JP5231896B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
燃料電池システムであって、燃料電池と、前記燃料電池で電気化学反応に供された後の燃料ガスを燃焼させる燃焼部と、第1導出口を備え、前記燃焼部において燃焼後の排ガス中の水蒸気を凝縮させて凝縮水を生成し、前記凝縮水を前記第1導出口を介して外部に導出する凝縮部と、第2導出口を備え、前記凝縮部から導出された前記凝縮水を貯留すると共に、貯留した貯留水を前記第2導出口を介して外部に導出する水タンクと、導入口を備え、前記水タンクから導出された前記貯留水、および、改質燃料が、導入口を介して導入される改質装置と、を備え、前記凝縮部の前記第1導出口、前記水タンクの前記第2導出口、および、前記改質装置の前記導入口は、高さが高い順に、前記第1導出口、前記第2導出口、前記導入口となるように配置されることを要旨とする。
燃料電池システムであって、燃料電池と、第1導出口を備え、前記燃料電池から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて凝縮水を生成し、前記凝縮水を前記第1導出口を介して外部に導出する凝縮部と、第2導出口を備え、前記凝縮部から導出された前記凝縮水を貯留すると共に、貯留した貯留水を前記第2導出口を介して外部に導出する水タンクと、導入口を備え、前記水タンクから導出された前記貯留水、および、改質燃料が、前記導入口を介して導入される改質装置と、を備え、前記凝縮部の前記第1導出口、前記水タンクの前記第2導出口、および、前記改質装置の前記導入口は、高さが高い順に、前記第1導出口、前記第2導出口、前記導入口となるように配置されることを要旨とする。
適用例1または適用例2に記載の燃料電池システムにおいて、前記水タンクの前記第2導出口より低い低位部を有し、前記改質装置に前記改質燃料を供給するための改質燃料流路と、前記水タンクの前記第2導出口と、前記改質燃料流路における前記低位部とを接続する水供給流路と、前記改質燃料流路と前記水供給流路との接続部に配置され、前記水タンクの前記貯留水の水圧を背圧として利用し、前記水タンクの前記貯留水を、前記水供給流路を介して前記改質燃料流路に噴射するインジェクタと、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
適用例1ないし適用例3のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記凝縮部に冷媒を供給し、前記排ガスと熱交換を行う冷却機構を備えることを特徴とする燃料電池システム。
適用例4に記載の燃料電池システムにおいて、前記冷媒は、水であることを特徴とする燃料電池システム。
燃料電池システムであって、燃料電池と、第3導出口を備え、貯留する貯留水を前記第3導出口を介して外部に導出する水タンクと、導入口を備え、前記水タンクから導出された前記貯留水、および、改質燃料が、前記導入口を介して導入される改質装置と、前記水タンクの前記第3導出口より低い低位部を有し、前記改質装置に前記改質燃料を供給するための改質燃料流路と、前記水タンクの前記第3導出口と、前記改質燃料流路における前記低位部とを接続する水供給流路と、前記改質燃料流路と前記水供給流路との接続部に配置され、前記水タンクの前記貯留水の水圧を背圧として利用し、前記貯留水を、前記水供給流路を介して前記改質燃料流路に噴射するインジェクタと、を備えることを要旨とする。
適用例6に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池で電気化学反応に供された後の燃料ガスを燃焼させる燃焼部と、第4導出口を備え、前記燃焼部において燃焼後の排ガス中の水蒸気を凝縮させて凝縮水を生成し、前記凝縮水を前記第4導出口を介して外部に導出する凝縮部と、を備え、前記水タンクは、前記凝縮部から導出された前記凝縮水を前記貯留水として貯留することを特徴とする燃料電池システム。
適用例6に記載の燃料電池システムにおいて、第5導出口を備え、前記燃料電池から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて凝縮水を生成し、前記凝縮水を前記第5導出口を介して外部に導出する凝縮部と、を備え、前記水タンクは、前記凝縮部から導出された前記凝縮水を前記貯留水として貯留することを特徴とする燃料電池システム。
A.第1実施例:
A1.燃料電池システムの構成:
図1は、本発明の第1実施例としての燃料電池システム1000の構成を示すブロック図である。本実施例の燃料電池システム1000は、主に、ブロワ10と、改質装置20と、インジェクタ30と、凝縮器40と、水タンク50と、圧力センサ55と、改質燃料供給ポンプ60と、冷却水循環ポンプ70と、湯タンク80と、燃料電池100と、燃焼部100Aと、制御回路200と、を備えている。なお、図1において、下方向が重力方向下向きを示す。
B1.燃料電池システムの構成:
図2は、本発明の第2実施例としての燃料電池システム1000Aの構成を示すブロック図である。本実施例の燃料電池システム1000Aは、基本的に燃料電池システム1000と同様の構成であるが、主に、燃焼部100Aを備えない点で相違する。燃料電池システム1000Aにおいて、燃料電池システム1000同様の構成には、同様の符号を付しており、その説明を省略する。
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば以下のような変形も可能である。
上記実施例の燃料電池システムは、燃料電池100として、固体酸化物型燃料電池を用いているが、本発明は、これに限られるものではなく、例えば、燃料電池100として、固体高分子型燃料電池、水素分離膜型燃料電池、アルカリ水溶液電解質型燃料電池、リン酸電解質型燃料電池、あるいは、溶融炭酸塩電解質型燃料電池を用いるようにしてもよい。このようにしても、上記実施例の効果を奏することができる。
上記第1実施例の燃料電池システム1000において、燃焼部100Aは、燃料電池100と共に一体化された燃料電池ユニットを形成するようにしてもよい。このようにすれば、燃料電池システムを小型化することが可能である。
上記実施例の燃料電池システムでは、冷却水循環流路17を循環させる冷媒として水を用いるようにしているが、本発明は、これに限られるものではなく、水以外の冷媒を用いるようにしてもよい。このようにすれば、冷媒を昇温させることができ、その冷媒を、例えば、暖房用媒体として用いることができる。
上記実施例の燃料電池システムでは、水タンク50の貯留水を、インジェクタ30を用いて改質装置20に供給するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、水供給流路14と改質燃料供給流路15との接続部に、インジェクタ30ではなく、エジェクタを設け、貯留水の水圧、および、改質燃料供給流路15における都市ガスの流れを利用して、水タンク50の貯留水を改質装置20へ供給するようにしてもよい。このようにすれば、制御回路200が制御することなく、改質装置20へ貯留水を供給することができる。
上記実施例の燃料電池システムにおいて、インジェクタ30は、改質装置20の高温ガス導入口20Aより高い位置に配置されることが好ましい。このようにすれば、改質燃料供給流路15における都市ガスの流れが弱くても、インジェクタ30から噴霧された貯留水を、改質装置20へ供給することができる。
11…酸化ガス供給流路
12…高温ガス排出流路
13…凝縮水流路
14…水供給流路
15…改質燃料供給流路
16…燃料ガス供給流路
17…冷却水循環流路
20…改質装置
20A…高温ガス導入口
30…インジェクタ
40,41…凝縮器
40A,41A…凝縮水導出口
50…水タンク
50A…水導出口
55…圧力センサ
60…改質燃料供給ポンプ
70…冷却水循環ポンプ
80…湯タンク
90…消費部
100…燃料電池
100A…燃焼部
200…制御回路
1000,1000A…燃料電池システム
Claims (7)
- 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池で電気化学反応に供された後の燃料ガスを燃焼させる燃焼部と、
第1導出口を備え、前記燃焼部において燃焼後の排ガス中の水蒸気を凝縮させて凝縮水を生成し、前記凝縮水を前記第1導出口を介して外部に導出する凝縮部と、
第2導出口を備え、前記凝縮部から導出された前記凝縮水を貯留すると共に、貯留した貯留水を前記第2導出口を介して外部に導出する水タンクと、
導入口を備え、前記水タンクから導出された前記貯留水、および、改質燃料が、導入口を介して導入される改質装置と、
を備え、
前記凝縮部の前記第1導出口、前記水タンクの前記第2導出口、および、前記改質装置の前記導入口は、高さが高い順に、前記第1導出口、前記第2導出口、前記導入口となるように配置され、さらに、
前記水タンクの前記第2導出口より低い低位部を有し、前記改質装置に前記改質燃料を供給するための改質燃料流路と、
前記水タンクの前記第2導出口と、前記改質燃料流路における前記低位部とを接続する水供給流路と、
前記改質燃料流路と前記水供給流路との接続部に配置され、前記水タンクの前記貯留水の水圧を背圧として利用し、前記水タンクの前記貯留水を、前記水供給流路を介して前記改質燃料流路に噴射するインジェクタと、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
第1導出口を備え、前記燃料電池から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて凝縮水を生成し、前記凝縮水を前記第1導出口を介して外部に導出する凝縮部と、
第2導出口を備え、前記凝縮部から導出された前記凝縮水を貯留すると共に、貯留した貯留水を前記第2導出口を介して外部に導出する水タンクと、
導入口を備え、前記水タンクから導出された前記貯留水、および、改質燃料が、前記導入口を介して導入される改質装置と、
を備え、
前記凝縮部の前記第1導出口、前記水タンクの前記第2導出口、および、前記改質装置の前記導入口は、高さが高い順に、前記第1導出口、前記第2導出口、前記導入口となるように配置され、さらに、
前記水タンクの前記第2導出口より低い低位部を有し、前記改質装置に前記改質燃料を供給するための改質燃料流路と、
前記水タンクの前記第2導出口と、前記改質燃料流路における前記低位部とを接続する水供給流路と、
前記改質燃料流路と前記水供給流路との接続部に配置され、前記水タンクの前記貯留水の水圧を背圧として利用し、前記水タンクの前記貯留水を、前記水供給流路を介して前記改質燃料流路に噴射するインジェクタと、を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項1または請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記凝縮部に冷媒を供給し、前記排ガスと熱交換を行う冷却機構を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項3に記載の燃料電池システムにおいて、
前記冷媒は、水であることを特徴とする燃料電池システム。 - 燃料電池システムであって、
燃料電池と、
第3導出口を備え、貯留する貯留水を前記第3導出口を介して外部に導出する水タンクと、
導入口を備え、前記水タンクから導出された前記貯留水、および、改質燃料が、前記導入口を介して導入される改質装置と、
前記水タンクの前記第3導出口より低い低位部を有し、前記改質装置に前記改質燃料を供給するための改質燃料流路と、
前記水タンクの前記第3導出口と、前記改質燃料流路における前記低位部とを接続する水供給流路と、
前記改質燃料流路と前記水供給流路との接続部に配置され、前記水タンクの前記貯留水の水圧を背圧として利用し、前記貯留水を、前記水供給流路を介して前記改質燃料流路に噴射するインジェクタと、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項5に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池で電気化学反応に供された後の燃料ガスを燃焼させる燃焼部と、
第4導出口を備え、前記燃焼部において燃焼後の排ガス中の水蒸気を凝縮させて凝縮水を生成し、前記凝縮水を前記第4導出口を介して外部に導出する凝縮部と、
を備え、
前記水タンクは、前記凝縮部から導出された前記凝縮水を前記貯留水として貯留することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項5に記載の燃料電池システムにおいて、
第5導出口を備え、前記燃料電池から排出される排ガス中の水蒸気を凝縮させて凝縮水を生成し、前記凝縮水を前記第5導出口を介して外部に導出する凝縮部と、を備え、
前記水タンクは、前記凝縮部から導出された前記凝縮水を前記貯留水として貯留することを特徴とする燃料電池システム。
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