JP6930233B2 - Fuel cell system - Google Patents

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JP6930233B2 JP2017112809A JP2017112809A JP6930233B2 JP 6930233 B2 JP6930233 B2 JP 6930233B2 JP 2017112809 A JP2017112809 A JP 2017112809A JP 2017112809 A JP2017112809 A JP 2017112809A JP 6930233 B2 JP6930233 B2 JP 6930233B2
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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図４に示されているように、炭化水素ガスの水蒸気改質器は、該水蒸気改質器に付設して、その上方位置に給水ポンプに連なる緊急注水タンクを配置している。この水蒸気改質器において、通常運転時には、モータで駆動される給水ポンプＰにより水を緊急注水タンクを経由して水混合器に供給する。この時、開閉弁は開で、バルブＶ１、Ｖ２は共に閉である。水は導管８、緊急注水タンク、導管９を経て水混合器に供給されるようになっている。
一方、停電等の緊急時には、その時点で直ちに開閉弁を閉に切り換え、同時にバルブＶ１、Ｖ２を共に開に切り換える。これにより、緊急注水タンク中の水は共用導管１１、導管１０を経て水混合器へ供給される。この時、緊急注水タンクは水混合器及び水蒸気改質器の上方位置に設けてあり、均圧管は緊急注水タンク及び水混合器間で連通しているので、緊急注水タンク中の水はヘッド圧及び均圧管から供給される圧力により水混合器から、蒸発器を経て一定時間水蒸気改質器へ供給されるようになっている。 As a type of fuel cell system, the one shown in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 4 of Patent Document 1, the hydrocarbon gas steam reformer is attached to the steam reformer, and an emergency water injection tank connected to the water supply pump is arranged above the steam reformer. .. In this steam reformer, during normal operation, water is supplied to the water mixer via an emergency water injection tank by a water supply pump P driven by a motor. At this time, the on-off valve is open, and the valves V1 and V2 are both closed. Water is supplied to the water mixer via the conduit 8, the emergency water injection tank, and the conduit 9.
On the other hand, in the event of an emergency such as a power failure, the on-off valve is immediately switched to closed at that time, and at the same time, the valves V1 and V2 are both switched to open. As a result, the water in the emergency water injection tank is supplied to the water mixer via the common conduit 11 and the conduit 10. At this time, the emergency water injection tank is provided above the water mixer and the steam reformer, and the pressure equalizing pipe communicates between the emergency water injection tank and the water mixer, so that the water in the emergency water injection tank has a head pressure. And, by the pressure supplied from the pressure equalizing pipe, it is supplied from the water mixer to the steam reformer for a certain period of time via the evaporator.

特開２００２−１３７９０４号公報JP-A-2002-137904

上述した特許文献１に記載されている燃料電池システムにおいては、通常時において、給水ポンプＰは必須である。また、緊急時において、直接的に給水ポンプＰの駆動は不要であるが、緊急注水タンクに水を供給するためには、給水ポンプＰは必須となる。このように、燃料電池システムに対して給水ポンプＰ（改質水タンクに改質水を送出するための送出装置である改質水ポンプ）は必須であるため、燃料電池システムがコスト高であるという問題があった。 In the fuel cell system described in Patent Document 1 described above, the water supply pump P is indispensable in a normal state. Further, in an emergency, it is not necessary to directly drive the water supply pump P, but the water supply pump P is indispensable for supplying water to the emergency water injection tank. As described above, the fuel cell system is costly because the water supply pump P (the reformed water pump which is a sending device for sending the reformed water to the reformed water tank) is indispensable for the fuel cell system. There was a problem.

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、燃料電池システムにおいて、改質水ポンプを省略してコストを低減させることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to reduce the cost by omitting the reformed water pump in the fuel cell system.

上記の課題を解決するため、請求項１に係る燃料電池システムの発明は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質用原料と改質水とから燃料を生成して燃料電池に燃料を供給する改質部と、燃料電池からの燃料オフガスと燃料電池からの酸化剤ガスオフガスとを燃焼させて燃焼排ガスを導出する燃焼部と、燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する凝縮器と、改質部の上方かつ凝縮器の下方に配置され、凝縮器から供給された凝縮水を改質水として貯水するとともに改質部に改質水を供給する改質水タンクと、改質水タンクと改質部とを接続するとともに、改質水タンク内の改質水を自重により落水させて改質部に供給する改質水供給管と、改質水供給管に設けられ、改質水の供給流量を調節する供給流量調節装置と、前記改質水タンクの下方に配置され、前記改質水が供給されるとともに前記改質水を蒸発させて前記改質部に供給する蒸発部と、を備え、前記燃料電池、前記改質部および前記燃焼部は、断熱されたケーシング内に収容され、前記凝縮器、前記改質水タンクおよび前記蒸発部は、前記ケーシング外に配置され、前記蒸発部は、前記改質水タンクから自重によって落水した前記改質水を貯水する貯水部と、前記貯水部を加熱する加熱部と、前記改質用原料が供給されるとともに、前記加熱部の加熱によって蒸発した前記改質水に前記改質用原料を混合させる改質用原料混合部と、を備え、前記蒸発部は、前記加熱部によって調整された温度に応じて前記改質水の供給流量を調節する前記供給流量調節装置である。 In order to solve the above problems, the invention of the fuel cell system according to claim 1 is a fuel cell in which fuel is generated from a fuel cell that generates power by fuel and an oxidizing agent gas, and a reforming raw material and reformed water. A reforming unit that supplies fuel to the water, a combustion unit that burns the fuel off gas from the fuel cell and the oxidant gas off gas from the fuel cell to derive the combustion exhaust gas, and the water vapor contained in the combustion exhaust gas is condensed. A condenser that generates condensed water and a modification that is placed above the reforming section and below the condenser, stores the condensed water supplied from the condenser as reforming water, and supplies the reforming water to the reforming section. A reformed water supply pipe that connects the quality water tank, the reformed water tank, and the reformed portion, drops the reformed water in the reformed water tank by its own weight, and supplies the reformed water to the reformed portion, and the reformed water. A supply flow rate adjusting device provided in a supply pipe for adjusting the supply flow rate of reforming water and a supply flow rate adjusting device arranged below the reforming water tank are provided to supply the reforming water and evaporate the reforming water. The fuel cell, the reforming section and the combustion section are housed in a heat-insulated casing, and the condenser, the reforming water tank and the evaporating section are provided with an evaporating section for supplying to the reforming section. , The evaporating part is arranged outside the casing, and the evaporating part includes a water storage part for storing the reformed water dropped by its own weight from the reforming water tank, a heating part for heating the water storage part, and the reforming raw material. It is provided with a reforming raw material mixing section for mixing the reforming raw material with the reforming water that is supplied and evaporated by heating the heating section, and the evaporating section has a temperature adjusted by the heating section. This is the supply flow rate adjusting device that adjusts the supply flow rate of the reforming water according to the above.

これによれば、燃料電池システムにおいては、改質水タンクは、改質部の上方かつ凝縮器の下方に配置される。換言すると、上から順番に凝縮器、改質水タンク、改質部が配置されることとなる。その結果、凝縮器で生成された凝縮水は、自重によって改質水タンクに改質水として貯水され、さらに、改質水タンク内の改質水は、自重によって改質部に供給される。このように、ポンプなどの供給装置を設けなくても、改質水タンク内の改質水は改質部に供給することができる。よって、改質水ポンプを省略してコストを低減させることができる燃料電池システムを提供することができる。 According to this, in the fuel cell system, the reformed water tank is arranged above the reforming section and below the condenser. In other words, the condenser, the reforming water tank, and the reforming part are arranged in order from the top. As a result, the condensed water generated by the condenser is stored in the reforming water tank as reforming water by its own weight, and the reforming water in the reforming water tank is supplied to the reforming part by its own weight. In this way, the reformed water in the reforming water tank can be supplied to the reforming unit without providing a supply device such as a pump. Therefore, it is possible to provide a fuel cell system that can reduce the cost by omitting the reformed water pump.

本発明による燃料電池システムの第１実施形態の概要を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the outline of the 1st Embodiment of the fuel cell system by this invention. 図１に示す改質水タンクから蒸発部までの改質水の供給経路、特に供給流量調節装置（電磁弁）および流量センサを含めた状態を示す図である。It is a figure which shows the state including the supply path of the reforming water from the reforming water tank shown in FIG. 1 to the evaporation part, particularly the supply flow rate adjusting device (solenoid valve) and the flow rate sensor. 図１に示す改質水タンクから蒸発部までの改質水の供給経路、特に供給流量調節装置（点滴型調節装置）および滴下センサを含めた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which included the supply path of the reforming water from the reforming water tank shown in FIG. 1 to the evaporation part, particularly the supply flow rate adjusting device (drip type adjusting device), and the dropping sensor. 図１に示す改質水タンクから蒸発部までの改質水の供給経路、特に供給流量調節装置（絞り弁）および流量センサを含めた状態を示す図である。It is a figure which shows the state including the supply path of the reforming water from the reforming water tank shown in FIG. 1 to the evaporation part, particularly the supply flow rate adjusting device (throttle valve) and the flow rate sensor. 本発明による燃料電池システムの第２実施形態の概要を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the outline of the 2nd Embodiment of the fuel cell system by this invention. 改質用原料混合部の温度（貯水部の水温）と改質水水蒸気の露点温度との相関関係（第１相関関係）を示す図である。It is a figure which shows the correlation (the first correlation) between the temperature of the reforming raw material mixing part (water temperature of a water storage part), and the dew point temperature of the reforming water vapor. 露点温度と飽和水蒸気圧（飽和水蒸気量）との相関関係（第２相関関係）を示す図である。It is a figure which shows the correlation (second correlation) of a dew point temperature and a saturated water vapor pressure (saturated water vapor amount). 図５に示す燃料電池システムの第２実施形態の第１変形例（改質水タンクレス）を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the 1st modification (reformed water tankless) of the 2nd Embodiment of the fuel cell system shown in FIG. 図５に示す燃料電池システムの第２実施形態の第２変形例（燃焼排ガスによって加熱）を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the 2nd modification (heating by the combustion exhaust gas) of the 2nd Embodiment of the fuel cell system shown in FIG.

＜第１実施形態＞
以下、本発明による燃料電池システム１の第１実施形態について説明する。燃料電池システム１は、図１に示すように、発電ユニット１０および貯湯槽２１を備えている。発電ユニット１０は、筐体１０ａ、燃料電池モジュール１１（３０）、熱交換器１２、インバータ装置１３、水精製器１４、改質水タンク１５、制御装置１６、および供給流量調節装置１８を備えている。燃料電池モジュール１１（３０）、熱交換器１２、インバータ装置１３、水精製器１４、改質水タンク１５、制御装置１６、供給流量調節装置１８および貯湯槽２１は、筐体１０ａ内に収容されている。なお、貯湯槽２１は、発電ユニット１０と別体すなわち筐体１０ａの外に設けるようにしてもよい。 <First Embodiment>
Hereinafter, the first embodiment of the fuel cell system 1 according to the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a power generation unit 10 and a hot water storage tank 21. The power generation unit 10 includes a housing 10a, a fuel cell module 11 (30), a heat exchanger 12, an inverter device 13, a water purifier 14, a reformed water tank 15, a control device 16, and a supply flow rate adjusting device 18. There is. The fuel cell module 11 (30), heat exchanger 12, inverter device 13, water purifier 14, reformed water tank 15, control device 16, supply flow rate adjusting device 18, and hot water storage tank 21 are housed in the housing 10a. ing. The hot water storage tank 21 may be provided separately from the power generation unit 10, that is, outside the housing 10a.

燃料電池モジュール１１は、後述するように燃料電池３４を少なくとも含んで構成されるものである。燃料電池モジュール１１は、改質用原料、改質水およびカソードエアが供給されている。具体的には、燃料電池モジュール１１は、一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管１１ａの他端が接続されている。改質用原料供給管１１ａは、改質用原料を改質部３３に供給する原料ポンプ１１ａ１（改質用原料供給装置）が設けられている。さらに、燃料電池モジュール１１は、一端が改質水タンク１５に接続されて改質水が供給される改質水供給管１１ｂの他端が接続されている。改質水供給管１１ｂは、改質水タンク１５と改質部３３とを接続するとともに、改質水タンク１５内の改質水を自重により落水させて改質部３３に供給する。改質水供給管１１ｂには、後述する供給流量調節装置１８および流量センサ１９が設けられている。さらに、燃料電池モジュール１１は、一端がカソードエアブロワ１１ｃ１に接続されてカソードエアが供給されるカソードエア供給管１１ｃの他端が接続されている。カソードエアブロワ１１ｃ１は、酸化剤ガス（例えば、空気、酸素）を燃料電池３４に供給する酸化剤ガス供給装置である。 The fuel cell module 11 includes at least a fuel cell 34 as described later. The fuel cell module 11 is supplied with a reforming raw material, reforming water, and cathode air. Specifically, one end of the fuel cell module 11 is connected to the supply source Gs, and the other end of the reforming raw material supply pipe 11a to which the reforming raw material is supplied is connected. The reforming raw material supply pipe 11a is provided with a raw material pump 11a1 (a reforming raw material supply device) that supplies the reforming raw material to the reforming unit 33. Further, one end of the fuel cell module 11 is connected to the reformed water tank 15, and the other end of the reformed water supply pipe 11b to which the reformed water is supplied is connected. The reforming water supply pipe 11b connects the reforming water tank 15 and the reforming section 33, and drops the reforming water in the reforming water tank 15 by its own weight to supply the reforming section 33. The reforming water supply pipe 11b is provided with a supply flow rate adjusting device 18 and a flow rate sensor 19, which will be described later. Further, one end of the fuel cell module 11 is connected to the cathode air blower 11c1 and the other end of the cathode air supply pipe 11c to which the cathode air is supplied is connected. The cathode air blower 11c1 is an oxidant gas supply device that supplies an oxidant gas (for example, air or oxygen) to the fuel cell 34.

熱交換器１２は、燃料電池モジュール１１から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽２１からの貯湯水が供給され、燃焼排ガス（燃料電池３４および改質部３３の各排熱を含んでいる）と貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器である。また、熱交換器１２は、燃焼排ガスと貯湯水との間で熱交換が行われ、燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する凝縮器である。貯湯水は、燃焼排ガスの排熱を回収する熱媒体（排熱回収水）である。 The heat exchanger 12 is supplied with the combustion exhaust gas exhausted from the fuel cell module 11 and the hot water stored from the hot water storage tank 21, and includes the combustion exhaust gas (exhaust heat of the fuel cell 34 and the reforming unit 33). It is a heat exchanger in which heat is exchanged between hot water and hot water. Further, the heat exchanger 12 is a condenser in which heat exchange is performed between the combustion exhaust gas and the hot water storage water, and the water vapor contained in the combustion exhaust gas is condensed to generate condensed water. The hot water storage water is a heat medium (exhaust heat recovery water) that recovers the exhaust heat of the combustion exhaust gas.

熱交換器１２は、ケーシング１２ｂを備えている。ケーシング１２ｂの上部には、燃料電池モジュール１１からの排気管１１ｄが接続されている。ケーシング１２ｂの下部には、外部（大気）に接続されている排気管１１ｅが接続されている。ケーシング１２ｂの底部には、水精製器１４ひいては改質水タンク１５に接続されている凝縮水供給管１２ａが接続されている。ケーシング１２ｂ内には、燃焼排ガスが通過する燃焼排ガス流路が形成されている。この燃焼排ガス流路に、貯湯水循環ライン２２に接続されている熱交換部（凝縮部）１２ｃが配設されている。熱交換部１２ｃ内には、貯湯水が流れ、熱交換部１２ｃの外側には、燃焼排ガスが流れている。なお、貯湯水と燃焼排ガスとは互いに反対向きに流れるように構成されるのが好ましい。 The heat exchanger 12 includes a casing 12b. An exhaust pipe 11d from the fuel cell module 11 is connected to the upper part of the casing 12b. An exhaust pipe 11e connected to the outside (atmosphere) is connected to the lower part of the casing 12b. A condensed water supply pipe 12a connected to the water purifier 14 and thus the reforming water tank 15 is connected to the bottom of the casing 12b. A combustion exhaust gas flow path through which the combustion exhaust gas passes is formed in the casing 12b. A heat exchange section (condensing section) 12c connected to the hot water storage water circulation line 22 is arranged in the combustion exhaust gas flow path. Hot water is flowing in the heat exchange section 12c, and combustion exhaust gas is flowing outside the heat exchange section 12c. It is preferable that the hot water storage water and the combustion exhaust gas flow in opposite directions.

このように構成された熱交換器１２においては、燃料電池モジュール１１からの燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通ってケーシング１２ｂ内に導入され、貯湯水が流通する熱交換部１２ｃを通る際に貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。その後、燃焼排ガスは、排気管１１ｅを通って外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、自重で落水し、凝縮水供給管１２ａを通って水精製器１４ひいては改質水タンク１５に供給される。一方、熱交換部１２ｃに流入した貯湯水は、加熱されて流出される。 In the heat exchanger 12 configured in this way, the combustion exhaust gas from the fuel cell module 11 is introduced into the casing 12b through the exhaust pipe 11d, and when the hot water is passed through the heat exchange section 12c through which the hot water is circulated, the hot water is stored. Heat is exchanged with water to condense and cool it. After that, the combustion exhaust gas is discharged to the outside through the exhaust pipe 11e. Further, the condensed condensed water falls by its own weight and is supplied to the water purifier 14 and the reformed water tank 15 through the condensed water supply pipe 12a. On the other hand, the hot water stored in the heat exchange unit 12c is heated and flows out.

上述した熱交換器１２、貯湯槽２１および貯湯水循環ライン２２から、排熱回収システム２０が構成されている。排熱回収システム２０は、燃料電池モジュール１１の排熱を貯湯水に回収して蓄える。 The waste heat recovery system 20 is configured from the heat exchanger 12, the hot water storage tank 21, and the hot water storage water circulation line 22 described above. The waste heat recovery system 20 collects and stores the waste heat of the fuel cell module 11 in the hot water storage water.

貯湯槽２１は、密封式かつ耐圧式の容器である。貯湯槽２１内の温度分布は、基本的には、温度の異なる二層に分かれている。上層は比較的温度が高い層（例えば５０度以上）であり、下層は比較的温度が低い層（例えば２０度以下（水道水の温度））である。上下各層は、それぞれほぼ同一温度である。貯湯槽２１は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する（図にて矢印の方向に循環する）貯湯水循環ライン２２が接続されている。 The hot water storage tank 21 is a sealed and pressure-resistant container. The temperature distribution in the hot water storage tank 21 is basically divided into two layers having different temperatures. The upper layer is a layer having a relatively high temperature (for example, 50 degrees or more), and the lower layer is a layer having a relatively low temperature (for example, 20 degrees or less (tap water temperature)). The upper and lower layers have almost the same temperature. The hot water storage tank 21 stores hot water, and a hot water storage water circulation line 22 through which the hot water is circulated (circulated in the direction of the arrow in the figure) is connected.

貯湯水循環ライン２２上には、下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ２２ａ、熱交換器貯湯水入口温度センサ２２ｂ、熱交換器１２、および熱交換器貯湯水出口温度センサ２２ｃが配設されている。 On the hot water storage water circulation line 22, a hot water storage water circulation pump 22a, a heat exchanger hot water storage water inlet temperature sensor 22b, a heat exchanger 12, and a heat exchanger hot water storage water outlet temperature sensor 22c are arranged in order from the lower end to the upper end. ing.

熱交換器貯湯水入口温度センサ２２ｂは、貯湯水循環ライン２２であって貯湯槽２１の貯湯水導出口と熱交換器１２の貯湯水導入口との間に設けられている。熱交換器貯湯水入口温度センサ２２ｂは、熱交換器１２の貯湯水導入口付近に設けられるのが望ましい。熱交換器貯湯水入口温度センサ２２ｂは、熱交換器１２に導入される貯湯水の温度（以下、貯湯水温度ともいう。）を検出して、制御装置１６に送信している。 The hot water storage water inlet temperature sensor 22b of the heat exchanger is a hot water storage water circulation line 22 and is provided between the hot water storage water outlet of the hot water storage tank 21 and the hot water storage water introduction port of the heat exchanger 12. It is desirable that the heat exchanger hot water storage water inlet temperature sensor 22b is provided near the hot water storage water introduction port of the heat exchanger 12. The heat exchanger hot water storage water inlet temperature sensor 22b detects the temperature of the hot water stored water introduced into the heat exchanger 12 (hereinafter, also referred to as hot water storage water temperature) and transmits it to the control device 16.

熱交換器貯湯水出口温度センサ２２ｃは、貯湯水循環ライン２２であって熱交換器１２の貯湯水導出口と貯湯槽２１の貯湯水導入口との間に設けられている。熱交換器貯湯水出口温度センサ２２ｃは、熱交換器１２の貯湯水導出口付近に設けられるのが望ましい。熱交換器貯湯水出口温度センサ２２ｃは、熱交換器１２から導出される貯湯水の温度を検出して、制御装置１６に送信している。 The hot water storage water outlet temperature sensor 22c of the heat exchanger is a hot water storage water circulation line 22 and is provided between the hot water storage water outlet of the heat exchanger 12 and the hot water storage water introduction port of the hot water storage tank 21. It is desirable that the hot water storage water outlet temperature sensor 22c of the heat exchanger is provided near the hot water storage water outlet of the heat exchanger 12. The heat exchanger hot water storage water outlet temperature sensor 22c detects the temperature of the hot water stored water led out from the heat exchanger 12 and transmits it to the control device 16.

インバータ装置１３は、燃料電池３４から出力される直流電力（電圧）を入力し所定の交流電力（電圧）に変換して、交流の系統電源１７ａおよび外部電力負荷１７ｃ（例えば電化製品）に接続されている電源ライン１７ｂに出力する。インバータ装置１３は、燃料電池３４から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置である。
外部電力負荷１７ｃは、系統電源１７ａからの電力およびインバータ装置１３からの電力が供給される負荷装置である。また、インバータ装置１３は、系統電源１７ａからの交流電力（電圧）を電源ライン１７ｂを介して入力し所定の直流電力（電圧）に変換して補機（各ポンプ、ブロワなど）や制御装置１６に出力する。 The inverter device 13 inputs DC power (voltage) output from the fuel cell 34, converts it into predetermined AC power (voltage), and is connected to an AC system power supply 17a and an external power load 17c (for example, an electric appliance). Output to the power supply line 17b. The inverter device 13 is a power conversion device that converts DC power supplied from the fuel cell 34 into AC power.
The external power load 17c is a load device to which power from the system power supply 17a and power from the inverter device 13 are supplied. Further, the inverter device 13 inputs AC power (voltage) from the system power supply 17a via the power supply line 17b and converts it into predetermined DC power (voltage) to be converted into auxiliary equipment (each pump, blower, etc.) and the control device 16. Output to.

水精製器１４は、凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するようになっている。水精製器１４は、改質水タンク１５と連通しており、純水化された凝縮水が改質水タンク１５に供給されるようになっている。
水精製器１４は、改質水タンク１５と同一高さに配置してもよく、上方に配置するようにしてもよい。水精製器１４は、上下方向に延在する直線状に形成し、凝縮水を上方から流入し純水を下方から流出するようにしてもよい。水精製器１４は、Ｕ字状に形成し、凝縮水を一方の上方から流入し純水を他方の上方から流出するようにしてもよい。 The water purifier 14 purifies the condensed water with an ion exchange resin. The water purifier 14 communicates with the reforming water tank 15 so that the purified condensed water is supplied to the reforming water tank 15.
The water purifier 14 may be arranged at the same height as the reformed water tank 15 or may be arranged above. The water purifier 14 may be formed in a straight line extending in the vertical direction so that the condensed water flows in from above and the pure water flows out from below. The water purifier 14 may be formed in a U shape so that condensed water flows in from above one side and pure water flows out from above the other side.

改質水タンク１５は、熱交換器１２ひいては水精製器１４から供給される凝縮水を改質水として貯水し、改質部３３に改質水を供給するものである。改質水タンク１５は、改質部３３の上方かつ熱交換器１２（凝縮器）の下方に配置されている。換言すると、改質水タンク１５は、熱交換器１２より下方に、かつ、改質部３３より上方に配置されている。改質水タンク１５内には、改質水タンク１５内の水量（水位：以下、タンク水量ともいう。）を検出する水量センサ１５ａが配設されている。水量センサ１５ａの検出結果は、制御装置１６に出力されるようになっている。水量センサ１５ａは、例えば、フロート式のセンサであり、フロートの上下量を可変抵抗（ポテンショメータ）により抵抗値に変換し、抵抗値の上下動によって水量（残水量）を表示する方式のセンサである。 The reforming water tank 15 stores condensed water supplied from the heat exchanger 12 and thus the water purifier 14 as reforming water, and supplies the reforming water to the reforming unit 33. The reforming water tank 15 is arranged above the reforming section 33 and below the heat exchanger 12 (condenser). In other words, the reforming water tank 15 is arranged below the heat exchanger 12 and above the reforming unit 33. In the reforming water tank 15, a water amount sensor 15a for detecting the amount of water in the reforming water tank 15 (water level: hereinafter, also referred to as the tank water amount) is arranged. The detection result of the water amount sensor 15a is output to the control device 16. The water amount sensor 15a is, for example, a float type sensor, which converts the vertical amount of the float into a resistance value by a variable resistance (potentiometer) and displays the water amount (residual water amount) by the vertical movement of the resistance value. ..

制御装置１６は、補機を駆動して燃料電池システム１の運転を統括して制御する。制御装置１６は、マイクロコンピュータ（図示省略）を有している。マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、燃料電池システム１の統括運転を実施している。ＲＡＭは制御プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは制御プログラムを記憶するものである。 The control device 16 drives an auxiliary machine to control the operation of the fuel cell system 1 in an integrated manner. The control device 16 has a microprocessor (not shown). The microcomputer includes an input / output interface, a CPU, a RAM, and a ROM (all not shown) connected via a bus. The CPU carries out the integrated operation of the fuel cell system 1. The RAM temporarily stores the variables necessary for executing the control program, and the ROM stores the control program.

改質水供給管１１ｂについて詳述する。図２に示すように、改質水供給管１１ｂは、第一部１１ｂ１、トラップ部１１ｂ２および第二部１１ｂ３を備えている。第一部１１ｂ１は、改質水タンク１５の底（下面）から下方に向けて延設されている。下方は、鉛直下方だけでなく、斜め下方も含む。第一部１１ｂ１は、改質水タンク１５の底の近傍における側面（改質水タンク１５の側面下部も含む。）から延設されていてもよい。第一部１１ｂ１の上端は、改質水タンク１５の底（下面）に接続されており、第一部１１ｂ１の下端は、トラップ部１１ｂ２の一端（左端）に接続されている。トラップ部１１ｂ２は、ほぼＵ字状に形成されており、上側に開放するように配置されている。トラップ部１１ｂ２は、改質水が常に貯留するようになっている。第二部１１ｂ３は、蒸発部３２の側面（上面でもよい）から側方に向けて延設されている。側方は、水平方向だけなく斜め上方や斜め下方も含む。第二部１１ｂ３の一端（左端）は、トラップ部１１ｂ２の他端（右端）に接続されており、第二部１１ｂ３の他端（右端）は、蒸発部３２に接続されている。
なお、改質水供給管１１ｂは、トラップ部１１ｂ２を省略したものでもよい。 The reformed water supply pipe 11b will be described in detail. As shown in FIG. 2, the reformed water supply pipe 11b includes a first part 11b1, a trap part 11b2, and a second part 11b3. The first part 11b1 extends downward from the bottom (lower surface) of the reforming water tank 15. The lower part includes not only the vertical lower part but also the diagonally lower part. The first part 11b1 may extend from a side surface near the bottom of the reforming water tank 15 (including the lower side surface of the reforming water tank 15). The upper end of the first part 11b1 is connected to the bottom (lower surface) of the reforming water tank 15, and the lower end of the first part 11b1 is connected to one end (left end) of the trap portion 11b2. The trap portion 11b2 is formed in a substantially U shape and is arranged so as to open upward. The trap portion 11b2 is designed to constantly store reformed water. The second portion 11b3 extends laterally from the side surface (which may be the upper surface) of the evaporation portion 32. The sides include not only the horizontal direction but also diagonally upward and diagonally downward. One end (left end) of the second part 11b3 is connected to the other end (right end) of the trap part 11b2, and the other end (right end) of the second part 11b3 is connected to the evaporation part 32.
The reformed water supply pipe 11b may omit the trap portion 11b2.

供給流量調節装置１８は、改質水供給管１１ｂに設けられ、改質水の供給流量を調節する。供給流量は、供給される改質水の流量であり、単位時間あたりの流量である。本実施形態では、供給流量調節装置１８は、電磁弁１８ａである。電磁弁１８ａは、ソレノイドを備え、ソレノイドへの通電・非通電を切り替えることで、バルブを開閉するものである。電磁弁１８ａは、開状態と閉状態とを切り替えるオン・オフ弁でもよく、流量（流路断面積）を調整できるリニア弁でもよい。 The supply flow rate adjusting device 18 is provided in the reforming water supply pipe 11b and adjusts the supply flow rate of the reforming water. The supply flow rate is the flow rate of the reformed water to be supplied, and is the flow rate per unit time. In the present embodiment, the supply flow rate adjusting device 18 is a solenoid valve 18a. The solenoid valve 18a is provided with a solenoid, and opens and closes the valve by switching between energization and de-energization of the solenoid. The solenoid valve 18a may be an on / off valve that switches between an open state and a closed state, or may be a linear valve that can adjust the flow rate (flow path cross-sectional area).

電磁弁１８ａは、制御装置１６に電気的に接続されており、制御装置１６からの指令に基づいて作動され、改質水の供給流量を調節する。電磁弁１８ａがオン・オフ弁である場合には、電磁弁１８ａは、制御装置１６からのＰＷＭ信号に基づいて作動され、改質水の供給流量を調節する。電磁弁１８ａがオン・オフ弁である場合には、電磁弁１８ａは、制御装置１６からの指示電流値（例えば、指示流量に応じた電流値）に基づいて作動され、改質水の供給流量を調節する。 The solenoid valve 18a is electrically connected to the control device 16 and is operated based on a command from the control device 16 to adjust the supply flow rate of the reforming water. When the solenoid valve 18a is an on / off valve, the solenoid valve 18a is operated based on the PWM signal from the control device 16 to adjust the supply flow rate of the reforming water. When the solenoid valve 18a is an on / off valve, the solenoid valve 18a is operated based on the indicated current value from the control device 16 (for example, the current value according to the indicated flow rate), and the supply flow rate of reforming water is supplied. To adjust.

電磁弁１８ａは、本実施形態では、改質水供給管１１ｂのトラップ部１１ｂ２の一端部または他端部、すなわちトラップ部１１ｂ２にて貯留している改質水の水面高さ（水位）より低い場所に設けるのが好ましい。例えば、電磁弁１８ａとトラップ部１１ｂ２の水位との間が離れた場合に、電磁弁１８ａが開状態から閉状態となると、電磁弁１８ａより下方の改質水は自重によって落水し、電磁弁１８ａとトラップ部１１ｂ２の水位との間には、空気が流入することでその空間に空気が溜まる。このように電磁弁１８ａが開状態から閉状態となっても、電磁弁１８ａとトラップ部１１ｂ２の水位との間に空気が溜まるのを防止するため、電磁弁１８ａは、トラップ部１１ｂ２にて貯留している改質水の水面高さ（水位）より低い場所に設けられている。 In the present embodiment, the solenoid valve 18a is lower than the water level (water level) of the reforming water stored in one end or the other end of the trap portion 11b2 of the reforming water supply pipe 11b, that is, the trap portion 11b2. It is preferable to install it in a place. For example, when the solenoid valve 18a and the water level of the trap portion 11b2 are separated from each other and the solenoid valve 18a is changed from the open state to the closed state, the reformed water below the solenoid valve 18a drops due to its own weight, and the solenoid valve 18a Air flows into the space between the trap portion 11b2 and the water level of the trap portion 11b2, and the air collects in the space. Even if the solenoid valve 18a is changed from the open state to the closed state in this way, the solenoid valve 18a is stored in the trap portion 11b2 in order to prevent air from accumulating between the electromagnetic valve 18a and the water level of the trap portion 11b2. It is installed at a place lower than the water level (water level) of the reformed water.

流量センサ１９は、改質水供給管１１ｂに設けられ、改質水供給管１１ｂを流通する改質水の供給流量を検知する。流量センサ１９は、検知した供給流量を制御装置１６に送信している。流量センサ１９は、例えば、いわゆる電磁式流量センサ、カルマン渦式流量センサ、羽根車式流量センサなどである。流量センサ１９は、本実施形態では、改質水供給管１１ｂの第一部１１ｂ１のうち電磁弁１８ａより上方に設けられている。流量センサ１９は、改質水供給管１１ｂのトラップ部１１ｂ２や第二部１１ｂ３に設けるようにしてもよい。いずれの場合でも、流量センサ１９は、改質水に常時浸る箇所に配置されるのが好ましい。 The flow rate sensor 19 is provided in the reforming water supply pipe 11b and detects the supply flow rate of the reforming water flowing through the reforming water supply pipe 11b. The flow rate sensor 19 transmits the detected supply flow rate to the control device 16. The flow rate sensor 19 is, for example, a so-called electromagnetic flow rate sensor, a Karman vortex type flow rate sensor, an impeller type flow rate sensor, or the like. In the present embodiment, the flow rate sensor 19 is provided above the solenoid valve 18a in the first part 11b1 of the reforming water supply pipe 11b. The flow rate sensor 19 may be provided in the trap portion 11b2 or the second portion 11b3 of the reforming water supply pipe 11b. In any case, the flow rate sensor 19 is preferably arranged at a position where it is constantly immersed in reformed water.

上述した電磁弁１８ａ（供給流量調節装置１８）の作動について説明する。電磁弁１８ａは、流量センサ１９によって検知された改質水の供給流量（検知供給流量）を使用して改質水の供給流量（実際の供給流量である実供給流量）を調節する。例えば、電磁弁１８ａは、フィードバック制御などによって、検知供給流量が目標供給流量と一致するように制御される。目標供給流量は、外部電力負荷１７ｃの消費電力または／および燃料の供給流量から算出される。 The operation of the solenoid valve 18a (supply flow rate adjusting device 18) described above will be described. The solenoid valve 18a adjusts the supply flow rate of the reforming water (actual supply flow rate, which is the actual supply flow rate) by using the supply flow rate of the reforming water (detected supply flow rate) detected by the flow rate sensor 19. For example, the solenoid valve 18a is controlled so that the detected supply flow rate matches the target supply flow rate by feedback control or the like. The target supply flow rate is calculated from the power consumption and / and the fuel supply flow rate of the external power load 17c.

さらに、電磁弁１８ａは、水量センサ１５ａによって検知された改質水タンクの水量（検知水量）を使用して改質水の供給流量（実供給流量）を調節する。例えば、検知水量に基づいて目標供給流量を補正することができる。具体的には、検知水量が少ないほど補正量が多くなるように目標供給流量を補正すればよい。補正量は、予め実験等によって算出され記憶されている検知水量と補正量との関係を示すマップまたは数式を使用して、検知水量に対応した値として算出することができる。なお、タンク水量が少ないほど改質水タンク１５から落水する水量が少ないため、検知水量と補正量との関係は、検知水量が多いほど補正量は小さくなる関係となる。 Further, the solenoid valve 18a adjusts the supply flow rate (actual supply flow rate) of the reforming water by using the water amount (detected water amount) of the reforming water tank detected by the water amount sensor 15a. For example, the target supply flow rate can be corrected based on the detected water amount. Specifically, the target supply flow rate may be corrected so that the smaller the detected water amount, the larger the correction amount. The correction amount can be calculated as a value corresponding to the detected water amount by using a map or a mathematical formula showing the relationship between the detected water amount and the corrected amount that has been calculated and stored in advance by an experiment or the like. Since the smaller the tank water amount, the smaller the amount of water falling from the reforming water tank 15, the relationship between the detected water amount and the correction amount is such that the larger the detected water amount, the smaller the correction amount.

また、流量センサ１９を設けないで、水量センサ１５ａのみを設けることも可能である。この場合、水量センサ１５ａによって検知されたタンク水量（検知水量）に基づいて、改質水タンク１５からの流出流量を算出し、算出された流出流量を供給流量として得ることができる。例えば、流出流量は、所定時間をおいてそれぞれ検知されたタンク水量の差分を、所定時間で除算することで算出することができる。この場合にも、目標供給流量を検知水量に基づいて補正することが好ましい。 It is also possible to provide only the water amount sensor 15a without providing the flow rate sensor 19. In this case, the outflow flow rate from the reforming water tank 15 can be calculated based on the tank water amount (detected water amount) detected by the water amount sensor 15a, and the calculated outflow flow rate can be obtained as the supply flow rate. For example, the outflow flow rate can be calculated by dividing the difference in the amount of tank water detected after a predetermined time by a predetermined time. Also in this case, it is preferable to correct the target supply flow rate based on the detected water amount.

燃料電池モジュール１１（３０）は、ケーシング３１、蒸発部３２、改質部３３および燃料電池３４を備えている。ケーシング３１は、断熱性材料で箱状に形成されている。
蒸発部３２は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部３２は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部３３に供給するものである。改質用原料としては天然ガス（メタンガスを主成分とする）、ＬＰガスなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。 The fuel cell module 11 (30) includes a casing 31, an evaporation unit 32, a reforming unit 33, and a fuel cell 34. The casing 31 is made of a heat insulating material and is formed in a box shape.
The evaporation unit 32 is heated by a combustion gas described later to evaporate the supplied reforming water to generate steam, and preheats the supplied reforming raw material. The evaporation unit 32 mixes the steam generated in this manner with the preheated reforming raw material and supplies it to the reforming unit 33. Raw materials for reforming include natural gas (mainly composed of methane gas), gas fuel for reforming such as LP gas, and liquid fuel for reforming such as kerosene, gasoline, and methanol. In this embodiment, natural gas is used. Will be explained.

蒸発部３２には、一端（下端）が改質水タンク１５に接続された改質水供給管１１ｂの他端が接続されている。また、蒸発部３２には、一端が供給源Ｇｓに接続された改質用原料供給管１１ａが接続されている。供給源Ｇｓは、例えば都市ガスのガス供給管、ＬＰガスのガスボンベである。 The other end of the reforming water supply pipe 11b, one end (lower end) of which is connected to the reforming water tank 15, is connected to the evaporation unit 32. Further, a reforming raw material supply pipe 11a whose one end is connected to the supply source Gs is connected to the evaporation unit 32. The supply sources Gs are, for example, a gas supply pipe for city gas and a gas cylinder for LP gas.

改質部３３は、上述した燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部３２から供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から改質ガスを生成して導出するものである。改質部３３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素などを含んだガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。このように、改質部３３は改質用原料（原燃料）と改質水とから改質ガス（燃料）を生成して燃料電池３４に改質ガスを供給する。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応である。 The reforming unit 33 is heated by the above-mentioned combustion gas and is supplied with the heat required for the steam reforming reaction, so that the reforming gas is supplied from the mixed gas (raw material for reforming, steam) supplied from the evaporating unit 32. Is generated and derived. The reforming unit 33 is filled with a catalyst (for example, a Ru or Ni-based catalyst), and the mixed gas reacts with the catalyst to reform and generate a gas containing hydrogen gas, carbon monoxide, and the like. (So-called steam reforming reaction). The reformed gas includes hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, steam, unreformed natural gas (methane gas), and reformed water (steam) that was not used for reforming. In this way, the reforming unit 33 generates a reforming gas (fuel) from the reforming raw material (raw fuel) and the reforming water, and supplies the reforming gas to the fuel cell 34. The steam reforming reaction is an endothermic reaction.

改質部３３には、改質部３３の温度を検出する温度センサ３３ａが設けられている。温度センサ３３ａの検出結果は、制御装置１６に出力されている。温度センサ３３ａは、改質部３３のうち混合気体供給管１１ｆとの接続点の近傍に設けられるのが好ましい。 The reforming unit 33 is provided with a temperature sensor 33a that detects the temperature of the reforming unit 33. The detection result of the temperature sensor 33a is output to the control device 16. The temperature sensor 33a is preferably provided in the vicinity of the connection point with the mixed gas supply pipe 11f in the reforming unit 33.

燃料電池３４は、燃料極、空気極（酸化剤極）、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル３４ａが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池３４の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。動作温度は４００〜１０００℃程度である。 The fuel cell 34 is configured by stacking a plurality of cells 34a composed of a fuel electrode, an air electrode (oxidizing agent electrode), and an electrolyte interposed between the two electrodes. The fuel cell of the present embodiment is a solid oxide fuel cell, and uses zirconium oxide, which is a kind of solid oxide, as an electrolyte. Hydrogen, carbon monoxide, methane gas, etc. are supplied as fuel to the fuel electrode of the fuel cell 34. The operating temperature is about 400 to 1000 ° C.

セル３４ａの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路３４ｂが形成されている。セル３４ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路３４ｃが形成されている。 A fuel flow path 34b through which the reformed gas, which is a fuel, flows is formed on the fuel electrode side of the cell 34a. An air flow path 34c through which air (cathode air), which is an oxidant gas, flows is formed on the air electrode side of the cell 34a.

燃料電池３４は、マニホールド３５上に設けられている。マニホールド３５には、改質部３３からの改質ガス（アノードガス）が改質ガス供給管３８を介して供給される。燃料流路３４ｂは、その下端（一端）がマニホールド３５の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。カソードエアブロワ１１ｃ１によって送出されたカソードエアはカソードエア供給管１１ｃを介して供給され、空気流路３４ｃの下端から導入され上端から導出されるようになっている。 The fuel cell 34 is provided on the manifold 35. The reforming gas (anode gas) from the reforming section 33 is supplied to the manifold 35 via the reforming gas supply pipe 38. The lower end (one end) of the fuel flow path 34b is connected to the fuel outlet of the manifold 35, and the reformed gas derived from the fuel outlet is introduced from the lower end and led out from the upper end. .. The cathode air delivered by the cathode air blower 11c1 is supplied through the cathode air supply pipe 11c, is introduced from the lower end of the air flow path 34c, and is led out from the upper end.

燃料電池３４においては、燃料極に供給されたアノードガスと空気極に供給された酸化剤ガス（カソードガス）によって発電が行われる。すなわち、燃料極では、下記化１および化２に示す反応が生じ、空気極では、下記化３に示す反応が生じている。すなわち、空気極で生成した酸化物イオン（Ｏ２−）が電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。したがって、燃料流路３４ｂおよび空気流路３４ｃからは、発電に使用されなかった改質ガスおよび酸化剤ガス（空気）が導出する。
（化１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−
（化２）
ＣＯ＋Ｏ２−→ＣＯ２＋２ｅ−
（化３）
１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２− In the fuel cell 34, power generation is performed by the anode gas supplied to the fuel electrode and the oxidant gas (cathode gas) supplied to the air electrode. That is, at the fuel electrode, the reactions shown in Chemical formulas 1 and 2 below occur, and at the air electrode, the reactions shown in Chemical formula 3 below occur. That is, the oxide ion ( O2- ) generated at the air electrode permeates the electrolyte and reacts with hydrogen at the fuel electrode to generate electric energy. Therefore, the reforming gas and the oxidant gas (air) that were not used for power generation are derived from the fuel flow path 34b and the air flow path 34c.
(Chemical 1)
H 2 + O 2- → H 2 O + 2e −
(Chemical 2)
CO + O 2- → CO 2 + 2e −
(Chemical 3)
1 / 2O 2 + 2e - → O 2-

そして、発電に使用されなかった改質ガス（アノードオフガス）は、燃料流路３４ｂから燃焼空間３６（燃料電池３４と蒸発部３２（改質部３３）の間に形成された）に導出される。発電に使用されなかった酸化剤ガス（空気：カソードオフガス）は、空気流路３４ｃから燃焼空間３６に導出される。燃焼空間３６にてアノードオフガスはカソードオフガスによって燃焼され、その燃焼ガスによって蒸発部３２および改質部３３が加熱される。さらには、燃料電池モジュール１１内を動作温度に加熱している。その後、燃焼ガスは、ケーシング１２ｂの下部に設けられた排気管１１ｅから燃料電池モジュール１１の外に燃焼排ガスとして排気される。このように、燃焼空間３６が、燃料電池３４からの未使用の燃料（改質ガス）である燃料オフガス（アノードオフガス）を導入し酸化剤ガスで燃焼して燃焼排ガス（水蒸気を含む）を導出する燃焼部である。すなわち、燃焼空間３６は、燃料電池３４からの燃料オフガスと酸化剤ガスとを燃焼させて燃焼排ガスを導出する燃焼部である。 Then, the reformed gas (anode off gas) not used for power generation is led out from the fuel flow path 34b to the combustion space 36 (formed between the fuel cell 34 and the evaporation section 32 (reform section 33)). .. The oxidant gas (air: cathode off gas) that was not used for power generation is led out from the air flow path 34c to the combustion space 36. In the combustion space 36, the anode off gas is burned by the cathode off gas, and the combustion gas heats the evaporation unit 32 and the reforming unit 33. Further, the inside of the fuel cell module 11 is heated to the operating temperature. After that, the combustion gas is exhausted as combustion exhaust gas from the exhaust pipe 11e provided at the lower part of the casing 12b to the outside of the fuel cell module 11. In this way, the combustion space 36 introduces the fuel off gas (anode off gas) which is an unused fuel (reform gas) from the fuel cell 34 and burns it with the oxidant gas to derive the combustion exhaust gas (including water vapor). It is a combustion part. That is, the combustion space 36 is a combustion unit that burns the fuel off gas from the fuel cell 34 and the oxidant gas to derive the combustion exhaust gas.

燃焼空間３６では、アノードオフガスが燃焼されて火炎３７（燃焼ガス）が発生している。燃焼空間３６には、アノードオフガスを着火させるための一対の着火ヒータ３６ａ１，３６ａ２が設けられている。 In the combustion space 36, the anode off gas is burned to generate a flame 37 (combustion gas). The combustion space 36 is provided with a pair of ignition heaters 36a1 and 36a2 for igniting the anode off gas.

上述した説明から明らかなように、本第１実施形態の燃料電池システム１は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池３４と、改質用原料と改質水とから燃料を生成して燃料電池３４に供給する改質部３３と、燃料電池３４からの燃料オフガスと燃料電池３４からの酸化剤ガスオフガスとを燃焼させて燃焼排ガスを導出する燃焼空間３６（燃焼部）と、燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する熱交換器１２（凝縮器）と、改質部３３の上方かつ熱交換器１２の下方に配置され、熱交換器１２から供給された凝縮水を改質水として貯水するとともに改質部３３に供給する改質水タンク１５と、改質水タンク１５と改質部３３とを接続するとともに、改質水タンク１５内の改質水を自重により落水させて改質部３３に供給する改質水供給管１１ｂと、改質水供給管１１ｂに設けられ、改質水の供給流量を調節する供給流量調節装置１８と、を備えている。 As is clear from the above description, the fuel cell system 1 of the first embodiment generates fuel from the fuel cell 34 that generates power from the fuel and the oxidizing agent gas, the reforming raw material, and the reforming water. The reforming unit 33 supplied to the fuel cell 34, the combustion space 36 (combustion unit) that burns the fuel off gas from the fuel cell 34 and the oxidant gas off gas from the fuel cell 34 to derive the combustion exhaust gas, and the combustion exhaust gas. A heat exchanger 12 (condenser) that condenses the contained water vapor to generate condensed water, and a condensate that is arranged above the reforming unit 33 and below the heat exchanger 12 and supplied from the heat exchanger 12. The reforming water tank 15 that stores water as reforming water and supplies it to the reforming section 33 is connected to the reforming water tank 15 and the reforming section 33, and the reforming water in the reforming water tank 15 is connected. It is provided with a reforming water supply pipe 11b that drops water by its own weight and supplies it to the reforming unit 33, and a supply flow rate adjusting device 18 provided in the reforming water supply pipe 11b that adjusts the supply flow rate of the reforming water. ..

これによれば、燃料電池システム１においては、改質水タンク１５は、改質部３３の上方かつ熱交換器１２の下方に配置される。換言すると、上から順番に熱交換器１２、改質水タンク１５、改質部３３が配置されることとなる。その結果、熱交換器１２で生成された凝縮水は、自重によって改質水タンク１５に改質水として貯水され、さらに、改質水タンク１５内の改質水は、自重によって（蒸発部３２を経由して）改質部３３に供給される。このように、ポンプなどの供給装置（例えば改質水ポンプ）を設けなくても、改質水タンク１５内の改質水は改質部３３に供給することができる。よって、改質水ポンプを省略してコストを低減させることができる燃料電池システム１を提供することができる。 According to this, in the fuel cell system 1, the reformed water tank 15 is arranged above the reforming unit 33 and below the heat exchanger 12. In other words, the heat exchanger 12, the reforming water tank 15, and the reforming unit 33 are arranged in this order from the top. As a result, the condensed water generated in the heat exchanger 12 is stored as reforming water in the reforming water tank 15 by its own weight, and the reforming water in the reforming water tank 15 is further stored by its own weight (evaporation unit 32). It is supplied to the reforming unit 33 (via). In this way, the reforming water in the reforming water tank 15 can be supplied to the reforming unit 33 without providing a supply device such as a pump (for example, a reforming water pump). Therefore, it is possible to provide the fuel cell system 1 which can reduce the cost by omitting the reformed water pump.

また、燃料電池システム１は、改質水供給管１１ｂに設けられ、改質水の供給流量を検知する流量センサ１９をさらに備え、供給流量調節装置１８は、流量センサ１９によって検知された供給流量を使用して改質水の供給流量を調節する。
これによれば、流量センサ１９を設けることにより、改質水の供給流量を適切に調節することができる。 Further, the fuel cell system 1 is provided in the reforming water supply pipe 11b and further includes a flow rate sensor 19 for detecting the supply flow rate of the reforming water, and the supply flow rate adjusting device 18 is a supply flow rate detected by the flow rate sensor 19. Adjust the supply flow rate of reformed water using.
According to this, by providing the flow rate sensor 19, the supply flow rate of the reforming water can be appropriately adjusted.

また、燃料電池システム１は、改質水タンク１５の水量を検出する水量センサ１５ａをさらに備え、供給流量調節装置１８は、水量センサ１５ａによって検知された改質水タンク１５の水量を使用して改質水の供給流量を調節する。
これによれば、水量センサ１５ａを設けることにより、改質水の供給流量を適切に調節することができる。 Further, the fuel cell system 1 further includes a water amount sensor 15a for detecting the amount of water in the reformed water tank 15, and the supply flow rate adjusting device 18 uses the amount of water in the reformed water tank 15 detected by the water amount sensor 15a. Adjust the supply flow rate of reformed water.
According to this, the supply flow rate of the reforming water can be appropriately adjusted by providing the water amount sensor 15a.

なお、上述した第１実施形態においては、供給流量調節装置１８は電磁弁１８ａであったが、これに代えて、点滴型調節装置１８ｂを採用するようにしてもよい。点滴型調節装置１８ｂは、図３に示すように、弾性材製の部材であるチューブ１８ｂ１と、チューブ１８ｂ１を押し潰し可能な押し潰し部１８ｂ２と、押し潰し部１８ｂ２を駆動させるモータを有する駆動部１８ｂ３と、貯留部１８ｂ４と、を備えている。
チューブ１８ｂ１は、ポリ塩化ビニル、ポリブタジエン、シリコーンゴムなどの弾性材で管状に形成されている。チューブ１８ｂ１は、改質水供給管１１ｂのいずれの部位に配置可能である。この場合、チューブ１８ｂ１は、チューブ１８ｂ１の配置場所に対応する改質水供給管１１ｂと交換されている。
押し潰し部１８ｂ２は、チューブ１８ｂ１を直径方向から挟むことにより押し潰すように構成されている。具体的には、押し潰し部１８ｂ２は、全開状態時にチューブ１８ｂ１を潰さないため、チューブ１８ｂ１の流路断面積は最大（＝π×半径２）である。押し潰し部１８ｂ２がチューブ１８ｂ１を押し潰すにつれて、チューブ１８ｂ１の流路断面積は小さくなる。押し潰し部１８ｂ２は、全閉状態時にチューブ１８ｂ１を潰すため、チューブ１８ｂ１の流路断面積は最小（＝０）である。 In the first embodiment described above, the supply flow rate adjusting device 18 is the solenoid valve 18a, but instead of this, a drip type adjusting device 18b may be adopted. As shown in FIG. 3, the drip type adjusting device 18b is a drive unit having a tube 18b1 which is a member made of an elastic material, a crushing portion 18b2 capable of crushing the tube 18b1, and a motor for driving the crushing portion 18b2. 18b3 and a storage unit 18b4 are provided.
The tube 18b1 is formed in a tubular shape with an elastic material such as polyvinyl chloride, polybutadiene, or silicone rubber. The tube 18b1 can be arranged at any part of the reforming water supply pipe 11b. In this case, the tube 18b1 is replaced with the reformed water supply pipe 11b corresponding to the location of the tube 18b1.
The crushing portion 18b2 is configured to be crushed by sandwiching the tube 18b1 from the diameter direction. Specifically, since the crushed portion 18b2 does not crush the tube 18b1 in the fully opened state, the flow path cross-sectional area of the tube 18b1 is the maximum (= π × radius 2 ). As the crushed portion 18b2 crushes the tube 18b1, the flow path cross-sectional area of the tube 18b1 becomes smaller. Since the crushed portion 18b2 crushes the tube 18b1 in the fully closed state, the flow path cross-sectional area of the tube 18b1 is the minimum (= 0).

駆動部１８ｂ３は、押し潰し部１８ｂ２を全開状態時と全閉状態時との間で駆動させる。駆動部１８ｂ３は、フィードバック制御などによって、滴下センサ１９ｂによって検知される検知供給流量が目標供給流量と一致するように制御される。
貯留部１８ｂ４は、改質水供給管１１ｂのいずれの部位であって、チューブ１８ｂ１より上流側に配置可能である。この場合、貯留部１８ｂ４は、貯留部１８ｂ４の配置場所に対応する改質水供給管１１ｂと交換されている。貯留部１８ｂ４は、改質水タンク１５から供給される改質水が水滴となって滴下し、その水滴を貯水可能に構成されている。貯留部１８ｂ４内の水位は、改質水供給管１１ｂのトラップ部１１ｂ２内の最低位置（改質水が供給されていない場合における、トラップ部１１ｂ２内の水位の最高位置）と同じ高さとなるようになっている。 The drive unit 18b3 drives the crushed unit 18b2 between the fully open state and the fully closed state. The drive unit 18b3 is controlled by feedback control or the like so that the detected supply flow rate detected by the dropping sensor 19b matches the target supply flow rate.
The storage portion 18b4 can be arranged at any portion of the reformed water supply pipe 11b on the upstream side of the tube 18b1. In this case, the storage unit 18b4 is replaced with the reformed water supply pipe 11b corresponding to the arrangement location of the storage unit 18b4. The storage unit 18b4 is configured such that the reforming water supplied from the reforming water tank 15 drops as water droplets and the water droplets can be stored. The water level in the storage section 18b4 should be the same as the lowest position in the trap section 11b2 of the reforming water supply pipe 11b (the highest position in the trap section 11b2 when the reforming water is not supplied). It has become.

貯留部１８ｂ４は、貯留部１８ｂ４の内部に滴下する水滴を検知する滴下センサ１９ｂを備えている。この滴下センサ１９ｂは、例えば赤外線センサで構成されており、水滴の数を検知することで、供給流量を検知することができる。滴下センサ１９ｂは、検知した水滴の数（供給流量）を制御装置１６に送信している。 The storage unit 18b4 includes a drop sensor 19b that detects water droplets that drop inside the storage unit 18b4. The dropping sensor 19b is composed of, for example, an infrared sensor, and can detect the supply flow rate by detecting the number of water drops. The dripping sensor 19b transmits the number of detected water droplets (supply flow rate) to the control device 16.

また、供給流量調節装置１８は、図４に示すように、ある温度(変態点)以下で変形しても、その温度以上に加熱すると、元の形状に回復する形状記憶効果を有する形状記憶部材（例えば形状記憶合金）を使用して、流路断面積を調整できる絞り弁１８ｃで構成するようにしてもよい。この場合、絞り弁１８ｃは、形状記憶部材により形成されている絞り部と、絞り部を加熱するため通電可能であるコイルと、を備えている。 Further, as shown in FIG. 4, the supply flow rate adjusting device 18 is a shape memory member having a shape memory effect that recovers to the original shape when heated above that temperature even if it is deformed below a certain temperature (transformation point). (For example, a shape memory alloy) may be used to form a throttle valve 18c whose flow path cross-sectional area can be adjusted. In this case, the throttle valve 18c includes a throttle portion formed of a shape memory member and a coil that can be energized to heat the throttle portion.

＜第２実施形態＞
次に、本発明による燃料電池システムの第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る燃料電池システム１０１は、改質水タンク１５の下方であってケーシング３１外に配置され、改質水が供給されるとともに改質水を蒸発させて改質部３３に供給する蒸発部１３２をさらに備えている点において、上述した第１実施形態と異なる。なお、第２実施形態に係る燃料電池システム１０１において、第１実施形態に係る蒸発部３２は省略されている。また、燃料電池システム１０１において、第１実施形態に係る燃料電池システム１と同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。 <Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described. The fuel cell system 101 according to the second embodiment is arranged below the reformed water tank 15 and outside the casing 31, and the reformed water is supplied and the reformed water is evaporated and supplied to the reforming unit 33. It differs from the above-described first embodiment in that it further includes an evaporation unit 132. In the fuel cell system 101 according to the second embodiment, the evaporation unit 32 according to the first embodiment is omitted. Further, in the fuel cell system 101, the same components as those of the fuel cell system 1 according to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

燃料電池システム１０１は、図５に示すように、蒸発部１３２を備えている。燃料電池システム１０１においては、改質部３３、燃料電池３４および燃焼部３６は、断熱されたケーシング３１内に収容されている。また、熱交換器１２（凝縮器）および改質水タンク１５は、ケーシング３１外に配置されている。 As shown in FIG. 5, the fuel cell system 101 includes an evaporation unit 132. In the fuel cell system 101, the reforming unit 33, the fuel cell 34, and the combustion unit 36 are housed in a heat-insulated casing 31. Further, the heat exchanger 12 (condenser) and the reforming water tank 15 are arranged outside the casing 31.

蒸発部１３２は、改質水タンク１５から自重によって落水した改質水を貯水する貯水部１３２ａと、貯水部１３２ａを加熱する加熱部１３２ｂと、改質用原料が供給されるとともに、加熱部１３２ｂの加熱によって蒸発した改質水（改質水水蒸気）に改質用原料を混合させる改質用原料混合部１３２ｃと、を備えている。 The evaporation unit 132 is supplied with a water storage unit 132a for storing the reformed water dropped by its own weight from the reforming water tank 15, a heating unit 132b for heating the water storage unit 132a, and a raw material for reforming, and the heating unit 132b. It is provided with a reforming raw material mixing unit 132c for mixing the reforming raw material with the reforming water (modified water steam) evaporated by heating.

蒸発部１３２は、改質水供給管１１ｂの他端が接続されており、改質水タンク１５からの改質水が改質水供給管１１ｂを介して供給される。改質水供給管１１ｂには、制御装置１６からの指示に応じて改質水供給管１１ｂを開閉する開閉弁１１ｂ４が設けられている。開閉弁１１ｂ４が開状態である場合、改質水タンク１５と蒸発部１３２との間が連通される。これにより、改質水タンク１５の改質水が蒸発部１３２に落水する。一方、開閉弁１１ｂ４が閉状態である場合、改質水タンク１５と蒸発部１３２との間が遮断される。これにより、蒸発部１３２の混合気体（改質水水蒸気と改質用原料との混合気体）が改質水タンク１５に流出するのを防止する。なお、開閉弁１１ｂ４は、逆止弁（改質水タンク１５から蒸発部１３２への流れは許容するが、その逆方向の流れは規制する）などで代用可能である。 The other end of the reforming water supply pipe 11b is connected to the evaporation unit 132, and the reforming water from the reforming water tank 15 is supplied via the reforming water supply pipe 11b. The reforming water supply pipe 11b is provided with an on-off valve 11b4 that opens and closes the reforming water supply pipe 11b in response to an instruction from the control device 16. When the on-off valve 11b4 is in the open state, the reforming water tank 15 and the evaporation unit 132 communicate with each other. As a result, the reformed water in the reformed water tank 15 falls into the evaporation section 132. On the other hand, when the on-off valve 11b4 is in the closed state, the space between the reforming water tank 15 and the evaporation unit 132 is cut off. This prevents the mixed gas of the evaporation unit 132 (mixed gas of the reformed water vapor and the reforming raw material) from flowing out to the reformed water tank 15. The on-off valve 11b4 can be replaced by a check valve (the flow from the reforming water tank 15 to the evaporation unit 132 is allowed, but the flow in the opposite direction is restricted) or the like.

蒸発部１３２は、改質用原料供給管１１ａの他端が接続されている。改質用原料供給管１１ａの他端は、貯水部１３２ａに接続されている。この場合、改質用原料は、改質水内に吐出された後（バブリングされた後）、改質用原料混合部１３２ｃ内に導出されて改質水水蒸気と混合される。なお、改質用原料供給管１１ａの他端は、改質用原料混合部１３２ｃに接続されていてもよい。この場合、改質用原料は、改質用原料混合部１３２ｃ内に直接供給されて改質水水蒸気と混合される。
なお、改質用原料供給管１１ａであって原料ポンプ１１ａ１と蒸発部１３２との間に、開閉弁または逆止弁を設けるようにしてもよい。開閉弁は、改質用原料供給管１１ａを開閉するものである。逆止弁は、原料ポンプ１１ａ１から蒸発部１３２への流れは許容するがその逆方向の流れは規制するものである。 The other end of the reforming raw material supply pipe 11a is connected to the evaporation unit 132. The other end of the reforming raw material supply pipe 11a is connected to the water storage portion 132a. In this case, the reforming raw material is discharged into the reforming water (after bubbling), and then is led out into the reforming raw material mixing unit 132c and mixed with the reforming water steam. The other end of the reforming raw material supply pipe 11a may be connected to the reforming raw material mixing section 132c. In this case, the reforming raw material is directly supplied into the reforming raw material mixing section 132c and mixed with the reformed water vapor.
An on-off valve or a check valve may be provided between the raw material pump 11a1 and the evaporation section 132 of the reforming raw material supply pipe 11a. The on-off valve opens and closes the reforming raw material supply pipe 11a. The check valve allows the flow from the raw material pump 11a1 to the evaporation unit 132, but regulates the flow in the opposite direction.

蒸発部１３２は、混合気体供給管１１ｆが接続されている。混合気体供給管１１ｆの一端は、蒸発部１３２の改質用原料混合部１３２ｃに臨んで接続され、混合気体供給管１１ｆの他端は、改質部３３に接続されている。混合気体供給管１１ｆは、蒸発部１３２の改質用原料混合部１３２ｃで混合された混合気体を改質部３３に供給する。混合気体供給管１１ｆは、改質水を改質部３３に供給する改質水供給管１１ｂとしても機能する。 A mixed gas supply pipe 11f is connected to the evaporation unit 132. One end of the mixed gas supply pipe 11f is connected to the reforming raw material mixing section 132c of the evaporation section 132, and the other end of the mixed gas supply pipe 11f is connected to the reforming section 33. The mixed gas supply pipe 11f supplies the mixed gas mixed by the reforming raw material mixing section 132c of the evaporation section 132 to the reforming section 33. The mixed gas supply pipe 11f also functions as a reforming water supply pipe 11b for supplying the reforming water to the reforming unit 33.

貯水部１３２ａは、蒸発部１３２の容器１３２ｄ内の下方であって改質水が溜まる部分である。
加熱部１３２ｂは、蒸発部１３２の容器１３２ｄに設けられ、貯水部１３２ａひいては貯水部１３２ａに溜まっている改質水を加熱する。加熱部１３２ｂは、例えば、電気ヒータで構成されている。具体的には、加熱部１３２ｂは、蒸発部１３２の容器１３２ｄの外周に巻き付けられているヒータ線（特に好ましくは、外周全面に巻き付けられているヒータ線）を備えている。加熱部１３２ｂは、制御装置１６からの指示に応じてヒータ線の温度を調整するように構成されている。
改質用原料混合部１３２ｃは、蒸発部１３２の容器１３２ｄ内のうち貯水部１３２ａの上方の空間であって、蒸発した改質水（改質水水蒸気）と改質用原料とが混合される部分である。 The water storage unit 132a is a portion below the container 132d of the evaporation unit 132 where the reformed water is stored.
The heating unit 132b is provided in the container 132d of the evaporation unit 132, and heats the reformed water stored in the water storage unit 132a and thus in the water storage unit 132a. The heating unit 132b is composed of, for example, an electric heater. Specifically, the heating unit 132b includes a heater wire wound around the outer circumference of the container 132d of the evaporation unit 132 (particularly preferably, a heater wire wound around the entire outer circumference). The heating unit 132b is configured to adjust the temperature of the heater wire in response to an instruction from the control device 16.
The reforming raw material mixing section 132c is a space above the water storage section 132a in the container 132d of the evaporation section 132, and the evaporated reforming water (modified water steam) and the reforming raw material are mixed. It is a part.

蒸発部１３２は、加熱部１３２ｂによって調整された温度に応じて改質水（改質水水蒸気）の供給流量を調節する供給流量調節装置である。
詳述すると、改質用原料混合部１３２ｃの温度（貯水部１３２ａの水温）と改質水水蒸気の露点温度とは相関関係（第１相関関係）がある。この第１相関関係を図６に示す。図６に示すように、第１相関関係は、改質用原料混合部１３２ｃの温度（貯水部１３２ａの水温）が高くなるほど、露点温度が高くなる、関係である。また、露点温度と飽和水蒸気圧（飽和水蒸気量）とは相関関係（第２相関関係）がある。この第２相関関係を図７に示す。第２相関関係は、露点温度が高くなるほど、改質用原料混合部１３２ｃ内の飽和水蒸気圧が高くなる（飽和水蒸気量が多くなる）、関係である。よって、改質用原料混合部１３２ｃの温度（貯水部１３２ａの水温）と飽和水蒸気圧（飽和水蒸気量）とも相関関係（第３相関関係）がある。すなわち、第３相関関係は、改質用原料混合部１３２ｃの温度（貯水部１３２ａの水温）が高くなるほど、改質用原料混合部１３２ｃ内の飽和水蒸気圧が高くなる（飽和水蒸気量が多くなる）、関係である。 The evaporation unit 132 is a supply flow rate adjusting device that adjusts the supply flow rate of the reformed water (reformed water steam) according to the temperature adjusted by the heating unit 132b.
More specifically, there is a correlation (first correlation) between the temperature of the reforming raw material mixing section 132c (water temperature of the water storage section 132a) and the dew point temperature of the reformed water vapor. This first correlation is shown in FIG. As shown in FIG. 6, the first correlation is that the higher the temperature of the reforming raw material mixing section 132c (water temperature of the water storage section 132a), the higher the dew point temperature. Further, there is a correlation (second correlation) between the dew point temperature and the saturated water vapor pressure (saturated water vapor amount). This second correlation is shown in FIG. The second correlation is that the higher the dew point temperature, the higher the saturated water vapor pressure in the reforming raw material mixing portion 132c (the amount of saturated water vapor increases). Therefore, there is a correlation (third correlation) between the temperature of the reforming raw material mixing unit 132c (water temperature of the water storage unit 132a) and the saturated water vapor pressure (saturated water vapor amount). That is, the third correlation is that the higher the temperature of the reforming raw material mixing section 132c (water temperature of the water storage section 132a), the higher the saturated water vapor pressure in the reforming raw material mixing section 132c (the amount of saturated water vapor increases). ), Relationship.

これを利用することにより、貯水部１３２ａの温度（水温）を調節すれば、改質水水蒸気量ひいては改質水の供給流量を調節することができる。具体的には、制御装置１６は、温度センサ３３ａから入力した改質部３３の温度が、所望の改質水供給流量に応じた所望の温度となるように、加熱部１３２ｂの温度を調節する（例えばフィードバック制御）。これにより、制御装置１６は、所望の改質水供給流量を改質部３３に供給することができる。
なお、制御装置１６は、改質部３３の温度でなく、改質用原料混合部１３２ｃの温度、貯水部１３２ａの水温、混合気体供給管１１ｆの温度を用いて上述した調節を行ってもよい。このとき、それぞれの温度を検出する温度センサを設けることが好ましい。 By utilizing this, if the temperature (water temperature) of the water storage unit 132a is adjusted, the amount of steam of the reformed water and the supply flow rate of the reformed water can be adjusted. Specifically, the control device 16 adjusts the temperature of the heating unit 132b so that the temperature of the reforming unit 33 input from the temperature sensor 33a becomes a desired temperature according to a desired reforming water supply flow rate. (For example, feedback control). As a result, the control device 16 can supply the desired reforming water supply flow rate to the reforming unit 33.
The control device 16 may perform the above-mentioned adjustment using not the temperature of the reforming unit 33 but the temperature of the reforming raw material mixing unit 132c, the water temperature of the water storage unit 132a, and the temperature of the mixed gas supply pipe 11f. .. At this time, it is preferable to provide a temperature sensor that detects each temperature.

上述した説明から明らかなように、本第２実施形態の燃料電池システム１０１においては、燃料電池３４、改質部３３および燃焼部３６は、断熱されたケーシング３１内に収容され、熱交換器１２（凝縮器）および改質水タンク１５は、ケーシング３１外に配置されている。燃料電池システム１０１は、改質水タンク１５の下方であってケーシング３１外に配置され、改質水が供給されるとともに改質水を蒸発させて改質部３３に供給する蒸発部１３２をさらに備えている。蒸発部１３２は、改質水タンク１５から自重によって落水した改質水を貯水する貯水部１３２ａと、貯水部１３２ａを加熱する加熱部１３２ｂと、改質用原料が供給されるとともに、加熱部１３２ｂの加熱によって蒸発した改質水に改質用原料を混合させる改質用原料混合部１３２ｃと、を備えている。蒸発部１３２は、加熱部１３２ｂによって調整された温度に応じて改質水の供給流量を調節する供給流量調節装置である。 As is clear from the above description, in the fuel cell system 101 of the second embodiment, the fuel cell 34, the reforming unit 33, and the combustion unit 36 are housed in the insulated casing 31 and the heat exchanger 12 The (condenser) and the reforming water tank 15 are arranged outside the casing 31. The fuel cell system 101 is arranged below the reformed water tank 15 and outside the casing 31, and further includes an evaporation unit 132 to which the reformed water is supplied and the reformed water is evaporated and supplied to the reformed unit 33. I have. The evaporation unit 132 is supplied with a water storage unit 132a for storing the reformed water dropped by its own weight from the reforming water tank 15, a heating unit 132b for heating the water storage unit 132a, and a raw material for reforming, and the heating unit 132b. It is provided with a reforming raw material mixing unit 132c for mixing the reforming raw material with the reforming water evaporated by heating. The evaporation unit 132 is a supply flow rate adjusting device that adjusts the supply flow rate of reforming water according to the temperature adjusted by the heating unit 132b.

これによれば、供給流量調節装置である蒸発部１３２は、加熱部１３２ｂによって貯水部１３２ａひいては改質水の温度を調節することにより、改質水の供給流量を所望の供給流量に調節することができる。このように、ポンプなどの供給装置を設けなくても、改質水タンク１５内の改質水は改質部３３に供給することができる。よって、改質水ポンプを省略してコストを低減させることができる燃料電池システム１０１を提供することができる。 According to this, the evaporation unit 132, which is a supply flow rate adjusting device, adjusts the supply flow rate of the reforming water to a desired supply flow rate by adjusting the temperature of the water storage unit 132a and thus the reforming water by the heating unit 132b. Can be done. In this way, the reforming water in the reforming water tank 15 can be supplied to the reforming unit 33 without providing a supply device such as a pump. Therefore, it is possible to provide the fuel cell system 101 that can reduce the cost by omitting the reformed water pump.

また、部分負荷時（負荷変動時）に改質用原料の供給量が負荷変動前と比較して多くなった場合であっても、改質水水蒸気は安定的に供給することができる。貯水部１３２ａの温度を一定に維持することにより所望の改質水を供給することができるため、ｓ／ｃを一定にすることができるからである。
さらには、ｓ／ｃを一定にすることができるため、改質部３３の改質触媒の劣化を抑制することができる。 Further, even when the supply amount of the reforming raw material is larger than that before the load fluctuation at the time of partial load (load fluctuation), the reformed water vapor can be stably supplied. This is because the desired reformed water can be supplied by keeping the temperature of the water storage unit 132a constant, so that the s / c can be made constant.
Furthermore, since the s / c can be kept constant, deterioration of the reforming catalyst of the reforming unit 33 can be suppressed.

また、燃料電池モジュール１１（３０）内に蒸発部を配置する場合には、その蒸発部において蒸発に伴う吸熱反応によって燃料電池モジュール１１（３０）の温度が低下するおそれがあった。これに対して、本第２実施形態においては、蒸発部１３２は、燃料電池モジュール１１（３０）内でなく、燃料電池モジュール１１（３０）の外に配置することができる。よって、蒸発に伴う吸熱反応によって燃料電池モジュール１１（３０）の温度が低下することを抑制することができる。 Further, when the evaporation portion is arranged in the fuel cell module 11 (30), the temperature of the fuel cell module 11 (30) may decrease due to the endothermic reaction accompanying the evaporation in the evaporation portion. On the other hand, in the second embodiment, the evaporation unit 132 can be arranged outside the fuel cell module 11 (30) instead of inside the fuel cell module 11 (30). Therefore, it is possible to prevent the temperature of the fuel cell module 11 (30) from dropping due to the endothermic reaction accompanying evaporation.

さらに、前述した燃料電池システム１０１の第２実施形態の第１変形例（改質水タンクレス）について、図８を参照して説明する。本第１変形例に係る燃料電池システム１０１は、改質水タンク１５が省略されている点で、前述した第２実施形態と異なる。燃料電池システム１０１において、第２実施形態に係る燃料電池システム１０１と同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。 Further, a first modification (reformed water tankless) of the second embodiment of the fuel cell system 101 described above will be described with reference to FIG. The fuel cell system 101 according to the first modification is different from the above-described second embodiment in that the reformed water tank 15 is omitted. In the fuel cell system 101, the same components as those of the fuel cell system 101 according to the second embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

改質水供給管１１ｂの一端は、改質水タンク１５ではなく、水精製器１４に接続されている。図８においては、改質水供給管１１ｂの一端は、凝縮水を上方から流入し純水を下方から流出する水精製器１４の下部に接続されている。なお、凝縮水を一方の上方から流入し純水を他方の上方から流出する水精製器１４の場合には、改質水供給管１１ｂの一端は、水精製器１４の上部に接続されている。 One end of the reformed water supply pipe 11b is connected to the water purifier 14 instead of the reformed water tank 15. In FIG. 8, one end of the reformed water supply pipe 11b is connected to the lower part of the water purifier 14 in which condensed water flows in from above and pure water flows out from below. In the case of the water purifier 14 in which condensed water flows in from above one side and pure water flows out from above the other, one end of the reformed water supply pipe 11b is connected to the upper part of the water purifier 14. ..

この本第１変形例による燃料電池システム１０１は、改質部３３の上方かつ熱交換器１２（凝縮器）の下方に配置され、熱交換器１２から供給された凝縮水を精製して導出する水精製器１４をさらに備えている。燃料電池３４、改質部３３および燃焼部３６は、断熱されたケーシング３１内に収容され、熱交換器１２および水精製器１４は、ケーシング３１外に配置されている。燃料電池システム１０１は、ケーシング３１外に配置され、水精製器１４から凝縮水が供給されるとともに供給された凝縮水を蒸発させて改質部３３に供給する蒸発部１３２をさらに備えている。蒸発部１３２は、水精製器１４から供給された凝縮水（純水化された凝縮水が好ましい。）を改質水として貯水する（改質水タンクである）貯水部１３２ａと、貯水部１３２ａを加熱する加熱部１３２ｂと、改質用原料が供給されるとともに、加熱部１３２ｂの加熱によって蒸発した改質水に改質用原料を混合させる改質用原料混合部１３２ｃと、を備えている。蒸発部１３２は、加熱部１３２ｂによって調整された温度に応じて改質水の供給流量を調節する供給流量調節装置である。なお、貯水部１３２ａは、上述した改質水タンク１５と同様に機能するタンクである。 The fuel cell system 101 according to the first modification of the present invention is arranged above the reforming unit 33 and below the heat exchanger 12 (condenser), and purifies and derives the condensed water supplied from the heat exchanger 12. A water purifier 14 is further provided. The fuel cell 34, the reforming unit 33, and the combustion unit 36 are housed in the insulated casing 31, and the heat exchanger 12 and the water purifier 14 are arranged outside the casing 31. The fuel cell system 101 is arranged outside the casing 31, and further includes an evaporation unit 132 in which condensed water is supplied from the water purifier 14 and the supplied condensed water is evaporated and supplied to the reforming unit 33. The evaporation unit 132 stores the condensed water (preferably purified water) supplied from the water purifier 14 as the reforming water (the reforming water tank), and the water storage unit 132a and the water storage unit 132a. It is provided with a heating unit 132b for heating the above, and a reforming raw material mixing unit 132c for mixing the reforming raw material with the reforming water evaporated by heating the heating unit 132b while supplying the reforming raw material. .. The evaporation unit 132 is a supply flow rate adjusting device that adjusts the supply flow rate of reforming water according to the temperature adjusted by the heating unit 132b. The water storage unit 132a is a tank that functions in the same manner as the reformed water tank 15 described above.

これによれば、燃料電池システム１０１においては、水精製器１４は、改質部３３の上方かつ熱交換器１２の下方に配置される。換言すると、上から順番に熱交換器１２、水精製器１４、改質部３３が配置されることとなる。その結果、熱交換器１２で生成された凝縮水は、自重によって水精製器１４に供給される。さらに、蒸発部１３２は、水精製器１４から凝縮水が供給されるとともに供給された凝縮水を蒸発させて改質部３３に供給する。このとき、蒸発部１３２は、加熱部１３２ｂによって調整された温度に応じて改質水の供給流量を調節する。このように、ポンプなどの供給装置を設けなくても、さらには専用の改質水タンクを設けなくても、熱交換器１２にて生成された凝縮水は改質部３３に供給することができる。よって、専用の改質水タンクおよび改質水ポンプを省略してコストを低減させることができる燃料電池システム１０１を提供することができる。
なお、蒸発部１３２は、水精製器１４と同じ高さに設置するようにしてもよい（図９参照）。この場合、水精製器１４は、U字状に形成され、凝縮水を一方の上方から流入し純水を他方の上方から流出するように構成されている。熱交換器１２から自重によって凝縮水が落水して一方の上方から流入すると、水精製器１４内の純水が他方の上方から流出する。 According to this, in the fuel cell system 101, the water purifier 14 is arranged above the reforming unit 33 and below the heat exchanger 12. In other words, the heat exchanger 12, the water purifier 14, and the reforming unit 33 are arranged in order from the top. As a result, the condensed water generated in the heat exchanger 12 is supplied to the water purifier 14 by its own weight. Further, the evaporation unit 132 evaporates the condensed water supplied from the water purifier 14 and supplies the supplied condensed water to the reforming unit 33. At this time, the evaporation unit 132 adjusts the supply flow rate of the reforming water according to the temperature adjusted by the heating unit 132b. In this way, the condensed water generated by the heat exchanger 12 can be supplied to the reforming unit 33 without providing a supply device such as a pump or a dedicated reforming water tank. can. Therefore, it is possible to provide the fuel cell system 101 that can reduce the cost by omitting the dedicated reformed water tank and the reformed water pump.
The evaporation unit 132 may be installed at the same height as the water purifier 14 (see FIG. 9). In this case, the water purifier 14 is formed in a U shape so that condensed water flows in from above one side and pure water flows out from above the other side. When condensed water falls from the heat exchanger 12 due to its own weight and flows in from above one side, the pure water in the water purifier 14 flows out from above the other side.

さらに、前述した燃料電池システム１０１の第２実施形態の第２変形例（加熱部の変形例）について、図９を参照して説明する。本第２変形例に係る燃料電池システム１０２は、加熱部１３２ｅが燃焼排ガスを利用するように構成されている点で、上述した第２実施形態の加熱部１３２ｂ（電気ヒータで構成されている。）と異なる。燃料電池システム１０２において、第２実施形態に係る燃料電池システム１０１と同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。 Further, a second modification (a modification of the heating unit) of the second embodiment of the fuel cell system 101 described above will be described with reference to FIG. The fuel cell system 102 according to the second modification is composed of the heating unit 132b (electric heater) of the second embodiment described above in that the heating unit 132e is configured to utilize the combustion exhaust gas. ) Is different. In the fuel cell system 102, the same components as those of the fuel cell system 101 according to the second embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

加熱部１３２ｅは、蒸発部１３２の容器１３２ｄに設けられている。加熱部１３２ｅは、蒸発部１３２の容器１３２ｄの外周に巻き付けられている排気管１１ｄの一部（熱交換部：燃焼排ガスと貯水部（改質水）との間で熱交換する部分）から構成されている。加熱部１３２ｅは、蒸発部１３２の容器１３２ｄ内に配設されている排気管１１ｄの一部（熱交換部）から構成されるようにしてもよい。加熱部１３２ｅは、制御装置１６からの指示に応じて排気管１１ｄを流れる燃焼排ガスの流量を調整するように構成されている。例えば、加熱部１３２ｅは、前述した熱交換部をバイパスするバイパス部（非熱交換部）と、熱交換部と非熱交換部とを流れる燃焼排ガスの流量比を制御装置１６からの指示に応じて調節する流量比調節部と、をさらに備えている。
これによれば、加熱部として電気ヒータなどを別途設けなくても、改質水を調節可能に加熱することができる。また、燃焼排ガスの熱を効率的に利用することができ、高い省エネ性を図ることができる。 The heating unit 132e is provided in the container 132d of the evaporation unit 132. The heating unit 132e is composed of a part of the exhaust pipe 11d (heat exchange unit: a portion that exchanges heat between the combustion exhaust gas and the water storage unit (modified water)) that is wound around the outer periphery of the container 132d of the evaporation unit 132. Has been done. The heating unit 132e may be composed of a part (heat exchange unit) of the exhaust pipe 11d arranged in the container 132d of the evaporation unit 132. The heating unit 132e is configured to adjust the flow rate of the combustion exhaust gas flowing through the exhaust pipe 11d in response to an instruction from the control device 16. For example, the heating unit 132e responds to an instruction from the control device 16 to determine the flow rate ratio of the combustion exhaust gas flowing between the heat exchange unit and the non-heat exchange unit and the bypass unit (non-heat exchange unit) that bypasses the heat exchange unit described above. It is further provided with a flow ratio adjusting unit for adjusting the flow ratio.
According to this, the reformed water can be heated in an adjustable manner without separately providing an electric heater or the like as a heating unit. In addition, the heat of the combustion exhaust gas can be efficiently used, and high energy saving can be achieved.

１，１０１，１０２…燃料電池システム、１０…発電ユニット、１１…燃料電池モジュール、１１ａ１…原料ポンプ、１１ｃ１…カソードエアブロワ、１１ｆ…、混合気体供給管、１２…熱交換器（凝縮器）、１３…インバータ装置、１５…改質水タンク、１５ａ…水量センサ、１６…制御装置、１７ｃ…外部電力負荷、１８…供給流量調節装置、１８ａ…電磁弁、１８ｂ…点滴型調節装置、１８ｃ…絞り弁、２１…貯湯槽、２２…貯湯水循環ライン、３２…蒸発部、３３…改質部、３３ａ…温度センサ、３４…燃料電池、３６…燃焼空間（燃焼部）、１３２…蒸発部（供給流量調節装置）、１３２ａ…貯水部、１３２ｂ，１３２ｅ…加熱部、１３２ｃ…改質用原料混合部。 1,101,102 ... Fuel cell system, 10 ... Power generation unit, 11 ... Fuel cell module, 11a1 ... Raw material pump, 11c1 ... Cathode air blower, 11f ..., Mixed gas supply pipe, 12 ... Heat exchanger (condenser), 13 ... Inverter device, 15 ... Remodeling water tank, 15a ... Water amount sensor, 16 ... Control device, 17c ... External power load, 18 ... Supply flow rate adjusting device, 18a ... Electromagnetic valve, 18b ... Drip type adjusting device, 18c ... Squeeze Valve, 21 ... hot water storage tank, 22 ... hot water storage water circulation line, 32 ... evaporative part, 33 ... reforming part, 33a ... temperature sensor, 34 ... fuel cell, 36 ... combustion space (combustion part), 132 ... evaporative part (supply flow rate) (Adjusting device), 132a ... Water storage unit, 132b, 132e ... Heating unit, 132c ... Raw material mixing unit for reforming.

Claims (2)

燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
改質用原料と改質水とから前記燃料を生成して前記燃料電池に前記燃料を供給する改質部と、
前記燃料電池からの燃料オフガスと酸化剤ガスとを燃焼させて燃焼排ガスを導出する燃焼部と、
前記燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する凝縮器と、
前記改質部の上方かつ前記凝縮器の下方に配置され、前記凝縮器から供給された凝縮水を前記改質水として貯水するとともに前記改質部に前記改質水を供給する改質水タンクと、
前記改質水タンクと前記改質部とを接続するとともに、前記改質水タンク内の前記改質水を自重により落水させて前記改質部に供給する改質水供給管と、
前記改質水供給管に設けられ、前記改質水の供給流量を調節する供給流量調節装置と、
前記改質水タンクの下方に配置され、前記改質水が供給されるとともに前記改質水を蒸発させて前記改質部に供給する蒸発部と、を備え、
前記燃料電池、前記改質部および前記燃焼部は、断熱されたケーシング内に収容され、
前記凝縮器、前記改質水タンクおよび前記蒸発部は、前記ケーシング外に配置され、
前記蒸発部は、
前記改質水タンクから自重によって落水した前記改質水を貯水する貯水部と、
前記貯水部を加熱する加熱部と、
前記改質用原料が供給されるとともに、前記加熱部の加熱によって蒸発した前記改質水に前記改質用原料を混合させる改質用原料混合部と、
を備え、
前記蒸発部は、前記加熱部によって調整された温度に応じて前記改質水の供給流量を調節する前記供給流量調節装置である、燃料電池システム。 Fuel cells that generate electricity from fuel and oxidant gas,
A reforming unit that generates the fuel from the reforming raw material and the reforming water and supplies the fuel to the fuel cell.
A combustion unit that burns the fuel off gas and the oxidant gas from the fuel cell to derive the combustion exhaust gas, and
A condenser that condenses the water vapor contained in the combustion exhaust gas to generate condensed water,
A reforming water tank that is arranged above the reforming section and below the condenser, stores the condensed water supplied from the condenser as the reforming water, and supplies the reforming water to the reforming section. When,
A reforming water supply pipe that connects the reforming water tank and the reforming portion and drops the reforming water in the reforming water tank by its own weight to supply the reforming portion.
A supply flow rate adjusting device provided in the reforming water supply pipe and adjusting the supply flow rate of the reforming water ,
It is provided below the reforming water tank, and includes an evaporation section to which the reforming water is supplied and the reforming water is evaporated and supplied to the reforming section.
The fuel cell, the reforming part and the combustion part are housed in a heat-insulated casing.
The condenser, the reformed water tank, and the evaporator are arranged outside the casing.
The evaporation part is
A water storage unit that stores the reformed water that has fallen from the reformed water tank due to its own weight, and
A heating unit that heats the water storage unit and
A reforming raw material mixing section in which the reforming raw material is supplied and the reforming raw material is mixed with the reforming water evaporated by heating the heating section.
With
The evaporating unit is the supply flow control device to control the supply flow rate of the reforming water depending on the temperature which is adjusted by the heating unit, fuel cell systems. 燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
改質用原料と改質水とから前記燃料を生成して前記燃料電池に前記燃料を供給する改質部と、
前記燃料電池からの燃料オフガスと酸化剤ガスとを燃焼させて燃焼排ガスを導出する燃焼部と、
前記燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する凝縮器と、
前記改質部の上方かつ前記凝縮器の下方に配置され、前記凝縮器から供給された凝縮水を前記改質水として貯水するとともに前記改質部に前記改質水を供給する改質水タンクと、
前記改質水タンクと前記改質部とを接続するとともに、前記改質水タンク内の前記改質水を自重により落水させて前記改質部に供給する改質水供給管と、
前記改質水供給管に設けられ、前記改質水の供給流量を調節する供給流量調節装置と、
前記改質部の上方かつ前記凝縮器の下方に配置され、前記凝縮器から供給された凝縮水を精製して導出する水精製器と、
前記水精製器から前記凝縮水が供給されるとともに供給された前記凝縮水を蒸発させて前記改質部に供給する蒸発部と、を備え、
前記燃料電池、前記改質部および前記燃焼部は、断熱されたケーシング内に収容され、
前記凝縮器、前記水精製器および前記蒸発部は、前記ケーシング外に配置され、
前記蒸発部は、
前記水精製器から供給された前記凝縮水を前記改質水として貯水する、前記改質水タンクである貯水部と、
前記貯水部を加熱する加熱部と、
前記改質用原料が供給されるとともに、前記加熱部の加熱によって蒸発した前記改質水に前記改質用原料を混合させる改質用原料混合部と、
を備え、
前記蒸発部は、前記加熱部によって調整された温度に応じて前記改質水の供給流量を調節する前記供給流量調節装置である、燃料電池システム。 Fuel cells that generate electricity from fuel and oxidant gas,
A reforming unit that generates the fuel from the reforming raw material and the reforming water and supplies the fuel to the fuel cell.
A combustion unit that burns the fuel off gas and the oxidant gas from the fuel cell to derive the combustion exhaust gas, and
A condenser that condenses the water vapor contained in the combustion exhaust gas to generate condensed water,
A reforming water tank that is arranged above the reforming section and below the condenser, stores the condensed water supplied from the condenser as the reforming water, and supplies the reforming water to the reforming section. When,
A reforming water supply pipe that connects the reforming water tank and the reforming portion and drops the reforming water in the reforming water tank by its own weight to supply the reforming portion.
A supply flow rate adjusting device provided in the reforming water supply pipe and adjusting the supply flow rate of the reforming water ,
A water purifier that is arranged above the reforming section and below the condenser to purify and derive the condensed water supplied from the condenser.
The water purifier includes an evaporating unit in which the condensed water is supplied and the supplied condensed water is evaporated and supplied to the reforming unit.
The fuel cell, the reforming part and the combustion part are housed in a heat-insulated casing.
The condenser, the water purifier and the evaporator are arranged outside the casing.
The evaporation part is
The water storage unit, which is the reformed water tank, stores the condensed water supplied from the water purifier as the reformed water.
A heating unit that heats the water storage unit and
A reforming raw material mixing section in which the reforming raw material is supplied and the reforming raw material is mixed with the reforming water evaporated by heating the heating section.
With
The fuel cell system, wherein the evaporation unit is the supply flow rate adjusting device that adjusts the supply flow rate of the reformed water according to the temperature adjusted by the heating unit.
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