the condensed water tank 25, the water surface gradually rises. The control device 11 detects that the water level in the condensed water tank is equal to or higher than the second water level lower than that of the second drainage port by the second water level detector 34 installed at a position lower than the second drainage port 37. In this case, the operation of the cooling water supply pump 24 may be started and water filling in the cooling water supply flow path 27 including the ion exchange resin 26 may be performed.
さらに、制御装置１１は、接続部２９から冷却水タンク２３および凝縮水タンク２５に水の補給を継続している時に、第２水位検知器３４が第２水位を検知するように、冷却水供給ポンプを動作させてもよい。 Further, the control device 11 supplies the cooling water so that the second water level detector 34 detects the second water level while continuing to supply water from the connecting portion 29 to the cooling water tank 23 and the condensed water tank 25. The pump may be operated.
なお、水カートリッジ２８からの純水の供給の停止は、凝縮水タンク２５の第２排水口３７からのオーバーフロー水の排水の確認、もしくは、純水を収納した水カートリッジ２８の残水量が所定量以下もしくは水カートリッジ２８が空になった時点で終了とすればよい。 The supply of pure water from the water cartridge 28 is stopped by confirming the drainage of the overflow water from the second drain port 37 of the condensed water tank 25 or the remaining water amount of the water cartridge 28 containing the pure water being a predetermined amount. The process may be ended below or when the water cartridge 28 becomes empty.
本実施の形態によれば、水カートリッジ２８を冷却水タンク２３に接続するだけの簡単な構成で、冷却水タンク２３および凝縮水タンク２５への純水の供給を可能とすることができる。また、初期設置時に、凝縮水タンク２５に純水を供給することでし、イオン交換樹脂２６への負荷を減らすことができ、システムの信頼性の向上を図ることができる。さ
らに、凝縮水タンク２５から第２排水口３７へオーバーフローさせることなく、純水を冷却水タンク２３、冷却水循環流路８、凝縮水タンク２５に補給することができ、最小限の供給量で効率よく純水をシステム内に補給することが可能となり、設置時に必要な純水量を抑制することで、初期費用を抑制し設置時の経済性の向上を図ることができる。また、凝縮水タンク２５の水位を十分確保しておくことで、イオン交換樹脂２６を含む冷却水供給流路２７の中の水張りを行うことも容易に実現できる。
According to the present embodiment, pure water can be supplied to the cooling water tank 23 and the condensed water tank 25 with a simple configuration in which the water cartridge 28 is simply connected to the cooling water tank 23. Further, pure water is supplied to the condensed water tank 25 at the time of initial installation, so that the load on the ion exchange resin 26 can be reduced, and the reliability of the system can be improved. Furthermore, the pure water can be replenished to the cooling water tank 23, the cooling water circulation passage 8 and the condensed water tank 25 without overflowing from the condensed water tank 25 to the second drain port 37, and the efficiency can be reduced with the minimum supply amount. It is possible to replenish pure water into the system well, and by suppressing the amount of pure water required at the time of installation, the initial cost can be suppressed and the economic efficiency at the time of installation can be improved. In addition, by sufficiently securing the water level of the condensed water tank 25, it is possible to easily fill the cooling water supply passage 27 including the ion exchange resin 26.
したがって、本実施の形態によれば、簡単な構成で、システム内への純水供給を可能とし、かつ、最小限の供給量で効率よく純水をシステム内に補給することを可能とすることで、信頼性と設置時の経済性に優れた燃料電池システムを提供することができる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to supply pure water into the system with a simple configuration, and to efficiently replenish pure water into the system with a minimum supply amount. Thus, it is possible to provide a fuel cell system that is excellent in reliability and economy at the time of installation.
なお、本実施の形態では、冷却水タンク２３の第１水位検知器３３が水位を検出した後に、冷却水循環ポンプ１０を起動するものとしたが、冷却水タンク２３をオーバーフローさせ凝縮水タンク２５の第２水位検知器３４が水位を検出した後に、冷却水循環ポンプ１０を起動するものとしてもよい。この場合、冷却水循環流路８への水張り開始により、凝縮水タンク２５へのオーバーフローは停止され、冷却水タンク２３の水位も低下するが、冷却水循環流路８への水張りが完了すると水位は回復し、再度第１水位検知器３３が十分な水位を確認できた時点で、冷却水循環ポンプ１０を停止させればよい。 In the present embodiment, the cooling water circulation pump 10 is started after the first water level detector 33 of the cooling water tank 23 detects the water level. However, the cooling water tank 23 overflows and the condensed water tank 25 The cooling water circulation pump 10 may be started after the second water level detector 34 detects the water level. In this case, the overflow to the condensate water tank 25 is stopped by the start of water filling to the cooling water circulation channel 8 and the water level of the cooling water tank 23 is lowered, but the water level is restored when the water filling to the cooling water circulation channel 8 is completed. Then, the cooling water circulation pump 10 may be stopped when the first water level detector 33 has confirmed a sufficient water level again.
また、本実施の形態では、水位センサを用いて水位検出により直接補給量を検出するものとしたが、制御装置（図示せず）により、水補給操作の開始時点からの経過時間により補給量を算出し、冷却水循環ポンプ１０の起動タイミングを決定するものとしても構わない。 In this embodiment, the replenishment amount is directly detected by detecting the water level using a water level sensor. However, the replenishment amount is determined by the control device (not shown) according to the elapsed time from the start of the water replenishment operation. The start timing of the coolant circulation pump 10 may be calculated and determined.
さらに、本実施の形態では、冷却水タンク２３に水カートリッジ２８が接続される接続部２９が設けられるものとしたが、冷却水タンク２３に例えばホースが接続され、その先端に蓋つきの漏斗を設けられ、そこに水カートリッジ２８より水を注ぎ込むような構成としても構わない。 Further, in the present embodiment, the connection portion 29 for connecting the water cartridge 28 to the cooling water tank 23 is provided. However, for example, a hose is connected to the cooling water tank 23 and a funnel with a lid is provided at the tip. However, the water cartridge 28 may be poured with water.
また、本実施の形態では、冷却水タンク２３は、凝縮水タンク２５より上方に配置されているものとしたが、略同等の高さに配置するものでもよく、例えば、同一の筐体内に区画された２室を設け、それぞれを冷却水および凝縮水を収納するタンクとするような構成としてもよい。このとき、第１水供給流路３１は、筐体内を区画する隔壁を越えて、冷却水が凝縮水側の室に流出する部分と設定することができる。 In the present embodiment, the cooling water tank 23 is disposed above the condensate water tank 25. However, the cooling water tank 23 may be disposed at substantially the same height, for example, in the same casing. The two chambers may be provided, and each may be configured as a tank for storing cooling water and condensed water. At this time, the 1st water supply flow path 31 can be set as the part which a cooling water flows out into the chamber by the side of a condensed water beyond the partition which divides the inside of a housing | casing.
（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２の燃料電池システムについて、図２を用いて説明する。
(Embodiment 2)
The fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention will be described below with reference to FIG.
図２は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図である。なお、本実施の形態の燃料電池システムの構成およびその作用は、実施の形態１で説明したものと略同一であるので、詳細な説明は省略する。 FIG. 2 is a configuration diagram of the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention. Note that the configuration and operation of the fuel cell system according to the present embodiment are substantially the same as those described in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.
本実施の形態２が実施の形態１と異なるのは、冷却水タンク２３と燃料処理装置２とに接続している第３水供給流路３８と、第３水供給流路３８上に配置されている改質水ポンプ３９とを備え、燃料処理装置２は、原料ガスと改質水ポンプ３９から供給される水とを改質反応させて燃料ガスを生成するように構成されており、制御装置（図示せず）は、冷却水タンク２３内の水の水位が第１排水口３５より低い第３水位以上になった場合、改質水ポンプ３９を動作させる点である。これによれば、簡単な構成で、設置初期においても燃料処理装置２に容易かつ速やかに改質水を供給することができる。 The second embodiment is different from the first embodiment in that the third water supply channel 38 connected to the cooling water tank 23 and the fuel processor 2 is disposed on the third water supply channel 38. The reforming water pump 39 is provided, and the fuel processing apparatus 2 is configured to generate a fuel gas by performing a reforming reaction between the raw material gas and the water supplied from the reforming water pump 39. The device (not shown) is to operate the reforming water pump 39 when the water level in the cooling water tank 23 becomes equal to or higher than the third water level lower than the first drain port 35. According to this, the reforming water can be easily and quickly supplied to the fuel processing device 2 with a simple configuration even at the initial stage of installation.
したがって、設置時の試運転時間を短縮でき、設置性に優れた燃料電池システムを提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a fuel cell system that can shorten the trial run time at the time of installation and has excellent installability.
なお、実施の形態１および２において、冷却水タンク２３と凝縮水タンク２５とは一体としても構成してもよい、つまり共通の一つのタンクで構成されていてもよい。この場合、タンク内の貯水部を一つとしてもよいし、冷却水用の貯水部と凝縮水用の貯水部とを隔壁などで隔てて形成してもよい。この場合、第１排水口３５と第２排水口３７とは一つの排水口を兼用してもよいし、二つの排水口を形成してもよい。さらに、第１水位と第２水位とは共通の水位としてもよい。 In the first and second embodiments, the cooling water tank 23 and the condensed water tank 25 may be configured as a single unit, that is, may be configured as a single common tank. In this case, the number of water storage sections in the tank may be one, or the water storage section for cooling water and the water storage section for condensed water may be separated from each other by a partition wall or the like. In this case, the first drain port 35 and the second drain port 37 may serve as one drain port or may form two drain ports. Further, the first water level and the second water level may be a common water level.
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、水の効率的な利用を実現することができるので、家庭用および業務用の、固体高分子形および固体高分子形燃料電池システムなどの様々な燃料電池システムに適用できる。 As described above, since the fuel cell system according to the present invention can achieve efficient use of water, various types such as a polymer electrolyte fuel cell system and a polymer electrolyte fuel cell system for home use and business use are available. Applicable to various fuel cell systems.
１ 燃料電池
２ 燃料処理装置
３ 貯湯タンク
４ 貯湯ポンプ
５ 排ガス熱交換器
６ カソードオフガス熱交換器
７ 冷却水熱交換器
８ 冷却水循環流路
９ 貯湯水循環流路
１０ 冷却水循環ポンプ
１１ 制御装置
２３ 冷却水タンク
２５ 凝縮水タンク
２８ 水カートリッジ
２９ 接続部（水補給部）
３０ カートリッジ側接続部
３１ 第１水供給流路
３３ 第１水位検知器
３４ 第２水位検知器
３５ 第１排水口
３６ 第１入水口
３７ 第２排水口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Fuel processing apparatus 3 Hot water storage tank 4 Hot water storage pump 5 Exhaust gas heat exchanger 6 Cathode off-gas heat exchanger 7 Cooling water heat exchanger 8 Cooling water circulation channel 9 Hot water circulation channel 10 Cooling water circulation pump 11 Control device 23 Cooling water Tank 25 Condensed water tank 28 Water cartridge 29 Connection part (water replenishment part)
30 Cartridge side connection portion 31 First water supply channel 33 First water level detector 34 Second water level detector 35 First drain port 36 First water inlet 37 Second drain port
Claims (9)
前記燃料電池で発生する熱を吸収する冷却水が循環する冷却水循環流路と、
前記冷却水循環流路上に配置されている冷却水タンクと、
前記冷却水循環流路上に配置されている冷却水循環ポンプと、
前記冷却水タンクに形成されている第１排水口と、
制御装置と、
を備えている燃料電池システムであって、
前記冷却水タンクは、前記燃料電池システムの外部から水が補給される水補給部が形成されており、
前記制御装置は、前記冷却水タンク内の水の水位が前記第１排水口より低い第１水位以上になった場合に、前記冷却水循環ポンプを動作させる燃料電池システム。 A fuel cell that reacts a fuel gas with an oxidant gas to supply power and heat; and
A cooling water circulation passage through which cooling water that absorbs heat generated in the fuel cell circulates;
A cooling water tank disposed on the cooling water circulation channel;
A cooling water circulation pump disposed on the cooling water circulation channel;
A first drain port formed in the cooling water tank;
A control device;
A fuel cell system comprising:
The cooling water tank is formed with a water replenishment portion for replenishing water from the outside of the fuel cell system,
The said control apparatus is a fuel cell system which operates the said cooling water circulation pump, when the water level in the said cooling water tank becomes more than the 1st water level lower than the said 1st drain outlet.
前記制御装置は、前記水補給部から前記冷却水タンクに水の補給を継続している時に、前記第１水位検知器が前記第１水位を検知するように前記冷却水循環ポンプを動作させる、請求項１に記載の燃料電池システム。 A first water level detector for detecting the water level in the cooling water tank;
The control device operates the cooling water circulation pump so that the first water level detector detects the first water level when water supply from the water supply unit to the cooling water tank is continued. Item 4. The fuel cell system according to Item 1.
前記第１排水口と前記凝縮水タンクに形成されている第１入水口とに接続している第１水供給流路と、
を備え、
前記冷却水タンクは、前記凝縮水タンクの高さ以上に配置されており、
前記凝縮水タンクには、前記凝縮水タンク内の水を排出するための第２排水口が形成されており、
前記制御装置は、前記凝縮水タンク内の水の水位が前記第２排水口より低い第２水位以上になった場合に、前記冷却水循環ポンプを動作させる、請求項１に記載の燃料電池システム。 A condensed water tank for storing condensed water generated by condensing water vapor in the exhaust gas discharged from the fuel cell;
A first water supply channel connected to the first drain port and a first inlet port formed in the condensed water tank;
With
The cooling water tank is disposed at a height equal to or higher than the condensed water tank;
In the condensed water tank, a second drain port for discharging water in the condensed water tank is formed,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control device operates the cooling water circulation pump when a water level in the condensate water tank is equal to or higher than a second water level lower than the second drain port.
前記第２水供給流路に配置されている冷却水供給ポンプと、
を備え、
前記制御装置は、前記凝縮水タンク内の水の水位が前記第２排水口より低い第３水位以上になった場合、前記冷却水供給ポンプを動作させる、請求項４に記載の燃料電池システム。 A second water supply channel connected to the condensed water tank and the cooling water tank;
A cooling water supply pump disposed in the second water supply flow path;
With
5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the control device operates the cooling water supply pump when a water level in the condensate water tank is equal to or higher than a third water level lower than the second drain port.
前記制御装置は、前記水補給部から前記冷却水タンクおよび前記凝縮水タンクに水の補給を継続している時に、前記第２水位検知器が第２水位を検知するように、前記冷却水供給ポンプを動作させる、請求項４又は５に記載の燃料電池システム。 A second water level detector for detecting the water level in the condensed water tank;
The control device supplies the cooling water so that the second water level detector detects the second water level when water is continuously supplied from the water supply unit to the cooling water tank and the condensed water tank. The fuel cell system according to claim 4 or 5, wherein the pump is operated.
前記冷却水タンクと前記燃料処理装置とに接続している第３水供給流路と、
前記第３水供給流路上に配置されている改質水ポンプと、
を備え、
前記燃料処理装置は、原料ガスと前記改質水ポンプから供給される水とを改質反応させて燃料ガスを生成するように構成されており、
前記制御装置は、前記冷却水タンク内の水の水位が前記第１排水口より低い第４水位以上になった場合、前記改質水ポンプを動作させる、請求項４〜６のいずれか１項３に記載の燃料電池システム。 A fuel processor for generating fuel gas to be supplied to the fuel cell;
A third water supply channel connected to the cooling water tank and the fuel processing device;
A reforming water pump disposed on the third water supply channel;
With
The fuel processing device is configured to generate a fuel gas by reforming a raw material gas and water supplied from the reforming water pump,
The said control apparatus operates the said reforming water pump, when the water level in the said cooling water tank becomes more than the 4th water level lower than a said 1st drain outlet. 4. The fuel cell system according to 3.
前記燃料電池に供給される燃料ガスを生成する燃料処理装置と、
前記燃料電池および前記燃料処理装置の少なくとも一方から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて発生する凝縮水を貯める凝縮水タンクと、
前記燃料電池で発生する熱を吸収する冷却水が循環する冷却水循環流路と、
前記冷却水循環流路上に配置されている冷却水タンクと、
前記冷却水循環流路上に配置されている冷却水循環ポンプと、
制御装置と、
を備えている燃料電池システムであって、
前記冷却水タンクは、前記燃料電池システムの外部から水が補給される水補給部が形成されており、
前記凝縮水タンクには、前記冷却水タンクから水が供給されるように構成されているとともに、前記凝縮水タンク内の水を排出するための第２排水口が形成されており、
前記制御装置は、前記冷却水タンク内の水の水位が前記第１排水口より低い第１水位以上になった場合、および、前記凝縮水タンク内の水の水位が前記第２排水口より低い第２水位以上になった場合の少なくともいずれか一方の場合に、前記凝縮水タンク内の水の水位が前記第２排水口以上にならないように前記冷却水循環ポンプを動作させる、
燃料電池システム。 A fuel cell that reacts a fuel gas with an oxidant gas to supply power and heat; and
A fuel processor for generating fuel gas to be supplied to the fuel cell;
A condensed water tank for storing condensed water generated by condensing water vapor in exhaust gas discharged from at least one of the fuel cell and the fuel processing device;
A cooling water circulation passage through which cooling water that absorbs heat generated in the fuel cell circulates;
A cooling water tank disposed on the cooling water circulation channel;
A cooling water circulation pump disposed on the cooling water circulation channel;
A control device;
A fuel cell system comprising:
The cooling water tank is formed with a water replenishment portion for replenishing water from the outside of the fuel cell system,
The condensed water tank is configured to be supplied with water from the cooling water tank, and has a second drainage port for discharging water in the condensed water tank,
The control device is configured such that when the water level in the cooling water tank is equal to or higher than the first water level lower than the first drainage port, and the water level in the condensed water tank is lower than the second drainage port. Operating the cooling water circulation pump so that the water level in the condensed water tank does not exceed the second drainage port in at least one of the cases where the second water level or higher is reached;
Fuel cell system.
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