JP2019040762A - 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.
燃料電池システムの一形式として、特許文献1に示されているものが知られている。特許文献1の図1に示されているように、燃料電池システムは、改質用原料供給流路14を通して供給される改質用原料中の硫黄成分を除去するための脱硫器22と、脱硫された改質用原料を改質するための改質器4と、改質用原料及び酸化剤の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池セルスタック6とを備えている。
As one type of fuel cell system, one shown in
この燃料電池システムは、脱硫器22による改質用原料の脱硫反応を水素が含まれる条件下で行うため、改質器4で改質された改質用原料である改質ガスの一部を脱硫器22に戻すためのリサイクル流路48が設けられている。このリサイクル流路48にはリキッドドレイナ60が配設されている。リキッドドレイナ60は、改質ガスが冷却されることにより凝縮された改質ガス中の水分(ドレイン水)を留めるスチームトラップである。ドレイン水は、リキッドドレイナ60から排水流路(図示なし)を介して外部に排出される。
In this fuel cell system, since the desulfurization reaction of the reforming raw material by the
上述した特許文献1に記載されている燃料電池システムにおいては、リキッドドレイナ60に加えて、リキッドドレイナ60が故障した場合を考慮して、リサイクル流路48を流通する改質ガスが排水流路を介して外部に排出されないように、例えばU字管等の水封構造を設けるときがある。このようにスチームトラップを構成したことにより、U字管等を加えることは、部品点数が比較的多くなるため、燃料電池システムが高コスト化する。一方、燃料電池システムにおいては、普及率向上等のため、低コスト化の要請がある。
In the fuel cell system described in
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、改質部にて改質された改質ガスの一部をリサイクルする燃料電池システムの低コスト化を図ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce the cost of a fuel cell system that recycles part of the reformed gas reformed in the reforming section.
上記の課題を解決するため、請求項1に係る燃料電池システムは、水素を含む改質ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部と、改質用原料と水蒸気とから改質ガスを生成し、改質ガスを燃料電池に供給する改質部と、改質用原料に含まれる硫黄成分を水素によって除去し、かつ、改質用原料を改質部に供給する脱硫器と、改質部から燃料電池に改質ガスを供給する改質ガス供給管と、脱硫器に改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、改質ガスの一部をリサイクル燃料として脱硫器に戻すリサイクルガス管であって、ドレイン水が生じるリサイクルガス管と、燃料電池からの水蒸気を含む排ガスを凝縮して凝縮水を生成するとともに、凝縮された排ガスを排出するガス排出口を有する凝縮器と、ガス排出口より下方にて上方を開口するU字状に設けられ、第一端が凝縮器から凝縮水を導入する凝縮水導入口であり、第二端がリサイクルガス管からドレイン水を導入するドレイン水導入口であるとともに、底部と凝縮水導入口との間かつドレイン水導入口より下方に配置され、ドレイン水と凝縮水とが混合された混合水を導出する混合水導出口が設けられた混合水管と、混合水管の底部の流路である第一部位より上方に配置され、改質水を貯留するとともに、ドレイン水導入口より下方にて改質水を外部に排出する水排出口を有する水タンクと、第一部位より上方かつドレイン水導入口より下方に配置され、混合水導出口から導出された混合水を改質水として水タンクに導出するとともに、混合水を精製する水精製部が配置された改質水導出管と、を備えた燃料電池システムであって、混合水管の流路における第一部位からドレイン水導入口側の部位に位置する、改質ガスと混合水との境界面である第一境界面と、少なくとも混合水管の流路における第一部位より凝縮水導入口側の部位に位置するとともに、第一境界面と混合水を介して連通した、混合水と大気との境界面である第二境界面との上下方向に沿った高さが、第一境界面に対して所定圧力の前記改質ガスが作用することにより、改質ガスが第一境界面から第一部位へ流出しない下限の位置である第一位置に第一境界面が位置した場合において、第一境界面と第二境界面との間の混合水によって、第一境界面から第一部位への改質ガスの流出が規制される所定高さ以上となるように、混合水管、改質水導出管および水タンクが設けられている。
In order to solve the above-described problem, a fuel cell system according to
これによれば、第一位置に位置する第一境界面と、第一境界面に混合水を介して連通した第二境界面との上下方向に沿った高さが所定高さ以上になるとなるように、混合水管、改質水導出管および水タンクが設けられている。このため、第一境界面と第二境界面との間の混合水によって、第一境界面から第一部位、第二境界面ひいては外部への改質ガスの流出が抑制される。よって、従来技術のようなスチームトラップやU字管等の水封部材が不要となるため、燃料電池システムの部品点数を低減することができる。したがって、燃料電池システムの低コスト化を図ることができる。 According to this, the height along the up-and-down direction of the 1st boundary surface located in the 1st position and the 2nd boundary surface connected to the 1st boundary surface via mixed water will become more than predetermined height. As described above, a mixed water pipe, a reforming water outlet pipe, and a water tank are provided. For this reason, the mixed water between the first boundary surface and the second boundary surface suppresses the outflow of the reformed gas from the first boundary surface to the first region, the second boundary surface, and the outside. Therefore, a water sealing member such as a steam trap and a U-shaped tube as in the conventional technique is not necessary, and the number of parts of the fuel cell system can be reduced. Therefore, the cost of the fuel cell system can be reduced.
<第一実施形態>
以下、本発明による燃料電池システムの第一実施形態について説明する。本明細書においては説明の便宜上、図1における上側および下側をそれぞれ燃料電池システム1の上方および下方とし、同じく左側および右側をそれぞれ燃料電池システム1の左方および右方として説明する。
<First embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention will be described. In this specification, for convenience of explanation, the upper side and the lower side in FIG. 1 will be described as the upper and lower sides of the
燃料電池システム1は、図1に示すように、発電ユニット10および貯湯槽21を備えている。発電ユニット10は、筐体10a、燃料電池モジュール11、凝縮器12、インバータ装置13、改質水を貯留する水タンク14、および、制御装置15を備えている。
The
燃料電池モジュール11(30)は、図1に示すように、ケーシング31、蒸発部32、改質部33および燃料電池34を備えている。ケーシング31は、断熱性材料で箱状に形成されている。
As shown in FIG. 1, the fuel cell module 11 (30) includes a
蒸発部32には、改質用原料供給管11aを介して供給源Gsから改質用原料が供給される。供給源Gsは、例えば都市ガスのガス供給管、LPガスのガスボンベである。改質用原料としては天然ガス、LPガスなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。
The reforming material is supplied from the supply source Gs to the
また、蒸発部32には、水供給管11bを介して水タンク14から改質水が供給される。水供給管11bは、改質水を送出する改質水ポンプ11b1が設けられている。改質水ポンプ11b1は、制御装置15からの制御指令値にしたがって改質水の流量(単位時間あたりの流量)を調整する。
Further, the reforming water is supplied to the
蒸発部32は、改質水から水蒸気を生成するものである。蒸発部32は、具体的には、後述する燃焼ガスにより加熱されて、水タンク14から供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成する。また、蒸発部32は、供給源Gsから供給された改質用原料を予熱する。蒸発部32は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料とを混合して改質部33に供給する。
The
改質部33は、改質用原料と水蒸気とから改質ガスを生成し、改質ガスを燃料電池34に供給するものである。改質部33は、具体的には、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部32から供給された混合ガス(改質用原料、水蒸気)から改質ガスを生成して導出する。改質部33内には、触媒(例えば、RuまたはNi系の触媒)が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素などを含んだガスが生成されている(いわゆる水蒸気改質反応)。
The reforming
改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス(メタンガス)、改質に使用されなかった改質水(水蒸気)を含んでいる。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応である。 The reformed gas contains hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, steam, unreformed natural gas (methane gas), and reformed water (steam) that has not been used for reforming. The steam reforming reaction is an endothermic reaction.
燃料電池34は、水素を含む改質ガスと酸化剤ガスにより発電するものである。燃料電池34は、燃料極、空気極(酸化剤極)、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル34aが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池34の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。
The
セル34aの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路34bが形成されている。セル34aの空気極側には、酸化剤ガスである空気(カソードエア)が流通する空気流路34cが形成されている。
On the fuel electrode side of the
燃料電池34は、マニホールド35上に設けられている。マニホールド35には、改質部33からの改質ガスが改質ガス供給管38を介して供給される。燃料流路34bは、その下端(一端)がマニホールド35の燃料導出口(図示なし)に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出される。
The
カソードエアは、カソードエア供給管11cを介してカソードエアブロワ11c1から供給され、空気流路34cの下端から導入され上端から導出される。カソードエアブロワ11c1は、筐体10a内の空気をカソードエアとして送出する。
Cathode air is supplied from the cathode air blower 11c1 through the cathode
燃料電池34と蒸発部32および改質部33との間には、燃焼部36が設けられている。燃焼部36は、燃料電池34からのアノードオフガス(燃料オフガス)と燃料電池34からのカソードオフガス(酸化剤オフガス)とが燃焼されて改質部33を加熱する。
A
燃焼部36では、アノードオフガスが燃焼されて火炎37が発生している。燃焼部36では、アノードオフガスが燃焼されてその燃焼排ガス(本発明の排ガスに相当)が発生している。また、燃焼部36は、燃料電池モジュール30内の温度を燃料電池34の動作温度にする。
In the
凝縮器12は、燃料電池34からの水蒸気を含む燃焼排ガスを凝縮して凝縮水を生成するとともに、凝縮された燃焼排ガスを排出するガス排出口12aを有するものである。凝縮器12は、具体的には、燃料電池モジュール30から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽21からの貯湯水が供給され、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する熱交換器である。ガス排出口12aは、凝縮器12の側壁に設けられている。
The
貯湯槽21は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する(図にて矢印の方向に循環する)貯湯水循環ライン22が接続されている。貯湯水循環ライン22上には、貯湯槽21の下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ22aおよび凝縮器12が配設されている。
The hot
凝縮器12において、燃料電池モジュール30からの燃焼排ガスは、第一排気管11dを通って凝縮器12内に導入され、貯湯水との間で熱交換が行われ冷却されるとともに燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮される。冷却後の燃焼排ガスはガス排出口12aおよびガス排出口12aに接続された第二排気管11eを通って外部に排出される。一方、凝縮された凝縮水は、混合水管40に導出される(詳細は後述する)。
In the
上述した凝縮器12、貯湯槽21および貯湯水循環ライン22から、排熱回収システム20が構成されている。排熱回収システム20は、燃料電池モジュール30の排熱を貯湯水に回収して蓄える。
An exhaust heat recovery system 20 is configured from the
インバータ装置13は、燃料電池34から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源16aおよび外部電力負荷16c(例えば電化製品)に接続されている電源ライン16bに出力する。
The
インバータ装置13は、系統電源16aからの交流電圧を電源ライン16bを介して入力し所定の直流電圧に変換して補機(各ポンプ、ブロワなど)や制御装置15に出力する。制御装置15は、補機を駆動して燃料電池システム1の運転を制御する。
The
次に、改質用原料供給管11aに関して詳述する。改質用原料供給管11aには、上流から順番に遮断弁11a1、圧力センサ11a2、流量センサ11a3、圧力調整装置11a4、原料ポンプ11a5および脱硫器11a6が設けられている。
Next, the reforming
遮断弁11a1は、改質用原料の供給を遮断可能とするものである。遮断弁11a1は、制御装置15の指令によって改質用原料供給管11aを開閉自在に遮断する弁(2連弁)である。圧力センサ11a2は、改質用原料の圧力(圧力センサ11a2の設置場所の圧力)を検出するものである。圧力センサ11a2の検出結果は、制御装置15に出力される。流量センサ11a3は、改質用原料の流量(単位時間あたりの流量)を検出するものである。流量センサ11a3の検出結果は、制御装置15に出力される。
The shutoff valve 11a1 can shut off the supply of the reforming raw material. The shutoff valve 11a1 is a valve (double valve) that shuts off the reforming raw
圧力調整装置11a4は、入力した改質用原料の圧力を所定の圧力に調整して出力する。例えば、圧力調整装置11a4は、入力した改質用原料の圧力を大気圧にて出力するゼロガバナである。圧力調整装置11a4は、改質用原料供給管11aの原料ポンプ11a5より1次側を後述するリサイクルガス管39に対して圧力を低くするためのものである。圧力調整装置11a4が、改質用原料供給管11aをリサイクルガス管39より低圧とすることにより、改質ガスがリサイクルガス管39を流通する。
The pressure adjusting device 11a4 adjusts the input pressure of the reforming raw material to a predetermined pressure and outputs it. For example, the pressure adjusting device 11a4 is a zero governor that outputs the input pressure of the reforming raw material at atmospheric pressure. The pressure adjusting device 11a4 is for lowering the pressure with respect to the
原料ポンプ11a5は、改質用原料を送出するものである。原料ポンプ11a5は、制御装置15からの制御指令値にしたがって改質用原料の流量(単位時間あたりの流量)を調整する。
The raw material pump 11a5 delivers the raw material for reforming. The
脱硫器11a6は、改質用原料に含まれる硫黄成分(例えば、硫黄化合物)を水素によって除去し、かつ、改質用原料を改質部33に供給するものである。脱硫器11a6内には、触媒および超高次脱硫剤が収容されている。触媒においては、硫黄化合物と水素とが反応して硫化水素が発生する。例えば、触媒は、ニッケル−モリブデン系、コバルト−モリブデン系である。超高次脱硫剤としては、例えば銅−亜鉛系脱硫剤、銅−亜鉛−アルミニウム系脱硫剤などを用いることができる。
The desulfurizer 11a6 removes a sulfur component (for example, a sulfur compound) contained in the reforming raw material with hydrogen and supplies the reforming raw material to the reforming
超高次脱硫剤は、触媒にて硫黄化合物から変換された硫化水素を取り込んで除去するものである。このような超高次脱硫剤は、200〜300℃(例えば250〜300℃)の高温状態で優れた脱硫作用を発揮する。したがって、脱硫器11a6は、内部が200〜300℃(例えば250〜300℃)の高温状態となる箇所に配置されている。例えば、脱硫器11a6は、後述する燃焼部36によって高温状態となる燃料電池モジュール30のケーシング31内、またはケーシング31外面に配置されている。また、燃料電池システム1は、脱硫剤として超高次脱硫剤を用いることに関連して、リサイクルガス管39が設けられている。
The super high-order desulfurization agent is a catalyst that takes in and removes hydrogen sulfide converted from a sulfur compound by a catalyst. Such an ultra-high order desulfurization agent exhibits an excellent desulfurization action at a high temperature of 200 to 300 ° C. (for example, 250 to 300 ° C.). Therefore, the desulfurizer 11a6 is disposed at a location where the inside is in a high temperature state of 200 to 300 ° C. (for example, 250 to 300 ° C.). For example, the desulfurizer 11a6 is disposed in the
リサイクルガス管39は、改質部33から燃料電池34に改質ガスを供給する改質ガス供給管38と、脱硫器11a6に改質用原料を供給する改質用原料供給管11aとを接続し、改質ガスの一部をリサイクル燃料として脱硫器11a6に戻す管である。上述したように、改質ガスには水素が含まれている。
The
リサイクルガス管39の第一端は、改質部33から燃料電池34に改質ガスを供給する改質ガス供給管38に接続されている。リサイクルガス管39の第二端は、改質用原料供給管11aの脱硫器11a6の上流位置、さらに具体的には、改質用原料供給管11aの原料ポンプ11a5の配設部位と圧力調整装置11a4の配設部位との間にて接続されている。これにより、改質部33から改質ガス供給管38を通して流れる改質ガスの一部がリサイクル燃料としてリサイクルガス管39を通して改質用原料供給管11aに戻される。
A first end of the
このように、改質ガスの一部が改質用原料供給管11aに戻されることにより、改質ガス中の水素が改質用原料に混合されて改質用原料供給管11aを通して脱硫器11a6内の超高次脱硫剤に送給される。その結果、改質用原料中の硫黄化合物が水素と反応して硫化水素が発生し、その硫化水素が超高次脱硫剤によって除去される。
In this way, part of the reformed gas is returned to the reforming raw
リサイクルガス管39には、オリフィス39aが設けられている。オリフィス39aには流路孔(図示なし)が設けられ、流路孔によってリサイクルガス管39を通して戻される改質ガスの流量を所定流量に調整する。
The
また、リサイクルガス管39は、燃焼部36によって高温状態となる燃料電池モジュール30内から、燃料電池モジュール30内より低温の燃料電池モジュール30外にかけて配設されている。これにより、燃料電池モジュール30内において比較的高温であった改質ガスの温度は、燃料電池モジュール30外を通るときに低下するため、改質ガスに含まれる水蒸気が凝縮されて、ドレイン水(凝縮水)が生成される。このドレイン水は、混合水管40に導出される。
Further, the
混合水管40は、図1および図2に示すように、ガス排出口12aより下方にて上方を開口するU字状に設けられている。混合水管40は、第一部位40aを有している。第一部位40aは、混合水管40の底部の流路である。第一部位40aは、混合水管40の底部にて左右方向に延びるように形成されている。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
混合水管40は、第一端(右端)が凝縮器12から凝縮水を導入する凝縮水導入口40bであり、第二端(左端)がリサイクルガス管39からドレイン水を導入するドレイン水導入口40cである。凝縮水導入口40bは、凝縮器12の底壁に配置されている。
The
ドレイン水導入口40cは、リサイクルガス管39におけるオリフィス39aよりも上流側にて、リサイクルガス管39の側壁に接続されている。リサイクルガス管39においては、オリフィス39aより上流側が正圧となるため、ドレイン水がオリフィス39aを通らずに混合水管40に流入する。これにより、ドレイン水の改質用原料供給管11aへの流入が抑制される。
The drain
混合水管40内においては、ドレイン水と凝縮水とが混合される。混合水管40は、底部(第一部位40a)と凝縮水導入口40bとの間かつドレイン水導入口40cより下方に配置され、ドレイン水と凝縮水とが混合された混合水を導出する混合水導出口40dが設けられている。混合水導出口40dは、混合水管40の側壁に開口するように形成されている。混合水導出口40dから導出された混合水は、水タンク14へ改質水導出管41を介して供給される。
In the
水タンク14は、第一部位40aより上方に配置されている。水タンク14は、具体的には、上下方向において、第一部位40aとドレイン水導入口40cとの間に配置されている。水タンク14は、上方を開放する有底筒状に形成されている。水タンク14は、内部に改質水を貯留する。水タンク14は、水排出口14aおよび水導出口14bが設けられている。
The
水排出口14aは、ドレイン水導入口40cより下方にて改質水を外部に排出するものである。水排出口14aは、ドレイン水導入口40cより下方にて水タンク14の上側部に形成され、外部に向けて改質水を排出可能に設けられている。すなわち、水タンク14の水位の上限は、水排出口14aの下端と同じ高さとなる。
The
水導出口14bは、水排出口14aより下方に形成され、水供給管11bの下端が接続され、改質水を蒸発部32に向けて導出するものである。また、水タンク14は、水位センサ14cが配置されている。
The
水位センサ14cは、水タンク14の水位を検出するものである。水タンク14の水位は、水タンク14の内側の底面から水タンク14の水面Smまでの高さである。水位センサ14cは、例えば、フロート14c1を有するリードスイッチ式の水位センサである。
The
水位センサ14cは、水タンク14の水位が第一所定水位Sw1より高い場合に第一オン信号を、水タンク14の水位が第一所定水位Sw1以下である場合に第一オフ信号を制御装置15に出力する。第一所定水位Sw1は、上下方向において水導出口14bと水排出口14aとの間に設けられている。
The
第一オフ信号が出力された場合、水源W(例えば水道配管)からの水が、給水管42を介して、給水管42に配置された第一水精製部42aを通って改質水として水タンク14に供給される。第一水精製部42aは、水を精製するものである。制御装置15は、第一オフ信号が出力された場合、給水管42に配置された開閉弁42bを開状態にする給水制御部15aを備えている(図3参照)。開閉弁42bは、ノーマルクローズ型の電磁弁である。
When the first off signal is output, water from the water source W (for example, a water pipe) passes through the
改質水導出管41は、第一部位40aより上方かつドレイン水導入口40cより下方に配置され、混合水導出口40dから導出された混合水を改質水として水タンク14へ導出するとともに、混合水を精製する第二水精製部43(本発明の水精製部に相当)が配置されたものである。
The reforming
改質水導出管41の第一端は、混合水導出口40dに接続され、混合水が導入される混合水導入口41aである。改質水導出管41の第二端は、水タンク14の側壁の下側部に接続され、改質水を導出する改質水導出口41bである。改質水導出管41は、混合水導出口40dから左方に延びてから下方に向けて折れ曲がり、下方に延びるように形成され、さらに、左方に折れ曲がることにより、水タンク14に接続される。また、改質水導出管41の流路における最も上方の部位である第二部位41cが、水排出口14aより上方に配置されている。第二部位41cは、本第一実施形態において、混合水導入口41aを含んだ部位である。
The first end of the reforming
第二水精製部43は、混合水を純水化するイオン交換樹脂が収納されている。第二水精製部43は、混合水が上方から下方に流れるように配置されている。改質水導出管41は、第二水精製部43によって精製された混合水を改質水として水タンク14に導出する。
The second
また、第一境界面Sk1と第二境界面Sk2との上下方向に沿った高さが、第一位置P1に第一境界面Sk1が位置した場合において、所定高さHsとなるように、混合水管40、改質水導出管41および水タンク14が設けられている。
The first boundary surface Sk1 and the second boundary surface Sk2 are mixed so that the height along the vertical direction is the predetermined height Hs when the first boundary surface Sk1 is located at the first position P1. A
第一境界面Sk1は、混合水管40の流路における第一部位40aからドレイン水導入口40c側の部位に位置する、改質ガスと混合水との境界面である。
The first boundary surface Sk <b> 1 is a boundary surface between the reformed gas and the mixed water, which is located at a portion on the
第一位置P1は、第一境界面Sk1の上下方向の位置であって、改質ガスが第一境界面Sk1から第一部位40aへ流出しない下限の位置である。第一境界面Sk1に対して所定圧力の改質ガスが作用することにより、第一位置P1に第一境界面Sk1が位置する。所定圧力は、燃料電池システム1の運転中における改質ガスの圧力の正常圧力範囲より大きい圧力に設定されている。第一位置P1は、具体的には、第一部位40aの最上端と同じ高さである。
The first position P1 is a position in the vertical direction of the first boundary surface Sk1, and is a lower limit position where the reformed gas does not flow out from the first boundary surface Sk1 to the
第一境界面Sk1が第一位置P1より下方に位置した場合、改質ガスが第一部位40aに流出する。この場合、改質ガスが混合水管40の第一部位40aから凝縮水導入口40bを通って、凝縮器12のガス排出口12aから外部に流出することが考えられる。
When the first boundary surface Sk1 is positioned below the first position P1, the reformed gas flows out to the
第二境界面Sk2は、少なくとも混合水管40の流路における第一部位40aより混合水導出口40d側の部位に位置するとともに、第一境界面Sk1と混合水を介して連通した、混合水と大気との境界面である。
The second boundary surface Sk2 is located at least at a portion on the mixed
第二境界面Sk2は、本第一実施形態においては、燃料電池システム1の発電運転中において、混合水管40の流路における第一部位40aより混合水導出口40d側の部位にて、改質水導出管41の流路の第二部位41c(具体的には混合水導入口41aの最下端)と同じ高さに位置する(詳細は後述する)。本第一実施形態においては、第一位置P1と混合水導入口41aの最下端との上下方向に沿った高さが、所定高さHsに設定されている。第二境界面Sk2は、本実施形態において、凝縮水導入口40bおよび凝縮器12のガス排出口12aを介して大気と連通している。
In the first embodiment, the second boundary surface Sk2 is reformed at a portion closer to the
所定高さHsは、第一位置P1に位置する第一境界面Sk1と第二境界面Sk2との間の混合水によって、第一境界面Sk1から第一部位40aへの改質ガスの流出が規制される高さである。すなわち、所定高さHsは、第一位置P1に位置する第一境界面Sk1に作用する改質ガスの圧力と、第一境界面Sk1と第二境界面Sk2との間の混合水の圧力とが等しくなる高さである。本第一実施形態においては、所定圧力の改質ガスが第一境界面Sk1に作用して第一位置P1に第一境界面Sk1が位置する場合、第一境界面Sk1と第二境界面Sk2との間の混合水によって第一境界面Sk1に対して作用する圧力が所定圧力となる。これにより、第一境界面Sk1から第一部位40aへの改質ガスの流出が抑制される。
The predetermined height Hs is such that the reformed gas flows out from the first boundary surface Sk1 to the
このように、第一位置P1に位置する第一境界面Sk1と第二境界面Sk2との上下方向に沿った高さが、所定高さHsとなるように改質水導出管41および水タンク14が設けられることにより、混合水管40、改質水導出管41によって、改質ガスに対する水封構造が構成される。
In this way, the reforming
次に、上述した燃料電池システム1の発電運転中において、ドレイン水および凝縮水が改質水として水タンク14に供給されるまでの燃料電池システム1の動作について、図4を用いて説明する。
Next, the operation of the
燃料電池システム1の発電運転中においては、制御装置15は、燃料電池34の発電電力を外部電力負荷16cの消費電力となるように制御する(負荷追従運転)。制御装置15は、燃料電池34の発電電力に応じて改質用原料の流量および改質水の流量を調整する。
During the power generation operation of the
燃料電池システム1の発電運転中においては、上述したようにリサイクルガス管39においてドレイン水が生成される。ドレイン水は、混合水管40にドレイン水導入口40cから導入される。また、燃料電池システム1の発電運転中においては、上述したように凝縮器12において凝縮水が生成される。凝縮水は、混合水管40に凝縮水導入口40bから導入される。
During the power generation operation of the
ドレイン水および凝縮水は、混合水管40内にて混合されて、混合水として第一部位40aに溜まる。さらに混合水が増加することにより、混合水が混合水導出口40dから混合水導入口41aに導入される。上述したように、改質水導出管41の流路における最も上方の第二部位41cは、混合水導入口41aを含んだ部位であり、かつ、水タンク14の水位の上限となる水排出口14aより上方に位置する。よって、混合水は、混合水導入口41aから水タンク14へ流れ落ちる。したがって、第二境界面Sk2は、混合水管40の流路における第一部位40aより凝縮水導入口40b側の部位において、混合水導入口41aの最下端と同じ位置に位置する。
The drain water and the condensed water are mixed in the
一方、第一境界面Sk1は、第二境界面Sk2より下方に位置する。このときの第一境界面Sk1と第二境界面Sk2との上下方向に沿った高さの差は、燃料電池システム1の発電運転中における改質ガスの圧力と、大気圧との差によって生じる。
On the other hand, the first boundary surface Sk1 is located below the second boundary surface Sk2. The difference in height along the vertical direction between the first boundary surface Sk1 and the second boundary surface Sk2 at this time is caused by the difference between the pressure of the reformed gas during the power generation operation of the
燃料電池システム1の発電運転中における改質ガスの圧力は、正常圧力範囲内であるため、上述した所定圧力より小さい。よって、このときの第一境界面Sk1と第二境界面Sk2との上下方向に沿った高さHdは、所定高さHsより小さい。このため、第一境界面Sk1は第一位置P1より上方に位置する。したがって、改質ガスが第一境界面Sk1から第一部位40aを通って第二境界面Sk2ひいては外部に流出しない。
Since the pressure of the reformed gas during the power generation operation of the
改質水導出管41に導入された混合水は、第二水精製部43を通るときに精製され、改質水として水タンク14に供給される。改質水は、水タンク14に貯留されるとともに、改質水ポンプの駆動によって水導出口14bより蒸発部32に向けて導出される。
The mixed water introduced into the reformed
また、ドレイン水および凝縮水の生成される量が蒸発部32に供給される改質水の量の方より多い場合、水タンク14の水位が上昇する。水タンク14の水位が水排出口14aに到達した場合、改質水は、水排出口14aより外部に排出される。
Further, when the amount of drain water and condensed water generated is larger than the amount of reforming water supplied to the
そして、混合水導出口40dが水排出口14aより上方に位置するため、第二境界面Sk2が混合水導出口40dより上昇しない。また、第一境界面Sk1は、第二境界面Sk2ひいては混合水導出口40dより下方に位置する。さらに、混合水導出口40dより上方に、ドレイン水導入口40cおよびガス排出口12aが設けられている。したがって、混合水がリサイクルガス管39内およびガス排出口12aに到達しない。
Since the
一方、ドレイン水および凝縮水の生成される量が蒸発部32に供給される改質水の量の方より少ない場合、水タンク14の水位が低下する。水タンク14の水位が低下して第一所定水位Sw1となった場合、水位センサ14cの出力信号に基づいて、上述したように、水源Wからの水が改質水として水タンク14に供給される。
On the other hand, when the amount of drain water and condensed water generated is smaller than the amount of reforming water supplied to the
本第一実施形態によれば、燃料電池システム1は、水素を含む改質ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池34と、改質水から水蒸気を生成する蒸発部32と、改質用原料と水蒸気とから改質ガスを生成し、改質ガスを燃料電池34に供給する改質部33と、改質用原料に含まれる硫黄成分を水素によって除去し、かつ、改質用原料を改質部33に供給する脱硫器11a6と、改質部33から燃料電池34に改質ガスを供給する改質ガス供給管38と、脱硫器11a6に改質用原料を供給する改質用原料供給管11aとを接続し、改質ガスの一部をリサイクル燃料として脱硫器11a6に戻すリサイクルガス管39であって、ドレイン水が生じるリサイクルガス管39と、燃料電池34からの水蒸気を含む燃焼排ガスを凝縮して凝縮水を生成するとともに、凝縮された燃焼排ガスを排出するガス排出口12aを有する凝縮器12と、ガス排出口12aより下方にて上方を開口するU字状に設けられ、第一端が凝縮器12から凝縮水を導入する凝縮水導入口40bであり、第二端がリサイクルガス管39からドレイン水を導入するドレイン水導入口40cであるとともに、底部と凝縮水導入口40bとの間かつドレイン水導入口40cより下方に配置され、ドレイン水と凝縮水とが混合された混合水を導出する混合水導出口40dが設けられた混合水管40と、混合水管40の底部の流路である第一部位40aより上方に配置され、改質水を貯留するとともに、ドレイン水導入口40cより下方にて改質水を外部に排出する水排出口14aを有する水タンク14と、第一部位40aより上方かつドレイン水導入口40cより下方に配置され、混合水導出口40dから導出された混合水を改質水として水タンク14に導出するとともに、混合水を精製する第二水精製部43が配置された改質水導出管41と、を備えている。混合水管40の流路における第一部位40aからドレイン水導入口40c側の部位に位置する、改質ガスと混合水との境界面である第一境界面Sk1と、少なくとも混合水管40の流路における第一部位40aより凝縮水導入口40b側の部位に位置するとともに、第一境界面Sk1と混合水を介して連通した、混合水と大気との境界面である第二境界面Sk2との上下方向に沿った高さが、第一境界面Sk1に対して所定圧力の前記改質ガスが作用することにより、改質ガスが第一境界面Sk1から第一部位40aへ流出しない下限の位置である第一位置P1に第一境界面Sk1が位置した場合において、第一境界面Sk1と第二境界面Sk2との間の混合水によって、第一境界面Sk1から第一部位40aへの改質ガスの流出が規制される所定高さHsとなるように、混合水管40、改質水導出管41および水タンク14が設けられている。
According to the first embodiment, the
これによれば、第一位置P1に位置する第一境界面Sk1と、第一境界面Sk1に混合水を介して連通した第二境界面Sk2との上下方向に沿った高さが所定高さHsになるとなるように、混合水管40、改質水導出管41および水タンク14が設けられている。このため、第一境界面Sk1と第二境界面Sk2との間の混合水によって、第一境界面Sk1から第一部位40a、第二境界面Sk2ひいては外部への改質ガスの流出が抑制される。よって、従来技術のようなスチームトラップやU字管等の水封部材が不要となるため、燃料電池システム1の部品点数を低減することができる。したがって、燃料電池システム1の低コスト化を図ることができる。
According to this, the height along the vertical direction between the first boundary surface Sk1 located at the first position P1 and the second boundary surface Sk2 communicated with the first boundary surface Sk1 via the mixed water is a predetermined height. A
また、ドレイン水が、従来技術のように外部に排出されずに水タンク14に回収されるため、燃料電池システム1の水自立運転を可能とすることができる。水自立運転は、改質部33にて必要な水蒸気量を、外部からの補給なしで水タンク14の改質水の量、すなわち凝縮器12からの凝縮水の量およびリサイクルガス管39からのドレイン水の量、のみにより確保することができる燃料電池システム1の運転である。換言すれば、水自立運転は、水タンク14への外部からの給水なしで発電運転可能である燃料電池システム1の運転である。
Moreover, since drain water is collect | recovered by the
また、改質水導出管41の流路における最も上方の部位である第二部位41cが、水排出口14aより上方に配置されることにより、第二境界面Sk2が、混合水管40の流路における第一部位40aより凝縮水導入口40b側の部位にて、第二部位41cと同じ高さに位置する。
In addition, the
これによれば、第二境界面Sk2が、混合水管40の流路における第一部位40aより凝縮水導入口40b側の部位にて、改質水導出管41の流路の第二部位41c(具体的には混合水導入口41aの最下端)と同じ高さに位置するように、混合水管40、改質水導出管41および水タンク14が設けられている。よって、混合水管40内の混合水によって改質ガスに対する水封構造を確実に構成することができる。
According to this, the second boundary surface Sk2 is a
<第一実施形態の第一変形例>
次に、第一実施形態の第一変形例について、主として上述した第一実施形態と異なる部分を、図5を用いて説明する。
<First Modification of First Embodiment>
Next, with respect to the first modification of the first embodiment, portions different from the first embodiment described above will be mainly described with reference to FIG.
上述した第一実施形態において改質水導出管41は、上方から下方に向けて延びるように形成されているが、本第一変形例の改質水導出管141は、上方を開放するU字状に形成されている。改質水導出口141bは、水タンク14の上方にて開口するように設けられている。また、本第一変形例の第二水精製部43は、混合水が下方から上方に流れるように配置されている。
In the first embodiment described above, the reforming water lead-out
また、本第一変形例においても、改質水導出管141の流路における最も上方の第二部位141cは、混合水導入口141aを含んだ部位であり、かつ、水タンク14の水排出口14aより上方に位置する。よって、第二境界面Sk2は、混合水管40の流路における第一部位40aより凝縮水導入口40b側の部位において、混合水導入口141aの最下端と同じ位置に位置する。本第一変形例においては、第一位置P1と混合水導入口141aの最下端との上下方向に沿った高さが、所定高さHsに設定されている。
Also in the first modified example, the uppermost
<第一実施形態の第二変形例>
次に、第一実施形態の第二変形例について、主として上述した第一実施形態と異なる部分を、図6を用いて説明する。本第二変形例の改質水導出管241は、上方を開放するU字状に形成されている。
<Second Modification of First Embodiment>
Next, with respect to the second modification of the first embodiment, portions different from the first embodiment described above will be mainly described with reference to FIG. The reforming
改質水導出口241bは、水タンク14の上方(すなわち水排出口14aより上方)にて開口するように設けられている。また、本第二変形例において、改質水導出管241の流路における最も上方の第二部位241cは、改質水導出口241bを含んだ部位であり、かつ、水タンク14の水排出口14aより上方に位置するように設けられている。よって、本第二変形例においては、混合水は、改質水導出口241bから水タンク14へ流れ落ちる。
The reformed
よって、第二境界面Sk2は、混合水管40の流路における第一部位40aより凝縮水導入口40b側の部位、および改質水導出管241内において、第二部位241c(具体的には改質水導出口241bの最下端)と同じ位置に位置する。本第二変形例においては、第一位置P1と改質水導出口241bの最下端との上下方向に沿った高さが、所定高さHsに設定されている。
Therefore, the second boundary surface Sk2 has a
<第一実施形態の第三変形例>
次に、第一実施形態の第三変形例について、主として上述した第一実施形態の第二変形例と異なる部分を、図7を用いて説明する。本第三変形例の第二水精製部43は、混合水が上方から下方に流れるように配置されている。
<Third Modification of First Embodiment>
Next, with respect to the third modification example of the first embodiment, parts different from the second modification example of the first embodiment described above will be mainly described with reference to FIG. The 2nd water refinement |
本第三変形例においても、上述した第二変形例と同様に、改質水導出管341の流路における最も上方の第二部位341cは、改質水導出口341bを含んだ部位であり、かつ、水タンク14の水排出口14aより上方に位置する。よって、第二境界面Sk2は、混合水管40の流路における第一部位40aより凝縮水導入口40b側の部位、および改質水導出管341内において、第二部位341c(具体的には改質水導出口341bの最下端)と同じ位置に位置する。本第三変形例においては、第一位置P1と改質水導出口341bの最下端との上下方向に沿った高さが、所定高さHsに設定されている。
Also in the third modified example, as in the second modified example described above, the uppermost
<第二実施形態>
次に、本発明による燃料電池システム1の第二実施形態について、主として上述した第一実施形態と異なる部分を、図8を用いて説明する。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the
本第二実施形態においては、改質水導出管441の流路における最も上方の部位である第二部位441cが、改質水導出口441bを含む部位である。改質水導出口441bが、水タンク14の側壁における第一所定水位Sw1より上方、かつ、水排出口14a以下の位置に配置されている。
In the second embodiment, the
また、上述した第一実施形態と同様に、水タンク14の水位が第一所定水位Sw1以下となった場合、水源Wから水タンク14に改質水が供給される(給水制御部15a)。また、水タンク14の水位が水排出口14aに到達した場合、改質水が水排出口14aから外部に排出される。すなわち、水タンク14の水位は、第一所定水位Sw1と水排出口14aとの間にて変動する。
Moreover, similarly to 1st embodiment mentioned above, when the water level of the
よって、第一境界面Sk1と混合水(および改質水(精製された混合水))を介して連通した第二境界面Sk2は、水タンク14の水位が改質水導出口441bより上方に位置する場合、水タンク14内および混合水管40内において水タンク14の水位と同じ高さに位置する。また、第二境界面Sk2は、水タンク14の水位が改質水導出口441bと同じ高さに位置する場合、図8に示すように、混合水管40内、水タンク14内および改質水導出管441内において、水タンク14の水位と同じ高さに位置する。
Therefore, the second boundary surface Sk2 communicated with the first boundary surface Sk1 via the mixed water (and the reformed water (purified mixed water)), the water level of the
さらに、水タンク14の水位が改質水導出口441bより下方に位置する場合、改質水は、改質水導出口441bから水タンク14内に流れ落ちる。よってこの場合、第二境界面Sk2は、混合水管40内および改質水導出管441内において、改質水導出口441bの最下端と同じ位置に位置する。本第二実施形態においては、第一位置P1と改質水導出口441bの最下端との上下方向に沿った高さが、所定高さHsに設定されている。したがって、第一位置P1に位置する第一境界面Sk1と第二境界面Sk2との上下方向の高さは、所定高さHs以上となる。
Further, when the water level of the
本第二実施形態によれば、燃料電池システム1は、改質水導出管441の流路における最も上方の部位である第二部位441cが、水排出口14a以下の位置に配置されることにより、第二境界面Sk2が、第二部位441cおよび第二部位441cより上方の水タンク14の水位の一方と同じ高さに位置する。
According to the second embodiment, in the
これによれば、第二境界面Sk2が第二部位(具体的には、改質水導出口441bの最下端)および第二部位より上方の水タンク14の水位の一方と同じ高さに位置するように、混合水管40、改質水導出管および水タンク14が設けられている。よって、混合水管40内、改質水導出管441内および水タンク14内の混合水(改質水)によって改質ガスに対する水封構造を確実に構成することができる。
According to this, the second boundary surface Sk2 is located at the same height as one of the second part (specifically, the lowermost end of the reforming
<第二実施形態の第一変形例>
次に、本発明による燃料電池システム1の第二実施形態の第一変形例について、主として上述した第二実施形態と異なる部分を、図9を用いて説明する。
<First Modification of Second Embodiment>
Next, the first modification of the second embodiment of the
本第一変形例においては、改質水導出管541の流路における最も上方の部位である第二部位541cが、混合水導入口541aを含む部位である。混合水導入口541aが、水タンク14の側壁における第一所定水位Sw1より上方、かつ、水排出口14a以下の位置に配置されている。また、上述した第二実施形態と同様に、水タンク14の水位は、第一所定水位Sw1と水排出口14aとの間にて変動する。
In the first modified example, the
よって、第一境界面Sk1と混合水(および改質水(精製された混合水))を介して連通した第二境界面Sk2は、水タンク14の水位が混合水導入口541aより上方に位置する場合、水タンク14内および混合水管40内において水タンク14の水位と同じ高さに位置する。また、第二境界面Sk2は、水タンク14の水位が混合水導入口541aと同じ高さに位置する場合、図9に示すように、混合水管40内、水タンク14内および改質水導出管541内において、水タンク14の水位と同じ高さに位置する。
Therefore, the second boundary surface Sk2 communicated with the first boundary surface Sk1 via the mixed water (and the reformed water (purified mixed water)) is such that the water level of the
さらに、水タンク14の水位が混合水導入口541aより下方に位置する場合、混合水は、混合水導入口541aから流れ落ちる。よってこの場合、第二境界面Sk2は、混合水管40内において、混合水導入口541aの最下端と同じ位置に位置する。本第一変形例においては、第一位置P1と混合水導入口541aの最下端との上下方向に沿った高さが、所定高さHsに設定されている。
Furthermore, when the water level of the
<第二実施形態の第二変形例>
次に、本発明による燃料電池システム1の第二実施形態の第二変形例について、主として上述した第二実施形態の第一変形例と異なる部分を、図10を用いて説明する。
<Second Modification of Second Embodiment>
Next, a second modification of the second embodiment of the
本第二変形例において、改質水導出管641が、水タンク14の第二所定水位Sw2(本発明の所定水位に相当)より下方に配置されている。第二所定水位Sw2は、第一所定水位Sw1より下方に設定されている。改質水導出口641bは、水タンク14の第二所定水位Sw2より下方(例えば底部)に接続されている。
In the second modified example, the reforming
上述した第二実施形態と同様に、水タンク14の水位は、第一所定水位Sw1と水排出口14aとの間を変動する。また、改質水導出管641が第一所定水位Sw1より下方に位置する。よって、第二境界面Sk2は、水タンク14内および混合水管40内において、水タンク14の水位と同じ高さに位置する。
Similar to the second embodiment described above, the water level of the
また、第一位置P1と水タンク14の第二所定水位Sw2との上下方向に沿った高さが所定高さHsとなるように設けられている。よって、第二境界面Sk2と第一位置P1との上下方向に沿った高さは、所定高さHs以上となる。
Further, the height along the vertical direction between the first position P1 and the second predetermined water level Sw2 of the
また、制御装置15は、図11に示すように、停止制御部615bをさらに備えている。停止制御部615bは、水位センサ14cによって検出された水タンク14の水位が第二所定水位Sw2以下である場合、改質ガスの燃料電池34への供給を停止する制御を行うものである。
Moreover, the
例えば、開閉弁42bが故障したために、水タンク14の水位が第一所定水位Sw1以下になったときにおいても、改質水が水タンク14に供給されず、水タンク14の水位が第二所定水位Sw2になった場合、制御装置15が遮断弁11a1を閉じるように制御する。これにより、改質ガスの燃料電池34への供給が停止されるため、リサイクルガス管39ひいては混合水管40への改質ガスの流入が停止する。よって、改質ガスが混合水管40を通って外部に流出することが規制される。
For example, even when the water level of the
本第二実施形態の第二変形例によれば、改質水導出管641が、水タンク14の第二所定水位Sw2より下方に配置されている。燃料電池システム1は、水タンク14の水位を検出する水位センサ14cをさらに備えている。第一位置P1に位置する第一境界面Sk1と水タンク14の第二所定水位Sw2との上下方向に沿った高さが、所定高さHsとなるように設定されている。制御装置15は、水位センサ14cによって検出された水タンク14の水位が第二所定水位Sw2以下である場合、改質ガスの燃料電池34への供給を停止する制御を行う停止制御部615bをさらに備えている。
According to the second modification of the second embodiment, the reforming
これによれば、水位センサ14cによって検出された水タンク14の水位が第二所定水位Sw2以下であるとき、改質ガスの燃料電池34への供給が停止される。すなわち、水タンク14の水位が第二所定水位Sw2より低くなることにより、第一位置P1と第二境界面Sk2との上下方向に沿った高さが所定高さHsより低くなる前に、改質ガスの供給が停止される。よって、改質ガスが混合水管40から改質水導出管641および水タンク14を通って外部に排出されることがより確実に抑制される。
According to this, when the water level of the
<他の変形例>
なお、上述した各実施形態において、燃料電池システムの一例を示したが、本発明はこれに限定されず、他の構成を採用することもできる。例えば、水位センサ14cは、リードスイッチ式の水位センサであるが、静電容量式の水位センサとしても良い。
<Other variations>
In each of the above-described embodiments, an example of the fuel cell system is shown. However, the present invention is not limited to this, and other configurations can be adopted. For example, the
また、上述した第一実施形態および第一実施形態の各変形例において、第二部位41c、141c、241cは、混合水導入口41a,141a,541aおよび改質水導出口241b,341b,441bの一方を含んだ部位であるが、これに代えて、改質水導出管41,141,241の第一端と第二端との間の部位に設けるようにしても良い。
Further, in the first embodiment and the modifications of the first embodiment described above, the
また、上述した各実施形態および各変形例においては、第一位置P1と、混合水導入口41a,141a,541aの最下端、改質水導出口241b,341b,441bまたは第二所定水位Sw2との上下方向に沿った高さが所定高さHsに設定されているが、これらの高さが所定高さHs以上となるように設定されるようにしても良い。
In each of the above-described embodiments and modifications, the first position P1, the lowest end of the
また、上述した第二実施形態の第二変形例において、停止制御部615bは、水位センサ14cによって検出された水タンク14の水位が第二所定水位Sw2以下である場合、改質ガスの燃料電池34への供給を停止する制御を行うが、これに代えて、燃料電池システム1を停止するようにしても良い。
In the second modification of the second embodiment described above, the
また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、リサイクルガス管39、混合水管40、改質水導出管41,141,241,341,441,541,641および水タンク14の形状や配置位置等を変更しても良い。
Further, the shape, arrangement position, and the like of the
1…燃料電池システム、11(30)…燃料電池モジュール、11a…改質用原料供給管、11a1…遮断弁、11a6…脱硫器、12…凝縮器、12a…ガス排出口、14…水タンク、14a…水排出口、14c…水位センサ、15…制御装置、21…貯湯槽、30…燃料電池モジュール、32…蒸発部、33…改質部、34…燃料電池、38…改質ガス供給管、39…リサイクルガス管、40…混合水管、40a…第一部位、40b…凝縮水導入口、40c…ドレイン水導入口、40d…混合水導出口、41…改質水導出管、41a…混合水導入口、41b…改質水導出口、41c…第二部位、43…第二水精製部(水精製部)、615b…停止制御部、P1…第一位置、Sk1…第一境界面、Sk2…第二境界面、Sw1…第一所定水位、Sw2…第二所定水位(所定水位)。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
改質水から水蒸気を生成する蒸発部と、
改質用原料と前記水蒸気とから前記改質ガスを生成し、前記改質ガスを前記燃料電池に供給する改質部と、
前記改質用原料に含まれる硫黄成分を前記水素によって除去し、かつ、前記改質用原料を前記改質部に供給する脱硫器と、
前記改質部から前記燃料電池に前記改質ガスを供給する改質ガス供給管と、前記脱硫器に前記改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、前記改質ガスの一部をリサイクル燃料として前記脱硫器に戻すリサイクルガス管であって、ドレイン水が生じる前記リサイクルガス管と、
前記燃料電池からの前記水蒸気を含む排ガスを凝縮して凝縮水を生成するとともに、凝縮された前記排ガスを排出するガス排出口を有する凝縮器と、
前記ガス排出口より下方にて上方を開口するU字状に設けられ、第一端が前記凝縮器から前記凝縮水を導入する凝縮水導入口であり、第二端が前記リサイクルガス管から前記ドレイン水を導入するドレイン水導入口であるとともに、底部と前記凝縮水導入口との間かつ前記ドレイン水導入口より下方に配置され、前記ドレイン水と前記凝縮水とが混合された混合水を導出する混合水導出口が設けられた混合水管と、
前記混合水管の底部の流路である第一部位より上方に配置され、前記改質水を貯留するとともに、前記ドレイン水導入口より下方にて前記改質水を外部に排出する水排出口を有する水タンクと、
前記第一部位より上方かつ前記ドレイン水導入口より下方に配置され、前記混合水導出口から導出された前記混合水を前記改質水として前記水タンクに導出するとともに、前記混合水を精製する水精製部が配置された改質水導出管と、を備えた燃料電池システムであって、
前記混合水管の流路における前記第一部位から前記ドレイン水導入口側の部位に位置する、前記改質ガスと前記混合水との境界面である第一境界面と、
少なくとも前記混合水管の流路における前記第一部位より前記凝縮水導入口側の部位に位置するとともに、前記第一境界面と前記混合水を介して連通した、前記混合水と大気との境界面である第二境界面との上下方向に沿った高さが、
前記第一境界面に対して所定圧力の前記改質ガスが作用することにより、前記改質ガスが前記第一境界面から前記第一部位へ流出しない下限の位置である第一位置に前記第一境界面が位置した場合において、
前記第一境界面と前記第二境界面との間の前記混合水によって、前記第一境界面から前記第一部位への前記改質ガスの流出が規制される所定高さ以上となるように、前記混合水管、前記改質水導出管および前記水タンクが設けられている燃料電池システム。 A fuel cell that generates electric power using a reformed gas containing hydrogen and an oxidant gas;
An evaporation section for generating water vapor from the reformed water;
A reforming unit that generates the reformed gas from the reforming raw material and the steam and supplies the reformed gas to the fuel cell;
A desulfurizer for removing sulfur components contained in the reforming raw material with the hydrogen and supplying the reforming raw material to the reforming section;
A reformed gas supply pipe for supplying the reformed gas from the reforming section to the fuel cell and a reforming material supply pipe for supplying the reforming raw material to the desulfurizer are connected, and the reformed gas is connected. A part of the recycled gas pipe for returning to the desulfurizer as recycled fuel, wherein the recycled gas pipe for generating drain water,
A condenser having a gas outlet for condensing the exhaust gas containing the water vapor from the fuel cell to generate condensed water and discharging the condensed exhaust gas;
Provided in a U-shape that opens upward from below the gas discharge port, the first end is a condensed water inlet for introducing the condensed water from the condenser, and the second end is from the recycle gas pipe A drain water introduction port for introducing drain water, disposed between the bottom and the condensed water introduction port and below the drain water introduction port, and mixed water in which the drain water and the condensed water are mixed. A mixed water pipe provided with a mixed water outlet for discharging;
A water outlet that is disposed above a first portion that is a flow path at the bottom of the mixed water pipe, stores the reformed water, and discharges the reformed water to the outside below the drain water inlet. Having a water tank;
The mixed water, which is disposed above the first part and below the drain water inlet, is led out from the mixed water outlet to the water tank as the reformed water and purifies the mixed water. A fuel cell system comprising a reforming water outlet pipe in which a water purification unit is disposed,
A first boundary surface, which is a boundary surface between the reformed gas and the mixed water, located at a portion on the drain water inlet side from the first portion in the flow path of the mixed water pipe;
The boundary surface between the mixed water and the atmosphere, which is located at least at the portion closer to the condensed water inlet than the first portion in the flow path of the mixed water pipe and communicated with the first boundary surface via the mixed water The height along the vertical direction with the second boundary surface is
When the reformed gas having a predetermined pressure acts on the first boundary surface, the reformed gas does not flow out from the first boundary surface to the first portion. When one boundary is located,
The mixed water between the first boundary surface and the second boundary surface is not less than a predetermined height at which the outflow of the reformed gas from the first boundary surface to the first portion is regulated. A fuel cell system provided with the mixed water pipe, the reformed water outlet pipe, and the water tank.
前記第二境界面が、前記第二部位と同じ高さに位置する請求項1に記載の燃料電池システム。 By arranging the second part, which is the uppermost part in the flow path of the reformed water outlet pipe, at a position above the water discharge port,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the second boundary surface is located at the same height as the second portion.
前記第二境界面が、前記第二部位より上方の前記水タンクの水位および前記第二部位の一方と同じ高さに位置する請求項1に記載の燃料電池システム。 By arranging the second part, which is the uppermost part in the flow path of the reformed water outlet pipe, at a position below the water discharge port,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the second boundary surface is located at the same height as one of the water level of the water tank and the second portion above the second portion.
前記水タンクの水位を検出する水位センサをさらに備え、
前記第一位置に位置する前記第一境界面と前記水タンクの前記所定水位との上下方向に沿った高さが、前記所定高さ以上となるように設定され、
前記水位センサによって検出された前記水タンクの水位が前記所定水位以下である場合、前記改質ガスの前記燃料電池への供給を停止する制御を行う停止制御部をさらに備えている請求項3に記載の燃料電池システム。 The reforming water outlet pipe is disposed at a position below a predetermined water level of the water tank;
A water level sensor for detecting the water level of the water tank;
The height along the vertical direction between the first boundary surface located at the first position and the predetermined water level of the water tank is set to be equal to or higher than the predetermined height,
The apparatus according to claim 3, further comprising a stop control unit that performs control to stop supply of the reformed gas to the fuel cell when the water level detected by the water level sensor is equal to or lower than the predetermined water level. The fuel cell system described.
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