JP2020136108A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

To provide a fuel cell system that can reliably detect an abnormal path without arranging a branch portion of a first communication path 7 and a combustible gas path 9 at a required height when a drainage path of the fuel cell system is blocked.SOLUTION: A fuel cell system 100 includes a combustor 2, an air supply device 1 that supplies a combustion air to the combustor 2, a fuel cell 4, an exhaust path 5 that discharges a combustion exhaust gas discharged from the combustor 2 to the atmosphere. Further, a first communication path 7, a second communication path 8, and a drainage path 6 are provided with a water storage path 10, and have a water sealing structure in which water is sealed via the paths. A branch portion between a combustible gas path 9 and the first communication path 7, which is a path from the fuel cell 4 to the combustor 2, is configured to be located at the same height as the lower position H in the gravity direction, which is a predetermined height, from a branch portion of the exhaust path 5 and the second communication path 8.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃焼器と、燃焼器に燃焼空気を供給する空気供給装置と、燃料電池と、燃焼器から排出された燃焼排ガスを大気中に排出する排気経路とを備えた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a combustor, an air supply device for supplying combustion air to the combustor, a fuel cell, and an exhaust path for discharging the combustion exhaust gas discharged from the combustor into the atmosphere.

従来、この種の燃料電池システムは排水経路が通流閉塞された場合に、その異常経路を検出している(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, this type of fuel cell system detects an abnormal route when the drainage route is blocked (see, for example, Patent Document 1).

図6に従来の燃料電池システム200を示すものである。図6に示すように、燃料電池システムは、原料から水素含有ガスを生成する水素生成器401と、水素生成器401で生成された水素含有ガスおよび酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池402と、燃料電池402から可燃ガス経路403を介して排出されるアノード排ガスを燃焼させて燃焼排ガスを排出する燃焼器404を備えている。燃焼器404から排出された燃焼排ガスは、排気経路405を通流して大気中に排出される。 FIG. 6 shows a conventional fuel cell system 200. As shown in FIG. 6, the fuel cell system includes a hydrogen generator 401 that generates a hydrogen-containing gas from a raw material, and a fuel cell 402 that generates electricity by supplying a hydrogen-containing gas and an oxidizing agent gas generated by the hydrogen generator 401. A combustor 404 that burns the anode exhaust gas discharged from the fuel cell 402 through the combustible gas path 403 and discharges the combustion exhaust gas is provided. The combustion exhaust gas discharged from the combustor 404 passes through the exhaust path 405 and is discharged into the atmosphere.

また、燃料電池システム200は、アノード排ガス中の水分が凝縮された凝縮水を貯める水タンク406と、可燃ガス経路403および水タンク406を接続し、凝縮水を通流する第1連通経路407と、排気経路405および水タンク406を接続する第2連通経路408を備えている。水タンク406内に所定水位以上に溜まった凝縮水は、排水経路409から排出される。 Further, the fuel cell system 200 connects the water tank 406 for storing the condensed water in which the moisture in the anode exhaust gas is condensed, the combustible gas path 403 and the water tank 406, and the first communication path 407 for passing the condensed water. , A second communication path 408 connecting the exhaust path 405 and the water tank 406 is provided. The condensed water accumulated in the water tank 406 above the predetermined water level is discharged from the drainage path 409.

第1連通経路407、第2連通経路408、および、排水経路409は、少なくとも水タンク406に水が溜まることにより、水タンク406を介して水封される水封構成を形成している。 The first communication path 407, the second communication path 408, and the drainage path 409 form a water-sealing structure in which water is sealed through the water tank 406 by collecting water in at least the water tank 406.

そして、制御器411は、燃焼検出器412からの出力によって、燃焼器404が消火されたことを検出した場合に、異常と判定する、および運転を停止する、のうち、少なくとも1つの動作を行うように構成されている。 Then, when the controller 411 detects that the combustor 404 has been extinguished by the output from the combustion detector 412, it determines that the combustor 404 is abnormal and stops the operation, and performs at least one operation. It is configured as follows.

特開2017−147040号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-147040

前記従来の構成では、排水経路が通流閉塞された場合に、その異常経路を検出するためには、可燃ガス経路の分岐部から、排気経路の分岐部までの高さHを一定以上確保する必要がある。具体的には、燃料電池システムの運転時の、燃焼器と燃料電池との最高圧力損失をA(kPa)とした場合、1(kPa)=102(mmHO)であるため、A×102(mm)とも表される。したがって、可燃ガス経路の分岐部から、排気経路の分岐部までの高さHが、A×102(mm)よりも大きくなるように構成することが好ましいとされる。 In the conventional configuration, when the drainage path is blocked, the height H from the branch portion of the flammable gas path to the branch portion of the exhaust path is secured at a certain level or more in order to detect the abnormal path. There is a need. Specifically, when the maximum pressure loss between the combustor and the fuel cell during operation of the fuel cell system is A (kPa), 1 (kPa) = 102 (mmH 2 O), so A × 102. It is also expressed as (mm). Therefore, it is preferable that the height H from the branch portion of the flammable gas path to the branch portion of the exhaust path is larger than A × 102 (mm).

しかしながら、狭小住宅の増加に伴い燃料電池の小型化の需要が高まり、高さHをA×102(mm)よりも大きく構成することは困難となる。 However, as the number of small houses increases, the demand for miniaturization of fuel cells increases, and it becomes difficult to make the height H larger than A × 102 (mm).

本発明は、燃料電池システムが小型化した場合であっても排水経路が通流閉塞された場合に、その異常経路を検出するという課題を解決するものである。 The present invention solves the problem of detecting an abnormal route when the drainage route is blocked by the flow even when the fuel cell system is miniaturized.

前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、空気供給装置から供給される燃焼用空気の変動を検出すると燃料電池から可燃ガス経路を介して排出されるアノード排ガスを抑制するものである。 In order to solve the above-mentioned conventional problems, the fuel cell system of the present invention suppresses the anodic exhaust gas discharged from the fuel cell through the flammable gas path when the fluctuation of the combustion air supplied from the air supply device is detected. It is a thing.

これによれば、燃料電池システムの小型化に伴い十分な高さHを確保できない場合であっても、排水経路が通流閉塞された場合にその異常経路を検出することが可能となる。 According to this, even when a sufficient height H cannot be secured due to the miniaturization of the fuel cell system, it is possible to detect the abnormal route when the drainage route is blocked.

本発明の燃料電池システムは、燃料電池システムの小型化に伴い十分な高さHを確保できない場合であっても、排水経路が通流閉塞された場合にその異常経路を検出することが可能となる。 The fuel cell system of the present invention can detect an abnormal path when the drainage path is blocked even when a sufficient height H cannot be secured due to the miniaturization of the fuel cell system. Become.

本発明の実施形態における燃料電池システムの構成図Configuration diagram of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention 本発明の変形例1における燃料電池システムの構成図の一例An example of a configuration diagram of a fuel cell system according to a modification 1 of the present invention. 本発明の実施形態において排水経路の通流が正常な状態In the embodiment of the present invention, the flow of the drainage route is normal. 本発明の実施形態において排水経路の通流が閉塞された状態In the embodiment of the present invention, the drainage path is blocked. 本発明の実施形態において排水経路の通流が閉塞され、水が排気経路に到達した状態In the embodiment of the present invention, the flow of the drainage path is blocked and the water reaches the exhaust path. 従来の燃料電池システムの構成図Configuration diagram of a conventional fuel cell system

第1の発明の燃料電池システムは、原料から水素含有ガスを生成する改質器と、前記水素含有ガスおよび酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池から可燃ガス経路を介して排出されるアノード排ガスを燃焼させて燃焼排ガスを排出する燃焼器と、前記燃焼器に燃焼用空気を供給する空気供給装置と、前記燃焼器から排出された前記燃焼排ガスを大気中に排出する排気経路と、前記可燃ガス経路で凝縮した凝縮水を通流する第1連通経路と、前記第1連通経路と前記凝縮水を貯留可能な貯水経路を介して接続される第2連通経路と、前記貯水経路に設けられ、前記貯水経路に所定水位以上に溜まった凝縮水を、前記貯水経路から排水する排水経路と、前記空気供給装置から前記燃焼器に供給される前記燃焼用空気の供給量を検出する空気供給量検出手段と、を備え、前記第1連通経路、前記第2連通経路、および、前記排水経路は、少なくとも前記貯水経路を介して水封される水封構成を有しており、前記可燃ガス経路と前記第1連通経路との分岐部は、前記排気経路と前記第2連通経路との分岐部よりも、所定の高さである重力方向の下方位置Hから同一高さの間に位置するように構成されているものである。 The fuel cell system of the first invention comprises a reformer that generates hydrogen-containing gas from a raw material, a fuel cell that generates electricity by supplying the hydrogen-containing gas and an oxidant gas, and a combustible gas path from the fuel cell. A combustor that burns the anode exhaust gas that is discharged and discharges the combustion exhaust gas, an air supply device that supplies combustion air to the combustor, and the combustion exhaust gas that is discharged from the combustor is discharged into the atmosphere. An exhaust path, a first communication path through which condensed water condensed in the combustible gas path flows, and a second communication path connected via the first communication path and a water storage path capable of storing the condensed water. A drainage path provided in the water storage path and draining condensed water accumulated in the water storage path above a predetermined water level from the water storage path and a supply amount of the combustion air supplied from the air supply device to the combustor. The first communication path, the second communication path, and the drainage path have a water-sealing configuration in which the first communication path, the second communication path, and the drainage path are water-sealed at least through the water storage path. The branch portion between the combustible gas path and the first communication path is at the same height as the lower position H in the gravity direction, which is a predetermined height, than the branch portion between the exhaust path and the second communication path. It is configured to be located between.

第1の発明の燃料電池システムによれば、排水経路が通流閉塞して貯水経路から所定水位以上に貯まった水が排水できなくなったときに、水分が排気経路に浸入し、空気供給装置が燃焼器に供給する燃焼用空気の供給量が変動するので、排水経路の通流閉塞の異常を、確実に検出することができる。 According to the fuel cell system of the first invention, when the drainage path is blocked and the water stored above the predetermined water level cannot be drained from the water storage path, the water enters the exhaust path and the air supply device is installed. Since the amount of combustion air supplied to the combustor fluctuates, it is possible to reliably detect an abnormality in the flow obstruction of the drainage path.

第2の発明の燃料電池システムは、原料から水素含有ガスを生成する改質器と、前記水素含有ガスおよび酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池から可燃ガス経路を介して排出されるアノード排ガスを燃焼させて燃焼排ガスを排出する燃焼器と、前記燃焼器に燃焼用空気を供給する空気供給装置と、前記燃焼器から排出された前記燃焼排ガスを大気中に排出する排気経路と、前記可燃ガス経路で凝縮した凝縮水を貯める水タンクと、前記可燃ガス経路および前記水タンクを接続し、前記凝縮水を流通する第1連通経路と、前記排気経路および前記水タンクを接続する第2連通経路と、前記水タンク内に所定水位以上に溜まった凝縮水を、前記水タンクから排水する排水経路と、前記空気供給装置から前記燃焼器に供給される前記燃焼用空気の供給量を検出する空気供給量検出手段と、を備え、前記第1連通経路は前記水タンクの水位よりも低い位置で前記水タンクと接続され、前記第1連通経路、前記第2連通経路、および、前記排水経路は、前記水タンクに水が溜まることにより水封される水封構成を有しており、前記可燃ガス経路と前記第1連通経路との分岐部は、前記排気経路と前記第2連通経路との分岐部よりも、所定の高さである重力方向の下方位置Hから同一高さの間に位置するように構成されたものである。 The fuel cell system of the second invention comprises a reformer that generates hydrogen-containing gas from a raw material, a fuel cell that generates electricity by supplying the hydrogen-containing gas and an oxidant gas, and a combustible gas path from the fuel cell. A combustor that burns the anode exhaust gas that is discharged and discharges the combustion exhaust gas, an air supply device that supplies combustion air to the combustor, and the combustion exhaust gas that is discharged from the combustor is discharged into the atmosphere. An exhaust path, a water tank that stores condensed water condensed in the combustible gas path, a first communication path that connects the combustible gas path and the water tank, and flows the condensed water, and the exhaust path and the water tank. A second communication path for connecting the two, a drainage path for draining condensed water accumulated in the water tank above a predetermined water level from the water tank, and the combustion air supplied from the air supply device to the combustor. The first communication path is connected to the water tank at a position lower than the water level of the water tank, and the first communication path and the second communication path are provided with an air supply amount detecting means for detecting the supply amount of the water. The drainage path has a water-sealed structure in which water is sealed by collecting water in the water tank, and the branch portion between the combustible gas path and the first communication path is the exhaust path. It is configured to be located between the lower position H in the gravity direction, which is a predetermined height, and the same height as the branch portion with the second communication path.

第2の発明の燃料電池システムによれば、排水経路が通流閉塞して水タンクから排水できなくなったときに、水分が排気経路に浸入し、空気供給装置が燃焼器に供給する燃焼用空気の供給量が変動するので、排水経路の通流閉塞の異常を、確実に検出することができる。 According to the fuel cell system of the second invention, when the drainage path is blocked and the water tank cannot be drained, the moisture enters the exhaust path and the combustion air supplied to the combustor by the air supply device. Since the supply amount of the water fluctuates, it is possible to reliably detect an abnormality in the flow obstruction of the drainage route.

第3の発明の燃料電池システムは、特に第1または第2の発明の燃料電池システムにおいて、前記空気供給量検出手段の検出値が所定の変動幅を越えた場合、前記燃焼器に供給する前記アノード排ガスの供給量を制限する制御部を備えたものである。 The fuel cell system of the third invention supplies the fuel cell system of the first or second invention to the combustor when the detection value of the air supply amount detecting means exceeds a predetermined fluctuation range. It is equipped with a control unit that limits the supply amount of anode exhaust gas.

第3の発明の燃料電池システムによれば、制御部が排水経路の流通閉塞を検出したとき、燃焼器に供給するアノード排ガスの供給量を制限する。これにより、アノード排ガスによる第1連通経路への負荷を小さくする。これにより、第1連通経路の水位が上昇し、第1連通経路と可燃ガス経路の分岐部まで水が達すると、水が可燃ガス経路を通流し、燃焼器へのアノード排ガスの供給異常が発生する。このアノード排ガスの供給異常を検出して燃料電池の運転を停止させることで、安全性の高い構成が実現できる。 According to the fuel cell system of the third invention, when the control unit detects a flow blockage in the drainage path, the supply amount of the anode exhaust gas supplied to the combustor is limited. As a result, the load on the first communication path due to the anode exhaust gas is reduced. As a result, the water level in the first communication path rises, and when water reaches the branch of the first communication path and the flammable gas path, the water flows through the combustible gas path, causing an abnormality in the supply of the anode exhaust gas to the combustor. To do. By detecting the supply abnormality of the anode exhaust gas and stopping the operation of the fuel cell, a highly safe configuration can be realized.

第4の発明の燃料電池システムは、特に第3の発明の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記空気供給量検出手段で前記空気供給装置から供給される空気の変動を検出した場合、前記燃料電池の発電出力を所定の閾値以下に抑え、前記燃料電池から前記可燃ガス経路を介して排出される前記アノード排ガスを抑制するものである。 In the fuel cell system of the fourth invention, particularly in the fuel cell system of the third invention, when the control unit detects the fluctuation of the air supplied from the air supply device by the air supply amount detecting means, the said The power generation output of the fuel cell is suppressed to a predetermined threshold value or less, and the anode exhaust gas discharged from the fuel cell via the flammable gas path is suppressed.

第4の発明の燃料電池システムによれば、制御部が排水経路の流通閉塞を検出したとき、燃料電池の発電量を所定の閾値以下に抑えることで、燃焼器に供給するアノード排ガスの供給量を制限する。これにより、アノード排ガスによる第1連通経路への負荷を小さくする。これにより、第1連通経路の水位が上昇し、第1連通経路と可燃ガス経路の分岐部まで水が達すると、水が可燃ガス経路を通流し、燃焼器へのアノード排ガスの供給異常が発生する。このアノード排ガスの供給異常を検出して燃料電池の運転を停止させることで、安全性の高い構成が実現できる。また、燃料電池の発電量によりアノード排ガスの供給量を抑制して燃焼排ガスの排出量を低下させるので、燃料電池システムを安定に保ちながら、排気経路の通流閉塞の影響を抑えることができる。 According to the fuel cell system of the fourth invention, when the control unit detects a flow blockage in the drainage path, the amount of power generated by the fuel cell is suppressed to a predetermined threshold or less, thereby supplying the anode exhaust gas to the combustor. To limit. As a result, the load on the first communication path due to the anode exhaust gas is reduced. As a result, the water level in the first communication path rises, and when water reaches the branch of the first communication path and the flammable gas path, the water flows through the combustible gas path, causing an abnormality in the supply of the anode exhaust gas to the combustor. To do. By detecting the supply abnormality of the anode exhaust gas and stopping the operation of the fuel cell, a highly safe configuration can be realized. Further, since the supply amount of the anode exhaust gas is suppressed by the power generation amount of the fuel cell to reduce the emission amount of the combustion exhaust gas, it is possible to suppress the influence of the flow blockage of the exhaust path while keeping the fuel cell system stable.

第5の発明の燃料電池システムは、特に第3の発明の燃料電池システムにおいて、前記第1連通経路に開閉弁を備え、前記制御部は、前記空気供給量検出手段で前記空気供給装置から供給される前記燃焼用空気の変動を検出した場合、前記開閉弁を閉止し、前記第1連通経路の前記開閉弁よりも上流側に溜まった凝縮水が前記可燃ガス経路と前記第1連通経路との分岐部に達することにより、前記燃料電池から前記可燃ガス経路を介して排出される前記アノード排ガスの供給を抑制するものである。 The fuel cell system of the fifth invention, particularly in the fuel cell system of the third invention, includes an on-off valve in the first communication path, and the control unit is supplied from the air supply device by the air supply amount detecting means. When the fluctuation of the combustion air is detected, the on-off valve is closed, and the condensed water collected on the upstream side of the on-off valve of the first communication path becomes the flammable gas path and the first communication path. By reaching the branch portion of the fuel cell, the supply of the anode exhaust gas discharged from the fuel cell through the flammable gas path is suppressed.

第5の発明の燃料電池システムによれば、制御部が開閉弁を閉止することで、可燃ガス経路からの第1連通経路に通流する凝縮水を開閉弁でせき止める。これにより、第1連通経路の水位が上昇し、第1連通経路と可燃ガス経路の分岐部まで水が達すると、水が可燃ガス経路を通流し、燃焼器へのアノード排ガスの供給異常が発生する。このアノード排ガスの供給異常を検出して燃料電池の運転を停止させることで、安全性の高い構成が実現できる。 According to the fuel cell system of the fifth invention, the control unit closes the on-off valve to dam the condensed water flowing from the flammable gas path to the first communication path with the on-off valve. As a result, the water level in the first communication path rises, and when water reaches the branch of the first communication path and the flammable gas path, the water flows through the combustible gas path, causing an abnormality in the supply of the anode exhaust gas to the combustor. To do. By detecting the supply abnormality of the anode exhaust gas and stopping the operation of the fuel cell, a highly safe configuration can be realized.

第6の発明の燃料電池システムは、特に第1から第5の発明の燃料電池システムにおいて、前記空気供給量検出手段を、前記空気供給装置と前記燃焼器との間に設けられた流量検出器としたものである。 In the fuel cell system of the sixth invention, particularly in the fuel cell system of the first to fifth inventions, the air supply amount detecting means is provided between the air supply device and the combustor. It was.

第6の発明の燃料電池システムによれば、流量検出器により空気供給装置から燃焼器に供給される燃焼用空気の変動を確実に検出することができる。 According to the fuel cell system of the sixth invention, the fluctuation of the combustion air supplied from the air supply device to the combustor can be reliably detected by the flow rate detector.

第7の発明の燃料電池システムは、特に第1から第5の発明の燃料電池システムにおいて、空気供給装置はファンを備えており、空気供給量検出手段はファンの回転数検出手段であり、ファンの回転数検出結果に基づいて空気供給装置から供給される燃焼用空気の変動を検出する構成としたものである。 In the fuel cell system of the seventh invention, particularly in the fuel cell systems of the first to fifth inventions, the air supply device includes a fan, the air supply amount detecting means is the rotation speed detecting means of the fan, and the fan. It is configured to detect fluctuations in the combustion air supplied from the air supply device based on the rotation speed detection result of.

第7の発明の燃料電池システムによれば、流量検出器をファンの回転数検出手段としたので、燃焼用空気の供給量を変動の検出に新たな検出手段を設ける必要がなく、燃料電池システムを簡略化できる。 According to the fuel cell system of the seventh invention, since the flow rate detector is used as the fan rotation speed detecting means, it is not necessary to provide a new detecting means for detecting fluctuations in the supply amount of combustion air, and the fuel cell system Can be simplified.

第8の発明の燃料電池システムは、特に第1から第5の発明の燃料電池システムにおいて、前記空気供給量検出手段を、前記空気供給装置から前記燃焼器に供給される前記燃焼用空気の圧力検出器とし、前記燃焼用空気の圧力検出結果に基づいて、前記空気供給装置から供給される前記燃焼用空気の変動を検出する構成としたものである。 The fuel cell system of the eighth invention, particularly in the fuel cell systems of the first to fifth inventions, uses the air supply amount detecting means as the pressure of the combustion air supplied from the air supply device to the combustor. The detector is configured to detect fluctuations in the combustion air supplied from the air supply device based on the pressure detection result of the combustion air.

第8の発明の燃料電池システムによれば、空気供給装置から燃焼器に供給される燃焼用空気の圧力を検出することで、空気供給装置から燃焼器に供給される燃焼用空気の変動を確実に検出することができる。 According to the fuel cell system of the eighth invention, the fluctuation of the combustion air supplied from the air supply device to the combustor is ensured by detecting the pressure of the combustion air supplied from the air supply device to the combustor. Can be detected.

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、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
(実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態における燃焼システムの構成図を示すものである。図1において、燃料電池システム0は、改質器3、燃料電池4、可燃ガス経路9、燃焼器2、空気供給装置1、排気経路5、第1連通経路7、貯水経路10、第2連通経路8、排水経路6、空気供給量検出手段11、および制御部20を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the present embodiment.
(Embodiment)
FIG. 1 shows a configuration diagram of a combustion system according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the fuel cell system 0 includes a reformer 3, a fuel cell 4, a flammable gas path 9, a combustor 2, an air supply device 1, an exhaust path 5, a first communication path 7, a water storage path 10, and a second communication. It includes a path 8, a drainage path 6, an air supply amount detecting means 11, and a control unit 20.

改質器3に原料が供給され水素含有ガスが生成される。改質器3で生成された水素含有ガスと、酸化剤ガスを用いて燃料電池4は発電を行う。 A raw material is supplied to the reformer 3 to generate a hydrogen-containing gas. The fuel cell 4 generates electricity using the hydrogen-containing gas generated by the reformer 3 and the oxidant gas.

燃焼器2は、燃料電池4から可燃ガス経路9を介して排出された未反応の燃料ガス(以下、アノード排ガスという)を燃焼し、改質器4を改質反応に適した温度に加熱する。燃焼器2でアノード排ガスと燃焼用空気による燃焼により発生した燃焼排ガスは、排気経路5を通流して大気中に排出される。 The combustor 2 burns unreacted fuel gas (hereinafter referred to as anode exhaust gas) discharged from the fuel cell 4 through the flammable gas path 9, and heats the reformer 4 to a temperature suitable for the reforming reaction. .. The combustion exhaust gas generated by the combustion of the anode exhaust gas and the combustion air in the combustor 2 passes through the exhaust path 5 and is discharged into the atmosphere.

本実施形態では、燃焼器2の燃焼に利用する燃焼用空気は空気供給装置1により供給される。 In the present embodiment, the combustion air used for combustion of the combustor 2 is supplied by the air supply device 1.

また、燃料電池システム100は、空気供給量検出手段11を備えている。空気供給量検出手段11は、空気供給装置1から供給される燃焼用空気の変動を検出する。空気供給量検出手段11としては、空気供給装置1から燃焼器3に燃焼用空気を供給する経路に流量計や圧力計を設け、燃焼用空気の流量および変動幅を検出する構成とすることができる。これにより、空気供給装置1から燃焼器2に供給される燃焼用空気の変動を確実に検出することができる。 Further, the fuel cell system 100 includes an air supply amount detecting means 11. The air supply amount detecting means 11 detects fluctuations in the combustion air supplied from the air supply device 1. The air supply amount detecting means 11 is configured to provide a flow meter or a pressure gauge in the path for supplying combustion air from the air supply device 1 to the combustor 3 to detect the flow rate and fluctuation range of the combustion air. it can. As a result, fluctuations in the combustion air supplied from the air supply device 1 to the combustor 2 can be reliably detected.

あるいは、燃焼用空気の流量あるいは変動の検出を、空気供給装置1に備えられたファンの回転数により検出する構成としてもよい。空気供給量出手段11をファンの回転数検出手段とした場合には、燃焼用空気の供給量を変動の検出に新たな検出手段を設ける必要がなく、燃料電池システム100を簡略化できる。 Alternatively, the flow rate or fluctuation of the combustion air may be detected by the rotation speed of the fan provided in the air supply device 1. When the air supply amount output means 11 is used as the fan rotation speed detecting means, it is not necessary to provide a new detecting means for detecting fluctuations in the supply amount of combustion air, and the fuel cell system 100 can be simplified.

また、可燃ガス経路9と分岐部で第1連通経路7と分岐し、可燃ガス経路9で凝縮した凝縮水は第1流通経路7を通流し、第1連通経路7と重力方向の下側で接続された貯水経路10に貯留される。そして、凝縮して水分を除去したアノード排ガスは可燃ガス経路9を通流して燃焼器2へ供給される。 Further, the condensed water branched from the first communication path 7 at the flammable gas path 9 and the branch portion and condensed in the combustible gas path 9 flows through the first distribution path 7, and is below the first communication path 7 and the gravity direction. It is stored in the connected water storage path 10. Then, the anodic exhaust gas that has been condensed to remove water is passed through the flammable gas path 9 and supplied to the combustor 2.

また、排気経路5と分岐部で第2連通経路8と分岐し、排気経路5で凝縮した凝縮水は第2流通経路8を通流し、第2連通経路8と重力方向の下側で接続された貯水経路10に貯留される。 Further, the exhaust path 5 and the branch portion are branched from the second communication path 8, and the condensed water condensed in the exhaust path 5 passes through the second distribution path 8 and is connected to the second communication path 8 on the lower side in the gravity direction. It is stored in the water storage route 10.

また、貯水経路10には排水経路6が設けられ、貯水経路6に所定水位以上に溜まった凝縮水は排水経路6から排水される。 Further, the water storage path 10 is provided with a drainage path 6, and the condensed water collected in the water storage path 6 above the predetermined water level is drained from the drainage path 6.

このように、第1連通経路7、第2連通経路8、および、排水経路6は、少なくなくとも貯水経路10を介して水封される水封構成を形成している。 As described above, the first communication path 7, the second communication path 8, and the drainage path 6 form a water-sealing structure in which water is sealed through at least the water storage path 10.

制御部20は、空気供給量検出手段11において検出された空気供給装置1から供給される燃焼用空気の変動を検出して、後述する制御を行う。制御部20は、半導体装置、半導体集積回路(IC)、またはLSI(large scale integration)を含む、一つまたは二つ以上の電子回路によって構成されていてもよい。また、制御器20の、全部あるいは一部の機能、または操作は、ソフトウェア処理によっても実行することが可能である。この場合、ソフトウェア(プログラム)は、一つ、または二つ以上の、ROM、光学ディスク、およびハードディスクドライブ等から選択される非一時的記録媒体に記録され、ソフトウェアが、処理装置(processor)によって実行された場合に、ソフトウェアが、ソフトウェア内の特定の機能を、処理装置および周辺のデバイスに実行させるものである。 The control unit 20 detects fluctuations in the combustion air supplied from the air supply device 1 detected by the air supply amount detecting means 11 and performs control described later. The control unit 20 may be composed of one or more electronic circuits including a semiconductor device, a semiconductor integrated circuit (IC), or an LSI (large scale integration). Further, all or part of the functions or operations of the controller 20 can also be executed by software processing. In this case, the software (program) is recorded on one or more non-temporary recording media selected from ROMs, optical disks, hard disk drives, etc., and the software is executed by a processor. When so, the software causes the processor and peripheral devices to perform certain functions within the software.

以上のように構成された燃料電池システム100について、以下その動作、作用を説明する。 The operation and operation of the fuel cell system 100 configured as described above will be described below.

まず、改質器3に、天然ガスまたはLPG等の原料が、原料を供給する原料供給部である原料ブロワ(図示せず)によって供給される。改質器3においては、供給された原料が水蒸気雰囲気下で水蒸気改質され、水素を多く含む水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、燃料電池4の燃料極側(アノード側)に供給される。また、空気が酸化剤ガスとして燃料電池4の酸化剤極側(カソード側)に供給される。 First, a raw material such as natural gas or LPG is supplied to the reformer 3 by a raw material blower (not shown) which is a raw material supply unit for supplying the raw material. In the reformer 3, the supplied raw material is steam reformed in a steam atmosphere to generate a hydrogen-containing gas containing a large amount of hydrogen. The generated hydrogen-containing gas is supplied to the fuel electrode side (anode side) of the fuel cell 4. Further, air is supplied as an oxidant gas to the oxidant electrode side (cathode side) of the fuel cell 4.

燃料電池4においては、このようにして供給された燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて所定の反応が行われる。これにより、発電が行われるとともに、熱が発生する。この熱は、燃料電池を通流する冷却水によって回収される。 In the fuel cell 4, a predetermined reaction is carried out using the fuel gas and the oxidant gas supplied in this way. As a result, power is generated and heat is generated. This heat is recovered by the cooling water flowing through the fuel cell.

ここで、反応に利用されずに燃料電池4から排出された未反応の燃料ガスであるアノード排ガスは、燃焼器2に供給され、燃焼に用いられる。燃焼器2で生じる燃焼熱により、改質器3が加熱される。これにより、反応部が所定の温度に保たれた状態で、水蒸気改質反応が行われる。 Here, the anode exhaust gas, which is an unreacted fuel gas discharged from the fuel cell 4 without being used for the reaction, is supplied to the combustor 2 and used for combustion. The reformer 3 is heated by the combustion heat generated in the combustor 2. As a result, the steam reforming reaction is carried out while the reaction section is kept at a predetermined temperature.

燃料電池4から排出されたアノード排ガスは、水分を含んでおり、第1連通経路7を通流する過程で、第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部へ送られ、第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部で凝縮し、凝縮水は第1連通経路7を通流して貯水経路10に貯められる。水分を除去したアノード排ガスは、燃焼器2へ送られ、燃料ガスとして再利用される。 The anode exhaust gas discharged from the fuel cell 4 contains water, and is sent to the branch portion of the first communication path 7 and the flammable gas path 9 in the process of passing through the first communication path 7, and is sent to the branch portion of the first communication path 7. Condensed at the branch portion of the combustible gas path 9 and the condensate, the condensed water passes through the first communication path 7 and is stored in the water storage path 10. The anode exhaust gas from which water has been removed is sent to the combustor 2 and reused as fuel gas.

次に排水経路の詳細構成について、図3を用いて説明する。図3は、本実施形態における、燃料電池システム100の排水経路の概略を示している。図3において可燃ガス経路9と第1連通経路7の分岐部に凝縮器15が設けられている。凝縮器15で凝縮された凝縮水は第1連通経路7を通流して貯水経路10に貯められる。 Next, the detailed configuration of the drainage route will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows an outline of the drainage route of the fuel cell system 100 in the present embodiment. In FIG. 3, a condenser 15 is provided at a branch portion between the flammable gas path 9 and the first communication path 7. The condensed water condensed by the condenser 15 passes through the first communication path 7 and is stored in the water storage path 10.

図3は排水経路6が通流閉塞されていない状態を示している。排水経路6は、貯水経路10と接続されている。また、第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部、および、排気経路5と第2連通経路8の分岐点は、排水経路6と貯水経路10の分岐点よりも高い位置(重力方向の上方)に設けられ、かつ、排水経路6と貯水経路10の分岐点は凝縮水で塞がれている。 FIG. 3 shows a state in which the drainage path 6 is not blocked. The drainage route 6 is connected to the water storage route 10. Further, the branching points of the first communication path 7 and the flammable gas path 9 and the branching points of the exhaust path 5 and the second communication path 8 are located higher than the branching points of the drainage path 6 and the water storage path 10 (in the direction of gravity). It is provided above), and the branch point between the drainage path 6 and the water storage path 10 is blocked with condensed water.

このように、貯水経路10に水が溜まることにより、第1連通経路7、第2連通経路8、および、排水経路6が貯水経路10を介して水封される水封構成が実現されている。 In this way, by collecting water in the water storage path 10, a water sealing configuration is realized in which the first communication path 7, the second communication path 8, and the drainage path 6 are water-sealed via the water storage path 10. ..

上記のように構成された水封構成により、排水経路6の通流が閉塞されていない場合には、アノード排ガスが燃焼器2で燃焼されて、排気経路5から燃焼排ガスが大気中に排出され、アノード排ガスが第1連通経路7から排水経路6に流れないように構成されている。同様に、燃焼排ガスが排水経路6に流れないように構成されている。 When the flow of the drainage path 6 is not blocked by the water-sealed configuration configured as described above, the anode exhaust gas is burned by the combustor 2 and the combustion exhaust gas is discharged into the atmosphere from the exhaust path 5. , The anode exhaust gas is configured so as not to flow from the first communication path 7 to the drainage path 6. Similarly, it is configured so that the combustion exhaust gas does not flow into the drainage path 6.

本実施形態において、第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部は、排気経路5と第2連通経路8の分岐部よりも、所定の高さHだけ低い位置から同一高さの間に設けている。一例として、高さHは、燃料電池システム運転時の、燃焼器2と可燃ガス経路9との最高圧力損失をA(kPa)から換算した高さ、例えば、1(kPa)=102(mmHO)であるため、第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部から、排気経路5と第2連通経路8の分岐部までの高さH=A×102(mm)と表すと、第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部から、排気経路5と第2連通経路8の分岐部までの高さHが、A×102(mm)以内に第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部を設ける。 In the present embodiment, the branch portion of the first communication path 7 and the flammable gas path 9 is between a position lower than the branch portion of the exhaust path 5 and the second communication path 8 by a predetermined height H and the same height. It is provided. As an example, the height H is the height obtained by converting the maximum pressure loss between the combustor 2 and the flammable gas path 9 from A (kPa) during operation of the fuel cell system, for example, 1 (kPa) = 102 (mmH 2 ). Since it is O), the height from the branch portion of the first communication path 7 and the flammable gas path 9 to the branch portion of the exhaust path 5 and the second communication path 8 is expressed as H = A × 102 (mm). The height H from the branch of the 1st communication path 7 and the flammable gas path 9 to the branch of the exhaust path 5 and the 2nd communication path 8 is within A × 102 (mm) of the 1st communication path 7 and the flammable gas path. A branch of 9 is provided.

図4、図5は排水経路6が通流閉塞されている状態を示している。 FIGS. 4 and 5 show a state in which the drainage path 6 is blocked.

ここで、燃料電池システム100の運転中に、排水経路6が通流閉塞されたとする。図4に示されるように、排水経路6が通流閉塞されると、第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部から凝縮された凝縮水が、第1連通経路7を通流して貯水経路10に供給されて、貯水経路10の水位、および、第2連通経路8の水位が上昇する。 Here, it is assumed that the drainage path 6 is blocked by the flow during the operation of the fuel cell system 100. As shown in FIG. 4, when the drainage path 6 is blocked, the condensed water condensed from the branch portion of the first communication path 7 and the flammable gas path 9 flows through the first communication path 7 and stores water. It is supplied to the route 10 and the water level of the water storage route 10 and the water level of the second communication route 8 rise.

そして、図5に示されるように、第2連通経路8の水位が排気経路5と第2連通経路8の分岐部に到達すると、空気供給装置1から供給される燃焼用空気の供給流量が変動する。 Then, as shown in FIG. 5, when the water level of the second communication path 8 reaches the branch portion of the exhaust path 5 and the second communication path 8, the supply flow rate of the combustion air supplied from the air supply device 1 fluctuates. To do.

本実施形態において、制御部20は、空気供給量検出手段11によって、空気供給装置1から供給される燃焼用空気の変動を空気供給量検出手段11が検出すると、例えば、発電出力をあらかじめ設定した閾値以下に抑えることで第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部から燃焼器2へ通流するアノード排ガスを抑制することができる。また、制御部20は、空気供給量検出手段11の検出値が所定の変動幅を越えたとき、燃料電池4の発電量をあらかじめ設定した閾値以下に抑える制御指示を実行する。 In the present embodiment, when the air supply amount detecting means 11 detects the fluctuation of the combustion air supplied from the air supply device 1 by the air supply amount detecting means 11, the control unit 20 sets, for example, the power generation output in advance. By suppressing the value to the threshold value or less, the anode exhaust gas flowing from the branch portion of the first communication path 7 and the combustible gas path 9 to the combustor 2 can be suppressed. Further, when the detected value of the air supply amount detecting means 11 exceeds a predetermined fluctuation range, the control unit 20 executes a control instruction for suppressing the power generation amount of the fuel cell 4 to a threshold value set in advance or less.

これにより、燃料電池4から排出されたアノード排ガスによる、第1連通経路7への負荷が抑制されることにより、第1連通経路7の水位が上昇し、第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部まで水が達する。水が可燃ガス経路9を通流し、燃焼器2へのアノード排ガスの供給異常が発生する。このアノード排ガスの供給異常を制御部20が検出し、燃料電池4の運転を停止させることで、安全性の高い構成が実現できる。また、燃料電池4の発電量によりアノード排ガスの供給量を抑制して燃焼排ガスの排出量を低下させるので、燃料電池システム100を安定に保ちながら、排気経路5の通流閉塞の影響を抑えることができる。 As a result, the load on the first communication path 7 due to the anode exhaust gas discharged from the fuel cell 4 is suppressed, so that the water level of the first communication path 7 rises, and the first communication path 7 and the flammable gas path 9 Water reaches the branch of. Water passes through the combustible gas path 9, and an abnormality in the supply of the anode exhaust gas to the combustor 2 occurs. The control unit 20 detects the abnormal supply of the anode exhaust gas and stops the operation of the fuel cell 4, so that a highly safe configuration can be realized. Further, since the supply amount of the anode exhaust gas is suppressed by the power generation amount of the fuel cell 4 and the emission amount of the combustion exhaust gas is reduced, the influence of the flow blockage of the exhaust path 5 is suppressed while keeping the fuel cell system 100 stable. Can be done.

あるいは、水が可燃ガス経路9に侵入して燃焼器2へ供給され、燃焼器2における燃焼が停止される構成としてもよい。この場合にも、制御部20が燃焼器2の失火を検知し燃料電池4を停止させることで、安全性の高い構成を実現できる。
(変形例1)
本発明の変形例1を、図2を用いて説明する。
Alternatively, water may enter the flammable gas path 9 and be supplied to the combustor 2 to stop combustion in the combustor 2. Also in this case, the control unit 20 detects the misfire of the combustor 2 and stops the fuel cell 4, so that a highly safe configuration can be realized.
(Modification example 1)
Modification 1 of the present invention will be described with reference to FIG.

変形例1の燃料電池システム101は、先に説明した実施形態の貯水経路10を水タンク12に置き換えたものである。 The fuel cell system 101 of the first modification is the one in which the water storage path 10 of the embodiment described above is replaced with the water tank 12.

ここで、第1連通経路7と水タンク12は、水タンク12に溜められた水の水位よりも低い位置で接続されている。第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部において、可燃ガス経路9で凝縮した凝縮水が第1連通経路7を通流して水タンク12に貯められる。さらに、水タンク12は第2連通経路8と接続しており、排気経路5から通流した雨水、および、燃焼排ガスから凝縮した凝縮水は、第2連通経路8を通流して水タンク12に貯められる。水タンク12には排水経路6が接続されており、水タンク12内に所定水位以上に溜まった水が排出される。 Here, the first communication path 7 and the water tank 12 are connected at a position lower than the water level of the water stored in the water tank 12. At the branching portion of the first communication path 7 and the flammable gas path 9, the condensed water condensed in the combustible gas path 9 passes through the first communication path 7 and is stored in the water tank 12. Further, the water tank 12 is connected to the second communication path 8, and the rainwater flowing from the exhaust path 5 and the condensed water condensed from the combustion exhaust gas pass through the second communication path 8 to the water tank 12. Can be saved. A drainage path 6 is connected to the water tank 12, and water accumulated in the water tank 12 above a predetermined water level is discharged.

このように、水タンク12に水が溜まることにより、第1連通経路7、第2連通経路8、および、排水経路6が水封される水封構成が実現されている。 In this way, a water-sealing configuration is realized in which the first communication path 7, the second communication path 8, and the drainage path 6 are water-sealed by collecting water in the water tank 12.

上記のように構成された水封構成により、排水経路6の通流が閉塞されていない場合には、アノード排ガスが燃焼器2で燃焼されて、排気経路5から燃焼排ガスが大気中に排出され、アノード排ガスが第1連通経路7から排水経路6に流れないように構成されている。 When the flow of the drainage path 6 is not blocked by the water-sealed configuration configured as described above, the anode exhaust gas is burned by the combustor 2 and the combustion exhaust gas is discharged into the atmosphere from the exhaust path 5. , The anode exhaust gas is configured so as not to flow from the first communication path 7 to the drainage path 6.

変形例1において、第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部は、排気経路5と第2連通経路8の分岐部よりも、所定の高さHだけ低い位置から同一高さの間に設けている。一例として、高さHは、燃料電池システム運転時の、燃焼器2と可燃ガス経路9との最高圧力損失をA(kPa)から換算した高さ、例えば、1(kPa)=102(mmHO)であるため、第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部から、排気経路5と第2連通経路8の分岐部までの高さH=A×102(mm)と表すと、第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部から、排気経路5と第2連通経路8の分岐部までの高さHが、A×102(mm)以内に第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部を設ける。 In the first modification, the branch portion of the first communication path 7 and the flammable gas path 9 is located between a position lower than the branch portion of the exhaust path 5 and the second communication path 8 by a predetermined height H and the same height. It is provided. As an example, the height H is the height obtained by converting the maximum pressure loss between the combustor 2 and the flammable gas path 9 from A (kPa) during operation of the fuel cell system, for example, 1 (kPa) = 102 (mmH 2 ). Since it is O), the height from the branch portion of the first communication path 7 and the flammable gas path 9 to the branch portion of the exhaust path 5 and the second communication path 8 is expressed as H = A × 102 (mm). The height H from the branch of the 1st communication path 7 and the flammable gas path 9 to the branch of the exhaust path 5 and the 2nd communication path 8 is within A × 102 (mm) of the 1st communication path 7 and the flammable gas path. A branch of 9 is provided.

変形例1においても、排水経路5の通流閉塞は先に説明した実施形態と同じメカニズムで検出することができる。 Also in the first modification, the flow blockage of the drainage path 5 can be detected by the same mechanism as that of the above-described embodiment.

燃料電池システム101の運転中に、排水経路6が通流閉塞されたとする。排水経路6が通流閉塞されると、第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部から凝縮された凝縮水が、第1連通経路7を通流して水タンク12に供給され、第22連通経路8の水位が上昇する。 It is assumed that the drainage path 6 is blocked during the operation of the fuel cell system 101. When the drainage path 6 is blocked, the condensed water condensed from the branch portion of the first communication path 7 and the flammable gas path 9 is supplied to the water tank 12 through the first communication path 7 and is supplied to the water tank 12. The water level of the communication route 8 rises.

そして、第2連通経路8の水位が排気経路5と第2連通経路8の分岐部に到達すると、空気供給装置1から供給される燃焼用空気の供給流量が変動する。 Then, when the water level of the second communication path 8 reaches the branch portion of the exhaust path 5 and the second communication path 8, the supply flow rate of the combustion air supplied from the air supply device 1 fluctuates.

変形例1において、制御部20は、空気供給量検出手段11によって、空気供給装置1から供給される燃焼用空気の変動を空気供給量検出手段11が検出すると、例えば、発電出力をあらかじめ設定した閾値以下に抑えることで第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部から燃焼器2へ通流するアノード排ガスを抑制することができる。また、制御部20は、空気供給量検出手段11の検出値が所定の変動幅を越えたとき、燃料電池4の発電量をあらかじめ設定した閾値以下に抑える制御指示を実行する。 In the first modification, when the air supply amount detecting means 11 detects the fluctuation of the combustion air supplied from the air supply device 1 by the air supply amount detecting means 11, the control unit 20 sets, for example, the power generation output in advance. By suppressing the value to the threshold value or less, the anode exhaust gas flowing from the branch portion of the first communication path 7 and the combustible gas path 9 to the combustor 2 can be suppressed. Further, when the detected value of the air supply amount detecting means 11 exceeds a predetermined fluctuation range, the control unit 20 executes a control instruction for suppressing the power generation amount of the fuel cell 4 to a threshold value set in advance or less.

これにより、燃料電池4から排出されたアノード排ガスによる、第1連通経路7への負荷が抑制されることにより、第1連通経路7の水位が上昇し、第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部まで水が達する。水が可燃ガス経路9を通流し、燃焼器2へのアノード排ガスの供給異常が発生する。このアノード排ガスの供給異常を制御部20が検出し、燃料電池4の運転を停止させることで、安全性の高い構成が実現できる。また、燃料電池4の発電量によりアノード排ガスの供給量を抑制して燃焼排ガスの排出量を低下させるので、燃料電池システム100を安定に保ちながら、排気経路5の通流閉塞の影響を抑えることができる。 As a result, the load on the first communication path 7 due to the anode exhaust gas discharged from the fuel cell 4 is suppressed, so that the water level of the first communication path 7 rises, and the first communication path 7 and the flammable gas path 9 Water reaches the branch of. Water passes through the combustible gas path 9, and an abnormality in the supply of the anode exhaust gas to the combustor 2 occurs. The control unit 20 detects the abnormal supply of the anode exhaust gas and stops the operation of the fuel cell 4, so that a highly safe configuration can be realized. Further, since the supply amount of the anode exhaust gas is suppressed by the power generation amount of the fuel cell 4 and the emission amount of the combustion exhaust gas is reduced, the influence of the flow blockage of the exhaust path 5 is suppressed while keeping the fuel cell system 100 stable. Can be done.

あるいは、水が可燃ガス経路9に侵入して燃焼器2へ供給され、燃焼器2における燃焼が停止される構成としてもよい。この場合にも、制御部20が燃焼器2の失火を検知し燃料電池4を停止させることで、安全性の高い構成を実現できる。
(変形例2)
本発明の変形例2を、図1を用いて説明する。
Alternatively, water may enter the flammable gas path 9 and be supplied to the combustor 2 to stop combustion in the combustor 2. Also in this case, the control unit 20 detects the misfire of the combustor 2 and stops the fuel cell 4, so that a highly safe configuration can be realized.
(Modification 2)
Modification 2 of the present invention will be described with reference to FIG.

変形例2の燃料電池システム100は、先に説明した実施形態の第1連通経路7に開閉弁14を備えたものである。その他の構成については先に説明した実施形態と同様であるので、詳しい説明は省略する。 The fuel cell system 100 of the second modification is provided with an on-off valve 14 in the first communication path 7 of the embodiment described above. Since other configurations are the same as those of the above-described embodiment, detailed description thereof will be omitted.

変形例2の燃料電池システム100においても、排水経路6の通流が閉塞されていない場合には、アノード排ガスが燃焼器2で燃焼されて、排気経路5から燃焼排ガスが大気中に排出され、アノード排ガスが第1連通経路7から排水経路6に流れないように構成されている。 Also in the fuel cell system 100 of the second modification, when the flow of the drainage path 6 is not blocked, the anode exhaust gas is burned by the combustor 2, and the combustion exhaust gas is discharged into the atmosphere from the exhaust path 5. The anode exhaust gas is configured so as not to flow from the first communication path 7 to the drainage path 6.

変形例2において、第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部は、排気経路5と第2連通経路8の分岐部よりも、所定の高さHだけ低い位置から同一高さの間に設けている。一例として、高さHは、燃料電池システム運転時の、燃焼器2と可燃ガス経路9との最高圧力損失をA(kPa)から換算した高さ、例えば、1(kPa)=102(mmHO)であるため、第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部から、排気経路5と第2連通経路8の分岐部までの高さH=A×102(mm)と表すと、第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部から、排気経路5と第2連通経路8の分岐部までの高さHが、A×102(mm)以内に第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部を設ける。 In the second modification, the branch portion of the first communication path 7 and the flammable gas path 9 is located between a position lower than the branch portion of the exhaust path 5 and the second communication path 8 by a predetermined height H and the same height. It is provided. As an example, the height H is the height obtained by converting the maximum pressure loss between the combustor 2 and the flammable gas path 9 from A (kPa) during operation of the fuel cell system, for example, 1 (kPa) = 102 (mmH 2 ). Since it is O), the height from the branch portion of the first communication path 7 and the flammable gas path 9 to the branch portion of the exhaust path 5 and the second communication path 8 is expressed as H = A × 102 (mm). The height H from the branch of the 1st communication path 7 and the flammable gas path 9 to the branch of the exhaust path 5 and the 2nd communication path 8 is within A × 102 (mm) of the 1st communication path 7 and the flammable gas path. A branch of 9 is provided.

変形例2においても、排水経路5の通流閉塞は先に説明した実施形態と同じメカニズムで検出することができる。 Also in the second modification, the flow blockage of the drainage path 5 can be detected by the same mechanism as that of the above-described embodiment.

排水経路6が通流閉塞されると、第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部から凝縮された凝縮水が、第1連通経路7を通流して貯水経路10に供給されて、貯水経路10の水位、および、第2連通経路8の水位が上昇する。 When the drainage path 6 is blocked, the condensed water condensed from the branch portion of the first communication path 7 and the flammable gas path 9 is supplied to the water storage path 10 through the first communication path 7 to store water. The water level of the route 10 and the water level of the second communication route 8 rise.

第2連通経路8の水位が排気経路5と第2連通経路8の分岐部に到達すると、空気供給装置1から供給される燃焼用空気の供給流量が変動する。 When the water level of the second communication path 8 reaches the branch portion of the exhaust path 5 and the second communication path 8, the supply flow rate of the combustion air supplied from the air supply device 1 fluctuates.

変形例2において、制御部20が空気供給量検出手段11によって、空気供給装置1から供給される燃焼用空気の変動を検出すると、制御部20は開閉弁14を閉止し、可燃ガス経路9からの第1連通経路7に通流する凝縮水を開閉弁でせき止める。これにより、第1連通経路7の水位が上昇し、第1連通経路7と可燃ガス経路9の分岐部まで水が達すると、水が可燃ガス経路9を通流し、燃焼器2へのアノード排ガスの供給異常が発生する。制御部20が、アノード排ガスの供給異常を検出し、燃料電池4の運転を停止させることで、安全性の高い構成が実現できる。 In the second modification, when the control unit 20 detects the fluctuation of the combustion air supplied from the air supply device 1 by the air supply amount detecting means 11, the control unit 20 closes the on-off valve 14 and enters from the flammable gas path 9. The condensate water flowing through the first communication path 7 of the above is dammed up by an on-off valve. As a result, when the water level of the first communication path 7 rises and the water reaches the branch portion of the first communication path 7 and the flammable gas path 9, the water passes through the combustible gas path 9 and the anode exhaust gas to the combustor 2 is exhausted. Supply error occurs. The control unit 20 detects an abnormality in the supply of the anode exhaust gas and stops the operation of the fuel cell 4, so that a highly safe configuration can be realized.

あるいは、水が可燃ガス経路9に侵入して燃焼器2へ供給され、燃焼器2における燃焼が停止される構成としてもよい。この場合にも、制御部20が燃焼器2の失火を検知し燃料電池4を停止させることで、安全性の高い構成を実現できる。 Alternatively, water may enter the flammable gas path 9 and be supplied to the combustor 2 to stop combustion in the combustor 2. Also in this case, the control unit 20 detects the misfire of the combustor 2 and stops the fuel cell 4, so that a highly safe configuration can be realized.

上記の説明では、実施形態の燃料電池システム100に開閉弁14を設けた構成での動作を説明したが、これに限定されない。例えば、貯水経路10に代えて水タンク12を備えた変形例1の燃料電池システム101に適用することができ、同様の効果を得ることができる。 In the above description, the operation in the configuration in which the on-off valve 14 is provided in the fuel cell system 100 of the embodiment has been described, but the operation is not limited to this. For example, it can be applied to the fuel cell system 101 of the first modification in which the water tank 12 is provided instead of the water storage path 10, and the same effect can be obtained.

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の形態が明らかである。したがって、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形態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、その構造および/または機能の詳細を実質的に変更できる。 From the above description, many improvements and other embodiments of the present invention will be apparent to those skilled in the art. Therefore, the above description should be construed as an example only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the present invention. The details of its structure and / or function can be substantially changed without departing from the spirit of the present invention.

以上のように、本発明にかかる燃焼システムは、例えばコージェネレーションシステム等に適用できる。 As described above, the combustion system according to the present invention can be applied to, for example, a cogeneration system.

1 空気供給装置
2 燃焼器
3 改質器
4 燃料電池
5 排気経路
6 排水経路
7 第1連通経路
8 第2連通経路
9 可燃ガス経路
10 貯水経路
11 空気供給量検出手段
12 水タンク
14 開閉弁
15 凝縮器
20 制御部
100、101 燃料電池システム
1 Air supply device 2 Combustor 3 Reformer 4 Fuel cell 5 Exhaust route 6 Drainage route 7 1st communication route 8 2nd communication route 9 Combustible gas route 10 Water storage route 11 Air supply amount detection means 12 Water tank 14 On-off valve 15 Condenser 20 Control 100, 101 Fuel cell system

Claims (8)

原料から水素含有ガスを生成する改質器と、
前記水素含有ガスおよび酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池から可燃ガス経路を介して排出されるアノード排ガスを燃焼させて燃焼排ガスを排出する燃焼器と、
前記燃焼器に燃焼用空気を供給する空気供給装置と、
前記燃焼器から排出された前記燃焼排ガスを大気中に排出する排気経路と、
前記可燃ガス経路で凝縮した凝縮水を通流する第1連通経路と、
前記第1連通経路と前記凝縮水を貯留可能な貯水経路を介して接続される第2連通経路と、
前記貯水経路に設けられ、前記貯水経路に所定水位以上に溜まった凝縮水を、前記貯水経路から排水する排水経路と、
前記空気供給装置から前記燃焼器に供給される前記燃焼用空気の供給量を検出する空気供給量検出手段と、を備え、
前記第1連通経路、前記第2連通経路、および、前記排水経路は、少なくとも前記貯水経路を介して水封される水封構成を有しており、
前記可燃ガス経路と前記第1連通経路との分岐部は、前記排気経路と前記第2連通経路との分岐部よりも、所定の高さである重力方向の下方位置Hから同一高さの間に位置するように構成されている、燃料電池システム。
A reformer that produces hydrogen-containing gas from raw materials,
A fuel cell to which the hydrogen-containing gas and the oxidant gas are supplied to generate electricity,
A combustor that burns the anode exhaust gas discharged from the fuel cell through the flammable gas path and discharges the combustion exhaust gas.
An air supply device that supplies combustion air to the combustor,
An exhaust path for discharging the combustion exhaust gas discharged from the combustor into the atmosphere,
The first communication path through which the condensed water condensed in the flammable gas path flows, and
The first communication path and the second communication path connected via a water storage path capable of storing the condensed water, and
A drainage path provided in the water storage path and draining condensed water accumulated in the water storage path above a predetermined water level from the water storage path,
An air supply amount detecting means for detecting the supply amount of the combustion air supplied from the air supply device to the combustor is provided.
The first communication route, the second communication route, and the drainage route have a water-sealing configuration in which water is sealed through at least the water storage route.
The branch portion between the combustible gas path and the first communication path is between the same height as the lower position H in the gravity direction, which is a predetermined height, than the branch portion between the exhaust path and the second communication path. A fuel cell system that is configured to be located in.
原料から水素含有ガスを生成する改質器と、
前記水素含有ガスおよび酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池から可燃ガス経路を介して排出されるアノード排ガスを燃焼させて燃焼排ガスを排出する燃焼器と、
前記燃焼器に燃焼用空気を供給する空気供給装置と、
前記燃焼器から排出された前記燃焼排ガスを大気中に排出する排気経路と、
前記可燃ガス経路で凝縮した凝縮水を貯める水タンクと、
前記可燃ガス経路および前記水タンクを接続し、前記凝縮水を流通する第1連通経路と、
前記排気経路および前記水タンクを接続する第2連通経路と、
前記水タンク内に所定水位以上に溜まった凝縮水を、前記水タンクから排水する排水経路と、
前記空気供給装置から前記燃焼器に供給される前記燃焼用空気の供給量を検出する空気供給量検出手段と、を備え、
前記第1連通経路は前記水タンクの水位よりも低い位置で前記水タンクと接続され、前記第1連通経路、前記第2連通経路、および、前記排水経路は、前記水タンクに水が溜まることにより水封される水封構成を有しており、
前記可燃ガス経路と前記第1連通経路との分岐部は、前記排気経路と前記第2連通経路との分岐部よりも、所定の高さである重力方向の下方位置Hから同一高さの間に位置するように構成されている、燃料電池システム。
A reformer that produces hydrogen-containing gas from raw materials,
A fuel cell to which the hydrogen-containing gas and the oxidant gas are supplied to generate electricity,
A combustor that burns the anode exhaust gas discharged from the fuel cell through the flammable gas path and discharges the combustion exhaust gas.
An air supply device that supplies combustion air to the combustor,
An exhaust path for discharging the combustion exhaust gas discharged from the combustor into the atmosphere,
A water tank that stores condensed water condensed in the flammable gas path,
A first communication path that connects the flammable gas path and the water tank and circulates the condensed water,
A second communication path connecting the exhaust path and the water tank,
A drainage route for draining condensed water accumulated in the water tank above a predetermined water level from the water tank,
An air supply amount detecting means for detecting the supply amount of the combustion air supplied from the air supply device to the combustor is provided.
The first communication path is connected to the water tank at a position lower than the water level of the water tank, and the first communication path, the second communication path, and the drainage path are such that water collects in the water tank. It has a water-sealed structure that is water-sealed by
The branch portion between the combustible gas path and the first communication path is between the same height as the lower position H in the gravity direction, which is a predetermined height, than the branch portion between the exhaust path and the second communication path. A fuel cell system that is configured to be located in.
前記空気供給量検出手段の検出値が所定の変動幅を越えた場合、前記燃焼器に供給する前記アノード排ガスの供給量を制限する制御部を備えた、請求項1または請求項2に記載の燃料電池システム。 The first or second aspect of the present invention, wherein the control unit for limiting the supply amount of the anode exhaust gas supplied to the combustor when the detection value of the air supply amount detecting means exceeds a predetermined fluctuation range is provided. Fuel cell system. 前記制御部は、前記空気供給量検出手段で前記空気供給装置から供給される前記燃焼用空気の変動を検出した場合、前記燃料電池の発電出力を所定の閾値以下に抑え、前記燃料電池から前記可燃ガス経路を介して排出される前記アノード排ガスを抑制する、請求項3記載の燃料電池システム。 When the control unit detects the fluctuation of the combustion air supplied from the air supply device by the air supply amount detecting means, the control unit suppresses the power generation output of the fuel cell to a predetermined threshold value or less, and the fuel cell is said to be said. The fuel cell system according to claim 3, wherein the anode exhaust gas discharged via a flammable gas path is suppressed. 前記第1連通経路に開閉弁を備え、
前記制御部は、前記空気供給量検出手段で前記空気供給装置から供給される前記燃焼用空気の変動を検出した場合、前記開閉弁を閉止し、前記第1連通経路の前記開閉弁よりも上流側に溜まった凝縮水が前記可燃ガス経路と前記第1連通経路との分岐部に達することにより、前記燃料電池から前記可燃ガス経路を介して排出される前記アノード排ガスの供給を抑制する、請求項3に記載の燃料電池システム。
An on-off valve is provided in the first communication path.
When the control unit detects the fluctuation of the combustion air supplied from the air supply device by the air supply amount detecting means, the control unit closes the on-off valve and upstream of the on-off valve of the first communication path. When the condensed water collected on the side reaches the branch portion between the combustible gas path and the first communication path, the supply of the anode exhaust gas discharged from the fuel cell via the combustible gas path is suppressed. Item 3. The fuel cell system according to item 3.
前記空気供給量検出手段は、前記空気供給装置と前記燃焼器との間に設けられた流量検出器である、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein the air supply amount detecting means is a flow rate detector provided between the air supply device and the combustor. 前記空気供給装置はファンを備えており、前記空気供給量検出手段は前記ファンの回転数検出手段であり、前記ファンの回転数検出結果に基づいて前記空気供給装置から供給される前記燃焼用空気の変動を検出する、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The air supply device includes a fan, the air supply amount detecting means is the rotation speed detecting means of the fan, and the combustion air supplied from the air supply device based on the rotation speed detection result of the fan. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, which detects the fluctuation of the above. 前記空気供給量検出手段は、前記空気供給装置から前記燃焼器に供給される前記燃焼用空気の圧力検出器であり、前記燃焼用空気の圧力検出結果に基づいて、前記空気供給装置から供給される前記燃焼用空気の変動を検出する、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の燃料電池システム。 The air supply amount detecting means is a pressure detector for the combustion air supplied from the air supply device to the combustor, and is supplied from the air supply device based on the pressure detection result of the combustion air. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, which detects fluctuations in the combustion air.
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