JP6096709B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、固体高分子形の燃料電池スタックを備える燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a solid polymer fuel cell stack.

燃料電池システムの分野においては、システム内部での排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して生成した凝縮水(ドレン水)を、改質触媒や燃料電池スタックなどで再利用する技術が提案されている。このような燃料電池システムによれば、外部から改質触媒や燃料電池スタックへの給水が不要であるので、外部からの水を改質触媒や燃料電池スタックへ供給するための水供給施設を不要にできる。   In the field of the fuel cell system, a technique for reusing condensed water (drain water) generated by condensing water vapor contained in exhaust gas inside the system in a reforming catalyst, a fuel cell stack, or the like has been proposed. According to such a fuel cell system, it is not necessary to supply water to the reforming catalyst or the fuel cell stack from the outside, so that a water supply facility for supplying water from the outside to the reforming catalyst or the fuel cell stack is unnecessary. Can be.

ところで、改質触媒や燃料電池スタックなどで凝縮水を再利用するためには、凝縮水から不純物を除去する必要がある。この不純物を除去する水処理装置としては、イオン交換樹脂を備えたものがある(例えば、特許文献1〜5参照)。   By the way, in order to reuse condensed water in a reforming catalyst, a fuel cell stack, or the like, it is necessary to remove impurities from the condensed water. Some water treatment apparatuses that remove this impurity include an ion exchange resin (see, for example, Patent Documents 1 to 5).

しかしながら、このイオン交換樹脂を備えた水処理装置では、イオン交換樹脂カートリッジで吸着できる不純物の量に限りがある。このため、イオン交換樹脂カートリッジの交換や再生など定期的なメンテナンスが必要となり、メンテナンスコストが増加する。   However, in the water treatment apparatus provided with this ion exchange resin, the amount of impurities that can be adsorbed by the ion exchange resin cartridge is limited. For this reason, regular maintenance such as replacement and regeneration of the ion exchange resin cartridge is required, and the maintenance cost increases.

そこで、定期的なメンテナンスを不要にする技術として、電気脱イオン式の水処理装置が提案されている(例えば、特許文献6参照)。この電気脱イオン式の水処理装置では、不純物を除去するための樹脂を電気で再生させるため、定期的なメンテナンスが不要になるという利点がある。   Thus, an electrodeionization-type water treatment apparatus has been proposed as a technique that eliminates the need for regular maintenance (see, for example, Patent Document 6). This electrodeionization-type water treatment apparatus has an advantage that periodic maintenance is not required because the resin for removing impurities is regenerated by electricity.

ところが、電気脱イオン式の水処理装置では、不純物を除去するための樹脂を再生させるために電力が必要になる。従って、燃料電池システムにて発電された電力を電気脱イオン式の水処理装置における樹脂の再生のために使用した場合には、燃料電池システムの発電効率が低下する。   However, in the electrodeionization-type water treatment apparatus, electric power is required to regenerate the resin for removing impurities. Therefore, when the electric power generated in the fuel cell system is used for resin regeneration in the electrodeionization type water treatment device, the power generation efficiency of the fuel cell system is lowered.

なお、水処理装置に関するその他の技術としては、特許文献7,8に記載の蒸留膜を用いたものがある。   In addition, as another technique regarding the water treatment apparatus, there is one using a distillation membrane described in Patent Documents 7 and 8.

特開2013−243146号公報JP2013-243146A 特許第5371554号公報Japanese Patent No. 5371554 特開平8−17457号公報JP-A-8-17457 特開平9−231990号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-231990 特開2011−29144号公報JP 2011-29144 A 特許4461553号公報Japanese Patent No. 4461553 特公昭49−45461号公報Japanese Patent Publication No.49-45461 特開2011−167628号公報JP 2011-167628 A

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、メンテナンスコストの低減及び発電効率の向上を実現できる燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a fuel cell system capable of realizing a reduction in maintenance costs and an improvement in power generation efficiency.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の燃料電池システムは、原料ガスを水蒸気改質する改質触媒と、前記改質触媒を加熱するバーナとを有し、水素ガスを含む燃料ガスを生成する燃料処理装置と、前記燃料処理装置から供給される燃料ガスと、外部から供給される酸化ガスとを反応させて発電する固体高分子形の燃料電池スタックと、筒状に形成されると共にその内側に前記燃料電池スタック及び前記バーナの少なくとも一方から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する排ガス流路を形成する蒸留膜と、前記蒸留膜の周囲に環状に設けられると共に前記蒸留膜を透過する水蒸気が凝縮される凝縮空間を前記蒸留膜との間に形成する伝熱壁と、前記伝熱壁の周囲に環状に設けられると共に冷却流体が流通する冷却流体流路を前記伝熱壁との間に形成する外壁とを有する熱交換器と、前記凝縮空間にて生成される凝縮水を回収し、該凝縮水を前記改質触媒及び前記燃料電池スタックの少なくとも一方に供給する凝縮水回収・供給部と、を備える。 In order to solve the above problems, a fuel cell system according to claim 1 includes a reforming catalyst for steam reforming a raw material gas and a burner for heating the reforming catalyst, and includes a hydrogen gas. Is formed in a cylindrical shape, and a solid polymer fuel cell stack that generates electricity by reacting a fuel gas supplied from the fuel processing device and an oxidizing gas supplied from the outside. In addition, a distillation membrane that forms an exhaust gas flow path through which exhaust gas containing water vapor discharged from at least one of the fuel cell stack and the burner circulates, and is provided annularly around the distillation membrane and permeates the distillation membrane. a heat transfer wall water vapor is formed between the distillation film condensation space to be condensed, said heat transfer hot wall a cooling fluid channel of the cooling fluid flows along with provided annularly around the heat transfer thermal wall A heat exchanger having an outer wall formed therebetween, and condensate recovery for recovering condensate generated in the condensing space and supplying the condensate to at least one of the reforming catalyst and the fuel cell stack -A supply part.

この燃料電池システムでは、燃料ガス及び酸化ガスが燃料電池スタックに供給されると、この燃料電池スタックにおいて燃料ガス及び酸化ガスが反応し発電する。この発電に伴い燃料電池スタック及びバーナの少なくとも一方からは、水蒸気を含む排ガスが排出され、この排ガスは、熱交換器に供給される。この熱交換器では、蒸留膜によって排ガス流路が形成されており、この蒸留膜と伝熱壁との間には、凝縮空間が形成され、伝熱壁と外壁との間には、冷却流体が流通する冷却流体流路が形成されている。従って、排ガス流路に供給された排ガスに含まれる水蒸気は、蒸留膜を透過して凝縮空間に移動し、伝熱壁の表面上で熱を放出し凝縮される。そして、このようにして凝縮空間にて生成された凝縮水(蒸留水)は、凝縮水回収・供給部によって回収されると共に改質触媒及び燃料電池スタックの少なくとも一方に供給される。   In this fuel cell system, when the fuel gas and the oxidizing gas are supplied to the fuel cell stack, the fuel gas and the oxidizing gas react in the fuel cell stack to generate electric power. Along with this power generation, exhaust gas containing water vapor is discharged from at least one of the fuel cell stack and the burner, and this exhaust gas is supplied to the heat exchanger. In this heat exchanger, an exhaust gas flow path is formed by a distillation membrane, a condensation space is formed between the distillation membrane and the heat transfer wall, and a cooling fluid is provided between the heat transfer wall and the outer wall. A cooling fluid flow path through which is circulated is formed. Therefore, the water vapor contained in the exhaust gas supplied to the exhaust gas flow path passes through the distillation film and moves to the condensation space, where heat is released on the surface of the heat transfer wall and condensed. And the condensed water (distilled water) produced | generated in the condensation space in this way is collect | recovered by a condensed water collection | recovery / supply part, and is supplied to at least one of a reforming catalyst and a fuel cell stack.

このように、この燃料電池システムによれば、燃料電池スタック及びバーナの少なくとも一方から排出された排ガスから凝縮水を回収し、この凝縮水を改質触媒及び燃料電池スタックの少なくとも一方に供給する。これにより、外部から改質触媒及び燃料電池スタックの少なくとも一方への給水が不要であるので、外部からの水を改質触媒及び燃料電池スタックの少なくとも一方へ供給するための水供給施設を不要にできる。   Thus, according to this fuel cell system, the condensed water is recovered from the exhaust gas discharged from at least one of the fuel cell stack and the burner, and this condensed water is supplied to at least one of the reforming catalyst and the fuel cell stack. This eliminates the need for water supply from the outside to at least one of the reforming catalyst and the fuel cell stack, thus eliminating the need for a water supply facility for supplying water from the outside to at least one of the reforming catalyst and the fuel cell stack. it can.

しかも、この燃料電池システムによれば、上述のように、排ガスに含まれる水蒸気から凝縮水を生成するために、交換や再生が不要な蒸留膜が用いられている。従って、凝縮水を安定して生成させるための定期的なメンテナンスを不要にすることができるので、例えばイオン交換樹脂を備えた水処理装置を用いる場合に比して、メンテナンスコストを低減することができる。   Moreover, according to this fuel cell system, as described above, a distillation membrane that does not require replacement or regeneration is used to generate condensed water from water vapor contained in the exhaust gas. Therefore, since regular maintenance for stably generating condensed water can be eliminated, for example, maintenance costs can be reduced as compared with the case of using a water treatment apparatus equipped with an ion exchange resin. it can.

また、蒸留膜は電気で再生する必要が無いので、蒸留膜の性能を維持するために燃料電池システムにて発電された電力を使用することを回避できる。これにより、例えば電気脱イオン式の水処理装置を用いる場合に比して、燃料電池システムの発電効率を向上させることができる。   In addition, since the distilled membrane does not need to be regenerated by electricity, it is possible to avoid using the power generated by the fuel cell system in order to maintain the performance of the distilled membrane. Thereby, the power generation efficiency of the fuel cell system can be improved as compared with, for example, the case of using an electrodeionization type water treatment device.

また、前記蒸留膜は、筒状に形成されると共に、その内側に前記排ガス流路を形成し、前記伝熱壁は、前記蒸留膜の周囲に環状に設けられ、前記外壁は、前記伝熱壁の周囲に環状に設けられている In addition, the distillation membrane is formed in a cylindrical shape, and the exhaust gas flow path is formed inside thereof. The heat transfer wall is provided in an annular shape around the distillation membrane, and the outer wall is provided with the heat transfer It is provided in an annular shape around the wall.

したがって、筒状に形成された蒸留膜の全周に亘って水蒸気が蒸留膜を透過し、この水蒸気から凝縮水を伝熱壁の全周に亘って生成することができる。これにより、凝縮水の生成効率を向上させることができる。 Therefore, water vapor permeates through the distillation film over the entire circumference of the distillation film formed in a cylindrical shape, and condensed water can be generated from the water vapor over the entire circumference of the heat transfer wall. Thereby, the production | generation efficiency of condensed water can be improved.

また、請求項2に記載のように、請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、湯水を貯留する貯湯タンクをさらに備え、前記冷却流体流路を流通する冷却流体は、前記貯湯タンクと前記冷却流体流路との間で循環する貯湯循環水であっても良い。 Further, as described in claim 2, in the fuel cell system of claim 1, further comprising a hot water storage tank for storing hot water, cooling fluid flowing through the cooling fluid flow path, the cooling and the hot water storage tank It may be hot water circulating water that circulates between the fluid flow paths.

このように構成されていると、伝熱壁と外壁との間の冷却流体流路を流通する貯湯循環水を、蒸留膜と伝熱壁との間の凝縮空間に移動した水蒸気の熱で加熱することができる。これにより、燃料電池スタック及びバーナの少なくとも一方から排出される排ガスの熱を、貯湯タンクに貯留される湯水の加熱のために有効に活用することができる。   When configured in this way, the hot water circulating water flowing through the cooling fluid flow path between the heat transfer wall and the outer wall is heated by the heat of the steam moved to the condensing space between the distillation membrane and the heat transfer wall. can do. Thereby, the heat of the exhaust gas discharged from at least one of the fuel cell stack and the burner can be effectively used for heating the hot water stored in the hot water storage tank.

また、請求項3に記載のように、請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、前記熱交換器を一つ備え、前記排ガス流路には、前記燃料電池スタックの空気極及び前記バーナの両方から排出され水蒸気を含む排ガスが流通しても良い。 In addition, as described in claim 3 , in the fuel cell system according to claim 1 or 2 , the heat exchanger includes one heat exchanger, and the exhaust gas flow path includes an air electrode of the fuel cell stack and An exhaust gas containing water vapor discharged from both of the burners may be circulated.

このように構成されていると、燃料電池スタックの空気極及びバーナからの排ガスに含まれる水蒸気から凝縮水が生成されるので、燃料電池スタックの空気極及びバーナのうちのいずれか一方のみからの排ガスが排ガス流路に流通する場合に比して、上述の凝縮空間にて生成される凝縮水の生成量を増加させることができる。また、熱交換器が一つで済むので、コストダウンすることができる。   When configured in this manner, condensed water is generated from water vapor contained in the exhaust gas from the air electrode and burner of the fuel cell stack, so that only from one of the air electrode and burner of the fuel cell stack. Compared with the case where the exhaust gas flows through the exhaust gas flow path, the amount of condensed water generated in the condensation space can be increased. In addition, since only one heat exchanger is required, the cost can be reduced.

また、請求項4に記載のように、請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、前記熱交換器を一対備え、一方の前記熱交換器における前記排ガス流路には、前記燃料電池スタックの空気極から排出され水蒸気を含む排ガスが流通し、他方の前記熱交換器における前記排ガス流路には、前記バーナから排出され水蒸気を含む排ガスが流通しても良い。 Moreover, as described in claim 4 , in the fuel cell system according to claim 1 or 2 , the heat exchanger includes a pair of heat exchangers, and the exhaust gas flow path in one of the heat exchangers includes the fuel The exhaust gas containing water vapor discharged from the air electrode of the battery stack may circulate, and the exhaust gas containing water vapor discharged from the burner may flow through the exhaust gas flow path in the other heat exchanger.

このように構成されていても、燃料電池スタックの空気極及びバーナからの排ガスに含まれる水蒸気から凝縮水が生成されるので、燃料電池スタックの空気極及びバーナのうちのいずれか一方のみからの排ガスが排ガス流路に流通する場合に比して、上述の凝縮空間にて生成される凝縮水の生成量を増加させることができる。   Even in such a configuration, condensed water is generated from water vapor contained in the exhaust gas from the air electrode and burner of the fuel cell stack, so that only from one of the air electrode and burner of the fuel cell stack. Compared with the case where the exhaust gas flows through the exhaust gas flow path, the amount of condensed water generated in the condensation space can be increased.

また、一対の熱交換器の両方で別々に凝縮水を生成することができるので、凝縮水を改質触媒及び燃料電池スタックの少なくとも一方に安定して供給することができる。これにより、燃料電池システムの安定性を確保することができる。   Further, since condensed water can be separately generated by both of the pair of heat exchangers, the condensed water can be stably supplied to at least one of the reforming catalyst and the fuel cell stack. Thereby, the stability of the fuel cell system can be ensured.

また、請求項5に記載のように、請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、前記熱交換器を一対備え、一方の前記熱交換器における前記排ガス流路には、前記燃料電池スタックの空気極及び前記バーナの両方から排出され水蒸気を含む排ガスが流通し、他方の前記熱交換器における前記排ガス流路には、前記燃料電池スタックの燃料極から排出され水蒸気を含む排ガスが流通し、前記バーナには、他方の前記熱交換器における前記排ガス流路から排出される排ガスがバーナガスとして供給されても良い。 In addition, as described in claim 5 , in the fuel cell system according to claim 1 or 2 , the heat exchanger includes a pair of heat exchangers, and the exhaust gas passage in one of the heat exchangers includes the fuel Exhaust gas containing water vapor discharged from both the air electrode of the battery stack and the burner circulates, and the exhaust gas containing water vapor discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack passes through the exhaust gas flow path in the other heat exchanger. The exhaust gas that circulates and is discharged from the exhaust gas flow path in the other heat exchanger may be supplied to the burner as burner gas.

このように構成されていると、燃料電池スタックの空気極及びバーナからの排ガスに含まれる水蒸気に加えて、燃料電池スタックの燃料極からの排ガスに含まれる水蒸気からも凝縮水が生成されるので、システム内で生成される凝縮水の生成量を増加させることができる。   With this configuration, condensed water is generated from the water vapor contained in the exhaust gas from the fuel electrode of the fuel cell stack in addition to the water vapor contained in the exhaust gas from the air electrode and burner of the fuel cell stack. The amount of condensed water produced in the system can be increased.

また、一対の熱交換器の両方で別々に凝縮水を生成することができるので、凝縮水を改質触媒及び燃料電池スタックの少なくとも一方に安定して供給することができる。これにより、燃料電池システムの安定性を確保することができる。   Further, since condensed water can be separately generated by both of the pair of heat exchangers, the condensed water can be stably supplied to at least one of the reforming catalyst and the fuel cell stack. Thereby, the stability of the fuel cell system can be ensured.

さらに、バーナには、他方の熱交換器における排ガス流路から排出され水蒸気が取り除かれた排ガスがバーナガスとして供給されるので、バーナに供給されるバーナガスに含まれる水蒸気の含有量を低減することができる。これにより、バーナにおける例えば失火等の不具合発生を抑制できると共に、バーナとして、水蒸気の含有量が多いバーナガスに対応できる高価なものを用いる必要が無いので、その分、コストダウンすることができる。   Furthermore, since the exhaust gas from which the water vapor has been removed from the exhaust gas flow path in the other heat exchanger is supplied to the burner as burner gas, the content of water vapor contained in the burner gas supplied to the burner can be reduced. it can. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of malfunction such as misfire in the burner, and it is not necessary to use an expensive burner gas that can handle burner gas with a high water vapor content.

また、請求項6に記載のように、請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、前記熱交換器を三つ備え、第一の前記熱交換器における前記排ガス流路には、前記燃料電池スタックの空気極から排出され水蒸気を含む排ガスが流通し、第二の前記熱交換器における前記排ガス流路には、前記バーナから排出され水蒸気を含む排ガスが流通し、第三の前記熱交換器における前記排ガス流路には、前記燃料電池スタックの燃料極から排出され水蒸気を含む排ガスが流通し、前記バーナには、第三の前記熱交換器における前記排ガス流路から排出される排ガスがバーナガスとして供給されても良い。 Further, as described in claim 6 , in the fuel cell system according to claim 1 or 2 , the heat exchanger includes three heat exchangers, and the exhaust gas passage in the first heat exchanger includes: Exhaust gas containing water vapor exhausted from the air electrode of the fuel cell stack circulates, and exhaust gas containing water vapor exhausted from the burner circulates in the exhaust gas flow path in the second heat exchanger, Exhaust gas containing water vapor discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack flows through the exhaust gas passage in the heat exchanger, and discharged from the exhaust gas passage in the third heat exchanger to the burner. The exhaust gas may be supplied as burner gas.

このように構成されていても、燃料電池スタックの空気極及びバーナからの排ガスに含まれる水蒸気に加えて、燃料電池スタックの燃料極からの排ガスに含まれる水蒸気からも凝縮水が生成されるので、システム内で生成される凝縮水の生成量を増加させることができる。   Even in this configuration, condensed water is generated from the water vapor contained in the exhaust gas from the fuel electrode of the fuel cell stack in addition to the water vapor contained in the exhaust gas from the air electrode and burner of the fuel cell stack. The amount of condensed water produced in the system can be increased.

また、三つの熱交換器の各々で別々に凝縮水を生成することができるので、凝縮水を改質触媒及び燃料電池スタックの少なくとも一方に安定して供給することができる。これにより、燃料電池システムの安定性を確保することができる。   In addition, since condensed water can be separately generated in each of the three heat exchangers, the condensed water can be stably supplied to at least one of the reforming catalyst and the fuel cell stack. Thereby, the stability of the fuel cell system can be ensured.

さらに、バーナには、第三の熱交換器における排ガス流路から排出され水蒸気が取り除かれた排ガスがバーナガスとして供給されるので、バーナに供給されるバーナガスに含まれる水蒸気の含有量を低減することができる。これにより、バーナにおける例えば失火等の不具合発生を抑制できると共に、バーナとして、水蒸気の含有量が多いバーナガスに対応できる高価なものを用いる必要が無いので、その分、コストダウンすることができる。   Furthermore, since the exhaust gas from the exhaust gas flow path in the third heat exchanger and from which the water vapor has been removed is supplied to the burner as the burner gas, the content of water vapor contained in the burner gas supplied to the burner is reduced. Can do. Thereby, it is possible to suppress the occurrence of malfunction such as misfire in the burner, and it is not necessary to use an expensive burner gas that can handle burner gas with a high water vapor content.

また、請求項7に記載のように、請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、前記熱交換器として、前記排ガス流路に前記燃料電池スタックの空気極及び前記バーナの両方から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する熱交換器、及び、前記排ガス流路に前記燃料電池スタックの燃料極から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する前記熱交換器のうち少なくとも一方を備えても良い。 Further, as described in claim 7 , in the fuel cell system according to claim 1 or 2 , as the heat exchanger, the exhaust gas flow path includes both an air electrode of the fuel cell stack and the burner as the heat exchanger. There may be provided at least one of a heat exchanger through which exhaust gas containing water vapor is discharged and a heat exchanger through which exhaust gas containing water vapor discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack flows through the exhaust gas passage. .

また、請求項8に記載のように、請求項7に記載の燃料電池システムにおいて、前記熱交換器として、前記排ガス流路に前記燃料電池スタックの燃料極から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する熱交換器を少なくとも備え、前記バーナには、前記熱交換器における前記排ガス流路から排出される排ガスがバーナガスとして供給されても良い。 Further, as described in claim 8 , in the fuel cell system according to claim 7 , as the heat exchanger, exhaust gas containing water vapor discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack flows through the exhaust gas passage. At least a heat exchanger may be provided, and the burner may be supplied with exhaust gas discharged from the exhaust gas passage in the heat exchanger as burner gas.

また、請求項9に記載のように、請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、前記熱交換器として、前記排ガス流路に前記燃料電池スタックの空気極から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する熱交換器、前記排ガス流路に前記バーナから排出され水蒸気を含む排ガスが流通する熱交換器、及び、前記排ガス流路に前記燃料電池スタックの燃料極から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する熱交換器のうち少なくとも一つを備えても良い。 Further, as described in claim 9 , in the fuel cell system according to claim 1 or 2 , as the heat exchanger, the exhaust gas flow path includes water vapor discharged from the air electrode of the fuel cell stack as the heat exchanger. A heat exchanger through which exhaust gas flows, a heat exchanger through which exhaust gas containing water vapor discharged from the burner flows into the exhaust gas channel, and exhaust gas containing water vapor discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack through the exhaust gas channel You may provide at least one among the heat exchangers which distribute | circulate.

また、請求項10に記載のように、請求項9に記載の燃料電池システムにおいて、前記熱交換器として、前記排ガス流路に前記燃料電池スタックの燃料極から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する熱交換器を少なくとも備え、前記バーナには、前記熱交換器における前記排ガス流路から排出される排ガスがバーナガスとして供給されても良い。 In addition, as described in claim 10 , in the fuel cell system according to claim 9 , as the heat exchanger, exhaust gas containing water vapor discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack flows through the exhaust gas channel. At least a heat exchanger may be provided, and the burner may be supplied with exhaust gas discharged from the exhaust gas passage in the heat exchanger as burner gas.

以上詳述したように、本発明の燃料電池システムによれば、メンテナンスコストの低減及び発電効率の向上を実現することができる。   As described above in detail, according to the fuel cell system of the present invention, it is possible to reduce maintenance costs and improve power generation efficiency.

本発明の第一実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示す図である。It is a figure showing the whole fuel cell system composition concerning a first embodiment of the present invention. 本発明の第二実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the fuel cell system which concerns on 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the fuel cell system which concerns on 3rd embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the fuel cell system which concerns on 4th embodiment of this invention. 図1〜図4に示される第一熱交換器の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the 1st heat exchanger shown by FIGS.

[第一実施形態]
はじめに、本発明の第一実施形態について説明する。
[First embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described.

図1に示されるように、本発明の第一実施形態に係る燃料電池システムS1は、脱硫器12と、燃料処理装置14と、燃料電池スタック16と、第一熱交換器18と、第二熱交換器20と、貯湯タンク22と、凝縮水回収・供給部24とを主要な構成として備えている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system S1 according to the first embodiment of the present invention includes a desulfurizer 12, a fuel processing device 14, a fuel cell stack 16, a first heat exchanger 18, and a second. The heat exchanger 20, the hot water storage tank 22, and the condensed water collection | recovery and supply part 24 are provided as main structures.

脱硫器12は、都市ガス管26と接続されている。この脱硫器12は、都市ガス管26を介して供給された都市ガスに含まれる硫黄化合物を吸着除去する。   The desulfurizer 12 is connected to the city gas pipe 26. The desulfurizer 12 adsorbs and removes sulfur compounds contained in the city gas supplied through the city gas pipe 26.

燃料処理装置14は、改質触媒28と、バーナ30と、シフト触媒32と、PROX触媒34とを有している。改質触媒28は、原料ガス管36を介して脱硫器12と接続されている。この改質触媒28には、脱硫器12にて硫黄化合物が吸着除去された都市ガスが原料ガス管36を通じて供給される。この改質触媒28は、原料ガス管36を通じて供給された都市ガス(原料ガス)を、後述する第一凝縮水供給管104を通じて供給された凝縮水を利用して水蒸気改質する。   The fuel processing apparatus 14 includes a reforming catalyst 28, a burner 30, a shift catalyst 32, and a PROX catalyst 34. The reforming catalyst 28 is connected to the desulfurizer 12 via the raw material gas pipe 36. The reforming catalyst 28 is supplied with the city gas from which the sulfur compound is adsorbed and removed by the desulfurizer 12 through the raw material gas pipe 36. The reforming catalyst 28 steam-reforms the city gas (raw material gas) supplied through the raw material gas pipe 36 using the condensed water supplied through the first condensed water supply pipe 104 described later.

バーナ30には、第一空気ブロワ38が設けられた空気ガス管40と、バーナガス管42とが接続されている。このバーナ30は、空気ガス管40を通じて供給された空気ガスと、バーナガス管42を通じて供給されたバーナガスとの混合ガスを燃焼し、改質触媒28を加熱する。   An air gas pipe 40 provided with a first air blower 38 and a burner gas pipe 42 are connected to the burner 30. The burner 30 burns a mixed gas of air gas supplied through the air gas pipe 40 and burner gas supplied through the burner gas pipe 42 to heat the reforming catalyst 28.

シフト触媒32は、改質触媒28で発生した一酸化炭素を水蒸気と反応させて水素と二酸化炭素に変換し、一酸化炭素濃度を低減させる。PROX触媒34には、後述する酸化ガス管60から分岐されたPROX空気管44が接続されている。このPROX触媒34には、PROX空気管44を通じて空気が供給される。このPROX触媒34は、貴金属触媒上で一酸化炭素と酸素を反応させて二酸化炭素に変換し、一酸化炭素を酸化除去する。   The shift catalyst 32 reacts the carbon monoxide generated in the reforming catalyst 28 with water vapor to convert it into hydrogen and carbon dioxide, thereby reducing the carbon monoxide concentration. A PROX air pipe 44 branched from an oxidizing gas pipe 60 described later is connected to the PROX catalyst 34. Air is supplied to the PROX catalyst 34 through a PROX air pipe 44. The PROX catalyst 34 reacts carbon monoxide and oxygen on a noble metal catalyst to convert them into carbon dioxide, and oxidizes and removes carbon monoxide.

そして、この燃料処理装置14では、以上により、脱硫器12から供給された都市ガス(原料ガス)から、水素ガスを含む燃料ガスが生成される。この燃料ガスは、燃料ガス管46を通じて後述する燃料電池スタック16の燃料極54に供給される。燃料ガス管46には、PROX空気管44から分岐されたブリードエア管48が接続されており、燃料ガス管46を流通する燃料ガスには、ブリードエア管48を通じて抽出された空気が混合される。   And in this fuel processing apparatus 14, the fuel gas containing hydrogen gas is produced | generated from the city gas (raw material gas) supplied from the desulfurizer 12 by the above. This fuel gas is supplied to a fuel electrode 54 of the fuel cell stack 16 described later through a fuel gas pipe 46. A bleed air pipe 48 branched from the PROX air pipe 44 is connected to the fuel gas pipe 46, and the air extracted through the bleed air pipe 48 is mixed with the fuel gas flowing through the fuel gas pipe 46. .

燃料電池スタック16は、固体高分子形の燃料電池スタックであり、積層された複数の燃料電池セル50を有している。各燃料電池セル50は、電解質層52と、この電解質層52の表裏面にそれぞれ積層された燃料極54及び空気極56とを有している。   The fuel cell stack 16 is a polymer electrolyte fuel cell stack, and includes a plurality of stacked fuel cells 50. Each fuel cell 50 includes an electrolyte layer 52, and a fuel electrode 54 and an air electrode 56 that are respectively laminated on the front and back surfaces of the electrolyte layer 52.

燃料極54(アノード極)には、燃料ガス管46を通じて燃料処理装置14から燃料ガスが供給される。この燃料極54では、下記式(1)で示されるように、燃料ガス中の水素が水素イオンと電子とに分解される。燃料極54で生成された水素イオンは、電解質層52を通って空気極56に移動し、燃料極54で生成された電子は、外部回路を通って空気極56に移動する。   Fuel gas is supplied from the fuel processing device 14 to the fuel electrode 54 (anode electrode) through the fuel gas pipe 46. In the fuel electrode 54, as shown by the following formula (1), hydrogen in the fuel gas is decomposed into hydrogen ions and electrons. Hydrogen ions generated at the fuel electrode 54 move to the air electrode 56 through the electrolyte layer 52, and electrons generated at the fuel electrode 54 move to the air electrode 56 through an external circuit.

(燃料極反応)
→2H+2e ・・・(1)
(Fuel electrode reaction)
H 2 → 2H + + 2e (1)

一方、空気極56(カソード極)には、第二空気ブロワ58が設けられた酸化ガス管60を通じて酸化ガス(空気)が供給される。この空気極56では、下記式(2)で示されるように、電解質層52を通ってきた水素イオンと、外部回路を通ってきた電子が、酸化ガス中の酸素と反応して、水が生成される。   On the other hand, an oxidizing gas (air) is supplied to the air electrode 56 (cathode electrode) through an oxidizing gas pipe 60 provided with a second air blower 58. In this air electrode 56, as shown by the following formula (2), hydrogen ions that have passed through the electrolyte layer 52 and electrons that have passed through the external circuit react with oxygen in the oxidizing gas to generate water. Is done.

(空気極反応)
4H+O+4e →2HO ・・・(2)
(Air electrode reaction)
4H + + O 2 + 4e → 2H 2 O (2)

そして、このようにして電子が燃料極54から空気極56に移動することにより、各燃料電池セル50において発電される。また、各燃料電池セル50は、発電時に上記反応に伴って発熱し、空気極56で生成された水は、水蒸気とされる。   Then, the electrons move from the fuel electrode 54 to the air electrode 56 in this way, whereby electric power is generated in each fuel cell 50. In addition, each fuel cell 50 generates heat with the above reaction during power generation, and the water generated at the air electrode 56 is steam.

燃料極54には、燃料極排ガス管62を介してドレンポット64が接続されている。ドレンポット64では、燃料極54から排出された燃料極排ガスに含まれる水蒸気が凝縮される。ドレンポット64には、ドレン水排水管65の一端が接続されており、このドレン水排水管65の他端は、後述するドレンタンク102のドレン水排水管103に接続されている。ドレンポット64における凝縮水の貯留量が許容量を超えた場合には、この超えた分の凝縮水がドレン水排水管65及びドレン水排水管103を通じて外部に排出される。   A drain pot 64 is connected to the fuel electrode 54 via a fuel electrode exhaust pipe 62. In the drain pot 64, water vapor contained in the fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel electrode 54 is condensed. One end of a drain water drain pipe 65 is connected to the drain pot 64, and the other end of the drain water drain pipe 65 is connected to a drain water drain pipe 103 of a drain tank 102 described later. When the amount of condensed water stored in the drain pot 64 exceeds the allowable amount, the excess amount of condensed water is discharged to the outside through the drain water drain pipe 65 and the drain water drain pipe 103.

また、ドレンポット64には、上述のバーナガス管42が接続されている。燃料極54から排出されドレンポット64で水蒸気が取り除かれた燃料極排ガスには、燃料電池スタック16において未反応の水素ガスが残存しており、この未反応の水素ガスを含む燃料極排ガスは、バーナガス管42を通じてバーナ30にバーナガスとして供給される。   Further, the above-described burner gas pipe 42 is connected to the drain pot 64. The unreacted hydrogen gas remains in the fuel cell stack 16 in the fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel electrode 54 and from which the water vapor has been removed by the drain pot 64, and the fuel electrode exhaust gas containing this unreacted hydrogen gas is The burner gas pipe 42 supplies the burner 30 as burner gas.

また、バーナ30には、バーナ排ガス管66の一端が接続されており、上述の空気極56には、空気極排ガス管68の一端が接続されている。バーナ排ガス管66の他端は、後述する第一熱交換器18に接続されており、空気極排ガス管68の他端は、バーナ排ガス管66における第一熱交換器18側の部分に接続されている。   Further, one end of a burner exhaust gas pipe 66 is connected to the burner 30, and one end of an air electrode exhaust gas pipe 68 is connected to the air electrode 56 described above. The other end of the burner exhaust pipe 66 is connected to a first heat exchanger 18 to be described later, and the other end of the air electrode exhaust pipe 68 is connected to a portion of the burner exhaust pipe 66 on the first heat exchanger 18 side. ing.

第一熱交換器18は、本発明における「熱交換器」の一例であり、次のように構成されている。つまり、図5に示されるように、第一熱交換器18は、蒸留膜70と、内管72と、外管74とを有している。   The first heat exchanger 18 is an example of the “heat exchanger” in the present invention, and is configured as follows. That is, as shown in FIG. 5, the first heat exchanger 18 includes a distillation membrane 70, an inner tube 72, and an outer tube 74.

蒸留膜70は、中空円筒状に形成されている。この蒸留膜70は、水蒸気を透過させ液体を透過させない多孔質膜などで構成されている。この蒸留膜70は、燃料電池スタック16の発熱温度に適応し得るような材料で形成されることが好ましい。この材料としては、例えば、フッ素系樹脂などが挙げられる。この蒸留膜70の内側には、排ガス流路76が形成されており、この排ガス流路76の入口部は、図1に示されるバーナ排ガス管66と接続されている。   The distillation membrane 70 is formed in a hollow cylindrical shape. The distillation membrane 70 is composed of a porous membrane that allows water vapor to pass therethrough and does not allow liquid to pass through. The distillation membrane 70 is preferably formed of a material that can be adapted to the heat generation temperature of the fuel cell stack 16. Examples of this material include a fluorine-based resin. An exhaust gas flow channel 76 is formed inside the distillation membrane 70, and an inlet portion of the exhaust gas flow channel 76 is connected to a burner exhaust gas pipe 66 shown in FIG.

この排ガス流路76には、図1に示されるバーナ排ガス管66及び空気極排ガス管68から排出され水蒸気を含む排ガス(バーナ排ガス及び空気極排ガス)が流通する。排ガス流路76の出口部には、図1に示される排気口78が接続されており、排ガス流路76を通過し水蒸気が取り除かれた排ガスは、この排気口78から外部に排出される。   Through this exhaust gas flow path 76, exhaust gas (burner exhaust gas and air electrode exhaust gas) containing water vapor discharged from the burner exhaust gas pipe 66 and the air electrode exhaust gas pipe 68 shown in FIG. An exhaust port 78 shown in FIG. 1 is connected to an outlet portion of the exhaust gas flow channel 76, and the exhaust gas from which water vapor has been removed through the exhaust gas flow channel 76 is discharged to the outside from the exhaust port 78.

内管72は、天壁部80及び底壁部82を有する円筒状に形成されている。この内管72の軸芯部には、上述の蒸留膜70が貫通して配置されている。内管72の外周部は、蒸留膜70の周囲に環状に設けられた伝熱壁84として形成されており、この伝熱壁84と蒸留膜70との間は、蒸留膜70を透過した水蒸気が凝縮される凝縮空間86として形成されている。また、内管72の底壁部82には、凝縮水排水管88が設けられている。   The inner tube 72 is formed in a cylindrical shape having a top wall portion 80 and a bottom wall portion 82. The distillation film 70 described above is disposed through the axial core portion of the inner tube 72. The outer periphery of the inner pipe 72 is formed as a heat transfer wall 84 provided in an annular shape around the distillation film 70, and water vapor that has passed through the distillation film 70 is between the heat transfer wall 84 and the distillation film 70. Is formed as a condensing space 86 in which is condensed. Further, a condensed water drain pipe 88 is provided on the bottom wall portion 82 of the inner pipe 72.

外管74は、中空円環状に形成されており、上述の蒸留膜70及び内管72と同軸上に配置されている。この外管74は、伝熱壁84よりも外径が大きく形成されている。この外管74の天壁部には、入口管90が設けられており、この外管74の底壁部には、出口管92が設けられている。この入口管90及び出口管92には、図1に示される貯湯タンク22と接続された第一貯湯水循環回路94が接続されている。   The outer tube 74 is formed in a hollow annular shape, and is arranged coaxially with the distillation membrane 70 and the inner tube 72 described above. The outer tube 74 has a larger outer diameter than the heat transfer wall 84. An inlet pipe 90 is provided on the top wall portion of the outer pipe 74, and an outlet pipe 92 is provided on the bottom wall portion of the outer pipe 74. A first hot water circulating circuit 94 connected to the hot water storage tank 22 shown in FIG. 1 is connected to the inlet pipe 90 and the outlet pipe 92.

また、この外管74の外周部は、伝熱壁84の周囲に環状に設けられた外壁96として形成されており、この外壁96と伝熱壁84との間は、図1に示される貯湯タンク22から供給された貯湯循環水(熱回収水)が流通する貯湯循環水流路98として形成されている。この貯湯循環水流路98と図1に示される貯湯タンク22との間では、貯湯循環水が循環する。この貯湯循環水流路98は、本発明における「冷却流体流路」の一例であり、この貯湯循環水流路98を流れる貯湯循環水は、本発明における「冷却流体」の一例である。   Further, the outer peripheral portion of the outer pipe 74 is formed as an outer wall 96 provided in an annular shape around the heat transfer wall 84, and the hot water storage shown in FIG. 1 is provided between the outer wall 96 and the heat transfer wall 84. A hot water circulating water flow path 98 through which hot water circulating water (heat recovery water) supplied from the tank 22 circulates is formed. The hot water circulating water is circulated between the hot water circulating water flow path 98 and the hot water storage tank 22 shown in FIG. The hot water storage circulating water flow path 98 is an example of the “cooling fluid flow path” in the present invention, and the hot water storage circulating water flowing through the hot water storage circulating water flow path 98 is an example of the “cooling fluid” in the present invention.

そして、この第一熱交換器18では、貯湯循環水流路98に貯湯循環水が流通している状態で、排ガス流路76内の排ガスに含まれる水蒸気が蒸留膜70を透過して凝縮空間86に移動すると、この凝縮空間86に移動した水蒸気が伝熱壁84の表面上で熱を放出し凝縮される。また、このようにして凝縮空間86にて生成された凝縮水(蒸留水)は、凝縮水排水管88を通じて排水される。   In the first heat exchanger 18, the water vapor contained in the exhaust gas in the exhaust gas flow channel 76 passes through the distillation membrane 70 in a state where the hot water circulating water flows through the hot water storage water flow channel 98, and the condensation space 86. The water vapor that has moved to the condensation space 86 releases heat on the surface of the heat transfer wall 84 and is condensed. Further, the condensed water (distilled water) generated in the condensed space 86 in this manner is drained through the condensed water drain pipe 88.

この凝縮水排水管88には、図1に示される凝縮水回収管100を介してドレンタンク102の入口部が接続されている。このドレンタンク102には、上述の第一熱交換器18にて生成され凝縮水回収管100を通じて回収された凝縮水が貯留される。ドレンタンク102における凝縮水の貯留量が許容量を超えた場合には、この超えた分の凝縮水がドレンタンク102から排出される。このドレンタンク102の出口部には、上述の改質触媒28に接続された第一凝縮水供給管104が接続されている。   An inlet portion of a drain tank 102 is connected to the condensed water drain pipe 88 via a condensed water recovery pipe 100 shown in FIG. The drain tank 102 stores the condensed water generated by the first heat exchanger 18 and recovered through the condensed water recovery pipe 100. When the amount of condensed water stored in the drain tank 102 exceeds the allowable amount, the excess amount of condensed water is discharged from the drain tank 102. A first condensed water supply pipe 104 connected to the above-described reforming catalyst 28 is connected to the outlet portion of the drain tank 102.

この第一凝縮水供給管104には、第一ポンプ106が設けられており、この第一凝縮水供給管104からは、第二ポンプ108が設けられた第二凝縮水供給管110が分岐されている。この第二凝縮水供給管110には、第二熱交換器20が設けられており、第二熱交換器20には、上述の貯湯タンク22と接続された第二貯湯水循環回路112が接続されている。この第二熱交換器20では、第二凝縮水供給管110を流通する凝縮水と、第二貯湯水循環回路112を流通する貯湯循環水との間で熱交換が行われ、これにより、凝縮水が貯湯循環水によって熱を奪われて冷却される。   The first condensed water supply pipe 104 is provided with a first pump 106, and a second condensed water supply pipe 110 provided with a second pump 108 is branched from the first condensed water supply pipe 104. ing. The second condensed water supply pipe 110 is provided with a second heat exchanger 20, and the second heat exchanger 20 is connected to a second hot water storage water circulation circuit 112 connected to the hot water storage tank 22 described above. ing. In the second heat exchanger 20, heat is exchanged between the condensed water flowing through the second condensed water supply pipe 110 and the hot water circulating water flowing through the second hot water circulating circuit 112. Is deprived of heat by the hot water circulating water and cooled.

この第二凝縮水供給管110における第二熱交換器20よりも下流側には、燃料電池スタック16の燃料電池セル50を貫通する冷却回路114が接続されている。この冷却回路114の出口側(下流側)は、第二凝縮水供給管110における第二ポンプ108の下流側の部分に接続されている。   A cooling circuit 114 penetrating the fuel cell 50 of the fuel cell stack 16 is connected to the second condensed water supply pipe 110 downstream of the second heat exchanger 20. An outlet side (downstream side) of the cooling circuit 114 is connected to a downstream side portion of the second pump 108 in the second condensed water supply pipe 110.

以上の凝縮水回収管100、ドレンタンク102、第一ポンプ106、第二ポンプ108、第一凝縮水供給管104、第二凝縮水供給管110、第二熱交換器20、及び、冷却回路114は、凝縮水回収・供給部24を構成している。   The condensed water recovery pipe 100, the drain tank 102, the first pump 106, the second pump 108, the first condensed water supply pipe 104, the second condensed water supply pipe 110, the second heat exchanger 20, and the cooling circuit 114 described above. Constitutes a condensed water recovery / supply unit 24.

この凝縮水回収・供給部24において、第一熱交換器18の凝縮空間86(図5参照)にて生成された凝縮水は、凝縮水回収管100を通じてドレンタンク102に回収され、このドレンタンク102に回収された凝縮水の一部は、第一ポンプ106の作動に伴い第一凝縮水供給管104を通じて改質触媒28に供給され、この改質触媒28にて水蒸気改質用の水蒸気として利用される。一方、ドレンタンク102に回収された凝縮水の他の一部は、第二ポンプ108の作動に伴い第二凝縮水供給管110を通じて第二熱交換器20に供給され、この第二熱交換器20において冷却される。また、この第二熱交換器20にて冷却された凝縮水は、冷却回路114を通じて燃料電池セル50に供給され、この燃料電池セル50が冷却される。   In the condensed water recovery / supply unit 24, the condensed water generated in the condensing space 86 (see FIG. 5) of the first heat exchanger 18 is recovered in the drain tank 102 through the condensed water recovery pipe 100, and this drain tank. A part of the condensed water recovered in 102 is supplied to the reforming catalyst 28 through the first condensed water supply pipe 104 in accordance with the operation of the first pump 106, and is used as steam for steam reforming by the reforming catalyst 28. Used. On the other hand, another part of the condensed water collected in the drain tank 102 is supplied to the second heat exchanger 20 through the second condensed water supply pipe 110 in accordance with the operation of the second pump 108, and this second heat exchanger 20 is cooled. Further, the condensed water cooled by the second heat exchanger 20 is supplied to the fuel cell 50 through the cooling circuit 114, and the fuel cell 50 is cooled.

続いて、第一実施形態に係る燃料電池システムS1の作用及び効果について説明する。   Next, the operation and effect of the fuel cell system S1 according to the first embodiment will be described.

以上詳述したように、第一実施形態に係る燃料電池システムS1では、燃料処理装置14から燃料ガスが燃料電池スタック16の燃料極54に供給されると共に、第二空気ブロワ58が作動して酸化ガス管60から酸化ガスが燃料電池スタック16の空気極56に供給されると、この燃料電池スタック16において燃料ガス及び酸化ガスが反応し発電する。この発電に伴い燃料電池スタック16の空気極56からは、空気極排ガスが排出され、燃料処理装置14のバーナ30からは、バーナ排ガスが排出される。これらの排ガスは、水蒸気を含んでおり、空気極排ガス管68及びバーナ排ガス管66を通じて第一熱交換器18に供給される。   As described above in detail, in the fuel cell system S1 according to the first embodiment, the fuel gas is supplied from the fuel processing device 14 to the fuel electrode 54 of the fuel cell stack 16, and the second air blower 58 is activated. When the oxidizing gas is supplied from the oxidizing gas pipe 60 to the air electrode 56 of the fuel cell stack 16, the fuel gas and the oxidizing gas react in the fuel cell stack 16 to generate power. With this power generation, the air electrode exhaust gas is discharged from the air electrode 56 of the fuel cell stack 16, and the burner exhaust gas is discharged from the burner 30 of the fuel processing device 14. These exhaust gases contain water vapor and are supplied to the first heat exchanger 18 through the air electrode exhaust pipe 68 and the burner exhaust pipe 66.

この第一熱交換器18では、図5に示されるように、蒸留膜70によって排ガス流路76が形成されており、この蒸留膜70と伝熱壁84との間には、凝縮空間86が形成され、伝熱壁84と外壁96との間には、貯湯循環水が流通する貯湯循環水流路98が形成されている。従って、排ガス流路76に供給された排ガスに含まれる水蒸気は、蒸留膜70を透過して凝縮空間86に移動し、伝熱壁84の表面上で熱を放出し凝縮される。   In the first heat exchanger 18, as shown in FIG. 5, an exhaust gas flow path 76 is formed by the distillation membrane 70, and a condensing space 86 is formed between the distillation membrane 70 and the heat transfer wall 84. Between the heat transfer wall 84 and the outer wall 96, a hot water circulating water flow path 98 through which the hot water circulating water flows is formed. Therefore, the water vapor contained in the exhaust gas supplied to the exhaust gas flow path 76 passes through the distillation film 70 and moves to the condensation space 86, and is condensed by releasing heat on the surface of the heat transfer wall 84.

そして、このようにして凝縮空間86にて生成された凝縮水(蒸留水)は、図1に示されるドレンタンク102に回収され、このドレンタンク102に回収された凝縮水の一部は、第一凝縮水供給管104を通じて改質触媒28に供給され、この改質触媒28にて水蒸気改質用の水蒸気として利用される。一方、ドレンタンク102に回収された凝縮水の他の一部は、第二凝縮水供給管110を通じて第二熱交換器20に供給され、この第二熱交換器20において冷却される。また、この第二熱交換器20にて冷却された凝縮水は、冷却回路114を通じて燃料電池セル50に供給され、この燃料電池セル50が冷却される。   The condensed water (distilled water) thus generated in the condensing space 86 is recovered in the drain tank 102 shown in FIG. 1, and a part of the condensed water recovered in the drain tank 102 is The water is supplied to the reforming catalyst 28 through the single condensed water supply pipe 104, and is used as steam for steam reforming by the reforming catalyst 28. On the other hand, the other part of the condensed water collected in the drain tank 102 is supplied to the second heat exchanger 20 through the second condensed water supply pipe 110 and cooled in the second heat exchanger 20. Further, the condensed water cooled by the second heat exchanger 20 is supplied to the fuel cell 50 through the cooling circuit 114, and the fuel cell 50 is cooled.

このように、第一実施形態に係る燃料電池システムS1によれば、燃料電池スタック16の空気極56及びバーナ30から排出された排ガスから凝縮水を回収し、この凝縮水を改質触媒28及び燃料電池スタック16に供給する。従って、燃料電池スタック16の空気極56及びバーナ30から排出される排ガスを、改質触媒28における水蒸気改質用の水蒸気と、燃料電池セル50の冷却用の冷却水とを生成するために有効に活用することができる。   As described above, according to the fuel cell system S1 according to the first embodiment, the condensed water is recovered from the exhaust gas discharged from the air electrode 56 and the burner 30 of the fuel cell stack 16, and the condensed water is used as the reforming catalyst 28 and The fuel cell stack 16 is supplied. Accordingly, the exhaust gas discharged from the air electrode 56 and the burner 30 of the fuel cell stack 16 is effective for generating steam for steam reforming in the reforming catalyst 28 and cooling water for cooling the fuel cell 50. It can be used for.

また、上述のように、燃料電池スタック16及びバーナ30から排出された排ガスから凝縮水を回収し、この凝縮水を改質触媒28及び燃料電池スタック16に供給するので、外部から改質触媒28及び燃料電池スタック16への給水が不要である。これにより、外部からの水を改質触媒28及び燃料電池スタック16へ供給するための水供給施設を不要にできる。   Further, as described above, the condensed water is recovered from the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 16 and the burner 30, and this condensed water is supplied to the reforming catalyst 28 and the fuel cell stack 16, so that the reforming catalyst 28 is externally supplied. In addition, water supply to the fuel cell stack 16 is unnecessary. This eliminates the need for a water supply facility for supplying external water to the reforming catalyst 28 and the fuel cell stack 16.

しかも、この燃料電池システムS1によれば、上述のように、排ガスに含まれる水蒸気から凝縮水を生成するために、交換や再生が不要な蒸留膜70(図5参照)が用いられている。従って、凝縮水を安定して生成させるための定期的なメンテナンスを不要にすることができるので、例えばイオン交換樹脂を備えた水処理装置を用いる場合に比して、メンテナンスコストを低減することができる。   Moreover, according to the fuel cell system S1, as described above, the distillation membrane 70 (see FIG. 5) that does not require replacement or regeneration is used to generate condensed water from the water vapor contained in the exhaust gas. Therefore, since regular maintenance for stably generating condensed water can be eliminated, for example, maintenance costs can be reduced as compared with the case of using a water treatment apparatus equipped with an ion exchange resin. it can.

また、蒸留膜70は電気で再生する必要が無いので、蒸留膜70の性能を維持するために燃料電池システムS1にて発電された電力を使用することを回避できる。これにより、例えば電気脱イオン式の水処理装置を用いる場合に比して、燃料電池システムS1の発電効率を向上させることができる。   Moreover, since the distillation membrane 70 does not need to be regenerated by electricity, it is possible to avoid using the electric power generated in the fuel cell system S1 in order to maintain the performance of the distillation membrane 70. Thereby, the power generation efficiency of the fuel cell system S1 can be improved as compared with, for example, the case of using an electrodeionization type water treatment device.

さらに、この燃料電池システムS1によれば、第一熱交換器18の排ガス流路76(図5参照)には、燃料電池スタック16の空気極56及びバーナ30の両方から排出され水蒸気を含む排ガスが流通するので、燃料電池スタック16の空気極56及びバーナ30からの排ガスに含まれる水蒸気から凝縮水を生成することができる。これにより、燃料電池スタック16の空気極56及びバーナ30のうちのいずれか一方のみからの排ガスが排ガス流路76に流通する場合に比して、図5に示される凝縮空間86にて生成される凝縮水の生成量を増加させることができる。   Furthermore, according to the fuel cell system S1, the exhaust gas flow path 76 (see FIG. 5) of the first heat exchanger 18 is exhausted from both the air electrode 56 and the burner 30 of the fuel cell stack 16 and contains water vapor. Therefore, condensed water can be generated from water vapor contained in the exhaust gas from the air electrode 56 and the burner 30 of the fuel cell stack 16. As a result, the exhaust gas from only one of the air electrode 56 and the burner 30 of the fuel cell stack 16 is generated in the condensation space 86 shown in FIG. The amount of condensed water produced can be increased.

また、この燃料電池システムS1によれば、第一熱交換器18が一つのみ備えられており、この第一熱交換器18の排ガス流路76(図5参照)には、燃料電池スタック16の空気極56及びバーナ30の両方から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する。従って、第一熱交換器18が一つで済むので、コストダウンすることができる。   Further, according to the fuel cell system S1, only one first heat exchanger 18 is provided, and the fuel cell stack 16 is provided in the exhaust gas flow path 76 (see FIG. 5) of the first heat exchanger 18. The exhaust gas containing water vapor discharged from both the air electrode 56 and the burner 30 flows. Therefore, since only one first heat exchanger 18 is required, the cost can be reduced.

また、図5に示されるように、第一熱交換器18に設けられた蒸留膜70は、筒状に形成されると共に、その内側に排ガス流路76を形成しており、伝熱壁84は、蒸留膜70の周囲に環状に設けられ、外壁96は、伝熱壁84の周囲に環状に設けられている。従って、筒状に形成された蒸留膜70の全周に亘って水蒸気が蒸留膜70を透過し、この水蒸気から凝縮水を伝熱壁84の全周に亘って生成することができる。これにより、凝縮水の生成効率を向上させることができる。   Further, as shown in FIG. 5, the distillation film 70 provided in the first heat exchanger 18 is formed in a cylindrical shape, and an exhaust gas flow channel 76 is formed inside thereof, and a heat transfer wall 84 is formed. Is provided in an annular shape around the distillation film 70, and the outer wall 96 is provided in an annular shape around the heat transfer wall 84. Therefore, the water vapor passes through the distillation film 70 over the entire circumference of the distillation film 70 formed in a cylindrical shape, and condensed water can be generated from the water vapor over the entire circumference of the heat transfer wall 84. Thereby, the production | generation efficiency of condensed water can be improved.

また、図1に示されるように、燃料電池システムS1には、湯水を貯留する貯湯タンク22が備えられており、この貯湯タンク22から供給された貯湯循環水は、図5に示される伝熱壁84と外壁96との間に形成された貯湯循環水流路98を流通する。従って、この貯湯循環水を、蒸留膜70と伝熱壁84との間の凝縮空間86に移動した水蒸気の熱で加熱することができる。これにより、図1に示される燃料電池スタック16及びバーナ30から排出された排ガスの熱を貯湯タンク22に貯留される湯水の加熱のために有効に活用することができる。   Further, as shown in FIG. 1, the fuel cell system S1 is provided with a hot water storage tank 22 for storing hot water, and the hot water circulating water supplied from the hot water storage tank 22 is heat transfer shown in FIG. The hot water circulating water flow path 98 formed between the wall 84 and the outer wall 96 is circulated. Therefore, this hot water circulating water can be heated by the heat of the steam that has moved to the condensing space 86 between the distillation membrane 70 and the heat transfer wall 84. Thereby, the heat of the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 16 and the burner 30 shown in FIG. 1 can be effectively used for heating the hot water stored in the hot water storage tank 22.

続いて、第一実施形態の変形例について説明する。   Then, the modification of 1st embodiment is demonstrated.

上述の第一実施形態において、第一熱交換器18の排ガス流路76(図5参照)には、燃料電池スタック16の空気極56及びバーナ30の両方から排出された排ガスが流通されるが、燃料電池スタック16の空気極56及びバーナ30のいずれか一方のみから排出された排ガスが流通しても良い。また、この場合に、燃料電池スタック16の空気極56及びバーナ30から排出された排ガスのうち排ガス流路76に流通されない排ガスは、外部に排出されても良い。   In the first embodiment described above, the exhaust gas discharged from both the air electrode 56 and the burner 30 of the fuel cell stack 16 is circulated through the exhaust gas flow path 76 (see FIG. 5) of the first heat exchanger 18. The exhaust gas discharged from only one of the air electrode 56 and the burner 30 of the fuel cell stack 16 may be circulated. In this case, the exhaust gas that is not circulated through the exhaust gas flow path 76 among the exhaust gas discharged from the air electrode 56 and the burner 30 of the fuel cell stack 16 may be discharged to the outside.

このように構成されていても、固体高分子形の燃料電池スタック16を備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池スタック16の空気極56及びバーナ30のいずれか一方から排出される排ガスを、凝縮水の生成のために有効に活用することができる。   Even in such a configuration, in the fuel cell system including the polymer electrolyte fuel cell stack 16, the exhaust gas discharged from either the air electrode 56 or the burner 30 of the fuel cell stack 16 is converted into condensed water. Can be effectively utilized for the generation of

また、上述の第一実施形態において、第一熱交換器18にて生成されドレンタンク102に貯留された凝縮水は、改質触媒28及び燃料電池スタック16の両方に供給されて、改質触媒28における水蒸気改質と、燃料電池セル50の冷却の両方に利用される。しかしながら、ドレンタンク102に貯留された凝縮水は、改質触媒28及び燃料電池セル50のいずれか一方にのみ供給され、改質触媒28における水蒸気改質、及び、燃料電池セル50の冷却のうちのいずれか一方にのみ利用されても良い。   In the first embodiment described above, the condensed water generated by the first heat exchanger 18 and stored in the drain tank 102 is supplied to both the reforming catalyst 28 and the fuel cell stack 16, and the reforming catalyst This is used for both steam reforming at 28 and cooling of the fuel cell 50. However, the condensed water stored in the drain tank 102 is supplied only to one of the reforming catalyst 28 and the fuel battery cell 50, and among steam reforming in the reforming catalyst 28 and cooling of the fuel battery cell 50. It may be used only for either of these.

また、上述の第一実施形態では、第一熱交換器18において凝縮水を生成するための冷却流体の一例として、貯湯タンク22から供給された貯湯循環水が用いられるが、貯湯循環水以外の冷却水が用いられても良い。また、第一熱交換器18において凝縮水を生成するための冷却流体として、例えば、酸化ガス管60を通じて空気極56に供給される酸化ガスなどの気体や、その他の気体及び液体が適宜用いられても良い。   In the first embodiment described above, the hot water circulating water supplied from the hot water storage tank 22 is used as an example of the cooling fluid for generating condensed water in the first heat exchanger 18, but other than the hot water circulating water is used. Cooling water may be used. Further, as a cooling fluid for generating condensed water in the first heat exchanger 18, for example, a gas such as an oxidizing gas supplied to the air electrode 56 through the oxidizing gas pipe 60, and other gases and liquids are appropriately used. May be.

また、上述の第一実施形態では、図5に示されるように、蒸留膜70が筒状に形成されると共に、この筒状に形成された蒸留膜70の内側が排ガス流路76として形成されている。しかしながら、蒸留膜70は、例えば、排ガス流路76を形成する管体における周方向の一部のみを構成するなど、筒状以外の形状で形成されていても良い。また、伝熱壁84及び外壁96も、凝縮空間86及び貯湯循環水流路98(冷却流体流路)を形成できる構造であれば、例えば平板状や円弧状に形成されるなど、環状以外の形状で形成されていても良い。   In the first embodiment described above, as shown in FIG. 5, the distillation film 70 is formed in a cylindrical shape, and the inside of the cylindrical distillation film 70 is formed as an exhaust gas flow path 76. ing. However, the distillation membrane 70 may be formed in a shape other than a cylindrical shape, for example, constituting only a part of the circumferential direction in the tubular body forming the exhaust gas flow channel 76. Further, the heat transfer wall 84 and the outer wall 96 may also have a shape other than an annular shape, such as a flat plate shape or an arc shape, as long as the condensing space 86 and the hot water circulating water channel 98 (cooling fluid channel) can be formed. It may be formed by.

[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

図2に示される第二実施形態に係る燃料電池システムS2は、上述の第一実施形態に係る燃料電池システムS1(図1参照)に対し、次のように構造が変更されている。なお、第二実施形態において、上述の第一実施形態と同様の構造については、同一の符号を用い、その説明を省略する。   The structure of the fuel cell system S2 according to the second embodiment shown in FIG. 2 is changed as follows with respect to the fuel cell system S1 according to the first embodiment described above (see FIG. 1). In the second embodiment, the same reference numerals are used for the same structures as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

第二実施形態に係る燃料電池システムS2は、上述の第一熱交換器18(図1参照)の代わりに、一対の第一熱交換器18A,18Bを備えている。この一対の第一熱交換器18A,18Bは、本発明における「熱交換器」の一例であり、上述の第一熱交換器18(図5参照)と同様の構成とされている。   The fuel cell system S2 according to the second embodiment includes a pair of first heat exchangers 18A and 18B instead of the above-described first heat exchanger 18 (see FIG. 1). The pair of first heat exchangers 18A and 18B is an example of the “heat exchanger” in the present invention, and has the same configuration as the first heat exchanger 18 (see FIG. 5).

一方の第一熱交換器18Aにおける排ガス流路76(図5参照)の入口部は、空気極排ガス管68と接続されており、この一方の第一熱交換器18Aにおける排ガス流路76には、燃料電池スタック16の空気極56から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する。   The inlet part of the exhaust gas flow path 76 (see FIG. 5) in one first heat exchanger 18A is connected to the air electrode exhaust gas pipe 68, and the exhaust gas flow path 76 in this one first heat exchanger 18A includes The exhaust gas discharged from the air electrode 56 of the fuel cell stack 16 and containing water vapor flows.

これに対し、他方の第一熱交換器18Bにおける排ガス流路76(図5参照)の入口部は、バーナ排ガス管66と接続されており、この他方の第一熱交換器18Bにおける排ガス流路76には、バーナ30から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する。   On the other hand, the inlet part of the exhaust gas flow path 76 (see FIG. 5) in the other first heat exchanger 18B is connected to the burner exhaust gas pipe 66, and the exhaust gas flow path in the other first heat exchanger 18B. In 76, the exhaust gas containing water vapor | steam discharged | emitted from the burner 30 distribute | circulates.

一対の第一熱交換器18A,18Bにおける排ガス流路76(図5参照)の出口部には、図2に示される排気口78が接続されており、各排ガス流路76を通過し水蒸気が取り除かれた排ガスは、この排気口78から外部に排出される。   An exhaust port 78 shown in FIG. 2 is connected to an outlet portion of the exhaust gas passage 76 (see FIG. 5) in the pair of first heat exchangers 18A and 18B, and water vapor passes through the exhaust gas passages 76. The removed exhaust gas is discharged from the exhaust port 78 to the outside.

また、一対の第一熱交換器18A,18Bにおける入口管90及び出口管92(図5参照)には、図2に示される貯湯タンク22と接続された第一貯湯水循環回路94A,94Bがそれぞれ接続されている。そして、一対の第一熱交換器18A,18Bにおける貯湯循環水流路98(図5参照)と図2に示される貯湯タンク22との間では、貯湯循環水が循環する。   Further, the inlet pipe 90 and the outlet pipe 92 (see FIG. 5) in the pair of first heat exchangers 18A and 18B are respectively provided with first hot water circulation circuits 94A and 94B connected to the hot water storage tank 22 shown in FIG. It is connected. And hot water circulating water circulates between the hot water circulating water flow path 98 (refer FIG. 5) in a pair of 1st heat exchanger 18A, 18B, and the hot water storage tank 22 shown by FIG.

また、一対の第一熱交換器18A,18Bにおける凝縮水排水管88(図5参照)には、図2に示される凝縮水回収管100A,100Bを介してドレンタンク102の入口部がそれぞれ接続されている。このドレンタンク102には、上述の一対の第一熱交換器18A,18Bにてそれぞれ生成され凝縮水回収管100A,100Bを通じて回収された凝縮水が貯留される。   Further, the condensate drain pipes 88 (see FIG. 5) in the pair of first heat exchangers 18A and 18B are connected to the inlet portions of the drain tank 102 via the condensate recovery pipes 100A and 100B shown in FIG. Has been. The drain tank 102 stores condensed water generated by the pair of first heat exchangers 18A and 18B and recovered through the condensed water recovery pipes 100A and 100B, respectively.

この燃料電池システムS2において、以上の凝縮水回収管100A,100B、ドレンタンク102、第一ポンプ106、第二ポンプ108、第一凝縮水供給管104、第二凝縮水供給管110、第二熱交換器20、冷却回路114は、凝縮水回収・供給部24を構成している。   In this fuel cell system S2, the condensed water recovery pipes 100A and 100B, the drain tank 102, the first pump 106, the second pump 108, the first condensed water supply pipe 104, the second condensed water supply pipe 110, the second heat The exchanger 20 and the cooling circuit 114 constitute a condensed water recovery / supply unit 24.

この第二実施形態に係る燃料電池システムS2によっても、燃料電池スタック16の空気極56及びバーナ30からの排ガスに含まれる水蒸気から凝縮水を生成することができる。これにより、燃料電池スタック16の空気極56及びバーナ30のうちのいずれか一方のみからの排ガスが排ガス流路76に流通する場合に比して、図5に示される凝縮空間86にて生成される凝縮水の生成量を増加させることができる。   Also with the fuel cell system S2 according to the second embodiment, condensed water can be generated from water vapor contained in the exhaust gas from the air electrode 56 and the burner 30 of the fuel cell stack 16. As a result, the exhaust gas from only one of the air electrode 56 and the burner 30 of the fuel cell stack 16 is generated in the condensation space 86 shown in FIG. The amount of condensed water produced can be increased.

また、この燃料電池システムS2のように、一対の第一熱交換器18A,18Bを備えていると、この一対の第一熱交換器18A,18Bの両方で別々に凝縮水を生成することができるので、凝縮水を改質触媒28及び燃料電池スタック16に安定して供給することができる。これにより、燃料電池システムS2の安定性を確保することができる。   In addition, when the pair of first heat exchangers 18A and 18B is provided as in the fuel cell system S2, the pair of first heat exchangers 18A and 18B can separately generate condensed water. Therefore, the condensed water can be stably supplied to the reforming catalyst 28 and the fuel cell stack 16. Thereby, stability of fuel cell system S2 is securable.

なお、この第二実施形態に係る燃料電池システムS2は、上述の一対の第一熱交換器18A,18Bのうちいずれか一方のみを備える構成とされても良い。   The fuel cell system S2 according to the second embodiment may be configured to include only one of the pair of first heat exchangers 18A and 18B.

[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態について説明する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.

図3に示される第三実施形態に係る燃料電池システムS3は、上述の第一実施形態に係る燃料電池システムS1(図1参照)に対し、次のように構造が変更されている。なお、第三実施形態において、上述の第一実施形態と同様の構造については、同一の符号を用い、その説明を省略する。   The structure of the fuel cell system S3 according to the third embodiment shown in FIG. 3 is changed as follows with respect to the fuel cell system S1 (see FIG. 1) according to the first embodiment described above. In the third embodiment, the same reference numerals are used for the same structures as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

第三実施形態に係る燃料電池システムS3は、上述の第一熱交換器18(図1参照)の代わりに、一対の第一熱交換器18A,18Bを備えている。この一対の第一熱交換器18A,18Bは、本発明における「熱交換器」の一例であり、上述の第一熱交換器18(図5参照)と同様の構成とされている。   The fuel cell system S3 according to the third embodiment includes a pair of first heat exchangers 18A and 18B instead of the first heat exchanger 18 (see FIG. 1). The pair of first heat exchangers 18A and 18B is an example of the “heat exchanger” in the present invention, and has the same configuration as the first heat exchanger 18 (see FIG. 5).

一方の第一熱交換器18Aにおける排ガス流路76(図5参照)の入口部は、バーナ排ガス管66と接続されている。このバーナ排ガス管66における第一熱交換器18A側の部分には空気極排ガス管68の他端が接続されている。そして、一方の第一熱交換器18Bにおける排ガス流路76には、燃料電池スタック16の空気極56及びバーナ30から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する。   The inlet portion of the exhaust gas flow path 76 (see FIG. 5) in one first heat exchanger 18A is connected to the burner exhaust gas pipe 66. The other end of the air electrode exhaust gas pipe 68 is connected to a portion of the burner exhaust gas pipe 66 on the first heat exchanger 18A side. Then, exhaust gas including water vapor discharged from the air electrode 56 and the burner 30 of the fuel cell stack 16 flows through the exhaust gas flow path 76 in the first heat exchanger 18B.

これに対し、他方の第一熱交換器18Bにおける排ガス流路76(図5参照)の入口部は、燃料極排ガス管62と接続されており、この他方の第一熱交換器18Bにおける排ガス流路76には、燃料電池スタック16の燃料極54から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する。   On the other hand, the inlet part of the exhaust gas flow path 76 (see FIG. 5) in the other first heat exchanger 18B is connected to the fuel electrode exhaust gas pipe 62, and the exhaust gas flow in the other first heat exchanger 18B. Exhaust gas containing water vapor discharged from the fuel electrode 54 of the fuel cell stack 16 flows through the path 76.

また、一方の第一熱交換器18Aにおける排ガス流路76(図5参照)の出口部には、図3に示される排気口78が接続されており、この一方の第一熱交換器18Aにおける排ガス流路76を通過し水蒸気が取り除かれた排ガスは、この排気口78から外部に排出される。   Further, an exhaust port 78 shown in FIG. 3 is connected to the outlet of the exhaust gas flow path 76 (see FIG. 5) in one first heat exchanger 18A. The exhaust gas that has passed through the exhaust gas flow path 76 and from which the water vapor has been removed is discharged from the exhaust port 78 to the outside.

これに対し、他方の第一熱交換器18Bにおける排ガス流路76(図5参照)の出口部には、バーナガス管42が接続されている。燃料極54から排出され他方の第一熱交換器18Bの蒸留膜70(図5参照)で水蒸気が取り除かれた燃料極排ガスには、燃料電池スタック16において未反応の水素ガスが残存しており、この未反応の水素ガスを含む燃料極排ガスは、バーナガス管42を通じてバーナ30にバーナガスとして供給される。   On the other hand, the burner gas pipe 42 is connected to the outlet of the exhaust gas flow path 76 (see FIG. 5) in the other first heat exchanger 18B. Unreacted hydrogen gas remains in the fuel cell stack 16 in the fuel electrode exhaust gas from which the water vapor has been removed by the distillation membrane 70 (see FIG. 5) of the other first heat exchanger 18B discharged from the fuel electrode 54. The fuel electrode exhaust gas containing unreacted hydrogen gas is supplied as burner gas to the burner 30 through the burner gas pipe 42.

また、一対の第一熱交換器18A,18Bにおける入口管90及び出口管92(図5参照)には、図3に示される貯湯タンク22と接続された第一貯湯水循環回路94A,94Bがそれぞれ接続されている。そして、一対の第一熱交換器18A,18Bにおける貯湯循環水流路98(図5参照)と図3に示される貯湯タンク22との間では、貯湯循環水が循環する。   Further, the inlet pipe 90 and the outlet pipe 92 (see FIG. 5) in the pair of first heat exchangers 18A and 18B are respectively provided with first hot water circulation circuits 94A and 94B connected to the hot water storage tank 22 shown in FIG. It is connected. And hot water circulating water circulates between the hot water circulating water flow path 98 (refer FIG. 5) in a pair of 1st heat exchanger 18A, 18B, and the hot water storage tank 22 shown by FIG.

また、一方の第一熱交換器18Aにおける凝縮水排水管88(図5参照)には、図3に示される凝縮水回収管100Aを介してドレンタンク102の入口部が接続されている。これに対し、他方の第一熱交換器18Bにおける凝縮水排水管88(図5参照)には、図3に示される凝縮水回収管100Bを介してドレンタンク122の入口部が接続されている。このドレンタンク122には、上述の他方の第一熱交換器18Bにて生成され凝縮水回収管100Bを通じて回収された凝縮水が貯留される。   Moreover, the inlet part of the drain tank 102 is connected to the condensed water drain pipe 88 (refer FIG. 5) in one 1st heat exchanger 18A via the condensed water collection | recovery pipe | tube 100A shown by FIG. On the other hand, the inlet part of the drain tank 122 is connected to the condensed water drain pipe 88 (refer FIG. 5) in the other 1st heat exchanger 18B via the condensed water collection | recovery pipe | tube 100B shown by FIG. . The drain tank 122 stores condensed water that is generated in the other first heat exchanger 18B and recovered through the condensed water recovery pipe 100B.

ドレンタンク122における凝縮水の貯留量が許容量を超えた場合には、この超えた分の凝縮水がドレンタンク122から排出される。このドレンタンク122の出口部は、ドレン水排水管123を介して上述のドレンタンク102の入口部が接続されている。そして、このドレンタンク102には、上述の一対の第一熱交換器18A,18Bにてそれぞれ生成された凝縮水が貯留される。   When the amount of condensed water stored in the drain tank 122 exceeds the allowable amount, the excess amount of condensed water is discharged from the drain tank 122. The outlet portion of the drain tank 122 is connected to the inlet portion of the drain tank 102 described above via a drain water drain pipe 123. And in this drain tank 102, the condensed water each produced | generated by a pair of above-mentioned 1st heat exchanger 18A, 18B is stored.

なお、蒸留膜方式において、燃料極54からの排ガスに含まれる揮発性成分は、水蒸気と共に揮発同伴する特性があるが、例えば、燃料極54からの排ガスに比較的多く含まれる可能性のあるアンモニアについては、原水のpHが6以下であれば透過側へのアンモニアの混入が無いことが示されている(化学工学論文集 第19巻 第2号(1993))、膜蒸留法における揮発性および不揮発性成分の透過特性、黒川ら)。   In the distillation membrane method, the volatile component contained in the exhaust gas from the fuel electrode 54 has the property of volatilizing with the water vapor. For example, ammonia that may be contained in the exhaust gas from the fuel electrode 54 in a relatively large amount. As for the raw water, if the pH of the raw water is 6 or less, it is shown that ammonia does not enter the permeate side (Chemical Engineering Papers Vol.19 No.2 (1993)). Transmission characteristics of non-volatile components, Kurokawa et al.).

この燃料電池システムS3において、以上の凝縮水回収管100A,100B、ドレンタンク102、第一ポンプ106、第二ポンプ108、第一凝縮水供給管104、第二凝縮水供給管110、第二熱交換器20、冷却回路114、ドレンタンク122、及び、ドレン水排水管123は、凝縮水回収・供給部24を構成している。   In this fuel cell system S3, the condensed water recovery pipes 100A and 100B, the drain tank 102, the first pump 106, the second pump 108, the first condensed water supply pipe 104, the second condensed water supply pipe 110, the second heat The exchanger 20, the cooling circuit 114, the drain tank 122, and the drain water drain pipe 123 constitute a condensed water recovery / supply unit 24.

この第三実施形態に係る燃料電池システムS3によれば、燃料電池スタック16の空気極56及びバーナ30からの排ガスに含まれる水蒸気に加えて、燃料電池スタック16の燃料極54からの排ガスに含まれる水蒸気からも凝縮水が生成されるので、システム内で生成される凝縮水の生成量を増加させることができる。   According to the fuel cell system S3 according to the third embodiment, in addition to the water vapor contained in the exhaust gas from the air electrode 56 and the burner 30 of the fuel cell stack 16, it is contained in the exhaust gas from the fuel electrode 54 of the fuel cell stack 16. Since condensed water is also generated from the generated steam, the amount of condensed water generated in the system can be increased.

また、この燃料電池システムS3においても、第二実施形態と同様に、一対の第一熱交換器18A,18Bを備えているので、この一対の第一熱交換器18A,18Bの両方で別々に凝縮水を生成することができる。これにより、凝縮水を改質触媒28及び燃料電池スタック16に安定して供給することができるので、燃料電池システムS3の安定性を確保することができる。   In addition, since the fuel cell system S3 includes the pair of first heat exchangers 18A and 18B as in the second embodiment, the pair of first heat exchangers 18A and 18B are separately provided. Condensed water can be generated. Thereby, since condensed water can be stably supplied to the reforming catalyst 28 and the fuel cell stack 16, the stability of the fuel cell system S3 can be ensured.

また、この燃料電池システムS3によれば、バーナ30には、他方の第一熱交換器18Bにおける排ガス流路76(図5参照)から排出され水蒸気が取り除かれた排ガスがバーナガスとして供給されるので、バーナ30に供給されるバーナガスに含まれる水蒸気の含有量を低減することができる。これにより、バーナ30における例えば失火等の不具合発生を抑制できると共に、バーナ30として、水蒸気の含有量が多いバーナガスに対応できる高価なものを用いる必要が無いので、その分、コストダウンすることができる。   Further, according to this fuel cell system S3, the burner 30 is supplied with the exhaust gas discharged from the exhaust gas flow path 76 (see FIG. 5) in the other first heat exchanger 18B and from which the water vapor has been removed as the burner gas. The content of water vapor contained in the burner gas supplied to the burner 30 can be reduced. Thereby, while malfunctions, such as misfire, can be suppressed in the burner 30, it is not necessary to use the expensive thing which can respond to burner gas with much water vapor | steam content as the burner 30, Therefore The cost can be reduced that much. .

なお、この第三実施形態に係る燃料電池システムS3は、上述の一対の第一熱交換器18A,18Bのうち第一熱交換器18Bのみを備える構成とされても良い。   In addition, fuel cell system S3 which concerns on this 3rd embodiment may be set as the structure provided only with 1st heat exchanger 18B among a pair of above-mentioned 1st heat exchangers 18A and 18B.

[第四実施形態]
次に、本発明の第四実施形態について説明する。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.

図4に示される第四実施形態に係る燃料電池システムS4は、上述の第二実施形態に係る燃料電池システムS2(図2参照)に対し、次のように構造が変更されている。なお、第四実施形態において、上述の第二実施形態と同様の構造については、同一の符号を用い、その説明を省略する。   The structure of the fuel cell system S4 according to the fourth embodiment shown in FIG. 4 is changed as follows with respect to the fuel cell system S2 (see FIG. 2) according to the second embodiment described above. Note that in the fourth embodiment, the same structures as those in the above-described second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第四実施形態に係る燃料電池システムS4は、上述の二つの第一熱交換器18A,18Bに加え、第一熱交換器18Cを備えている。この三つの第一熱交換器18A,18B,18Cは、本発明における「熱交換器」の一例であり、上述の第一熱交換器18(図5参照)と同様の構成とされている。   The fuel cell system S4 according to the fourth embodiment includes a first heat exchanger 18C in addition to the two first heat exchangers 18A and 18B described above. The three first heat exchangers 18A, 18B, and 18C are examples of the “heat exchanger” in the present invention, and have the same configuration as the above-described first heat exchanger 18 (see FIG. 5).

第一の第一熱交換器18Aにおける排ガス流路76(図5参照)の入口部は、空気極排ガス管68と接続されており、この第一の第一熱交換器18Aにおける排ガス流路76には、燃料電池スタック16の空気極56から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する。   The inlet portion of the exhaust gas flow path 76 (see FIG. 5) in the first first heat exchanger 18A is connected to the air electrode exhaust gas pipe 68, and the exhaust gas flow path 76 in the first first heat exchanger 18A. In this case, exhaust gas containing water vapor discharged from the air electrode 56 of the fuel cell stack 16 circulates.

また、第二の第一熱交換器18Bにおける排ガス流路76(図5参照)の入口部は、バーナ排ガス管66と接続されており、この他方の第一熱交換器18Bにおける排ガス流路76には、バーナ30から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する。   Moreover, the inlet part of the exhaust gas flow path 76 (see FIG. 5) in the second first heat exchanger 18B is connected to the burner exhaust gas pipe 66, and the exhaust gas flow path 76 in the other first heat exchanger 18B. The exhaust gas containing water vapor discharged from the burner 30 circulates.

さらに、第三の第一熱交換器18Cにおける排ガス流路76(図5参照)の入口部は、燃料極排ガス管62と接続されており、この第三の第一熱交換器18Cにおける排ガス流路76には、燃料電池スタック16の燃料極54から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する。   Furthermore, the inlet of the exhaust gas flow path 76 (see FIG. 5) in the third first heat exchanger 18C is connected to the fuel electrode exhaust gas pipe 62, and the exhaust gas flow in the third first heat exchanger 18C. Exhaust gas containing water vapor discharged from the fuel electrode 54 of the fuel cell stack 16 flows through the path 76.

第一及び第二の第一熱交換器18A,18Bにおける排ガス流路76(図5参照)の出口部には、図4に示される排気口78が接続されており、各排ガス流路76を通過し水蒸気が取り除かれた排ガスは、この排気口78から外部に排出される。   Exhaust ports 78 shown in FIG. 4 are connected to the outlets of the exhaust gas passages 76 (see FIG. 5) in the first and second first heat exchangers 18A and 18B. The exhaust gas that has passed through and from which the water vapor has been removed is discharged from the exhaust port 78 to the outside.

これに対し、第三の第一熱交換器18Cにおける排ガス流路76(図5参照)の出口部には、バーナガス管42が接続されている。燃料極54から排出され第三の第一熱交換器18Cの蒸留膜70(図5参照)で水蒸気が取り除かれた燃料極排ガスには、燃料電池スタック16において未反応の水素ガスが残存しており、この未反応の水素ガスを含む燃料極排ガスは、バーナガス管42を通じてバーナ30にバーナガスとして供給される。   On the other hand, the burner gas pipe 42 is connected to the outlet of the exhaust gas flow path 76 (see FIG. 5) in the third first heat exchanger 18C. Unreacted hydrogen gas remains in the fuel cell stack 16 in the fuel electrode exhaust gas from which the water vapor has been removed by the distillation film 70 (see FIG. 5) of the third first heat exchanger 18C discharged from the fuel electrode 54. The fuel electrode exhaust gas containing unreacted hydrogen gas is supplied to the burner 30 through the burner gas pipe 42 as burner gas.

また、三つの第一熱交換器18A,18B,18Cにおける入口管90及び出口管92(図5参照)には、図4に示される貯湯タンク22と接続された第一貯湯水循環回路94A,94B,94Cがそれぞれ接続されている。そして、この三つの第一熱交換器18A,18B,18Cにおける貯湯循環水流路98(図5参照)と図4に示される貯湯タンク22との間では、貯湯循環水が循環する。   Further, the inlet pipe 90 and the outlet pipe 92 (see FIG. 5) in the three first heat exchangers 18A, 18B, and 18C have first hot water circulation circuits 94A and 94B connected to the hot water storage tank 22 shown in FIG. , 94C are connected to each other. And the hot water circulating water circulates between the hot water circulating water flow path 98 (refer FIG. 5) in these three 1st heat exchangers 18A, 18B, and 18C and the hot water storage tank 22 shown by FIG.

また、第一及び第二の第一熱交換器18A,18Bにおける凝縮水排水管88(図5参照)には、図4に示される凝縮水回収管100A,100Bを介してドレンタンク102の入口部がそれぞれ接続されている。このドレンタンク102には、上述の第一及び第二の第一熱交換器18A,18Bにてそれぞれ生成され凝縮水回収管100A,100Bを通じて回収された凝縮水が貯留される。   Further, the condensed water drain pipe 88 (see FIG. 5) in the first and second first heat exchangers 18A and 18B is connected to the inlet of the drain tank 102 via the condensed water recovery pipes 100A and 100B shown in FIG. Each part is connected. The drain tank 102 stores condensed water generated by the first and second first heat exchangers 18A and 18B and recovered through the condensed water recovery pipes 100A and 100B, respectively.

これに対し、第三の第一熱交換器18Cにおける凝縮水排水管88(図5参照)には、図4に示される凝縮水回収管100Cを介してドレンタンク122の入口部が接続されている。このドレンタンク122には、上述の第三の第一熱交換器18Cにて生成され凝縮水回収管100Cを通じて回収された凝縮水が貯留される。   On the other hand, the inlet part of the drain tank 122 is connected to the condensed water drain pipe 88 (see FIG. 5) in the third first heat exchanger 18C via the condensed water recovery pipe 100C shown in FIG. Yes. In this drain tank 122, the condensed water produced | generated in the above-mentioned 3rd 1st heat exchanger 18C and collect | recovered through the condensed water collection | recovery pipe | tube 100C is stored.

ドレンタンク122における凝縮水の貯留量が許容量を超えた場合には、この超えた分の凝縮水がドレンタンク122から排出される。このドレンタンク122の出口部は、ドレン水排水管123を介して上述のドレンタンク102の入口部が接続されている。そして、このドレンタンク102には、上述の三つの第一熱交換器18A,18B,18Cにてそれぞれ生成された凝縮水が貯留される。   When the amount of condensed water stored in the drain tank 122 exceeds the allowable amount, the excess amount of condensed water is discharged from the drain tank 122. The outlet portion of the drain tank 122 is connected to the inlet portion of the drain tank 102 described above via a drain water drain pipe 123. And in this drain tank 102, the condensed water each produced | generated by the above-mentioned three 1st heat exchanger 18A, 18B, 18C is stored.

なお、第三実施形態で述べたように、蒸留膜方式において、燃料極54からの排ガスに含まれる揮発性成分は、水蒸気と共に揮発同伴する特性があるが、例えば、燃料極54からの排ガスに比較的多く含まれる可能性のあるアンモニアについては、原水のpHが6以下であれば透過側へのアンモニアの混入が無いことが示されている(化学工学論文集 第19巻 第2号(1993))、膜蒸留法における揮発性および不揮発性成分の透過特性、黒川ら)。   As described in the third embodiment, in the distillation membrane system, the volatile component contained in the exhaust gas from the fuel electrode 54 has a characteristic of volatilizing with the water vapor. As for ammonia that may be contained in a relatively large amount, it has been shown that if the pH of the raw water is 6 or less, there is no mixing of ammonia into the permeation side (Chemical Engineering Papers Vol. 19 No. 2 (1993 )), Permeability characteristics of volatile and non-volatile components in membrane distillation, Kurokawa et al.).

この燃料電池システムS4において、以上の凝縮水回収管100A,100B,100C、ドレンタンク102、第一ポンプ106、第二ポンプ108、第一凝縮水供給管104、第二凝縮水供給管110、第二熱交換器20、冷却回路114、ドレンタンク122、及び、ドレン水排水管123は、凝縮水回収・供給部24を構成している。   In this fuel cell system S4, the condensed water recovery pipes 100A, 100B, 100C, the drain tank 102, the first pump 106, the second pump 108, the first condensed water supply pipe 104, the second condensed water supply pipe 110, the first The two heat exchanger 20, the cooling circuit 114, the drain tank 122, and the drain water drain pipe 123 constitute a condensed water recovery / supply unit 24.

この第四実施形態に係る燃料電池システムS4によれば、燃料電池スタック16の空気極56及びバーナ30からの排ガスに含まれる水蒸気に加えて、燃料電池スタック16の燃料極54からの排ガスに含まれる水蒸気からも凝縮水が生成されるので、システム内で生成される凝縮水の生成量を増加させることができる。   According to the fuel cell system S4 according to the fourth embodiment, in addition to the water vapor contained in the exhaust gas from the air electrode 56 and the burner 30 of the fuel cell stack 16, it is contained in the exhaust gas from the fuel electrode 54 of the fuel cell stack 16. Since condensed water is also generated from the generated steam, the amount of condensed water generated in the system can be increased.

また、この燃料電池システムS4のように、三つの第一熱交換器18A,18B,18Cを備えていると、この三つの第一熱交換器18A,18B,18Cの各々で別々に凝縮水を生成することができるので、凝縮水を改質触媒28及び燃料電池スタック16に安定して供給することができる。これにより、燃料電池システムS4の安定性を確保することができる。   Further, when the three first heat exchangers 18A, 18B, and 18C are provided as in the fuel cell system S4, condensed water is separately supplied to each of the three first heat exchangers 18A, 18B, and 18C. Therefore, the condensed water can be stably supplied to the reforming catalyst 28 and the fuel cell stack 16. Thereby, stability of fuel cell system S4 is securable.

また、この燃料電池システムS4によれば、バーナ30には、第三の第一熱交換器18Cにおける排ガス流路76(図5参照)から排出され水蒸気が取り除かれた排ガスがバーナガスとして供給されるので、バーナ30に供給されるバーナガスに含まれる水蒸気の含有量を低減することができる。これにより、バーナ30における例えば失火等の不具合発生を抑制できると共に、バーナ30として、水蒸気の含有量が多いバーナガスに対応できる高価なものを用いる必要が無いので、その分、コストダウンすることができる。   Further, according to the fuel cell system S4, the burner 30 is supplied with the exhaust gas discharged from the exhaust gas flow path 76 (see FIG. 5) in the third first heat exchanger 18C and from which the water vapor has been removed as the burner gas. Therefore, the content of water vapor contained in the burner gas supplied to the burner 30 can be reduced. Thereby, while malfunctions, such as misfire, can be suppressed in the burner 30, it is not necessary to use the expensive thing which can respond to burner gas with much water vapor | steam content as the burner 30, Therefore The cost can be reduced that much. .

なお、この第四実施形態に係る燃料電池システムS4は、上述の三つの第一熱交換器18A,18B,18Cのうちいずれか二つのみ、又は、いずれか一つのみを備える構成とされても良い。   In addition, fuel cell system S4 which concerns on this 4th embodiment is set as the structure provided with only any one among the above-mentioned three 1st heat exchangers 18A, 18B, and 18C, or only any one. Also good.

また、上述の第一実施形態における複数の変形例のうち第二乃至第四実施形態に適用可能な変形例は、第二乃至第四実施形態の変形例として採用されても良い。   Moreover, the modification applicable to 2nd thru | or 4th embodiment among the some modifications in the above-mentioned 1st embodiment may be employ | adopted as a modification of 2nd thru | or 4th embodiment.

以上、本発明の第一乃至第四実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。   The first to fourth embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Of course there is.

S1,S2,S3,S4…燃料電池システム、12…脱硫器、14…燃料処理装置、16…燃料電池スタック、18,18A,18B,18C…第一熱交換器(熱交換器の一例)、20…第二熱交換器、22…貯湯タンク、24…凝縮水回収・供給部、26…都市ガス管、28…改質触媒、30…バーナ、32…シフト触媒、34…PROX触媒、36…原料ガス管、38…第一空気ブロワ、40…空気ガス管、42…バーナガス管、44…PROX空気管、46…燃料ガス管、48…ブリードエア管、50…燃料電池セル、52…電解質層、54…燃料極、56…空気極、58…第二空気ブロワ、60…酸化ガス管、62…燃料極排ガス管、64…ドレンポット、65…ドレン水排水管、66…バーナ排ガス管、68…空気極排ガス管、70…蒸留膜、72…内管、74…外管、76…排ガス流路、78…排気口、80…天壁部、82…底壁部、84…伝熱壁、86…凝縮空間、88…凝縮水排水管、90…入口管、92…出口管、94,94A,94B,94C…第一貯湯水循環回路、96…外壁、98…貯湯循環水流路(冷却流体流路の一例)、100,100A,100B,100C…凝縮水回収管、102…ドレンタンク、103…ドレン水排水管、104…第一凝縮水供給管、106…第一ポンプ、108…第二ポンプ、110…第二凝縮水供給管、112…第二貯湯水循環回路、114…冷却回路、122…ドレンタンク、123…ドレン水排水管 S1, S2, S3, S4 ... Fuel cell system, 12 ... Desulfurizer, 14 ... Fuel treatment device, 16 ... Fuel cell stack, 18, 18A, 18B, 18C ... First heat exchanger (an example of heat exchanger), DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... 2nd heat exchanger, 22 ... Hot water storage tank, 24 ... Condensate collection | recovery and supply part, 26 ... City gas pipe, 28 ... Reforming catalyst, 30 ... Burner, 32 ... Shift catalyst, 34 ... PROX catalyst, 36 ... Source gas pipe, 38 ... first air blower, 40 ... air gas pipe, 42 ... burner gas pipe, 44 ... PROX air pipe, 46 ... fuel gas pipe, 48 ... bleed air pipe, 50 ... fuel cell, 52 ... electrolyte layer 54 ... Fuel electrode, 56 ... Air electrode, 58 ... Second air blower, 60 ... Oxidizing gas pipe, 62 ... Fuel electrode exhaust pipe, 64 ... Drain pot, 65 ... Drain water drain pipe, 66 ... Burner exhaust pipe, 68 ... Air electrode exhaust pipe, 7 ... Distillation membrane, 72 ... Inner pipe, 74 ... Outer pipe, 76 ... Exhaust gas flow path, 78 ... Exhaust port, 80 ... Top wall part, 82 ... Bottom wall part, 84 ... Heat transfer wall, 86 ... Condensation space, 88 ... Condensate drain pipe, 90 ... inlet pipe, 92 ... outlet pipe, 94, 94A, 94B, 94C ... first hot water circulating circuit, 96 ... outer wall, 98 ... hot water circulating water flow path (an example of cooling fluid flow path), 100, 100A, 100B, 100C ... Condensate recovery pipe, 102 ... Drain tank, 103 ... Drain water drain pipe, 104 ... First condensed water supply pipe, 106 ... First pump, 108 ... Second pump, 110 ... Second condensed water Supply pipe, 112 ... second hot water circulating circuit, 114 ... cooling circuit, 122 ... drain tank, 123 ... drain water drain pipe

Claims (10)

原料ガスを水蒸気改質する改質触媒と、前記改質触媒を加熱するバーナとを有し、水素ガスを含む燃料ガスを生成する燃料処理装置と、
前記燃料処理装置から供給される燃料ガスと、外部から供給される酸化ガスとを反応させて発電する固体高分子形の燃料電池スタックと、
筒状に形成されると共にその内側に前記燃料電池スタック及び前記バーナの少なくとも一方から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する排ガス流路を形成する蒸留膜と、前記蒸留膜の周囲に環状に設けられると共に前記蒸留膜を透過する水蒸気が凝縮される凝縮空間を前記蒸留膜との間に形成する伝熱壁と、前記伝熱壁の周囲に環状に設けられると共に冷却流体が流通する冷却流体流路を前記伝熱壁との間に形成する外壁とを有する熱交換器と、
前記凝縮空間にて生成される凝縮水を回収し、該凝縮水を前記改質触媒及び前記燃料電池スタックの少なくとも一方に供給する凝縮水回収・供給部と、
を備える燃料電池システム。
A fuel treatment apparatus that has a reforming catalyst for steam reforming the raw material gas and a burner for heating the reforming catalyst, and generates a fuel gas containing hydrogen gas;
A polymer electrolyte fuel cell stack for generating electric power by reacting a fuel gas supplied from the fuel processor and an oxidizing gas supplied from the outside;
A distillation membrane that is formed in a cylindrical shape and forms an exhaust gas passage through which exhaust gas containing water vapor discharged from at least one of the fuel cell stack and the burner circulates, and is annularly provided around the distillation membrane wherein the heat transfer wall water vapor passing through the distillation membrane is formed between the distillation film condensation space which is condensed, cooled fluid flow path through which a cooling fluid flows with provided annularly around the heat transfer thermal wall with A heat exchanger having an outer wall formed between the heat transfer wall and
A condensed water recovery / supply unit for recovering the condensed water generated in the condensed space and supplying the condensed water to at least one of the reforming catalyst and the fuel cell stack;
A fuel cell system comprising:
湯水を貯留する貯湯タンクをさらに備え、
前記冷却流体流路を流通する冷却流体は、前記貯湯タンクと前記冷却流体流路との間で循環する貯湯循環水である、
請求項1に記載の燃料電池システム。
It further includes a hot water storage tank for storing hot water,
The cooling fluid that circulates through the cooling fluid channel is hot water circulating water that circulates between the hot water storage tank and the cooling fluid channel.
The fuel cell system according to claim 1.
前記熱交換器を一つ備え、
前記排ガス流路には、前記燃料電池スタックの空気極及び前記バーナの両方から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する、
請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。
One heat exchanger,
In the exhaust gas flow path, exhaust gas containing water vapor discharged from both the air electrode and the burner of the fuel cell stack flows.
The fuel cell system according to claim 1 or 2.
前記熱交換器を一対備え、
一方の前記熱交換器における前記排ガス流路には、前記燃料電池スタックの空気極から排出され水蒸気を含む排ガスが流通し、
他方の前記熱交換器における前記排ガス流路には、前記バーナから排出され水蒸気を含む排ガスが流通する、
請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。
A pair of the heat exchangers;
In the exhaust gas passage in one of the heat exchangers, exhaust gas containing water vapor discharged from the air electrode of the fuel cell stack flows,
In the exhaust gas flow path in the other heat exchanger, exhaust gas containing water vapor discharged from the burner flows.
The fuel cell system according to claim 1 or 2 .
前記熱交換器を一対備え、
一方の前記熱交換器における前記排ガス流路には、前記燃料電池スタックの空気極及び前記バーナの両方から排出され水蒸気を含む排ガスが流通し、
他方の前記熱交換器における前記排ガス流路には、前記燃料電池スタックの燃料極から排出され水蒸気を含む排ガスが流通し、
前記バーナには、他方の前記熱交換器における前記排ガス流路から排出される排ガスがバーナガスとして供給される、
請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。
A pair of the heat exchangers;
In the exhaust gas passage in one of the heat exchangers, exhaust gas containing water vapor discharged from both the air electrode and the burner of the fuel cell stack flows,
In the exhaust gas passage in the other heat exchanger, exhaust gas containing water vapor discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack flows,
Exhaust gas discharged from the exhaust gas flow path in the other heat exchanger is supplied to the burner as burner gas.
The fuel cell system according to claim 1 or 2 .
前記熱交換器を三つ備え、
第一の前記熱交換器における前記排ガス流路には、前記燃料電池スタックの空気極から排出され水蒸気を含む排ガスが流通し、
第二の前記熱交換器における前記排ガス流路には、前記バーナから排出され水蒸気を含む排ガスが流通し、
第三の前記熱交換器における前記排ガス流路には、前記燃料電池スタックの燃料極から排出され水蒸気を含む排ガスが流通し、
前記バーナには、第三の前記熱交換器における前記排ガス流路から排出される排ガスがバーナガスとして供給される、
請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。
Comprising three heat exchangers,
In the exhaust gas flow path in the first heat exchanger, exhaust gas containing water vapor discharged from the air electrode of the fuel cell stack flows,
In the exhaust gas flow path in the second heat exchanger, exhaust gas containing water vapor discharged from the burner flows,
In the exhaust gas passage in the third heat exchanger, exhaust gas containing water vapor discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack flows,
Exhaust gas discharged from the exhaust gas flow path in the third heat exchanger is supplied to the burner as burner gas.
The fuel cell system according to claim 1 or 2 .
前記熱交換器として、
前記排ガス流路に前記燃料電池スタックの空気極及び前記バーナの両方から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する熱交換器、及び、前記排ガス流路に前記燃料電池スタックの燃料極から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する前記熱交換器のうち少なくとも一方を備える、
請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。
As the heat exchanger,
A heat exchanger through which exhaust gas containing water vapor discharged from both the air electrode and the burner of the fuel cell stack flows into the exhaust gas flow path, and water vapor discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack to the exhaust gas flow path Comprising at least one of the heat exchangers through which exhaust gas containing flows,
The fuel cell system according to claim 1 or 2 .
前記熱交換器として、
前記排ガス流路に前記燃料電池スタックの燃料極から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する熱交換器を少なくとも備え、
前記バーナには、前記熱交換器における前記排ガス流路から排出される排ガスがバーナガスとして供給される、
請求項7に記載の燃料電池システム。
As the heat exchanger,
At least a heat exchanger through which exhaust gas containing water vapor discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack flows in the exhaust gas flow path,
Exhaust gas discharged from the exhaust gas flow path in the heat exchanger is supplied to the burner as burner gas.
The fuel cell system according to claim 7 .
前記熱交換器として、
前記排ガス流路に前記燃料電池スタックの空気極から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する熱交換器、前記排ガス流路に前記バーナから排出され水蒸気を含む排ガスが流通する熱交換器、及び、前記排ガス流路に前記燃料電池スタックの燃料極から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する熱交換器のうち少なくとも一つを備える、
請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。
As the heat exchanger,
A heat exchanger through which exhaust gas containing water vapor exhausted from the air electrode of the fuel cell stack flows through the exhaust gas channel, a heat exchanger through which exhaust gas exhausted from the burner and containing water vapor flows through the exhaust gas channel, and Comprising at least one of heat exchangers in which exhaust gas containing water vapor discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack flows in the exhaust gas flow path,
The fuel cell system according to claim 1 or 2 .
前記熱交換器として、
前記排ガス流路に前記燃料電池スタックの燃料極から排出され水蒸気を含む排ガスが流通する熱交換器を少なくとも備え、
前記バーナには、前記熱交換器における前記排ガス流路から排出される排ガスがバーナガスとして供給される、
請求項9に記載の燃料電池システム。
As the heat exchanger,
At least a heat exchanger through which exhaust gas containing water vapor discharged from the fuel electrode of the fuel cell stack flows in the exhaust gas flow path,
Exhaust gas discharged from the exhaust gas flow path in the heat exchanger is supplied to the burner as burner gas.
The fuel cell system according to claim 9 .
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