JP5001511B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は燃料電池システムに関し、特に、燃料電池システムのガスラインから水を回収して再利用している燃料電池システムの改良に関する。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to an improvement in a fuel cell system that recovers and reuses water from a gas line of the fuel cell system.
燃料電池システムでは、燃料電池セルのイオン交換膜でのイオン透過性を確保するために燃料ガス（水素）と酸化ガス（酸素）を加湿している。また、メタノール（改質原料）などから水素リッチガスを生成する改質器を使用する燃料電池システムでは改質反応に水（改質水）を使用している。そこで、燃料電池の排出ガス（水素オフガス、空気オフガス）や改質器の改質ガス等から水分を回収して再利用している。 In a fuel cell system, fuel gas (hydrogen) and oxidizing gas (oxygen) are humidified in order to ensure ion permeability at the ion exchange membrane of the fuel cell. Further, in a fuel cell system using a reformer that generates hydrogen-rich gas from methanol (reforming raw material) or the like, water (reformed water) is used for the reforming reaction. Therefore, water is recovered from the exhaust gas (hydrogen offgas, air offgas) of the fuel cell, the reformed gas of the reformer, etc., and reused.
回収した水はタンクに貯留される。この貯留水に異物が混入していると配管やノズルの目詰まりの原因となるので、回収水系統の循環通路にフィルタを設けることが提案されている（特開２００２−３７３６９７号公報、特開平９−６３６１１号公報）。また、タンク内での細菌の繁殖を防止するために貯留水を加熱殺菌することが提案されている（特開平８−１３８７１４号公報）。貯留水に抗菌剤を添加することも提案されている（特開２００２−３４３３９３号公報）。
しかしながら、上述した回収水から異物を除去する装置、細菌の繁殖を抑制するための抗菌剤の投入装置、紫外線殺菌装置などの設置には、設置スペース、装置コストが問題となる。特に、車載用の燃料電池システムの場合には燃料電池の設置スペースが限られており、新たな殺菌装置等の追加は難しい。 However, the installation space and the apparatus cost are problems in the installation of the apparatus for removing foreign substances from the recovered water, the antibacterial agent injection apparatus for suppressing the growth of bacteria, the ultraviolet sterilization apparatus, and the like. In particular, in the case of an on-vehicle fuel cell system, the installation space of the fuel cell is limited, and it is difficult to add a new sterilizer or the like.
よって、本発明は燃料電池システムの回収水系統への微生物等の異物の侵入自体を抑止することを可能とした燃料電池システムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing the entry of foreign matter such as microorganisms into the recovered water system of the fuel cell system.
上記目的を達成するため本発明の燃料電池システムは、燃料電池システムで生成される生成水を回収してタンクに貯留する燃料電池システムにおいて、上記タンクの内部と外部との間に空気の移動通路を形成して、該タンクの内部と外部との気圧差をなくす吸排気通路と、上記吸排気通路に設けられて、上記タンクへの外部空気の導入による上記タンク内への微生物の侵入を抑制する抑制手段と、を備え、上記吸排気通路は前記タンク内部の上部空間の空気とタンク外部の空気とを直接出入りさせかつ上記燃料電池に空気を供給する空気供給通路及び該燃料電池から空気を排出する空気排気通路から別途独立してなり、上記抑制手段はフィルタ及び開閉弁のうち少なくともフィルタを含み、当該フィルタは０．２μｍ以下の孔径を持ち微生物を阻止し空気を透過するフィルタである。 In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention is a fuel cell system that collects generated water generated in the fuel cell system and stores it in a tank, and an air moving path between the inside and the outside of the tank. And an intake / exhaust passage that eliminates the pressure difference between the inside and the outside of the tank, and the intake / exhaust passage is provided to suppress the entry of microorganisms into the tank due to the introduction of external air into the tank. And an intake / exhaust passage for allowing the air in the upper space inside the tank and the air outside the tank to directly enter and exit, and for supplying air to the fuel cell, and for supplying air from the fuel cell. Separately from the air exhaust passage to be discharged, the suppression means includes at least a filter of a filter and an on-off valve, and the filter has a pore diameter of 0.2 μm or less and is a microorganism Blocking and is a filter that transmits air.
かかる構成とすることによって、燃料電池システムの外部からタンク内に侵入しようとする微粒子や、一般的に０．２μｍ以上である細菌（微生物）などの異物をフィルタによって阻止又は減少することが可能となる。それにより、タンク内での微生物の増殖を未然に防止する。By adopting such a configuration, it is possible to prevent or reduce fine particles that try to enter the tank from the outside of the fuel cell system and foreign matters such as bacteria (microorganisms) that are generally 0.2 μm or more by a filter. Become. This prevents the growth of microorganisms in the tank.
好ましくは、上記抑制手段は上記フィルタ及び上記開閉弁の両方を含み、上記フィルタ及び上記開閉弁は直列に接続されてなり、当該開閉弁は上記タンク内の気圧が大気圧に対して負圧となり、当該負圧の大きさが基準値を超えたとき、上記タンク内への大気の流入を許容する機械式弁である。 Preferably, the upper Symbol suppressing means includes both the filter and the on-off valve, the filter and the on-off valve will be connected in series, a negative pressure with respect to the on-off valve is pressure in the tank is atmospheric pressure Thus, when the magnitude of the negative pressure exceeds a reference value, the mechanical valve allows air to flow into the tank.
かかる構成とすることによって、タンク内外の圧力差をなくして外気のタンク内への侵入を防止すると共に、外気導入の際に空気は全てフィルタによって濾過されるのでタンク内への異物（細菌、ウィルス、カビなど）の侵入が抑制される。 By adopting such a configuration, the pressure difference between the inside and outside of the tank is eliminated to prevent intrusion of outside air into the tank, and all air is filtered by the filter when introducing outside air, so that foreign matter (bacteria, virus, etc.) enters the tank. , Mold, etc.) are prevented from entering .
本発明によれば、水タンク内への微生物などの異物の侵入を未然に防止することが可能となるので、回収水からの複雑な異物除去機構、殺菌装置等の設置、殺菌剤の使用が回避可能となる。 According to the present invention, it is possible to prevent foreign matters such as microorganisms from entering the water tank, so that a complicated foreign matter removing mechanism from the recovered water, installation of a sterilizer, etc., use of a sterilizing agent can be performed. It can be avoided.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の実施の形態では、燃料電池システムの、改質ガスライン、水素オフガスライン、空気オフガスライン、燃料ガスライン等のガス中から水（凝縮水）を回収する際に、凝縮器と回収水タンク間の凝縮水の通路（接続通路）に水のみを通過させるドレイン弁を設けて、各ガスラインと回収水タンクとを遮断可能とする。水のみが回収水タンクに入るようにし、ガスの流入を阻止して燃料電池システムから異物（微生物）が侵入することを阻止する。 In the embodiment of the present invention, when water (condensed water) is recovered from a gas such as a reformed gas line, a hydrogen off-gas line, an air off-gas line, or a fuel gas line of a fuel cell system, a condenser and recovered water are collected. A drain valve for allowing only water to pass through is provided in the condensed water passage (connection passage) between the tanks so that the gas lines and the recovered water tank can be shut off. Only water is allowed to enter the recovered water tank, and the inflow of gas is prevented to prevent foreign matter (microorganisms) from entering the fuel cell system.
上記ドレイン弁は機械式のフロート弁や電磁弁によって構成することが出来る。 The drain valve can be constituted by a mechanical float valve or a solenoid valve.
また、上記ドレイン弁の代わりに回収水が微生物が増殖しない水温（高温）であるときに開弁し、回収水が低温であるときに閉弁する電磁弁を使用することが出来る。ガス中や凝縮水中に細菌などの微生物が含まれていたとしても高温雰囲気によって殺菌（あるいは減菌）されるので微生物が回収水タンク内で増殖する可能性はきわめて低い。 Instead of the drain valve, an electromagnetic valve that opens when the recovered water is at a water temperature (high temperature) at which microorganisms do not grow and closes when the recovered water is at a low temperature can be used. Even if microorganisms such as bacteria are contained in the gas or condensed water, the microorganisms are sterilized (or sterilized) in a high temperature atmosphere, so the possibility that the microorganisms will grow in the recovered water tank is extremely low.
また、回収水タンクから水を汲み上げたときにタンク内が負圧になって水が円滑に出にくくなることを避けるために、回収水タンクには吸排気通路と溢水を外部に排水するオーバーフロー通路とを設ける。両通路には空気中の異物を除去する異物除去フィルタ（ベントフィルタ）を設けて吸気に伴う外気からの回収水タンク内への異物の侵入を阻止する。例えば、異物除去フィルタの微小な孔径を０．２μｍ以下とすることによって細菌、ウィルス、カビなどの微生物を除去することができる。 In addition, the recovery water tank has an intake / exhaust passage and an overflow passage that drains the overflow water to prevent the tank from becoming negative pressure and making it difficult for water to come out smoothly when water is pumped from the recovery water tank. And provide. Both passages are provided with a foreign matter removal filter (vent filter) for removing foreign matter in the air to prevent foreign matter from entering the recovered water tank from the outside air accompanying the intake air. For example, microorganisms such as bacteria, viruses, and molds can be removed by setting the minute pore diameter of the foreign matter removal filter to 0.2 μm or less.
更には、上記凝縮水通路（接続通路）にも同様の異物除去フィルタを設けることにより、より確実に回収水タンク内への異物の侵入を阻止する。 Furthermore, by providing a similar foreign matter removing filter also in the condensed water passage (connection passage), entry of foreign matter into the recovered water tank is more reliably prevented.
このような構成とすることによって、異物（微生物等）の回収水タンク内への侵入を阻止することが可能となる。 By adopting such a configuration, it becomes possible to prevent foreign matters (microorganisms and the like) from entering the recovered water tank.
図１及び図２は本発明の第１の実施例を示している。この例では、原燃料から水素リッチガスを得る燃料改質器を用いた燃料電池システムの生成水の回収系を概略的に示している。 1 and 2 show a first embodiment of the present invention. In this example, a system for recovering generated water of a fuel cell system using a fuel reformer that obtains hydrogen-rich gas from raw fuel is schematically shown.
同図において、改質器１１にはメタノール等の改質原料と改質水が供給される。後述するように改質水は燃料電池システムにおいて生成した水（生成水）を使用することが可能である。改質器１１はバーナの熱によって改質原料と水とを気化させ、触媒を用いて水蒸気改質反応を生じさせて水素リッチガスを生成する。水蒸気改質反応を行う際の反応温度は２５０〜３００℃であるため、改質器１１から供給される水素リッチガスは高温になる。この水素リッチガスを凝縮器１２を通して適当な温度に下げて燃料電池１３に供給する。凝縮器１２は図示しない冷却水が循環する熱交換器を内蔵しており、高温の水素リッチガスを冷却する。この際、水素リッチガス中の水分が凝縮して回収水ａが得られる。 In the figure, a reforming material such as methanol and reforming water are supplied to the reformer 11. As will be described later, the reformed water can use water generated in the fuel cell system (generated water). The reformer 11 vaporizes the reforming raw material and water by the heat of the burner, generates a steam reforming reaction using a catalyst, and generates a hydrogen rich gas. Since the reaction temperature when performing the steam reforming reaction is 250 to 300 ° C., the hydrogen-rich gas supplied from the reformer 11 becomes a high temperature. This hydrogen rich gas is lowered to an appropriate temperature through the condenser 12 and supplied to the fuel cell 13. The condenser 12 includes a heat exchanger (not shown) through which cooling water circulates, and cools the high-temperature hydrogen-rich gas. At this time, the water in the hydrogen-rich gas is condensed and the recovered water a is obtained.
燃料電池１３は、例えば、高分子電解質膜（ＰＥＦＣ）を使用したセルを必要量積層して構成される。各セルは水素と空気（酸化ガス）との電気化学反応によって電気を発生する。すなわち、燃料極（負極）では、Ｈ 2 →２Ｈ+＋２ｅ-の反応が生じる。空気極（正極）では２Ｈ+＋（１／２）Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏの反応が生じる。全体として、Ｈ2＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ（水）を生成する。燃料電池１３で使用された水素リッチガスは水素オフガスとして燃料電池１３から排出されて凝縮器１４に入る。凝縮器１４は図示しない冷却水が循環する熱交換器を内蔵しており、水素オフガスを冷却する。水素オフガス中の水分が凝縮して回収水ｂが得られる。更に、水素オフガスは改質器１１のバーナに供給され、水素オフガス中に残留する水素がバーナの燃料として使用される。バーナで燃焼した排気ガスは凝縮器１６に入る。凝縮器１６は図示しない冷却水が循環する熱交換器を内蔵しており、排気ガスを冷却する。排気ガス中の水分が凝縮して回収水ｄが得られる。 The fuel cell 13 is configured, for example, by stacking a required amount of cells using a polymer electrolyte membrane (PEFC). Each cell generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and air (oxidizing gas). That is, a reaction of H 2 → 2H + + 2e − occurs at the fuel electrode (negative electrode). At the air electrode (positive electrode), a reaction of 2H + + (1/2) O 2 + 2e − → H 2 O occurs. Overall, H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (water) is produced. The hydrogen rich gas used in the fuel cell 13 is discharged from the fuel cell 13 as a hydrogen off gas and enters the condenser 14. The condenser 14 includes a heat exchanger (not shown) through which cooling water circulates, and cools the hydrogen off gas. The water in the hydrogen off-gas is condensed and recovered water b is obtained. Further, the hydrogen off gas is supplied to the burner of the reformer 11, and the hydrogen remaining in the hydrogen off gas is used as fuel for the burner. Combustion and exhaust gases in the burner enters the condenser 16. The condenser 16 incorporates a heat exchanger (not shown) through which cooling water circulates, and cools the exhaust gas. The water in the exhaust gas is condensed to obtain recovered water d.
燃料電池１３で使用された空気は空気オフガスとして燃料電池１３から排出されて凝縮器１７に入る。凝縮器１７は図示しない冷却水が循環する熱交換器を内蔵しており、空気オフガスを冷却する。空気オフガス中の水分が凝縮して回収水ｃが得られる。 The air used in the fuel cell 13 is discharged from the fuel cell 13 as an air off gas and enters the condenser 17. The condenser 17 includes a heat exchanger (not shown) through which cooling water circulates, and cools the air off-gas. The water in the air off-gas is condensed and recovered water c is obtained.
図２に示すように、回収水ａ〜ｄはそれぞれ接続通路（生成水通路）３１〜３４を介して回収水タンク２１０に回収され、貯留される。接続通路３１〜３４には回収水タンク２１０の手前（上部）でドレイン弁２１１〜２１４がそれぞれ設けられている。ドレイン弁２１１〜２１４は接続通路に回収水が存在するときに開放し、回収水が存在しないときには閉じている。より好ましくは回収水のみを通過させ、燃料電池システム内のガスを通過させない。従って、改質器ガスライン、燃料電池ガスライン、燃焼排気ラインから空気等及びそれに伴う異物（微生物）の回収水タンク２１０への流入を抑制することが出来る。後述するように、ドレイン弁２１１〜２１４は機械式弁及び電磁式弁が使用可能である。 As shown in FIG. 2, the recovered waters a to d are recovered and stored in the recovered water tank 210 via connection passages (generated water passages) 31 to 34, respectively. In the connection passages 31 to 34, drain valves 211 to 214 are provided in front (upper part) of the recovered water tank 210, respectively. The drain valves 211 to 214 are opened when there is recovered water in the connection passage, and are closed when there is no recovered water. More preferably, only the recovered water is allowed to pass, and the gas in the fuel cell system is not allowed to pass. Accordingly, it is possible to suppress inflow of air and the like and foreign substances (microorganisms) from the reformer gas line, fuel cell gas line, and combustion exhaust line into the recovered water tank 210. As will be described later, mechanical valves and electromagnetic valves can be used as the drain valves 211 to 214.
回収水タンク２１０にはタンク内への入水及びタンク外への出水を円滑にするためにタンク内外の気圧差をなくすべく、回収水タンク２１０上部に設けられた接続通路（吸排気通路）２２１によって回収水タンク内部とタンク外部との間で吸排気可能になされている。接続通路２２１にはベントフィルタ２２２が設けられて外部（外気）からの異物の侵入が阻止される。ここで、ベントフィルタ２２２には、例えば、フィルタの孔径が０．２μｍ以下のもの（平膜、中空糸等）が使用される。材質はポリプロピレン、ポリエチレン等の樹脂系材料が使用される。一般細菌の粒子径は０．２μｍ以上であるので、フィルタ２２２によって微生物などの異物の通過を阻止することが可能である。なお、対象とする異物によってフィルタ２２２の材質を他のものとすることが出来る。例えば、耐腐食性のステンレス等の金属の網であってもよい。 The recovered water tank 210 has a connection passage (intake / exhaust passage) 221 provided in the upper part of the recovered water tank 210 in order to eliminate the pressure difference between the inside and outside of the tank in order to smoothly enter and exit the tank. Intake and exhaust are possible between the inside of the recovered water tank and the outside of the tank. A vent filter 222 is provided in the connection passage 221 to prevent entry of foreign matter from the outside (outside air). Here, as the vent filter 222, for example, a filter having a pore diameter of 0.2 μm or less (flat membrane, hollow fiber, etc.) is used. The material is a resin material such as polypropylene or polyethylene. Since the particle diameter of general bacteria is 0.2 μm or more, the filter 222 can prevent foreign substances such as microorganisms from passing. Note that the material of the filter 222 can be different depending on the target foreign matter. For example, a metal net such as corrosion-resistant stainless steel may be used.
また、回収水タンク２１０には、過剰となった回収水（溢水）を外部に排水する接続通路（オーバーフロー通路）２２３が回収タンクのオーバーフローライン２２６上に設けられている。この接続通路２２３にも同様のベントフィルタ２２４が設けられ、大気からタンク内への異物の侵入が防止される。後述するようにベントフィルタ２２２及び２２４は他の構成に置き換えることが可能である。 The recovery water tank 210 is provided with a connection passage (overflow passage) 223 for draining excess recovery water (overflow water) to the outside on an overflow line 226 of the recovery tank. A similar vent filter 224 is also provided in the connection passage 223 to prevent foreign matter from entering the tank from the atmosphere. As will be described later, the vent filters 222 and 224 can be replaced with other configurations.
なお、回収水タンク２１０には水が不足した場合やタンク清掃のために水道水が導入可能になされている。 Note that tap water can be introduced into the recovered water tank 210 when water is insufficient or for cleaning the tank.
回収水タンク２１０に貯留された回収水はポンプ２３０によって汲み出されて純水器２４０によって濾過される。純水器２４０はイオン交換樹脂を備え、回収水中の不純物を除去して、例えば、改質水として改質器２４０に供給される。 The recovered water stored in the recovered water tank 210 is pumped out by the pump 230 and filtered by the deionizer 240. The deionizer 240 includes an ion exchange resin, removes impurities in the recovered water, and is supplied to the reformer 240 as, for example, reformed water.
このようにして、燃料電池システムで生成した水がタンクに回収されて利用される。 In this way, the water generated in the fuel cell system is collected in the tank and used.
上述した実施例では、凝縮器からの回収水の接続通路にドレイン弁を設けて回収水タンクと接続通路との間を遮断可能とし、ガスの流入を阻止して回収水のみをタンクに流入させる。また、タンク内が負圧になるのを防止する接続通路（吸気ライン）、回収水が規定量を越えたときに排水する接続通路（オーバーフローライン）にそれぞれベントフィルタを設けて大気からタンク内への異物（微生物）の侵入が抑止される。 In the embodiment described above, a drain valve is provided in the connection path of the recovered water from the condenser so that the recovery water tank and the connection path can be blocked, and only the recovered water flows into the tank by preventing gas from flowing in. . In addition, vent filters are installed in the connection passage (intake line) for preventing negative pressure in the tank and the connection passage (overflow line) for draining when the recovered water exceeds the specified amount, so that the atmosphere can be transferred from the atmosphere to the tank. Invasion of foreign substances (microorganisms) is suppressed.
図３は本発明の第２の実施例を示している。この実施例では上述したドレイン弁２１１〜２１４を機械式ドレイン弁によって構成している。図３（ａ）及び同図（ｂ）はフロート式のドレイン弁２１１の例を説明する断面図である。ドレイン弁２１２〜２１４も同様に構成される。 FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the drain valves 211 to 214 described above are constituted by mechanical drain valves. FIG. 3A and FIG. 3B are cross-sectional views illustrating an example of a float type drain valve 211. The drain valves 212 to 214 are similarly configured.
図３（ａ）に示すように、凝縮器からの回収水を回収水タンクに回収する接続通路３１の途中に設けられたドレイン弁２１１は、上部に回収水の流入口２１１ａ、下部に流出口２１１ｂが設けられたフロート室２１１ｃ内に浮体２１１ｄを配置している。浮体２１１ｄは耐食性バネ、例えばステンレスバネなどの付勢手段２１１ｅによってフロート室２１１ｃの底部に浮体底部２１１ｆを密着して流出口２１１を閉じている。この状態ではガスなどの流体の回収水タンクへの流入は阻止される。 As shown in FIG. 3A, the drain valve 211 provided in the middle of the connection passage 31 for collecting the recovered water from the condenser in the recovered water tank has an recovered water inlet 211a at the upper part and an outlet at the lower part. A floating body 211d is arranged in a float chamber 211c provided with 211b. The floating body 211d closes the outlet 211 by bringing the floating body bottom 211f into close contact with the bottom of the float chamber 211c by an urging means 211e such as a corrosion-resistant spring, for example, a stainless spring. In this state, the fluid such as gas is prevented from flowing into the recovered water tank.
図３（ｂ）に示すように、回収水がフロート室２１１ｃ内に流入すると、浮体２１１ｄに浮力が生じ、浮体２１１ｄは浮体２１１ｄの自重及び付勢手段２１１ｅの付勢力に抗して上方に移動する。それにより、フロート室２１１ｃ底部の流出口２１１が開き、回収水は回収水タンクに流れ込む。フロート室２１１ｃ内の回収水が回収水タンクに流れ込んで、フロート室２１１ｃから流出すると、浮力が減少し、あるいは消滅して浮体２１１ｄは自重及び付勢手段２１１ｅの付勢力によって流出口２１１を閉じる。従って、ドレイン弁２１１によってガスの通過を阻止し、回収水だけを通過させることが可能となる。 As shown in FIG. 3B, when the recovered water flows into the float chamber 211c, buoyancy is generated in the floating body 211d, and the floating body 211d moves upward against the weight of the floating body 211d and the urging force of the urging means 211e. To do. This opens the outlet 211 at the bottom of the float chamber 211c, and the recovered water flows into the recovered water tank. When the recovered water in the float chamber 211c flows into the recovered water tank and flows out of the float chamber 211c, the buoyancy decreases or disappears, and the floating body 211d closes the outlet 211 by its own weight and the urging force of the urging means 211e. Therefore, the drain valve 211 prevents the passage of gas and allows only the recovered water to pass.
図４は本発明の第３の実施例を示している。この実施例では上述したドレイン弁２１１〜２１４を電磁式のドレイン弁３００によって構成している。 FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the drain valves 211 to 214 described above are constituted by an electromagnetic drain valve 300.
同図に示すように、電磁式ドレイン弁３００は、例えば接続通路３１に設けられて回収水が通過するチャンバ３０１と、チャンバ３０１の回収水の存在を検出するセンサ３０２（３０２ａ、３０２ｂ）と、接続通路３１を開閉する電磁弁３０４と、センサ３０２の出力によって電磁弁３０４を制御する弁制御部３０３によって構成されている。 As shown in the figure, the electromagnetic drain valve 300 includes, for example, a chamber 301 provided in the connection passage 31 through which recovered water passes, a sensor 302 (302a, 302b) that detects the presence of recovered water in the chamber 301, An electromagnetic valve 304 that opens and closes the connection passage 31 and a valve control unit 303 that controls the electromagnetic valve 304 based on the output of the sensor 302 are configured.
センサ３０２は、例えばチャンバ３０１に対向するように配置された発光器３０２ａ及び受光器３０２ｂによって構成される。また、センサ３０２はチャンバ３０１内の回収水の有無あるいは量によって位置を変えるフロートによってオンオフされるスイッチ（フロースイッチ）であっても良い。電磁弁３０４が閉じていると、チャンバ３０１内には回収水が一時的に貯留される。チャンバ３０１内への回収水の有無によって受光器３０２ｂの出力（センサ出力）が変化する。この出力を弁制御部３０３によって判別して回収水の有無を判断する。 The sensor 302 includes a light emitter 302a and a light receiver 302b that are disposed so as to face the chamber 301, for example. The sensor 302 may be a switch (flow switch) that is turned on / off by a float that changes its position depending on the presence or amount of recovered water in the chamber 301. When the solenoid valve 304 is closed, the recovered water is temporarily stored in the chamber 301. The output (sensor output) of the light receiver 302b varies depending on the presence or absence of recovered water in the chamber 301. This output is discriminated by the valve control unit 303 to determine the presence or absence of recovered water.
弁制御部３０３は、回収水がチャンバ３０１（あるいは接続通路３１）に存在すると電磁弁３０４を開放して回収水を回収タンク２１０に流し込む。回収水がチャンバ３０１に存在しない場合には電磁弁３０４を遮断する。それにより、ガスなどの流体の回収水タンク２１０への流入を阻止し、流体に伴う異物の侵入を未然に防止する。 When the recovered water exists in the chamber 301 (or the connection passage 31), the valve control unit 303 opens the electromagnetic valve 304 and causes the recovered water to flow into the recovery tank 210. When the recovered water does not exist in the chamber 301, the electromagnetic valve 304 is shut off. Accordingly, the fluid such as gas is prevented from flowing into the recovered water tank 210, and foreign matter accompanying the fluid is prevented from entering.
図５は本発明の第４の実施例を示している。この実施例では上述したドレイン弁２１１〜２１４の開閉を燃料電池システムの運転制御パラメータによって制御している。 FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the opening / closing of the drain valves 211 to 214 is controlled by the operation control parameter of the fuel cell system.
図５に示す構成では、図４に示した電磁弁３００のチャンバ３０１、センサ３０２（３０２ａ、３０２ｂ）に代えて、燃料電池システムにおける運転制御パラメータを利用する。運転制御パラメータとしては、改質ガス（水素リッチガス）温度、水素オフガス温度、空気オフガス温度、燃焼排出ガス温度、燃料電池１３のセル温度、接続通路（配管）温度、凝縮器の熱交換器温度、等を利用可能である。 In the configuration shown in FIG. 5, operation control parameters in the fuel cell system are used instead of the chamber 301 and the sensors 302 (302a, 302b) of the electromagnetic valve 300 shown in FIG. The operation control parameters include reformed gas (hydrogen rich gas) temperature, hydrogen off gas temperature, air off gas temperature, combustion exhaust gas temperature, fuel cell 13 cell temperature, connection passage (pipe) temperature, condenser heat exchanger temperature, Etc. are available.
例えば、燃料電池セルの温度は７０〜８０度で運転される。また、燃料改質器１１における改質温度は２００〜６００℃程度であるので、燃料電池システムの運転状態では回収水温度は高温であると考えられる。このような高温雰囲気下では細菌などの微生物は殺菌され、回収水タンク２１０内での増殖の虞は少ない。 For example, the temperature of the fuel cell is operated at 70 to 80 degrees. Further, since the reforming temperature in the fuel reformer 11 is about 200 to 600 ° C., it is considered that the recovered water temperature is high in the operating state of the fuel cell system. Under such a high temperature atmosphere, microorganisms such as bacteria are sterilized, and there is little risk of growth in the recovered water tank 210.
弁制御部３０３は、上述した運転制御パラメータを監視することによって回収水温度を推定する。また、回収水温度を直接検出しても良い。そして、回収水が高温であれば、接続通路３１の電磁弁３０４を開放して回収水を回収水タンク２１０内に貯留する。 The valve control unit 303 estimates the recovered water temperature by monitoring the operation control parameters described above. Further, the recovered water temperature may be detected directly. If the recovered water is hot, the electromagnetic valve 304 of the connection passage 31 is opened to store the recovered water in the recovered water tank 210.
一方、弁制御部３０３は、燃料電池システムのシステム停止や低負荷運転によって燃料電池の内部温度や回収水温度が低温となった場合には、燃料電池システムあるいは回収水の微生物に対する殺菌力は低下するので電磁弁３０４を閉じ、回収水の回収水タンク２１０への流入を阻止する。それにより、活性な微生物の回収水タンク２１０への侵入を防止する。 On the other hand, when the internal temperature of the fuel cell or the recovered water temperature becomes low due to the system stop or low load operation of the fuel cell system, the valve control unit 303 reduces the sterilizing power of the fuel cell system or the recovered water against microorganisms. Therefore, the solenoid valve 304 is closed to prevent the recovered water from flowing into the recovered water tank 210. This prevents active microorganisms from entering the recovered water tank 210.
図６は本発明の第５の実施例を示している。この実施例では、図２に示された接続通路２２１及び２２３に配置されているベントフィルタ２２２及び２２４の異物通過阻止機能を機械式弁４００によって構成する例を示している。 FIG. 6 shows a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, an example in which the foreign matter passage prevention function of the vent filters 222 and 224 arranged in the connection passages 221 and 223 shown in FIG.
弁４００は並列に配置された弁４１０と弁４２０とによって構成される。弁４１０及び４２０は共に逆止弁であり、弁４１０は流体の左から右方向への移動を許容するが、右から左方向への流れは遮断する。また、弁４２０は流体の右から左方向への移動を許容するが、左から右方向への流れは遮断する。 The valve 400 includes a valve 410 and a valve 420 arranged in parallel. Valves 410 and 420 are both check valves, and valve 410 allows the fluid to move from left to right, but blocks flow from right to left. Further, the valve 420 allows the fluid to move from the right to the left, but blocks the flow from the left to the right.
図６（ａ）に示されるように、弁４１０及び４２０の両側の圧力差が基準値を越えない範囲では、弁４１０及び４２０は共に閉じている。それにより、外部接続通路（吸排気通路、オーバーフロー通路）を遮断し、外部空気及びそれに伴う細菌などの異物が回収水タンク２１０内に流入することを阻止する。 As shown in FIG. 6A, the valves 410 and 420 are both closed in a range in which the pressure difference between the two sides of the valves 410 and 420 does not exceed the reference value. Thereby, the external connection passage (intake / exhaust passage, overflow passage) is blocked, and foreign air such as external air and bacteria accompanying it is prevented from flowing into the recovered water tank 210.
図６（ｂ）に示すように、ポンプ２３０によって回収水タンク２１０から回収水が汲み出されると（図２参照）、回収水タンク２１０の内部気圧が外部の大気圧に対して負圧となる。両気圧の圧力差が上記基準値を越えると、弁４２０が開いて空気の流入を許容する。それにより、回収水タンク内の負圧が解消されて回収水の汲み出しが円滑化される。また、気圧差が解消されると、弁４２０が閉じる。 As shown in FIG. 6B, when the recovered water is pumped from the recovered water tank 210 by the pump 230 (see FIG. 2), the internal pressure of the recovered water tank 210 becomes negative with respect to the external atmospheric pressure. . When the pressure difference between the two atmospheric pressures exceeds the reference value, the valve 420 opens to allow the inflow of air. Thereby, the negative pressure in the recovered water tank is eliminated and the pumping of recovered water is facilitated. When the pressure difference is eliminated, the valve 420 is closed.
また、図６（ｃ）に示すように、回収水タンク２１０に貯留された回収水が過剰となってオーバーフローライン２２６を越えて溢れると、過剰な水は弁４１０を開いてタンク２１０の外部に出る。過剰な回収水の排水が終わると弁４１０は閉じる。 Also, as shown in FIG. 6C, when the recovered water stored in the recovered water tank 210 becomes excessive and overflows beyond the overflow line 226, the excess water opens the valve 410 to the outside of the tank 210. Get out. When the excess recovered water is drained, the valve 410 is closed.
従って、回収水タンク内の吸排気と溢水の排水が必要になったときのみ、接続通路を開くことになり、回収水タンク外部からタンク内部への異物の侵入を可及的に阻止することが可能となる。 Therefore, the connection passage is opened only when intake / exhaust in the recovered water tank and drainage of overflow water are required, and it is possible to prevent foreign substances from entering the tank from outside the recovered water tank as much as possible. It becomes possible.
図７は本発明の第６の実施例を示している。同図において図６と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。 FIG. 7 shows a sixth embodiment of the present invention. In the figure, parts corresponding to those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
この実施例では、図６に示した第５の実施例において、弁４２０に直列にベントフィルタ４３０を追加している。このベントフィルタ４３０も、孔口径が０．２μｍ以下のものが使用され、細菌などの微生物を除去することが出来る。他の構成は図６と同様である。 In this embodiment, a vent filter 430 is added in series with the valve 420 in the fifth embodiment shown in FIG. This vent filter 430 also has a pore diameter of 0.2 μm or less, and can remove microorganisms such as bacteria. Other configurations are the same as those in FIG.
この実施例の構成によれば、外部から回収水タンク２１０内に入る空気はフィルタ４３０で全て濾過されるので異物の侵入をより確実に阻止することが出来る。 According to the configuration of this embodiment, since all of the air entering the recovered water tank 210 from the outside is filtered by the filter 430, it is possible to more reliably prevent foreign matter from entering.
なお、図６及び図７に示された外部接続通路の異物通過阻止機能を担う弁４００を電磁弁によって構成することが出来る。タンク内外の圧力差や溢水をセンサによって検出し、この検出出力によって電磁弁の開閉を制御することが出来る。電磁弁を常閉とし、必要なときのみ開放することによって外部接続通路（タンク外部）からタンク内への異物の侵入を阻止することが可能となる。 In addition, the valve 400 which bears the foreign substance passage prevention function of the external connection passage shown in FIGS. 6 and 7 can be configured by an electromagnetic valve. The pressure difference between the inside and outside of the tank and the overflow can be detected by a sensor, and the opening and closing of the solenoid valve can be controlled by this detection output. By making the solenoid valve normally closed and opening it only when necessary, it is possible to prevent foreign matter from entering the tank from the external connection passage (outside the tank).
図８は本発明の第７の実施例を示している。同図において図２と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。 FIG. 8 shows a seventh embodiment of the present invention. In the figure, parts corresponding to those in FIG.
この実施例では、ドレイン弁２１１〜２１４と回収水タンク２１０との間にそれぞれ異物除去フィルタ４４１〜４４４を設けている。異物除去フィルタは孔径が０．２μｍ以下の細菌類の除去可能なフィルタを使用する。他の構成は図２と同様である。 In this embodiment, foreign matter removal filters 441 to 444 are provided between the drain valves 211 to 214 and the recovered water tank 210, respectively. As the foreign matter removal filter, a filter capable of removing bacteria having a pore size of 0.2 μm or less is used. Other configurations are the same as those in FIG.
本実施例では異物除去フィルタ４４１〜４４４を設けているので接続通路（生成水通路）３１〜３４からの異物（微生物）の侵入をより確実に阻止することが可能となる。また、別途異物除去フィルタ４４１〜４４４を設けたことによってドレイン弁２１１〜２１４を比較的に安価な構造の開閉弁に変えることが可能となる。 In the present embodiment, since the foreign matter removing filters 441 to 444 are provided, it is possible to more reliably prevent foreign matters (microorganisms) from entering the connection passages (generated water passages) 31 to 34. Further, by providing the foreign matter removing filters 441 to 444 separately, the drain valves 211 to 214 can be changed to on-off valves having a relatively inexpensive structure.
図９は本発明の第８の実施例を示している。同図において図２と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。 FIG. 9 shows an eighth embodiment of the present invention. In the figure, parts corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
この実施例では、ドレイン弁２１１〜２１４と回収水タンク２１０との間に共通の異物除去フィルタ４４５を設けている。異物除去フィルタは孔径が０．２μｍ以下の細菌類の除去可能なフィルタを使用する。他の構成は図２と同様である。 In this embodiment, a common foreign matter removal filter 445 is provided between the drain valves 211 to 214 and the recovered water tank 210. As the foreign matter removal filter, a filter capable of removing bacteria having a pore size of 0.2 μm or less is used. Other configurations are the same as those in FIG.
本実施例ではドレイン弁２１１〜２１４の後段（下流側）に異物除去フィルタ４４５を設けているので接続通路（生成水通路）３１〜３４からの異物（微生物）の侵入をより確実に阻止することが可能となる。また、別途異物除去フィルタ４４５を設けたことによってドレイン弁２１１〜２１４を比較的に安価な構造の開閉弁に変えることが可能となる。 In the present embodiment, the foreign matter removal filter 445 is provided in the subsequent stage (downstream side) of the drain valves 211 to 214, so that entry of foreign matter (microorganisms) from the connection passages (generated water passages) 31 to 34 can be more reliably prevented. Is possible. Further, by providing a separate foreign matter removal filter 445, the drain valves 211 to 214 can be changed to an on-off valve having a relatively inexpensive structure.
図１０は本発明の第９の実施例を示している。同図において図２と対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。 FIG. 10 shows a ninth embodiment of the present invention. In the figure, parts corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
この実施例では、ドレイン弁２１１〜２１４に代えて異物除去フィルタ４４１〜４４４を設けている。各異物除去フィルタは孔径が０．２μｍ以下の細菌類の除去可能なフィルタを使用する。また、フィルタには耐熱性の材料が使用される。他の構成は図２と同様である。 In this embodiment, foreign matter removing filters 441 to 444 are provided in place of the drain valves 211 to 214. Each foreign matter removal filter uses a filter capable of removing bacteria having a pore size of 0.2 μm or less. Moreover, a heat resistant material is used for the filter. Other configurations are the same as those in FIG.
本実施例では第１の実施例におけるドレイン弁２１１〜２１４の異物阻止機能を異物除去フィルタ４４１〜４４４が担っている。このような構成でも接続通路（生成水通路）３１〜３４からの異物（微生物）の侵入を阻止することが可能となる。異物除去フィルタ４４１〜４４４は定期的にあるいは汚れ具合に応じて交換される。 In this embodiment, the foreign matter removal filters 441 to 444 have the foreign matter blocking function of the drain valves 211 to 214 in the first embodiment. Even with such a configuration, entry of foreign matter (microorganisms) from the connection passages (product water passages) 31 to 34 can be prevented. The foreign matter removal filters 441 to 444 are replaced periodically or according to the degree of contamination.
このような構成によれば、ドレイン弁２１１〜２１４を使用しないので、その分装置を安価に構成することが可能となる利点がある。 According to such a configuration, since the drain valves 211 to 214 are not used, there is an advantage that the device can be configured at low cost.
なお、上述した各実施例では、改質器を用いた燃料電池システムを一例として説明したが、本発明は直接水素を燃料とする（改質器を有しない）燃料電池システムについても適用される。 In each of the above-described embodiments, a fuel cell system using a reformer has been described as an example. However, the present invention is also applicable to a fuel cell system that directly uses hydrogen as a fuel (without a reformer). .
以上説明したように、本発明の実施例によれば、回収水タンクの全接続通路において高温ガス中から凝縮された回収水以外は回収水タンクに入らず、燃料電池システムの運転停止中においてもドレイン弁によって微生物の侵入する経路がない。従って、燃料電池システム内の改質器の改質ガス（水素リッチガス）ライン、燃料電池のガス（水素オフガス、空気オフガス）ライン、バーナの排気ガスラインなどから回収水タンクへの細菌、ウィルス、カビ、藻類などの微生物の侵入を阻止することが可能となる。また、回収水タンクから改質水をポンプで汲み出したときに、タンク内が負圧になるのを防止する吸気ライン、回収水が過剰となってタンクがオーバーフローするときに溢水を排水するラインから微生物がタンク内に流入する可能性があるが、微生物阻止フィルタ（ベントフィルタ）を設置して大気からの微生物の侵入が阻止される。 As described above, according to the embodiment of the present invention, only the recovered water condensed from the high temperature gas in all the connection passages of the recovered water tank does not enter the recovered water tank, and even when the operation of the fuel cell system is stopped. There is no path for microorganisms to enter due to the drain valve. Therefore, bacteria, viruses, and mold from the reformer gas (hydrogen rich gas) line of the reformer in the fuel cell system, the gas (hydrogen offgas, air offgas) line of the fuel cell, the exhaust gas line of the burner, etc. to the recovered water tank. It is possible to prevent the invasion of microorganisms such as algae. Also, from the intake water line that prevents negative pressure inside the tank when the reforming water is pumped from the recovered water tank, from the line that drains the overflow water when the recovered water becomes excessive and the tank overflows Although microorganisms may flow into the tank, a microorganism prevention filter (bent filter) is installed to prevent entry of microorganisms from the atmosphere.
更に、各ガスラインと回収水タンクとの接続路に微生物阻止フィルタを設けることによっても各ガスラインからの微生物の侵入が抑止される。 Furthermore, the invasion of microorganisms from each gas line is also suppressed by providing a microorganism prevention filter in the connection path between each gas line and the recovered water tank.
１１ 改質器、１３ 燃料電池、１２，１４，１６，１７ 凝縮器、２１０ 回収水タンク、２１１〜２１４ ドレイン弁、２２２，２２４，４４１〜４４５ （微生物阻止）フィルタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Reformer, 13 Fuel cell, 12, 14, 16, 17 Condenser, 210 Recovery water tank, 211-214 Drain valve, 222, 224, 441-445 (microbe prevention) filter
Claims (2)
前記タンクの内部と外部との間に空気の移動通路を形成して、該タンクの内部と外部との気圧差をなくす吸排気通路と、
前記吸排気通路に設けられて、前記タンクへの外部空気の導入による前記タンク内への微生物の侵入を抑制する抑制手段と、を備え、
前記吸排気通路は前記タンク内部の上部空間の空気とタンク外部の空気とを直接出入りさせかつ燃料電池に空気を供給する空気供給通路及び該燃料電池から空気を排出する空気排気通路から別途独立してなり、
前記抑制手段はフィルタ及び開閉弁のうち少なくともフィルタを含み、当該フィルタは０．２μｍ以下の孔径を持ち微生物を阻止し空気を透過するフィルタである、燃料電池システム。 A fuel cell system for collecting generated water generated in the fuel cell system and storing it in a tank,
An intake / exhaust passage that forms an air movement passage between the inside and outside of the tank and eliminates a pressure difference between the inside and outside of the tank;
A suppression means provided in the intake and exhaust passage, for suppressing the invasion of microorganisms into the tank due to the introduction of external air into the tank ,
The intake / exhaust passage is separately provided from an air supply passage through which air in the upper space inside the tank and air outside the tank directly enter / exit and supplies air to the fuel cell, and an air exhaust passage from which the air is discharged from the fuel cell. And
The fuel cell system, wherein the suppression means includes at least a filter of a filter and an on-off valve, and the filter is a filter having a pore diameter of 0.2 μm or less and blocking microorganisms and transmitting air .
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