JP2019029323A - 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.
従来、この種の燃料電池システムとしては、改質ガスの生成に用いる改質水を収容する貯水器(改質水タンク)と、燃料電池を流通した改質ガスに含まれる水蒸気を凝縮して貯水器に供給する凝縮器(凝縮部)と、高圧給水源(水道管)と貯水器とを接続する給水管と、給水管を開閉する給水弁と、給水管に設けられた水精製器と、を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この燃料電池システムでは、システムを新規に設置する場合等に、給水弁を開弁し、高圧給水源からの水を水精製器を介して貯水器に供給することにより、貯水器への自動水張りを行なうことができる。 Conventionally, as this type of fuel cell system, a water reservoir (reformed water tank) that stores reformed water used for the generation of reformed gas, and water vapor contained in the reformed gas that has circulated through the fuel cell are condensed. A condenser (condenser) for supplying to the water reservoir, a water supply pipe connecting the high-pressure water supply source (water pipe) and the water reservoir, a water supply valve for opening and closing the water supply pipe, and a water purifier provided in the water supply pipe; Have been proposed (for example, see Patent Document 1). In this fuel cell system, when a new system is installed, the water supply valve is opened, and the water from the high-pressure water supply source is supplied to the water reservoir through the water purifier, so that the automatic water filling to the water reservoir is performed. Can be performed.
上述した燃料電池システムでは、必要に応じて貯水器(改質水タンク)への自動水張りを行なうことができるものの、高圧給水源と貯水器とを接続するための給水管や給水管を開閉するための給水弁、水道水を精製するための水精製器が必要となり、システムが複雑化すると共に大型化し、コスト増を招いてしまう。 In the fuel cell system described above, water can be automatically filled to a water reservoir (reformed water tank) as necessary, but a water supply pipe and a water supply pipe for connecting a high pressure water supply source and the water reservoir are opened and closed. Therefore, a water supply valve and a water purifier for purifying tap water are required, which complicates the system and increases the size, resulting in an increase in cost.
本発明の燃料電池システムは、簡易な構成により改質水タンクへの水の供給を可能とすることを主目的とする。 The fuel cell system of the present invention is mainly intended to enable water supply to the reforming water tank with a simple configuration.
本発明の燃料電池システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The fuel cell system of the present invention employs the following means in order to achieve the main object described above.
本発明の燃料電池システムは、
改質ガスと酸化剤ガスとに基づいて発電可能な燃料電池を備える燃料電池システムであって、
改質水を用いて原燃料ガスを前記改質ガスに改質して前記燃料電池へ供給する改質部と、
前記原燃料ガスを前記改質部に供給する原燃料ガス供給装置と、
前記改質水を蓄える改質水タンクを有し、該改質水タンク内の改質水を前記改質部に供給する改質水供給装置と、
前記燃料電池を通過した改質ガスを燃焼させる燃焼部と、
前記改質ガスの燃焼により生成された燃焼排気ガスを冷却して凝縮させる凝縮部と、
前記燃焼排気ガスの冷却により生成された凝縮水を前記改質水タンクへ供給する凝縮水流路と、
前記凝縮水流路に設けられた水精製器と、
筐体に形成された給水口に接続され、該給水口から前記凝縮水流路における前記水精製器の上流へ水を供給可能な給水路と、
を備えることを要旨とする。
The fuel cell system of the present invention comprises:
A fuel cell system including a fuel cell capable of generating electric power based on a reformed gas and an oxidant gas,
A reforming unit that reforms raw fuel gas into reformed gas using reformed water and supplies the reformed gas to the fuel cell;
A raw fuel gas supply device for supplying the raw fuel gas to the reforming unit;
A reforming water supply device that has the reforming water tank for storing the reforming water, and supplies the reforming water in the reforming water tank to the reforming unit;
A combustion section for burning the reformed gas that has passed through the fuel cell;
A condensing part for cooling and condensing the combustion exhaust gas generated by the combustion of the reformed gas;
A condensed water flow path for supplying condensed water generated by cooling the combustion exhaust gas to the reformed water tank;
A water purifier provided in the condensed water flow path;
A water supply path connected to a water supply port formed in the housing and capable of supplying water from the water supply port to the upstream of the water purifier in the condensed water channel;
It is a summary to provide.
この本発明の燃料電池システムでは、凝縮部で燃焼排気ガスの冷却により生成された凝縮水を、水精製器が設けられた凝縮水流路を介して改質水タンクへ供給するものにおいて、筐体に形成された給水口から凝縮水流路における水精製器の上流へ水を供給可能な給水路を備える。給水口から給水路を介して凝縮水流路における水精製器の上流へ水を供給することで、水精製器で精製した水を改質水タンクに供給することができる。このように、改質水タンクに水を供給する給水ラインの少なくとも一部を凝縮水流路(水精製器)と共用することで、システムをより簡易な構成とすることができる。また、筐体に形成された給水口から改質水タンクへ給水することができるため、筐体のパネルを取り外して改質水タンクへ直接に給水するものに比して、給水作業を容易にすることができる。 In the fuel cell system of the present invention, the condensate generated by cooling the combustion exhaust gas in the condensing section is supplied to the reformed water tank via the condensate flow path provided with the water purifier. And a water supply channel capable of supplying water to the upstream of the water purifier in the condensed water channel. By supplying water from the water supply port to the upstream of the water purifier in the condensed water flow path via the water supply channel, the water purified by the water purifier can be supplied to the reformed water tank. Thus, by sharing at least a part of the water supply line for supplying water to the reformed water tank with the condensed water flow path (water purifier), the system can be made simpler. In addition, water can be supplied to the reforming water tank from the water supply port formed in the housing, so that the water supply work is easier than when the housing panel is removed and water is supplied directly to the reforming water tank. can do.
こうした本発明の燃料電池システムにおいて、前記凝縮部で冷却された前記燃焼排気ガスのガス成分を外部へ排出する排気ガス流路を備え、前記給水路は、前記排気ガス流路と共用されるものとしてもよい。こうすれば、専用の給水路が不要であるため、システムを更に簡易な構成とすることができる。 In such a fuel cell system of the present invention, the fuel cell system includes an exhaust gas passage for discharging the gas component of the combustion exhaust gas cooled by the condensing unit to the outside, and the water supply passage is shared with the exhaust gas passage. It is good. In this way, since a dedicated water supply channel is not required, the system can be further simplified.
また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記給水口は、前記排気ガス流路の排気口であり、前記筐体の上面に形成されているものとしてもよい。こうすれば、筐体の上面に形成された排気口から給水することができ、給水作業をより容易にすることができる。 In the fuel cell system of the present invention, the water supply port may be an exhaust port of the exhaust gas passage and formed on the upper surface of the casing. If it carries out like this, water can be supplied from the exhaust port formed in the upper surface of a housing | casing, and a water supply operation | work can be made easier.
さらに、本発明の燃料電池システムにおいて、前記凝縮部と前記水精製器との間にバッファタンクを備えるものとしてもよい。こうすれば、凝縮水流路に水精製器の処理能力を超える量の水が供給されても、水精製器の上流で蓄積される水を一時的に蓄えることができるため、蓄積された水で排気ガス流路や熱交換器が塞がれるのを抑制することができる。これにより、給水作業の途中であっても、燃料電池システムの運転に最低限必要な水が改質水タンクに供給された段階でシステムを起動することが可能となり、システムを早期に運転させることができる。 Furthermore, in the fuel cell system of the present invention, a buffer tank may be provided between the condensing unit and the water purifier. In this way, even if an amount of water exceeding the capacity of the water purifier is supplied to the condensate flow path, the water accumulated upstream of the water purifier can be temporarily stored. It is possible to prevent the exhaust gas flow path and the heat exchanger from being blocked. As a result, even during the water supply operation, it is possible to start the system at the stage when the water necessary for the operation of the fuel cell system is supplied to the reforming water tank, and to operate the system at an early stage. Can do.
また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記改質水タンクの水位を検知する水位センサを備え、前記改質水タンクの水位が前記改質水供給装置により改質水を前記改質部へ供給可能な所定水位に達したことが検出されたのを起動条件の一つとして、該起動条件の成立によりシステムを起動するものとしてもよい。こうすれば、改質水タンクへの給水作業が完了するのを待つこと無く、システムの起動を早期に行なうことが可能となる。 The fuel cell system according to the present invention further includes a water level sensor that detects a water level of the reforming water tank, and the water level of the reforming water tank supplies the reforming water to the reforming unit by the reforming water supply device. It is also possible to activate the system when the activation condition is satisfied, with one of the activation conditions being detected as having reached a possible predetermined water level. In this way, it is possible to start the system at an early stage without waiting for completion of the water supply operation to the reforming water tank.
また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記給水路の給水口に水を供給するボトルを備え、前記ボトルは、水の供給量を調整するオリフィスを有するものとしてもよい。こうすれば、水精製器の処理能力に応じた適量の水を供給することができ、バッファタンクを省略したり、バッファタンクの容量を小さくしたりすることができる。 In the fuel cell system of the present invention, a bottle for supplying water to the water supply port of the water supply channel may be provided, and the bottle may have an orifice for adjusting a supply amount of water. In this way, it is possible to supply an appropriate amount of water according to the processing capacity of the water purifier, and the buffer tank can be omitted or the capacity of the buffer tank can be reduced.
図1は本実施形態の燃料電池システム10の構成の概略を示す構成図である。本実施形態の燃料電池システム10は、図1に示すように、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガス(エア)との供給を受けて発電する燃料電池スタック36を有する発電ユニット20と、発電ユニット20の発電に伴って発生する熱を回収して給湯する貯湯タンク101を有する給湯ユニット100と、システム全体を制御する制御装置70と、を備える。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of the configuration of a
発電ユニット20は、燃料電池スタック36の他に改質水を蒸発させて水蒸気を生成すると共に原燃料ガス(例えば天然ガスやLPガス)を予熱する気化器32と原燃料ガスおよび水蒸気から水素を含む燃料ガス(改質ガス)を生成する改質器33とを含む発電モジュール30と、気化器32に原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給装置40と、燃料電池スタック36にエアを供給するエア供給装置50と、改質水タンク57内の改質水を気化器32に供給する改質水供給装置55と、発電モジュール30で発生した排熱を回収する排熱回収装置60と、を備える。
In addition to the
改質器33は、セラミックなどの担体に改質触媒(例えば、RuまたはNi系の触媒)が担持されて構成され、気化器32から供給された原燃料ガスと水蒸気との混合ガスを水蒸気改質反応によって燃料ガス(改質ガス)に改質する。
The
発電モジュール30(気化器32、改質器33および燃料電池スタック36)は、断熱性材料により形成された箱型のモジュールケース31内に収容されている。モジュールケース31内には、燃料電池スタック36の起動や、気化器32における水蒸気の生成、改質器33における水蒸気改質反応に必要な熱を供給するための燃焼部34が設けられている。燃焼部34には燃料電池スタック36を通過した燃料オフガス(アノードオフガス)と酸化剤オフガス(カソードオフガス)とが供給され、これらの混合ガスを点火ヒータ35により点火して燃焼させることにより、燃料電池スタック36や気化器32、改質器33を加熱する。燃料オフガスおよび酸化剤オフガスの燃焼により生成される燃焼排ガスは、燃焼触媒37を介して熱交換器62へ供給される。燃焼触媒37は、燃焼部34で燃え残った燃料ガスを触媒によって再燃焼させる酸化触媒である。
The power generation module 30 (the
排熱回収装置60は、熱交換器62と貯湯水を貯蔵する貯湯タンク101とを接続して貯湯水の循環路を形成する循環配管61を有する。循環配管61には、循環ポンプ63が設けられており、循環ポンプ63により貯湯水を循環させることにより、熱交換器62にて燃焼排ガスとの熱交換により貯湯水を加温すると共に加温した貯湯水を貯湯タンク101へ貯湯する。熱交換器62は凝縮水供給管65を介して改質水タンク57に接続されると共に排気ガス排出管67を介して外気と接続されている。熱交換器62に供給された燃焼排ガスは、貯湯水との熱交換によって冷却され、水蒸気成分が凝縮されて凝縮水供給管65を介して改質水タンク57に回収される。また、残りの排気ガスは、排気ガス排出管67を介して外気へ排出される。
The exhaust
凝縮水供給管65には、水精製器66が設けられている。水精製器66は、凝縮水が流入する流入口が上部に形成されると共に凝縮水が流出する流出口が下部に形成された収容容器にイオン交換樹脂が充填されたものであり、イオン交換樹脂を流通する水に含まれる不純物を除去して純水化する。また、熱交換器62と水精製器66との間には、バッファタンク64が設けられている。バッファタンク64が設けられている理由については後述する。
A
排気ガス排出管67は、一端側が熱交換器62の排気ガス出口と接続され、他端側が上方に延びて筐体22の上面に形成された排気口67oと接続されており、熱交換器62から排出された燃焼排ガスのガス成分を排気口67oから外部へ排出する。排気口67oには、径方向に開口を有する図示しないキャップが着脱可能に取り付けられ、キャップが取り付けられた状態で当該キャップの開口を介して排気ガスを外部へ排出可能となっている。
One end side of the exhaust
原燃料ガス供給装置40は、ガス供給源1と気化器32とを接続する原燃料ガス供給管41を有する。原燃料ガス供給管41には、ガス供給源1側から順に、原燃料ガス供給弁42、原燃料ガスポンプ43、脱硫器44などが設けられており、原燃料ガス供給弁42を開弁した状態で原燃料ガスポンプ43を駆動することにより、ガス供給源1からの原燃料ガスを脱硫器44を通過させて気化器32へ供給する。気化器32へ供給された原燃料ガスは、気化器32を経て改質器33へ供給され、燃料ガスへと改質される。脱硫器44は、原燃料ガスに含まれる硫黄分を除去するものであり、例えば、硫黄化合物をゼオライトなどの吸着剤に吸着させて除去する常温脱硫方式などを採用することができる。
The raw fuel
エア供給装置50は、外気と連通するフィルタ52と燃料電池スタック36とを接続するエア供給管51を有する。エア供給管51には、エアブロワ53が設けられており、エアブロワ53を駆動することにより、フィルタ52を介して吸入したエアを燃料電池スタック36へ供給する。
The
改質水供給装置55は、改質水を貯蔵する改質水タンク57と気化器32とを接続する改質水供給管56を有する。改質水供給管56には、改質水ポンプ58が設けられており、改質ポンプ58を駆動することにより、改質水タンク57の改質水を気化器32へ供給する。気化器32へ供給された改質水は、気化器32で水蒸気とされ、改質器33における水蒸気改質反応に利用される。改質水タンク57には、蓄えられている改質水の水位を検出するための水位センサ59が設けられている。水位センサ59は、実施形態では、フロート式の水位センサとして構成され、改質水タンク57の水位Wが改質水ポンプ58により改質水を汲み上げ可能な下限水位よりも若干高い所定の低水位Wl以上のときにオンする低水位検出センサと、改質水タンク57の水位Wが低水位Wlよりも高く満水位よりも低い所定の高水位Wh以上のときにオンする高水位検出センサと、を含む。
The reforming
燃料電池スタック36は、酸素イオン伝導体からなる固体電解質と、固体電解質の一方の面に設けられたアノードと、固体電解質の他方の面に設けられたカソードとを備える固体酸化物燃料電池セルが積層されたものとして構成されており、アノードに供給される燃料ガス中の水素とカソードに供給されるエア中の酸素とによる電気化学反応によって発電する。燃料電池スタック36の出力端子には、図示しないパワーコンディショナを介して商用電源から負荷への電力ラインが接続されており、燃料電池スタック36からの直流電力は、パワーコンディショナによる電圧変換および直流/交流変換を経て商用電源からの交流電力に付加されて負荷に供給される。
The
制御装置70は、CPUやROM、RAMなどで構成されたマイクロプロセッサである。制御装置70は、原燃料ガス供給管41に設けられた図示しない流量センサからのガス流量や水位センサ59(低水位検出センサ、高水位検出センサ)からの検出信号などを入力する。また、制御装置70は、点火ヒータ35や原燃料ガス供給弁42、原燃料ガスポンプ43、エアブロワ53、改質水ポンプ58、循環ポンプ63などへ駆動信号を出力する。
The
こうして構成された燃料電池システム10は、改質水タンク57の水位Wが低水位Wl以上(低水位検出センサがオン)等のシステム起動条件が成立している状態で、システムの起動が要求されると、システム起動処理を実行する。システム起動処理は、例えば、対応する補機類を順次制御し、脱硫器44に燃料成分を吸着させて混合ガスの空燃比ずれを抑制する燃料吸着処理、燃焼部34のパージ処理、燃焼部34におけるオフガスの着火処理、水蒸気改質処理などを順次実行することにより行なう。
The
燃料電池システム10は、システムの起動が完了すると、発電処理を実行する。発電処理では、システム要求出力に基づいて目標ガス流量Qg*を設定し、設定した目標ガス流量Qg*により原燃料ガスが供給されるよう原燃料ガスポンプ43を制御する原燃料ガス供給制御と、目標ガス流量Q*に対して所定の空燃比となるように目標エア流量Qa*を設定し、設定した目標エア流量Qa*によりエアが供給されるようエアブロワ53を制御するエア供給制御と、システム要求出力に基づいて目標水量を設定し、設定した目標水量により改質水が供給されるよう改質水ポンプ58を制御する改質水供給制御とが実行される。
When the startup of the system is completed, the
また、燃料電池システム10は、発電中に水位センサ59により改質水タンク57の水位Wが低水位Wl以上高水位Wh未満と検出されたとき(低水位検出センサがオンで高水位検出センサがオフのとき)には、システム要求出力を低下させる出力制限制御を行なう。これにより、熱交換器62で生成される凝縮水を増やして、改質水タンク57内の水位を回復させることができる。
In addition, the
さらに、燃料電池システム10は、発電中に水位センサ59により改質水タンク57の水位Wが低水位Wl未満と検出されたとき(低水位検出センサがオフのとき)には、システムの運転を停止させる。
Further, when the
ここで、燃料電池システム10では、新規に設置された時など改質水タンク57が空の状態である場合や改質水タンク57の水位不足(水位Wが低水位Wl未満)でシステムが停止した場合、システムを起動するために改質水タンク57への給水作業(水張り)が必要となる。給水作業は、基本的には、高水位センサがオンとなるまで、即ち改質水タンク57の水位Wが高水位WH以上となるまで行なわれる。図2は、改質水タンク57への給水作業の様子を示す説明図である。図示するように、筐体22の上面には上方に延びる排気ガス排出管67の排気口67oが設けられており、排気ガス排出管67は、熱交換器62、凝縮水供給管65を介して改質タンク57に接続されている。このため、作業者が、排気口67oに取り付けられているキャップを取り外し、給水ボトル90内の水を注ぎ口91から排気口67oへ注ぐことにより、排気口67oから排気ガス排出管67、熱交換器62、凝縮水供給管65を介して改質水タンク57に給水することができる。凝縮水供給管65には、凝縮水を精製するためのイオン交換樹脂66iが充填された水精製器66が設けられているから、給水ボトル90から注入された水(水道水)は、イオン交換樹脂66iによって精製されてから、改質水タンク57に供給される。実施形態では、給水ボトル90は注ぎ口91が排気口67oに嵌め込まれることで筐体22に固定されるようになっており、作業者は、給水ボトル90を排気口67oにセットするだけで給水作業を行なうことができる。
Here, in the
給水作業の際、水精製器66(イオン交換樹脂66i)にその処理能力を超える量の水が注入されると、注入された水が水精製器66の上流側で蓄積されていく。実施形態では、熱交換器62と水精製器66との間にバッファタンク64が設けられているから、水精製器66の上流に蓄積された水をバッファタンク64に蓄えることができる。これにより、凝縮水供給管65に水精製器66の処理能力を超える量の水が注入されても、水精製器66の上流側で蓄積される水によって排気ガス排出管67や熱交換器62が塞がれるのを抑制することができる。上述したように、改質水タンク57の水位Wが低水位Wl以上となると、給水作業の途中であってもシステム起動条件が成立し、システムの起動が可能となる。給水作業の途中でシステムを起動しても、注入された水で排気ガス排出管67や熱交換器62が塞がれるのを抑制しているから、システムの起動に伴って生成された燃焼排気ガスを熱交換器62に通過させ、燃焼排気ガスのガス成分を排気ガス排出管67を介してスムーズに排出することができる。ここで、バッファタンク64は、給水作業中に水精製器66の上流で蓄積される水が排気ガス排出管67や熱交換器62を塞がない程度の容量、例えば、改質水タンク57の水位Wがシステム起動可能な低水位Wlとなるまでに必要な容量や、改質水タンク57の水位Wがシステム起動可能な低水位Wlとなったときに水精製器66の上流で蓄積される水が排気ガス排出管67や熱交換器62を塞がない程度の容量が確保されていることが望ましい。
During the water supply operation, when an amount of water exceeding the processing capacity is injected into the water purifier 66 (
以上説明した実施形態の燃料電池システム10は、熱交換器62で燃焼排気ガスの冷却により生成された凝縮水を改質水タンク57へ供給する凝縮水供給管65と、凝縮水供給管65に設けられた水精製器66と、筐体22に形成された排気口67oに接続されて排気口67oから凝縮水供給管65における水精製器66の上流へ水を供給可能な排気ガス排出管67と、を備える。これにより、排気口67oに水を注入することにより、排気口67oから排気ガス排出管67、凝縮水供給管65を介して改質水タンク57に給水が可能である。このように、改質水タンク57に給水するための給水ラインを凝縮水供給管65と共用することで、システムをより簡易な構成とすることができる。また、筐体22に形成された排気口67oから改質水タンク57へ給水することができるため、筐体22のパネルを取り外して改質水タンク57へ直接に給水するものに比して、給水作業を容易にすることができる。しかも、改質水タンク57への給水路を、燃焼排気ガスのガス成分を外気へ排出するための排気ガス排出管67と共用するから、専用の給水路が不要であり、システムを更に簡易な構成とすることができる。
The
また、実施形態の燃料電池システム10は、熱交換器62と水精製器66との間にバッファタンク64を備えるから、凝縮水供給管65に水精製器66の処理能力を超える量の水が注入されても、水精製器66の上流で蓄積される水をバッファタンク64に一時的に蓄えることができる。これにより、水精製器66の上流で蓄積される水で排気ガス排出管67や熱交換器62が塞がれるのを抑制することができる。したがって、給水作業の途中であっても、改質水タンク57の水位Wが低水位Wl以上となった段階でシステムを起動することが可能となり、システムを早期に運転させることができる。
In addition, since the
上述した実施形態では、給水ボトル90を用いて排気ガス排出管67の排気口67oから水を注入するものとしたが、これに限定されるものではなく、給水ホースなどを用いて水を注入してもよい。この場合、排気口67o(給水口)は、必ずしも筐体22の上面に設ける必要はない。
In the above-described embodiment, water is injected from the exhaust port 67o of the exhaust
上述した実施形態では、熱交換器62と水精製器66との間にバッファタンク64を備えるものとしたが、図3の変形例の燃料電池システム110に示すように、実施形態のバッファタンク64および水精製器66に代えて、収容容器166hの上部に空間166eが形成されるようにイオン交換樹脂166iが充填された水精製器166を備えるものとしてもよい。この変形例の燃料電池システム110では、収容容器166hの上部の空間166eをバッファタンクとして機能させることができる。
In the above-described embodiment, the
上述した実施形態では、熱交換器62と水精製器66との間にバッファタンク64を備えるものとしたが、図4の変形例の燃料電池システム210に示すように、給水ボトル290の注ぎ口291に絞り(オリフィス)を設け、絞りによって給水ボトル290から排気口67oに注入する水の流量を調整するものとしてもよい。なお、変形例の給水ボトル290には、注ぎ口291とは反対側の底面に空気孔292が設けられている。この変形例の燃料電池システム210では、バッファタンク264を実施形態のバッファタンク64よりも小容量とすることができる。なお、変形例の燃料電池システム210では、小容量のバッファタンク264を備えるものとしたが、バッファタンク264を省略してもよい。
In the above-described embodiment, the
上述した実施形態では、排気ガス排出管67の排気口67oから水を注入することにより、改質水タンク57へ給水するものとしたが、図5の変形例の燃料電池システム310に示すように、一端側が熱交換器62の凝縮水出口(バッファタンク64の上流)に接続されると共に他端側が上方に延びて給水口367iに接続された給水管367を設け、給水口367iから給水管367、凝縮水供給管65を介して改質水タンク57へ給水するものとしてもよい。
In the above-described embodiment, water is supplied to the reformed
実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、燃料電池スタック36が燃料電池に相当し、改質器33が改質部に相当し、原燃料ガス供給装置40が原燃料ガス供給装置に相当し、改質水供給装置55が改質水供給装置に相当し、改質水タンク57が改質水タンクに相当し、燃焼部34が燃料部に相当し、熱交換器62が凝縮部に相当し、凝縮水供給管65が凝縮水流路に相当し、水精製器66が水精製器に相当し、排気ガス排出管67が給水路に相当し、排気口67oが給水口に相当する。また、給水路367も給水路に相当し、給水口367iも給水口に相当する。また、排気ガス排出管67が排気ガス流路に相当する。また、バッファタンク64,264や収容容器166hの空間166eがバッファタンクに相当する。また、水位センサ59が水位センサに相当する。また、給水ボトル290がボトルに相当し、注ぎ口291がオリフィスに相当する。
The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problems will be described. In the embodiment, the
なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem is the same as that of the embodiment described in the column of means for solving the problem. Therefore, the elements of the invention described in the column of means for solving the problems are not limited. That is, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problem should be made based on the description of the column, and the embodiment of the invention described in the column of means for solving the problem is described. It is only a specific example.
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated using embodiment, this invention is not limited to such embodiment at all, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is with various forms. Of course, it can be implemented.
本発明は、燃料電池システムの製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the manufacturing industry of fuel cell systems.
1 ガス供給源、10、110,210,310 燃料電池システム、20 発電ユニット、22 筐体、30 発電モジュール、31 モジュールケース、32 気化器、33 改質器、34 燃焼部、35 点火ヒータ、36 燃料電池スタック、37 燃焼触媒、40 原燃料ガス供給装置、41 原燃料ガス供給管、42 原燃料ガス供給弁、43 原燃料ガスポンプ、44 脱硫器、50 エア供給装置、51 エア供給管、52 フィルタ、53 エアブロワ、55 改質水供給装置、56 改質水供給管、57 改質水タンク、58 改質水ポンプ、59 水位センサ、60 排熱回収装置、61 循環配管、62 熱交換器、63 循環ポンプ、64,264 バッファタンク、65 凝縮水供給管、66,166 水精製器、66i,166i イオン交換樹脂、166h 収容容器、166e 空間、67 排気ガス排出管、67o 排気口、70 制御装置、90,290 給水ボトル、91,291 注ぎ口、100 給湯ユニット、101 貯湯タンク、292 空気孔、367 給水管、367i 給水口。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
改質水を用いて原燃料ガスを前記改質ガスに改質して前記燃料電池へ供給する改質部と、
前記原燃料ガスを前記改質部に供給する原燃料ガス供給装置と、
前記改質水を蓄える改質水タンクを有し、該改質水タンク内の改質水を前記改質部に供給する改質水供給装置と、
前記燃料電池を通過した改質ガスを燃焼させる燃焼部と、
前記改質ガスの燃焼により生成された燃焼排気ガスを冷却して凝縮させる凝縮部と、
前記燃焼排気ガスの冷却により生成された凝縮水を前記改質水タンクへ供給する凝縮水流路と、
前記凝縮水流路に設けられた水精製器と、
筐体に形成された給水口に接続され、該給水口から前記凝縮水流路における前記水精製器の上流へ水を供給可能な給水路と、
を備える燃料電池システム。 A fuel cell system including a fuel cell capable of generating electric power based on a reformed gas and an oxidant gas,
A reforming unit that reforms raw fuel gas into reformed gas using reformed water and supplies the reformed gas to the fuel cell;
A raw fuel gas supply device for supplying the raw fuel gas to the reforming unit;
A reforming water supply device that has the reforming water tank for storing the reforming water, and supplies the reforming water in the reforming water tank to the reforming unit;
A combustion section for burning the reformed gas that has passed through the fuel cell;
A condensing part for cooling and condensing the combustion exhaust gas generated by the combustion of the reformed gas;
A condensed water flow path for supplying condensed water generated by cooling the combustion exhaust gas to the reformed water tank;
A water purifier provided in the condensed water flow path;
A water supply path connected to a water supply port formed in the housing and capable of supplying water from the water supply port to the upstream of the water purifier in the condensed water channel;
A fuel cell system comprising:
前記凝縮部で冷却された前記燃焼排気ガスのガス成分を外部へ排出する排気ガス流路を備え、
前記給水路は、前記排気ガス流路と共用される、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
An exhaust gas flow path for discharging the gas component of the combustion exhaust gas cooled in the condensing unit to the outside;
The water supply path is shared with the exhaust gas flow path.
Fuel cell system.
前記給水口は、前記排気ガス流路の排気口であり、前記筐体の上面に形成されている、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2, wherein
The water supply port is an exhaust port of the exhaust gas flow path, and is formed on the upper surface of the housing.
Fuel cell system.
前記凝縮部と前記水精製器との間にバッファタンクを備える、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
A buffer tank is provided between the condensing unit and the water purifier.
Fuel cell system.
前記改質水タンクの水位を検知する水位センサを備え、
前記改質水タンクの水位が前記改質水供給装置により改質水を前記改質部へ供給可能な所定水位に達したことが検出されたのを起動条件の一つとして、該起動条件の成立によりシステムを起動する、
燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein
A water level sensor for detecting the water level of the reformed water tank;
One of the starting conditions is that the level of the reforming water tank is detected by the reforming water supply device to reach a predetermined water level at which the reforming water can be supplied to the reforming unit. Start the system when it is established,
Fuel cell system.
前記給水路の給水口に水を供給するボトルを備え、
前記ボトルは、水の供給量を調整するオリフィスを有する、
燃料電池システム。 A fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
A bottle for supplying water to the water supply port of the water supply channel;
The bottle has an orifice for adjusting the amount of water supplied,
Fuel cell system.
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Cited By (3)
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JP2020184454A (en) * | 2019-05-08 | 2020-11-12 | アイシン精機株式会社 | Fuel cell system |
JP2020184465A (en) * | 2019-05-08 | 2020-11-12 | アイシン精機株式会社 | Fuel cell system |
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005235586A (en) * | 2004-02-19 | 2005-09-02 | Aisin Seiki Co Ltd | Fuel cell system |
JP2011096565A (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-12 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | Fuel cell system and method for exchanging pure water therein |
JP2011154975A (en) * | 2010-01-28 | 2011-08-11 | Noritz Corp | Fuel cell system |
-
2017
- 2017-08-04 JP JP2017151194A patent/JP6946833B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005235586A (en) * | 2004-02-19 | 2005-09-02 | Aisin Seiki Co Ltd | Fuel cell system |
JP2011096565A (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-12 | Jx Nippon Oil & Energy Corp | Fuel cell system and method for exchanging pure water therein |
JP2011154975A (en) * | 2010-01-28 | 2011-08-11 | Noritz Corp | Fuel cell system |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020184454A (en) * | 2019-05-08 | 2020-11-12 | アイシン精機株式会社 | Fuel cell system |
JP2020184465A (en) * | 2019-05-08 | 2020-11-12 | アイシン精機株式会社 | Fuel cell system |
JP7310278B2 (en) | 2019-05-08 | 2023-07-19 | 株式会社アイシン | fuel cell system |
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