JP6051402B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池から排出される排ガスに含まれる水分を貯えるタンクを備える燃料電池システムの構成に関するものである。   The present invention relates to a configuration of a fuel cell system including a tank for storing moisture contained in exhaust gas discharged from a fuel cell.

燃料電池は水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとの電気化学的反応により発電して水と熱を発生する装置である。燃料電池は、燃料の持つ化学エネルギーを力学的エネルギーに変換することなく直接電気エネルギーとして取り出せるので発電効率が高いことで注目されているが、いまだ十分にコストダウンが進んでいるとは言えず、燃料電池システムの普及にあたりコストダウンを進めることが大きな課題となっていた。   A fuel cell is a device that generates water and heat by generating electricity through an electrochemical reaction between a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen. Fuel cells are attracting attention because of their high power generation efficiency because they can be directly extracted as electrical energy without converting the chemical energy of the fuel into mechanical energy, but it cannot be said that the cost reduction is still progressing sufficiently. As the fuel cell system has become widespread, it has been a major challenge to reduce costs.

また、燃料電池を備える燃料電池システムでは、発電時の燃料として用いられる燃料ガス(水素ガス)は一般的なインフラとして整備されていないため、通常、水素生成装置を備えている。水素生成装置では、天然ガス等の原料ガスと水とが用いられる水蒸気改質反応により、水素を豊富に含む燃料ガスが生成される。水蒸気改質反応は、水素生成装置に内蔵されたバーナーより加熱されて進行する。このバーナーでは、原料ガスや、燃料電池から排出される発電に用いられなかった燃料ガス(以下、オフ燃料ガスと称す)が供給されることで、燃焼が行われる。   In addition, in a fuel cell system including a fuel cell, a fuel gas (hydrogen gas) used as a fuel at the time of power generation is not provided as a general infrastructure, and thus usually includes a hydrogen generator. In the hydrogen generator, a fuel gas rich in hydrogen is generated by a steam reforming reaction in which a raw material gas such as natural gas and water are used. The steam reforming reaction proceeds by being heated by a burner built in the hydrogen generator. In this burner, combustion is performed by supplying raw material gas or fuel gas that has not been used for power generation discharged from the fuel cell (hereinafter referred to as off-fuel gas).

そして、燃料電池本体から排出されるオフ酸化剤ガスやバーナーから排出されるオフ燃焼ガスからの生成水を凝縮させたものを回収する凝縮水タンクを備える燃料電池発電装置が知られている(例えば特許文献1や特許文献2参照)。特許文献1は、凝縮水タンク内を隔壁で分離する構成により、排気口が閉塞した場合には、凝縮水タンクの水位低下を発生させ、水位低下の検知により燃料電池システムを停止動作させることで、燃料電池装置の内圧上昇を抑制することが可能となるものである。特許文献2は、燃料電池の冷却水循環回路への初回水張り時に、燃料電池冷却水循環ポンプと燃料処理機回路の供給ポンプを運転させる構成により、従来燃料電池冷却用ポンプのみで行っていた、燃料電池の冷却水循環回路への水張りを、短時間でエア噛みなく充填することが可能になるものである。   A fuel cell power generation device is known that includes a condensed water tank that collects the condensed water of off-oxidant gas discharged from the fuel cell main body and off-combustion gas discharged from the burner (for example, (See Patent Document 1 and Patent Document 2). Patent Document 1 discloses a configuration in which the inside of a condensed water tank is separated by a partition wall, and when the exhaust port is blocked, the water level in the condensed water tank is lowered, and the fuel cell system is stopped by detecting the lowered water level. It is possible to suppress an increase in the internal pressure of the fuel cell device. Patent Document 2 discloses a fuel cell that has been performed only by a conventional fuel cell cooling pump by a configuration in which a fuel cell cooling water circulation pump and a supply pump of a fuel processor circuit are operated at the time of initial water filling to the cooling water circulation circuit of the fuel cell. It is possible to fill the cooling water circulation circuit with a water filling without air biting in a short time.

国際公開第2011/093066号International Publication No. 2011/093066 特開2011−119045号公報JP 2011-1119045 A

ところで、特許文献1や特許文献2に開示されている凝縮水タンクを参照すると、以下のような構成となる。すなわち、凝縮水タンクには、凝縮水タンクよりも鉛直方向の上方に配置された供給経路より水が供給され、凝縮水タンクの上方には開空間が設けられ、自然落下で凝縮水タンク内に水を落とす構成となる。そして、オフ燃焼ガスやオフ酸化剤ガスから凝縮水を回収するために、凝縮水タンクはオフ燃焼ガス経路やオフ酸化剤ガス経路と連通する構成となる。ここで、一般的な燃料電池システムでは、燃料電池システムの運転に必要な水は、発電中に発生する凝縮水を再利用することでまかなう。   By the way, referring to the condensed water tank disclosed in Patent Literature 1 and Patent Literature 2, the following configuration is obtained. In other words, the condensed water tank is supplied with water from a supply path arranged vertically above the condensed water tank, and an open space is provided above the condensed water tank. It is configured to drop water. And in order to collect | recover condensed water from off combustion gas and off oxidant gas, a condensed water tank becomes a structure connected with an off combustion gas path | route and an off oxidant gas path | route. Here, in a general fuel cell system, water necessary for operation of the fuel cell system can be obtained by reusing condensed water generated during power generation.

しかしながら、燃料電池システムを設置したときに動作させる場合(例えば設置後初めて動作させる場合やメンテナンスなどで水抜きをした後に動作させる場合)は、燃料電池システムの運転に必要な水を凝縮水タンクに給水する必要があり、従来は、市水の水道圧
と市水を利用した自動給水で行なわれる。しかしながら、市水の水道圧を利用した自動給水後は、閉止弁(電磁弁)で市水を封止する必要があることによりコストアップの要因になっていたこと、市水を燃料電池システムの運転で利用できるようにするためには利用する市水分、水浄化器の容量を大きく設計する必要があることにより、構成の簡略化、省スペース化及び、省電力化が課題であった。
However, when operating when the fuel cell system is installed (for example, when operating for the first time after installation, or after draining water for maintenance, etc.), water necessary for the operation of the fuel cell system is stored in the condensate tank. It is necessary to supply water. Conventionally, the water pressure of city water and automatic water supply using city water are used. However, after automatic water supply using city water tap pressure, it was necessary to seal the city water with a shut-off valve (solenoid valve), which caused the cost to increase. In order to make it available for operation, it is necessary to design the city water to be used and the capacity of the water purifier to be large, so that simplification of configuration, space saving, and power saving have been problems.

一方で、凝縮水タンクへの給水に燃料電池システムの運転に利用可能な精製水を使用し、給水口を開けて手動で行うようにすること(以下、「手動給水」と称す)により、閉止弁の廃止と、水浄化器の小型化が可能になる。しかしながら、万が一給水口を閉め忘れた際には、凝縮水タンクの上方の開空間を介し、オフ燃焼ガスやオフ酸化剤ガスが燃料電池システムから漏れ出てしまう。また、排気部が閉塞もしくは閉塞に至る途中閉塞(完全に閉塞されていないが、排気されるガスの流通が阻害されている状態)の場合には、供給経路を介し、オフ燃焼ガスやオフ酸化剤ガスが燃料電池システムから漏れ出てしまうという課題があることを本願発明者らは見出した。   On the other hand, using purified water that can be used to operate the fuel cell system for water supply to the condensate tank, and opening the water supply port manually (hereinafter referred to as “manual water supply”), it is closed. It becomes possible to abolish the valve and downsize the water purifier. However, if the water supply port is forgotten to be closed, off-combustion gas or off-oxidant gas leaks from the fuel cell system through the open space above the condensed water tank. In addition, when the exhaust section is blocked or is closed to the closed position (a state where the exhaust gas is not completely blocked but the flow of the exhausted gas is hindered), the off-combustion gas and the off-oxidation are supplied via the supply path. The inventors of the present application have found that there is a problem that the agent gas leaks from the fuel cell system.

本発明は、上記のように、手動給水で給水が行われる燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの構成を簡素化し、省スペース化及び省電力化を図ることができ、効率よく運転することのできる発電システムを提供することを目的とする。   As described above, in the fuel cell system in which water is supplied by manual water supply, the present invention can simplify the configuration of the fuel cell system, achieve space saving and power saving, and can be operated efficiently. The purpose is to provide a power generation system.

上記の従来の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、
酸化剤ガスと燃料ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、
燃料電池から排出される、オフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスのうちの少なくとも一方のオフガスに含まれる水蒸気を凝縮させて発生した凝縮水を貯める凝縮水タンクと、
上端が凝縮水タンクよりも鉛直方向の上方に配置された給水口であり、給水口から凝縮水タンクへ精製水を供給するための供給経路と、
を備えている燃料電池システムにおいて、
オフガスを燃料電池システムの外部へ排出するための排気経路を備え、
凝縮水タンクは、凝縮水が供給される第1貯水部を備えており、
凝縮水タンクに接続される供給経路の下端は、手動給水で給水された場合に到達するように予め設定されている第1水位よりも鉛直方向の下方の第1貯水部内に配置されるように構成されており、供給経路の最上部と供給経路の下端との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧が予め定められる第1圧力より大きくなるように構成するものである。
In order to solve the above conventional problems, a fuel cell system according to the present invention includes:
A fuel cell that generates power using oxidant gas and fuel gas;
A condensed water tank for storing condensed water generated by condensing water vapor contained in at least one of off-oxidant gas or off-fuel gas discharged from the fuel cell; and
A water supply port whose upper end is arranged vertically above the condensate water tank, and a supply path for supplying purified water from the water supply port to the condensate water tank;
In a fuel cell system comprising:
An exhaust path for discharging off gas to the outside of the fuel cell system is provided,
The condensed water tank includes a first water storage unit to which condensed water is supplied,
The lower end of the supply path connected to the condensate tank is disposed in the first water storage section below the first water level that is set in advance so as to reach when water is supplied by manual water supply. It is comprised, and it is comprised so that the sealing pressure by the hydraulic head difference equivalent to the distance of the perpendicular direction of the uppermost part of a supply path and the lower end of a supply path may become larger than a predetermined 1st pressure.

ここで、第1圧力は、排気経路が閉塞または途中閉塞(完全に閉塞されていないが、排気されるガスの流通が阻害されている状態)した場合にオフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスのうちの少なくとも一方のオフガスが供給経路を介して燃料電池システムの外部へ漏れないように設定されている圧力であり、予め実験やシミュレーション等で設定されている。   Here, the first pressure is the off-oxidant gas or the off-fuel gas when the exhaust path is blocked or partially blocked (not completely closed but the flow of the exhausted gas is hindered). The pressure is set so that at least one of the off-gases does not leak to the outside of the fuel cell system via the supply path, and is set in advance through experiments, simulations, or the like.

これによって、燃料電池システムへの給水を、凝縮水タンクに設けられた給水口から手動で行い、給水口の閉め忘れが発生した場合でも、凝縮水タンクに蓄えられる水によって、供給経路の下端が水で封止されているため、凝縮水タンクの上方の開空間を介し、オフ燃料ガスやオフ酸化剤ガスが燃料電池システムから漏れ出てしまうことを防止することが可能となる。また、排気部が閉塞もしくは閉塞に至る途中閉塞の場合でも、供給経路の最上部と供給経路の下端との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧が、予め定められる第1圧力より大きくなるように構成されているため、供給経路の水頭差による封止圧を超えることがなく、燃料電池のオフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスが、給水口を介し、燃料電池システムの外部へ漏れ出ることを防止することが可能となる。   As a result, water supply to the fuel cell system is manually performed from the water supply port provided in the condensate water tank, and even if the water supply port is forgotten to close, the water stored in the condensate water tank causes the lower end of the supply path to Since it is sealed with water, it is possible to prevent the off-fuel gas and off-oxidant gas from leaking out of the fuel cell system through the open space above the condensed water tank. In addition, even in the case where the exhaust part is blocked or closed in the middle of closing, the sealing pressure due to the water head difference corresponding to the vertical distance between the uppermost part of the supply path and the lower end of the supply path is higher than the predetermined first pressure. Because it is configured to be large, the fuel cell off-oxidant gas or off-fuel gas leaks to the outside of the fuel cell system through the water supply port without exceeding the sealing pressure due to the head difference in the supply path. It is possible to prevent exit.

本発明の燃料電池システムによれば、手動給水で凝縮水タンクに蓄えられる精製水によって供給経路の下端が水で封止されることにより、燃料電池の排ガスが給水口を介して燃料電池システムから漏れ出ることを防止することができる。そのため、従来の燃料電池システムに比して、閉止弁の追加と水浄化器の大型化をすることなく、構成を簡素化することができ、省スペース化及び省電力化を図ることが可能となる。   According to the fuel cell system of the present invention, the lower end of the supply path is sealed with water by purified water stored in the condensate tank with manual water supply, so that the exhaust gas of the fuel cell is removed from the fuel cell system via the water supply port. Leakage can be prevented. Therefore, compared with the conventional fuel cell system, it is possible to simplify the configuration without adding a shut-off valve and increasing the size of the water purifier, and to achieve space saving and power saving. Become.

本発明の実施の形態1に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図1 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 図1におけるA部の凝縮水タンク内の水位と構成部品の高さを示す概略図Schematic showing the water level in the condensed water tank of part A in FIG. 1 and the height of the component parts 図1におけるB部の給水口と供給経路の構成を示す概略図Schematic which shows the structure of the water supply port of B section in FIG. 1, and a supply path | route. 本発明の実施の形態2に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図FIG. 2 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施の形態3に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図FIG. 3 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施の形態4に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図Block diagram schematically showing a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 4 of the present invention. 本発明の実施の形態5に係る燃料電池システムの概略構成を模式的に示すブロック図FIG. 5 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of a fuel cell system according to Embodiment 5 of the present invention.

本願発明は、
酸化剤ガスと燃料ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、
燃料電池から排出される、オフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスのうちの少なくとも一方のオフガスに含まれる水蒸気を凝縮させて発生した凝縮水を貯める凝縮水タンクと、
上端が凝縮水タンクよりも鉛直方向の上方に配置された給水口であり、給水口から凝縮水タンクへ精製水を供給するための供給経路と、
を備えている燃料電池システムにおいて、
オフガスを燃料電池システムの外部へ排出するための排気経路を備え、
凝縮水タンクは、凝縮水が供給される第1貯水部を備えており、
凝縮水タンクに接続される供給経路の下端は、手動給水で給水された場合に到達するように予め設定されている第1水位よりも鉛直方向の下方の第1貯水部内に配置されるように構成されており、供給経路の最上部と供給経路の下端との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧が予め定められる第1圧力より大きくなるように構成することを特徴としている。
The present invention is
A fuel cell that generates power using oxidant gas and fuel gas;
A condensed water tank for storing condensed water generated by condensing water vapor contained in at least one of off-oxidant gas or off-fuel gas discharged from the fuel cell; and
A water supply port whose upper end is arranged vertically above the condensate water tank, and a supply path for supplying purified water from the water supply port to the condensate water tank;
In a fuel cell system comprising:
An exhaust path for discharging off gas to the outside of the fuel cell system is provided,
The condensed water tank includes a first water storage unit to which condensed water is supplied,
The lower end of the supply path connected to the condensate tank is disposed in the first water storage section below the first water level that is set in advance so as to reach when water is supplied by manual water supply. It is comprised, It is characterized by comprising so that the sealing pressure by the hydraulic head difference corresponded to the distance of the perpendicular direction of the uppermost part of a supply path and the lower end of a supply path may become larger than a predetermined 1st pressure.

この構成により、燃料電池のオフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスが、給水口を介し、燃料電池システムの外部へ漏れ出ることを防止できる。また、従来の燃料電池システムに比して、閉止弁を追加と水浄化器の大型化をすることなく、構成を簡素化することができ、省スペース化及び省電力化を図ることが可能となる。   With this configuration, it is possible to prevent the off-oxidant gas or off-fuel gas of the fuel cell from leaking out of the fuel cell system through the water supply port. In addition, compared to conventional fuel cell systems, the configuration can be simplified without adding a shut-off valve and increasing the size of the water purifier, and space and power can be saved. Become.

また、凝縮水タンク内の水位を検知する水位センサをさらに備え、
凝縮水タンクに接続される供給経路の下端は、水位センサで検知する第2水位よりも鉛直方向の下方に配置されるように構成されていてもよい。この構成により、凝縮水タンク内の水位が供給経路の下端よりも低くなる前に、水位センサで検知させることが可能となる。
The water level sensor further detects the water level in the condensed water tank,
The lower end of the supply path connected to the condensed water tank may be configured to be disposed below the second water level detected by the water level sensor in the vertical direction. With this configuration, the water level sensor can detect the water level in the condensed water tank before it becomes lower than the lower end of the supply path.

さらに、水位センサで検知する水位が第2水位よりも低くなった場合、燃料電池システムが停止動作するように構成されていてもよい。この構成により、凝縮水タンクの水位が
低下しても、燃料電池のオフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスが、給水口を介し、燃料電池システムから漏れ出る前に、燃料電池システムを停止動作させることが可能となる。
Further, the fuel cell system may be configured to stop when the water level detected by the water level sensor becomes lower than the second water level. With this configuration, even if the water level in the condensate tank drops, the fuel cell system is stopped before the off-oxidant gas or off-fuel gas of the fuel cell leaks from the fuel cell system through the water supply port. Is possible.

また、凝縮水タンクの排水口に接続されており、第1貯水部の内部に蓄えられた水を少なくとも第1貯水部の外部へ排出するための第1排水経路をさらに備え、
凝縮水タンクは、第1貯水部と連通しているとともに第1貯水部の気体を水封するように構成されている第2貯水部をさらに備え、
凝縮水タンクに接続される供給経路の下端は、排水口よりも鉛直方向の下方の第1貯水部に配置されるように構成されていてもよい。この構成により、燃料電池のオフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスが、給水口を介し、燃料電池システムの外部へ漏れ出ることを防止できる。
Moreover, it is connected to the drainage port of the condensed water tank, and further comprises a first drainage path for discharging water stored inside the first water reservoir to at least the outside of the first water reservoir,
The condensed water tank further includes a second water storage unit that is in communication with the first water storage unit and configured to seal the gas of the first water storage unit,
You may be comprised so that the lower end of the supply path connected to a condensed water tank may be arrange | positioned at the 1st water storage part of the downward direction perpendicular | vertical rather than a drain outlet. With this configuration, it is possible to prevent the off-oxidant gas or off-fuel gas of the fuel cell from leaking out of the fuel cell system through the water supply port.

さらに、燃料電池に酸化剤ガスまたは燃料ガスを供給するガス供給器と、
少なくとも燃料電池と凝縮水タンクとガス供給器とを収納するとともに、オフガスを排気するための排気部が形成されている筐体と、
をさらに備え、
排気経路は、一端が凝縮水タンクの第1貯水部に接続されており、他端が排気部に接続されており、
凝縮水タンクは、第1貯水部を備えている第1凝縮水タンクと、第1貯水部の内部に蓄えられた水を少なくとも第1貯水部の外部へ排出するための第1排水経路を介して第1凝縮水タンクと連通するとともに第2貯水部を備える第2凝縮水タンクと、を備え、
第2凝縮水タンクは、排気部から供給される凝縮水を貯めており、排気部からの排気ガスが排気されないように水封する水封部を備えており、
第2貯水部の内部に蓄えられた水を第2貯水部の外部へ排出するための第2排水経路が、第2凝縮水タンクに接続されていてもよい。この構成により、排気部が閉塞及び途中閉塞しても、供給経路の下端が、水位よりも低くなることを防止することが可能となり、燃料電池のオフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスが、給水口を介し、燃料電池システムの外部へ漏れ出ることを防止できる。
Furthermore, a gas supplier for supplying an oxidant gas or fuel gas to the fuel cell;
A housing in which at least a fuel cell, a condensed water tank, and a gas supply unit are housed and an exhaust part for exhausting off-gas is formed;
Further comprising
One end of the exhaust path is connected to the first water storage part of the condensed water tank, and the other end is connected to the exhaust part.
The condensed water tank includes a first condensed water tank provided with a first water storage section, and a first drainage path for discharging water stored in the first water storage section to at least the outside of the first water storage section. A second condensate tank that communicates with the first condensate tank and includes a second water reservoir,
The second condensed water tank stores condensed water supplied from the exhaust part, and includes a water seal part that seals water so that exhaust gas from the exhaust part is not exhausted.
The 2nd drainage channel for discharging the water stored inside the 2nd water storage part to the exterior of the 2nd water storage part may be connected to the 2nd condensed water tank. With this configuration, it is possible to prevent the lower end of the supply path from becoming lower than the water level even when the exhaust part is blocked or partially blocked, and the off-oxidant gas or off-fuel gas of the fuel cell is supplied to the water supply port. It is possible to prevent leakage to the outside of the fuel cell system.

また、燃料電池に酸化剤ガスまたは燃料ガスを供給するガス供給器と、
少なくとも燃料電池と凝縮水タンクとガス供給器とを収納するとともに、オフガスを排気するための排気部が形成されている筐体と、
排気部から供給される凝縮水を貯めるとともに、排気部からの排気が流れないように水封する水封部を備えている水回収タンクと、
をさらに備え、
凝縮水タンクは、第1貯水部と隔壁を隔てて形成されている第2貯水部と、凝縮水タンク内に形成されるとともに凝縮水タンクの下部で第1貯水部と第2貯水部とを連通するように構成された連通部と、を備えており、
排気経路は、一端が凝縮水タンクに接続されており、他端が排気部に接続されており、水回収タンクは、第1排水経路を介して凝縮水タンクと連通しており、内部に蓄えられた水を水回収タンク外部へ排出するための第3排水経路が接続されていてもよい。
A gas supply for supplying an oxidant gas or fuel gas to the fuel cell;
A housing in which at least a fuel cell, a condensed water tank, and a gas supply unit are housed and an exhaust part for exhausting off-gas is formed;
A water recovery tank that has a water seal portion that stores condensed water supplied from the exhaust portion and seals water so that exhaust from the exhaust portion does not flow,
Further comprising
The condensate tank is formed in the condensate tank with a second water reservoir formed across the first water reservoir and the partition wall, and the first water reservoir and the second water reservoir are formed below the condensate water tank. A communication portion configured to communicate with each other,
One end of the exhaust path is connected to the condensate water tank, the other end is connected to the exhaust part, and the water recovery tank communicates with the condensate tank via the first drainage path and is stored inside. A third drainage path for discharging the generated water to the outside of the water recovery tank may be connected.

ここで、凝縮水タンクの下部とは、凝縮水タンクの排水口よりも鉛直方向の下方に位置することを意味する。   Here, the lower part of the condensed water tank means that it is located below the drain port of the condensed water tank in the vertical direction.

この構成により、排気部が閉塞及び途中閉塞しても、供給経路の下端が、水位よりも低くなることを防止することが可能となり、燃料電池のオフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスが、給水口を介し、燃料電池システムの外部へ漏れ出ることを防止できる。   With this configuration, it is possible to prevent the lower end of the supply path from becoming lower than the water level even when the exhaust part is blocked or partially blocked, and the off-oxidant gas or off-fuel gas of the fuel cell is supplied to the water supply port. It is possible to prevent leakage to the outside of the fuel cell system.

さらに、凝縮水タンクの第1貯水部の圧力が予め定められる第2圧力以上になったこと
を検知する圧力検知器をさらに備え、供給経路の最上部と供給経路の下端との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧が、第2圧力より大きくなるように構成されていてもよい。この構成により、排気部が閉塞及び途中閉塞しても、供給経路の下端の水位が第2圧力よりも高くなる前に、圧力検知器で検出することが可能となる。
Furthermore, the pressure detector which detects that the pressure of the 1st water storage part of a condensed water tank became more than the predetermined 2nd pressure is further provided, and the distance of the perpendicular direction of the uppermost part of a supply path and the lower end of a supply path The sealing pressure due to the water head difference corresponding to may be configured to be larger than the second pressure. With this configuration, even if the exhaust part is blocked or partially blocked, it is possible to detect with the pressure detector before the water level at the lower end of the supply path becomes higher than the second pressure.

また、圧力検知器で検知する圧力が、第2圧力よりも高くなると燃料電池システムを停止動作させるように構成されていてもよい。この構成により、確保している供給経路の上端と供給経路の下端との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧よりも、排気部が閉塞及び途中閉塞した際の圧力が高くなる前に、燃料電池システムを停止動作でき、燃料電池のオフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスが、給水口を介し、燃料電池システムの外部へ漏れ出ることを防止できる。   Further, the fuel cell system may be configured to stop when the pressure detected by the pressure detector becomes higher than the second pressure. With this configuration, before the pressure at the time when the exhaust section is closed or halfway blocked becomes higher than the sealing pressure due to the water head difference corresponding to the vertical distance between the upper end of the supply path and the lower end of the supply path. In addition, the fuel cell system can be stopped and the off-oxidant gas or off-fuel gas of the fuel cell can be prevented from leaking outside the fuel cell system through the water supply port.

以下、本発明の実施の形態を具体的に例示する。なお、全ての図面において、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically exemplified. In all the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, in all the drawings, only components necessary for explaining the present invention are extracted and illustrated, and other components are not illustrated. Furthermore, the present invention is not limited to the following embodiment.

(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100の概略構成を模式的に示すブロック図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a schematic configuration of a fuel cell system 100 according to Embodiment 1 of the present invention.

図1に示すように、本発明の実施の形態1に係る燃料電池システム100は、水素生成器1、燃料電池5、ブロワー6、酸化剤ガス経路7、第1オフ酸化剤ガス経路8、オフ燃焼ガス凝縮水経路10、給水を行うための供給経路12、凝縮水タンク13、排ガス熱交換器18、排空気熱交換器19、給水口21、第1排水経路22及び水浄化器32を備えている。   As shown in FIG. 1, a fuel cell system 100 according to Embodiment 1 of the present invention includes a hydrogen generator 1, a fuel cell 5, a blower 6, an oxidant gas path 7, a first off-oxidant gas path 8, and an off-state. Combustion gas condensed water path 10, supply path 12 for supplying water, condensed water tank 13, exhaust gas heat exchanger 18, exhaust air heat exchanger 19, water supply port 21, first drainage path 22, and water purifier 32 are provided. ing.

水素生成器1は、改質器1aと該改質器を加熱するための燃焼器1bを有している。水素生成器1の燃焼器1bには、オフ燃料ガス経路4bが接続されている。燃焼器1bは、オフ燃料ガス経路4bを介して供給された原料ガス又は燃料電池5で使用されなかった燃料ガスを燃焼して、オフ燃焼ガスを生成する。水素生成器1の燃焼器1bで生成されたオフ燃焼ガスは、改質器1aを加熱した後にオフ燃焼ガス経路9に排出され、排ガス熱交換器18、排気部20を介して、燃料電池システム100外に排出される。   The hydrogen generator 1 has a reformer 1a and a combustor 1b for heating the reformer. An off-fuel gas path 4 b is connected to the combustor 1 b of the hydrogen generator 1. The combustor 1b burns the raw material gas supplied through the off-fuel gas path 4b or the fuel gas that has not been used in the fuel cell 5 to generate off-combustion gas. The off-combustion gas generated in the combustor 1b of the hydrogen generator 1 is heated to the reformer 1a and then discharged to the off-combustion gas path 9, and the fuel cell system is passed through the exhaust gas heat exchanger 18 and the exhaust unit 20. 100 is discharged outside.

水素生成器1の改質器1aには、原料供給部2と水供給部3が接続されている。原料供給部2は、改質器1aにその流量を調整しながら、原料ガスを供給するように構成されている。原料供給部2としては、例えば、流量調整弁とポンプで構成されていてもよく、流量調整可能なポンプで構成されていてもよい。なお、原料ガスとしては、天然ガスやLPガス等が例示される。   A raw material supply unit 2 and a water supply unit 3 are connected to the reformer 1 a of the hydrogen generator 1. The raw material supply unit 2 is configured to supply a raw material gas while adjusting the flow rate thereof to the reformer 1a. As the raw material supply part 2, for example, a flow rate adjusting valve and a pump may be configured, or a flow rate adjustable pump may be configured. Examples of the source gas include natural gas and LP gas.

水供給部3には、凝縮水タンク13で貯えられている凝縮水を浄化して改質器1aに供給するための水供給器31及び水浄化器32が設けられている。水供給器31としては、改質器1aにその流量を調整しながら、凝縮水を供給するように構成されていれば、どのような態様であってもよく、例えば、流量調整弁とポンプで構成されていてもよく、流量調整可能なポンプで構成されていてもよい。凝縮水タンク13に蓄えられている凝縮水は、若干の不純物を含むため、イオン交換樹脂等からなる水浄化器32を介して純水化され、水供給部3に供給される。   The water supply unit 3 is provided with a water supplier 31 and a water purifier 32 for purifying the condensed water stored in the condensed water tank 13 and supplying it to the reformer 1a. The water supply device 31 may be in any form as long as it is configured to supply condensed water while adjusting the flow rate to the reformer 1a. It may be comprised, and may be comprised with the pump which can adjust flow volume. Since the condensed water stored in the condensed water tank 13 contains some impurities, it is purified through a water purifier 32 made of ion exchange resin or the like and supplied to the water supply unit 3.

そして、水素生成器1の改質器1aは、原料ガスと水(例えば、凝縮水)を改質反応さ
せて、水素を含む燃料ガスを生成するように構成されている。改質器で生成された燃料ガスは、水素供給経路4aを介して、燃料電池5のアノード(図示せず)に供給される。
The reformer 1a of the hydrogen generator 1 is configured to generate a fuel gas containing hydrogen by causing a reforming reaction between the raw material gas and water (for example, condensed water). The fuel gas generated by the reformer is supplied to the anode (not shown) of the fuel cell 5 through the hydrogen supply path 4a.

燃料電池5は、アノードとカソード(図示せず)を有している。なお、燃料電池5は、高分子電解質形燃料電池や直接内部改質型固体酸化物形燃料電池や間接内部改質型固体酸化物形燃料電池等の各種の燃料電池を用いることができる。   The fuel cell 5 has an anode and a cathode (not shown). As the fuel cell 5, various fuel cells such as a polymer electrolyte fuel cell, a direct internal reforming solid oxide fuel cell, and an indirect internal reforming solid oxide fuel cell can be used.

また、本実施の形態1においては、水素生成器1と燃料電池5とを別々に構成する態様を採用したが、これに限定されず、固体酸化物形燃料電池のように水素生成器1と燃料電池5が一体で構成されていてもよい。この場合、水素生成器1と燃料電池5とが共通の断熱材で覆われた一つのユニットとして構成され、水素生成器1の燃焼器は、改質器1aだけでなく燃料電池5も加熱する。また、直接内部改質型固体酸化物形燃料電池においては、燃料電池5のアノードが改質器の機能を有することから、燃料電池5のアノードと水素生成器1の改質器1aとが一体で構成されていてもよい。さらに、燃料電池5の構成は、一般的な燃料電池と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。   In the first embodiment, the hydrogen generator 1 and the fuel cell 5 are separately configured. However, the present invention is not limited to this, and the hydrogen generator 1 and the fuel cell 5 are not limited to this. The fuel cell 5 may be integrally formed. In this case, the hydrogen generator 1 and the fuel cell 5 are configured as one unit covered with a common heat insulating material, and the combustor of the hydrogen generator 1 heats not only the reformer 1a but also the fuel cell 5. . In the direct internal reforming solid oxide fuel cell, the anode of the fuel cell 5 has the function of a reformer, so that the anode of the fuel cell 5 and the reformer 1a of the hydrogen generator 1 are integrated. It may be comprised. Furthermore, since the structure of the fuel cell 5 is the same as that of a general fuel cell, its detailed description is omitted.

燃料電池5のカソードには、ブロワー6から酸化剤ガス経路7を介して酸化剤ガス(空気)が供給される。そして、アノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとが反応して、水が生成され、電気と熱が発生する。燃料電池5で使用されなかった燃料ガスは、オフ水素ガスとして、オフ燃料ガス経路4bを介して、水素生成器1の燃焼器1bに供給される。また、燃料電池5で使用されなかった酸化剤ガスは、第1オフ酸化剤ガス経路8、第2オフ酸化剤ガス経路11及び排気部20を介して、燃料電池システム100外に排出される。   An oxidant gas (air) is supplied from the blower 6 through the oxidant gas path 7 to the cathode of the fuel cell 5. Then, the fuel gas supplied to the anode and the oxidant gas supplied to the cathode react to generate water, and electricity and heat are generated. The fuel gas not used in the fuel cell 5 is supplied as off-hydrogen gas to the combustor 1b of the hydrogen generator 1 through the off-fuel gas path 4b. The oxidant gas that has not been used in the fuel cell 5 is discharged out of the fuel cell system 100 via the first off-oxidant gas path 8, the second off-oxidant gas path 11, and the exhaust unit 20.

なお、発生した電気は、図示されない電力調整器により、外部電力負荷(例えば、家庭の電気機器)に供給される。また、発生した熱は、冷却水流路(図示せず)を通流する冷却水が回収する。   The generated electricity is supplied to an external power load (for example, home electrical equipment) by a power regulator (not shown). The generated heat is recovered by cooling water flowing through a cooling water flow path (not shown).

排熱回収水経路23は、オフ燃焼ガス経路9と第1オフ酸化剤ガス経路8とを通流する、オフ燃焼ガスとオフ酸化剤ガスから熱を回収するように構成されている。すなわち、排ガス熱を回収するための経路である。本実施の形態1においては、その一部が、筐体101外に位置するように設けられている。排熱回収水経路23には、排ガス熱交換器18、排空気熱交換器19が設けられている。そして、排熱回収水経路23内の第1熱媒体は、各熱交換器でオフ燃料ガス、オフ酸化剤ガスと熱交換しながら通流する。なお、第1熱媒体としては、水又は不凍液(例えば、エチレングリーコール含有液)等を用いることができる。   The exhaust heat recovery water path 23 is configured to recover heat from the off combustion gas and the off oxidant gas that flow through the off combustion gas path 9 and the first off oxidant gas path 8. That is, it is a path for recovering exhaust gas heat. In the first embodiment, a part of the first embodiment is provided outside the housing 101. An exhaust gas heat exchanger 18 and an exhaust air heat exchanger 19 are provided in the exhaust heat recovery water path 23. Then, the first heat medium in the exhaust heat recovery water path 23 flows through each heat exchanger while exchanging heat with the off-fuel gas and the off-oxidant gas. As the first heat medium, water or an antifreeze liquid (for example, an ethylene glycol-containing liquid) can be used.

排ガス熱交換器18は、排熱回収水経路23とオフ燃焼ガス経路9とを接触させるように設けられていて、排熱回収水経路23を通流する第1熱媒体とオフ燃焼ガス経路9を通流するオフ燃焼ガスとの間で熱交換するように構成されている。なお、排ガス熱交換器18で第1熱媒体と熱交換することにより、オフ燃焼ガス中の水蒸気が凝縮して、凝縮水が生成される。生成された凝縮水は、オフ燃焼ガス凝縮水経路10を介して、凝縮水タンク13に回収される。凝縮水が回収された後のオフ燃焼ガスは、凝縮水タンク13上方の開空間より第2オフ酸化剤ガス経路11、排気部20を介して、燃料電池システム100外に排出される。この構成にすることにより、オフ燃焼ガス中の凝縮水のみが凝縮水タンク13に回収される。   The exhaust gas heat exchanger 18 is provided so that the exhaust heat recovery water path 23 and the off combustion gas path 9 are in contact with each other, and the first heat medium and the off combustion gas path 9 flowing through the exhaust heat recovery water path 23 are provided. It is configured to exchange heat with the off-combustion gas flowing therethrough. In addition, by exchanging heat with the first heat medium in the exhaust gas heat exchanger 18, the water vapor in the off-combustion gas is condensed and condensed water is generated. The generated condensed water is collected in the condensed water tank 13 through the off-combustion gas condensed water path 10. The off-combustion gas after the condensed water is recovered is discharged from the open space above the condensed water tank 13 to the outside of the fuel cell system 100 via the second off-oxidant gas path 11 and the exhaust part 20. With this configuration, only the condensed water in the off-combustion gas is collected in the condensed water tank 13.

また、排空気熱交換器19は、排熱回収水経路23と第1オフ酸化剤ガス経路8を接触させるように設けられていて、排熱回収水経路23を通流する第1熱媒体と第1オフ酸化剤ガス経路8を通流するオフ酸化剤ガスとの間で熱交換するように構成されている。なお
、排空気熱交換器19で第1熱媒体と熱交換することにより、オフ酸化剤ガス中の水蒸気が凝縮して、凝縮水が生成される。生成された凝縮水は、第1オフ酸化剤ガス経路8を介して、凝縮水タンク13に回収される。凝縮水が回収された後のオフ酸化剤ガスは、凝縮水タンク13上方の開空間より第2オフ酸化剤ガス経路11、排気部20を介して、燃料電池システム100外に排出される。この構成にすることにより、オフ酸化剤ガス中の凝縮水のみが凝縮水タンク13に回収される。
The exhaust air heat exchanger 19 is provided so as to contact the exhaust heat recovery water path 23 and the first off-oxidant gas path 8, and the first heat medium that flows through the exhaust heat recovery water path 23 Heat is exchanged with the off-oxidant gas flowing through the first off-oxidant gas path 8. In addition, by exchanging heat with the first heat medium in the exhaust air heat exchanger 19, the water vapor in the off-oxidant gas is condensed and condensed water is generated. The generated condensed water is collected in the condensed water tank 13 via the first off-oxidant gas path 8. The off-oxidant gas after the condensed water is recovered is discharged from the open space above the condensed water tank 13 to the outside of the fuel cell system 100 via the second off-oxidant gas path 11 and the exhaust part 20. With this configuration, only the condensed water in the off-oxidant gas is recovered in the condensed water tank 13.

[凝縮水タンクの構成]
次に本発明の特徴部分である供給経路12及び凝縮水タンク13及び給水口21の構成について図2及び図3を用いて説明する。
[Condensate tank configuration]
Next, the structure of the supply path 12, the condensed water tank 13, and the water supply port 21 which are the characterizing parts of this invention is demonstrated using FIG.2 and FIG.

凝縮水タンク13に蓄えられた凝縮水は凝縮水タンク13の下面からの高さH3以上になると第1排水経路22の排水口34を介し、外部に自然に排出されるように構成されているが、凝縮水タンク13からの排水が可能であれば、この態様に限定しない。   The condensed water stored in the condensed water tank 13 is configured to be naturally discharged to the outside through the drain port 34 of the first drainage path 22 when the height from the lower surface of the condensed water tank 13 becomes H3 or higher. However, as long as drainage from the condensed water tank 13 is possible, it is not limited to this aspect.

なお、本実施の形態では、一端が凝縮水タンク13の排水口34に接続されており、多端が燃料電池システム100の外部にある下水管に接続されている第1排水経路22を例示したが、凝縮水タンク13から凝縮水が溢れ出ないように排ガス熱交換器18および排空気熱交換器19からの凝縮水量を調整可能であれば、第1排水経路22を備えなくてもよい。その場合、凝縮水タンク13の下面からの高さH3が、手動給水で給水される「第1水位」と設定され、手動給水時には第1水位である、凝縮水タンク13の下面からの高さH3まで給水される。なお、手動給水は、仕様書などに給水される水の量をリットル単位などで予め示されていたり、予め用意されている容器に精製水を給水して、燃料電池システム100へ給水することが一般的である。   In the present embodiment, the first drainage path 22 is illustrated in which one end is connected to the drainage port 34 of the condensed water tank 13 and the other end is connected to a sewage pipe outside the fuel cell system 100. If the amount of condensed water from the exhaust gas heat exchanger 18 and the exhaust air heat exchanger 19 can be adjusted so that the condensed water does not overflow from the condensed water tank 13, the first drainage path 22 may not be provided. In this case, the height H3 from the lower surface of the condensed water tank 13 is set as the “first water level” to be supplied by manual water supply, and the height from the lower surface of the condensed water tank 13 is the first water level at the time of manual water supply. Water is supplied up to H3. In the manual water supply, the amount of water supplied in a specification or the like is indicated in liters in advance, or purified water is supplied to a prepared container and supplied to the fuel cell system 100. It is common.

凝縮水タンク13内には隔壁14を形成してもよい。隔壁14は、凝縮水タンク13の上面から、凝縮水タンク13の下面からの高さH1まで、第1貯水部15と第2貯水部16を分離する。なお、この実施の形態に限定されず、例えば、第1排水経路22を備えない場合には、隔壁14を備えなくてもよい。   A partition wall 14 may be formed in the condensed water tank 13. The partition wall 14 separates the first water storage unit 15 and the second water storage unit 16 from the upper surface of the condensed water tank 13 to a height H1 from the lower surface of the condensed water tank 13. In addition, it is not limited to this embodiment, For example, when not providing the 1st drainage channel 22, the partition 14 does not need to be provided.

供給経路12は、凝縮水タンク13に鉛直方向の上方から供給経路12を介して給水できるように配置されている。また、供給経路12の下端(=下流端)は、凝縮水タンク13の下面からの高さH3よりも低い位置であるH1に配置されている。供給経路12の上端(=上流端)である給水口21は供給経路12を介して凝縮水タンク13に給水するように構成されているが、燃料電池システム100への給水が可能であれば、この態様に限定しない。   The supply path 12 is arranged so that water can be supplied to the condensed water tank 13 from above in the vertical direction via the supply path 12. Further, the lower end (= downstream end) of the supply path 12 is disposed at H <b> 1 which is a position lower than the height H <b> 3 from the lower surface of the condensed water tank 13. The water supply port 21, which is the upper end (= upstream end) of the supply path 12, is configured to supply water to the condensed water tank 13 via the supply path 12, but if water supply to the fuel cell system 100 is possible, It is not limited to this aspect.

なお、給水口21は漏斗式を例示するが、給水ができればどのような態様であってもよく、給水口21から凝縮水タンク13までの供給経路12は鉛直方向下方に給水できる態様を例示するが、図3(a)に示すような、供給経路12の途中に屈曲部を設け、凝縮水タンク13からの水蒸気蒸発を抑制できる態様でもよい。また、給水口21の取り付け方向は鉛直方向の上方向を例示するが、図3(b)に示すように、凝縮水タンクに水を供給できれば、供給経路12に対して水平以上の角度がついていればよい。また、図3(c)に示すように、供給経路12が給水口21よりも鉛直方向の上方に配置されていてもよく、その場合の供給経路12の最上部は供給経路12の途中の経路になり、この態様での給水時には押し込み式ポンプ等を使用してもよい。凝縮水タンク13の中には高さH2以下の水位を検知するための水位センサ17が構成されている。水位センサ17としては、フロートスイッチを例示するが、水位が検知できればどのような態様であってもよい。水位センサ17が排水口34より低く連通部33より高い高さH2以下の水位を検知すると、燃料電池システム100を停止動作させるように構成されている。ここで、「第2水位」
は、水位センサ17が高さH2以下となる水位を指す。
In addition, although the water supply port 21 illustrates a funnel type, any mode may be used as long as water can be supplied, and the supply path 12 from the water supply port 21 to the condensed water tank 13 illustrates a mode in which water can be supplied vertically downward. However, as shown to Fig.3 (a), the aspect which can provide a bending part in the middle of the supply path 12, and can suppress the water vapor | steam evaporation from the condensed water tank 13 may be sufficient. Moreover, although the attachment direction of the water supply port 21 illustrates the upward direction in the vertical direction, as shown in FIG. 3B, if water can be supplied to the condensed water tank, an angle of more than horizontal is given to the supply path 12. It only has to be. Further, as shown in FIG. 3C, the supply path 12 may be disposed above the water supply port 21 in the vertical direction, and the uppermost portion of the supply path 12 in that case is a path in the middle of the supply path 12. Therefore, a push-in pump or the like may be used for water supply in this mode. In the condensed water tank 13, a water level sensor 17 for detecting a water level having a height of H2 or less is configured. The water level sensor 17 is exemplified by a float switch, but any mode may be used as long as the water level can be detected. When the water level sensor 17 detects a water level lower than the drain outlet 34 and higher than the communicating portion 33 and having a height H2 or less, the fuel cell system 100 is configured to stop. Here, “second water level”
Indicates the water level at which the water level sensor 17 is below the height H2.

[燃料電池システムの作用と効果]
次に、本実施の形態1に係る燃料電池システム100の作用と効果について、図1及び図2(a)〜(b)を参照しながら説明する。
[Operation and effect of fuel cell system]
Next, the operation and effect of the fuel cell system 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2A to 2B.

図2(a)に示すように、燃料電池システム100の凝縮水タンク13に供給経路12を介し、精製水の給水が行われた場合は、凝縮水タンク13の下面からの高さがH3以上になると、第1排水経路22を介し、自然に水が排出するように構成されている。そのため、凝縮水タンク13内の水の量を一定以下に保つことが可能になる。また、第1排水経路22を備えない場合には、手動給水で給水される給水量を第1水位である、凝縮水タンク13の下面からの高さH3までにすることにより、凝縮水タンク13内の水の量を一定に保つことが可能になる。   As shown in FIG. 2A, when purified water is supplied to the condensed water tank 13 of the fuel cell system 100 via the supply path 12, the height from the lower surface of the condensed water tank 13 is H3 or more. Then, the water is naturally discharged through the first drainage path 22. Therefore, the amount of water in the condensed water tank 13 can be kept below a certain level. If the first drainage path 22 is not provided, the amount of water supplied by manual water supply is set to the first water level, that is, the height H3 from the lower surface of the condensed water tank 13, so that the condensed water tank 13 is supplied. The amount of water inside can be kept constant.

また、供給経路12は、凝縮水タンク13に鉛直方向の上方から供給経路12を介して給水できるように配置されている。そのため、重力によって自然と水が落ちるので、給水を効率よく行うことができる。   The supply path 12 is arranged so that water can be supplied to the condensed water tank 13 from above in the vertical direction via the supply path 12. Therefore, since water falls naturally by gravity, water supply can be performed efficiently.

そして、供給経路12は、第1排水経路22の凝縮水タンク13の下面からの高さH3よりも低い位置であるH1に配置されている。そのため、給水後の高さH1以上に水が満たされているときに、第1オフ酸化剤ガス経路8及びオフ燃焼ガス凝縮水経路10のうちの少なくとも一方のオフガスの経路を介し、第2オフ酸化剤ガス経路11や凝縮水タンク13内に通流するオフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスが、凝縮水タンク13の上部の開空間、供給経路12、及び給水口21を介し、燃料電池システム100から漏れ出ることを防止することが可能となる。   And the supply path 12 is arrange | positioned at H1 which is a position lower than the height H3 from the lower surface of the condensed water tank 13 of the 1st drainage path 22. Therefore, when water is filled to a height H1 or higher after the water supply, the second off-oxidant gas path 8 and the off-combustion gas condensed water path 10 are connected to the second off gas via at least one off-gas path. The off-oxidant gas or the off-fuel gas flowing into the oxidant gas path 11 and the condensed water tank 13 passes through the open space above the condensed water tank 13, the supply path 12, and the water supply port 21, and the fuel cell system 100. It is possible to prevent leakage from the air.

さらに、凝縮水タンク13の中には高さH2以下の水位を検知するための水位センサ17が構成されており、水位センサ17が高さH2以下の水位を検知すると、燃料電池システム100を停止動作させるように構成されている。これにより、図2(b)に示すような、水位低下時でも、オフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスが、凝縮水タンク13の上部の開空間、供給経路12、及び給水口21を介し、燃料電池システム100から漏れ出ることを防止することが可能となる。また、手動給水により精製水を給水するため、市水を利用した自動給水時に必要であった、市水利用分の水浄化機能が不要となるため、水浄化器を小型化することが可能となる。   Further, a water level sensor 17 for detecting a water level of height H2 or less is configured in the condensed water tank 13, and when the water level sensor 17 detects a water level of height H2 or less, the fuel cell system 100 is stopped. It is configured to operate. Thereby, as shown in FIG. 2B, even when the water level is lowered, the off-oxidant gas or the off-fuel gas is supplied to the fuel via the open space above the condensed water tank 13, the supply path 12, and the water supply port 21. It is possible to prevent leakage from the battery system 100. In addition, since purified water is supplied by manual water supply, the water purification function for city water use, which was necessary for automatic water supply using city water, is no longer necessary, and the water purifier can be downsized. Become.

また、供給経路12の最上部と供給経路12の下端との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧が、予め定められる第1圧力より大きくなるように構成されている態様を例示するものである。   Moreover, the aspect comprised so that the sealing pressure by the hydraulic head difference corresponded to the distance of the perpendicular direction of the uppermost part of the supply path 12 and the lower end of the supply path 12 may become larger than a predetermined 1st pressure. Is.

ここで、第1圧力は、排気経路が閉塞または途中閉塞(完全に閉塞されていないが、排気されるガスの流通が阻害されている状態)した場合にオフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスのうちの少なくとも一方のオフガスが供給経路を介して燃料電池システムの外部へ漏れないように設定されている圧力であり、予め実験やシミュレーション等で設定されている。   Here, the first pressure is the off-oxidant gas or the off-fuel gas when the exhaust path is blocked or partially blocked (not completely closed but the flow of the exhausted gas is hindered). The pressure is set so that at least one of the off-gases does not leak to the outside of the fuel cell system via the supply path, and is set in advance through experiments, simulations, or the like.

そのため「第1圧力」は、ブロワー6及び原料供給部2からの供給圧力よりも高い圧力で設定してもよい。   Therefore, the “first pressure” may be set at a pressure higher than the supply pressure from the blower 6 and the raw material supply unit 2.

(実施の形態2)
実施の形態2では、実施の形態1と異なる部分を中心に説明を行う。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, the description will focus on the parts different from the first embodiment.

実施の形態2に係る燃料電池システム100は、燃料電池5に酸化剤ガスまたは燃料ガスを供給するガス供給器と、少なくとも燃料電池5と凝縮水タンク13とガス供給器とを収納するとともに、排気部20を備えた筐体101と、一端が凝縮水タンク13の第1貯水部15に接続され、他端が排気部20に接続されている第2オフ酸化剤ガス経路11と、凝縮水タンク13は、第1貯水部15を備える第1凝縮水タンク24と、第1凝縮水タンク24と第1排水経路22を介して連通し第2貯水部16を備える第2凝縮水タンク25で構成され、第2凝縮水タンク25は、排気部20から供給される凝縮水を貯めるとともに、排気部20からの排気が流れないように水封する水封部を備えており、第2貯水部の内部に蓄えられた水を第2貯水部16の外部へ排出するための第2排水経路27が、第2凝縮水タンク25に接続されており、供給経路12の上端と供給経路12の下端との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧が、予め定められる第1圧力より大きくなるように構成されている態様を例示するものである。   A fuel cell system 100 according to Embodiment 2 houses a gas supply device that supplies an oxidant gas or a fuel gas to the fuel cell 5, at least a fuel cell 5, a condensed water tank 13, and a gas supply device, and an exhaust gas. A housing 101 having a section 20, a second off-oxidant gas path 11 having one end connected to the first water storage section 15 of the condensed water tank 13 and the other end connected to the exhaust section 20, and a condensed water tank. 13 includes a first condensate water tank 24 having a first water storage unit 15 and a second condensate water tank 25 having a second water storage unit 16 communicating with the first condensate water tank 24 via a first drainage path 22. The second condensate water tank 25 is provided with a water seal portion that stores the condensate water supplied from the exhaust portion 20 and seals the exhaust water from the exhaust portion 20 so that it does not flow. 2nd storage of water stored inside The second drainage path 27 for discharging to the outside of the part 16 is connected to the second condensed water tank 25, and the water head difference corresponding to the vertical distance between the upper end of the supply path 12 and the lower end of the supply path 12 3 illustrates a mode in which the sealing pressure is configured to be larger than a predetermined first pressure.

ここで、第1圧力は、排気経路が閉塞または途中閉塞(完全に閉塞されていないが、排気されるガスの流通が阻害されている状態)した場合にオフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスのうちの少なくとも一方のオフガスが供給経路を介して燃料電池システムの外部へ漏れないように設定されている圧力であり、予め実験やシミュレーション等で設定されている。   Here, the first pressure is the off-oxidant gas or the off-fuel gas when the exhaust path is blocked or partially blocked (not completely closed but the flow of the exhausted gas is hindered). The pressure is set so that at least one of the off-gases does not leak to the outside of the fuel cell system via the supply path, and is set in advance through experiments, simulations, or the like.

そのため「第1圧力」は、ブロワー6及び原料供給部2からの供給圧力よりも高い圧力で設定してもよい。   Therefore, the “first pressure” may be set at a pressure higher than the supply pressure from the blower 6 and the raw material supply unit 2.

また、ガス供給器は、実施の形態2では、酸化剤ガスを供給するブロワー6、又は、原料供給部2であるが、これ以外にも水素を直接燃料電池に供給する燃料電池システム100の場合は水素を供給する機器であってもよい。   In the second embodiment, the gas supply device is the blower 6 that supplies the oxidant gas or the raw material supply unit 2, but in addition to this, in the case of the fuel cell system 100 that supplies hydrogen directly to the fuel cell. May be a device for supplying hydrogen.

図4は、本発明の実施の形態2に係る燃料電池システム100の概略構成を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system 100 according to Embodiment 2 of the present invention.

図4に示すように、本発明の実施の形態2に係る燃料電池システム100は、実施の形態1に係る燃料電池システム100と基本的構成は同じであるが、凝縮水タンク13の第1貯水部15と第2貯水部16を分離する隔壁14を、排気部20からの排気が流れないように水封する水封部を備えている第2凝縮水タンク25に変更している点が異なる。
As shown in FIG. 4 , the fuel cell system 100 according to Embodiment 2 of the present invention has the same basic configuration as the fuel cell system 100 according to Embodiment 1, but the first water storage in the condensed water tank 13. The point which changes the partition 14 which isolate | separates the part 15 and the 2nd water storage part 16 into the 2nd condensed water tank 25 provided with the water seal part which seals water so that the exhaust_gas | exhaustion from the exhaust part 20 may not flow is different. .

第2凝縮水タンク25は、排気部20の排ガス凝縮水経路26と第1凝縮水タンク24の第1排水経路22を連通するように構成されており、第2排水経路27と第1排水経路22を第2凝縮水タンク25内で気液分離することにより、凝縮水タンク13及び、排気部20内のオフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスが第2凝縮水タンク25を介し、第2排水経路27から漏れ出ることを防止している。また、第2凝縮水タンク25は、第2排水経路27と、第2凝縮水タンク25内に配置されている排ガス通路との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧が、第1圧力よりも大きくなるように構成されている。
The second condensed water tank 25 is configured to communicate the exhaust gas condensed water path 26 of the exhaust unit 20 and the first drainage path 22 of the first condensed water tank 24, and the second drainage path 27 and the first drainage path. 22 is gas-liquid separated in the second condensed water tank 25, so that the off-oxidant gas or the off-fuel gas in the condensed water tank 13 and the exhaust part 20 passes through the second condensed water tank 25 to the second drainage path. 27 is prevented from leaking out. Further, the second condensate water tank 25 has a first sealing pressure due to a water head difference corresponding to a vertical distance between the second drainage path 27 and the exhaust gas passage disposed in the second condensate water tank 25. It is comprised so that it may become larger than a pressure.

[燃料電池システムの作用と効果]
次に、本実施の形態2に係る燃料電池システム100の作用と効果について説明する。
[Operation and effect of fuel cell system]
Next, the operation and effect of the fuel cell system 100 according to Embodiment 2 will be described.

上述したように、排気部20が閉塞、もしくは閉塞に至る途中閉塞の場合には、排気部20に接続される第1凝縮水タンク24及び第2凝縮水タンク25内の圧力が増加する。第2凝縮水タンク25は、排気部20からの排気が流れないように水封する水封部を備えているため、排気部20からの排気が流れ出ずに、所定の圧力で第1凝縮水タンク24と
第2凝縮水タンク25の排ガス連通部が釣り合う。その時、第1凝縮水タンク24内に配置されている供給経路12には、同じく当該所定の圧力が掛かる。そのため、筐体101外に配置されている供給経路12内の水が当該所定の圧力と大気圧の圧力差分の鉛直方向の上方まで上昇する。
As described above, when the exhaust unit 20 is blocked or is closed on the way to the block, the pressure in the first condensed water tank 24 and the second condensed water tank 25 connected to the exhaust unit 20 increases. Since the second condensate water tank 25 includes a water seal portion that seals water so that the exhaust gas from the exhaust portion 20 does not flow, the first condensate water does not flow out from the exhaust portion 20 and flows at a predetermined pressure. The exhaust gas communication portions of the tank 24 and the second condensed water tank 25 are balanced. At that time, the predetermined pressure is similarly applied to the supply path 12 arranged in the first condensed water tank 24. Therefore, the water in the supply path 12 arranged outside the casing 101 rises up in the vertical direction of the pressure difference between the predetermined pressure and the atmospheric pressure.

本実施の形態2に係る燃料電池システム100では、排気部20が閉塞もしくは閉塞に至る前の途中閉塞の場合でも、供給経路12の上端と供給経路12の下端との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧が、予め定められる第1圧力より大きくなるように構成されている。そのため、供給経路12の水頭差による封止圧を超えることがなく、燃料電池のオフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスが、給水口を介し、燃料電池システム100の外部へ漏れ出ることを防止することが可能となる。   In the fuel cell system 100 according to the second embodiment, even when the exhaust unit 20 is closed or closed halfway before closing, it corresponds to the vertical distance between the upper end of the supply path 12 and the lower end of the supply path 12. The sealing pressure due to the water head difference is configured to be larger than a predetermined first pressure. Therefore, it is possible to prevent the off-oxidant gas or off-fuel gas of the fuel cell from leaking out of the fuel cell system 100 through the water supply port without exceeding the sealing pressure due to the water head difference in the supply path 12. Is possible.

(実施の形態3)
実施の形態3では、実施の形態1及び2と異なる部分を中心に説明を行う。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, the description will focus on the parts different from the first and second embodiments.

本発明の実施の形態3に係る燃料電池システム100は、燃料電池5に酸化剤ガスまたは燃料ガスを供給するガス供給器と、少なくとも燃料電池5と凝縮水タンク13とガス供給器とを収納するとともに、排気部20を備えた筐体101と、凝縮水タンク13は、第1貯水部15と第2貯水部との間に形成されるとともに、凝縮水タンク13の下部で第1貯水部と第2貯水部とを連通するように隔壁14を備え、一端が凝縮水タンク13の第1貯水部15に接続され、他端が排気部20に接続されている第2オフ酸化剤ガス経路11と、排気部20から供給される凝縮水を貯めるとともに、排気部20からの排気が流れないように水封する水封部を備えている水回収タンク28と、を備えており、水回収タンク28は、第1排水経路22を介して凝縮水タンク13と連通しており、内部に蓄えられた水を水回収タンク28外部へ排出するための第3排水経路29が接続されており、供給経路12の上端と供給経路12の下端との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧が、予め定められる第1圧力より大きくなるように構成されている態様を例示するものである。   A fuel cell system 100 according to Embodiment 3 of the present invention houses a gas supply device that supplies an oxidant gas or a fuel gas to the fuel cell 5, and at least the fuel cell 5, the condensed water tank 13, and the gas supply device. In addition, the casing 101 provided with the exhaust unit 20 and the condensed water tank 13 are formed between the first water storage unit 15 and the second water storage unit, and at the lower part of the condensed water tank 13, A second off-oxidant gas path 11 provided with a partition wall 14 so as to communicate with the second water storage unit, one end connected to the first water storage unit 15 of the condensed water tank 13 and the other end connected to the exhaust unit 20. And a water recovery tank 28 that stores the condensed water supplied from the exhaust part 20 and has a water seal part that seals water so that the exhaust from the exhaust part 20 does not flow. 28 through the first drainage path 22 The third drainage path 29 is connected to the condensed water tank 13 to discharge the water stored inside to the outside of the water recovery tank 28, and the upper end of the supply path 12 and the lower end of the supply path 12 are connected. The aspect which is comprised so that the sealing pressure by the water head difference equivalent to the distance of the vertical direction may become larger than the predetermined 1st pressure is illustrated.

ここで、ガス供給器は、実施の形態3では、酸化剤ガスを供給するブロワー6、又は、原料供給部2であるが、これ以外にも水素を直接燃料電池に供給する燃料電池システム100の場合は水素を供給する機器であってもよい。
Here, in Embodiment 3 , the gas supply device is the blower 6 that supplies the oxidant gas or the raw material supply unit 2, but in addition to this, the gas supply device of the fuel cell system 100 that supplies hydrogen directly to the fuel cell. In some cases, a device for supplying hydrogen may be used.

図5は、本発明の実施の形態3に係る燃料電池システム100の概略構成を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system 100 according to Embodiment 3 of the present invention.

図5に示すように、本発明の実施の形態3に係る燃料電池システム100は、実施の形態1に係る燃料電池システム100と基本的構成は同じであるが、排気部20からの排気が流れないように水封する水封部を備えている水回収タンク28を追加している点が異なる。
As shown in FIG. 5 , the fuel cell system 100 according to Embodiment 3 of the present invention has the same basic configuration as the fuel cell system 100 according to Embodiment 1, but the exhaust gas from the exhaust section 20 flows. The difference is that a water recovery tank 28 having a water seal portion for sealing with water is added.

水回収タンク28は、排気部20の排ガス凝縮水経路26と凝縮水タンク13の第1排水経路22を連通するように構成されており、第3排水経路29と第1排水経路22を水回収タンク28内で気液分離することにより、排気部20内のオフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスが排ガス凝縮水経路26を介し、第3排水経路29から漏れ出ることを防止している。また、水回収タンク28は、第2排水経路27と、水回収タンク28内に配置されている排ガス通路との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧が、第1圧力よりも大きくなるように構成されている。   The water recovery tank 28 is configured to communicate the exhaust gas condensed water path 26 of the exhaust unit 20 and the first drainage path 22 of the condensed water tank 13, and collects water from the third drainage path 29 and the first drainage path 22. By performing gas-liquid separation in the tank 28, the off-oxidant gas or the off-fuel gas in the exhaust part 20 is prevented from leaking from the third drainage path 29 through the exhaust gas condensed water path 26. Further, the water recovery tank 28 has a sealing pressure due to a water head difference corresponding to the vertical distance between the second drainage path 27 and the exhaust gas passage disposed in the water recovery tank 28 larger than the first pressure. It is comprised so that it may become.

[燃料電池システムの作用と効果]
次に、本実施の形態3に係る燃料電池システム100の作用と効果について説明する。
[Operation and effect of fuel cell system]
Next, the operation and effect of the fuel cell system 100 according to Embodiment 3 will be described.

上述したように、排気部20が閉塞、もしくは閉塞に至る途中閉塞の場合には、排気部20に接続される凝縮水タンク13及び水回収タンク28内の圧力が増加して所定の圧力となる。水回収タンク28は、排気部20からの排気が流れないように水封する水封部を備えているため、排気部20からの排気が流れ出ずに、当該所定の圧力で凝縮水タンク13と水回収タンク28の排ガス連通部が釣り合う。その時、凝縮水タンク13内に配置されている供給経路12には、当該所定の圧力が掛かる。そのため、筐体101外に配置されている供給経路12内の水が当該所定の圧力と大気圧の圧力差分の鉛直方向の上方まで上昇する。   As described above, when the exhaust unit 20 is blocked or is closed on the way to the blockage, the pressure in the condensed water tank 13 and the water recovery tank 28 connected to the exhaust unit 20 increases to a predetermined pressure. . Since the water recovery tank 28 includes a water seal portion that seals water so that the exhaust from the exhaust portion 20 does not flow, the exhaust from the exhaust portion 20 does not flow, and the condensed water tank 13 is The exhaust gas communication part of the water recovery tank 28 is balanced. At that time, the predetermined pressure is applied to the supply path 12 arranged in the condensed water tank 13. Therefore, the water in the supply path 12 arranged outside the casing 101 rises up in the vertical direction of the pressure difference between the predetermined pressure and the atmospheric pressure.

本実施の形態3に係る燃料電池システム100では、排気部20が閉塞もしくは閉塞に至る途中閉塞の場合でも、供給経路12の上端と供給経路12の下端との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧が、予め定められる第1圧力より大きくなるように構成されている。そのため、供給経路12の水頭差による封止圧を超えることがなく、燃料電池のオフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスが、給水口を介し、燃料電池システム100の外部へ漏れ出ることを防止することが可能となる。   In the fuel cell system 100 according to the third embodiment, even when the exhaust unit 20 is blocked or closed in the middle of reaching the blockage, the water head difference corresponding to the vertical distance between the upper end of the supply path 12 and the lower end of the supply path 12 Is configured to be larger than a predetermined first pressure. Therefore, it is possible to prevent the off-oxidant gas or off-fuel gas of the fuel cell from leaking out of the fuel cell system 100 through the water supply port without exceeding the sealing pressure due to the water head difference in the supply path 12. Is possible.

(実施の形態4)
実施の形態4では、実施の形態1〜3と異なる部分を中心に説明を行う。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, the description will be focused on the parts different from the first to third embodiments.

図6を用いて、本実施の形態4に係る燃料電池システム100について説明する。
A fuel cell system 100 according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG.

図6は、本実施の形態4の燃料電池システム100の概略構成を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system 100 of the fourth embodiment.

図6に示すように、本実施の形態4の燃料電池システム100は、実施の形態2に係る燃料電池システム100と基本的構成は同じであるが、排気部20に接続される第1凝縮水タンク24の第1貯水部15の圧力が予め定められる第2圧力以上になったことを検知する圧力検知器30をさらに備えており、供給経路12の上端と供給経路12の下端との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧が、予め定められる第2圧力より大きくなるように構成されており、圧力検知器30で検知する圧力が、第2圧力よりも高くなると燃料電池システム100を停止動作させるよう構成されている点が異なる。
As shown in FIG. 6 , the fuel cell system 100 of the fourth embodiment has the same basic configuration as the fuel cell system 100 according to the second embodiment, but the first condensed water connected to the exhaust unit 20. A pressure detector 30 is further provided for detecting that the pressure of the first water storage section 15 of the tank 24 is equal to or higher than a predetermined second pressure, and the vertical direction between the upper end of the supply path 12 and the lower end of the supply path 12 The fuel cell system 100 is configured such that the sealing pressure due to the water head difference corresponding to the distance of is greater than a predetermined second pressure, and the pressure detected by the pressure detector 30 is higher than the second pressure. Is different in that it is configured to stop the operation.

圧力検知器30で検知する圧力は、排気部20に接続される凝縮水タンク13の第1貯水部15に掛かる圧力を指し、通常時は大気圧と同等となるが、排気部20が閉塞及び途中閉塞した際には、ブロワー6及び原料供給部2からの供給圧力である第1圧力が掛かる。   The pressure detected by the pressure detector 30 refers to the pressure applied to the first water storage unit 15 of the condensed water tank 13 connected to the exhaust unit 20 and is normally equal to the atmospheric pressure, but the exhaust unit 20 is blocked and When it is blocked halfway, a first pressure that is a supply pressure from the blower 6 and the raw material supply unit 2 is applied.

そのため「第2圧力」は、燃料電池システム100の構成上確保できる供給経路12の上端と供給経路12の下端との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧よりも低い圧力で設定される。   Therefore, the “second pressure” is set to a pressure lower than the sealing pressure due to the water head difference corresponding to the vertical distance between the upper end of the supply path 12 and the lower end of the supply path 12 that can be secured in the configuration of the fuel cell system 100. The

圧力検知器30は、検知する圧力が、第2圧力以上になると内部の電気回路を切断し、燃料電池システム100を停止動作させる圧力スイッチの態様を例示したが、これに限定されず、圧力計と、圧力計で検知する圧力値によって異常を判定する制御部との組み合わせで構成されてもよい。また、圧力検知器30は第1貯水部15に掛かる圧力を直接検知できるように第1凝縮水タンク24内への配置を例示しているが、第1貯水部15に掛かる圧力が検知できれば、例えば排気部20内に配置されていてもよい。   Although the pressure detector 30 illustrated the aspect of the pressure switch which cut | disconnects an internal electric circuit and stops the fuel cell system 100 when the pressure to detect becomes 2nd pressure or more, it is not limited to this, A pressure gauge And a control unit that determines an abnormality based on a pressure value detected by a pressure gauge. Moreover, although the pressure detector 30 has illustrated the arrangement | positioning in the 1st condensed water tank 24 so that the pressure applied to the 1st water storage part 15 can be detected directly, if the pressure applied to the 1st water storage part 15 can be detected, For example, you may arrange | position in the exhaust part 20. FIG.

[燃料電池システムの作用と効果]
次に、本実施の形態4に係る燃料電池システム100の作用と効果について説明する。
[Operation and effect of fuel cell system]
Next, the operation and effect of the fuel cell system 100 according to Embodiment 4 will be described.

上述したように、排気部20が閉塞、もしくは閉塞に至る途中閉塞の場合には、排気部20に接続される第1凝縮水タンク24及び第2凝縮水タンク25内の圧力が増加する。第2凝縮水タンク25は、排気部20からの排気が流れないように水封する水封部を備えているため、排気部20からの排気が流れ出ずに、所定の圧力で第1凝縮水タンク24と第2凝縮水タンク25の排ガス連通部が釣り合う。その時、第1凝縮水タンク24内に配置されている供給経路12には、当該所定の圧力が掛かる。そのため、筐体101外に配置されている供給経路12内の水が当該所定の圧力と大気圧の圧力差分の鉛直方向の上方まで上昇する。   As described above, when the exhaust unit 20 is blocked or is closed on the way to the block, the pressure in the first condensed water tank 24 and the second condensed water tank 25 connected to the exhaust unit 20 increases. Since the second condensate water tank 25 includes a water seal portion that seals water so that the exhaust gas from the exhaust portion 20 does not flow, the first condensate water does not flow out from the exhaust portion 20 and flows at a predetermined pressure. The exhaust gas communication portions of the tank 24 and the second condensed water tank 25 are balanced. At that time, the predetermined pressure is applied to the supply path 12 arranged in the first condensed water tank 24. Therefore, the water in the supply path 12 arranged outside the casing 101 rises up in the vertical direction of the pressure difference between the predetermined pressure and the atmospheric pressure.

本実施の形態4に係る燃料電池システム100では、排気部20が閉塞もしくは閉塞に至る途中閉塞の場合でも、供給経路12の上端と供給経路12の下端との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧が、予め定められる第2圧力より大きくなるように構成されている。また、圧力検知器30で検知する圧力が、第2圧力よりも高くなると燃料電池システム100を停止動作させるよう構成されている。そのため、供給経路12の水頭差による封止圧を超えることがなく、燃料電池のオフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスが、給水口を介し、燃料電池システム100の外部へ漏れ出ることを防止することが可能となる。   In the fuel cell system 100 according to the fourth embodiment, even when the exhaust part 20 is blocked or closed in the middle of reaching the blockage, the water head difference corresponding to the vertical distance between the upper end of the supply path 12 and the lower end of the supply path 12 Is configured to be larger than a predetermined second pressure. Further, the fuel cell system 100 is configured to stop when the pressure detected by the pressure detector 30 becomes higher than the second pressure. Therefore, it is possible to prevent the off-oxidant gas or off-fuel gas of the fuel cell from leaking out of the fuel cell system 100 through the water supply port without exceeding the sealing pressure due to the water head difference in the supply path 12. Is possible.

(実施の形態5)
実施の形態5では、実施の形態1〜4と異なる部分を中心に説明を行う。
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment, the description will be focused on the parts different from the first to fourth embodiments.

図7を用いて、本実施の形態5に係る燃料電池システム100について説明する。
The fuel cell system 100 according to Embodiment 5 will be described with reference to FIG.

図7は、本実施の形態5の燃料電池システム100の概略構成を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system 100 of the fifth embodiment.

図7に示すように、本実施の形態5の燃料電池システム100は、実施の形態3に係る燃料電池システム100と基本的構成は同じであるが、排気部20に接続される凝縮水タンク13の第1貯水部15の圧力が予め定められる第2圧力以上になったことを検知する圧力検知器30をさらに備えており、供給経路12の上端と供給経路12の下端との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧が、予め定められる第2圧力より大きくなるように構成されており、圧力検知器30で検知する圧力が、第2圧力よりも高くなると燃料電池システム100を停止動作させるよう構成されている点が異なる。 As shown in FIG. 7 , the fuel cell system 100 of the fifth embodiment has the same basic configuration as the fuel cell system 100 according to the third embodiment, but the condensed water tank 13 connected to the exhaust unit 20. And a pressure detector 30 for detecting that the pressure of the first water storage section 15 is equal to or higher than a predetermined second pressure, and a vertical distance between the upper end of the supply path 12 and the lower end of the supply path 12. The fuel cell system 100 is stopped when the pressure detected by the pressure detector 30 becomes higher than the second pressure. The difference is that it is configured to operate.

圧力検知器30で検知する圧力は、排気部20に接続される凝縮水タンク13の第1貯水部15に掛かる圧力を指し、通常時は大気圧と同等となるが、排気部20が閉塞及び途中閉塞した際には、ブロワー6及び原料供給部2からの供給圧力である第1圧力が掛かる。   The pressure detected by the pressure detector 30 refers to the pressure applied to the first water storage unit 15 of the condensed water tank 13 connected to the exhaust unit 20 and is normally equal to the atmospheric pressure, but the exhaust unit 20 is blocked and When it is blocked halfway, a first pressure that is a supply pressure from the blower 6 and the raw material supply unit 2 is applied.

そのため「第2圧力」は、燃料電池システム100の構成上確保できる供給経路12の上端と供給経路12の下端との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧よりも低い圧力で設定される。   Therefore, the “second pressure” is set to a pressure lower than the sealing pressure due to the water head difference corresponding to the vertical distance between the upper end of the supply path 12 and the lower end of the supply path 12 that can be secured in the configuration of the fuel cell system 100. The

圧力検知器30は、検知する圧力が、第2圧力以上になると内部の電気回路を切断し、燃料電池システム100を停止動作させる圧力スイッチの態様を例示したが、これに限定されず、圧力計と、圧力計で検知する圧力値によって異常を判定する制御部との組み合わせで構成されてもよい。また、圧力検知器30は第1貯水部15に掛かる圧力を直接検知できるように凝縮水タンク13内への配置を例示しているが、第1貯水部15に掛かる圧力が検知できれば、例えば排気部20内に配置されていてもよい。   Although the pressure detector 30 illustrated the aspect of the pressure switch which cut | disconnects an internal electric circuit and stops the fuel cell system 100 when the pressure to detect becomes 2nd pressure or more, it is not limited to this, A pressure gauge And a control unit that determines an abnormality based on a pressure value detected by a pressure gauge. Moreover, although the pressure detector 30 has illustrated arrangement | positioning in the condensed water tank 13 so that the pressure applied to the 1st water storage part 15 can be detected directly, if the pressure applied to the 1st water storage part 15 can be detected, it will exhaust, for example It may be arranged in the part 20.

[燃料電池システムの作用と効果]
次に、本実施の形態5に係る燃料電池システム100の作用と効果について説明する。上述したように、排気部20が閉塞、もしくは閉塞に至る途中閉塞の場合には、排気部20に接続される凝縮水タンク13及び水回収タンク28内の圧力が増加する。水回収タンク28は、排気部20からの排気が流れないように水封する水封部を備えているため、排気部20からの排気が流れ出ずに、所定の圧力で凝縮水タンク13と水回収タンク28の排ガス連通部が釣り合う。その時、凝縮水タンク13内に配置されている供給経路12には、当該所定の圧力が掛かる。そのため、筐体101外に配置されている供給経路12内の水が当該所定の圧力と大気圧の圧力差分の鉛直方向の上方まで上昇する。
[Operation and effect of fuel cell system]
Next, the operation and effect of the fuel cell system 100 according to Embodiment 5 will be described. As described above, when the exhaust unit 20 is closed or is closed on the way to the blockage, the pressure in the condensed water tank 13 and the water recovery tank 28 connected to the exhaust unit 20 increases. Since the water recovery tank 28 includes a water sealing portion that seals water so that the exhaust from the exhaust portion 20 does not flow, the exhaust from the exhaust portion 20 does not flow, and the condensed water tank 13 and the water can be The exhaust gas communication part of the recovery tank 28 is balanced. At that time, the predetermined pressure is applied to the supply path 12 arranged in the condensed water tank 13. Therefore, the water in the supply path 12 arranged outside the casing 101 rises up in the vertical direction of the pressure difference between the predetermined pressure and the atmospheric pressure.

本実施の形態5に係る燃料電池システム100では、排気部20が閉塞もしくは閉塞に至る途中閉塞の場合でも、供給経路12の上端と供給経路12の下端との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧が、予め定められる第2圧力より大きくなるように構成されている。また、圧力検知器30で検知する圧力が、第2圧力よりも高くなると燃料電池システム100を停止動作させるよう構成されている。そのため、供給経路12の水頭差による封止圧を超えることがなく、燃料電池のオフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスが、給水口を介し、燃料電池システム100の外部へ漏れ出ることを防止することが可能となる。   In the fuel cell system 100 according to Embodiment 5, even when the exhaust unit 20 is closed or closed halfway to the closed state, the water head difference corresponding to the vertical distance between the upper end of the supply path 12 and the lower end of the supply path 12 Is configured to be larger than a predetermined second pressure. Further, the fuel cell system 100 is configured to stop when the pressure detected by the pressure detector 30 becomes higher than the second pressure. Therefore, it is possible to prevent the off-oxidant gas or off-fuel gas of the fuel cell from leaking out of the fuel cell system 100 through the water supply port without exceeding the sealing pressure due to the water head difference in the supply path 12. Is possible.

なお、特許請求の範囲に記載されている排気経路は、オフ燃料ガス経路4b、第1オフ酸化剤ガス経路8、オフ燃焼ガス経路9、オフ燃焼ガス凝縮水経路10、第2オフ酸化剤ガス経路11のうちの少なくとも一つである。   The exhaust path described in the claims includes the off fuel gas path 4b, the first off oxidant gas path 8, the off combustion gas path 9, the off combustion gas condensate water path 10, and the second off oxidant gas. It is at least one of the paths 11.

本発明の燃料電池システムは、給水口を閉め忘れても、燃料電池の排ガスが給水口から燃料電池システムから漏れ出ることを防止できるため、燃料電池の分野で有用である。   The fuel cell system of the present invention is useful in the field of fuel cells because it can prevent the exhaust gas of the fuel cell from leaking out of the fuel cell system from the water supply port even if the water supply port is forgotten to close.

1 水素生成器
2 原料供給部
3 水供給部
4a 水素供給経路
4b オフ燃料ガス経路
5 燃料電池
6 ブロワー
7 酸化剤ガス経路
8 第1オフ酸化剤ガス経路
9 オフ燃焼ガス経路
10 オフ燃焼ガス凝縮水経路
11 第2オフ酸化剤ガス経路
12 供給経路
13 凝縮水タンク
14 隔壁
15 第1貯水部
16 第2貯水部
17 水位センサ
18 排ガス熱交換器
19 排空気熱交換器
20 排気部
21 給水口
22 第1排水経路
23 排熱回収水経路
24 第1凝縮水タンク
25 第2凝縮水タンク
26 排ガス凝縮水経路
27 第2排水経路
28 水回収タンク
29 第3排水経路
30 圧力検知器
31 水供給器
32 水浄化器
33 連通部
34 排水口
100 燃料電池システム
101 筐体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrogen generator 2 Raw material supply part 3 Water supply part 4a Hydrogen supply path 4b Off fuel gas path 5 Fuel cell 6 Blower 7 Oxidant gas path 8 First off oxidant gas path 9 Off combustion gas path 10 Off combustion gas condensed water Path 11 Second off-oxidant gas path 12 Supply path 13 Condensed water tank 14 Bulkhead 15 First water storage section 16 Second water storage section 17 Water level sensor 18 Exhaust gas heat exchanger 19 Exhaust air heat exchanger 20 Exhaust section 21 Water supply port 22 First 1 drainage path 23 waste heat recovery water path 24 first condensed water tank 25 second condensed water tank 26 exhaust gas condensed water path 27 second drainage path 28 water recovery tank 29 third drainage path 30 pressure detector 31 water supply 32 water Purifier 33 Communication unit 34 Drain port 100 Fuel cell system 101 Case

Claims (8)

酸化剤ガスと燃料ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池から排出される、オフ酸化剤ガスもしくはオフ燃料ガスのうちの少なくとも一方のオフガスに含まれる水蒸気を凝縮させて発生した凝縮水を貯める凝縮水タンクと、
上端が前記凝縮水タンクよりも鉛直方向の上方に配置された給水口であり、前記給水口から前記凝縮水タンクへ精製水を供給するための供給経路と、
を備えている燃料電池システムにおいて、
前記オフガスを前記燃料電池システムの外部へ排出するための排気経路を備え、
前記凝縮水タンクは、前記凝縮水が供給される第1貯水部を備えており、
前記凝縮水タンクに接続される前記供給経路の下端は、手動給水で給水された場合に到達するように予め設定されている第1水位よりも鉛直方向の下方の前記第1貯水部内に配置されるように構成されており、前記供給経路の最上部と前記供給経路の下端との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧が予め定められる第1圧力より大きくなるように構成することを特徴とした、
燃料電池システム。
A fuel cell that generates power using oxidant gas and fuel gas;
A condensed water tank for storing condensed water generated by condensing water vapor contained in at least one of the off-oxidant gas or the off-fuel gas discharged from the fuel cell; and
A water supply port whose upper end is arranged vertically above the condensed water tank, and a supply path for supplying purified water from the water supply port to the condensed water tank;
In a fuel cell system comprising:
An exhaust path for discharging the off gas to the outside of the fuel cell system;
The condensed water tank includes a first water storage unit to which the condensed water is supplied,
The lower end of the supply path connected to the condensate tank is disposed in the first water reservoir below the first water level that is set in advance so as to reach when water is supplied by manual water supply. It is comprised so that the sealing pressure by the hydraulic head difference corresponding to the distance of the perpendicular direction of the uppermost part of the said supply path | route and the lower end of the said supply path | route may become larger than the predetermined 1st pressure. Characterized by
Fuel cell system.
前記凝縮水タンク内の水位を検知する水位センサをさらに備え、
前記凝縮水タンクに接続される前記供給経路の下端は、前記水位センサで検知する第2水位よりも鉛直方向の下方に配置されるように構成されていることを特徴とした、
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 condensed water tank;
The lower end of the supply path connected to the condensed water tank is configured to be arranged below the second water level detected by the water level sensor in the vertical direction.
The fuel cell system according to claim 1.
前記水位センサで検知する水位が前記第2水位よりも低くなった場合、前記燃料電池システムが停止動作するように構成されていることを特徴とした、請求項2に記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the fuel cell system is configured to stop when a water level detected by the water level sensor becomes lower than the second water level. 4. 前記凝縮水タンクの排水口に接続されており、前記第1貯水部の内部に蓄えられた水を少なくとも前記第1貯水部の外部へ排出するための第1排水経路をさらに備え、
前記凝縮水タンクは、前記第1貯水部と連通しているとともに前記第1貯水部の気体を水封するように構成されている第2貯水部をさらに備え、
前記凝縮水タンクに接続される前記供給経路の下端は、前記排水口よりも鉛直方向の下方の前記第1貯水部に配置されるように構成されていることを特徴とした、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
A drainage port connected to the drainage port of the condensed water tank, further comprising a first drainage path for discharging water stored in the first water storage unit to at least the outside of the first water storage unit;
The condensed water tank further includes a second water storage unit that is in communication with the first water storage unit and configured to seal the gas of the first water storage unit,
The lower end of the supply path connected to the condensed water tank is configured to be arranged in the first water storage section below the drain port in the vertical direction.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3.
前記燃料電池に酸化剤ガスまたは燃料ガスを供給するガス供給器と、
少なくとも前記燃料電池と前記凝縮水タンクと前記ガス供給器とを収納するとともに、前記オフガスを排気するための排気部が形成されている筐体と、
をさらに備え、
前記排気経路は、一端が前記凝縮水タンクの前記第1貯水部に接続されており、他端が前記排気部に接続されており、
前記凝縮水タンクは、前記第1貯水部を備えている第1凝縮水タンクと、前記第1貯水部の内部に蓄えられた水を少なくとも前記第1貯水部の外部へ排出するための第1排水経路を介して前記第1凝縮水タンクと連通するとともに第2貯水部を備える第2凝縮水タンクと、を備え、
前記第2凝縮水タンクは、前記排気部から供給される凝縮水を貯めており、前記排気部からの排気ガスが排気されないように水封する水封部を備えており、
前記第2貯水部の内部に蓄えられた水を前記第2貯水部の外部へ排出するための第2排水経路が、前記第2凝縮水タンクに接続されていることを特徴とした、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
A gas supplier for supplying an oxidant gas or a fuel gas to the fuel cell;
A housing in which at least the fuel cell, the condensed water tank, and the gas supplier are housed, and an exhaust part for exhausting the off-gas is formed,
Further comprising
The exhaust path has one end connected to the first water storage part of the condensed water tank and the other end connected to the exhaust part.
The condensed water tank includes a first condensed water tank provided with the first water storage section, and a first for discharging water stored inside the first water storage section to at least the outside of the first water storage section. A second condensed water tank that communicates with the first condensed water tank through a drainage path and includes a second water storage section;
The second condensed water tank stores condensed water supplied from the exhaust part, and includes a water seal part that seals water so that exhaust gas from the exhaust part is not exhausted.
The second drainage path for discharging the water stored inside the second water reservoir to the outside of the second water reservoir is connected to the second condensate tank,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3.
前記燃料電池に酸化剤ガスまたは燃料ガスを供給するガス供給器と、
少なくとも前記燃料電池と前記凝縮水タンクと前記ガス供給器とを収納するとともに、前記オフガスを排気するための排気部が形成されている筐体と、
前記排気部から供給される凝縮水を貯めるとともに、前記排気部からの排気が流れないように水封する水封部を備えている水回収タンクと、
をさらに備え、
前記凝縮水タンクは、前記第1貯水部と隔壁を隔てて形成されている第2貯水部と、前記凝縮水タンク内に形成されるとともに前記凝縮水タンクの下部で前記第1貯水部と前記第2貯水部とを連通するように構成された連通部と、を備えており、
前記排気経路は、一端が前記凝縮水タンクに接続されており、他端が前記排気部に接続されており、
前記水回収タンクは、第1排水経路を介して前記凝縮水タンクと連通しており、内部に蓄えられた水を前記水回収タンク外部へ排出するための第3排水経路が接続されていることを特徴とした、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
A gas supplier for supplying an oxidant gas or a fuel gas to the fuel cell;
A housing in which at least the fuel cell, the condensed water tank, and the gas supplier are housed, and an exhaust part for exhausting the off-gas is formed,
A water recovery tank that has a water seal portion that stores condensed water supplied from the exhaust portion and seals water so that exhaust from the exhaust portion does not flow,
Further comprising
The condensed water tank is formed in the condensed water tank with a second water storage part formed across the first water storage part and a partition wall, and the first water storage part and the lower part of the condensed water tank. A communication part configured to communicate with the second water storage part,
The exhaust path has one end connected to the condensed water tank and the other end connected to the exhaust part,
The water recovery tank communicates with the condensed water tank via a first drainage path, and a third drainage path for discharging water stored inside to the outside of the water recovery tank is connected. Characterized by
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3.
前記凝縮水タンクの第1貯水部の圧力が予め定められる第2圧力以上になったことを検知する圧力検知器をさらに備え、
前記供給経路の最上部と前記供給経路の下端との鉛直方向の距離に相当する水頭差による封止圧が、前記第2圧力より大きくなるように構成されていることを特徴とした、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
A pressure detector for detecting that the pressure of the first water storage section of the condensed water tank is equal to or higher than a predetermined second pressure;
The sealing pressure due to the water head difference corresponding to the vertical distance between the uppermost part of the supply path and the lower end of the supply path is configured to be larger than the second pressure,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6.
前記圧力検知器で検知する圧力が、前記第2圧力よりも高くなると燃料電池システムを停止動作させるように構成されていることを特徴とした、
請求項7に記載の燃料電池システム。
The pressure detected by the pressure detector is configured to stop the fuel cell system when the pressure becomes higher than the second pressure.
The fuel cell system according to claim 7.
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