JP2019137591A - Hydrogen generation apparatus and fuel cell system using the same - Google Patents

Hydrogen generation apparatus and fuel cell system using the same Download PDF

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哲平 安田
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Abstract

To provide a hydrogen generation apparatus for use in a fuel cell system that is configured to prevent a water supplying pump from undergoing air inclusion during initial water filling period in the apparatus for the enhancement of the reliability of the fuel cell system.SOLUTION: A hydrogen generation apparatus (100) of the present invention is configured such that water within a first tank (3) is supplied to a reformer (1) via a first water route (5) having a first pump (8). The first water route (5) includes an air vent route (7) branched at a first branching position (6) and a second water route (10) extending from the first tank (3), bypassing the first pump (8), to a second branching position (9) between the first branching position (6) and the first pump (8). During initial water filling period, the first pump (8) is suspended and water is supplied up to a prescribed height via the second water route (10) thereby accomplishing priming in the first pump (8). Accumulated air occurring within the water route during the water supply period is discharged from the air vent route (7).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、都市ガスやＬＰガスなどの原料ガスを使用する水素生成装置およびそれを用いた燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a hydrogen generator using a source gas such as city gas or LP gas, and a fuel cell system using the same.

水素生成装置は、都市ガスやＬＰガスなどの原料ガスと水を用いて水素含有ガスを生成し、燃料電池システムは、水素等を含む燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって電力と熱とを生成するシステムである。一般的な燃料電池システムにおいて、生成された電力は、電力負荷に供給される。電力負荷の例は、照明、空調装置などの電化製品である。生成された熱は、温水として貯湯タンクに貯えられる。温水は、貯湯タンクから熱負荷に供給される。熱負荷の例は、給湯機器、床暖房などの熱利用機器である。   The hydrogen generator generates a hydrogen-containing gas using a source gas such as city gas or LP gas and water, and the fuel cell system generates electric power and heat by an electrochemical reaction between a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas. Is a system that generates In a general fuel cell system, generated electric power is supplied to an electric power load. Examples of power loads are electrical appliances such as lighting and air conditioners. The generated heat is stored as hot water in a hot water storage tank. Hot water is supplied from the hot water storage tank to the heat load. Examples of the heat load are heat-utilizing equipment such as hot-water supply equipment and floor heating.

燃料電池を備える燃料電池システムでは、都市ガスやＬＰガスなどの原料ガスと水とが用いられる水蒸気改質反応により、水素を豊富に含む燃料ガスを生成する水素生成装置を備えている。   BACKGROUND ART A fuel cell system including a fuel cell includes a hydrogen generator that generates a fuel gas rich in hydrogen by a steam reforming reaction in which a raw material gas such as city gas or LP gas and water are used.

水蒸気改質反応に適した水量を供給するため、供給量を極めて微量で制御する必要があり、それに適した低揚程のポンプが用いられる。そのため、初期水張り期間において、水を貯留したタンクとポンプに水頭差を設け、ポンプ吸込口まで水を満たす構成となっているものもある（例えば、特許文献１）。   In order to supply the amount of water suitable for the steam reforming reaction, it is necessary to control the amount of supply in a very small amount, and a pump with a low head suitable for this is used. For this reason, in the initial water filling period, there is a configuration in which a water head difference is provided between a tank storing water and a pump, and water is filled up to the pump suction port (for example, Patent Document 1).

特開２０１４−３２８４３号公報JP 2014-32843 A

しかしながら、上記従来の構成では、初期水張り時にポンプの吐出口が水封されていないため、ポンプのエア噛みが発生する場合がある。水蒸気改質反応に適した水量を供給するため、ポンプは低揚程のものが用いられるため、エア噛みが発生すると正しい量の水を改質器に送れず、水素含有ガスを生成できなくなるという課題を有していた。   However, in the above-described conventional configuration, the pump discharge port is not sealed at the time of initial water filling, and therefore, air jamming of the pump may occur. Since a pump with a low head is used to supply an amount of water suitable for the steam reforming reaction, the problem of being unable to produce a hydrogen-containing gas is not able to send the correct amount of water to the reformer when air entrainment occurs. Had.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、初期水張り期間において、水供給を行うポンプのエア噛みを防止し、水素生成装置およびそれを用いた燃料電池システムの信頼性を向上させることを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and prevents the air biting of a pump that supplies water during the initial water filling period, and improves the reliability of the hydrogen generator and the fuel cell system using the same. Objective.

前記従来の課題を解決するために、本発明の水素生成装置の一態様は、改質器と、前記改質器に供給される水を貯留する第１タンクと、前記第１タンクから前記改質器まで延びている第１水経路と、所定の第１分岐位置において前記第１水経路から分岐し、前記第１分岐位置よりも高い位置に設けられた開放端まで延びている空気抜き経路と、前記第１タンクと前記第１分岐位置の間において前記第１水経路に設けられた第１ポンプと、前記第１タンクから前記第１ポンプをバイパスし、前記第１分岐位置と前記第１ポンプの間の第２分岐位置まで延びている第２水経路と、前記第２水経路に設けられた開閉弁と、前記第１タンクに水を供給する給水経路と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記改質器の水張り期間において、前記第１ポンプを停止して前記開閉弁を開いた状態で給水を開始し、前記第１タンクの水位が、前記第１ポンプ吸込口から前記第２分岐位置までの区間に設定した所定高さを越えたときに前記第１ポンプの運転を開始し、前記第１タンクの水位が前記第２分岐位置を越えたときに前記開閉弁を閉じるようにしたものである。   In order to solve the conventional problem, an aspect of the hydrogen generator of the present invention includes a reformer, a first tank that stores water supplied to the reformer, and the modified tank from the first tank. A first water path extending to a mass device, an air vent path branched from the first water path at a predetermined first branch position, and extending to an open end provided at a position higher than the first branch position; A first pump provided in the first water path between the first tank and the first branch position; bypassing the first pump from the first tank; and the first branch position and the first branch A second water path extending to a second branch position between the pumps, an on-off valve provided in the second water path, a water supply path for supplying water to the first tank, and a controller. The control unit is configured to control the first position during the water filling period of the reformer. Water supply was started with the on / off valve opened and the water level of the first tank exceeded a predetermined height set in the section from the first pump suction port to the second branch position. The operation of the first pump is sometimes started, and the on-off valve is closed when the water level of the first tank exceeds the second branch position.

これによって、第１ポンプの吸込口に水が達してから（呼び水されてから）、第１ポンプの運転を開始でき、また、第２分岐位置を超えてから開閉弁を閉めることにより、ポンプ吐出口へ呼び水を送ることができ、第１ポンプのエア噛みを抑制できる。また、第１水経路から第１ポンプを介して吐出した水が、第２水経路を通って第１タンクに戻されることを防止できる。これにより、正しい量の水を改質器に送ることが可能になり、水素含有ガスの生成が安定するので、水素生成装置の信頼性を向上することができる。   As a result, the operation of the first pump can be started after the water reaches the suction port of the first pump (after priming), and the on-off valve is closed after the second branch position is exceeded. The priming water can be sent to the outlet, and the air biting of the first pump can be suppressed. Further, it is possible to prevent the water discharged from the first water path through the first pump from returning to the first tank through the second water path. Thereby, it becomes possible to send a correct amount of water to the reformer, and the production of the hydrogen-containing gas is stabilized, so that the reliability of the hydrogen generator can be improved.

また、本発明の燃料電池システムの一態様は、前記水素生成装置と、前記水素生成装置が生成した水素を含む燃料ガスを用いて発電を行なう燃料電池と、前記燃料電池を冷却するための冷却水を循環する冷却水循環経路と、前記冷却水循環経路に設けられ、冷却水を貯留する大気開放型の第２タンクと、前記冷却水循環経路に設けられた第２ポンプと、を備え、前記空気抜き経路は前記第２タンクに延びているものである。   One aspect of the fuel cell system of the present invention includes the hydrogen generator, a fuel cell that generates electric power using a fuel gas containing hydrogen generated by the hydrogen generator, and a cooling for cooling the fuel cell. A cooling water circulation path that circulates water; an air-opening type second tank that is provided in the cooling water circulation path and stores the cooling water; and a second pump provided in the cooling water circulation path, and the air vent path. Extends to the second tank.

これにより、安定して水素生成が可能な信頼性が向上した水素生成装置から燃料電池に水素含有ガスを安定して供給することができるので、燃料電池システムの信頼性を向上することができる。   Thereby, since the hydrogen-containing gas can be stably supplied to the fuel cell from the hydrogen generator having improved reliability capable of stably generating hydrogen, the reliability of the fuel cell system can be improved.

本発明に一形態によれば、水素含有ガスを安定供給できる水素生成装置およびそれを用いた燃料電池システムを供給することができる。   According to one embodiment of the present invention, a hydrogen generator capable of stably supplying a hydrogen-containing gas and a fuel cell system using the same can be supplied.

本発明の実施の形態１、２および３における水素生成装置の構成図Configuration diagram of a hydrogen generator in Embodiments 1, 2, and 3 of the present invention 本発明の実施の形態４における水素生成装置の構成図Configuration diagram of a hydrogen generator in Embodiment 4 of the present invention 本発明の実施の形態５における燃料電池システムの構成図Configuration diagram of fuel cell system according to Embodiment 5 of the present invention

第1の発明にかかる水素生成装置は、改質器と、前記改質器に供給される水を貯留する第１タンクと、前記第１タンクから前記改質器まで延びている第１水経路と、所定の第１分岐位置において前記第１水経路から分岐し、前記第１分岐位置よりも高い位置に設けられた開放端まで延びている空気抜き経路と、前記第１タンクと前記第１分岐位置の間において前記第１水経路に設けられた第１ポンプと、前記第１タンクから前記第１ポンプをバイパスし、前記第１分岐位置と前記第１ポンプの間の第２分岐位置まで延びている第２水経路と、前記第２水経路に設けられた開閉弁と、前記第１タンクに水を供給する給水経路と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記改質器の水張り期間において、前記第１ポンプを停止して前記開閉弁を開いた状態で給水を開始し、前記第１タンクの水位が、前記第１ポンプ吸込口から前記第２分岐位置までの区間に設定した所定高さを越えたときに前記第１ポンプの運転を開始し、前記第１タンクの水位が前記第２分岐位置を越えたときに前記開閉弁を閉じるようにしたものである。   A hydrogen generator according to a first aspect of the present invention includes a reformer, a first tank for storing water supplied to the reformer, and a first water path extending from the first tank to the reformer. An air vent path that branches from the first water path at a predetermined first branch position and extends to an open end provided at a position higher than the first branch position, the first tank, and the first branch A first pump provided in the first water path between the positions and the first tank bypassing the first pump and extending to a second branch position between the first branch position and the first pump. A second water path, an on-off valve provided in the second water path, a water supply path for supplying water to the first tank, and a control unit, wherein the control unit includes the reformer During the water filling period, the first pump was stopped and the on-off valve was opened. When the water level of the first tank exceeds a predetermined height set in the section from the first pump suction port to the second branch position, the operation of the first pump is started. The on-off valve is closed when the water level of the first tank exceeds the second branch position.

これにより、第１ポンプの吸込口に水が達してから（呼び水されてから）、第１ポンプの運転を開始でき、また、第２分岐位置を超えてから開閉弁を閉めることにより、ポンプ吐出口へ呼び水を送ることができ、第１ポンプのエア噛みを抑制できる。また、第１水経路から第１ポンプを介して吐出した水が、第２水経路を通って第１タンクに戻されることを防止できる。そのため、第１ポンプから水蒸気改質反応に適した量の水を改質器に送ることが可能になり、水素含有ガスの生成が安定し、水素生成装置の信頼性を向上させることができる。   As a result, the operation of the first pump can be started after the water reaches the suction port of the first pump (after priming), and the pump discharge is stopped by closing the on-off valve after the second branch position is exceeded. The priming water can be sent to the outlet, and the air biting of the first pump can be suppressed. Further, it is possible to prevent the water discharged from the first water path through the first pump from returning to the first tank through the second water path. Therefore, it becomes possible to send an amount of water suitable for the steam reforming reaction from the first pump to the reformer, the generation of the hydrogen-containing gas is stabilized, and the reliability of the hydrogen generator can be improved.

また、第２の発明にかかる水素生成装置は、特に、第１の発明の水素生成装置において、前記第１水経路の内、少なくとも前記第１ポンプ吐出口から前記第２分岐位置までの区間を、前記水張り期間において、空気が前記空気抜き経路に抜け、前記水張り期間の終了後、内部が水で満たされる上がり配管で構成したものである。   Further, the hydrogen generator according to the second invention is the hydrogen generator of the first invention, in particular, in the first water path, at least a section from the first pump discharge port to the second branch position. In the water filling period, air passes through the air vent path, and after the water filling period, the inside is constituted by a rising pipe filled with water.

これにより、少なくとも第１ポンプ吐出口から第２分岐位置までの区間を、水張り期間において、空気が開放端に抜け、水張り期間の終了後、内部が水で満たされる上がり配管で構成することにより、第１ポンプの吐出側を確実に水封することができる。   Thereby, at least a section from the first pump discharge port to the second branch position is constituted by a rising pipe in which air is released to the open end during the water filling period, and the inside is filled with water after the water filling period is completed. The discharge side of the first pump can be reliably sealed with water.

第３の発明にかかる水素生成装置は、特に、第１の発明または第２の発明の水素生成装置において、前記制御部は、前記第１タンクへの給水を開始した時点からの経過時間を計測するタイマを備え、給水を開始してから前記第１タンクの水位が前記所定高さに到達するまでの時間である第１所定時間と、前記第２分岐位置に到達するまでの時間である第２所定時間を記憶しており、前記制御器は、給水を開始してからの経過時間が前記第１所定時間を越えたとき前記第１ポンプの運転を開始し、前記第２所定時間を越えたとき前記開閉弁を閉じるようにしたものである。   The hydrogen generator according to a third aspect of the invention is particularly the hydrogen generator of the first aspect or the second aspect, wherein the control unit measures an elapsed time from the start of water supply to the first tank. A first predetermined time that is a time from when the water supply is started until the water level of the first tank reaches the predetermined height, and a time that is the time until the water level reaches the second branch position. 2 The predetermined time is stored, and the controller starts the operation of the first pump when the elapsed time from the start of water supply exceeds the first predetermined time, and exceeds the second predetermined time. In this case, the on-off valve is closed.

これにより、第１タンクの水位をタイマで給水時間を監視することで、第１水経路内および第２水経路内の水位を検知することが可能になる。第１タンクの所定高さを第１ポンプの吸込口に呼び水できる高さに設定することで、第１ポンプのエア噛みを防止できる。また、第１タンクの水位が第２分岐位置に達したことを検知した後に開閉弁１１を閉じることで、ポンプ吐出口へ呼び水を送ることができ、第１ポンプのエア噛みを抑制できる。また、第１水経路５から第１ポンプ８を介して吐出した水が、第２水経路１０を通って第１タンク３に戻されることを防止できる。   Thereby, the water level in the first water path and the second water path can be detected by monitoring the water supply time of the water level of the first tank with a timer. By setting the predetermined height of the first tank to such a level that the water can be drawn into the suction port of the first pump, it is possible to prevent the first pump from being caught by air. Further, by closing the on-off valve 11 after detecting that the water level of the first tank has reached the second branch position, priming water can be sent to the pump discharge port, and air biting of the first pump can be suppressed. Further, it is possible to prevent the water discharged from the first water path 5 via the first pump 8 from returning to the first tank 3 through the second water path 10.

第４の発明にかかる水素生成装置は、特に、第１の発明または第２の発明の水素生成装置において、前記第１タンクに設けられ、前記第１タンクに貯留された水の水位を検出する水位検出手段を備え、前記制御部は、前記水位検出手段が前記第１タンクの水位が前記所定高さを越えたことを検知したとき前記第１ポンプの運転を開始し、前記第１タンクの水位が前記第２分岐位置を越えたことを検知したとき前記開閉弁を閉じるようにしたものである。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a hydrogen generator according to the first or second aspect of the invention, wherein the hydrogen generator is provided in the first tank and detects a water level stored in the first tank. Provided with a water level detection means, wherein the control unit starts operation of the first pump when the water level detection means detects that the water level of the first tank exceeds the predetermined height, The on-off valve is closed when it is detected that the water level has exceeded the second branch position.

これにより、第１タンクの水位を監視することで、第１水経路内および第２水経路内の水位を検知することが可能になる。第１タンクの所定高さを第１ポンプの吸込口に呼び水できる高さに設定することで、第１ポンプのエア噛みを防止できる。また、第１タンクの水位が第２分岐位置に達したことを検知した後に開閉弁１１を閉じることで、ポンプ吐出口へ呼び水を送ることができ、第１ポンプのエア噛みを抑制できる。また、第１水経路５から第１ポンプ８を介して吐出した水が、第２水経路１０を通って第１タンク３に戻されることを防止できる。   Thereby, it becomes possible to detect the water level in the first water path and the second water path by monitoring the water level of the first tank. By setting the predetermined height of the first tank to such a level that the water can be drawn into the suction port of the first pump, it is possible to prevent the first pump from being caught by air. Further, by closing the on-off valve 11 after detecting that the water level of the first tank has reached the second branch position, priming water can be sent to the pump discharge port, and air biting of the first pump can be suppressed. Further, it is possible to prevent the water discharged from the first water path 5 via the first pump 8 from returning to the first tank 3 through the second water path 10.

また、第５の発明の燃料電池システムは、上記水素生成装置と、前記水素生成装置が生成した水素を含む燃料ガスを用いて発電を行なう燃料電池と、前記燃料電池を冷却するための冷却水を循環する冷却水循環経路と、前記冷却水循環経路に設けられ、冷却水を貯留する大気開放型の第２タンクと、前記冷却水循環経路に設けられた第２ポンプと、を備え、
前記空気抜き経路は前記第２タンクに延びているものである。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system according to a fifth aspect of the present invention, the above-described hydrogen generator, a fuel cell that generates power using a fuel gas containing hydrogen generated by the hydrogen generator, and cooling water for cooling the fuel cell. A cooling water circulation path that circulates, a second tank that is provided in the cooling water circulation path and stores the cooling water, and a second pump provided in the cooling water circulation path.
The air vent path extends to the second tank.

これにより、燃料電池システムへの水素含有ガスの供給が可能となり、燃料電池システムの信頼性を向上させることができる。   As a result, the hydrogen-containing gas can be supplied to the fuel cell system, and the reliability of the fuel cell system can be improved.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における水素生成装置１００の構成図である。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a hydrogen generator 100 according to a first embodiment of the present invention.

図１に示すように、本実施の形態１に係る水素生成装置１００は、改質器１を備えている。改質器１は、例えば、（化１）に示す水蒸気改質反応によって水素含有ガスを生成するための機器である。   As shown in FIG. 1, the hydrogen generator 100 according to the first embodiment includes a reformer 1. The reformer 1 is an apparatus for generating a hydrogen-containing gas by, for example, the steam reforming reaction shown in (Chemical Formula 1).

Figure 2019137591
Figure 2019137591

ここで、改質器１には、改質反応を進行させるための改質触媒が収められている。改質器１は、水及び原料ガスを用いて、水素含有ガスを生成する。原料ガスは、例えば、都市ガス、液化石油ガスなどの炭化水素ガスなどが用いられる。   Here, the reformer 1 contains a reforming catalyst for advancing the reforming reaction. The reformer 1 generates hydrogen-containing gas using water and raw material gas. As the source gas, for example, a hydrocarbon gas such as city gas or liquefied petroleum gas is used.

また、水素生成装置１００には、改質器１に水蒸気改質反応用に使用する水を貯留する第１タンク３と、第１タンク３から改質器１に水を供給する第１水経路５が設けられている。また、第１水経路５には、所定の第１分岐位置６において分岐し、第１分岐位置６よりも高い位置に設けられた開放端まで延びている空気抜き経路７が設けられている。さらに、第１水経路５の第１タンク３と第１分岐位置６の間には、第１ポンプ８が設けられている。   The hydrogen generator 100 also includes a first tank 3 that stores water used for the steam reforming reaction in the reformer 1, and a first water path that supplies water from the first tank 3 to the reformer 1. 5 is provided. Further, the first water path 5 is provided with an air vent path 7 that branches at a predetermined first branch position 6 and extends to an open end provided at a position higher than the first branch position 6. Further, a first pump 8 is provided between the first tank 3 and the first branch position 6 in the first water path 5.

なお、第１ポンプ８としては、例えば、ピストンポンプ、プランジャポンプ、ギヤポンプ、ベーンポンプなどの容積式ポンプが用いられる。   In addition, as the 1st pump 8, positive displacement pumps, such as a piston pump, a plunger pump, a gear pump, a vane pump, are used, for example.

水素生成装置１００には、第１タンク３から第１ポンプ８をバイパスし、第１分岐位置６と第１ポンプ８の間の第２分岐位置９まで延びている第２水経路１０と、第２水経路１０に設けられた開閉弁１１が設けられている。   The hydrogen generator 100 includes a second water path 10 that bypasses the first pump 8 from the first tank 3 and extends to the second branch position 9 between the first branch position 6 and the first pump 8, An on-off valve 11 provided in the two water passages 10 is provided.

なお、開閉弁１１としては、例えば、電磁弁を用いることができる。   As the on-off valve 11, for example, an electromagnetic valve can be used.

また、第１タンク３には、給水経路１２を介して水が供給される。   Further, water is supplied to the first tank 3 through the water supply path 12.

また、水素生成装置１００の制御は制御部１３により行われる。例えば、第１ポンプ８や改質器１の動作は制御部１３により制御される。なお、開閉弁１１については制御部１３によって制御してもよいし、作業者がマニュアル操作するようにしてもよい。   In addition, the control of the hydrogen generator 100 is performed by the control unit 13. For example, the operations of the first pump 8 and the reformer 1 are controlled by the control unit 13. The on-off valve 11 may be controlled by the control unit 13 or may be manually operated by an operator.

次に、本実施の形態１の水素生成装置１００の水張り方法の一例を説明する。   Next, an example of the water filling method of the hydrogen generator 100 according to the first embodiment will be described.

まず、制御部１３は、水素生成装置１００の水張り期間において、第１ポンプ８を停止し、開閉弁１１を開いた状態とし、第１タンク３に給水経路１２を介して給水を開始する。   First, in the water filling period of the hydrogen generator 100, the control unit 13 stops the first pump 8, opens the on-off valve 11, and starts water supply to the first tank 3 through the water supply path 12.

次に、第１タンク３の水位が、第１ポンプ８の吸込口の高さから、第２分岐位置９の高さまでの間で設定した所定高さに達したとき、第１ポンプ８の運転を開始する。   Next, when the water level of the first tank 3 reaches a predetermined height set between the height of the suction port of the first pump 8 and the height of the second branch position 9, the operation of the first pump 8 is performed. To start.

上記動作において、第１ポンプ８の運転を開始する前に、第１タンク３から供給された水は第１水経路５を通って第１ポンプ８の吸込口に達しており、呼び水により第１ポンプ８の内部に連続して水を供給できる状態となる。これによりエア噛みの発生を抑制することができる。   In the above operation, before starting the operation of the first pump 8, the water supplied from the first tank 3 reaches the suction port of the first pump 8 through the first water path 5, and the first water is supplied by the priming water. The pump 8 can be continuously supplied with water. Thereby, generation | occurrence | production of air biting can be suppressed.

次に、第１タンク３の水位が第２分岐位置９を超えたとき、開閉弁１１を閉じる。開閉弁１１を閉状態にする操作は制御部１３が行ってもよく、作業者がマニュアルで行ってもよい。   Next, when the water level of the first tank 3 exceeds the second branch position 9, the on-off valve 11 is closed. The operation for bringing the on-off valve 11 into the closed state may be performed by the control unit 13 or may be performed manually by an operator.

上記動作において、第１ポンプ８の吐出口へ呼び水を送ることができ、第１ポンプ８のエア噛みを抑制できる。また、第１水経路５から第１ポンプ８を介して吐出した水が、第２水経路１０を通って第１タンク３に戻されることを防止できる。   In the above operation, priming water can be sent to the discharge port of the first pump 8, and air biting of the first pump 8 can be suppressed. Further, it is possible to prevent the water discharged from the first water path 5 via the first pump 8 from returning to the first tank 3 through the second water path 10.

上記水張り終了後、水素生成装置１００では、改質器１において都市ガスやＬＰガスなどの原料ガスと、第１タンク３から第１水経路５を介して供給される改質用の水とにより、水素含有ガスが生成される。   After the completion of the water filling, in the hydrogen generator 100, the reformer 1 uses the source gas such as city gas or LP gas and the reforming water supplied from the first tank 3 via the first water path 5. A hydrogen-containing gas is produced.

以上で説明したとおり、水素生成装置１００の水張り期間において、第１ポンプ８の吸込口に水が達してから（呼び水されてから）、第１ポンプ８の運転を開始するので、第1ポンプ内に連続して水を供給できるので、エア噛みの発生を抑制することができる。また、ポンプの運転時に第２水経路１０を開閉弁１１により遮断するので、第１ポンプ８により第１水経路から吐出された水が、第２水経路１０を介して第１タンク３に戻されることを防止できる。   As described above, during the water filling period of the hydrogen generator 100, the operation of the first pump 8 is started after the water reaches the suction port of the first pump 8 (after priming). Since water can be continuously supplied, the occurrence of air biting can be suppressed. Further, since the second water path 10 is shut off by the on-off valve 11 during the operation of the pump, the water discharged from the first water path by the first pump 8 is returned to the first tank 3 through the second water path 10. Can be prevented.

これにより、水素生成装置１００が安定して水素含有ガスを生成することが可能となり、水素生成装置１００の信頼性を向上することができる。   Thereby, the hydrogen generator 100 can stably generate the hydrogen-containing gas, and the reliability of the hydrogen generator 100 can be improved.

なお、本実地の形態１では、第１タンク３の水位が、第１ポンプ８の吸込口の高さから、第２分岐位置９の高さまでの間で設定した所定高さに達したとき、第１ポンプ８の運転を開始するとしたが、第１タンク３の水位が第２分岐位置９を超えてから第１ポンプ８の運転を開始するようにしてもよい。第１ポンプ８の吸込口と吐出口の両方から水を供給することで、第１ポンプ８の内部を水で満たした状態から第１ポンプ８の運転を開始でき、エア噛みの発生を抑制できる。   In Embodiment 1 of the present invention, when the water level of the first tank 3 reaches a predetermined height set between the height of the suction port of the first pump 8 and the height of the second branch position 9, Although the operation of the first pump 8 is started, the operation of the first pump 8 may be started after the water level of the first tank 3 exceeds the second branch position 9. By supplying water from both the suction port and the discharge port of the first pump 8, the operation of the first pump 8 can be started from the state where the inside of the first pump 8 is filled with water, and the occurrence of air biting can be suppressed. .

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の水素生成装置１００の構成は、実施の形態１と同じなので、実施の形態２の水素生成装置１００の構成は図１に示し、その重複する説明を省略する。 (Embodiment 2)
Since the configuration of the hydrogen generator 100 according to the second embodiment of the present invention is the same as that of the first embodiment, the configuration of the hydrogen generator 100 according to the second embodiment is shown in FIG.

図１に示すように、本実施の形態２に係る水素生成装置１００は、実施の形態１と基本的構成は同じであるが、第１ポンプ８の吐出口から第２分岐位置９までの区間の配管を上がり配管で構成されている点が異なる。   As shown in FIG. 1, the hydrogen generator 100 according to the second embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment, but a section from the discharge port of the first pump 8 to the second branch position 9. It is different in that it is made up of pipes.

上記のように、第１ポンプ８の吐出口から第２分岐位置９までの区間の配管を上がり配管にしたことで、水素生成装置の水張り期間において、重力作用により、第１ポンプ８の吐出口から第２分岐位置に向けて空気が移動し、空気抜き経路７を通って開放端から外部に放出される。   As described above, since the piping in the section from the discharge port of the first pump 8 to the second branch position 9 is made up, the discharge port of the first pump 8 is caused by gravity during the water filling period of the hydrogen generator. From the open end to the outside through the air vent path 7.

このように、第１ポンプ８を含む第１水経路５で発生した空気溜まりを、確実に空気抜き経路７を介して外部に放出することで、水張り終了後、第１ポンプ８の内部を水で満たすことができ、エア噛みの発生を抑制することができる。   In this way, the air pool generated in the first water path 5 including the first pump 8 is surely discharged to the outside through the air vent path 7, so that after filling the water, the inside of the first pump 8 is filled with water. It can satisfy | fill and generation | occurrence | production of air biting can be suppressed.

これにより、水素生成装置１００が安定して水素含有ガスを生成することが可能となり、水素生成装置１００の信頼性を向上することができる。   Thereby, the hydrogen generator 100 can stably generate the hydrogen-containing gas, and the reliability of the hydrogen generator 100 can be improved.

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３の水素生成装置１００の構成は、実施の形態１と同じなので、実施の形態２の水素生成装置１００の構成は図１に示し、その重複する説明を省略する。 (Embodiment 3)
Since the configuration of the hydrogen generator 100 according to Embodiment 3 of the present invention is the same as that of Embodiment 1, the configuration of the hydrogen generator 100 according to Embodiment 2 is shown in FIG.

図１に示すように、本実施の形態３に係る水素生成装置１００は、実施の形態１に係る水素生成装置１００と基本的構成は同じであるが、制御部１３は、第１タンク３への給水を開始した時点からの経過時間を計測するタイマを備えている点が異なる。   As shown in FIG. 1, the hydrogen generator 100 according to the third embodiment has the same basic configuration as the hydrogen generator 100 according to the first embodiment, but the control unit 13 is connected to the first tank 3. The point which is provided with the timer which measures the elapsed time from the time of having started water supply of water is different.

また、制御部１３は、給水を開始してから第１タンク３の水位が所定高さに到達するまでの第１所定時間と、第２分岐位置９に到達するまでの時間である第２所定時間を記憶している。   In addition, the control unit 13 performs a first predetermined time from the start of water supply until the water level of the first tank 3 reaches a predetermined height, and a second predetermined time that is a time until the water level reaches the second branch position 9. I remember the time.

次に、本実施の形態３の水素生成装置１００の水張り方法の一例を説明する。   Next, an example of the water filling method of the hydrogen generator 100 according to the third embodiment will be described.

水素生成装置１００の水張り期間において、制御部１３は給水を開始してからの経過時間が第１所定時間に達したときに、第１ポンプ８の運転を開始する。   In the water filling period of the hydrogen generator 100, the control unit 13 starts the operation of the first pump 8 when the elapsed time from the start of water supply reaches the first predetermined time.

上記動作において、第１ポンプ８の運転を開始する前に、第１タンク３から供給された水は第１水経路５を通って第１ポンプ８の吸込口に達しており、呼び水により第１ポンプ８の内部に連続して水を供給できる状態となる。これによりエア噛みの発生を抑制することができる。   In the above operation, before starting the operation of the first pump 8, the water supplied from the first tank 3 reaches the suction port of the first pump 8 through the first water path 5, and the first water is supplied by the priming water. The pump 8 can be continuously supplied with water. Thereby, generation | occurrence | production of air biting can be suppressed.

次に、制御部１３は給水を開始してからの経過時間が第２所定時間に達したときに、第２水経路１０に設けられた開閉弁１１を閉じる制御を行う。   Next, the control part 13 performs control which closes the on-off valve 11 provided in the 2nd water path | route 10, when the elapsed time after starting water supply reaches 2nd predetermined time.

上記動作において、第１水経路５から第１ポンプ８を介して吐出した水が、第２水経路１０を通って第１タンク３に戻されることを防止できる。   In the above operation, water discharged from the first water path 5 via the first pump 8 can be prevented from returning to the first tank 3 through the second water path 10.

これにより、水素生成装置１００が安定して水素含有ガスを生成することが可能となり、水素生成装置１００の信頼性を向上することができる。   Thereby, the hydrogen generator 100 can stably generate the hydrogen-containing gas, and the reliability of the hydrogen generator 100 can be improved.

（実施の形態４）
図２は本発明の第４の実施の形態における水素生成装置の構成図である。 (Embodiment 4)
FIG. 2 is a configuration diagram of a hydrogen generator according to the fourth embodiment of the present invention.

図２に示すように、本実施の形態４に係る水素生成装置１００は、実施の形態１における水素生成装置１００と基本的構成は同じであり、その重複する説明を省略する。   As shown in FIG. 2, the hydrogen generator 100 according to the fourth embodiment has the same basic configuration as the hydrogen generator 100 according to the first embodiment, and a duplicate description thereof is omitted.

図２に示すように、本実施の形態４に係る水素生成装置１００は、実施の形態１に係る水素生成装置１００と基本的構成は同じであるが、第１タンク３に貯留された水の水位を検出する水位検出器１４を備え、制御部１３が水位検出器１４の検出結果に応じて第１ポンプ８および開閉弁１１を制御する点が異なる。   As shown in FIG. 2, the hydrogen generator 100 according to the fourth embodiment has the same basic configuration as the hydrogen generator 100 according to the first embodiment, but the water stored in the first tank 3. A difference is that a water level detector 14 for detecting the water level is provided, and the control unit 13 controls the first pump 8 and the on-off valve 11 according to the detection result of the water level detector 14.

また、制御部１３は、第１タンク３に設けた水位検出器１４により、第１ポンプ８の吸込口の高さから、第２分岐位置９の高さまでの間で設定した所定高さに相当する第１水位と、第２分岐位置９の高さに相当する第２水位を記憶している。   Further, the control unit 13 corresponds to a predetermined height set between the height of the suction port of the first pump 8 and the height of the second branch position 9 by the water level detector 14 provided in the first tank 3. The first water level and the second water level corresponding to the height of the second branch position 9 are stored.

次に、本実施の形態４の水素生成装置１００の水張り方法の一例を説明する。   Next, an example of the water filling method of the hydrogen generator 100 according to the fourth embodiment will be described.

まず、制御部１３は、水素生成装置１００の水張り期間において、第１ポンプ８を停止し、開閉弁１１を開いた状態とし、第１タンク３に給水経路１２を介して給水を開始する。   First, in the water filling period of the hydrogen generator 100, the control unit 13 stops the first pump 8, opens the on-off valve 11, and starts water supply to the first tank 3 through the water supply path 12.

次に、第１タンク３の水位が、第１水位に達したとき、第１ポンプ８の運転を開始する。   Next, when the water level of the first tank 3 reaches the first water level, the operation of the first pump 8 is started.

上記動作において、第１ポンプ８の運転を開始する前に、第１タンク３から供給された水は第１水経路５を通って第１ポンプ８の吸込口に達しており、呼び水により第１ポンプ８の内部に連続して水を供給できる状態となる。これによりエア噛みの発生を抑制することができる。   In the above operation, before starting the operation of the first pump 8, the water supplied from the first tank 3 reaches the suction port of the first pump 8 through the first water path 5, and the first water is supplied by the priming water. The pump 8 can be continuously supplied with water. Thereby, generation | occurrence | production of air biting can be suppressed.

次に、第１タンク３の水位が第２水位を超えたとき、開閉弁１１を閉じる。   Next, when the water level of the first tank 3 exceeds the second water level, the on-off valve 11 is closed.

上記動作において、第１水経路５から第１ポンプ８を介して吐出した水が、第２水経路１０を通って第１タンク３に戻されることを防止できる。   In the above operation, water discharged from the first water path 5 via the first pump 8 can be prevented from returning to the first tank 3 through the second water path 10.

上記水張り終了後、水素生成装置１００では、改質器１において都市ガスやＬＰガスなどの原料ガスと、第１タンク３から第１水経路５を介して供給される改質用の水とにより、水素含有ガスが生成される。   After the completion of the water filling, in the hydrogen generator 100, the reformer 1 uses the source gas such as city gas or LP gas and the reforming water supplied from the first tank 3 via the first water path 5. A hydrogen-containing gas is produced.

これにより、水素生成装置１００が安定して水素含有ガスを生成することが可能となり、水素生成装置１００の信頼性を向上することができる。   Thereby, the hydrogen generator 100 can stably generate the hydrogen-containing gas, and the reliability of the hydrogen generator 100 can be improved.

（実施の形態５）
図３は本発明の第５の実施の形態における燃料電池システム２００の構成図である。 (Embodiment 5)
FIG. 3 is a configuration diagram of a fuel cell system 200 according to the fifth embodiment of the present invention.

図３において、燃料電池システム２００は、実施の形態１〜４に係る水素生成装置１００を使用した構成となっており、基本的構成は同じであるので、その重複する説明を省略する。また、制御部１３は燃料電池システム２００や関連する補機の制御も行うが、詳細の説明は省略する。   In FIG. 3, the fuel cell system 200 has a configuration that uses the hydrogen generator 100 according to Embodiments 1 to 4, and the basic configuration is the same. In addition, the control unit 13 also controls the fuel cell system 200 and related auxiliary machines, but detailed description thereof is omitted.

図３に示すように、本実施の形態５の燃料電池システム２００は、燃料電池２を備えている。水素生成装置１００から燃料電池２のアノードに供給された水素含有ガスと、燃料電池２のカソードに供給された酸化剤ガスとの電気化学反応によって、水が生成され、電気と熱が発生する。   As shown in FIG. 3, the fuel cell system 200 according to the fifth embodiment includes a fuel cell 2. Water is generated by an electrochemical reaction between the hydrogen-containing gas supplied from the hydrogen generator 100 to the anode of the fuel cell 2 and the oxidant gas supplied to the cathode of the fuel cell 2 to generate electricity and heat.

また、発生した熱は、燃料電池２を冷却するための冷却水を循環する冷却水循環経路１５を循環する冷却水により適正に管理される。   Further, the generated heat is appropriately managed by the cooling water circulating through the cooling water circulation path 15 for circulating the cooling water for cooling the fuel cell 2.

ここで、冷却水循環経路１５は、冷却水循環経路１５に設けられ、冷却水を貯留する大気開放型の第２タンク４と、冷却水循環経路に設けられた第２ポンプ１６を備えている。   Here, the cooling water circulation path 15 is provided in the cooling water circulation path 15, and includes an atmosphere-opening-type second tank 4 that stores the cooling water, and a second pump 16 provided in the cooling water circulation path.

また、制御部１３は、燃料電池２で電気化学反応が適正に行われるように冷却水循環経路１５の第２ポンプ１６を運転し、燃料電池２が発電した電力を外部に供給する制御を行うように構成されている。   Further, the control unit 13 operates the second pump 16 of the cooling water circulation path 15 so that the electrochemical reaction is properly performed in the fuel cell 2 and performs control to supply the power generated by the fuel cell 2 to the outside. It is configured.

ここで、第２タンク４を大気開放型としているので、空気抜き経路７に水が充填された場合でも、第１ポンプ８を含む第１水経路５で発生した空気を第２タンク４に導き、外部に放出することができる。   Here, since the second tank 4 is open to the atmosphere, even when the air vent path 7 is filled with water, the air generated in the first water path 5 including the first pump 8 is guided to the second tank 4, Can be released to the outside.

なお、第２ポンプ１６は、例えば、ピストンポンプ、プランジャポンプ、ギヤポンプ、ベーンポンプなどの容積式ポンプや遠心ポンプ、斜流ポンプなどの非容積式ポンプが用いられる。   The second pump 16 is, for example, a positive displacement pump such as a piston pump, a plunger pump, a gear pump, or a vane pump, or a non-displacement pump such as a centrifugal pump or a mixed flow pump.

上記構成による燃料電池システムにより、水素含有ガスの安定した供給が可能となり、燃料電池システムの信頼性を向上させることができる。   With the fuel cell system having the above-described configuration, the hydrogen-containing gas can be stably supplied, and the reliability of the fuel cell system can be improved.

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。   From the foregoing description, many modifications and other embodiments of the present invention are obvious to one skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.

以上のように、本発明にかかる水素生成装置及び燃料電池システムは、初期水張り時に水素生成装置へ水を供給するためのポンプで発生するエア噛みを抑制することができる。そのため、水素生成装置の信頼性を向上することができるので、都市ガス、ＬＰガスなどの原料ガスから水素を生成する装置や、それを用いた家庭用燃料電池システム、商業用燃料電池システムなどに適用できる。   As described above, the hydrogen generator and the fuel cell system according to the present invention can suppress the air biting generated by the pump for supplying water to the hydrogen generator at the time of initial water filling. Therefore, since the reliability of the hydrogen generator can be improved, it can be applied to a device that generates hydrogen from a source gas such as city gas and LP gas, a household fuel cell system using the same, and a commercial fuel cell system. Applicable.

１ 改質器
２ 燃料電池
３ 第１タンク
４ 第２タンク
５ 第１水経路
６ 第１分岐位置
７ 空気抜き経路
８ 第１ポンプ
９ 第２分岐位置
１０ 第２水経路
１１ 開閉弁
１２ 給水経路
１３ 制御部
１４ 水位検出器
１５ 冷却水循環経路
１６ 第２ポンプ
１００ 水素生成装置
２００ 燃料電池システム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reformer 2 Fuel cell 3 1st tank 4 2nd tank 5 1st water path 6 1st branch position 7 Air vent path 8 1st pump 9 2nd branch position 10 2nd water path 11 On-off valve 12 Water supply path 13 Control Unit 14 Water level detector 15 Cooling water circulation path 16 Second pump 100 Hydrogen generator 200 Fuel cell system

Claims (5)

改質器と、
前記改質器に供給される水を貯留する第１タンクと、
前記第１タンクから前記改質器まで延びている第１水経路と、
所定の第１分岐位置において前記第１水経路から分岐し、前記第１分岐位置よりも高い位置に設けられた開放端まで延びている空気抜き経路と、
前記第１タンクと前記第１分岐位置の間において前記第１水経路に設けられた第１ポンプと、
前記第１タンクから前記第１ポンプをバイパスし、前記第１分岐位置と前記第１ポンプの間の第２分岐位置まで延びている第２水経路と、
前記第２水経路に設けられた開閉弁と、
前記第１タンクに水を供給する給水経路と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記改質器の水張り期間において、
前記第１ポンプを停止して前記開閉弁を開いた状態で給水を開始し、
前記第１タンクの水位が、前記第１ポンプ吸込口から前記第２分岐位置までの区間に設定した所定高さを越えたときに前記第１ポンプの運転を開始し、
前記第１タンクの水位が前記第２分岐位置を越えたときに前記開閉弁を閉じる、
水素生成装置。 A reformer,
A first tank for storing water supplied to the reformer;
A first water path extending from the first tank to the reformer;
An air vent path branched from the first water path at a predetermined first branch position and extending to an open end provided at a position higher than the first branch position;
A first pump provided in the first water path between the first tank and the first branch position;
A second water path that bypasses the first pump from the first tank and extends to a second branch position between the first branch position and the first pump;
An on-off valve provided in the second water path;
A water supply path for supplying water to the first tank;
A control unit,
The control unit, during the water filling period of the reformer,
Water supply is started with the first pump stopped and the on-off valve opened;
When the water level of the first tank exceeds a predetermined height set in a section from the first pump suction port to the second branch position, the operation of the first pump is started.
Closing the on-off valve when the water level of the first tank exceeds the second branch position;
Hydrogen generator. 前記第１水経路の内、少なくとも前記第１ポンプ吐出口から前記第２分岐位置までの区間を、前記水張り期間において、空気が前記空気抜き経路に抜け、前記水張り期間の終了後、内部が水で満たされる上がり配管で構成した、請求項１記載の水素生成装置。   In the first water path, at least a section from the first pump discharge port to the second branch position is passed through the air vent path during the water filling period, and after the water filling period, the inside is water. The hydrogen generator according to claim 1, wherein the hydrogen generator is configured by a filled pipe filled. 前記制御部は、前記第１タンクへの給水を開始した時点からの経過時間を計測するタイマを備え、給水を開始してから前記第１タンクの水位が前記所定高さに到達するまでの時間である第１所定時間と、前記第２分岐位置に到達するまでの時間である第２所定時間を記憶しており、
前記制御器は、給水を開始してからの経過時間が前記第１所定時間を越えたとき前記第１ポンプの運転を開始し、前記第２所定時間を越えたとき前記開閉弁を閉じる、請求項１又は２に記載の水素生成装置。 The control unit includes a timer that measures an elapsed time from the start of water supply to the first tank, and a time from when the water level starts until the water level of the first tank reaches the predetermined height. And a second predetermined time that is a time until the second branch position is reached,
The controller starts the operation of the first pump when an elapsed time from the start of water supply exceeds the first predetermined time, and closes the on-off valve when the second predetermined time is exceeded. Item 3. The hydrogen generator according to Item 1 or 2. 前記制御部は、前記第１タンクに設けられ、前記第１タンクに貯留された水の水位を検出する水位検出手段を備え、
前記制御部は、前記水位検出手段が前記第１タンクの水位が前記所定高さを越えたことを検知したとき前記第１ポンプの運転を開始し、前記第１タンクの水位が前記第２分岐位置を越えたことを検知したとき前記開閉弁を閉じる、請求項１又は２に記載の水素生成装置。 The control unit includes a water level detection unit that is provided in the first tank and detects a water level of water stored in the first tank,
The controller starts the operation of the first pump when the water level detecting means detects that the water level of the first tank exceeds the predetermined height, and the water level of the first tank is changed to the second branch. The hydrogen generator according to claim 1 or 2, wherein the on-off valve is closed when it is detected that the position has been exceeded. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載された水素生成装置と、
前記水素生成装置が生成した水素を含む燃料ガスを用いて発電を行なう燃料電池と、
前記燃料電池を冷却するための冷却水を循環する冷却水循環経路と、
前記冷却水循環経路に設けられ、冷却水を貯留する大気開放型の第２タンクと、
前記冷却水循環経路に設けられた第２ポンプと、を備え、
前記空気抜き経路は前記第２タンクに延びている、燃料電池システム。 A hydrogen generator according to any one of claims 1 to 4,
A fuel cell that generates electricity using a fuel gas containing hydrogen generated by the hydrogen generator;
A cooling water circulation path for circulating cooling water for cooling the fuel cell;
A second tank open to the atmosphere that is provided in the cooling water circulation path and stores cooling water;
A second pump provided in the cooling water circulation path,
The fuel cell system, wherein the air vent path extends to the second tank.
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