JP2018181598A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力と湯の供給が可能な燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system capable of supplying electric power and hot water.
住宅等に用いる従来の燃料電池システムとして以下のものが知られている（特許文献１参照）。 The following is known as a conventional fuel cell system used for a house etc. (refer to patent document 1).
従来の燃料電池システムでは、燃料電池から水蒸気を含んだ排気が排出されるため、システム外、即ち、大気に排気を排出すると、急激な温度低下によって排気中の水分が結露して目に見える白い湯気が発生する場合がある。湯気は、たとえば、パッケージ外壁への結露発生の原因等になる。 In the conventional fuel cell system, exhaust gas containing water vapor is discharged from the fuel cell, so when exhaust gas is discharged outside the system, ie, to the atmosphere, water in the exhaust gas is condensed by visible temperature drop and visible white Steam may occur. Steam, for example, causes condensation on the outer wall of the package.
本発明は、上記事実を考慮して、目に見える白い湯気の排出を抑制可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing the discharge of visible white steam in consideration of the above-mentioned facts.
請求項１に記載の燃料電池システムは、燃料ガスと改質水とを供給して発電を行うと共に、水分を含んだ排ガスを排出する燃料電池と、前記燃料電池を収容する筐体と、前記筐体の内部の空気と前記排ガスとを混合して前記筐体の外部に排出する排ガス排出装置と、を有する。 The fuel cell system according to claim 1 is configured to supply a fuel gas and reforming water to generate electric power, and to discharge the exhaust gas containing water, a fuel cell for discharging the water, a case for containing the fuel cell, and And an exhaust gas discharge device for mixing the air inside the case and the exhaust gas and discharging the mixture to the outside of the case.
請求項１に記載の燃料電池システムでは、燃料ガスと改質水とを燃料電池に供給することで、燃料電池は発電を行うと共に、水分を含んだ排ガスを排出する。 In the fuel cell system according to claim 1, by supplying the fuel gas and the reforming water to the fuel cell, the fuel cell generates electric power and discharges the exhaust gas containing water.
排ガス排出装置は、筐体の内部の空気と排ガスとを混合して筐体の外部に排出する。なお、燃料電池から排出される排ガスは、外気と比べて高温であり、かつ水分を含んでいるが、排ガスに、排ガスに比べて低温で、かつ相対湿度の低い筐体の内部の空気を混合して排ガスの相対湿度を低下させるため、筐体の外部においては、温度を低下させ相対湿度の低下した排ガスと外気との温度差が小さくなり、筐体の外部に排出される排気中の水分が結露し難くなり、その結果、目に見える白い湯気の排出を抑制することができる。 The exhaust gas discharge device mixes the air inside the casing and the exhaust gas and discharges the mixture to the outside of the casing. The exhaust gas discharged from the fuel cell is at a high temperature compared to the outside air and contains water, but the exhaust gas is mixed with the air inside the housing at a lower temperature and lower relative humidity than the exhaust gas. Because the relative humidity of the exhaust gas is reduced, the temperature difference between the exhaust gas and the outside air is reduced outside the casing, and the moisture in the exhaust gas discharged to the outside of the casing is reduced. As a result, it is possible to suppress the discharge of visible white steam.
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、前記排ガス排出装置は、前記筐体に設けられ前記筐体の外部から前記筐体の内部に外気を導入する外気導入用換気口と、前記筐体の内部の空気を前記筐体の外部に排出する換気ファンと、前記換気ファンの上流側に配置され、前記筐体の内部の空気と前記排ガスとを混合する混合部と、を有する。 The invention according to claim 2 is the fuel cell system according to claim 1, wherein the exhaust gas discharge device is provided in the casing and introduces outside air for introducing outside air into the casing from the outside of the casing. Ventilating port, a ventilating fan for discharging the air inside the housing to the outside of the housing, and a mixing fan disposed upstream of the ventilating fan and mixing the air inside the housing with the exhaust gas Part.
請求項２に記載の燃料電池システムでは、筐体の外部の外気が外気導入用換気口から筐体の内部に導入され、排ガスは、筐体の内部の空気と混合部で混合されて温度が低下され相対湿度が低下され、その後、換気ファンによって筐体の外部へ排出される。
即ち、燃料電池によって暖められた筐体の内部の空気と排ガスとが換気ファンによって筐体の外部へ排出されるので、筐体の内部の空気を外部へ排出するための換気ファンと、排ガスを外部へ排出するための換気ファンの２つの換気ファンを用いなくて済み、換気ファンの数が増えて構成が複雑にならない。
In the fuel cell system according to claim 2, the outside air outside the case is introduced into the inside of the case from the outside air introduction vent, and the exhaust gas is mixed with the air inside the case in the mixing section and the temperature is The relative humidity is reduced and then exhausted to the outside of the housing by the ventilation fan.
That is, since the air and exhaust gas inside the case warmed by the fuel cell are discharged to the outside of the case by the ventilation fan, the ventilation fan for discharging the air inside the case to the outside, the exhaust gas It is not necessary to use the two ventilation fans of the ventilation fan for exhausting to the outside, and the number of the ventilation fans is increased and the configuration is not complicated.
以上説明したように、本発明の燃料電池システムによれば、目に見える白い湯気の排出を抑制可能となる、という優れた効果を有する。 As described above, according to the fuel cell system of the present invention, it is possible to suppress the discharge of visible white steam, which is an excellent effect.
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１０を図１乃至図３にしたがって説明する。本実施形態の燃料電池システム１０は、一例として住宅に適用されるものである。 Hereinafter, a fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The fuel cell system 10 of the present embodiment is applied to a house as an example.
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１０は、冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２、及び冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２とは別体とれたバックアップ熱源機ユニット１４の２ユニットで構成されている。冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２、及びバックアップ熱源機ユニット１４は、一例として、屋外のコンクリート等で形成された基礎の上、ベランダ等に設置することができる。 As shown in FIG. 1, the fuel cell system 10 according to the present embodiment is composed of a fuel cell unit 12 with a refrigerant tank and a backup heat source unit 14 separate from the fuel cell unit 12 with a refrigerant tank. ing. The fuel cell unit 12 with a refrigerant tank and the backup heat source unit 14 can be installed on a veranda or the like on a foundation formed of concrete or the like outdoors, as an example.
（冷媒タンク付き燃料電池ユニットの構成）
冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２は、筐体１６の内部に、発電を行うと共に排ガスを排出する発電部１７、排ガスによって冷媒Ｗ２を加熱する冷媒加熱部１９、及び冷媒Ｗ２によって上水を加熱する上水加熱部２１が設けられている。
(Configuration of fuel cell unit with refrigerant tank)
The fuel cell unit 12 with a refrigerant tank is configured to generate electric power and discharge exhaust gas inside the housing 16, the refrigerant heating unit 19 to heat the refrigerant W 2 by the exhaust gas, and heat the upper water by the refrigerant W 2. A water heating unit 21 is provided.
冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２は、第２の筐体としての筐体１６の内部に、都市ガス、空気（酸素）、及び改質水Ｗ１が供給されて発電を行う燃料電池モジュール１８、都市ガスを燃料電池モジュール１８に供給する燃料ガス管２０、燃料ガス管２０の中間部に設けられ都市ガス中に含まれる硫黄化合物を除去する脱硫器２２、燃料電池モジュール１８に供給する改質水Ｗ１を貯留する改質水タンク２４、改質水タンク２４の改質水Ｗ１の液面レベルを測定する液面レベルセンサ２４Ａ、改質水タンク２４と燃料電池モジュール１８とを連結する改質水供給管２６、改質水タンク２４の改質水Ｗ１を燃料電池モジュール１８に供給するための改質水ポンプ２８、空気ブロワ８６が設けられた酸化ガス管８８等が収容されており、発電部１７は、これらの構成要素を含んで構成されている。 The fuel cell unit 12 with a refrigerant tank is supplied with city gas, air (oxygen), and reforming water W1 inside a case 16 as a second case to generate a fuel cell module 18, which generates electric power. A fuel gas pipe 20 for supplying the fuel cell module 18, a desulfurizer 22 provided at an intermediate part of the fuel gas pipe 20 for removing sulfur compounds contained in the city gas, and reforming water W1 for supplying the fuel cell module 18 A reforming water tank 24 for storing, a liquid level sensor 24A for measuring the liquid level level of the reforming water W1 of the reforming water tank 24, a reforming water supply pipe for connecting the reforming water tank 24 and the fuel cell module 18 26, a reforming water pump 28 for supplying reforming water W1 of the reforming water tank 24 to the fuel cell module 18, an oxidizing gas pipe 88 provided with an air blower 86, etc. 7 is configured to include these components.
また、筐体１６の内部には、冷媒Ｗ２を貯留する冷媒タンク３０、燃料電池モジュール１８から排出された排ガスと冷媒Ｗ２との間で熱交換を行う排気熱交換器３１、燃料電池モジュール１８と排気熱交換器３１とを接続する第１排ガス管３２、排気熱交換器３１を通過した排ガスを排出するための第２排ガス管３４、排気熱交換器３１の内部で生成された水分（排気熱交換器３１の内部で凝集された排ガス中の水分）を改質水タンク２４へ排出するための排水管３５、冷媒タンク３０の底部と排気熱交換器３１とを連結し冷媒タンク３０の冷媒Ｗ２を排気熱交換器３１へ供給するための第１送出し側配管３６、冷媒タンク３０の天井壁３０Ａと排気熱交換器３１とを連結し、排気熱交換器３１を通過した冷媒Ｗ２を冷媒タンク３０へ戻すための第１戻し側配管３８、第１送出し側配管３６に設けられて冷媒タンク３０の冷媒Ｗ２を排気熱交換器３１側へ送り出すための熱回収ポンプ４０、第１送出し側配管３６に設けられて冷媒Ｗ２の熱を外部に放出可能とするラジエータ４２、ラジエータ４２に送風を行うラジエータファン４３が収容されており、冷媒加熱部１９は、これらの構成要素を含んで構成されている。 Further, inside the housing 16, a refrigerant tank 30 for storing the refrigerant W 2, an exhaust heat exchanger 31 for exchanging heat between the exhaust gas discharged from the fuel cell module 18 and the refrigerant W 2, and the fuel cell module 18 The first exhaust gas pipe 32 connecting to the exhaust heat exchanger 31, the second exhaust gas pipe 34 for exhausting the exhaust gas having passed through the exhaust heat exchanger 31, the moisture generated inside the exhaust heat exchanger 31 (exhaust heat The drainage pipe 35 for discharging the water contained in the exhaust gas condensed inside the exchanger 31 to the reforming water tank 24, the bottom of the refrigerant tank 30 and the exhaust heat exchanger 31 are connected to each other, and the refrigerant W2 of the refrigerant tank 30 The first delivery side pipe 36 for supplying the exhaust heat exchanger 31, the ceiling wall 30A of the refrigerant tank 30 and the exhaust heat exchanger 31 are connected, and the refrigerant W2 which has passed through the exhaust heat exchanger 31 is used as a refrigerant tank Back to 30 Provided on the first delivery side pipe 36 and the heat recovery pump 40 for delivering the refrigerant W2 of the refrigerant tank 30 to the exhaust heat exchanger 31 side, provided on the first return side pipe 38 and the first delivery side pipe 36 A radiator 42 that can discharge the heat of the refrigerant W2 to the outside and a radiator fan 43 that blows air to the radiator 42 are accommodated, and the refrigerant heating unit 19 is configured to include these components.
また、筐体１６の内部には、冷媒タンク３０の冷媒Ｗ２と外部から供給された上水との間で熱交換を行う上水熱交換器４４、冷媒タンク３０の上部に連結され冷媒タンク３０と上水熱交換器４４とを連結する第２送出し側配管４６、上水熱交換器４４を通過した冷媒Ｗ２を冷媒タンク３０へ戻すための第２戻し側配管４８、第２戻し側配管４８に設けられて冷媒Ｗ２を冷媒タンク３０へ戻すための予熱ポンプ５０、外部（上水道）から供給された上水を上水熱交換器４４に供給する上水供給配管５２、上水供給配管５２の中間部から分岐された上水分岐配管５４、上水熱交換器４４を通過した上水を排出する給湯配管５６、給湯配管５６の中間部から分岐され、上水熱交換器４４を通過した上水を冷媒タンク３０へ供給する給湯分岐配管５８、給湯分岐配管５８に設けられ冷媒タンク３０へ供給する上水の量を調整する補水弁６０、給湯配管５６から供給された暖められた上水と上水分岐配管５４から供給された上水（冷たい）とを混合する混合弁６２、混合弁６２から筐体１６の外部へ上水を排出する上水排出配管６４等が収容されており、上水加熱部２１は、これらの構成要素を含んで構成されている。 Further, inside the housing 16, a water heat exchanger 44 performing heat exchange between the refrigerant W 2 of the refrigerant tank 30 and the clean water supplied from the outside, and a refrigerant tank 30 connected to the upper part of the refrigerant tank 30. , The second delivery side piping 46 for connecting the first water heat exchanger 44, the second return side piping 48 for returning the refrigerant W2 having passed through the upper water heat exchanger 44 to the refrigerant tank 30, the second return side piping 48, a preheating pump 50 for returning the refrigerant W2 to the refrigerant tank 30, a water supply pipe 52 for supplying clean water supplied from the outside (water supply) to the water heat exchanger 44, and a water supply pipe 52 It branched from the middle part of the hot water branch pipe 54 branched from the middle part of the above, the hot water supply pipe 56 which discharges the clean water which passed through the hot water heat exchanger 44, and the hot water supply pipe 56 and passed the hot water heat exchanger 44 Hot water supply branch piping 58 for supplying clean water to the refrigerant tank 30 Refill water valve 60 provided in the hot water supply branch pipe 58 to adjust the amount of clean water to be supplied to the refrigerant tank 30, the warmed clean water supplied from the hot water supply pipe 56 and clean water supplied from the clean water branch pipe 54 And the upper water discharge pipe 64 for discharging the upper water from the mixing valve 62 to the outside of the housing 16 and the like, and the upper water heating unit 21 includes these components. It is configured.
筐体１６には、筐体１６の外部から筐体１６の内部に外気を導入する外気導入用換気口１４２が設けられている。外気導入用換気口１４２は、例えば、筐体１６の側部下方に設けることができるが、他の部位に設けてもよい。また、冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２は、筐体１６の内部の空気を筐体１６の外部に排出する換気ファン１４０を備えている。換気ファン１４０は、例えば、外気導入用換気口１４２とは反対側の側壁の上部に設けることができるが、他の部位に設けてもよい。 The case 16 is provided with an outside air introduction ventilation port 142 for introducing outside air into the inside of the case 16 from the outside of the case 16. The outdoor air introduction vent 142 may be provided, for example, below the side of the housing 16 but may be provided at another site. Further, the fuel cell unit 12 with a refrigerant tank is provided with a ventilation fan 140 for discharging the air inside the housing 16 to the outside of the housing 16. The ventilation fan 140 can be provided, for example, in the upper part of the side wall opposite to the external air introduction ventilation port 142, but may be provided in another part.
筐体１６の内部には、換気ファン１４０の上流側に、筐体１６の内部の空気と排ガスとが混合される混合部１７０が設けられている。混合部１７０は、例えば、大径の管形状に形成されていてもよく、両側が開放された箱状に形成されていてもよく、筐体１６の内部の空気と排ガスとを混合可能な空間を有していれば特に形状は問わない。 Inside the housing 16, on the upstream side of the ventilation fan 140, a mixing unit 170 in which the air inside the housing 16 and the exhaust gas are mixed is provided. The mixing part 170 may be formed, for example, in the shape of a large diameter tube, or may be formed in a box shape with both sides open, and a space in which the air inside the housing 16 and the exhaust gas can be mixed. The shape is not particularly limited as long as
この混合部１７０には、排気熱交換器３１を通過した排ガスが排出される第２排ガス管３４が接続されており、混合部１７０の内部で、排ガスと筐体１６の内部の空気とを混合することができる。したがって、換気ファン１４０は、排ガスに筐体１６の内部の空気を混合して筐体１６の外部に排出することになる。 A second exhaust gas pipe 34 is connected to the mixing section 170 for discharging the exhaust gas having passed through the exhaust heat exchanger 31, and the exhaust gas and the air inside the housing 16 are mixed in the mixing section 170. can do. Therefore, the ventilation fan 140 mixes the air inside the housing 16 with the exhaust gas and discharges it to the outside of the housing 16.
なお、筐体１６の内部には、冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２に設けられた各種電装部品の制御を行う制御装置７０が収容されている。 A control device 70 for controlling various electric components provided in the fuel cell unit 12 with a refrigerant tank is accommodated in the housing 16.
また、筐体１６の外部には、制御装置７０に接続されて、外気温を測定する温度センサ６５が設けられている。 In addition, a temperature sensor 65 connected to the control device 70 and measuring the outside air temperature is provided outside the housing 16.
筐体１６の内部には、冷媒タンク３０と排気熱交換器３１との間で冷媒Ｗ２が循環する経路、即ち、第１送出し側配管３６、及び第１戻し側配管３８で第１の循環経路１１８が形成されている。筐体１６の内部には、冷媒タンク３０と上水熱交換器４４との間で冷媒Ｗ２が循環する経路、即ち、第２送出し側配管４６、及び第２戻し側配管４８で第２の循環経路１２０が形成されている。また、筐体１６の内部には、給湯配管５６、及び上水排出配管６４で給湯経路１２１が形成されている。 In the inside of the housing 16, a path through which the refrigerant W 2 circulates between the refrigerant tank 30 and the exhaust heat exchanger 31, that is, the first circulation by the first delivery side pipe 36 and the first return side pipe 38. The path 118 is formed. In the inside of the housing 16, a path through which the refrigerant W 2 circulates between the refrigerant tank 30 and the upper water heat exchanger 44, that is, a second delivery side pipe 46 and a second return side pipe 48. A circulation route 120 is formed. Further, a hot water supply path 121 is formed by the hot water supply pipe 56 and the clean water discharge pipe 64 inside the housing 16.
本実施形態では、冷媒タンク３０の冷媒Ｗ２として水（一例として水道水等）が用いられている。冷媒タンク３０の天井壁３０Ａには、冷媒タンク３０の内外を貫通し、空気の出入を可能とする連通部としての開口部３３が形成されている。また、冷媒タンク３０には、上部に空間が設けられるように冷媒Ｗ２が貯留されており、タンク内の冷媒Ｗ２が熱膨張して体積が増加した場合においても、開口部３３から冷媒Ｗ２が溢れ出ないように、冷媒タンク３０に注入する冷媒Ｗ２の体積が決められている。 In the present embodiment, water (tap water as an example) is used as the refrigerant W2 of the refrigerant tank 30. The ceiling wall 30A of the refrigerant tank 30 is formed with an opening 33 as a communicating portion that penetrates the inside and the outside of the refrigerant tank 30 and enables air to enter and exit. Further, the refrigerant W2 is stored in the refrigerant tank 30 so that a space is provided at the upper part, and the refrigerant W2 overflows from the opening 33 even when the volume is increased due to the thermal expansion of the refrigerant W2 in the tank. The volume of the refrigerant W2 to be injected into the refrigerant tank 30 is determined so as not to go out.
なお、本実施形態では、冷媒タンク３０と排気熱交換器３１との間で冷媒Ｗ２が循環する経路、即ち、第１送出し側配管３６、及び第１戻し側配管３８で第１の循環経路１１８が形成されている。冷媒タンク３０と上水熱交換器４４との間で冷媒Ｗ２する経路、即ち、第２送出し側配管４６、及び第２戻し側配管４８で第２の循環経路１２０が形成されている。また、給湯配管５６、及び上水排出配管６４で給湯経路１２１が形成されている。 In the present embodiment, a path through which the refrigerant W2 circulates between the refrigerant tank 30 and the exhaust heat exchanger 31, that is, a first circulation path by the first delivery side pipe 36 and the first return side pipe 38. 118 are formed. A second circulation path 120 is formed by the path for the refrigerant W2 between the refrigerant tank 30 and the upper water heat exchanger 44, that is, the second delivery side pipe 46 and the second return side pipe 48. A hot water supply path 121 is formed by the hot water supply pipe 56 and the clean water discharge pipe 64.
図２に示すように、燃料電池モジュール１８は、筐体７１の内部に、改質触媒７２、バーナ７４、及び燃料電池スタック７６を主要な構成として備えている。 As shown in FIG. 2, the fuel cell module 18 mainly includes a reforming catalyst 72, a burner 74, and a fuel cell stack 76 inside a housing 71.
改質触媒７２は、燃料ガス管２０と接続されている。この改質触媒７２には、脱硫器２２にて硫黄化合物が吸着除去された都市ガスが燃料ガス管２０を通じて供給される。この改質触媒７２は、供給された都市ガス（原料ガス）を、改質水供給管２６を通じて供給された改質水（凝縮水）Ｗ１を利用して水蒸気改質する。 The reforming catalyst 72 is connected to the fuel gas pipe 20. The city gas from which the sulfur compound has been adsorbed and removed by the desulfurizer 22 is supplied to the reforming catalyst 72 through the fuel gas pipe 20. The reforming catalyst 72 steam-reforms the supplied city gas (raw material gas) using the reforming water (condensed water) W1 supplied through the reforming water supply pipe 26.
バーナ７４には、後述するスタック排ガス管８０が接続されている。このバーナ７４は、スタック排ガス管８０を通じて供給されたバーナガス（未反応の水素ガスを含むスタック排ガス）を燃焼し、改質触媒７２を加熱する。そして、この改質触媒７２では、脱硫器２２から供給された都市ガス（原料ガス）から、水素ガスを含む燃料ガスが生成される。この燃料ガスは、燃料ガス管７５を通じて後述する燃料電池スタック７６の燃料極７８に供給される。 The stack exhaust gas pipe 80 described later is connected to the burner 74. The burner 74 burns the burner gas (stack exhaust gas containing unreacted hydrogen gas) supplied through the stack exhaust gas pipe 80 and heats the reforming catalyst 72. Then, in the reforming catalyst 72, a fuel gas containing hydrogen gas is generated from the city gas (raw material gas) supplied from the desulfurizer 22. The fuel gas is supplied to a fuel electrode 78 of a fuel cell stack 76 described later through a fuel gas pipe 75.
燃料電池スタック７６は、固体酸化物形の燃料電池スタックであり、積層された複数の燃料電池セル８１（図２では１つのみ図示）を有している。各燃料電池セル８１は、電解質層８２と、この電解質層８２の表裏面にそれぞれ積層された燃料極７８及び空気極８４とを有している。 The fuel cell stack 76 is a solid oxide fuel cell stack, and has a plurality of fuel cells 81 (only one is shown in FIG. 2) stacked. Each fuel battery cell 81 has an electrolyte layer 82, and a fuel electrode 78 and an air electrode 84 stacked on the front and back surfaces of the electrolyte layer 82, respectively.
空気極８４（カソード極）には、空気ブロワ８６が設けられた酸化ガス管８８を通じて酸化ガス（筐体１６の外部の空気）が供給される。この空気極８４では、下記式（１）で示されるように、酸化ガス中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。この酸素イオンは、電解質層８２を通って燃料極７８に到達する。 An oxidizing gas (air outside the housing 16) is supplied to the air electrode 84 (cathode electrode) through an oxidizing gas pipe 88 provided with an air blower 86. At this air electrode 84, as shown by the following formula (1), oxygen in the oxidizing gas reacts with electrons to generate oxygen ions. The oxygen ions pass through the electrolyte layer 82 to reach the fuel electrode 78.
（空気極反応）
１／２Ｏ２＋２ｅ− →Ｏ２− ・・・（１）
(Air electrode reaction)
1 / 2O 2 + 2e - → O 2- ··· (1)
一方、燃料極７８では、下記式（２）及び式（３）で示されるように、電解質層８２を通ってきた酸素イオンが燃料ガス中の水素及び一酸化炭素と反応し、水（水蒸気）及び二酸化炭素と、電子が生成される。燃料極７８で生成された電子は、外部回路を通って空気極８４に到達する。そして、このようにして電子が燃料極７８から空気極８４に移動することにより、各燃料電池セル８１において発電される。また、各燃料電池セル８１は、発電時に上記反応に伴って発熱する。 On the other hand, in the fuel electrode 78, as shown by the following formula (2) and formula (3), oxygen ions having passed through the electrolyte layer 82 react with hydrogen and carbon monoxide in the fuel gas, and water (steam) And carbon dioxide and electrons are generated. Electrons generated at the fuel electrode 78 reach the air electrode 84 through an external circuit. Then, the electrons move from the fuel electrode 78 to the air electrode 84 in this manner, and the fuel cells 81 generate power. Further, each fuel cell 81 generates heat in response to the above-described reaction at the time of power generation.
（燃料極反応）
Ｈ２＋Ｏ２− →Ｈ２Ｏ＋２ｅ− ・・・（２）
ＣＯ＋Ｏ２− →ＣＯ２＋２ｅ− ・・・（３）
(Anode reaction)
H 2 + O 2- → H 2 O + 2 e − (2)
CO + O 2- → CO 2 + 2e - ··· (3)
燃料電池スタック７６に接続されたスタック排ガス管８０の上流側は、燃料極排ガス管９０及び空気極排ガス管９２に分岐されており、この燃料極排ガス管９０及び空気極排ガス管９２は、燃料極７８及び空気極８４にそれぞれ接続されている。燃料極７８から排出された燃料極排ガスと、空気極８４から排出された空気極排ガスとは、燃料極排ガス管９０及び空気極排ガス管９２を通じて排出されると共に、スタック排ガス管８０内にて混合されてスタック排ガスとされる。このスタック排ガスは、燃料極排ガスに含まれる未反応の水素ガスを含んでおり、上述の通り、バーナ７４にバーナガスとして供給される。なお、このバーナ７４に、バーナ排ガスを排気熱交換器３１へ排出する第１排ガス管３２が接続されている。 The upstream side of the stack exhaust gas pipe 80 connected to the fuel cell stack 76 is branched into a fuel electrode exhaust gas pipe 90 and an air electrode exhaust gas pipe 92. The fuel electrode exhaust gas pipe 90 and the air electrode exhaust gas pipe 92 It is connected to 78 and the air electrode 84, respectively. The anode exhaust gas discharged from the anode 78 and the cathode exhaust gas discharged from the cathode 84 are discharged through the anode exhaust pipe 90 and the cathode exhaust pipe 92, and are mixed in the stack exhaust pipe 80. The stack is exhausted. The stack exhaust gas contains unreacted hydrogen gas contained in the anode exhaust gas, and is supplied to the burner 74 as a burner gas as described above. A first exhaust gas pipe 32 for discharging the burner exhaust gas to the exhaust heat exchanger 31 is connected to the burner 74.
なお、図１に示す制御装置７０は、インバーター６８より電力が供給され、冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２の電装部品、例えば、改質水ポンプ２８、熱回収ポンプ４０、ラジエータファン４３、予熱ポンプ５０、補水弁６０、混合弁６２等の制御を行うことができる。 Note that the control device 70 shown in FIG. 1 is supplied with electric power from the inverter 68, and the electrical components of the fuel cell unit 12 with a refrigerant tank, for example, the reforming water pump 28, the heat recovery pump 40, the radiator fan 43, and the preheating pump 50. , The water rehydration valve 60, the mixing valve 62, etc. can be controlled.
（バックアップ熱源機ユニットの構成）
本実施形態のバックアップ熱源機ユニット１４は、冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２から供給された湯を更に加熱して排出可能とした潜熱回収型の熱源機である。図１に示すように、バックアップ熱源機ユニット１４の第１の筐体９３の内部には、二次熱交換器９１、一次熱交換器９４、冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２からの湯を二次熱交換器９１、一次熱交換器９４に供給する配管９６、一次熱交換器９４を加熱する加熱装置としてのバーナ１００、バーナ１００に燃料ガスを供給する燃料ガス管１０２、熱交換器９４を通った湯を排出する配管９８、配管９６の途中に接続された分岐管１０４と配管９８とに接続された混合弁１０６、混合弁１０６から湯を排出する配管１０８、排出される湯の温度を計測する温度センサ１０９、制御装置１１０等が設けられている。制御装置１１０は、混合弁１０６、バーナ１００等を制御する。なお、潜熱回収型の熱源機は、バーナ１００の排気中の水蒸気を水（凝縮水）にすることにより、排気中の潜熱を回収して、熱効率を向上させたタイプの熱源機である。
(Configuration of backup heat source unit)
The backup heat source unit 14 of the present embodiment is a latent heat recovery type heat source unit capable of further heating and discharging hot water supplied from the fuel cell unit 12 with a refrigerant tank. As shown in FIG. 1, the secondary heat exchanger 91, the primary heat exchanger 94, and the hot water from the fuel cell unit 12 with a refrigerant tank are secondary in the first casing 93 of the backup heat source unit 14 Through heat exchanger 91, piping 96 for supplying to primary heat exchanger 94, burner 100 as a heating device for heating primary heat exchanger 94, fuel gas pipe 102 for supplying fuel gas to burner 100, and heat exchanger 94 The pipe 98 for discharging hot water, the mixing valve 106 connected to the branch pipe 104 and the pipe 98 connected in the middle of the pipe 96, the pipe 108 for discharging hot water from the mixing valve 106, the temperature of the discharged hot water is measured A temperature sensor 109, a control device 110 and the like are provided. The control device 110 controls the mixing valve 106, the burner 100, and the like. The latent heat recovery type heat source machine is a type of heat source machine in which the latent heat in the exhaust gas is recovered by converting the water vapor in the exhaust gas of the burner 100 into water (condensed water) to improve the thermal efficiency.
なお、冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２の燃料ガス管２０、及びバックアップ熱源機ユニット１４の燃料ガス管１０２には、都市ガスのガス供給管１１２が接続されている。
また、冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２の上水排出配管６４とバックアップ熱源機ユニット１４の配管９６とは、接続配管１１４で接続されている。さらに、バックアップ熱源機ユニット１４の配管１０８には、住宅の水機器に向けて湯を送る配管１１６が接続されている。
A gas supply pipe 112 for city gas is connected to the fuel gas pipe 20 of the fuel cell unit 12 with a refrigerant tank and the fuel gas pipe 102 of the backup heat source unit 14.
Further, the upper water discharge pipe 64 of the fuel cell unit 12 with a refrigerant tank and the pipe 96 of the backup heat source unit 14 are connected by a connection pipe 114. Furthermore, a pipe 116 for feeding hot water toward the water equipment of the house is connected to the pipe 108 of the backup heat source unit 14.
（作用、効果）
次に、本実施形態の燃料電池システム１０の動作について説明する。
第一実施形態に係る燃料電池システム１０では、改質触媒７２から燃料ガスが燃料電池スタック７６の燃料極７８に供給されると共に、空気ブロワ８６が作動して酸化ガス管８８から酸化ガスとしての空気が燃料電池スタック７６の空気極８４に供給されると、この燃料電池スタック７６において燃料ガス及び酸化ガスが反応し発電する。
(Action, effect)
Next, the operation of the fuel cell system 10 of the present embodiment will be described.
In the fuel cell system 10 according to the first embodiment, the fuel gas is supplied from the reforming catalyst 72 to the fuel electrode 78 of the fuel cell stack 76, and the air blower 86 is activated to generate the oxidizing gas from the oxidizing gas pipe 88. When air is supplied to the air electrode 84 of the fuel cell stack 76, the fuel gas and the oxidizing gas react in the fuel cell stack 76 to generate electric power.
この発電に伴い燃料電池スタック７６からは、未反応の水素ガスを含むスタック排ガスが排出され、このスタック排ガスは、バーナガスとしてバーナ７４にて燃焼され、このバーナ７４からは、バーナ排ガスが排出される。このバーナ排ガスは、水蒸気を含んでおり、第１排ガス管３２を通じて排気熱交換器３１に供給される。 With this power generation, stack exhaust gas containing unreacted hydrogen gas is discharged from the fuel cell stack 76, and this stack exhaust gas is burned by the burner 74 as burner gas, and the burner exhaust gas is discharged from the burner 74 . The burner exhaust gas contains water vapor and is supplied to the exhaust heat exchanger 31 through the first exhaust gas pipe 32.
この排気熱交換器３１では、バーナ排ガスと冷媒タンク３０から供給された冷媒Ｗ２との間で熱交換がなされ、冷媒Ｗ２が加熱されると共にバーナ排ガスに含まれる水蒸気が凝縮される。排気熱交換器３１で生成された凝縮水（蒸留水）は、改質水Ｗ１として排水管３５を介して改質水タンク２４に回収される。改質水タンク２４に回収された改質水は、改質水供給管２６を通じて改質触媒７２に供給され、この改質触媒７２にて水蒸気改質用の水蒸気として利用される。 In the exhaust heat exchanger 31, heat is exchanged between the burner exhaust gas and the refrigerant W2 supplied from the refrigerant tank 30, and the refrigerant W2 is heated and the water vapor contained in the burner exhaust gas is condensed. The condensed water (distilled water) generated by the exhaust heat exchanger 31 is recovered to the reforming water tank 24 via the drain pipe 35 as the reforming water W1. The reforming water collected in the reforming water tank 24 is supplied to the reforming catalyst 72 through the reforming water supply pipe 26 and is utilized as steam for steam reforming by the reforming catalyst 72.
ここで、燃料電池スタック７６で発電をしている際には、換気ファン１４０が駆動される。換気ファン１４０が駆動されると、筐体１６の内部の空気が外部に排出されて筐体１６の内部が負圧になり、これにより、外気導入用換気口１４２を介して筐体１６の内部に外気が流入する。 Here, when the fuel cell stack 76 generates power, the ventilation fan 140 is driven. When the ventilation fan 140 is driven, the air inside the housing 16 is discharged to the outside, and the inside of the housing 16 becomes negative pressure, whereby the inside of the housing 16 through the outside air introducing ventilation opening 142 Outside air flows into the
このとき、排気熱交換器３１から排出されたバーナ排ガスは、第２排ガス管３４を介して混合部１７０に導入され、筐体１６の内部の空気と混合されることで温度、及び相対湿度が低下する。そして、筐体１６の内部の空気と混合されて温度、及び相対湿度の低下したバーナ排ガスは、換気ファン１４０によって筐体１６の外部へ排出される。 At this time, the burner exhaust gas discharged from the exhaust heat exchanger 31 is introduced into the mixing unit 170 via the second exhaust gas pipe 34 and mixed with the air inside the housing 16 to thereby have the temperature and the relative humidity descend. Then, the burner exhaust gas which is mixed with the air inside the housing 16 and whose temperature and relative humidity are reduced is discharged to the outside of the housing 16 by the ventilation fan 140.
筐体１６の外部へ排出されるバーナ排ガスは、混合部１７０に導入されるバーナ排ガスよりも温度が低下しているので、外気との温度差が小さくなる。したがって、筐体１６の外部に排出されるバーナ排ガス中の水分は結露し難くなり、その結果、目に見える白い湯気の排出を抑制することができる。このように、目に見える白い湯気の排出を抑制することが出来るので、筐体１６の外壁の結露の発生も抑制することができる。 The temperature of the burner exhaust gas discharged to the outside of the housing 16 is lower than that of the burner exhaust gas introduced to the mixing unit 170, so the temperature difference with the outside air becomes small. Therefore, the moisture in the burner exhaust gas discharged to the outside of the casing 16 is less likely to be condensed, and as a result, the discharge of visible white steam can be suppressed. Thus, since the discharge of visible white steam can be suppressed, the occurrence of condensation on the outer wall of the housing 16 can also be suppressed.
本実施形態の燃料電池システム１０では、一例として、定格運転時において、燃料電池セル８１から排出されるバーナ排ガスの温度が２０５℃、排気熱交換器３１から排出されるバーナ排ガスの温度が４８℃、外気の気温が９．８℃、外気の相対湿度が５２％の、混合部１７０に吸引される筐体１６内の空気の温度が２５°Ｃ、混合部１７０に吸引される空気の量が０．７５ｍ３／ｍｉｎである場合、バーナ排ガスに筐体１６内の空気を混合することで、バーナ排ガスの温度を２６℃まで低下させることができ、目に見える白い湯気の排出が抑制できた。 In the fuel cell system 10 of the present embodiment, the temperature of the burner exhaust gas discharged from the fuel cell 81 is 205 ° C., and the temperature of the burner exhaust gas discharged from the exhaust heat exchanger 31 is 48 ° C. The ambient temperature of the outside air is 9.8 ° C., the relative humidity of the outside air is 52%, the temperature of the air in the housing 16 sucked into the mixing unit 170 is 25 ° C., the amount of air sucked into the mixing unit 170 is In the case of 0.75 m 3 / min, the temperature of the burner exhaust gas could be lowered to 26 ° C. by mixing the air in the casing 16 with the burner exhaust gas, and the discharge of visible white steam could be suppressed .
図３は、東京都の１年間（１２ヶ月）における外気温と外気相対湿度との関係を表したグラフである。白丸は各月の日平均気温であり、黒丸はその月の日最高気温である。
図３において、点の密度の濃い領域（排気相対湿度：１００．００〜１５０．００ＲＨ％）、点の密度の薄い領域（排気相対湿度：０．０〜５０．０ＲＨ％）、点の密度が中間の領域（５０．０〜１００．０ＲＨ％）の３つの領域が記載されているが、外部に排出される排気の排気相対湿度が０．０〜１００．０ＲＨ％に収まっていれば、目に見える白い湯気が生じないことを表している。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the outside air temperature and the outside air relative humidity in one year (12 months) of Tokyo. The white circle is the daily average temperature of each month, and the black circle is the daily maximum temperature of that month.
In FIG. 3, the area with a high density of points (exhaust relative humidity: 100.00 to 150.00 RH%), the area with a low density of points (exhaust relative humidity: 0.0 to 50.0 RH%), the density of points Although three regions of the middle region (50.0 to 100.0 RH%) are described, if the relative humidity of exhaust exhausted to the outside is within 0.0 to 100.0 RH%, the eye It means that no white steam can be seen.
本実施形態の燃料電池システム１０では、排気熱交換器３１から排出されるバーナ排ガスの相対湿度が比較的高い場合であっても、排気熱交換器３１から排出されるバーナ排ガスに筐体内の空気と混合することで、目に見える白い湯気の排出を抑制するように相対湿度を下げることができる。 In the fuel cell system 10 of the present embodiment, even if the relative humidity of the burner exhaust gas discharged from the exhaust heat exchanger 31 is relatively high, the burner exhaust gas discharged from the exhaust heat exchanger 31 serves as the air in the housing. By mixing with, the relative humidity can be lowered to suppress the discharge of visible white steam.
また、熱回収ポンプ４０を作動させることで、第１の循環経路１１８は、冷媒タンク３０と排気熱交換器３１との間で冷媒Ｗ２を循環させるため、冷媒タンク３０内の下側の冷媒Ｗ２は第１送出し側配管３６を介して排気熱交換器３１へ供給され、排気熱交換器３１で加熱された後、冷媒タンク３０の上側に戻り、これによって冷媒タンク内の冷媒Ｗ２の温度が上側から下側に向けて徐々に上昇する。 Further, by operating the heat recovery pump 40, the first circulation path 118 circulates the refrigerant W 2 between the refrigerant tank 30 and the exhaust heat exchanger 31, so the refrigerant W 2 on the lower side in the refrigerant tank 30 is circulated. Is supplied to the exhaust heat exchanger 31 via the first delivery side pipe 36 and heated by the exhaust heat exchanger 31, and then returns to the upper side of the refrigerant tank 30, whereby the temperature of the refrigerant W2 in the refrigerant tank is Gradually rise from the top to the bottom.
ここで、本実施形態の燃料電池システム１０では、発電に用いる改質水Ｗ１は、水蒸気を含んだバーナ排ガスから回収するため、バーナ排ガスを冷却する必要がある。その際、十分な量の水を回収するために、バーナ排ガスを一定温度以下まで冷却する必要がある。バーナ排ガスの冷却には、熱回収水（冷媒Ｗ２）と熱交換する方法をとるが、例えば、発電を行っており、かつ湯の使用利用が少ない場合などで、冷媒タンク３０が満蓄になる等の状況により熱回収水温が上昇してくると、バーナ排ガスを十分には冷却できなくなり、十分な量の改質水Ｗ１を確保できなくなる。そのため、熱回収水の温度は一定温度以下に保つ必要があり、第１送出し側配管３６に冷媒Ｗ２の熱を外部に放出可能とするラジエータ４２、及びラジエータ４２に送風を行うラジエータファン４３を配置し、必要に応じて冷媒Ｗ２の冷却を行う。 Here, in the fuel cell system 10 of the present embodiment, in order to recover the reforming water W1 used for power generation from the burner exhaust gas containing steam, it is necessary to cool the burner exhaust gas. At that time, in order to recover a sufficient amount of water, it is necessary to cool the burner exhaust gas to a certain temperature or lower. The burner exhaust gas is cooled by heat exchange with heat recovery water (refrigerant W2). For example, the refrigerant tank 30 is fully stored when power generation is being performed and the use of hot water is small. When the heat recovery water temperature rises due to a situation such as, the burner exhaust gas can not be cooled sufficiently, and a sufficient amount of reforming water W1 can not be secured. Therefore, it is necessary to keep the temperature of the heat recovery water at a certain temperature or less, and the radiator 42 that can release the heat of the refrigerant W2 to the first delivery side pipe 36 and the radiator fan 43 that blows air to the radiator 42 are It arrange | positions and cools the refrigerant | coolant W2 as needed.
本実施形態の燃料電池システム１０では、外気温を測定する温度センサ６５からの温度測定データ、及び改質水タンク２４の改質水Ｗ１の液面レベルを測定する液面レベルセンサ２４Ａ等からの測定データに基づいて、制御装置７０は、外気温や、改質水Ｗ１の量に応じて熱回収ポンプ４０、及びラジエータファン４３を制御することができる。熱回収ポンプ４０、及びラジエータファン４３を作動させることで、排気熱交換器３１に流入させる冷媒Ｗ２の温度を低下させることができ、これにより、排気熱交換器３１で生成される改質水Ｗ１の量を増加させることができる。 In the fuel cell system 10 according to the present embodiment, temperature measurement data from the temperature sensor 65 for measuring the outside air temperature, and a liquid level sensor 24A for measuring the liquid level of the reforming water W1 of the reforming water tank 24. Based on the measurement data, the controller 70 can control the heat recovery pump 40 and the radiator fan 43 according to the outside air temperature and the amount of the reforming water W1. By operating the heat recovery pump 40 and the radiator fan 43, the temperature of the refrigerant W2 flowing into the exhaust heat exchanger 31 can be reduced, whereby the reformed water W1 generated by the exhaust heat exchanger 31 is obtained. Can increase the amount of
本実施形態の燃料電池システム１０では、熱回収ポンプ４０、及びラジエータファン４３を制御することで、効率の良い熱回収を行うことができる。熱回収温度、即ち、排気熱交換器３１から排出される冷媒Ｗ２の温度が高いほど、多くの熱を冷媒タンク３０に蓄えることができるが、排気熱交換器３１とバーナ排ガスとの温度差が小さくなるため、単位時間当たりの熱回収量は低下する。 In the fuel cell system 10 of the present embodiment, by controlling the heat recovery pump 40 and the radiator fan 43, efficient heat recovery can be performed. As the heat recovery temperature, that is, the temperature of the refrigerant W2 discharged from the exhaust heat exchanger 31 is higher, more heat can be stored in the refrigerant tank 30, but the temperature difference between the exhaust heat exchanger 31 and the burner exhaust gas is As it becomes smaller, the amount of heat recovery per unit time decreases.
逆に、熱回収温度を低くすると、冷媒タンク３０に蓄える熱は少なくなるが、排気熱交換器３１においてバーナ排ガスと冷媒Ｗ２との温度差が大きくなるため、単位時間当たりに多くの熱を回収することができる。 Conversely, if the heat recovery temperature is lowered, the heat stored in the refrigerant tank 30 decreases, but the temperature difference between the burner exhaust gas and the refrigerant W2 increases in the exhaust heat exchanger 31, so a large amount of heat is recovered per unit time can do.
よって、冷媒タンク３０の蓄熱量が少ないときには熱回収温度を低めに設定し、素早くバーナ排ガスの熱を回収し、冷媒タンク３０が満蓄に近づいてきたら熱回収温度を上げて冷媒タンク３０の蓄熱量を増やすことで、バーナ排ガスからの熱をより多く利用することが可能となる。 Therefore, when the heat storage amount of the refrigerant tank 30 is small, the heat recovery temperature is set lower, the heat of the burner exhaust gas is recovered quickly, and when the refrigerant tank 30 approaches full storage, the heat recovery temperature is increased to store heat in the refrigerant tank 30 By increasing the amount, it is possible to use more heat from the burner exhaust gas.
本実施形態の燃料電池システム１０では、冷媒タンク３０の冷媒Ｗ２を給湯に用いておらず、冷媒Ｗ２と、給湯に用いる上水とを分離しているため、従来の燃料電池システムの様に湯の使用によって冷媒タンク３０内の冷媒Ｗ２の量が変化することは無く、冷媒タンク３０内の冷媒Ｗ２の量を制御する必要が無い。 In the fuel cell system 10 of the present embodiment, the refrigerant W2 of the refrigerant tank 30 is not used for hot water supply, and the refrigerant W2 and the clean water used for hot water supply are separated. There is no change in the amount of the refrigerant W2 in the refrigerant tank 30 due to the use of the above, and there is no need to control the amount of the refrigerant W2 in the refrigerant tank 30.
なお、冷媒タンク３０の天井壁３０Ａには、内部と外部とを連通する開口部３３が設けられているため、冷媒タンク３０内の冷媒Ｗ２が温度上昇に伴って膨張しても、冷媒Ｗ２の上の空気は開口部３３から外部へ排出されるので、タンク内の圧力上昇を抑制することができる。 Since the ceiling wall 30A of the refrigerant tank 30 is provided with the opening 33 communicating the inside with the outside, even if the refrigerant W2 in the refrigerant tank 30 expands as the temperature rises, Since the upper air is discharged from the opening 33 to the outside, the pressure rise in the tank can be suppressed.
したがって、冷媒タンク３０内の圧力上昇を抑えるために、冷媒タンク３０内の冷媒Ｗ２を外部へ排出する必要が無い。即ち、冷媒タンク３０から外部への排水が無いため、冷媒Ｗ２を外部へ排水するための経路を必要とせず、燃料電池システム１０のコンパクト化を図ることができる。また、冷媒Ｗ２を外部へ排水するための経路を排水配管（下水）に繋ぐ現場工事も必要としない。 Therefore, in order to suppress the pressure rise in the refrigerant tank 30, there is no need to discharge the refrigerant W2 in the refrigerant tank 30 to the outside. That is, since there is no drainage from the refrigerant tank 30 to the outside, a path for draining the refrigerant W2 to the outside is not required, and the fuel cell system 10 can be made compact. In addition, there is no need for on-site work to connect the path for draining the refrigerant W2 to the outside to the drainage pipe (sewage).
また、暖められた冷媒タンク３０の冷媒Ｗ２は、上水熱交換器４４で、外部より供給された上水との間で熱交換を行うことができる。予熱ポンプ５０を作動させることで、第２の循環経路１２０は、冷媒タンク３０と上水熱交換器４４との間で冷媒Ｗ２を循環させるため、外部の上水道から供給された上水は、上水熱交換器４４で加熱されて暖められる。 Further, the heated refrigerant W2 of the refrigerant tank 30 can be heat-exchanged with the clean water supplied from the outside by the clean water heat exchanger 44. Since the second circulation path 120 circulates the refrigerant W2 between the refrigerant tank 30 and the upper water heat exchanger 44 by operating the preheating pump 50, the upper water supplied from the external upper water supply is The water heat exchanger 44 heats and heats.
混合弁６２は、上水熱交換器４４で加熱された上水に、外部の上水道から供給された冷たい上水を混合して排出することができ、また、上水熱交換器４４で加熱された上水をそのまま排出することもできる。混合弁６２は、制御装置７０からの制御信号に基づいて、上水熱交換器４４で加熱された上水と、外部の上水道から供給された冷たい上水との混合比を調整して排出することができる。 The mixing valve 62 can mix and discharge cold fresh water supplied from an external tap water into the tap water heated by the tap water heat exchanger 44, and can be heated by the tap water heat exchanger 44. It is also possible to discharge the fresh water as it is. The mixing valve 62 adjusts and discharges the mixing ratio between the tap water heated by the tap water heat exchanger 44 and the cold tap water supplied from the external tap water based on the control signal from the controller 70. be able to.
なお、バックアップ熱源機ユニット１４は、例えば、冷媒タンク３０の冷媒Ｗ２の温度が低く、上水熱交換器４４から排出される上水の温度が低い場合等に、冷媒タンク付き燃料電池ユニット１２から供給される上水を更に加熱することができる。また、バックアップ熱源機ユニット１４は、図示しない住宅の風呂の追い炊きをする場合に使用することもできる。 In the case where the temperature of the refrigerant W2 of the refrigerant tank 30 is low and the temperature of the fresh water discharged from the water heat exchanger 44 is low, for example, the backup heat source unit 14 is connected to the fuel cell unit 12 with the refrigerant tank. The supplied clean water can be further heated. In addition, the backup heat source unit 14 can also be used when cooking after taking a bath in a house (not shown).
［その他の実施形態］
以上、本発明の一例について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
Other Embodiments
As mentioned above, although an example of the present invention was explained, the present invention is not limited to the above, and it is needless to say that it can be variously modified and carried out in the range which does not deviate from the main point other than the above. .
上記実施形態では、混合部１７０の中でバーナ排ガスと筐体１６の内部の空気とを混合したが、バーナ排ガスと筐体１６の内部の空気とを混合して外部に排出できれば、混合部１７０は設けなくてもよい。 In the above embodiment, the burner exhaust gas and the air inside the housing 16 are mixed in the mixing unit 170, but if the burner exhaust gas and the air inside the housing 16 can be mixed and discharged to the outside, the mixing unit 170 There is no need to provide.
また、外気温が低くなると目に見える白い湯気が生じ易くなるので、例えば、外気温が低下した場合には、換気ファン１４０の回転数を上げて換気量を増やし、バーナ排ガスと混合する筐体１６内の空気量を相対的に増やすことで、排出するバーナ排ガスの温度、及び相対湿度をより低下させる制御を行ってもよい。 In addition, since visible white steam is likely to occur when the outside air temperature decreases, for example, when the outside air temperature decreases, the number of rotations of the ventilation fan 140 is increased to increase the ventilation volume, and the case is mixed with the burner exhaust gas By relatively increasing the amount of air in 16, the temperature and relative humidity of the discharged burner exhaust gas may be further reduced.
また、排気熱交換器３１から排出されるバーナ排ガスの温度、湿度、排出量、外気の温度、湿度等をセンサーで検出し、センサーで得た情報に基づいて目に見える白い湯気の排出を抑制するように換気ファン１４０の回転数（送風量）を制御してもよい。これにより、目に見える白い湯気の抑制効果を高めることができる。 In addition, the temperature, humidity, emissions, temperature of outside air, humidity, etc. of the burner exhaust gas discharged from the exhaust heat exchanger 31 are detected by a sensor, and the discharge of visible white steam is suppressed based on the information obtained by the sensor. The number of rotations (air flow rate) of the ventilation fan 140 may be controlled to do this. This can enhance the effect of suppressing visible white steam.
なお、上記実施形態では、燃料電池スタック７６に供給する燃料ガスに都市ガスを用いた例を示したが、燃料ガスとしてプロパンガス等、都市ガス以外の可燃性ガスを用いることもできる。 In the above embodiment, an example in which the city gas is used as the fuel gas supplied to the fuel cell stack 76 is shown, but a flammable gas other than the city gas such as propane gas can also be used as the fuel gas.
１０ 燃料電池システム
１６ 筐体
８１ 燃料電池セル（燃料電池）
１４０ 換気ファン（排ガス排出装置）
１４２ 外気導入用換気口（排ガス排出装置）
１７０ 混合部（排ガス排出装置）
10 Fuel Cell System 16 Case 81 Fuel Cell (Fuel Cell)
140 Ventilation fan (exhaust gas exhaust system)
142 Ventilation openings for introducing outside air (exhaust gas exhaust system)
170 mixing unit (exhaust gas discharge device)
請求項１に記載の燃料電池システムは、燃料ガスと改質水とを供給して発電を行うと共に、水分を含んだ排ガスを排出する燃料電池と、前記燃料電池を収容する筐体と、前記筐体に設けられ前記筐体の外部から前記筐体の内部に外気を導入する外気導入用換気口と、前記筐体の内部の空気を前記筐体の外部に排出する換気ファンと、前記換気ファンの上流側に配置され、前記筐体の内部の空気と前記排ガスとを混合する管形状、または両側が開放された箱状に形成された混合部を有し、前記混合部内の空間で前記筐体の内部の空気と前記排ガスとを混合して前記筐体の外部に排出する排ガス排出装置と、を有する。 The fuel cell system according to claim 1, performs power generation by supplying the fuel gas and the reforming water, the fuel cell emits an exhaust gas containing water, a housing accommodating the fuel cell, wherein A vent for external air introduction provided in a housing for introducing outside air into the housing from the outside of the housing; a ventilation fan for discharging air inside the housing to the outside of the housing; It has a tube-like shape which is disposed on the upstream side of the fan and mixes the air inside the casing and the exhaust gas, or a box-like mixing portion opened on both sides, and the space in the mixing portion and mixing the internal air of the casing an exhaust gas having a gas discharge device for discharging to the outside of the housing.
請求項１に記載の燃料電池システムでは、筐体の外部の外気が外気導入用換気口から筐体の内部に導入され、排ガスは、筐体の内部の空気と混合部で混合されて温度が低下され相対湿度が低下され、その後、換気ファンによって筐体の外部へ排出される。
即ち、燃料電池によって暖められた筐体の内部の空気と排ガスとが換気ファンによって筐体の外部へ排出されるので、筐体の内部の空気を外部へ排出するための換気ファンと、排ガスを外部へ排出するための換気ファンの２つの換気ファンを用いなくて済み、換気ファンの数が増えて構成が複雑にならない。
In the fuel cell system according to claim 1 , the outside air outside the case is introduced into the inside of the case from the outside air introducing ventilation opening, and the exhaust gas is mixed with the air inside the case in the mixing section and the temperature is The relative humidity is reduced and then exhausted to the outside of the housing by the ventilation fan.
That is, since the air and exhaust gas inside the case warmed by the fuel cell are discharged to the outside of the case by the ventilation fan, the ventilation fan for discharging the air inside the case to the outside, the exhaust gas It is not necessary to use the two ventilation fans of the ventilation fan for exhausting to the outside, and the number of the ventilation fans is increased and the configuration is not complicated.
請求項１に記載の燃料電池システムは、燃料ガスと改質水とを供給して発電を行うと共に、水分を含んだ排ガスを排出する燃料電池と、前記燃料電池を収容する筐体と、前記筐体に設けられ前記筐体の外部から前記筐体の内部に外気を導入する外気導入用換気口と、前記筐体の内部の空気を前記筐体の外部に排出する換気ファンと、前記筐体の内部における前記換気ファンの上流側に配置され、前記筐体の内部の空気と前記排ガスとを混合する管形状、または両側が開放された箱状に形成された混合部と、前記混合部よりも小径とされて前記混合部の側部に接続され、前記燃料電池から排出される前記排ガスを前記混合部の内部に送る排ガス配管と、を有し、前記混合部内の空間で前記筐体の内部の空気と前記排ガスとを混合して前記筐体の外部に排出する排ガス排出装置と、を有する。 The fuel cell system according to claim 1 is configured to supply a fuel gas and reforming water to generate electric power, and to discharge the exhaust gas containing water, a fuel cell for discharging the water, a case for containing the fuel cell, and an outside air introducing ventilating port for introducing outside air into the interior of the housing from the outside of the provided housing said housing, and a ventilation fan for discharging the air inside of the casing to the outside of the housing, wherein the housing is disposed upstream of the ventilation fan in the interior of the body, said housing tubular shape mixing the internal air and the exhaust gas and the mixing portion or both are formed in the opened box shape, said mixing unit And an exhaust gas pipe which is smaller in diameter and connected to the side of the mixing unit and sends the exhaust gas discharged from the fuel cell to the inside of the mixing unit, and the housing in the space in the mixing unit Air in the interior of the housing and the exhaust gas Having a gas discharge device for discharging the parts.
Claims (2)
前記燃料電池を収容する筐体と、
前記筐体の内部の空気と前記排ガスとを混合して前記筐体の外部に排出する排ガス排出装置と、
を有する燃料電池システム。 A fuel cell that supplies fuel gas and reforming water to generate electric power and discharges a water-containing exhaust gas;
A housing for containing the fuel cell;
An exhaust gas discharge device for mixing the air inside the casing and the exhaust gas and discharging the mixture to the outside of the casing;
A fuel cell system having
The exhaust gas discharge device discharges the air inside the casing to the outside of the casing, and a vent for introducing outside air which is provided in the casing and introduces the outside air into the interior of the casing from the outside of the casing. The fuel cell system according to claim 1, further comprising: a ventilating fan, and a mixing unit disposed upstream of the ventilating fan and mixing the air inside the housing and the exhaust gas.
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