JP5202854B2 - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- JP5202854B2 JP5202854B2 JP2007041055A JP2007041055A JP5202854B2 JP 5202854 B2 JP5202854 B2 JP 5202854B2 JP 2007041055 A JP2007041055 A JP 2007041055A JP 2007041055 A JP2007041055 A JP 2007041055A JP 5202854 B2 JP5202854 B2 JP 5202854B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- water
- hot water
- fuel cell
- hot
- tank
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
燃料電池システムは、水素と酸素を反応させることで電気エネルギーを生み出す。燃料電池システムには、都市ガスなど炭化水素系の原料を水と反応させることにより、燃料となる水素を作る水素生成部を設けられ、ここで生成した水素リッチなガスを燃料電池に供給して発電を行う方式が一般的である。 Fuel cell systems produce electrical energy by reacting hydrogen with oxygen. The fuel cell system is provided with a hydrogen generation unit that produces hydrogen as fuel by reacting a hydrocarbon-based raw material such as city gas with water. The hydrogen-rich gas generated here is supplied to the fuel cell. A method of generating electricity is common.
燃料電池を効率よく発電するためには、燃料電池本体を最適温度に保つことが必要であるため、冷却が必要となる。冷却用の媒体としては多くの場合水が用いられるが、貯湯タンクを設けて、冷却水によって燃料電池外部へ持ち出された熱を利用し、貯湯タンク内の水を湯水化することにより熱エネルギーを回収することが出来る。これにより、燃料電池システムはコージェネレーションシステムとして構築される。 In order to efficiently generate power in the fuel cell, it is necessary to keep the fuel cell main body at an optimum temperature, and thus cooling is necessary. In many cases, water is used as a cooling medium. However, a hot water storage tank is provided, and heat generated outside the fuel cell by the cooling water is used to convert the water in the hot water tank into hot water. It can be recovered. Thereby, the fuel cell system is constructed as a cogeneration system.
図4に、このような従来の燃料電池システムの構成を示す(例えば、特許文献1、図2を参照)。 FIG. 4 shows the configuration of such a conventional fuel cell system (see, for example, Patent Document 1 and FIG. 2).
図4において、101は燃料電池、102は改質器、103は燃焼部、104は貯湯タンク、105は熱交換器、107は凝縮器、108は貯水タンク、109は冷却水タンク、110は逆浸透膜装置、111は貯湯水供給流路、112は貯湯水循環流路、113a、113bはイオン交換樹脂、115は冷却水循環ポンプ、116は冷却水供給ポンプ、117は改質水供給ポンプ、118は送風機、119は貯湯水循環ポンプ、120はレベルセンサ、125は冷却水循環流路、126は貯湯水を排出するためのドレインバルブ、130は制御部である。 In FIG. 4, 101 is a fuel cell, 102 is a reformer, 103 is a combustion section, 104 is a hot water storage tank, 105 is a heat exchanger, 107 is a condenser, 108 is a water storage tank, 109 is a cooling water tank, and 110 is the reverse. Osmosis membrane device, 111 is a hot water supply channel, 112 is a hot water circulation channel, 113a and 113b are ion exchange resins, 115 is a cooling water circulation pump, 116 is a cooling water supply pump, 117 is a reforming water supply pump, 118 is A blower, 119 is a hot water circulating pump, 120 is a level sensor, 125 is a cooling water circulation passage, 126 is a drain valve for discharging hot water, and 130 is a control unit.
このような燃料電池システムにおいては、水道水としての市水の供給により水量が保たれる貯湯タンク104の水を循環させる貯湯水循環流路112と、凝縮器107にて回収された水を貯蔵する貯水タンク108との間に、逆浸透膜装置110及びバイパス配管140を設けることにより、貯湯水循環流路112を循環する水の一部を燃料電池101の冷却水として利用するようにしている。
In such a fuel cell system, a hot water
貯湯水循環ポンプ119により貯湯タンク104から逆浸透膜装置110に流入する水は、内部の逆浸透膜を透過した純度の高い水と、逆浸透膜を透過できなかった不純物が濃縮された濃縮水とに分かれて取り出され、純度の高い水はバイパス配管140側に、濃縮水は貯湯水循環流路112の下流に設けられた熱交換器105側にそれぞれ導かれる。
The water flowing into the reverse
これにより、冷却水タンク109に純度の高い水を燃料電池101の冷却水として供給する一方、濃縮水は貯湯水循環流路112を循環し、熱交換器105にて冷却水循環流路124を循環する冷却水と熱交換される。冷却水循環流路124の冷却水と熱交換した濃縮水を貯湯タンク104に貯湯水として貯えることで、燃料電池101からの熱エネルギーを回収することができる。他方、貯湯水は給湯等に利用することができる。
As a result, high-purity water is supplied to the
一方、熱交換により温度が低下した冷却水は冷却水循環流路124を循環して冷却水タンク109に帰還し、燃料電池101の冷却に再び用いられる。
上記従来の燃料電池システムにおいて、燃料電池の運転に関連する水タンクである貯水タンク108や冷却水タンク109内への水の補給は、逆浸透膜装置110と貯水タンク108との間に設けられた図示しない開閉弁を開放することにより行われる。開閉弁の開放は、上記水タンク内の水が不足した場合になされる。
In the above conventional fuel cell system, water supply to the
しかしながら、従来の燃料電池システムでは、貯湯水循環流路112とバイパス配管140との分岐点Aは、貯湯水循環流路112において熱交換器105よりも上流側に位置しているため、上記補給動作を行なう際に貯湯タンク104から流れる水は熱交換器105とバイパス配管140側に向かう純度の高い水とに分岐する。このため熱交換器105を流通する貯湯水の流量は、貯湯水循環ポンプ119の出力から当初想定される値(目標流量値)から変動する。
However, in the conventional fuel cell system, the branch point A between the hot
熱交換器105の熱交換率の安定性は、冷却水循環経路125及び貯湯水循環流路112をそれぞれ流れる水の流量の安定性に基づくため、熱交換器105を流れる貯湯水の量が目標流量値から変動すると、熱交換器105の熱交換率も変動する。熱交換器105の熱交換率は、冷却水タンク109に帰還する冷却水の温度に影響を与えるため、熱交換器105の熱交換率が不安定になると、燃料電池101の温度を所定の範囲内に制御することが困難になっていた。
Since the stability of the heat exchange rate of the
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、貯湯水循環流路内の貯湯水を用いて燃料電池の運転に関連する水タンクに水の補給動作を行なう際に、熱交換器に流入する水量を安定に制御して、燃料電池の温度を安定な温度範囲に制御することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and when a hot water replenishment operation is performed on a water tank related to the operation of a fuel cell using hot water in a hot water circulation path, the heat exchanger is used as a heat exchanger. An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of stably controlling the amount of water flowing in and controlling the temperature of the fuel cell within a stable temperature range.
上記の目的を達成するために、第1の本発明は、燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池を冷却する水が流れる熱媒体流路と、
前記燃料電池を冷却する水を貯える冷却水タンクと、
貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの貯湯水が流れる貯湯水流路と、
前記貯湯水流路内に前記貯湯水を流すための貯湯ポンプと、
前記熱媒体流路を流れる水と前記貯湯水流路を流れる貯湯水との間で熱交換をする熱交換器と、
前記燃料電池システムより発生するガス中から回収される水を貯える回収水タンクと、
前記回収水タンクの水を前記冷却水タンクに供給するための冷却水供給ポンプと、
前記貯湯水の流れに対して前記熱交換器の下流側の前記貯湯水流路より分岐して取り出された貯湯水を、前記回収水タンクに供給するための給水路と、
前記給水路を流れる貯湯水の水量を調整する流量調整器とを備えた燃料電池システムである。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a fuel cell system including a fuel cell ,
A heat medium flow path through which water for cooling the fuel cell flows;
A cooling water tank for storing water for cooling the fuel cell;
A hot water storage tank,
A hot water storage passage through which hot water stored in the hot water storage tank flows;
A hot water storage pump for flowing the hot water in the hot water flow path;
A heat exchanger for heat exchange between the hot water flowing through the hot-water flow passage with the water flowing through the heat medium flow path,
A recovered water tank to store water that will be recovered from the gas generated from the fuel cell system,
A cooling water supply pump for supplying water from the recovered water tank to the cooling water tank;
A hot water supply path for supplying hot water stored in the hot water that is branched and taken out from the hot water flow path on the downstream side of the heat exchanger to the hot water flow, to the recovered water tank;
It is a fuel cell system provided with the flow regulator which adjusts the amount of the hot water stored in the water supply channel.
また、第2の本発明は、前記回収水タンク内の水位を検知する水位センサと、
前記水位センサにより検知された水位が低下すると、前記貯湯水流路内の貯湯水を前記回収水タンクに供給するよう前記流量調整器を制御する制御器とを備えた、第1の本発明の燃料電池システムである。
Further, the second aspect of the present invention is a water level sensor for detecting a water level in the recovered water tank;
Wherein the water level detected by the water level sensor lowers, said savings hot water of the hot water storage water channel and a controller for controlling the flow regulator to supply the recovered water tank, the fuel of the first aspect of the present invention It is a battery system.
また、第3の本発明は、少なくとも前記貯湯水流路と前記給水路との接続部が、前記熱交換器の下流側出口の位置よりも高い位置に設置されている、第1又は第2の本発明の燃料電池システムである。 Moreover, 3rd this invention is the 1st or 2nd in which the connection part of the said hot water storage water flow path and the said water supply path is installed in the position higher than the position of the downstream exit of the said heat exchanger. It is a fuel cell system of the present invention.
また、第4の本発明は、前記熱交換器の下流側の前記貯湯水流路の少なくとも一部が、前記貯湯水流路と前記給水路との接続部よりも低い位置に設けられている、第1〜第3のいずれかの本発明の燃料電池システムである。 Moreover, 4th this invention is provided in the position where at least one part of the said hot water storage flow path of the downstream of the said heat exchanger is lower than the connection part of the said hot water storage flow path and the said water supply path, The fuel cell system according to any one of the first to third aspects of the present invention.
また、第5の本発明は、前記貯湯水流路の、前記給水路との接続部における流路断面積は、前記接続部の上流側の前記貯湯水流路の流路断面積よりも大きい、第1〜第4のいずれかの本発明の燃料電池システムである。 The fifth of the present invention, the hot water storage water passage, the flow path cross-sectional area in the connecting section between the water supply path is greater than the flow path cross-sectional area of the upstream side the hot-water storage water passage of said connecting portion, It is a fuel cell system according to any one of the first to fourth aspects of the present invention.
また、第6の本発明は、前記貯湯水流路の、前記給水路との接続部における流路断面積は、前記接続部の下流側の前記貯湯水流路の流路断面積よりも大きい、第1〜第5のいずれかの本発明の燃料電池システムである。 Further, the present invention of the sixth, the hot water storage water passage, the flow path cross-sectional area in the connecting section between the water supply path is greater than the flow path cross-sectional area of the downstream side the hot-water storage water passage of said connecting portion, It is a fuel cell system according to any one of the first to fifth aspects of the present invention.
また、第7の本発明は、前記流量調整器により前記給水路を流れる貯湯水量は、前記貯湯水流路を流れる貯湯水量以下とする、第1〜第4のいずれかの本発明の燃料電池システムである。 The seventh aspect of the present invention is the fuel cell system according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, wherein the amount of hot water flowing through the water supply channel by the flow rate regulator is equal to or less than the amount of hot water flowing through the hot water storage channel. It is.
また、第8の本発明は、前記回収水タンクは、少なくとも前記燃料電池からの排出ガスから回収された水分を貯える回収水タンクである、第1の本発明の燃料電池システムである。 The eighth aspect of the present invention is the fuel cell system according to the first aspect of the present invention, wherein the recovered water tank is a recovered water tank that stores water recovered from at least the exhaust gas from the fuel cell.
本発明によれば、熱交換器に流入する水量を安定に制御して、燃料電池の温度を安定な温度範囲に制御することができる。 According to the present invention, the amount of water flowing into the heat exchanger can be stably controlled, and the temperature of the fuel cell can be controlled within a stable temperature range.
以下、本発明または本発明に関連する発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention or an invention related to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る燃料電池システムの構成を示す模式的な図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
図1に示すように、本実施の形態1に係る燃料電池システムは、水素リッチなガスと、酸素を含有したガス(本実施の形態では、空気とする)を反応して電気を生み出す燃料電池部1と、燃料電池部1から発生した熱を回収し湯として貯える貯湯タンク2と、燃料電池部1に供給する水素リッチなガスを、炭化水素系の原料(本実施の形態では、都市ガスとする)と水から生成する水素生成部3と、燃料電池部1で使用されなかった水素リッチなガスもしくは原料を燃やして水素生成部3を加熱する燃焼部4と、燃料電池部1での発電時に発生した熱を貯湯タンク2に熱交換するための熱交換器5と、燃料電池システムより発生するガス中から回収された水が流れる回収水流路60及び回収水流路60に接続された回収水タンク6と、回収水タンク6の水の純度を高めるためのイオン交換樹脂7とを備える。なお、回収水タンク6の内部には、貯えられた冷却水の水位をモニターする水位センサ6aが設けられており、水位センサ6aは、例えばフロートスイッチにより実現される。又、燃焼部4から排出される排ガス流路、燃料電池部1の水素ガス流路17のオフガス排出側であるアノードオフガス流路、及び燃料電池部1の空気排出側であるカソードオフガス流路のそれぞれに凝縮器61、62、63が設けられており、各凝縮器61〜63により各オフガスからの回収された水分が回収水流路60を流れて回収水タンク6に貯えられる。
As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to the first embodiment is a fuel cell that generates electricity by reacting a gas rich in hydrogen and a gas containing oxygen (in this embodiment, air). Unit 1, a hot
さらに、本実施の形態に係る燃料電池システムは、燃料電池システムに供給する純度の高い水を貯める冷却水タンク8と、貯湯タンク2の水を熱交換器5へ供給するための貯湯ポンプ9と、冷却水タンク8の水を燃料電池部1の冷却水として循環させるための冷却水循環ポンプ10と、回収水タンク6の水を冷却水タンク8に供給するための冷却水供給ポンプ11と、冷却水タンク8及びイオン交換樹脂7の水が逆流することを防止する冷却水弁12とを備える。
Furthermore, the fuel cell system according to the present embodiment includes a cooling
さらに、本実施の形態に係る燃料電池システムは、貯湯ポンプ9により貯湯タンク2から熱交換器5へ供給された水の一部を回収水タンク6に供給する流量調整器13と、冷却水タンク8から冷却水循環ポンプ10により熱交換器5を通って循環する経路である熱媒体流路14と、貯湯タンク2から貯湯ポンプ9により熱交換器5を通って循環する経路である貯湯水流路15と、貯湯水流路15から分岐して流量調整器13により回収水タンク6へ水が供給される経路である給水路16と、水素生成部3から燃料電池部1を経由して燃焼部4へと水素リッチなガスを流通する水素ガス流路17と、水位センサ6aの検出した水位に基づいて、流量調整器13の動作を制御する制御器18とを備えている。
Furthermore, the fuel cell system according to the present embodiment includes a
このとき給水路16は、貯湯水流路15において、図中矢印にて示す貯湯水の流れに対して熱交換器5の配置位置より下流側の分岐点Bにて接続された構成となっている。
At this time, the
なお、上述した構成において、燃料電池部1は本発明の燃料電池に相当し、貯湯タンク2は本発明の貯湯タンクに相当し、貯湯ポンプ9は本発明の貯湯ポンプに相当し、貯湯水流路15は本発明の貯湯水流路に相当し、熱交換器5は本発明の熱交換器に相当する。又、回収水タンク6は本発明の回収水タンクに相当し、給水路16は本発明の給水路に相当し、流量調整器13は本発明の流量調整器に相当する。
In the configuration described above, the fuel cell unit 1 corresponds to the fuel cell of the present invention, the hot
又、水位センサ6aは本発明の水位センサに相当し、制御器18は本発明の制御器に相当する。
The
以上のように構成された本発明の実施の形態1に係る燃料電池システムについて、以下、その動作について説明する。 Hereinafter, the operation of the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention configured as described above will be described.
燃料電池システムの基本的な動作は、大きく分けて、(1)水素生成部3で水素リッチなガスを生成する動作と、(2)燃料電池部1において水素リッチなガスと空気から電気と熱を生み出す動作と、(3)燃料電池部1から発生した熱を貯湯タンク2に回収する動作と、(4)燃料電池システムから回収した水及び外部から供給した水を各部に供給する動作と、に分けられる。以下、説明する。
The basic operation of the fuel cell system is broadly divided into (1) an operation for generating a hydrogen-rich gas in the
上記(1)の動作においては、水素生成部3は、冷却水タンク8から供給された水を加熱して得られた水蒸気と外部から供給される原料とから、改質触媒を用いた改質反応により水素リッチなガスを生成する。この改質反応は吸熱反応であるため、反応に必要な熱は燃焼部4にて原料もしくは水素リッチなガスを燃焼することで水素生成部3に与える。このようにして生み出された水素リッチなガスは燃料電池部1に供給され、上記(2)の動作に使用される。
In the operation of (1) above, the
上記(2)の動作においては、燃料電池部1は、図示しないブロアなどの空気供給手段から供給された空気と、水素生成部3から供給された水素リッチなガスを反応させることにより、電気と熱を発生する。そして、発電に使用されなかった水素リッチなガスは水素ガス流路17を通って燃焼部4に送られ、燃焼部4で燃料として燃やされ、水素生成部3の加熱に使われる。燃料電池部1で発生した熱は、燃料電池部1の温度を所定の温度に制御するため、熱媒体流路14を流通する水により冷却される。
In the operation (2), the fuel cell unit 1 reacts with air supplied from an air supply means such as a blower (not shown) and hydrogen-rich gas supplied from the
上記(3)の動作においては、冷却水タンク8から冷却水循環ポンプ10により熱媒体流路14を流通する水が、熱媒体として、燃料電池部1で発生する熱を回収することにより、燃料電池部1を冷却する。この回収された熱は熱交換器5で、貯湯タンク2から貯湯ポンプ9により貯湯水流路15を流通する水に伝熱される。これにより、貯湯タンク2に燃料電池部1から発生した熱を回収することが可能となる。
In the operation (3), the water flowing through the heat
上記(4)の動作は、以下のようになる。図には記載しないが、燃焼部4から発生する燃焼排ガス中の水や、燃料電池部1から排出されるカソード排空気中の水や、燃料電池部1で使用されなかった水素リッチなガス中の水等の水は回収水タンク6に回収され、貯められる。これらの水は冷却水供給ポンプ11によりイオン交換樹脂7へ送られ、含有する金属イオン等を除去し、純度の高い水にした後、冷却水タンク8に貯められる。なお、回収水タンク6の水と冷却水タンク8の水を仕切るために冷却水弁12を設ける。
The operation (4) is as follows. Although not shown in the figure, the water in the combustion exhaust gas generated from the
このようにして、冷却水タンク8に貯められた水は再び燃料電池部1、水素生成部3の各部に供給されて、電気や熱を生成するために使われる。
In this way, the water stored in the cooling
各部から回収した水のみでは十分に水を賄えない場合、貯湯水流路15に設けられた給水路16から流量調整器13により回収水タンク6へ水を補給する。
When only the water collected from each part cannot sufficiently cover the water, the recovered
このとき、本実施の形態による燃料電池システムにおいては、給水路16の貯湯水流路15からの分岐位置は、図中矢印にて示す貯湯水の流れに対して熱交換器5の配置位置より下流側の分岐点Bにて接続された構成となっている。
At this time, in the fuel cell system according to the present embodiment, the branch position of the
これにより、貯湯タンク2から貯湯ポンプ9によって導かれた水は、全て熱交換器5に導入され、熱媒体流路14を循環する熱媒体としての水と熱交換する。
Thereby, all the water led from the hot
熱交換後、熱交換器5から流出した水の一部は給水路16に分岐し、残りは貯湯タンク2へ帰還する。
After the heat exchange, a part of the water flowing out from the
この動作において、熱交換器5には、貯湯ポンプ9の動作に応じた一定水量の水が通過することとなり、流量調整器13による給水路16への水量の変化の影響を受けることがない。したがって、熱交換器5の熱交換率は安定化し、燃料電池部1の温度を安定化、すなわち所定の範囲内に制御することが可能となる。
In this operation, a constant amount of water corresponding to the operation of the hot
これにより、燃料電池部1にて安定に電気エネルギーと熱エネルギーを生成することが可能となる。 Thereby, the fuel cell unit 1 can stably generate electric energy and heat energy.
次に、給水路16側の動作をさらに説明する。
Next, the operation on the
上述したように、回収水タンク6内には水位センサ6aが設置されており、その水位が所定値以下となった場合、これを検出した制御器18は、回収水タンク6に水を補給するために、流量調整器13を制御して、給水路16を通して貯湯水流路15の水を回収水タンク6へ送る。水を補給することで、回収水タンク6内の水位が所定値より上となった場合は、制御器18は、流量調整器13による水の供給を停止する。このようにして、常に回収水タンク6に水が存在するように制御する。
As described above, the
水位センサ6aとしてフロートスイッチを用いた場合、回収水タンク6内の、当該所定値に対応する位置でスイッチがONとなり通電するように設定すれば、水位の低下によってスイッチがONとなると、制御器18はフロートスイッチからの電流を検知して、流量調整器13を起動させることができる。一方、給水路16からの給水によって回収水タンク6内の水位が上昇し、スイッチがOFFとなれば、制御器18はフロートスイッチからの電流が流れなくなったことを検知して、流量調整器13を停止させる制御を行う。
When a float switch is used as the
この間、貯湯水流路15側においては、熱交換器5には、貯湯ポンプ9の動作に応じた一定水量の水が通過しているため、燃料電池部1の温度は安定化されている。
During this time, on the side of the hot
冷却水タンク8の制御は、冷却水タンク8に設けた水位センサ8aをもとに、冷却水タンク8に水が所定の水位より上である状態を維持するために、水位センサ8aで検出される水位が所定値以下になった場合、回収水タンク6から冷却水供給ポンプ11により水を供給する。このとき、制御器18は、冷却水タンク8の水位センサ8aの水位に基づき冷却水供給ポンプ11の動作を制御することになるが、回収水タンク6から冷却水タンク8へ供給されることで減少する水量を補うため、冷却水供給ポンプ11の動作とともに流量調整器13を制御し、給水路16より回収水タンク6に水を補給しても構わない。
The control of the cooling
なお、流量調整器13は、給水路16の流量を調整できるものであれば具体的な構成に限定されない。ポンプなどで圧送するものであっても構わないし、電磁弁のような開閉弁であってもよいし、ニードル弁のような流量調整弁であっても構わない。本実施の形態では電磁弁を用いて行った。
The
なお、給水路16を経由して回収水タンク6へ供給する水量は、貯湯タンク2から熱交換器5へ貯湯ポンプ9により送られる水量よりも少なくする必要がある。熱交換器5を通過する水量を一定に保つためである。本実施の形態では、貯湯タンク2から熱交換器5へ送られる水量は、約0.1〜0.5L/minである。よって、給水路16を流れる水量は約0.1L/minとした。ただし、貯湯水流路15の、貯湯タンク2から熱交換器5を経由して給水路16との分岐点Bに達するまでの上流側の配管の圧力損失に比べて、下流側である給水路16との分岐点Bから貯湯タンク2までの配管の圧力損失が十分に小さい(本実施の形態では、1/10倍以下の圧力損失とした)ならば、流量調整器13により回収水タンク6へ送られる水は、上流側ではなく下流側の貯湯水流路15を通って、直接貯湯タンク2の水を用いるため、流量調整器13による給水量は約0.1L/minに限るものではない。
The amount of water supplied to the recovered
又、本実施の形態は、図1に示すように、給水路16は、貯湯水流路15での水の流れに対して下流側に位置する熱交換器5の出口の位置よりも高い位置に設けるようにしたことを特徴とする。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
これは以下の理由による。すなわち、貯湯タンク2から熱交換器5に送られた水は、熱交換器5における熱交換により加熱される。水は加熱されることにより溶存可能なガス量が減少するため、溶けきれなくなった酸素などの空気が気泡として発生してしまう。この気泡は熱交換器5に溜まると伝熱を妨げる要因となる。又、気泡が貯湯水流路15の配管に溜まると、流路を閉塞することがある。又、配管内の水封が崩れることで、水を安定した流量で送ることが出来なくなる。
This is due to the following reason. That is, the water sent from the hot
この気泡を除去するためには、貯湯水流路15の、熱交換器5の下流側の任意の箇所にエア抜き栓を付けることで対応することができる。しかし、エア抜き栓を付けると部品点数が増えるために、燃料電池システムのコストアップになってしまう。
In order to remove this bubble, it can respond by attaching an air vent plug to the arbitrary locations of the hot water
そこで、本実施の形態においては、上記の構成とすることにより、給水路16にてエア抜きを行うことで、エア抜き栓を用いずに、熱交換器5にて発生した気泡を貯湯水流路15から抜くことが可能となる。熱交換器5で発生した気泡は、より高い位置にある給水路16の配管に溜まり易くなり、流量調整器13での回収水タンクへの給水とともに、気泡が回収水タンク6へと運ばれていく。
Therefore, in the present embodiment, by adopting the above-described configuration, air generated in the
なお、給水路16の配管全体を熱交換器5の出口側より高い位置に設ける他、給水路16と貯湯水流路15との分岐点Bに相当する配管の接続部のみを、熱交換器5の出口側よりも高い位置に設けるようにしてもよい。これによっても給水路16側へ気泡を逃がし安くすることが可能となる。
In addition, the entire pipe of the
又、貯湯水流路15で発生した気泡を給水路16の配管に溜まり易くするためには、上記図1の構成に限定せず、図2に示すように、給水路16との分岐点Bに対応する配管の接続部よりも水の流れに対して下流側になる貯湯水流路15の配管の一部を、当該接続部よりも低くするようにしてもよい。こうすることで、水の浮力により気泡は給水路16に移動し易くなり、エア抜き性能を向上させることが可能となる。
Moreover, in order to make it easy to collect the bubble which generate | occur | produced in the hot water
さらに、貯湯水流路15の、給水路16との分岐点Bに対応する配管の接続部の位置を熱交換器5の下流側とすることにより、貯湯タンク2で使用する水道水中に含有する塩素を加熱して除去し易くなるというメリットがある。
Furthermore, the chlorine contained in the tap water used in the hot
これについて、以下、説明する。熱交換器5で加熱された水は流量調整器13により回収水タンク6に供給される。
This will be described below. The water heated by the
回収水タンク6は、燃料電池部1を通ったカソード空気や、燃焼部4より発生した燃焼排ガス中の水を回収するために、大気と連通した構造を有している。そのため、流量調整器13により回収水タンクに送られた水も大気と同圧に下がるため、加熱されていた水はより塩素を放出し易くなる。
The recovered
このように回収水タンク6に供給される水の塩素を低減することで、回収水タンク6の水を冷却水タンク8に供給する時、イオン交換樹脂7にかかる負荷を低減することが可能となる。これにより、イオン交換樹脂7の寿命を延ばし、耐久性能を向上させることができる。
By reducing the chlorine of the water supplied to the recovered
又、給水路16に気泡が溜まり易くするためには、給水路16と貯湯水流路15との分岐点Bに対応する配管の接続部の流路断面積をその前後の流路断面積よりも大きく構成したほうが良い。流路断面積を大きくし気泡が溜まる空間を前後の配管よりも広く設けることで、その空間に気泡がより溜まり易くなる。このとき、接続部の流路断面積は、接続部の両方にて流路の他の部分より大きくなくともよい。接続部の上流側に対してのみ大きいとしてもよいし、下流側に対してのみ大きいとしてもよい。
Further, in order to make it easier for air bubbles to collect in the
以上述べたように、本実施の形態の燃料電池システムでは、熱交換器5に流れる水量を変動させることなく、燃料電池部1への冷却に必要な水を給水でき、かつ、貯湯水流路15内の気泡を除去することが可能となり、熱交換器に送る水量を安定に制御することができるため、燃料電池部1の温度を安定に制御することが可能となり、燃料電池部1での発電を安定して行うことができる。それゆえ、燃料電池システムから電力エネルギーと熱エネルギーを安定して供給することが可能となり、信頼性の高い燃料電池システムを実現する事が可能となる。
As described above, in the fuel cell system according to the present embodiment, water necessary for cooling the fuel cell unit 1 can be supplied without changing the amount of water flowing through the
さらに、イオン交換樹脂の寿命を延ばし、耐久性能を向上させることも可能となる。 Furthermore, it is possible to extend the life of the ion exchange resin and improve the durability performance.
(実施の形態2)
従来の技術等で述べたように、燃料電池システムで用いられる水は、装置内で発生した水を凝縮により回収して、これを再利用するようにしたり、外部の水を供給するなどして賄われている。
(Embodiment 2)
As described in the prior art, the water used in the fuel cell system can be recovered by condensing the water generated in the device and reused, or by supplying external water. It is funded.
実施の形態1においてもこれと同様に、冷却水タンク8に補給する水は、システム内で凝縮により回収した燃焼部4から発生する燃焼排ガス中の水や、燃料電池部1から排出されるカソード排空気中の水や、燃料電池部1で使用されなかった水素リッチなガス中の水、及び貯湯タンク2から給水路16を経て導入した水を全て回収水タンク6に一度集めた後、イオン交換樹脂7で純度を高めた後に利用することとしていた。
Similarly, in the first embodiment, the water to be supplied to the cooling
これに対し、本実施の形態2に係る燃料電池システムは、冷却水タンク8への水の補給が必要な場合、貯湯水流路15から分岐した水が給水路より直接冷却水タンク8へ供給される点で、実施の形態1と異なる。
In contrast, in the fuel cell system according to the second embodiment, when water needs to be supplied to the cooling
以下、実施の形態2について図面を参照して説明する。 The second embodiment will be described below with reference to the drawings.
図3は、本発明に関連する発明の実施の形態2に係る燃料電池システムの構成を示す模式的な図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell system according to
図3に示すように、本実施の形態においては、給水路16の、流量調整器13から下流側は、実施の形態1のように回収水タンク6に接続されず、流量調整器13から直接冷却水タンク8に接続する構成としている。
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the downstream side of the
なお、冷却水タンク8と流量調整器13との間には、更にイオン交換樹脂19を設け、通過する水の金属イオン等を除去し、純度を高めるようにしている。
In addition, an
これにより、冷却水タンク8の水位センサ8aで検出された水位が低下して冷却水タンク8へ水が補給される場合に、流量調整器13を制御するだけで冷却水タンク8への水補給が実行でき、実施の形態1のように回収水タンク6から冷却水タンク8へ水を補給するために冷却水供給ポンプ11を動作させる必要がなくなり、余分な動作及び電力を消費することがなくなりより効率的な水補給動作が可能になる。
As a result, when the water level detected by the
また、本実施の形態においては、冷却水タンク8を給水路16と貯湯水流路15との分岐点Bよりも上方に配置し、分岐点Bから上方に位置する冷却水タンク8に給水路16が延びる構成としている。
Further, in the present embodiment, the cooling
これにより、以下の効果が得られる。すなわち、実施の形態1のように回収水タンク6に対して給水する構成とした場合、回収水タンク6は給水路16及び回収水流路60から回収した水を全て集める必要があるため、通常、燃料電池システムの最下部に設ける必要がある。この場合、必然的に、給水路16中の水は下方向に流れることになり、エア抜け性の確保が問題となる。
Thereby, the following effects are acquired. That is, when it is configured to supply water to the recovered
これに対し、本実施の形態2のように冷却水タンク8に給水する構成とすることにより、冷却水タンク8はシステム内部の配置に自由度があるので、給水する位置である分岐点Bよりも上方向に設置することができる。この場合、給水路16の水は上方向に流れる構成になり水の流れとともにエアも給水路16上方に移動するため、最終的には給水路16出口から排出されやすくなる。つまり、給水路16のエア抜け性を良好にすることができる。
On the other hand, since the cooling
又、上記の各実施の形態においては、給水路16上の流量調整器13は、水位センサ6a又は8aの水位検出に基づき、制御器18により制御されるものとしたが、制御器18及び各水位センサ6a、8aは省略した構成としてもよい。この場合、燃料電池システムの運転時間に応じたON−OFF制御や燃料電池での発電量に応じたON−OFF制御等を行なっても構わない。
In the above embodiments, the
本発明に係る燃料電池システムは、熱交換器に流通する水量を安定に制御して、燃料電池の温度を所定の範囲内に制御することができる効果を有し、発電装置として種々の用途で利用可能であり、例えば、家庭用燃料電池コージェネレーションシステム等として有効である。 The fuel cell system according to the present invention has an effect of stably controlling the amount of water flowing through the heat exchanger and controlling the temperature of the fuel cell within a predetermined range. For example, it is effective as a household fuel cell cogeneration system.
1 燃料電池部
2 貯湯タンク
3 水素生成部
4 燃焼部
5 熱交換器
6 回収水タンク
6a 水位センサ
7 イオン交換樹脂
8 冷却水タンク
8a 水位センサ
9 貯湯ポンプ
10 冷却水循環ポンプ
11 冷却水供給ポンプ
12 冷却水弁
13 流量調整器
14 熱媒体流路
15 貯湯水流路
16 給水路
16s 下流経路
17 水素ガス流路
18 制御器
19 イオン交換樹脂
61、62、63 凝縮器
A 分岐点
B 分岐点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
前記燃料電池を冷却する水が流れる熱媒体流路と、
前記燃料電池を冷却する水を貯える冷却水タンクと、
貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの貯湯水が流れる貯湯水流路と、
前記貯湯水流路内に前記貯湯水を流すための貯湯ポンプと、
前記熱媒体流路を流れる水と前記貯湯水流路を流れる貯湯水との間で熱交換をする熱交換器と、
前記燃料電池システムより発生するガス中から回収される水を貯える回収水タンクと、
前記回収水タンクの水を前記冷却水タンクに供給するための冷却水供給ポンプと、
前記貯湯水の流れに対して前記熱交換器の下流側の前記貯湯水流路より分岐して取り出された貯湯水を、前記回収水タンクに供給するための給水路と、
前記給水路を流れる貯湯水の水量を調整する流量調整器とを備えた燃料電池システム。 A fuel cell system comprising a fuel cell ,
A heat medium flow path through which water for cooling the fuel cell flows;
A cooling water tank for storing water for cooling the fuel cell;
A hot water storage tank,
A hot water storage passage through which hot water stored in the hot water storage tank flows;
A hot water storage pump for flowing the hot water in the hot water flow path;
A heat exchanger for heat exchange between the hot water flowing through the hot-water flow passage with the water flowing through the heat medium flow path,
A recovered water tank to store water that will be recovered from the gas generated from the fuel cell system,
A cooling water supply pump for supplying water from the recovered water tank to the cooling water tank;
A hot water supply path for supplying hot water stored in the hot water that is branched and taken out from the hot water flow path on the downstream side of the heat exchanger to the hot water flow, to the recovered water tank;
A fuel cell system comprising: a flow rate regulator for adjusting the amount of hot water stored in the water supply channel.
前記水位センサにより検知された水位が低下すると、前記貯湯水流路内の貯湯水を前記回収水タンクに供給するよう前記流量調整器を制御する制御器とを備えた、請求項1に記載の燃料電池システム。 A water level sensor for detecting the water level in the recovered water tank;
When the water level detected by the water level sensor is reduced, said savings hot water of the hot water storage water channel and a controller for controlling the flow regulator to supply the recovered water tank, the fuel according to claim 1 Battery system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007041055A JP5202854B2 (en) | 2007-02-21 | 2007-02-21 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007041055A JP5202854B2 (en) | 2007-02-21 | 2007-02-21 | Fuel cell system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008204860A JP2008204860A (en) | 2008-09-04 |
JP5202854B2 true JP5202854B2 (en) | 2013-06-05 |
Family
ID=39782123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007041055A Active JP5202854B2 (en) | 2007-02-21 | 2007-02-21 | Fuel cell system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5202854B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5371554B2 (en) * | 2009-06-01 | 2013-12-18 | 大阪瓦斯株式会社 | Solid oxide fuel cell system |
JP5907372B2 (en) * | 2011-11-28 | 2016-04-26 | アイシン精機株式会社 | Fuel cell system |
JP6534014B2 (en) * | 2015-12-14 | 2019-06-26 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Hydrogen generator and fuel cell system |
-
2007
- 2007-02-21 JP JP2007041055A patent/JP5202854B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008204860A (en) | 2008-09-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5371554B2 (en) | Solid oxide fuel cell system | |
JP6575867B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2008293994A (en) | Fuel cell system | |
WO2006057223A9 (en) | Fuel cell system | |
JP2008273822A (en) | Hydrogen forming apparatus, fuel cell system, and method of controlling hydrogen forming apparatus | |
JP2005100873A (en) | Fuel cell system | |
WO2011052233A1 (en) | Fuel cell cogeneration system | |
JP5142604B2 (en) | Fuel cell device | |
JP5202854B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5063189B2 (en) | Fuel cell device | |
KR101095665B1 (en) | Fuel cull power generation system | |
JP4690101B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2008300058A (en) | Fuel cell device | |
JP2008159467A (en) | Fuel cell device | |
JP5025929B2 (en) | Fuel cell power generation system | |
JP2007280970A (en) | Fuel cell system | |
JP5667252B2 (en) | Solid oxide fuel cell system | |
JP4690023B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5253705B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5593808B2 (en) | Fuel cell hot water supply system | |
JP6654463B2 (en) | Solid oxide fuel cell system | |
JP4087842B2 (en) | Fuel cell system | |
JP6299383B2 (en) | Cogeneration system | |
JP2013206657A (en) | Fuel cell power generation system | |
JP7422007B2 (en) | Solid oxide fuel cell system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20091127 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20091127 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20091127 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20120113 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120515 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120516 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120706 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130122 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130213 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5202854 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160222 Year of fee payment: 3 |