JP6556647B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
<1> 燃料電池を備える燃料電池モジュールと、湯水を貯める貯湯槽と、前記貯湯槽内の湯水を循環させる貯湯循環経路と、前記燃料電池モジュールから排出される排ガスと前記貯湯循環経路を流通する湯水との間で熱交換を行ない、前記排ガスを冷却する熱交換器と、前記熱交換器にて冷却された前記排ガス中の水蒸気が凝縮されて得られる凝縮水を貯留する凝縮水回収槽と、前記凝縮水回収槽に貯留されている凝縮水を循環させる凝縮水循環経路と、前記貯湯槽と前記熱交換器との間に設けられ、前記貯湯循環経路を流通する湯水の一部を水蒸気として前記凝縮水循環経路側に透過する疎水性多孔膜と、前記凝縮水回収槽に貯留されている凝縮水を前記燃料電池モジュールに供給する凝縮水供給経路と、前記凝縮水回収槽に貯留されている凝縮水の量が不足しているか否かを判定する判定手段と、を備え、前記判定手段が、凝縮水回収槽に貯留されている凝縮水の量が不足していると判定した際、前記凝縮水循環経路に凝縮水を供給して循環させることで、前記疎水性多孔膜を透過した水蒸気を凝縮水として回収する燃料電池システム。
<10> 前記貯湯槽の上流に前記貯湯槽に供給される水中の塩素を除去する脱塩素部をさらに備える<1>〜<9>のいずれか1つに記載の燃料電池システム。
〔燃料電池システム〕
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。図1は、第一実施形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。本実施形態に係る燃料電池システム10は、燃料電池モジュール1と、熱交換器2と、水処理装置3と、凝縮水回収タンク4(凝縮水回収槽)と、疎水性多孔膜5と、貯湯タンク6(貯湯槽)と、を備える。さらに、本実施形態に係る燃料電池システム10は、凝縮水回収タンク4に貯留されている凝縮水を燃料電池モジュール1に供給する改質水供給経路14(凝縮水供給経路)と、凝縮水回収タンク4に貯留されている凝縮水を循環させることで疎水性多孔膜5を透過した水蒸気を凝縮水として回収する凝縮水循環経路15と、貯湯タンク6に貯留される湯水を循環させる貯湯循環経路16と、をさらに備える。
CH4+H2O→CO+3H2・・・・(a)
以下、本発明の第二実施形態に係る燃料電池システムについて図4を用いて説明する。
図4は、本発明の第二実施形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。本実施形態に係る燃料電池システム20は、熱交換器2の上流に、貯湯循環経路16から分岐するバイパス経路19(第1分岐経路)を有しており、疎水性多孔膜5は、バイパス経路19を流通する湯水の一部を水蒸気として凝縮水循環経路15側に透過する構成を有している点で、前述の第一実施形態に係る燃料電池システム10と相違する。なお、本実施形態(以下の第三、第四実施形態でも同様)において、第一実施形態と同様の構成については、同じ番号を付し、その説明を省略する。
以下、本発明の第三実施形態に係る燃料電池システムについて図5を用いて説明する。
図5は、本発明の第三実施形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。本実施形態に係る燃料電池システム30は、熱交換器2の上流に、貯湯循環経路16から分岐するバイパス経路32を有しており、疎水性多孔膜5は、バイパス経路32を流通する湯水の一部を水蒸気として凝縮水循環経路15側に透過する構成を有し、かつ、バイパス経路32に湯水の流量を調節する開閉弁A、B(流量調節部)、貯湯循環経路16に湯水の流量を調節する開閉弁C(流量調節部)が設けられている点で、前述の第一実施形態に係る燃料電池システム10と相違する。
以下、本発明の第四実施形態に係る燃料電池システムについて図6を用いて説明する。
図6は、本発明の第四実施形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。第一実施形態に係る燃料電池システム10は、熱交換器2と凝縮水回収タンク4との間に水処理装置3を有しているが、本実施形態に係る燃料電池システム50は、凝縮水回収タンク4と燃料電池モジュール1との間である改質水供給経路14に水処理装置3を有している。
以下、本発明の第五実施形態に係る燃料電池システムについて図7を用いて説明する。図7は、本発明の第五実施形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。本実施形態に係る燃料電池システム60は、貯湯循環経路16における熱交換器2の上流側と熱交換器2の下流側とを接続するように設けられ、貯湯循環経路16から分岐するバイパス経路33(第2分岐経路)を有し、湯水が流通する経路を切り替える切り替え部として三方弁27を有している。
第2温度検出手段28は、貯湯循環経路16におけるバイパス経路33の上流側又は下流側の所定の位置及び貯湯タンク6の所定の位置の少なくとも一方に配置されていてもよい。
Claims (12)
- 燃料電池を備える燃料電池モジュールと、
湯水を貯める貯湯槽と、
前記貯湯槽内の湯水を循環させる貯湯循環経路と、
前記燃料電池モジュールから排出される排ガスと前記貯湯循環経路を流通する湯水との間で熱交換を行ない、前記排ガスを冷却する熱交換器と、
前記熱交換器にて冷却された前記排ガス中の水蒸気が凝縮されて得られる凝縮水を貯留する凝縮水回収槽と、
前記凝縮水回収槽に貯留されている凝縮水を循環させる凝縮水循環経路と、
前記貯湯槽と前記熱交換器との間に設けられ、前記貯湯循環経路を流通する湯水の一部を水蒸気として前記凝縮水循環経路側に透過する疎水性多孔膜と、
前記凝縮水回収槽に貯留されている凝縮水を前記燃料電池モジュールに供給する凝縮水供給経路と、
前記凝縮水回収槽に貯留されている凝縮水の量が不足しているか否かを判定する判定手段と、
を備え、
前記判定手段が、凝縮水回収槽に貯留されている凝縮水の量が不足していると判定した際、前記凝縮水循環経路に凝縮水を供給して循環させることで、前記疎水性多孔膜を透過した水蒸気を凝縮水として回収する燃料電池システム。 - 前記凝縮水回収槽に貯留されている凝縮水の水位を検出する水位検出手段をさらに備え、
前記判定手段は、前記凝縮水回収槽に貯留されている凝縮水の量が不足しているか否かを、前記水位検出手段により検出された凝縮水の水位により判定し、
前記水位検出手段により検出された凝縮水の水位が閾値以下になった際、前記凝縮水循環経路に凝縮水を供給して循環させる請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記貯湯循環経路における前記熱交換器よりも上流の所定の位置及び前記貯湯槽の所定の位置の少なくとも一方に第1温度検出手段をさらに備え、
前記判定手段は、前記凝縮水回収槽に貯留されている凝縮水の量が不足しているか否かを、前記第1温度検出手段により検出された湯水の温度により判定し、
前記第1温度検出手段により検出された湯水の温度が閾値以上になった際、前記凝縮水循環経路に凝縮水を供給して循環させる請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。 - 前記疎水性多孔膜は、前記熱交換器よりも上流に配置されている請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記貯湯循環経路の前記貯湯槽と前記熱交換器との間に、前記貯湯循環経路から分岐する第1分岐経路を有し、前記疎水性多孔膜は、前記第1分岐経路を流通する湯水の一部を水蒸気として前記凝縮水循環経路側に透過する請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記貯湯循環経路及び前記第1分岐経路における湯水の流量を調節する流量調節部をさらに備え、
前記流量調節部は、前記凝縮水循環経路に凝縮水を供給して循環させている際、前記第1分岐経路に湯水を流通させるように調節され、前記凝縮水循環経路に凝縮水を供給していない際、前記第1分岐経路に湯水を流通させないように調節される請求項5に記載の燃料電池システム。 - 前記凝縮水循環経路を流通する凝縮水を放熱させる放熱部をさらに備える請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記凝縮水回収槽の下流であり、かつ前記凝縮水回収槽と前記燃料電池モジュールとの間に配置されている水処理装置をさらに備える請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記疎水性多孔膜の上流に前記貯湯循環経路を循環する湯水中の塩素を除去する脱塩素部をさらに備える請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記貯湯槽の上流に前記貯湯槽に供給される水中の塩素を除去する脱塩素部をさらに備える請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記貯湯循環経路における所定の位置及び前記貯湯槽の所定の位置の少なくとも一方に配置された第2温度検出手段と、
前記貯湯循環経路における前記熱交換器の上流側と前記熱交換器の下流側とを接続するように設けられ、前記貯湯循環経路から分岐する第2分岐経路と、
前記第2温度検出手段により検出された湯水の温度が第1の閾値以上になった際、前記貯湯循環経路を流通する湯水が前記第2分岐経路に供給され、かつ前記貯湯循環経路を流通する湯水が前記熱交換器に供給されないように湯水が流通する経路を切り替える切り替え部と、
をさらに備え、
前記切り替え部により、前記貯湯循環経路を流通する湯水が前記第2分岐経路に供給され、かつ前記貯湯循環経路を流通する湯水が前記熱交換器に供給されないように湯水が流通する経路が切り替えられた際にも、前記貯湯循環経路を流通する湯水が前記疎水性多孔膜に供給される請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記第2温度検出手段は、前記貯湯循環経路における前記第2分岐経路の上流側又は下流側の所定の位置及び前記貯湯槽の所定の位置の少なくとも一方に配置され、
前記切り替え部は、前記第2温度検出手段により検出された湯水の温度が第2の閾値以下になった際、前記貯湯循環経路を流通する湯水が前記熱交換器に供給され、前記貯湯循環経路を流通する湯水が前記第2分岐経路に供給されないように湯水が流通する経路を切り替える請求項11に記載の燃料電池システム。
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