JP5299970B2 - Fuel cell system - Google Patents

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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.

従来の燃料電池システムとして、灯油や液化石油ガス等の原燃料を改質することにより、水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、その改質ガス中の水素と空気中の酸素とを電気化学反応させることにより発電を行う燃料電池と、を備えるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この燃料電池システムでは、改質器の上流側において原燃料を脱硫する脱硫器を備えている。   As a conventional fuel cell system, a reformer that generates reformed gas containing hydrogen by reforming raw fuel such as kerosene and liquefied petroleum gas, hydrogen in the reformed gas, and oxygen in the air And a fuel cell that generates electricity by causing them to undergo an electrochemical reaction (see, for example, Patent Document 1). This fuel cell system includes a desulfurizer that desulfurizes the raw fuel upstream of the reformer.

特開2002−293504号公報JP 2002-293504 A

上述したような燃料電池システムは、近年、一般家庭に普及しつつあり、そのため更なる信頼性の向上が望まれている。従来の燃料電池システムにおいては、システムの停止中に、配管や脱硫器に残留している原燃料が脱硫器の触媒に吸着されることによって、システムの再起動時に脱硫器の内圧が負圧になっている場合があった。脱硫器が負圧の状態で原燃料を供給した場合、原燃料が脱硫器に急激に流れ込むことによって、原燃料の供給源側の設備に影響を与える可能性があった。以上によって、燃料電池システムの信頼性に影響を与える場合があった。   In recent years, the fuel cell system as described above has been spreading to general households, and therefore further improvement in reliability is desired. In conventional fuel cell systems, the raw fuel remaining in the piping and desulfurizer is adsorbed by the catalyst of the desulfurizer while the system is stopped, so that the internal pressure of the desulfurizer becomes negative when the system is restarted. There was a case. When the raw fuel is supplied with the desulfurizer in a negative pressure state, the raw fuel suddenly flows into the desulfurizer, which may affect the equipment on the raw fuel supply source side. As a result, the reliability of the fuel cell system may be affected.

そこで、本発明は、信頼性の向上を図ることができる燃料電池システムを提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of improving reliability.

上記課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、原燃料の脱硫を行う脱硫器と、脱硫器の上流側に配置される第一弁と、第一弁と脱硫器との間に配置される第二弁と、第一弁と第二弁との間に配置されて、原燃料を貯留する貯留部と、第一弁及び第二弁のそれぞれの開閉の制御を行う制御手段と、を備え、制御手段は、システムの起動時において、第二弁が閉状態となっているときに第一弁を開状態とすることによって貯留部に原燃料を貯留し、貯留部に原燃料が貯留された後に第一弁を閉状態とし、第二弁を開状態とすることで原燃料を脱硫器へ供給することを特徴とする。   In order to solve the above problems, a fuel cell system according to the present invention includes a desulfurizer that performs desulfurization of raw fuel, a first valve disposed upstream of the desulfurizer, and a first valve and a desulfurizer. A second valve that is disposed, a storage section that is disposed between the first valve and the second valve, stores raw fuel, and a control unit that controls opening and closing of each of the first valve and the second valve; The control means stores the raw fuel in the storage portion by opening the first valve when the second valve is closed when the system is started, and the raw fuel in the storage portion. After the fuel is stored, the first valve is closed and the second valve is opened to supply the raw fuel to the desulfurizer.

本発明に係る燃料電池システムでは、脱硫器の上流側に、上流から順番に第一弁、貯留部、及び第二弁が配置されている。また、第一弁及び第二弁を制御することのできる制御手段は、システムの起動時において、第二弁が閉状態となっているときに第一弁を開状態とすることによって貯留部に原燃料を貯留する。このとき、第二弁が閉状態となっているため、原燃料の供給源から脱硫器に大量の原燃料が一度に流れ込むことを防止しながら、貯留部に原燃料を一旦貯留しておくことができる。次に、貯留部に原燃料が貯留された後に第一弁を閉状態とし、第二弁を開状態とすることで、原燃料の供給源から脱硫器に大量の原燃料が一度に流れ込むことを防止しながら、貯留部中の原燃料を脱硫器へ供給することができる。このように、脱硫器へ原燃料を供給することで、脱硫器内の圧力を上げることができる。更に、制御手段は、第一弁と第二弁の開閉を繰り返すことで徐々に脱硫器内の圧力を上げることができ、最終的には脱硫器の負圧を解消することができる。また、特別な装置を設けることなく、脱硫器の下流側に配置された二つの弁のみによって、脱硫器内の負圧を解消することができる。以上によって、システムの起動時に供給源から原燃料が脱硫器に急激に流れ込むことを低いコストで防止することが可能となり、これによって、燃料電池システムの信頼性の向上を図ることができる。   In the fuel cell system according to the present invention, the first valve, the reservoir, and the second valve are arranged in order from the upstream side on the upstream side of the desulfurizer. Further, the control means capable of controlling the first valve and the second valve is provided in the storage unit by opening the first valve when the second valve is in a closed state when the system is activated. Store raw fuel. At this time, since the second valve is closed, the raw fuel is temporarily stored in the storage portion while preventing a large amount of raw fuel from flowing into the desulfurizer from the raw fuel supply source at a time. Can do. Next, after the raw fuel is stored in the reservoir, the first valve is closed and the second valve is opened, so that a large amount of raw fuel flows from the raw fuel supply source into the desulfurizer at once. It is possible to supply the raw fuel in the reservoir to the desulfurizer while preventing the above. Thus, the pressure in a desulfurizer can be raised by supplying raw fuel to a desulfurizer. Furthermore, the control means can gradually increase the pressure in the desulfurizer by repeatedly opening and closing the first valve and the second valve, and finally can eliminate the negative pressure in the desulfurizer. Further, the negative pressure in the desulfurizer can be eliminated by only two valves arranged on the downstream side of the desulfurizer without providing a special device. As described above, it is possible to prevent the raw fuel from suddenly flowing into the desulfurizer from the supply source at the time of starting the system at a low cost, thereby improving the reliability of the fuel cell system.

また、本発明に係る燃料電池システムでは、脱硫器の下流側に配置され、制御手段に開閉を制御される第三弁を更に備え、制御手段は、システムの停止時に第三弁を閉状態とし、システムの起動時において脱硫器内の負圧が解消された後に第三弁を開状態とすることが好ましい。これによって、システム停止中に脱硫器の下流側の配管に残層するガスが吸着されることを防止することができ、システム起動時において負圧になっている範囲を脱硫器内及び脱硫器の上流側のみに限定することができる。   The fuel cell system according to the present invention further includes a third valve disposed downstream of the desulfurizer and controlled to be opened and closed by the control means. The control means closes the third valve when the system is stopped. It is preferable to open the third valve after the negative pressure in the desulfurizer is eliminated at the time of starting the system. As a result, it is possible to prevent the remaining gas from being adsorbed on the downstream piping of the desulfurizer while the system is stopped, and the range where the negative pressure is generated when the system is started is reduced in the desulfurizer and in the desulfurizer. It can be limited to the upstream side only.

本発明によれば、燃料電池システムの信頼性の向上を図ることができる。   According to the present invention, it is possible to improve the reliability of the fuel cell system.

本発明に係る燃料電池システムの一実施形態の構成概略図である。1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a fuel cell system according to the present invention. 本実施形態の燃料電池システムの特徴部分における構成概略図である。It is the structure schematic in the characteristic part of the fuel cell system of this embodiment. 本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the fuel cell system which concerns on this embodiment. 本発明の燃料電池システムの実施例の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the Example of the fuel cell system of this invention.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図1は、本発明に係る燃料電池システムの一実施形態の構成概略図である。図1に示されるように、燃料電池システム1は、原燃料を改質することにより改質ガスを生成する改質器2と、改質ガスを用いて発電を行う固体高分子形の燃料電池3と、を備えている。燃料電池システム1は、家庭用の電力供給源として利用され、原燃料としては、液化石油ガス(LPG)が用いられる。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a fuel cell system according to the present invention. As shown in FIG. 1, a fuel cell system 1 includes a reformer 2 that generates reformed gas by reforming raw fuel, and a polymer electrolyte fuel cell that generates power using the reformed gas. 3 is provided. The fuel cell system 1 is used as a household power supply source, and liquefied petroleum gas (LPG) is used as a raw fuel.

原燃料の供給源と改質器2との間には、脱硫器4が配置されている。脱硫器4は、外部から導入された原燃料に対し、脱硫触媒によって脱硫を施す。脱硫器4の上流側には、燃料電池システム1への原燃料の供給を制御する第一電磁弁(第一弁)21、原燃料を貯留するためのタンク(貯留部)22及び第二電磁弁(第二弁)23が順に設けられている。一方、脱硫器4の下流側には、第三電磁弁(第三弁)24が設けられている。燃料電池システム1の停止の際には第三電磁弁24が閉とされると共に、第一電磁弁21と第二電磁弁23が閉とされるが、脱硫触媒により脱硫器4の内圧が低減する。このため、燃料電池システム1の起動の際に、各電磁弁21,23の開閉を制御することにより、原燃料の燃料電池システム1への急激な流入が防止される(詳細については後述する)。脱硫器4及び電磁弁24の下流側には、燃料ポンプ25が設けられている。燃料ポンプ25は、原燃料を改質器2へ供給する。   A desulfurizer 4 is disposed between the raw fuel supply source and the reformer 2. The desulfurizer 4 desulfurizes the raw fuel introduced from the outside with a desulfurization catalyst. On the upstream side of the desulfurizer 4, a first electromagnetic valve (first valve) 21 that controls the supply of raw fuel to the fuel cell system 1, a tank (reservoir) 22 for storing raw fuel, and a second electromagnetic A valve (second valve) 23 is provided in order. On the other hand, a third electromagnetic valve (third valve) 24 is provided on the downstream side of the desulfurizer 4. When the fuel cell system 1 is stopped, the third electromagnetic valve 24 is closed and the first electromagnetic valve 21 and the second electromagnetic valve 23 are closed. The internal pressure of the desulfurizer 4 is reduced by the desulfurization catalyst. To do. For this reason, when the fuel cell system 1 is started, by controlling the opening and closing of the solenoid valves 21 and 23, a sudden flow of raw fuel into the fuel cell system 1 is prevented (details will be described later). . A fuel pump 25 is provided on the downstream side of the desulfurizer 4 and the electromagnetic valve 24. The fuel pump 25 supplies raw fuel to the reformer 2.

改質器2は、改質触媒によって原燃料を改質させて、水素を含有する改質ガスを生成する。改質器2は、水ポンプ27により供給された水を気化する気化器(不図示)を有しており、水蒸気および気体の原燃料を用いて改質ガスを生成する。   The reformer 2 reforms the raw fuel with the reforming catalyst to generate a reformed gas containing hydrogen. The reformer 2 has a vaporizer (not shown) that vaporizes water supplied by the water pump 27, and generates reformed gas using steam and gaseous raw fuel.

水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、改質器2には、改質触媒を加熱するためのバーナ10が設けられている。バーナ10には、上述した燃料ポンプ25により導入される原燃料の供給路が接続されている。上述した燃料ポンプ25の下流側は、改質器2への燃料供給路、及びバーナ10への燃料供給路の2つに分岐しており、電磁弁26の開閉動作により、燃料供給路が選択的に制御される。また、バーナ10には、エアポンプ28によって圧送された空気が導入される。バーナ10の燃焼によって生じた排ガスは、熱交換器31を介して熱回収されて外部に排気される。   Since the steam reforming reaction is an endothermic reaction, the reformer 2 is provided with a burner 10 for heating the reforming catalyst. The burner 10 is connected to a supply path for raw fuel introduced by the fuel pump 25 described above. The downstream side of the fuel pump 25 described above is branched into a fuel supply path to the reformer 2 and a fuel supply path to the burner 10, and the fuel supply path is selected by opening / closing operation of the electromagnetic valve 26. Controlled. In addition, air that has been pumped by the air pump 28 is introduced into the burner 10. The exhaust gas generated by the combustion of the burner 10 is recovered through the heat exchanger 31 and exhausted to the outside.

改質器2によって生成された改質ガスは、改質器2の下流側に配置されたCO除去器6に導入される。CO除去器6は、改質ガス中の一酸化炭素濃度を低下させるために、改質ガスに含まれる一酸化炭素を選択的に酸化して、二酸化炭素に転換する。CO除去器6は、エアポンプ29により送り込まれる空気を用いて、選択的に酸化を行う。   The reformed gas generated by the reformer 2 is introduced into a CO remover 6 disposed on the downstream side of the reformer 2. The CO remover 6 selectively oxidizes carbon monoxide contained in the reformed gas and converts it into carbon dioxide in order to reduce the carbon monoxide concentration in the reformed gas. The CO remover 6 selectively oxidizes using the air fed by the air pump 29.

CO除去器6によって処理された改質ガスは、燃料電池3の上流側に配置された加湿器7に導入される。加湿器7は、その内部に水を貯留しており、導入された改質ガスを気泡として通過させることにより、改質ガスを加湿する。加湿された改質ガスは、燃料電池3のアノードに供給される。   The reformed gas processed by the CO remover 6 is introduced into a humidifier 7 disposed on the upstream side of the fuel cell 3. The humidifier 7 stores water therein, and humidifies the reformed gas by allowing the introduced reformed gas to pass through as bubbles. The humidified reformed gas is supplied to the anode of the fuel cell 3.

また、燃料電池3の上流側に配置された加湿器9には、エアポンプ8によって圧送された空気が導入される。加湿器9は、その内部に水を貯留しており、導入された空気を気泡として通過させることにより、空気を加湿する。加湿された空気は、燃料電池3のカソードに供給される。   Further, the air pumped by the air pump 8 is introduced into the humidifier 9 disposed on the upstream side of the fuel cell 3. The humidifier 9 stores water therein and humidifies the air by passing the introduced air as bubbles. The humidified air is supplied to the cathode of the fuel cell 3.

燃料電池3は、複数の電池セルが積層されたスタック構造として構成されている。各電池セルは、アノード、カソード、及びそれらの間に配置された高分子膜を有している。上述したように、燃料電池3に供給される改質ガス及び空気が加湿されるのは、燃料電池3の電解質である高分子膜が高い伝導性を維持するためには高分子膜が加湿される必要があるからである。燃料電池3の各電池セルにおいては、アノードに供給された改質ガス中の水素とカソードに供給された空気中の酸素とが電気化学反応を起こして、直流の電力が発生する。   The fuel cell 3 is configured as a stack structure in which a plurality of battery cells are stacked. Each battery cell has an anode, a cathode, and a polymer membrane disposed therebetween. As described above, the reformed gas and air supplied to the fuel cell 3 are humidified because the polymer membrane is humidified in order to maintain high conductivity of the polymer membrane that is the electrolyte of the fuel cell 3. It is necessary to do this. In each battery cell of the fuel cell 3, hydrogen in the reformed gas supplied to the anode and oxygen in the air supplied to the cathode cause an electrochemical reaction to generate DC power.

燃料電池3で発生した電力は、図示しないコンバータ及びインバータを介して、家庭に供給される。コンバータは、直流の電力の電圧を変圧する。インバータは、変圧された電力を直流から交流に変換する。   The electric power generated in the fuel cell 3 is supplied to the home via a converter and an inverter (not shown). The converter transforms the voltage of DC power. The inverter converts the transformed power from direct current to alternating current.

ところで、改質ガス中に気化して燃料電池3のアノードに供給された水のうちの余剰分は、循環して、水回収タンク13に戻る。一方、空気中に気化して燃料電池3のカソードに供給された水のうちの余剰分(カソードドレン)は、水回収タンク13内に貯留される。また、加湿器9内に貯留された水は、冷却水として水ポンプ34により燃料電池3に供給される。冷却水は、燃料電池3が発生する熱によって加熱され、加湿器9に戻される。   By the way, surplus of the water vaporized in the reformed gas and supplied to the anode of the fuel cell 3 circulates and returns to the water recovery tank 13. On the other hand, the surplus (cathode drain) of the water vaporized in the air and supplied to the cathode of the fuel cell 3 is stored in the water recovery tank 13. The water stored in the humidifier 9 is supplied to the fuel cell 3 by the water pump 34 as cooling water. The cooling water is heated by the heat generated by the fuel cell 3 and returned to the humidifier 9.

各加湿器7,9内に貯留された水は、水回収タンク13、水ポンプ41及びイオン交換器14を含む水処理系30に所定時間毎に導入される。各加湿器7,9から水処理系30に導入された水は、水ポンプ41により、イオン交換器14に循環供給されて処理された後、各加湿器7,9に戻される。なお、改質器2に水を供給する水ポンプ27は、この水処理系30に接続されており、バーナ10の排ガスに含まれるドレインは水回収タンク13に収容される。   The water stored in the humidifiers 7 and 9 is introduced into the water treatment system 30 including the water recovery tank 13, the water pump 41, and the ion exchanger 14 every predetermined time. The water introduced from the humidifiers 7 and 9 into the water treatment system 30 is circulated and supplied to the ion exchanger 14 by the water pump 41 and then returned to the humidifiers 7 and 9. The water pump 27 that supplies water to the reformer 2 is connected to the water treatment system 30, and the drain contained in the exhaust gas of the burner 10 is accommodated in the water recovery tank 13.

また、燃料電池3のアノードに供給された改質ガスのうちの余剰分(いわゆるオフガス)は、熱交換器33を介して熱回収された後、改質触媒を加熱するために改質器2に設けられたバーナ10の燃料として利用される。なお、燃料電池システム1の起動時には、電磁弁26の切り替えにより脱硫器4によって脱硫された原燃料がバーナ10の燃料として利用される。一方、燃料電池3のカソードに供給された空気のうちの余剰分は、熱交換器32を介して熱回収されて外部に排気される。   In addition, the surplus (so-called off-gas) of the reformed gas supplied to the anode of the fuel cell 3 is recovered through the heat exchanger 33, and then the reformer 2 is used to heat the reforming catalyst. It is used as fuel for the burner 10 provided in When the fuel cell system 1 is started, the raw fuel desulfurized by the desulfurizer 4 by switching the electromagnetic valve 26 is used as the fuel for the burner 10. On the other hand, the surplus of the air supplied to the cathode of the fuel cell 3 is recovered through the heat exchanger 32 and exhausted to the outside.

更に、燃料電池システム1には、家庭用の水が貯留される貯湯ユニットAが接続される。貯湯ユニットA内に貯留された水は、導入口15から熱回収系に導入され、水ポンプ35により熱回収系を循環した後、導出口16から貯湯ユニットAに戻される。この熱回収系には、燃料電池3の排熱を回収する熱交換器32,33、バーナ10の排ガスから熱を回収する熱交換器31、燃料電池3本体を冷却する冷却回路に設けられた熱交換器(不図示)等が含まれている。貯湯水は、熱回収系を循環することにより熱を授受する。   Further, the fuel cell system 1 is connected to a hot water storage unit A in which household water is stored. The water stored in the hot water storage unit A is introduced into the heat recovery system from the inlet 15, circulated through the heat recovery system by the water pump 35, and then returned to the hot water storage unit A from the outlet 16. This heat recovery system is provided with heat exchangers 32 and 33 for recovering exhaust heat of the fuel cell 3, a heat exchanger 31 for recovering heat from the exhaust gas of the burner 10, and a cooling circuit for cooling the fuel cell 3 body. A heat exchanger (not shown) and the like are included. Hot water is transferred through the heat recovery system.

以上の燃料電池システム1の構成機器類は、図示しない電装機器類により動作が制御される。電装機器類は、燃料電池システム1に備わるセンサ類や、利用者の利用状況等に応じて構成機器類を制御する。センサ類としては、例えば、周囲の温度を検出する温度計36、電磁弁21,23の間に配置された圧力計37、燃料ポンプ25の下流側に設けられた流量計38、エアポンプ29の下流側に設けられた流量計39、エアポンプ28の下流側に設けられた流量計51等が用いられる。   The operation of the components of the fuel cell system 1 described above is controlled by electrical devices (not shown). The electrical equipment controls the constituent equipment according to the sensors provided in the fuel cell system 1 and the usage status of the user. Examples of the sensors include a thermometer 36 that detects the ambient temperature, a pressure gauge 37 that is disposed between the solenoid valves 21 and 23, a flow meter 38 that is provided downstream of the fuel pump 25, and a downstream of the air pump 29. A flow meter 39 provided on the side, a flow meter 51 provided on the downstream side of the air pump 28, and the like are used.

燃料電池システム1の基本動作の概要を説明する。燃料電池システム1は、システム起動後、脱硫器4の負圧解消処理を行う。その後、燃料ポンプ25及びエアポンプ28により、原燃料及び空気をバーナ10へ供給する。また、水処理系30において水ポンプ41により水を循環させるとともに、水ポンプ34により燃料電池3の冷却水を循環させる。   The outline of the basic operation of the fuel cell system 1 will be described. The fuel cell system 1 performs a negative pressure elimination process of the desulfurizer 4 after the system is started. Thereafter, raw fuel and air are supplied to the burner 10 by the fuel pump 25 and the air pump 28. In addition, water is circulated by the water pump 41 in the water treatment system 30, and the cooling water of the fuel cell 3 is circulated by the water pump 34.

一方、バーナ10の燃焼により改質器2の温度が安定したら、電磁弁26により原燃料の供給路を変更し、原燃料を改質器2へ供給する。さらに、水ポンプ27により水処理系30の水を改質器2へ供給する。改質器2により、原燃料及び水を用いて改質ガスを生成し、生成した改質ガスをCO除去器6へ供給する。また、エアポンプ29により空気をCO除去器6へ供給する。そして、CO除去器6でCO除去した改質ガスを加湿器7へ供給し、加湿してアノードへ供給する。そして、アノードのオフガスをバーナ10へ供給する。また、エアポンプ8により空気を加湿器9へ供給し、加湿してカソードへ供給する。これにより、燃料電池3において発電が行われ、家庭内に電力が供給される。電装機器類は、利用者の利用電力やセンサ類の出力に基づいて、改質器2への原燃料及び水の供給量、CO除去器6への空気の供給量、ポンプ出力等を制御して、安定運転や最適運転を行う。   On the other hand, when the temperature of the reformer 2 is stabilized by the combustion of the burner 10, the supply path of the raw fuel is changed by the electromagnetic valve 26 and the raw fuel is supplied to the reformer 2. Further, water of the water treatment system 30 is supplied to the reformer 2 by the water pump 27. The reformer 2 generates a reformed gas using raw fuel and water, and supplies the generated reformed gas to the CO remover 6. In addition, air is supplied to the CO remover 6 by the air pump 29. Then, the reformed gas from which CO has been removed by the CO remover 6 is supplied to the humidifier 7, humidified and supplied to the anode. Then, the anode off gas is supplied to the burner 10. In addition, air is supplied to the humidifier 9 by the air pump 8, humidified and supplied to the cathode. As a result, power is generated in the fuel cell 3 and electric power is supplied to the home. The electrical equipment controls the amount of raw fuel and water supplied to the reformer 2, the amount of air supplied to the CO remover 6, the pump output, etc., based on the power used by the user and the output of the sensors. To perform stable operation and optimum operation.

次に、本発明の実施形態の特徴部分における構成について、図2を参照して詳細に説明する。図2は、本実施形態の燃料電池システムの特徴部分における構成概略図である。図2には、燃料電池システム1全体の制御を行う制御部(制御手段)100と、第一電磁弁21、第二電磁弁23、第三電磁弁24、及び圧力計37との接続関係が一点鎖線にて示されている。なお、図2には示されていないが、燃料電池システム1の他の各機器も制御部100と接続されている。   Next, the structure in the characteristic part of embodiment of this invention is demonstrated in detail with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a characteristic portion of the fuel cell system according to the present embodiment. FIG. 2 shows the connection relationship between a control unit (control means) 100 that controls the entire fuel cell system 1, the first electromagnetic valve 21, the second electromagnetic valve 23, the third electromagnetic valve 24, and the pressure gauge 37. It is shown with a dashed-dotted line. Although not shown in FIG. 2, other devices of the fuel cell system 1 are also connected to the control unit 100.

図2に示すように、制御部100は、第一電磁弁21、第二電磁弁23、第三電磁弁24と電気的に接続されており、各弁を所定のタイミングで開閉するための信号を出力する機能を有している。具体的には、制御部100は、燃料電池システム1の起動時において、第二電磁弁23が閉状態となっているときに第一電磁弁21を開状態とすることによってタンク22に原燃料を貯留し、タンク22に原燃料が貯留された後に第一電磁弁21を閉状態とし、第二電磁弁23を開状態とすることで原燃料を脱硫器4へ供給する機能を有している。更に、制御部100は、脱硫器4の負圧が解消していない場合に、更に第一電磁弁21及び第二電磁弁23の開閉制御を繰り返すことができる。タンク22の大きさは特に限定されず、少なくともタンク22の容積は脱硫器4の容積よりも小さければよい。タンク22の容積が微小であるほど一回の開閉制御で脱硫器4へ供給することのできる原燃料の量は減るので、開閉制御の回数を増やす必要があるが、一度の開閉制御で供給源から一気に流れ込む原燃料の量が少ないので、供給源側のシステムに与える影響を低減することができる。   As shown in FIG. 2, the control unit 100 is electrically connected to the first solenoid valve 21, the second solenoid valve 23, and the third solenoid valve 24, and a signal for opening and closing each valve at a predetermined timing. It has a function to output. Specifically, when the fuel cell system 1 is started, the control unit 100 opens the first electromagnetic valve 21 when the second electromagnetic valve 23 is in the closed state, thereby supplying the raw fuel to the tank 22. And after the raw fuel is stored in the tank 22, the first electromagnetic valve 21 is closed and the second electromagnetic valve 23 is opened to supply the raw fuel to the desulfurizer 4. Yes. Furthermore, the control part 100 can repeat the opening / closing control of the 1st electromagnetic valve 21 and the 2nd electromagnetic valve 23, when the negative pressure of the desulfurizer 4 is not eliminated. The size of the tank 22 is not particularly limited, and it is sufficient that at least the volume of the tank 22 is smaller than the volume of the desulfurizer 4. Since the amount of raw fuel that can be supplied to the desulfurizer 4 by one opening / closing control decreases as the volume of the tank 22 becomes smaller, it is necessary to increase the number of times of opening / closing control. Since the amount of raw fuel flowing in from a short time is small, the influence on the system on the supply source side can be reduced.

また、制御部100は、燃料電池システム1の停止時に第三電磁弁24を閉状態とし、燃料電池システム1の起動時において脱硫器4内の負圧が解消された後に第三電磁弁24を開状態とする機能を有している。また、制御部100は、燃料電池システム1の停止時に第一電磁弁21あるいは第二電磁弁23を閉状態とする機能を有している。   Further, the control unit 100 closes the third electromagnetic valve 24 when the fuel cell system 1 is stopped, and sets the third electromagnetic valve 24 after the negative pressure in the desulfurizer 4 is eliminated when the fuel cell system 1 is started. It has a function to make it open. Further, the control unit 100 has a function of closing the first electromagnetic valve 21 or the second electromagnetic valve 23 when the fuel cell system 1 is stopped.

制御部100は、圧力計37と電気的に接続されており、圧力計37で検出された配管内の圧力を取得する機能を有している。具体的には、第一電磁弁21及び第三電磁弁24が閉状態となって第二電磁弁23が開状態となっているときは第一電磁弁21と第三電磁弁24との間の配管及び脱硫器4内における圧力を取得することができる。また、第二電磁弁23が閉状態となって第一電磁弁21が開状態となっているときは原燃料の供給源と第二電磁弁23との間の配管内における圧力を取得することができる。制御部100は、圧力計37で取得された圧力に基づいて、第一電磁弁21を開状態とした場合に原燃料がタンク22に貯留されたかどうかを判定することができる。また、制御部100は、圧力計37で取得された圧力に基づいて、脱硫器4の負圧が解消されたかどうかを判定することができる。   The control unit 100 is electrically connected to the pressure gauge 37 and has a function of acquiring the pressure in the pipe detected by the pressure gauge 37. Specifically, when the first solenoid valve 21 and the third solenoid valve 24 are in the closed state and the second solenoid valve 23 is in the open state, the gap between the first solenoid valve 21 and the third solenoid valve 24 is set. And the pressure in the desulfurizer 4 can be acquired. When the second electromagnetic valve 23 is closed and the first electromagnetic valve 21 is open, the pressure in the pipe between the raw fuel supply source and the second electromagnetic valve 23 is acquired. Can do. Based on the pressure acquired by the pressure gauge 37, the control unit 100 can determine whether or not raw fuel has been stored in the tank 22 when the first electromagnetic valve 21 is opened. Further, the control unit 100 can determine whether or not the negative pressure of the desulfurizer 4 has been eliminated based on the pressure acquired by the pressure gauge 37.

次に、図3を参照して、本実施形態に係る燃料電池システム1の動作について説明する。図3は、本実施形態に係る燃料電池システム1の動作を示すフローチャートである。図3の処理は、制御部100内で実行され、燃料電池システム1の起動時において実行される処理である。前回の運転時においては、燃料電池システム1の停止時に、制御部100が第一電磁弁21、第二電磁弁23、及び第三電磁弁24を閉状態とする。従って、図3の処理は、第一電磁弁21が閉状態で、第二電磁弁23が閉状態で、第三電磁弁24が閉状態の状態で開始される。   Next, the operation of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system 1 according to the present embodiment. The process of FIG. 3 is executed in the control unit 100 and executed when the fuel cell system 1 is activated. In the previous operation, when the fuel cell system 1 is stopped, the control unit 100 closes the first electromagnetic valve 21, the second electromagnetic valve 23, and the third electromagnetic valve 24. Therefore, the process of FIG. 3 is started when the first electromagnetic valve 21 is closed, the second electromagnetic valve 23 is closed, and the third electromagnetic valve 24 is closed.

図3に示すように、制御部100は、燃料電池システム1の起動に伴って第三電磁弁24の閉状態を維持する(ステップS10)。次に、制御部100は、第二電磁弁23の閉状態を維持する(ステップS12)。これによって、第一電磁弁21と第二電磁弁23との間の配管内及びタンク22の内圧が、第二電磁弁23と第三電磁弁24との間の脱硫器4内の内圧から分断される。従って、圧力計37は、脱硫器4の内圧とは関係なく、第一電磁弁21と第二電磁弁23との間の配管及びタンク22内の内圧の変化のみを検出することが可能となる。   As shown in FIG. 3, the control unit 100 maintains the closed state of the third electromagnetic valve 24 as the fuel cell system 1 is activated (step S <b> 10). Next, the control unit 100 maintains the closed state of the second electromagnetic valve 23 (step S12). As a result, the internal pressure in the piping between the first electromagnetic valve 21 and the second electromagnetic valve 23 and the internal pressure in the tank 22 is separated from the internal pressure in the desulfurizer 4 between the second electromagnetic valve 23 and the third electromagnetic valve 24. Is done. Therefore, the pressure gauge 37 can detect only the change in the internal pressure in the pipe 22 and the tank 22 between the first electromagnetic valve 21 and the second electromagnetic valve 23 regardless of the internal pressure of the desulfurizer 4. .

S12の処理の後、制御部100は、一秒待機し(ステップS14)、第一電磁弁21を開状態とする(ステップS16)。これによって、第一電磁弁21と第二電磁弁23との間の配管及びタンク22内には供給源から原燃料が供給され、管内の内圧が上昇する。   After the process of S12, the control unit 100 waits for one second (step S14), and opens the first electromagnetic valve 21 (step S16). As a result, the raw fuel is supplied from the supply source into the piping between the first electromagnetic valve 21 and the second electromagnetic valve 23 and the tank 22, and the internal pressure in the pipe rises.

S16の処理の後、制御部100は、圧力計37で検出された圧力値に基づいて、第一電磁弁21と第二電磁弁23との間の配管及びタンク22内の圧力を判定する(ステップS18)。具体的には、制御部100は、圧力計37の圧力値Pが予め設定された閾値1kPaよりも大きいか否かを判定する。制御部100は、圧力値Pが閾値1kPa以下であると判定すると、タンク22内に十分な原燃料が貯留されていないと判断し、引き続き第一電磁弁21の開状態を維持して、再びS18の処理を行う。   After the process of S <b> 16, the control unit 100 determines the pressure between the pipe between the first electromagnetic valve 21 and the second electromagnetic valve 23 and the pressure in the tank 22 based on the pressure value detected by the pressure gauge 37 ( Step S18). Specifically, the control unit 100 determines whether or not the pressure value P of the pressure gauge 37 is greater than a preset threshold value 1 kPa. When the control unit 100 determines that the pressure value P is equal to or less than the threshold value 1 kPa, the control unit 100 determines that sufficient raw fuel is not stored in the tank 22, continues to maintain the open state of the first electromagnetic valve 21, and again The process of S18 is performed.

一方、制御部100は、S18の処理において、圧力値Pが閾値1kPaより大きいと判定すると、タンク22に十分な原燃料が貯留されたと判断し、第一電磁弁21を閉状態とする(ステップS20)。その後、制御部100は、一秒待機し(ステップS22)、第二電磁弁23を開状態とする(ステップS24)。これによって、タンク22に貯留されていた原燃料は脱硫器4に供給される。圧力計37は、第二電磁弁23が開状態となることによって、第一電磁弁21と第三電磁弁24との間の配管、タンク22及び脱硫器4内の内圧を検出可能となる。第一電磁弁21と第三電磁弁24との間の配管、タンク22及び脱硫器4内の内圧は、原燃料が供給されることによって図3の処理のスタート時における脱硫器4周辺の内圧よりも高くなっている。従って、制御部100は、圧力計37の圧力値に基づいて脱硫器4の負圧が解消されたか否かの判定を行う(ステップS26)。具体的には、制御部100は、圧力計37で検出された圧力値Pが0kPaよりも大きいか否かを判定する。S26の処理において、圧力値Pが0kPa以下であると判定すると、制御部100は、脱硫器4の負圧が解消されていないと判断して、再びS12へ戻りS12〜S24の開閉制御を繰り返す。なお、次に第一電磁弁21を開状態とした時点ではタンク22内は負圧であるが、タンク22の容積は脱硫器4の容積に比して微小であるため、供給源側のシステムに影響を与えるほどの原燃料は流れ込まない。   On the other hand, when determining that the pressure value P is larger than the threshold value 1 kPa in the process of S18, the control unit 100 determines that sufficient raw fuel is stored in the tank 22, and closes the first electromagnetic valve 21 (step S1). S20). Thereafter, the control unit 100 waits for one second (step S22), and opens the second electromagnetic valve 23 (step S24). As a result, the raw fuel stored in the tank 22 is supplied to the desulfurizer 4. The pressure gauge 37 can detect the internal pressure in the pipe, the tank 22 and the desulfurizer 4 between the first electromagnetic valve 21 and the third electromagnetic valve 24 when the second electromagnetic valve 23 is in the open state. The internal pressure in the piping between the first electromagnetic valve 21 and the third electromagnetic valve 24, the tank 22 and the desulfurizer 4 is the internal pressure around the desulfurizer 4 at the start of the process of FIG. Higher than. Therefore, the control unit 100 determines whether or not the negative pressure of the desulfurizer 4 has been eliminated based on the pressure value of the pressure gauge 37 (step S26). Specifically, the control unit 100 determines whether or not the pressure value P detected by the pressure gauge 37 is greater than 0 kPa. If it determines with the pressure value P being 0 kPa or less in the process of S26, the control part 100 will determine that the negative pressure of the desulfurizer 4 is not eliminated, will return to S12 again, and will repeat the opening / closing control of S12-S24. . When the first electromagnetic valve 21 is opened next, the pressure in the tank 22 is negative, but the volume of the tank 22 is very small compared to the volume of the desulfurizer 4, so that the system on the supply source side The raw fuel that affects the fuel does not flow.

一方、制御部100は、S26の処理において、圧力値Pが0kPaより大きいと判定すると、脱硫器4の負圧が解消されたと判断し、第一電磁弁21と第三電磁弁24を開状態とする(ステップS28)。S28の処理が実行されることによって、図3に示す処理が終了し、脱硫器4の下流に脱硫された原燃料が供給され、通常どおりの燃料電池システム1の運転を開始する。なお、図3に示す処理は本発明の制御処理の一例であり、例えば、S14、S22の待機時間を適宜変更してもよく、S18の閾値やS26の閾値を適宜変更してもよい。   On the other hand, when determining that the pressure value P is greater than 0 kPa in the process of S26, the control unit 100 determines that the negative pressure of the desulfurizer 4 has been eliminated, and opens the first electromagnetic valve 21 and the third electromagnetic valve 24. (Step S28). When the process of S28 is executed, the process shown in FIG. 3 is completed, the raw fuel desulfurized is supplied downstream of the desulfurizer 4, and the operation of the fuel cell system 1 is started as usual. The process shown in FIG. 3 is an example of the control process of the present invention. For example, the standby time of S14 and S22 may be changed as appropriate, and the threshold of S18 and the threshold of S26 may be changed as appropriate.

次に、本実施形態に係る燃料電池システム1の作用・効果について説明する。本実施形態に係る燃料電池システム1では、脱硫器4と原燃料の供給源との間に、上流から順番に第一電磁弁21、タンク22、及び第二電磁弁23が配置されている。また、第一電磁弁21及び第二電磁弁23を制御することのできる制御部100は、燃料電池システム1の起動時において、第二電磁弁23が閉状態となっているときに第一電磁弁21を開状態とすることによってタンク22に原燃料を貯留する。このとき、第二電磁弁23が閉状態となっているため、供給源から脱硫器4に大量の原燃料が一度に流れ込むことを防止しながら、タンク22に原燃料を一旦貯留しておくことができる。次に、タンク22に原燃料が貯留された後に第一電磁弁21を閉状態とし、第二電磁弁23を開状態とすることで、供給源から脱硫器4に大量の原燃料が一度に流れ込むことを防止しながら、タンク22中の原燃料を脱硫器4へ供給することができる。このように、脱硫器4へ原燃料を供給することで、脱硫器4内の圧力を上げることができる。更に、制御部100は、第一電磁弁21と第二電磁弁23の開閉を繰り返すことで徐々に脱硫器4内の圧力を上げることができ、最終的には脱硫器4の負圧を解消することができる。また、特別な装置を設けることなく、脱硫器4の上流側に配置された二つの弁のみによって、脱硫器4内の負圧を解消することができる。以上によって、燃料電池システム1の起動時に供給源から原燃料が脱硫器4に急激に流れ込むことを低いコストで防止することが可能となり、これによって、燃料電池システム1の信頼性の向上を図ることができる。   Next, the operation and effect of the fuel cell system 1 according to this embodiment will be described. In the fuel cell system 1 according to the present embodiment, a first electromagnetic valve 21, a tank 22, and a second electromagnetic valve 23 are arranged in order from the upstream between the desulfurizer 4 and the raw fuel supply source. Further, the control unit 100 capable of controlling the first electromagnetic valve 21 and the second electromagnetic valve 23 is configured such that the first electromagnetic valve 23 is closed when the fuel cell system 1 is activated. The raw fuel is stored in the tank 22 by opening the valve 21. At this time, since the second electromagnetic valve 23 is closed, the raw fuel is temporarily stored in the tank 22 while preventing a large amount of raw fuel from flowing from the supply source into the desulfurizer 4 at one time. Can do. Next, after the raw fuel is stored in the tank 22, the first electromagnetic valve 21 is closed and the second electromagnetic valve 23 is opened, so that a large amount of raw fuel is supplied from the supply source to the desulfurizer 4 at a time. The raw fuel in the tank 22 can be supplied to the desulfurizer 4 while being prevented from flowing in. In this way, by supplying the raw fuel to the desulfurizer 4, the pressure in the desulfurizer 4 can be increased. Furthermore, the controller 100 can gradually increase the pressure in the desulfurizer 4 by repeatedly opening and closing the first electromagnetic valve 21 and the second electromagnetic valve 23, and finally eliminate the negative pressure in the desulfurizer 4. can do. In addition, the negative pressure in the desulfurizer 4 can be eliminated by only two valves disposed upstream of the desulfurizer 4 without providing a special device. As described above, it becomes possible to prevent the raw fuel from abruptly flowing into the desulfurizer 4 from the supply source at the start-up of the fuel cell system 1 at a low cost, thereby improving the reliability of the fuel cell system 1. Can do.

また、本実施形態に係る燃料電池システム1では、脱硫器4の下流側に配置され、制御部100に開閉を制御される第三電磁弁24を更に備え、制御部100は、燃料電池システム1の停止時に第三電磁弁24を閉状態とし、燃料電池システム1の起動時において脱硫器4内の負圧が解消された後に第三電磁弁24を開状態とすることができる。これによって、システム停止中に脱硫器4の下流側の配管に残層するガスが吸着されることを防止することができ、システム起動時において負圧になっている範囲を脱硫器4内及び脱硫器4の上流側のみに限定することができる。   Further, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the fuel cell system 1 further includes a third electromagnetic valve 24 that is disposed on the downstream side of the desulfurizer 4 and that is controlled to be opened and closed by the control unit 100. The third electromagnetic valve 24 can be closed when the fuel cell system 1 is stopped, and the third electromagnetic valve 24 can be opened after the negative pressure in the desulfurizer 4 is eliminated when the fuel cell system 1 is started. As a result, it is possible to prevent the remaining gas from being adsorbed in the downstream piping of the desulfurizer 4 while the system is stopped. It can be limited only to the upstream side of the vessel 4.

図4を参照して本発明の実施例について説明する。図4は、本発明の燃料電池システム1の実施例の結果を示す図である。図4では、圧力計37で検出された圧力値Pを示すグラフPと、第一電磁弁21の開閉状態を示すグラフV1と、第二電磁弁23の開閉状態を示すグラフV2と、第三電磁弁24の開閉状態を示すグラフV3が示されている。図4の横軸は時間を示しており、縦軸は、グラフPについては圧力値(kPa)を示しており、グラフV1〜V3については開・閉を示している(上段が開であり下段が閉)。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing the results of the example of the fuel cell system 1 of the present invention. In FIG. 4, a graph P showing the pressure value P detected by the pressure gauge 37, a graph V1 showing the open / closed state of the first electromagnetic valve 21, a graph V2 showing the open / closed state of the second electromagnetic valve 23, and a third A graph V3 showing the open / close state of the electromagnetic valve 24 is shown. The horizontal axis of FIG. 4 indicates time, the vertical axis indicates the pressure value (kPa) for the graph P, and indicates open / close for the graphs V1 to V3 (the upper stage is open and the lower stage is open). Is closed).

まず、初期状態ではグラフV1に示すように第一電磁弁21は閉状態とされており、グラフV2に示すように第二電磁弁23は閉状態とされており、グラフV3に示すように第三電磁弁は閉状態とされている。このとき、グラフPに示すように圧力値Pは0となる。次に、グラフV1に示すように第一電磁弁21を開状態として、グラフV2に示すように第二電磁弁23の閉状態を維持すると、グラフPに示すようにタンク22に原燃料が貯留されて圧力値Pが上昇する。その後、グラフV1に示すように第一電磁弁21を閉状態として、グラフV2に示すように第二電磁弁23を開状態とすると、グラフPに示すように脱硫器4に微量の原燃料が供給されて圧力値Pが負圧となる。このときの圧力値Pは、微量の原燃料が供給されることによって、初期状態における脱硫器4周辺の圧力値に比して負圧が解消されている。以降、第一電磁弁21と第二電磁弁23の開閉制御を繰り返すたびに負圧が徐々に解消されていき、最終的には、図中Aで示す位置で負圧が解消される。負圧が解消された後は、第一電磁弁21、第二電磁弁23、第三電磁弁24は全て開状態とされ、通常の燃料電池システム1の運転が行われる。   First, in the initial state, the first solenoid valve 21 is closed as shown in the graph V1, the second solenoid valve 23 is closed as shown in the graph V2, and the first solenoid valve 21 is closed as shown in the graph V3. The three solenoid valves are closed. At this time, as shown in the graph P, the pressure value P becomes zero. Next, when the first electromagnetic valve 21 is opened as shown in the graph V1 and the closed state of the second electromagnetic valve 23 is maintained as shown in the graph V2, the raw fuel is stored in the tank 22 as shown in the graph P. As a result, the pressure value P increases. Thereafter, when the first electromagnetic valve 21 is closed as shown in the graph V1 and the second electromagnetic valve 23 is opened as shown in the graph V2, a small amount of raw fuel is supplied to the desulfurizer 4 as shown in the graph P. When supplied, the pressure value P becomes negative. The pressure value P at this time is eliminated from the pressure value around the desulfurizer 4 in the initial state by supplying a small amount of raw fuel. Thereafter, each time the opening / closing control of the first solenoid valve 21 and the second solenoid valve 23 is repeated, the negative pressure is gradually eliminated, and finally the negative pressure is eliminated at the position indicated by A in the figure. After the negative pressure is eliminated, the first solenoid valve 21, the second solenoid valve 23, and the third solenoid valve 24 are all opened, and the normal operation of the fuel cell system 1 is performed.

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。   The present invention is not limited to the embodiment described above.

例えば、上述の実施形態では、燃料電池システム1の停止時は第二電磁弁23を閉状態としたが、第二電磁弁23を開状態としてもよい。また、上述の実施形態では、第三電磁弁24が設けられていたが、少なくとも第一電磁弁21及び第二電磁弁23のみでも本発明の目的を達成することが可能であり、第三電磁弁24を除いてもよい。   For example, in the above-described embodiment, the second electromagnetic valve 23 is closed when the fuel cell system 1 is stopped, but the second electromagnetic valve 23 may be opened. In the above-described embodiment, the third electromagnetic valve 24 is provided. However, the object of the present invention can be achieved with at least the first electromagnetic valve 21 and the second electromagnetic valve 23 alone, and the third electromagnetic valve can be achieved. The valve 24 may be omitted.

1…燃料電池システム、4…脱硫器、21…第一電磁弁(第一弁)、22…タンク(貯留部)、23…第二電磁弁(第二弁)、24…第三電磁弁(第三弁)、100…制御部(制御値出力手段)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 4 ... Desulfurizer, 21 ... 1st solenoid valve (1st valve), 22 ... Tank (storage part), 23 ... 2nd solenoid valve (2nd valve), 24 ... 3rd solenoid valve ( Third valve), 100... Control unit (control value output means).

Claims (2)

原燃料の脱硫を行う脱硫器と、
前記脱硫器の上流側に配置される第一弁と、
前記第一弁と前記脱硫器との間に配置される第二弁と、
前記第一弁と前記第二弁との間に配置されて、前記原燃料を貯留する貯留部と、
前記第一弁及び前記第二弁のそれぞれの開閉の制御を行う制御手段と、を備え、
前記制御手段は、システムの起動時において、
前記第二弁が閉状態となっているときに前記第一弁を開状態とすることによって前記貯留部に前記原燃料を貯留し、
前記貯留部に前記原燃料が貯留された後に前記第一弁を閉状態とし、前記第二弁を開状態とすることで前記原燃料を前記脱硫器へ供給することを特徴とする燃料電池システム。
A desulfurizer for desulfurizing raw fuel,
A first valve disposed upstream of the desulfurizer;
A second valve disposed between the first valve and the desulfurizer;
A storage section that is disposed between the first valve and the second valve and stores the raw fuel;
Control means for controlling the opening and closing of each of the first valve and the second valve,
The control means, at the time of starting the system,
Storing the raw fuel in the reservoir by opening the first valve when the second valve is closed;
After the raw fuel is stored in the storage part, the first valve is closed and the second valve is opened to supply the raw fuel to the desulfurizer. .
前記脱硫器の下流側に配置され、前記制御手段に開閉を制御される第三弁を更に備え、
前記制御手段は、システムの停止時に前記第三弁を閉状態とし、システムの起動時において前記脱硫器内の負圧が解消された後に前記第三弁を開状態とすることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
A third valve disposed downstream of the desulfurizer and controlled to be opened and closed by the control means;
The control means closes the third valve when the system is stopped, and opens the third valve after the negative pressure in the desulfurizer is eliminated when the system is started. Item 4. The fuel cell system according to Item 1.
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