JP2017162561A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
燃料電池システムにおいて水蒸気改質を行う場合、水が必要となる。この水は、改質水と呼ばれ、イオンを含んでいないことが必須であるため、イオン交換樹脂に市水を通過させて利用する。この改質水の一部又は全部として、排ガスの冷却により回収することの可能な凝縮水を利用することができれば、市水に含まれる塩素の影響やカルシウム/シリカの析出を回避することができる。よって、イオン交換樹脂にかかる負荷を軽減でき、燃料電池システムの長寿命化が可能となる。このような排ガスの凝縮水を改質水として利用する燃料電池システムとしては、特許文献1に記載の燃料電池システムがある。 When performing steam reforming in a fuel cell system, water is required. This water is called reformed water, and it is essential that the water does not contain ions. Therefore, city water is passed through an ion exchange resin for use. If condensed water that can be recovered by cooling the exhaust gas can be used as part or all of this reformed water, the influence of chlorine contained in city water and the precipitation of calcium / silica can be avoided. . Therefore, the load on the ion exchange resin can be reduced, and the life of the fuel cell system can be extended. As a fuel cell system that uses such condensed water of exhaust gas as reformed water, there is a fuel cell system described in Patent Document 1.
特許文献1に記載の燃料電池システムは、改質器と、燃料電池と、凝縮器と、タンクと、水位センサと、制御部とを備えている。改質器は、改質水で燃料原料を改質させてアノードガスを生成する。燃料電池は、アノードガス及びカソードガスにより発電する。凝縮器は、システムの運転に伴い発生する水蒸気含有ガスを冷却して凝縮水を生成する。タンクは、凝縮器において生成された凝縮水を回収して液相状の改質水として溜める。水位センサは、タンクにおける水位を検知する。制御部は、水位センサにより検出されるタンクの水位が所定の水位以上である場合には、燃料電池の発電出力を制限しない。一方、制御部は、水位センサにより検出されるタンクの水位が所定の水位よりも低い場合には、燃料電池の発電出力を制限又は停止する。 The fuel cell system described in Patent Document 1 includes a reformer, a fuel cell, a condenser, a tank, a water level sensor, and a control unit. The reformer reforms the fuel material with reformed water to generate anode gas. The fuel cell generates power with anode gas and cathode gas. The condenser cools the water vapor-containing gas generated as the system is operated to generate condensed water. The tank collects the condensed water generated in the condenser and stores it as liquid phase reforming water. The water level sensor detects the water level in the tank. The control unit does not limit the power generation output of the fuel cell when the water level of the tank detected by the water level sensor is equal to or higher than a predetermined water level. On the other hand, the control unit limits or stops the power generation output of the fuel cell when the water level of the tank detected by the water level sensor is lower than a predetermined water level.
ところで、特許文献1に記載の燃料電池システムでは、例えば外気温が高くなると、凝縮器の熱交換効率が低下するため、凝縮水の回収が困難となる。このような状況では、タンクの水位が所定の水位よりも低くなり易くなるため、燃料電池の発電出力が制限又は停止され易くなる。燃料電池の発電出力が制限又は停止されると、燃料電池の電力を利用した電子機器を駆動させることができず、システムとして求められる機能を満足することができないおそれがある。 By the way, in the fuel cell system described in Patent Document 1, for example, when the outside air temperature becomes high, the heat exchange efficiency of the condenser is lowered, so that it is difficult to collect the condensed water. In such a situation, the water level of the tank is likely to be lower than the predetermined water level, so that the power generation output of the fuel cell is likely to be limited or stopped. When the power generation output of the fuel cell is limited or stopped, the electronic device using the power of the fuel cell cannot be driven, and there is a possibility that the function required for the system cannot be satisfied.
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、凝縮水の回収効率を向上させることのできる燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a fuel cell system capable of improving the recovery efficiency of condensed water.
上記課題を解決するために、燃料電池システム(10)は、改質器(21)と、燃料電池(22)と、凝縮器(30)と、タンク(40)と、改質水配管(90)と、冷媒貯蔵部(111)と、吸着剤貯蔵部(112)と、制御部(130)とを備える。改質器は、改質水により燃料を改質させて燃料ガスを生成する。燃料電池は、燃料ガス及び酸化剤ガスにより発電する。凝縮器は、水蒸気含有ガスと第1冷媒との間で熱交換を行うことにより水蒸気含有ガスを冷却し、凝縮水を生成する。タンクは、凝縮器により生成される凝縮水を貯蔵する。改質水配管は、タンクに貯蔵される凝縮水を改質水として改質器に供給する。冷媒貯蔵部は、第2冷媒を貯蔵し、水蒸気含有ガスと熱交換を行うことにより水蒸気含有ガスを冷却する。吸着剤貯蔵部は、冷媒貯蔵部に貯蔵される第2冷媒を吸着反応により吸着する吸着剤が貯蔵される。制御部は、吸着剤による第2冷媒の吸着及び脱離を制御する。 In order to solve the above problems, the fuel cell system (10) includes a reformer (21), a fuel cell (22), a condenser (30), a tank (40), and a reforming water pipe (90). ), A refrigerant storage unit (111), an adsorbent storage unit (112), and a control unit (130). The reformer reforms the fuel with the reforming water to generate fuel gas. The fuel cell generates power using fuel gas and oxidant gas. The condenser cools the steam-containing gas by performing heat exchange between the steam-containing gas and the first refrigerant, and generates condensed water. The tank stores the condensed water produced by the condenser. The reforming water pipe supplies condensed water stored in the tank as reforming water to the reformer. The refrigerant storage unit stores the second refrigerant and cools the water vapor-containing gas by exchanging heat with the water vapor-containing gas. The adsorbent storage unit stores an adsorbent that adsorbs the second refrigerant stored in the refrigerant storage unit by an adsorption reaction. The control unit controls adsorption and desorption of the second refrigerant by the adsorbent.
この構成によれば、吸着剤貯蔵部の吸着剤の吸着反応により、冷媒貯蔵部に貯蔵される第2冷媒が蒸発する。その際に発生する第2冷媒の蒸発潜熱により冷媒貯蔵部が冷却されるため、冷却された冷媒貯蔵部と水蒸気含有ガスとの間で熱交換が行われることにより、水蒸気含有ガスから凝縮水が生成される。また、制御部が吸着剤の吸着及び脱離を繰り返して行うことにより、第2冷媒の蒸発潜熱を利用した水蒸気含有ガスの冷却を継続して行うことができる。結果的に、水蒸気含有ガスの冷却を凝縮器だけで行う場合と比較すると、凝縮水の回収効率を高めることができる。 According to this configuration, the second refrigerant stored in the refrigerant storage unit evaporates due to the adsorption reaction of the adsorbent in the adsorbent storage unit. Since the refrigerant storage unit is cooled by the latent heat of evaporation of the second refrigerant generated at that time, heat exchange is performed between the cooled refrigerant storage unit and the water vapor-containing gas, so that the condensed water is generated from the water vapor-containing gas. Generated. In addition, the controller can repeatedly perform adsorption and desorption of the adsorbent, thereby continuously cooling the water vapor-containing gas using the latent heat of vaporization of the second refrigerant. As a result, compared with the case where the steam-containing gas is cooled only by the condenser, the recovery efficiency of the condensed water can be increased.
なお、上記手段、及び特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis as described in the said means and a claim is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
本発明によれば、凝縮水の回収効率を向上させることができる。 According to the present invention, the condensate recovery efficiency can be improved.
<第1実施形態>
以下、燃料電池システムの第1実施形態について説明する。
図1に示されるように、本実施形態の燃料電池システム10は、発電モジュール20と、凝縮器30と、タンク40と、ポンプ50と、イオン交換樹脂60と、供給システム70とを備えている。発電モジュール20、凝縮器30、タンク40、ポンプ50、及びイオン交換樹脂60は、筐体80の内部に収容されている。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the fuel cell system will be described.
As shown in FIG. 1, the
発電モジュール20は、改質器21と、燃料電池22と、燃焼部23とを有している。発電モジュール20は、改質器21、燃料電池22、及び燃焼部23がモジュール化された構造を有している。
The
改質器21は、蒸発部210と、改質部211とを有している。蒸発部210は、タンク40から改質水配管90を通じて供給される液相状の改質水を水蒸気化させる。改質部211には、筐体80の外部から燃料配管91を通じて炭化水素系の燃料が供給される。改質部211は、蒸発部210により生成される水蒸気により燃料を水蒸気改質させて燃料ガスを生成する。燃料ガスは、水素、又は水素含有ガスである。改質部211により生成された燃料ガスは、燃料配管92を通じて燃料電池22に供給される。
The
燃料電池22は、電解質層220と、アノード層221と、カソード層222とを有している。アノード層221には、改質器21から燃料配管92を通じて燃料ガスが供給される。カソード層222には、筐体80の外部から酸化剤配管93を通じて酸化剤ガスが供給される。酸化剤ガスは、例えば空気である。より詳しくは、空気中の酸素が酸化剤ガスとして用いられる。燃料電池22では、アノード層221に供給される燃料ガスと、カソード層222に供給される酸化剤ガスとが電解質層220を介して化学反応することにより発電する。この化学反応を経てアノード層221からアノードオフガスが排出されるとともに、カソード層222からカソードオフガスが排出される。アノードオフガスは、未反応の水素を含有している。カソードオフガスは、未反応の酸素を含有している。アノード層221から排出されるアノードオフガス、及びカソード層222から排出されるカソードオフガスは、オフガス配管94a,94bを通じて燃焼部23に流入する。
The
燃焼部23は、燃料電池22から流出するアノードオフガスをカソードオフガスにより燃焼する。燃焼部23の燃焼により生成される燃焼炎は、改質部211の加熱に用いられる。これにより、改質部211の温度が改質反応温度に維持されている。燃焼により生成される燃焼排ガスは、燃焼排ガス配管95を通じて凝縮器30に流入する。本実施形態では、この燃焼排ガスが水蒸気含有ガスに相当する。
The
凝縮器30は、燃焼部23から流出する燃焼排ガスと、供給システム70から供給される冷却水との間で熱交換を行うことにより、燃焼排ガスを放熱して冷却する。すなわち、本実施形態では、供給システム70から凝縮器30に供給される第1冷媒として、水が用いられている。具体的には、図2に示されるように、凝縮器30は、コア部31と、ヘッダタンク32,33とを有している。
The
コア部31は、燃焼排ガスが流れる排ガス流通領域310と、冷却水が流れる冷却水流通領域311とを有している。詳しくは、コア部31は、図示しない複数のチューブが複数積層された積層構造を有している。チューブの長手方向は、図中の矢印Yで示される方向である。以下、矢印Yで示される方向を「チューブ長手方向」と称する。コア部31の排ガス流通領域310には、チューブ長手方向Yに沿って燃焼排ガスが流れる。コア部31の冷却水流通領域311には、チューブ長手方向Yに沿って冷却水が流れる。排ガス流通領域310及び冷却水流通領域311は、図示しないチューブの隔壁により区画されている。
The
ヘッダタンク32,33は、チューブ長手方向Yにおけるコア部31の両端部にそれぞれ設けられている。ヘッダタンク32,33は筒状の部材からなる。
The
一方のヘッダタンク32の内部には、隔壁320が設けられている。隔壁320は、ヘッダタンク32の内部空間を分配領域321と集合領域322とに区画している。分配領域321は、燃焼排ガス配管95、及びコア部31の排ガス流通領域310の一端部に繋がっている。集合領域322は、冷却水配管100、及びコア部31の冷却水流通領域311の一端部に繋がっている。
A
他方のヘッダタンク33の内部には、隔壁330が設けられている。隔壁330は、ヘッダタンク33の内部空間を集合領域331と分配領域332とに区画している。集合領域331は、コア部31の排ガス流通領域310の他端部、及び排出配管96に繋がっている。分配領域332は、コア部31の冷却水流通領域311の他端部、及び冷却水配管102に繋がっている。
A
凝縮器30では、燃焼排ガス配管95を介してヘッダタンク32の分配領域321に燃焼排ガスが流入する。分配領域321に流入した燃焼排ガスは、コア部31の排ガス流通領域310の各チューブに分配される。一方、ヘッダタンク33の分配領域332には、冷却水配管102を介して冷却水が流入する。分配領域332に流入した冷却水は、コア部31の冷却水流通領域311の各チューブに分配される。そして、コア部31の排ガス流通領域310を流れる燃焼排ガスと、冷却水流通領域311を流れる冷却水との間で熱交換が行われることにより、燃焼排ガスが冷却される。これにより、燃焼排ガスに含まれる気相状の水分が凝縮し、凝縮水が生成される。以下、凝縮水として気相状の水分が除かれた燃焼排ガスを単に「排ガス」とも称する。コア部31の排ガス流通領域310において生成された凝縮水及び排ガスは、ヘッダタンク33の集合領域331に集められる。ヘッダタンク33の集合領域331に集められた凝縮水及び排ガスは、排出配管96に排出される。コア部31の冷却水流通領域311を流れる冷却水は、ヘッダタンク32の集合領域322に集められる。ヘッダタンク32の集合領域322に集められた冷却水は、冷却水配管100へ排出される。
In the
タンク40には、凝縮器30から排出配管96を介して凝縮水及び排ガスが流入する。タンク40は、排出配管96から流入する凝縮水及び排ガスを分離する機能、及び凝縮水を貯蔵する機能を有している。タンク40において分離された排ガスは、排ガス配管97を通じて筐体80の外部に排出される。タンク40に貯蔵される凝縮水は、図1に示されるように、改質水配管90を通じて改質器21に改質水として供給することが可能となっている。
Condensed water and exhaust gas flow into the
ポンプ50は、改質水配管90に設けられている。ポンプ50は、電力の供給に基づき駆動することにより、タンク40に貯蔵されている凝縮水を改質水として改質器21に圧送する。
The
改質水配管90におけるポンプ50の下流側には、市水供給配管98が接続されている。本実施形態の燃料電池システム10では、例えばタンク40から改質器21に供給可能な凝縮水が不足することで、凝縮水だけでは燃料電池22の発電出力を維持することが困難になった場合に、市水供給配管98から改質器21に市水が供給されることにより、燃料電池22の発電動作を維持することが可能となっている。
A city
イオン交換樹脂60は、改質水配管90における市水供給配管98との接続点よりも下流側に配置されている。イオン交換樹脂60は、タンク40から改質器21に供給される凝縮水、又は市水供給配管98から改質器21に供給される市水に含まれるイオンを選択的に通過させることにより、それらを浄化する。これにより、イオン交換樹脂60を通じて浄化された改質水が改質器21に供給されるようになっている。
The
供給システム70は、冷却水を凝縮器30に供給する。供給システム70は、貯湯槽71と、ポンプ72と、放熱器73と、送風機74とを備えている。
The
貯湯槽71は、冷却水配管100を介して凝縮器30に接続されている。貯湯槽71は、凝縮器30から冷却水配管100を通じて排出される冷却水を貯蔵する部分である。貯湯槽71に貯蔵された冷却水は、外気との間で熱交換を行うことにより、時間の経過に伴い冷却される。貯湯槽71に貯蔵された冷却水は、冷却水配管101を介して放熱器73に供給される。
The hot
ポンプ72は、冷却水配管101の途中に設けられている。ポンプ72は、電力の供給に基づいて駆動することにより、貯湯槽71に貯蔵されている冷却水を放熱器73に圧送する。
The
放熱器73は、貯湯槽71から供給される冷却水と、外部を流れる空気との間で熱交換を行うことにより、冷却水を放熱して冷却する。放熱器73において冷却された冷却水は、冷却水配管102を通じて凝縮器30に供給される。
The
送風機74は、放熱器73に空気を送風する。これにより、放熱器73の放熱性能が高められている。
The
本実施形態の燃料電池システム10は、凝縮器30における凝縮水の生成性能を向上させるための補助冷却機構110を有している。補助冷却機構110は、水タンク111と、吸着剤タンク112と、バルブ113とを備えている。
The
図2に示されるように、水タンク111は、凝縮器30のヘッダタンク33に接触して設けられている。より詳しくは、水タンク111は、ヘッダタンク33における集合領域331に対応する部分、すなわち燃焼排ガスが流通する部分に対応して配置されている。水タンク111の内部には、冷媒としての水が貯蔵されている。本実施形態では、水タンク111が冷媒貯蔵部に相当する。また、水タンク111に貯蔵されている水が第2冷媒に相当する。図1に示されるように、水タンク111は、配管114を介して吸着剤タンク112に接続されている。
As shown in FIG. 2, the
吸着剤タンク112は、冷却水配管100に設けられている。より詳しくは、図3に示されるように、吸着剤タンク112は、冷却水配管100の外周を囲むように配置されている。吸着剤タンク112の内部には、吸着反応により水蒸気を吸着することの可能な粒状の吸着剤が貯蔵されている。吸着剤としては、例えばシリカゲルやゼオライトを用いることができる。本実施形態では、吸着剤タンク112が、吸着剤貯蔵部に相当する。
The
バルブ113は、配管114に設けられている。バルブ113は、例えば電磁弁からなる。バルブ113は、その開閉動作により、配管114を開閉する。
The
補助冷却機構110では、水タンク111内に冷却水が貯蔵されている場合、バルブ113が開状態になると、吸着剤タンク112内の吸着剤が水蒸気を吸着するため、水タンク111内の水が蒸発する。この際に発生する水の蒸発潜熱により、水タンク111が冷却される。水タンク111の冷却により、水タンク111に接触する凝縮器30も冷却される。これにより、ヘッダタンク33の集合領域331を流れる燃焼排ガスをより冷却することができるため、凝縮水の生成量を増加させることができる。以下では、このような補助冷却機構110の動作を「吸着動作」とも称する。
In the
一方、吸着剤タンク112内の吸着剤が水を吸収した状態である場合、吸着剤の温度が上昇すると、吸着剤から水蒸気が吐き出される、いわゆる脱離作用が生じる。本実施形態では、吸着剤の温度を上昇させる方法として、冷却水配管100を流れる冷却水の温度を上昇させ、冷却水配管100から吸着剤タンク112に伝わる熱により吸着剤の温度を上昇させる方法を採用している。吸着剤の脱離により吐き出された水蒸気は、配管114を通じて水タンク111へと流れる。この際、水タンク111の温度が吸着剤タンク112の温度よりも低くなっている。そのため、水タンク111へと流れた水蒸気は、水タンク111内で冷却されて凝縮する。すなわち、吸着剤タンク112の吸着剤により一旦吸着された水を水タンク111へ戻すことができる。これにより、補助冷却機構110の冷却機能を再生することができる。以下では、このような補助冷却機構110の動作を「脱離動作」とも称する。
On the other hand, when the adsorbent in the
次に、燃料電池システム10の電気的な構成について説明する。
燃料電池システム10は、水位センサ120と、温度センサ121と、ECU(Electronic Control Unit)130とを備えている。本実施形態では、ECU130が制御部に相当する。
Next, the electrical configuration of the
The
水位センサ120は、タンク40に貯蔵されている凝縮水の水位Hwを検出するとともに、検出された凝縮水の水位Hwに応じた信号をECU130に出力する。
The
温度センサ121は、冷却水配管102を流れる冷却水の温度Tw、換言すれば放熱器73から凝縮器30に供給される冷却水の温度Twを検出するとともに、検出された冷却水の温度Twに応じた信号をECU130に出力する。
The
ECU130は供給システム70を制御する。例えば、ECU130は、基準流量FRbの冷却水が凝縮器30に供給されるようにポンプ72を制御する。基準流量FRbは、例えば「3[L/min]」に設定される。また、ECU130は、温度センサ121の出力信号に基づいて、凝縮器30に供給される冷却水の温度Twの情報を取得する。ECU130は、取得した冷却水の温度Twが目標温度となるように、送風機74の回転速度を調整する。
The
ECU130は補助冷却機構110を制御する。具体的には、ECU130は、水位センサ120により検出されるタンク40内の凝縮水の水位Hwの情報を取得する。ECU130は、取得したタンク40内の凝縮水の水位Hwに基づいて、補助冷却機構110において吸着動作及び脱離動作のいずれを行うかを決定する。
The
次に、図4を参照して、ECU130による補助冷却機構110の制御について具体的に説明する。ECU130は、図4に示される処理を所定の演算周期で繰り返し実行する。
Next, with reference to FIG. 4, the control of the
図4に示されるように、ECU130は、まず、ステップS10として、タンク40内の凝縮水の水位が下限水位閾値Hth1以下であるか否かを判定する。下限水位閾値Hth1は、燃料電池22の発電出力を維持することができない程度にタンク40内の凝縮水の水位が低下しているか否かを判定できるように予め実験等により設定されている。なお、下限水位閾値Hth1は、燃料電池システム10の動作状態に応じてECU130により変更可能な値であってもよい。
As shown in FIG. 4, the
ECU130は、タンク40内の凝縮水の水位が下限水位閾値Hth1以下である場合、すなわちタンク40内の凝縮水が不足している場合には、ステップS10で肯定判定し、ステップS11として吸着制御を実行する。具体的には、ECU130は、バルブ113を開状態にする。これにより、水タンク111内に水が貯蔵されている場合には、上述した吸着動作が補助冷却機構110により行われることで凝縮器30が冷却され、凝縮器30において生成される凝縮水の量を増加させることができる。
When the water level of the condensed water in the
ECU130は、ステップS10で否定判定した場合には、ステップS12として、タンク40の凝縮水の水位が上限水位閾値Hth2以上であるか否かを判定する。上限水位閾値Hth2は、燃料電池22の発電出力を維持するために十分な水位であるか否かを判定できるように予め実験等により設定されている。なお、上限水位閾値Hth2は、燃料電池システム10の動作状態に応じてECU130により変更可能な値であってもよい。
If a negative determination is made in step S10,
ECU130は、タンク40内の凝縮水の水位が上限水位閾値Hth2以上である場合、すなわちタンク40内に十分な凝縮水が存在する場合には、ステップS12で肯定判定し、ステップS13として脱離制御を行う。具体的には、ECU130は、バルブ113を開状態にするとともに、ポンプ72の流量を、基準流量FRbよりも少ない所定流量FR1に設定する。所定流量FR1は、例えば「0.5[L/min]」に設定される。
When the water level of the condensed water in the
ここで、ポンプ72の流量が所定流量FR1に設定されると、凝縮器30に流入する冷却水の流量が低下するため、凝縮器30から冷却水配管100に排出される冷却水の温度が上昇する。この場合、冷却水の温度は、例えば「47[℃]」から「75[℃]」に上昇することになる。この上昇した冷却水の熱が吸着剤タンク112内の吸着剤に伝わることにより、吸着剤の温度が、脱離の生じ易い温度へと変化する。よって、上述した吸着動作が補助冷却機構110により行われ、吸着剤に一旦吸着された水が水タンク111に戻されることになる。すなわち、補助冷却機構110を再生することができる。
Here, when the flow rate of the
ECU130は、ステップS12で否定判定した場合には、ステップS14として、バルブ113を閉状態にする。これにより、補助冷却機構110は、吸着動作及び脱離動作のいずれも行わない状態となる。
If the
次に、図5を参照して、本実施形態の燃料電池システム10の動作例について説明する。図5では、外気温の推移が丸で、タンク40における凝縮水の回収水量の推移が四角で、凝縮水の回収水量と供給水量との差分水量の推移が三角で示されている。凝縮水の回収水量は、凝縮器30からタンク40に供給される凝縮水の流量を示す。凝縮水の供給水量は、タンク40から改質器21に供給される凝縮水の流量を示す。
Next, an operation example of the
図5に示されるように、時刻t10から時刻t11までの期間、タンク40内に十分な凝縮水が存在していると、ECU130が脱離制御を行う。脱離制御の実行によりバルブ113が開状態となり、補助冷却機構110が脱離動作を行う。これにより、吸着剤タンク112内の吸着剤に水が吸着されていた場合には、吸着剤の脱離が行われて、水タンク111に水が戻される。
As shown in FIG. 5, if sufficient condensed water is present in the
時刻t11以降、外気温が上昇すると、凝縮器30における凝縮水の回収水量が減少することになる。これに起因して、凝縮水の回収水量と供給水量との差分水量が減少するため、タンク40内の凝縮水の水位が低下していく。
After the time t11, when the outside air temperature rises, the amount of condensed water recovered in the
そして、時刻t12でタンク40内の凝縮水の水位が下限水位閾値Hth1以下になると、ECU130が吸着制御を行う。吸着制御の実行によりバルブ113が開状態となり、補助冷却機構110が吸着動作を行う。これにより、凝縮器30における凝縮水の回収水量が増加し、凝縮水の回収水量と供給水量との差分水量が増加する。よって、タンク40内の凝縮水の水位が上昇する。したがって、時刻t12から時刻t13までの期間、補助冷却機構110により吸着動作が行われることで、凝縮水の回収水量と供給水量との差分水量が「0[cc/min]」以下になることを回避できる。結果的に、タンク40内の凝縮水が不足するような状況を回避できるため、凝縮水を利用した燃料電池22の発電動作をより長期にわたって継続することが可能となる。
When the water level of the condensed water in the
以上説明した本実施形態の燃料電池システム10によれば、以下の(1)〜(5)に示される作用及び効果を得ることができる。
According to the
(1)タンク40内の凝縮水の水位に基づいて補助冷却機構110が吸着動作及び脱離動作を繰り返し行うことにより、水の蒸発潜熱を利用した水タンク111の冷却が継続して行われる。結果的に、水蒸気含有ガスの冷却を凝縮器30だけで行う場合と比較すると、凝縮水の回収効率を高めることができる。これにより、改質器21への市水の供給を抑制しつつ、燃料電池22の発電出力を維持することが可能となる。燃料電池22の発電出力を維持することができれば、例えば不足電力を電力系統から購入する必要がなくなるため、エネルギーコストを削減することができる。さらに、凝縮水の回収効率が高められることにより、改質水として凝縮水が用いられ易くなるため、イオン交換樹脂60の負担を軽減することができる。よって、イオン交換樹脂60の寿命を延ばすことができるとともに、イオン交換樹脂60のメンテナンスコストを低減することもできる。
(1) The
(2)水タンク111は、凝縮器30に設けられている。これにより、凝縮器30のデットスペースを利用して水タンク111を配置することができるため、水タンク111の設置が容易になる。
(2) The
(3)吸着剤タンク112は、凝縮器30から排出される冷却水が流れる冷却水配管100に設けられている。これにより、冷却水配管100を流れる冷却水から、吸着剤タンク112内の吸着剤へと熱が伝わることにより、吸着剤を加熱することができる。よって、吸着剤を加熱するための別途の加熱装置が不要となるため、部品点数を削減することができる。
(3) The
(4)ECU130は、タンク40内の凝縮水の水位が下限水位閾値Hth1以下である場合には、吸着剤タンク112の吸着剤に水の吸着を行わせるための吸着制御を行う。これにより、水タンク111内の水が吸着剤に吸着されることで、水の蒸発潜熱により水タンク111が冷却される。冷却された水タンク111と凝縮器30との間で熱交換が行われることで、凝縮器30が冷却されるため、凝縮水の生成量を増加させることができる。結果的に、タンク40の凝縮水の貯蔵量を増やすことができるため、燃料電池22の発電に用いられる凝縮水が不足するような状況を回避し易くなる。よって、燃料電池システム10としての動作を維持し易くなる。
(4) The
(5)ECU130は、タンク40内の凝縮水の水位が上限水位閾値Hth2以上である場合には、吸着剤タンク112の吸着剤に水の脱離を行わせるための脱離制御を行う。これにより、吸着剤の水の脱離により、水タンク111内に水を戻すことができるため、その後にタンク40内の凝縮水の水位が低下した際に、補助冷却機構110が吸着動作を即座に行うことができるため、タンク40内の凝縮水が不足するような状況を回避し易くなる。
(5) The
<第2実施形態>
次に、燃料電池システム10の第2実施形態について説明する。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the
図6に示されるように、燃料電池システム10は、外気温センサ122を更に備えている。外気温センサ122は、外気温Taを検出するとともに、検出された外気温Taに応じた信号をECU130に出力する。
As shown in FIG. 6, the
図7に示されるように、本実施形態のECU130は、ステップS10として、タンク40内の凝縮水の水位が下限水位閾値Hth1以下であるか否か、及び外気温Taが所定の上限温度閾値Tth1以上であるか否かを判定する。上限温度閾値Tth1は、タンク40内の凝縮水が不足すると予想される程度まで外気温が上昇しているか否かを判定できるように予め実験等により設定されている。なお、上限温度閾値Tth1は、燃料電池システム10の動作状態に応じてECU130により変更可能な値であってもよい。
As shown in FIG. 7, in step S10, the
ECU130は、タンク40内の凝縮水の水位が下限水位閾値Hth1以下である場合、あるいは外気温Taが所定の上限温度閾値Tth1以上である場合には、ステップS10で肯定判定し、ステップS11の吸着制御を行う。
The
ECU130は、ステップS10で否定判定した場合には、ステップS12として、タンク40の凝縮水の水位が上限水位閾値Hth2以上であるか否か、及び外気温Taが下限温度閾値Tth2以下であるか否かを判定する。下限温度閾値Tth2は、タンク40に十分な凝縮水を確保することができる程度まで外気温が低下しているか否かを判定できるように予め実験等により設定されている。なお、下限温度閾値Tth2は、燃料電池システム10の動作状態に応じてECU130により変更可能な値であってもよい。
If the
ECU130は、タンク40の凝縮水の水位が上限水位閾値Hth2以上である場合、あるいは外気温Taが下限温度閾値Tth2以下である場合には、ステップS12で肯定判定し、ステップS13として脱離制御を行う。
When the water level of the condensed water in the
以上説明した本実施形態の燃料電池システム10によれば、以下の(6)及び(7)に示される作用及び効果を更に得ることができる。
According to the
(6)ECU130は、外気温Taが上限温度閾値Tth1以上である場合には、吸着剤に水の冷却を行わせるための吸着制御を行う。これにより、タンク40内の凝縮水が不足すると予想される程度まで外気温が上昇している場合に、補助冷却機構110が吸着動作を行うため、凝縮水の生成量を増加させることができる。結果的に、タンク40の凝縮水の貯蔵量を増やすことができるため、燃料電池22の発電に用いられる凝縮水が不足するような状況を回避し易くなる。よって、燃料電池システム10としての動作を維持し易くなる。
(6) When the outside air temperature Ta is equal to or higher than the upper limit temperature threshold Tth1, the
(7)ECU130は、外気温Taが下限温度閾値Tth2以下である場合には、吸着剤に水の脱離を行わせるための脱離制御を行う。これにより、タンク40に十分な凝縮水を確保することができる程度まで外気温が低下している場合には、補助冷却機構110が脱離動作を行うため、水タンク111内に水を戻すことができる。したがって、その後にタンク40内の凝縮水の水位が低下した際に、補助冷却機構110が吸着動作を即座に行うことができるため、タンク40内の凝縮水が不足するような状況を回避し易くなる。
(7) When the outside air temperature Ta is equal to or lower than the lower limit temperature threshold Tth2, the
<他の実施形態>
なお、各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・吸着剤タンク112の加熱は、専用の加熱装置を用いて行ってもよい。
<Other embodiments>
In addition, each embodiment can also be implemented with the following forms.
The heating of the
・水タンク111は、例えばタンク40や排ガス配管97に配置されていてもよい。水タンク111の位置は、燃焼排ガスを冷却できる位置であれば、適宜変更可能である。
The
・供給システム70は、水以外の冷媒を用いるものであってもよい。同様に、補助冷却機構110も、水以外の冷媒を用いるものであってもよい。
-
・凝縮器30は、燃焼排ガスの冷却により凝縮水を生成するものに限らず、例えばアノードガスやアノードオフガス、カソードオフガスといった水蒸気含有ガスの冷却により凝縮水を生成するものであってもよい。
The
・ECU130が提供する手段及び/又は機能は、実体的な記憶装置に記憶されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組み合わせにより提供することができる。例えばECU130がハードウェアである電子回路により提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路により提供することができる。
The means and / or function provided by the
・本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。 -This invention is not limited to said specific example. That is, the above-described specific examples that are appropriately modified by those skilled in the art are also included in the scope of the present invention as long as they have the characteristics of the present invention. For example, the elements included in each of the specific examples described above and their arrangement, materials, conditions, shapes, sizes, and the like are not limited to those illustrated, and can be changed as appropriate. Moreover, each element with which embodiment mentioned above is provided can be combined as long as it is technically possible, and the combination of these is also included in the scope of the present invention as long as it includes the features of the present invention.
10:燃料電池システム
21:改質器
22:燃料電池
30:凝縮器
40:タンク
90:改質水配管
100:冷却水配管
111:冷媒貯蔵部(水タンク)
112:吸着剤貯蔵部(吸着剤タンク)
130:ECU(制御部)
10: Fuel cell system 21: Reformer 22: Fuel cell 30: Condenser 40: Tank 90: Reformed water pipe 100: Cooling water pipe 111: Refrigerant reservoir (water tank)
112: Adsorbent storage (adsorbent tank)
130: ECU (control unit)
Claims (7)
前記燃料ガス及び酸化剤ガスにより発電する燃料電池(22)と、
水蒸気含有ガスと第1冷媒との間で熱交換を行うことにより前記水蒸気含有ガスを冷却し、凝縮水を生成する凝縮器(30)と、
前記凝縮器により生成される前記凝縮水を貯蔵するタンク(40)と、
前記タンクに貯蔵される前記凝縮水を前記改質水として前記改質器に供給する改質水配管(90)と、
第2冷媒を貯蔵し、前記水蒸気含有ガスと熱交換を行うことにより前記水蒸気含有ガスを冷却する冷媒貯蔵部(111)と、
前記冷媒貯蔵部に貯蔵される前記第2冷媒を吸着反応により吸着する吸着剤が貯蔵される吸着剤貯蔵部(112)と、
前記吸着剤による前記第2冷媒の吸着及び脱離を制御する制御部(130)と、
を備える燃料電池システム。 A reformer (21) for reforming fuel with reformed water to generate fuel gas;
A fuel cell (22) for generating electricity with the fuel gas and oxidant gas;
A condenser (30) for cooling the steam-containing gas by exchanging heat between the steam-containing gas and the first refrigerant, and generating condensed water;
A tank (40) for storing the condensed water produced by the condenser;
A reforming water pipe (90) for supplying the condensed water stored in the tank as the reforming water to the reformer;
A refrigerant storage unit (111) for storing the second refrigerant and cooling the water vapor-containing gas by exchanging heat with the water vapor-containing gas;
An adsorbent storage unit (112) for storing an adsorbent that adsorbs the second refrigerant stored in the refrigerant storage unit by an adsorption reaction;
A controller (130) for controlling adsorption and desorption of the second refrigerant by the adsorbent;
A fuel cell system comprising:
請求項1に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein the refrigerant storage unit is provided in the condenser.
請求項1又は2に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the adsorbent storage unit is provided in a pipe (100) through which the first refrigerant discharged from the condenser flows.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The said control part performs adsorption | suction control for making the said adsorbent adsorb | suck the said 2nd refrigerant | coolant, when the water level of the said condensed water in the said tank is below a minimum water level threshold value. The fuel cell system according to any one of the above.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The controller performs desorption control for causing the adsorbent to desorb the second refrigerant when the water level of the condensed water in the tank is equal to or higher than an upper limit water level threshold. The fuel cell system as described in any one of -4.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The said control part performs adsorption | suction control for making the said adsorbent adsorb | suck the said 2nd refrigerant | coolant, when outside temperature is more than an upper limit temperature threshold value. Fuel cell system.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The controller performs desorption control for causing the adsorbent to desorb the second refrigerant when the outside air temperature is equal to or lower than a lower limit temperature threshold value. The fuel cell system described in 1.
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008305575A (en) * | 2007-06-05 | 2008-12-18 | Denso Corp | Battery temperature adjusting device |
JP2011153758A (en) * | 2010-01-27 | 2011-08-11 | Denso Corp | Refrigerator combined type fuel cell system |
JP2014192075A (en) * | 2013-03-28 | 2014-10-06 | Panasonic Corp | Fuel cell power generation system |
-
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008305575A (en) * | 2007-06-05 | 2008-12-18 | Denso Corp | Battery temperature adjusting device |
JP2011153758A (en) * | 2010-01-27 | 2011-08-11 | Denso Corp | Refrigerator combined type fuel cell system |
JP2014192075A (en) * | 2013-03-28 | 2014-10-06 | Panasonic Corp | Fuel cell power generation system |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019186111A (en) * | 2018-04-13 | 2019-10-24 | 東京瓦斯株式会社 | Fuel cell system |
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