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JP2004071471A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2004071471A
JP2004071471A JP2002231912A JP2002231912A JP2004071471A JP 2004071471 A JP2004071471 A JP 2004071471A JP 2002231912 A JP2002231912 A JP 2002231912A JP 2002231912 A JP2002231912 A JP 2002231912A JP 2004071471 A JP2004071471 A JP 2004071471A
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JP
Japan
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fuel cell
tank
fuel gas
fuel
cell system
Prior art date
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Ceased
Application number
JP2002231912A
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Japanese (ja)
Inventor
Akinari Nakamura
彰成 中村
Masataka Ozeki
正高 尾関
Yoshikazu Tanaka
良和 田中
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】固体高分子形燃料電池の安全運転をより低消費電力・低コスト・小サイズで実現する必要があった。
【解決手段】燃料ガスが燃料ガス入口から流れ込んで燃料ガス出口から流れ出るように通流する燃料電池11と、燃料ガスが燃料電池11をバイパスして通流できるようにするための、燃料ガス入口と燃料ガス出口との間をバイパスするバイパス路13と、燃料ガスが、燃料電池11を通流するか、バイパス路13を通流するかを切り替えるための切替弁14と、燃料ガスがバイパス路13を通流するように切り替えが行われている場合において、燃料ガスの燃料電池11側への逆流を防止するための、燃料ガス出口側に設けられた逆止弁15とを備えた燃料電池システムである。
【選択図】 図1
It is necessary to realize safe operation of a polymer electrolyte fuel cell with lower power consumption, lower cost, and smaller size.
A fuel cell (11) through which fuel gas flows in from a fuel gas inlet and flows out of a fuel gas outlet, and a fuel gas inlet for allowing fuel gas to flow through the fuel cell (11). Passage 13 for bypassing between the fuel gas outlet and the fuel gas, a switching valve 14 for switching whether the fuel gas flows through the fuel cell 11 or the bypass passage 13, And a check valve 15 provided on the fuel gas outlet side to prevent the fuel gas from flowing back to the fuel cell 11 when the switching is performed so that the fuel gas flows through the fuel cell 11. System.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子形の燃料電池を用いて発電を行うための燃料電池システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
以下に、従来の固体高分子形燃料電池システムの構成および動作について、図面を参照しながら説明する。
【0003】
従来の固体高分子形燃料電池システムを示す構成図である図10に示すように、従来の固体高分子形燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池1と、燃料ガス供給排出系、酸化剤としての空気供給排出系、燃料電池冷却系の各経路を備える。
【0004】
燃料ガス供給排出系の経路には、燃料ガスの供給側に天然ガスなどの原料ガスを水蒸気改質し水素リッチな燃料ガスを生成する燃料処理器2と、燃料ガスを加湿する加湿器3とを備える。また、燃料ガスの排出側に燃料電池1より排出される排気燃料ガスを冷却し含まれる水蒸気を凝縮させる凝縮器4と凝縮水タンク5と、天然ガスなどの燃焼ガスと排気燃料ガスとを燃焼させ燃料処理器2を加熱するバーナ6と、燃焼用の空気を供給する燃焼ファン7を備える。さらに、燃料電池1をバイパスするバイパス路8と、燃料ガスの流路を燃料電池1またはバイパス路8に切り替えることができる切替弁9と、バイパス路8を通流する燃料ガスの逆流を防止するための開閉弁10とを備える。
【0005】
燃料処理器2で生成した燃料ガスには、水素以外に水蒸気と二酸化炭素や微量の一酸化炭素を含む。燃料処理器2で生成された燃料ガスは、加湿器3で凝縮水タンク5などより供給される水を用いて加湿される。加湿された燃料ガスは、システム起動時などの燃料ガスに一酸化炭素が多く含まれる場合は切替弁9によってバイパス路8を経由して凝縮器4へと送られる。
【0006】
このときは開閉弁10を閉として、一酸化炭素が多く含まれる燃料ガスの逆流を防ぐ。
【0007】
逆に、燃料ガス中の一酸化濃度が充分に低い場合には、開閉弁10を開とし、切替弁9によって燃料電池1へ供給され、供給空気とともに発電を行う。
【0008】
これは、固体高分子形燃料電池システムは、リン酸形の場合(約200℃)などに比べて燃料電池1が80℃程度という非常に低い温度で動作するため、リン酸形燃料電池の場合は、一酸化炭素を数%含んだ燃料ガスが燃料電池1へ供給されても問題ないが、固体高分子形燃料電池の場合は、一酸化炭素を数十ppm以上の割合で含む燃料ガスが燃料電池1に供給されても、燃料電池1にある触媒が被毒して発電性能が劣化するためである。
【0009】
燃料電池1からは、発電に用いられなかった水素と水蒸気と二酸化炭素と一酸化炭素の混合ガスが排出される。排出された排気燃料ガスは、開閉弁10を通流後、凝縮器4によって冷却され含有水蒸気を除湿された後、バーナ6に供給される。バーナ6では、天然ガスなどの燃焼ガスと排気燃料ガスを燃焼し、燃料処理器2の温度を原料ガスから水素リッチな燃料ガスを生成するのに必要な温度(約700℃)に維持する。
【0010】
同様に、起動時に切替弁9によってバイパス路8を経由した燃料ガスも、凝縮器4によって除湿された後、バーナ6に供給され、燃焼ガスとともにまたは燃料ガスのみで燃焼される。
【0011】
また、凝縮器4で除湿された水は、凝縮水タンク5に蓄水され、加湿水として加湿器3などに供給される。ときには、水蒸気改質用の水として燃料処理器2に供給される場合もある。
【0012】
起動時には、加湿器3を出たすべての燃料ガスは切替弁9によりバイパス路8を経由した後、凝縮器4によって除湿される。また、バイパス路8を経由した一酸化炭素が多く含まれる燃料ガスは、開閉弁10を閉にすることにより燃料電池1への逆流を防ぐ。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の固体高分子形燃料電池システムの開閉弁10には、電磁弁や電動弁を用いなければならないという課題があった。
【0014】
より具体的に述べると、このような開閉弁の動作には電力が必要であるため、電磁弁を開または閉に保持するときや電動弁を開閉するときに、消費電力を増加させてしまう。また、部品点数増大のためにコストが高くなったり、開閉弁の装備のためにシステムサイズが大きくなってしまったりする。また、電気的/機構的不具合により開閉弁が固着/閉塞し、燃料電池1および燃料処理器2の圧力が上昇してしまうこともある。
【0015】
本発明は、上記従来のこのような課題を考慮し、たとえば固体高分子形燃料電池の安全運転をより低消費電力・低コスト・小サイズで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ものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
第1の本発明は、燃料ガスが燃料ガス入口から流れ込んで燃料ガス出口から流れ出るように通流する燃料電池と、
前記燃料ガスが前記燃料電池をバイパスして通流できるようにするための、前記燃料ガス入口と前記燃料ガス出口との間をバイパスするバイパス路と、
前記燃料ガスが、前記燃料電池を通流するか、前記バイパス路を通流するかを切り替える切替手段と、
前記燃料ガスが前記バイパス路を通流するように前記切り替えが行われている場合において、前記燃料ガスの前記燃料電池側への逆流を防止する、前記燃料ガス出口側に設けられた逆止弁とを備えた燃料電池システムである。
【0017】
第2の本発明は、前記逆止弁は、前記燃料ガスの前記燃料電池側への逆流を防止するための弁体と、前記燃料ガスが前記バイパス路を通流するように前記切り替えが行われている場合において前記弁体が押圧される弁座とを有する第1の本発明の燃料電池システムである。
【0018】
第3の本発明は、前記弁体の押圧は、所定の弾性体を利用して行われる第2の本発明の燃料電池システムである。
【0019】
第4の本発明は、前記弁体は、鉛直方向を基準にして前記弁座の上に載置されており、
前記弁体の押圧は、前記弁体の自重を利用して行われる第2の本発明の燃料電池システムである。
【0020】
第5の本発明は、前記燃料ガス出口と前記逆止弁との間に設けられた、凝縮した水の蓄水を行う第一タンクをさらに備えた第1の本発明の燃料電池システムである。
【0021】
第6の本発明は、前記第一タンクの水位を検知するための第一タンク水位検知手段と、
前記第一タンクに蓄水されている水の排水を、前記第一タンク水位検知手段による検知結果に基づいて行うための、前記第一タンクに設けられた排水弁とをさらに備えた第5の本発明の燃料電池システムである。
【0022】
第7の本発明は、前記燃料電池を通流した、または前記バイパス路を通流した燃料ガスが供給されるバーナと、
前記バイパス路の終点と前記バーナとの間に設けられた、凝縮した水の蓄水を行う第二タンクをさらに備えた第5または第6の本発明の燃料電池システムである。
【0023】
第8の本発明は、前記第二タンクの水位を検知するための第二タンク水位検知手段と、
少なくとも前記第二タンクに蓄水されている水の排水を、少なくとも前記第二タンク水位検知手段による前記検知結果に基づいて行うための、前記第二タンクに設けられた第二排水弁とをさらに備えた第7の本発明の燃料電池システムである。
【0024】
第9の本発明は、前記第一タンクと前記第二タンクとを連通する連通路と、
前記第一タンクの水位を検知するための第一タンク水位検知手段と、
前記第一タンクに蓄水されている水の排水を、前記第一タンク水位検知手段による検知結果に基づいて行うための、前記連通路に設けられた第一排水弁とをさらに備えた第7または第8の本発明の燃料電池システムである。
【0025】
第10の本発明は、前記第一タンクと前記第二タンクとを、前記第二タンクの水位が前記第一タンクの水位よりも高くなるように連通する連通路と、
前記第二タンクの水位を検知するための第二タンク水位検知手段と、
前記第一タンクに蓄水されている水の排水と前記第二タンクに蓄水されている水の排水とを、前記第二タンク水位検知手段による検知結果に基づいて行うための、前記第二タンクに設けられた第三排水弁とをさらに備えた第7の本発明の燃料電池システムである。
【0026】
第11の本発明は、前記バイパス路の終点と前記第二タンクとの間に設けられた、前記水を凝縮させるための凝縮器をさらに備えた第7の本発明の燃料電池システムである。
【0027】
第12の本発明は、前記逆止弁は、撥水性材料を利用して構成されている第1の本発明の燃料電池システムである。
【0028】
第13の本発明は、前記撥水性材料は、フッ素系材料である第12の本発明の燃料電池システムである。
【0029】
【実施の形態】
以下に、本発明にかかる実施の形態について、図面を参照しつつ説明を行う。
【0030】
(実施の形態1)
はじめに、図1を主として参照しながら、本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムの構成について説明する。なお、図1は、本発明の実施の形態1の固体高分子形燃料電池システムを示す構成図である。
【0031】
本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスを用いて発電を行う固体高分子形の燃料電池11と、天然ガスなどの原料ガスを水蒸気改質し水素リッチな燃料ガスを生成する燃料処理器12と、燃料ガスを通流する燃料ガス流路において燃料電池11をバイパスするバイパス路13と、燃料ガス流路を燃料電池11側とバイパス路13側に切り替える切替弁14と、バイパス路13を通流する燃料ガスの燃料電池11への逆流を防止する逆止弁15′と、バイパス路13を通流する燃料ガスまたは燃料電池11より排出される排気燃料ガスを燃焼し燃料処理器を加熱するバーナ16とを備える。
【0032】
逆止弁15′は、図2に示すように、弁座17と、弁体18と、弁座17と弁体18とが接触時に通流を防ぐシール材19と、弁体18を弁座17に押し付けるバネ20と、弁体18の駆動軸を安定させるガイド21とを備える。
【0033】
つぎに、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの動作について説明する。
【0034】
燃料処理器12内では、天然ガス等の原料ガスから水素リッチな燃料ガスを生成する改質反応を促進するために、温度が700℃程度になるようにバーナ16で加熱する。同時に、燃料処理器12は燃料ガスに含まれる一酸化炭素を燃料電池11の触媒にダメージを与えない濃度まで除去する機能も有する。
【0035】
システム起動時などの燃料ガスに一酸化炭素が多く含まれる場合には、切替弁14は燃料電池11方向を閉、バイパス路13方向を開とする。このとき燃料処理器12より排出された燃料ガスは、切替弁14によってバイパス路13に導かれ、燃料電池11をバイパスする。バイパス路13を通流した燃料ガスは、逆止弁15′によりバーナ16方向へのみ通流する。バーナ16に供給された燃料ガスは、燃焼ガスとともにまたは燃料ガスのみで燃焼される。
【0036】
このとき、逆止弁15′は、バネ20により弁体18が弁座17に押し付けられ、かつシール材19により燃料ガス流路が閉止されているため、燃料ガスの燃料電池11への逆流が防止されている。
【0037】
逆に、燃料ガス中の一酸化濃度が充分に低い場合には、切替弁14は燃料電池11方向を開、バイパス路13方向を閉とする。燃料処理器12より排出された燃料ガスは、切替弁14によって燃料電池11へ供給され、供給空気とともに発電を行う。燃料電池11からは、発電に用いられなかった水素と水蒸気と二酸化炭素と一酸化炭素の混合ガスが排出される。排出された排気燃料ガスは、逆止弁15′を通流した後、バーナ16に供給され、燃焼ガスとともにまたは排気燃料ガスのみで燃焼される。
【0038】
このとき、逆止弁15′は、バネ20による圧力より大きい圧力で燃料ガスが弁体18を押し、弁体18がガイド21によってスライドするため、燃料ガス流路が確保される。
【0039】
したがって、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの構成をとると、システム起動時などの一酸化炭素が多く含まれる燃料ガスは、バイパス路13、切替弁14、逆止弁15′により、燃料電池11に流入/逆流することはない。これによりシステム起動時などの燃料ガスに多く含まれる一酸化炭素によって、燃料電池11の触媒が被毒することを防止することを実現できる。
【0040】
本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムでは、逆流防止のために逆止弁15′を用いている。逆止弁15′の開閉には電力を使用しない。また、逆止弁15′の構成は図2に示すように極めて簡潔であるためサイズも小さく、また低コストである。
【0041】
すなわち、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの構成をとることにより、より低消費電力・低コスト・小サイズで燃料電池の触媒を被毒させない安全運転が可能な固体高分子形燃料電池システムを実現できる。
【0042】
かくして、燃料ガスを通流する燃料ガス流路において燃料電池の出入口をバイパスするバイパス路と、燃料ガス流路を燃料電池側とバイパス路側に切り替える流路切替弁とを備える燃料電池システムにおいて、バイパス路を通流する燃料ガスの燃料電池への逆流を防止する逆止弁を併せ持つことにより、より低消費電力・低コスト・小サイズで燃料電池の触媒を被毒させない安全運転が可能な固体高分子形燃料電池システムを実現できる。
【0043】
なお、切替弁14は本発明の切替手段に対応し、バネ20は本発明の弾性体に対応する。
【0044】
(実施の形態2)
はじめに、図3を主として参照しながら、本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムの構成について説明する。なお、図3は、本発明の実施の形態2の固体高分子形燃料電池システムを示す構成図である。
【0045】
本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムの構成は、前述した実施の形態1の固体高分子形燃料電池システムの構成と類似している。
【0046】
ただし、本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムは、逆止弁15を鉛直方向に設置し、かつ燃料電池11より排出される排気燃料ガスの逆止弁への通流方向を下から上へとしている。
【0047】
図4に本実施の形態における逆止弁15の構成図を示す。本実施の形態における逆止弁15は、弁体18を弁座17に押し付けるためのバネ20(図2参照)を除去した点で、前述した実施の形態1における逆止弁15′(図1参照)と異なる。
【0048】
つぎに、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの動作について説明する。
【0049】
燃料処理器12内では、天然ガス等の原料ガスから水素リッチな燃料ガスを生成する改質反応を促進するために、温度が700℃程度になるようにバーナ16で加熱する。同時に、燃料処理器12は燃料ガスに含まれる一酸化炭素を燃料電池11の触媒にダメージを与えない濃度まで除去する機能も有する。
【0050】
システム起動時などの燃料ガスに一酸化炭素が多く含まれる場合には、切替弁14は燃料電池11方向を閉、バイパス路13方向を開とする。このとき燃料処理器12より排出された燃料ガスは、切替弁14によってバイパス路13に導かれ、燃料電池11をバイパスする。バイパス路13を通流した燃料ガスは、逆止弁15によりバーナ16方向へのみ通流する。バーナ16に供給された燃料ガスは、燃焼ガスとともにまたは燃料ガスのみで燃焼される。
【0051】
このとき、逆止弁15は、弁体18の自重と逆止弁15下流からの逆圧により弁体18が弁座17に押し付けられ、かつシール材19により燃料ガス流路が閉止されているため、燃料ガスの燃料電池11への逆流が防止されている。
【0052】
逆に、燃料ガス中の一酸化濃度が充分に低い場合には、切替弁14は燃料電池11方向を開、バイパス路13方向を閉とする。燃料処理器12より排出された燃料ガスは、切替弁14によって燃料電池11へ供給され、供給空気とともに発電を行う。燃料電池11からは、発電に用いられなかった水素と水蒸気と二酸化炭素と一酸化炭素の混合ガスが排出される。排出された排気燃料ガスは、逆止弁15を通流した後、バーナ16に供給され、燃焼ガスとともにまたは排気燃料ガスのみで燃焼される。
【0053】
このとき、逆止弁15は、弁体18の自重による圧力より大きい圧力で燃料ガスが弁体18を押し、弁体18がガイド21によってスライドするため、燃料ガス流路が確保される。
【0054】
したがって、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの構成をとると、逆止弁15は、弁体18の自重と逆止弁15より下流からの逆圧で閉止する。そのため、図2に示すような弁を閉止させるバネ20は必要ない。また、弁体18も軽量にすることが可能になるため、順方向からの通流に対しても圧力損失をより低減することができる。
【0055】
すなわち、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの構成をとると、実施の形態1で示した作用に加えて、より簡潔な逆止弁構成が可能で、かつ燃料ガス流路の圧力損失を低減することが可能な固体高分子形燃料電池システムを実現できる。
【0056】
なお、図4では弁体18は複雑な形状で、かつ、シール材19は弁体18側に組み込んでいる。しかし、弁体18は球状にしても同等の効果が得られる。
【0057】
また、シール材19を、弁座17側に組み込んでも同等の効果が得られる。
【0058】
かくして、逆止弁を鉛直方向に設置し、かつ燃料電池より排出される排気燃料ガスの逆止弁への通流方向は下から上へとすることにより、より簡潔な逆止弁構成が可能で、かつ燃料ガス流路の圧力損失を低減することが可能な固体高分子形燃料電池システムを実現できる。
【0059】
(実施の形態3)
はじめに、図5を主として参照しながら、本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムの構成について説明する。なお、図5は、本発明の実施の形態3の固体高分子形燃料電池システムを示す構成図である。
【0060】
本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムの構成は、前述した実施の形態2の固体高分子形燃料電池システムの構成と類似している。
【0061】
ただし、本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムは、逆止弁15より上流の燃料ガス流路に、逆止弁15より上流で凝縮したドレン水を蓄水するドレンタンク22と、ドレンタンクに蓄水したドレン水を排出する電磁弁23′と、水位を検知する水位センサ24とをさらに備える。すなわち、ドレンタンク22と電磁弁23′と水位センサ24は、本実施の形態におけるドレン機構である。
【0062】
つぎに、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの動作について説明する。
【0063】
燃料処理器12内では、天然ガス等の原料ガスから水素リッチな燃料ガスを生成する改質反応を促進するために、温度が700℃程度になるようにバーナ16で加熱する。同時に、燃料処理器12は燃料ガスに含まれる一酸化炭素を燃料電池11の触媒にダメージを与えない濃度まで除去する機能も有する。
【0064】
システム起動時などの燃料ガスに一酸化炭素が多く含まれる場合は、切替弁14は燃料電池11方向を閉、バイパス路13方向を開とする。このとき燃料処理器12より排出された燃料ガスは、切替弁14によってバイパス路13に導かれ、燃料電池11をバイパスする。バイパス路13を通流した燃料ガスは、逆止弁15によりバーナ16方向へのみ通流する。バーナ16に供給された燃料ガスは、燃焼ガスとともにまたは燃料ガスのみで燃焼される。
【0065】
このとき、逆止弁15は、弁体18の自重と逆止弁15下流からの逆圧により弁体18が弁座17に押し付けられ、かつシール材19により燃料ガス流路が閉止されているため、燃料ガスの燃料電池11への逆流が防止されている。
【0066】
逆に、燃料ガス中の一酸化濃度が充分に低い場合には、切替弁14は燃料電池11方向を開、バイパス路13方向を閉とする。燃料処理器12より排出された燃料ガスは、切替弁14によって燃料電池11へ供給され、供給空気とともに発電を行う。燃料電池11からは、発電に用いられなかった水素と水蒸気と二酸化炭素と一酸化炭素の混合ガスが排出される。排出された排気燃料ガスは、逆止弁15を通流した後、バーナ16に供給され、燃焼ガスとともにまたは排気燃料ガスのみで燃焼される。
【0067】
このとき、逆止弁15は、弁体18の自重による圧力より大きい圧力で燃料ガスが弁体18を押し、弁体18がガイド21によってスライドするため、燃料ガス流路が確保される。
【0068】
一方、逆止弁15より上流で凝縮したドレン水は逆止弁15の手前で分離され、ドレンタンク22に蓄水される。ドレンタンク22にはドレンタンク22の水位を検知する水位センサ24があり、水位が上昇し第1のある閾値X1を上回ると、制御により電磁弁23′を開としてドレン水を排出する。また、水位が下降し第2のある閾値X2を下回ると電磁弁23′を閉としてドレン水の排出を停止する。
【0069】
したがって、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの構成をとると、逆止弁15より上流で凝縮したドレン水は逆止弁15の上流で燃料ガスと分離されるため、逆止弁15には燃料ガスのみが通流される。この結果、燃料ガス流路に凝縮水が停留することによる燃料ガスの不安定供給(例えば脈動など)を防止することが可能で、かつ逆止弁15の動作をより安定して行なうことが可能となる(逆止弁15付近で燃料ガスの通流が鉛直上向きであっても、凝縮した水で経路をが閉塞してしまうことがない)。
【0070】
すなわち、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの構成により、実施の形態2で示した作用に加えて、より安定した燃料ガス供給と逆止弁の安定動作を可能にする固体高分子形燃料電池システムを実現できる。
【0071】
かくして、逆止弁より上流の前記燃料ガス流路に、逆止弁より上流で凝縮した水を蓄水し排出するドレン機構を設けることにより、より安定した燃料ガス供給と逆止弁の安定動作を可能にする固体高分子形燃料電池システムを実現できる。
【0072】
なお、ドレンタンク22は本発明の第一タンクに対応し、電磁弁23′は本発明の排水弁に対応し、水位センサ24は本発明の第一タンク水位検知手段に対応する。
【0073】
(実施の形態4)
はじめに、図6を主として参照しながら、本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムの構成について説明する。なお、図6は、本発明の実施の形態4の固体高分子形燃料電池システムを示す構成図である。
【0074】
本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムの構成は、前述した実施の形態3の固体高分子形燃料電池システムの構成と類似している。
【0075】
ただし、本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムは、逆止弁15より上流の燃料ガス流路で凝縮した水を蓄水する第1のドレンタンク22と、水位を検知する水位センサ24と、バーナ16手前での燃料ガス流路において凝縮したドレン水を蓄水する第2のドレンタンク25と、第1のドレンタンク22と第2のドレンタンク25とを連通する連通路26と、連通路26の開閉を行なう電磁弁23と、ドレン水を排出する電磁弁27と、第2のドレンタンク25内部の水位を検知する水位センサ28とをさらに備える。
【0076】
つぎに、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの動作について説明する。
【0077】
燃料処理器12内では、天然ガス等の原料ガスから水素リッチな燃料ガスを生成する改質反応を促進するために、温度が700℃程度になるようにバーナ16で加熱する。同時に、燃料処理器12は燃料ガスに含まれる一酸化炭素を燃料電池11の触媒にダメージを与えない濃度まで除去する機能も有する。
【0078】
システム起動時などの燃料ガスに一酸化炭素が多く含まれる場合は、切替弁14は燃料電池11方向を閉、バイパス路13方向を開とする。このとき燃料処理器12より排出された燃料ガスは、切替弁14によってバイパス路13に導かれ、燃料電池11をバイパスする。バイパス路13を通流した燃料ガスは、逆止弁15によりバーナ16方向へのみ通流する。バーナ16に供給された燃料ガスは、燃焼ガスとともにまたは燃料ガスのみで燃焼される。
【0079】
このとき、逆止弁15は、弁体18の自重と逆止弁15下流からの逆圧により弁体18が弁座17に押し付けられ、かつシール材19により燃料ガス流路が閉止されているため、燃料ガスの燃料電池11への逆流が防止されている。
【0080】
逆に、燃料ガス中の一酸化濃度が充分に低い場合には、切替弁14は燃料電池11方向を開、バイパス路13方向を閉とする。燃料処理器12より排出された燃料ガスは、切替弁14によって燃料電池11へ供給され、供給空気とともに発電を行う。燃料電池11からは、発電に用いられなかった水素と水蒸気と二酸化炭素と一酸化炭素の混合ガスが排出される。排出された排気燃料ガスは、逆止弁15を通流した後、バーナ16に供給され、燃焼ガスとともにまたは排気燃料ガスのみで燃焼される。
【0081】
このとき、逆止弁15は、弁体18の自重による圧力より大きい圧力で燃料ガスが弁体18を押し、弁体18がガイド21によってスライドするため、燃料ガス流路が確保される。
【0082】
一方、逆止弁15より上流で凝縮したドレン水は逆止弁15の手前で分離され、第1のドレンタンク22に蓄水される。
【0083】
また、バーナ16手前での燃料ガス流路において凝縮したドレン水はバーナ16手前で分離され、第2のドレンタンク25に蓄水される。
【0084】
第1のドレンタンク22には第1のドレンタンク22の水位を検知する水位センサ24があり、水位が上昇し第1のある閾値X1を上回ると、制御により電磁弁23を開とすることによりドレン水は連通路26を介して第2のドレンタンク25に排出する。また、水位が下降し第2のある閾値X2を下回ると電磁弁23を閉としてドレン水の排出を停止する。
【0085】
また、第2のドレンタンク25には第2のドレンタンク25の水位を検知する水位センサ28があり、水位が上昇し第1のある閾値X3を上回ると、制御により電磁弁27を開とすることによりドレン水を排出または、水処理器(図示せず)に通流した後にシステム内部の加湿器(図示せず)や燃料処理器12の改質器(図示せず)に供給する。また、水位が下降し第2のある閾値X4を下回ると電磁弁27を閉としてドレン水の第2のドレンタンク25からの排出を停止する。
【0086】
したがって、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの構成をとると、逆止弁15より上流で凝縮したドレン水は逆止弁15の上流で燃料ガスと分離されるため、逆止弁15には燃料ガスのみが通流される。この結果、燃料ガス流路に凝縮水が停留することによる燃料ガスの不安定供給(例えば脈動など)を防止することが可能で、かつ逆止弁15の動作をより安定して行なうことが可能となる。
【0087】
また、電磁弁27の開閉のみで、第1および第2のドレンタンク22、25のドレン水を有効に排出または、水処理器(図示せず)に通流した後にシステム内部の加湿器(図示せず)や燃料処理器12の改質器(図示せず)に供給することができる。これにより、燃料ガス流路で凝縮するドレン水を一元管理することができる。
【0088】
すなわち、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの構成により、上述した実施の形態3で示した作用に加えて、燃料ガス流路で凝縮するドレン水の管理を容易に可能にする固体高分子形燃料電池システムを実現できる。
【0089】
かくして、排気燃料ガスを燃料処理器のバーナに供給する固体高分子形燃料電池システムで、逆止弁より上流の燃料ガス流路で凝縮した水を蓄水する第1のドレンタンクと、バーナ手前での排気燃料ガス中の凝縮水を蓄水する第2のドレンタンクと凝縮水を排出する排出機構を有するドレン機構を備え、第1のドレンタンクと第2のドレンタンクとを連通することにより、燃料ガス流路で凝縮するドレン水の管理を容易に可能にする固体高分子形燃料電池システムを実現できる。
【0090】
なお、電磁弁23は本発明の第一排水弁に対応し、ドレンタンク25は本発明の第二タンクに対応し、電磁弁27は本発明の第二排水弁に対応し、水位センサ28は本発明の第二タンク水位検知手段に対応する。
【0091】
(実施の形態5)
はじめに、図7を主として参照しながら、本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムの構成について説明する。なお、図7は、本発明の実施の形態5の固体高分子形燃料電池システムを示す構成図である。
【0092】
本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムの構成は、前述した実施の形態4の固体高分子形燃料電池システムの構成と類似している。
【0093】
ただし、本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムは、電磁弁23(図6参照)と水位センサ24(図6参照)とを有しない。その代わりに、水位センサ28における第2の閾値X4は、第1のドレンタンク22と第2のドレンタンク25に存在する各気体の圧力差より大きい水圧が連通路26と第2のドレンタンク25との連結部にかかるように、十分大きく設定されている。
【0094】
つぎに、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの動作について説明する。
【0095】
燃料処理器12内では、天然ガス等の原料ガスから水素リッチな燃料ガスを生成する改質反応を促進するために、温度が700℃程度になるようにバーナ16で加熱する。同時に、燃料処理器12は燃料ガスに含まれる一酸化炭素を燃料電池11の触媒にダメージを与えない濃度まで除去する機能も有する。
【0096】
システム起動時などの燃料ガスに一酸化炭素が多く含まれる場合は、切替弁14は燃料電池11方向を閉、バイパス路13方向を開とする。このとき燃料処理器12より排出された燃料ガスは、切替弁14によってバイパス路13に導かれ、燃料電池11をバイパスする。バイパス路13を通流した燃料ガスは、逆止弁15によりバーナ16方向へのみ通流する。バーナ16に供給された燃料ガスは、燃焼ガスとともにまたは燃料ガスのみで燃焼される。
【0097】
このとき、逆止弁15は、弁体18の自重と逆止弁15下流からの逆圧により弁体18が弁座17に押し付けられ、かつシール材19により燃料ガス流路が閉止されているため、燃料ガスの燃料電池11への逆流が防止されている。
【0098】
逆に、燃料ガス中の一酸化濃度が充分に低い場合には、切替弁14は燃料電池11方向を開、バイパス路13方向を閉とする。燃料処理器12より排出された燃料ガスは、切替弁14によって燃料電池11へ供給され、供給空気とともに発電を行う。燃料電池11からは、発電に用いられなかった水素と水蒸気と二酸化炭素と一酸化炭素の混合ガスが排出される。排出された排気燃料ガスは、逆止弁15を通流した後、バーナ16に供給され、燃焼ガスとともにまたは排気燃料ガスのみで燃焼される。
【0099】
このとき、逆止弁15は、弁体18の自重による圧力より大きい圧力で燃料ガスが弁体18を押し、弁体18がガイド21によってスライドするため、燃料ガス流路が確保される。
【0100】
一方、逆止弁15より上流で凝縮したドレン水は逆止弁15の手前で分離され、第1のドレンタンク22に蓄水される。
【0101】
また、バーナ16手前での燃料ガス流路において凝縮したドレン水はバーナ16手前で分離され、第2のドレンタンク25に蓄水される。
【0102】
第2のドレンタンク25には第2のドレンタンク25の水位を検知する水位センサ28があり、水位が上昇し第1のある閾値X3を上回ると、制御により電磁弁27′を開とすることによりドレン水を排出または、水処理器(図示せず)に通流した後にシステム内部の加湿器(図示せず)や燃料処理器12の改質器(図示せず)に供給する。また、水位が下降し第2のある閾値X4を下回ると電磁弁27′を閉としてドレン水の第2のドレンタンク25からの排出を停止する。
【0103】
本実施の形態においては、第1のドレンタンク22および第2のドレンタンク25に蓄水されたドレン水は両タンクに存在する各気体の圧力差と水頭差によりバランスして蓄水される。また、水位センサ28における第2の閾値X4が十分大きく設定されていることにより、第1のドレンタンク22に存在する気体が連通路26を通じて第2のドレンタンク25に流入することはない。
【0104】
したがって、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの構成をとると、前述した実施の形態4で示した作用がより少ない構成要素で実現可能となる。
【0105】
さらに、本実施の形態における構成をとると、何らかの不具合により逆止弁15が固着した場合における燃料ガス流路閉塞防止も実現できる。
【0106】
より具体的に述べると、従来の固体高分子形燃料電池システム(図10参照)の構成では、開閉弁10が固着した場合、燃料ガス流路が閉塞し燃料電池1および燃料処理器2の圧力が上昇してしまう。本実施の形態の固体高分子形燃料電池システム(図7参照)の構成では、逆止弁15前後での圧力損失が第1の閾値X3により決定される水頭差相当の圧力差を上回ると、燃料ガスが第1のドレンタンク22から連通路26を通流して第2のドレンタンク25に流入し、バーナ16へと導かれる。これにより、第1のドレンタンク22、第2のドレンタンク25、連通路26、水位センサ28は、燃料ガス流路の圧力上昇時の圧力逃がし機能をも併せ持つ。
【0107】
すなわち、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの構成により、上述した実施の形態4で示した作用に加えて、燃料ガス流路で凝縮するドレン水の管理をより少ない構成要素で容易に可能にする固体高分子形燃料電池システムを実現できる。
【0108】
また、燃料ガス流路の圧力上昇時の圧力逃がし機能を可能にする固体高分子形燃料電池を実現できる。
【0109】
かくして、第1のドレンタンクとの第2のドレンタンクの連結部は、第1のドレンタンクと第2のドレンタンクに存在する各気体の圧力差より大きい水圧がかかる位置に設定することにより、燃料ガス流路で凝縮するドレン水の管理をより少ない構成要素で容易に可能にする固体高分子形燃料電池システムを実現でき、かつ、燃料ガス流路の圧力上昇時の圧力逃がし機能を可能にする固体高分子形燃料電池を実現できる。
【0110】
なお、電磁弁27′は、本発明の第三排水弁に対応する。
【0111】
(実施の形態6)
はじめに、図8を主として参照しながら、本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムの構成について説明する。なお、図8は、本発明の実施の形態6の固体高分子形燃料電池システムを示す構成図である。
【0112】
本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムの構成は、前述した実施の形態2の固体高分子形燃料電池システムの構成と類似している。
【0113】
ただし、本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムは、逆止弁15より上流の燃料ガス流路で凝縮した水を蓄水する第1のドレンタンク22と、水位を検知する水位センサ24と、逆止弁15下流の排気燃料ガスに含まれる水蒸気を凝縮させる凝縮器29と、凝縮器29で凝縮した凝縮水を蓄水する凝縮水タンク30と、第1のドレンタンク22と凝縮水タンク30とを連通する連通路31と、連通路31の開閉を行なう電磁弁23と、凝縮水とドレン水の混合水を排出する電磁弁32と、凝縮水タンク30内部の水位を検知する水位センサ33とをさらに備える。
【0114】
結局のところ、本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムは、前述した実施の形態4の固体高分子形燃料電池システムの構成要素に加えて、凝縮器29をさらに備えた構成を有している。
【0115】
つぎに、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの動作について説明する。
【0116】
燃料処理器12内では、天然ガス等の原料ガスから水素リッチな燃料ガスを生成する改質反応を促進するために、温度が700℃程度になるようにバーナ16で加熱する。同時に、燃料処理器12は燃料ガスに含まれる一酸化炭素を燃料電池11の触媒にダメージを与えない濃度まで除去する機能も有する。
【0117】
システム起動時などの燃料ガスに一酸化炭素が多く含まれる場合は、切替弁14は燃料電池11方向を閉、バイパス路13方向を開とする。このとき燃料処理器12より排出された燃料ガスは、切替弁14によってバイパス路13に導かれ、燃料電池11をバイパスする。バイパス路13を通流した燃料ガスは、逆止弁15によりバーナ16方向へのみ通流する。バーナ16に供給された燃料ガスは、燃焼ガスとともにまたは燃料ガスのみで燃焼される。
【0118】
このとき、逆止弁15は、弁体18の自重と逆止弁15下流からの逆圧により弁体18が弁座17に押し付けられ、かつシール材19により燃料ガス流路が閉止されているため、燃料ガスの燃料電池11への逆流が防止されている。
【0119】
逆に、燃料ガス中の一酸化濃度が充分に低い場合には、切替弁14は燃料電池11方向を開、バイパス路13方向を閉とする。燃料処理器12より排出された燃料ガスは、切替弁14によって燃料電池11へ供給され、供給空気とともに発電を行う。燃料電池11からは、発電に用いられなかった水素と水蒸気と二酸化炭素と一酸化炭素の混合ガスが排出される。排出された排気燃料ガスは、逆止弁15を通流した後、バーナ16に供給され、燃焼ガスとともにまたは排気燃料ガスのみで燃焼される。なおこのとき逆止弁15は、弁体18の自重による圧力より大きい圧力で燃料ガスが弁体18を押し、弁体18がガイド21によってスライドするため、燃料ガス流路が確保される。
【0120】
一方、逆止弁15より上流で凝縮したドレン水は逆止弁15の手前で分離され、第1のドレンタンク22に蓄水される。
【0121】
また、逆止弁15下流には凝縮器29があり、凝縮器29では排気燃料ガスは冷却され、含有水蒸気は凝縮し凝縮水となる。凝縮水はバーナ16手前で分離され、凝縮水タンク30に蓄水される。
【0122】
第1のドレンタンク22には第1のドレンタンク22の水位を検知する水位センサ24があり、水位が上昇し第1のある閾値X1を上回ると、制御により電磁弁23を開とすることによりドレン水は連通路31を介して凝縮水タンク30に排出される。また、水位が下降し第2のある閾値X2を下回ると電磁弁23を閉としてドレン水の排出を停止する。
【0123】
また、凝縮水タンク30には凝縮水タンク30の水位を検知する水位センサ33があり、水位が上昇し第1のある閾値X3を上回ると、制御により電磁弁32を開とすることにより凝縮水とドレン水の混合水を排出または、水処理器(図示せず)に通流した後にシステム内部の加湿器(図示せず)や燃料処理器12の改質器(図示せず)に供給する。
【0124】
したがって、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの構成をとると、逆止弁15より上流で凝縮したドレン水は逆止弁15の上流で燃料ガスと分離されるため、逆止弁15には燃料ガスのみが通流される。この結果、燃料ガス流路に凝縮水が停留することによる燃料ガスの不安定供給(例えば脈動など)を防止することが可能で、かつ逆止弁15の動作をより安定して行なうことが可能となる。
【0125】
また、電磁弁32の開閉のみで、凝縮水タンク30に回収されたドレン水と凝縮水との混合水を有効に排出または、水処理器(図示せず)に通流した後にシステム内部の加湿器(図示せず)や燃料処理器12の改質器(図示せず)に供給することができる。これにより、燃料ガス流路で凝縮するドレン水を一元管理することができる。
【0126】
また、逆止弁15下流の凝縮器29を利用して、排気燃料ガスを冷却し、含有水蒸気を凝縮して、凝縮されたされた凝縮水をはバーナ16手前で分離して凝縮水タンク30に蓄水することができる。
【0127】
すなわち、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの構成により、上述した実施の形態2で示した作用に加えて、燃料ガス流路で凝縮するドレン水の管理を容易に可能にする固体高分子形燃料電池システムを実現できる。
【0128】
かくして、逆止弁より上流の燃料ガス流路で凝縮した水を蓄水するドレンタンクと、排気燃料ガスに含まれる水蒸気を凝縮させる凝縮器と、凝縮水を蓄水する凝縮水タンクとを備え、ドレンタンクと凝縮器とを連通することにより、燃料ガス流路で凝縮するドレン水の管理を容易に可能にする固体高分子形燃料電池システムを実現できる。
【0129】
なお、凝縮水タンク30は本発明の第二タンクに対応し、電磁弁32は本発明の第二排水弁に対応し、水位センサ33は本発明の第二タンク水位検知手段に対応する。
【0130】
(実施の形態7)
はじめに、図9を主として参照しながら、本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムの構成について説明する。なお、図9は、本発明の実施の形態7の固体高分子形燃料電池システムを示す構成図である。
【0131】
本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムの構成は、前述した実施の形態6の固体高分子形燃料電池システムの構成と類似している。
【0132】
ただし、本実施の形態の固体高分子形燃料電池システムは、電磁弁23(図8参照)と水位センサ24(図8参照)とを有しない。その代わりに、水位センサ33における第2の閾値X4は、第1のドレンタンク22と凝縮水タンク30に存在する各気体の圧力差より大きい水圧が連通路31と凝縮水タンク30との連結部にかかるように、十分大きく設定されている。
【0133】
つぎに、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの動作について説明する。
【0134】
燃料処理器12内では、天然ガス等の原料ガスから水素リッチな燃料ガスを生成する改質反応を促進するために、温度が700℃程度になるようにバーナ16で加熱する。同時に、燃料処理器12は燃料ガスに含まれる一酸化炭素を燃料電池11の触媒にダメージを与えない濃度まで除去する機能も有する。
【0135】
システム起動時などの燃料ガスに一酸化炭素が多く含まれる場合は、切替弁14は燃料電池11方向を閉、バイパス路13方向を開とする。このとき燃料処理器12より排出された燃料ガスは、切替弁14によってバイパス路13に導かれ、燃料電池11をバイパスする。バイパス路13を通流した燃料ガスは、逆止弁15によりバーナ16方向へのみ通流する。バーナ16に供給された燃料ガスは、燃焼ガスとともにまたは燃料ガスのみで燃焼される。
【0136】
このとき、逆止弁15は、弁体18の自重と逆止弁15下流からの逆圧により弁体18が弁座17に押し付けられ、かつシール材19により燃料ガス流路が閉止されているため、燃料ガスの燃料電池11への逆流が防止されている。
【0137】
逆に、燃料ガス中の一酸化濃度が充分に低い場合には、切替弁14は燃料電池11方向を開、バイパス路13方向を閉とする。燃料処理器12より排出された燃料ガスは、切替弁14によって燃料電池11へ供給され、供給空気とともに発電を行う。燃料電池11からは、発電に用いられなかった水素と水蒸気と二酸化炭素と一酸化炭素の混合ガスが排出される。排出された排気燃料ガスは、逆止弁15を通流した後、バーナ16に供給され、燃焼ガスとともにまたは排気燃料ガスのみで燃焼される。
【0138】
このとき、逆止弁15は、弁体18の自重による圧力より大きい圧力で燃料ガスが弁体18を押し、弁体18がガイド21によってスライドするため、燃料ガス流路が確保される。
【0139】
一方、逆止弁15より上流で凝縮したドレン水は逆止弁15の手前で分離され、第1のドレンタンク22に蓄水される。
【0140】
また、逆止弁15下流には凝縮器29があり、凝縮器29では排気燃料ガスは冷却され、含有水蒸気は凝縮し凝縮水となる。凝縮水はバーナ16手前で分離され、凝縮水タンク30に蓄水される。
【0141】
凝縮水タンク30には凝縮水タンク30の水位を検知する水位センサ33があり、水位が上昇し第1のある閾値X3を上回ると、制御により電磁弁32′を開とすることによりドレン水と凝縮水との混合水を排出または、水処理器(図示せず)に通流した後にシステム内部の加湿器(図示せず)や燃料処理器12の改質器(図示せず)に供給する。また、水位が下降し第2のある閾値X4を下回ると電磁弁32′を閉としてドレン水と凝縮水との混合水の凝縮水タンク30からの排出を停止する。
【0142】
本実施の形態においては、第1のドレンタンク22および凝縮水タンク30に蓄水されたドレン水と凝縮水との混合水は両タンクに存在する各気体の圧力差と水頭差によりバランスして蓄水される。また、水位センサ33における第2の閾値X4が十分大きく設定されていることにより、第1のドレンタンク22に存在する気体が連通路31を通じて凝縮水タンク30に流入することはない。
【0143】
したがって、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの構成をとると、前述した実施の形態6で示した作用がより少ない構成要素で実現可能となる。
【0144】
さらに、本実施の形態における構成をとると、何らかの不具合により逆止弁15が固着した場合における燃料ガス流路閉塞防止も実現できる。
【0145】
より具体的に述べると、従来の固体高分子形燃料電池システム(図10参照)の構成では、開閉弁10が固着した場合、燃料ガス流路が閉塞し燃料電池1および燃料処理器2の圧力が上昇してしまう。本実施の形態の固体高分子形燃料電池システム(図8参照)の構成では、逆止弁15前後での圧力損失が第1の閾値X3により決定される水頭差相当の圧力差を上回ると、燃料ガスが第1のドレンタンク22から連通路31を通流して凝縮水タンク30に流入し、バーナ16へと導かれる。これにより、第1のドレンタンク22、凝縮水タンク30、連通路31、水位センサ33は、燃料ガス流路の圧力上昇時の圧力逃がし機能をも併せ持つ。
【0146】
すなわち、本実施の形態における固体高分子形燃料電池システムの構成により、上述した実施の形態6で示した作用に加えて、燃料ガス流路で凝縮するドレン水の管理をより少ない構成要素で容易に可能にする固体高分子形燃料電池システムを実現できる。
【0147】
また、燃料ガス流路の圧力上昇時の圧力逃がし機能を可能にする固体高分子形燃料電池を実現できる。
【0148】
かくして、ドレンタンクとの凝縮水タンクの連結部は、ドレンタンクと凝縮水タンクに存在する各気体の圧力差より大きい水圧がかかる位置に設定することにより、燃料ガス流路で凝縮するドレン水の管理をより少ない構成要素で容易に可能にする固体高分子形燃料電池システムを実現でき、かつ、燃料ガス流路の圧力上昇時の圧力逃がし機能を可能にする固体高分子形燃料電池を実現できる。
【0149】
なお、電磁弁32′は、本発明の第三排水弁に対応する。
【0150】
以上においては、実施の形態1〜7に関して詳細に説明した。
【0151】
なお、排気燃料ガスに多量に含まれている水蒸気が逆止弁15で凝縮することがあるため、逆止弁15を構成する弁座17、弁体18、シール材19、バネ20、ガイド21を、撥水性材料または撥水剤を塗布した材料で構成することは、逆止弁15の固着防止になり有用である。固体高分子形燃料電池システム内部でドレン水や凝縮水を回収し再利用する場合、その水に含まれる金属イオンや有機物が問題になるが、撥水性材料および撥水剤をフッ素系材料とすることにより、そのような問題を解消することが可能であり、固体高分子形燃料電池システムの水回収部の安定運転に対して有用である。
【0152】
また、本発明の第一タンクと本発明の第二タンクとは、上述した本実施の形態においては、連通されていたが、これに限らず、連通されていなくてもよい(第一タンクと第二タンクとが連通されていない場合には、第一タンクに蓄水されている水の排水は本発明の第一タンク水位検知手段による検知結果のみに基づいて行われ、第二タンクに蓄水されている水の排水は本発明の第二タンク水位検知手段による検知結果のみに基づいて行われることになる)。
【0153】
また、燃料電池に、燃料ガス入口から流れ込んで燃料ガス出口から流れ出るように、燃料ガスを通流させる燃料電池通流ステップと、前記燃料ガスが前記燃料電池をバイパスして通流できるように、前記燃料ガス入口と前記燃料ガス出口との間をバイパスするバイパスステップと、前記燃料ガスが、前記燃料電池を通流するか、前記バイパスするかを切り替える切替ステップと、前記燃料ガスが前記バイパスするように前記切り替えが行われている場合において、前記燃料ガス出口側に設けられた逆止弁を利用して、前記燃料ガスの前記燃料電池側への逆流を防止する逆流防止ステップとを備えた燃料電池制御方法は、本発明に関連する発明に含まれる。
【0154】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明は、たとえば固体高分子形燃料電池の安全運転をより低消費電力・低コスト・小サイズで実現できるという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1における固体高分子形燃料電池システムを示す構成図である。
【図2】実施の形態1における逆止弁の構成図である。
【図3】実施の形態2における固体高分子形燃料電池システムを示す構成図である。
【図4】実施の形態2における逆止弁の構成図である。
【図5】実施の形態3における固体高分子形燃料電池システムを示す構成図である。
【図6】実施の形態4における固体高分子形燃料電池システムを示す構成図である。
【図7】実施の形態5における固体高分子形燃料電池システムを示す構成図である。
【図8】実施の形態6における固体高分子形燃料電池システムを示す構成図である。
【図9】実施の形態7における固体高分子形燃料電池システムを示す構成図である。
【図10】従来の固体高分子形燃料電池システムを示す構成図である。
【符号の説明】
1、11 燃料電池
2、12 燃料処理器
3 加湿器
4、29 凝縮器
5、30 凝縮水タンク
6、16 バーナ
7 燃焼ファン
8、13 バイパス路
9、14 切替弁
10 開閉弁
15、15′ 逆止弁
17 弁座
18 弁体
19 シール材
20 バネ
21 ガイド
22、25 ドレンタンク
23、27、27′、32、32′ 電磁弁
24、28、33 水位センサ
26、31 連通路
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell system for generating electric power using a polymer electrolyte fuel cell.
[0002]
[Prior art]
Hereinafter, the configuration and operation of a conventional polymer electrolyte fuel cell system will be described with reference to the drawings.
[0003]
As shown in FIG. 10, which is a configuration diagram showing a conventional polymer electrolyte fuel cell system, the conventional polymer electrolyte fuel cell system includes a fuel cell 1 that generates power using a fuel gas and an oxidant gas, Each path includes a fuel gas supply / discharge system, an air supply / discharge system as an oxidant, and a fuel cell cooling system.
[0004]
In the fuel gas supply / discharge system path, a fuel processor 2 that steam reforms a raw material gas such as natural gas to generate a hydrogen-rich fuel gas on the fuel gas supply side, and a humidifier 3 that humidifies the fuel gas. Is provided. Further, a condenser 4 and a condensed water tank 5 for cooling the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell 1 on the discharge side of the fuel gas and condensing water vapor contained therein, and combusting a combustion gas such as natural gas and the exhaust fuel gas. A burner 6 for heating the fuel processor 2 and a combustion fan 7 for supplying air for combustion are provided. Furthermore, a bypass 8 for bypassing the fuel cell 1, a switching valve 9 for switching the fuel gas flow path to the fuel cell 1 or the bypass 8 and a backflow of the fuel gas flowing through the bypass 8 are prevented. Opening / closing valve 10 for
[0005]
The fuel gas generated by the fuel processor 2 contains water vapor, carbon dioxide, and a trace amount of carbon monoxide in addition to hydrogen. The fuel gas generated by the fuel processor 2 is humidified by the humidifier 3 using water supplied from the condensed water tank 5 or the like. The humidified fuel gas is sent to the condenser 4 via the bypass 8 by the switching valve 9 when the fuel gas contains a large amount of carbon monoxide at the time of starting the system or the like.
[0006]
At this time, the on-off valve 10 is closed to prevent the backflow of the fuel gas containing a large amount of carbon monoxide.
[0007]
Conversely, when the concentration of monoxide in the fuel gas is sufficiently low, the on-off valve 10 is opened, the gas is supplied to the fuel cell 1 by the switching valve 9, and power is generated together with the supplied air.
[0008]
This is because the polymer electrolyte fuel cell system operates at a very low temperature of about 80 ° C. as compared with the case of the phosphoric acid type (about 200 ° C.). Although there is no problem if a fuel gas containing several percent of carbon monoxide is supplied to the fuel cell 1, in the case of the polymer electrolyte fuel cell, the fuel gas containing several tens ppm or more of carbon monoxide is used. This is because even if the fuel is supplied to the fuel cell 1, the catalyst in the fuel cell 1 is poisoned and the power generation performance is deteriorated.
[0009]
From the fuel cell 1, a mixed gas of hydrogen, water vapor, carbon dioxide, and carbon monoxide that has not been used for power generation is discharged. The discharged exhaust gas flows through the on-off valve 10, is cooled by the condenser 4 to dehumidify the contained water vapor, and then supplied to the burner 6. The burner 6 burns a combustion gas such as natural gas and an exhaust fuel gas, and maintains the temperature of the fuel processor 2 at a temperature (about 700 ° C.) required to generate a hydrogen-rich fuel gas from a raw material gas.
[0010]
Similarly, the fuel gas that has passed through the bypass 8 by the switching valve 9 at the time of startup is also supplied to the burner 6 after being dehumidified by the condenser 4, and is burned together with the combustion gas or only with the fuel gas.
[0011]
The water dehumidified by the condenser 4 is stored in a condensed water tank 5 and supplied to the humidifier 3 and the like as humidified water. Sometimes, it is supplied to the fuel processor 2 as water for steam reforming.
[0012]
At the time of start-up, all the fuel gas exiting the humidifier 3 passes through the bypass 8 by the switching valve 9 and is then dehumidified by the condenser 4. In addition, the fuel gas containing a large amount of carbon monoxide via the bypass passage 8 is prevented from flowing back to the fuel cell 1 by closing the on-off valve 10.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, there has been a problem that an electromagnetic valve or a motor-operated valve must be used as the on-off valve 10 of such a conventional polymer electrolyte fuel cell system.
[0014]
More specifically, since the operation of such an on-off valve requires electric power, power consumption increases when the solenoid valve is kept open or closed or when the electric valve is opened and closed. Further, the cost increases due to an increase in the number of parts, and the system size increases due to the provision of the on-off valve. Further, the on / off valve may be fixed / closed due to electrical / mechanical failure, and the pressure of the fuel cell 1 and the fuel processor 2 may increase.
[0015]
An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of realizing safe operation of a polymer electrolyte fuel cell with lower power consumption, lower cost, and smaller size in consideration of the above conventional problems. Things.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell in which fuel gas flows from a fuel gas inlet and flows out of a fuel gas outlet,
A bypass passage for bypassing between the fuel gas inlet and the fuel gas outlet, so that the fuel gas can flow by bypassing the fuel cell;
Switching means for switching whether the fuel gas flows through the fuel cell or the bypass path,
A check valve provided on the fuel gas outlet side for preventing the fuel gas from flowing back to the fuel cell side when the switching is performed so that the fuel gas flows through the bypass passage. And a fuel cell system comprising:
[0017]
In a second aspect of the present invention, the check valve includes a valve body for preventing the fuel gas from flowing back to the fuel cell side, and the switching is performed such that the fuel gas flows through the bypass passage. A fuel cell system according to the first aspect of the present invention, comprising: a valve seat against which the valve element is pressed when the fuel cell system is turned off.
[0018]
A third aspect of the present invention is the fuel cell system according to the second aspect of the present invention, wherein the pressing of the valve body is performed using a predetermined elastic body.
[0019]
In a fourth aspect of the present invention, the valve body is mounted on the valve seat on the basis of a vertical direction,
In the fuel cell system according to the second aspect of the present invention, the pressing of the valve body is performed using the weight of the valve body.
[0020]
A fifth invention is the fuel cell system according to the first invention, further comprising a first tank provided between the fuel gas outlet and the check valve for storing condensed water. .
[0021]
A sixth invention is a first tank water level detecting means for detecting a water level of the first tank,
A drain valve provided in the first tank for draining water stored in the first tank based on a detection result by the first tank water level detecting means; 1 is a fuel cell system of the present invention.
[0022]
A seventh aspect of the present invention provides a burner to which a fuel gas flowing through the fuel cell or flowing through the bypass path is supplied,
The fuel cell system according to the fifth or sixth aspect of the present invention, further comprising a second tank provided between the end point of the bypass passage and the burner for storing condensed water.
[0023]
Eighth invention is a second tank water level detecting means for detecting a water level of the second tank,
A second drain valve provided in the second tank for draining at least the water stored in the second tank, based on the result of the detection by at least the second tank water level detecting means. 21 is a fuel cell system according to a seventh aspect of the present invention.
[0024]
A ninth aspect of the present invention provides a communication path for communicating the first tank and the second tank,
First tank water level detection means for detecting the water level of the first tank,
A seventh drainage valve provided in the communication passage for draining water stored in the first tank based on a detection result by the first tank water level detection means. Or, the fuel cell system according to the eighth aspect of the present invention.
[0025]
A tenth aspect of the present invention is a communication passage that communicates the first tank and the second tank such that a water level of the second tank is higher than a water level of the first tank.
Second tank water level detection means for detecting the water level of the second tank,
The drainage of water stored in the first tank and the drainage of water stored in the second tank are performed based on the detection result by the second tank water level detection means, A seventh fuel cell system according to the present invention, further comprising a third drain valve provided in the tank.
[0026]
An eleventh invention is the fuel cell system according to the seventh invention, further comprising a condenser provided between the end point of the bypass and the second tank for condensing the water.
[0027]
The twelfth invention is the fuel cell system according to the first invention, wherein the check valve is configured using a water-repellent material.
[0028]
A thirteenth invention is the fuel cell system according to the twelfth invention, wherein the water-repellent material is a fluorine-based material.
[0029]
Embodiment
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0030]
(Embodiment 1)
First, the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment will be described mainly with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.
[0031]
The polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment includes a polymer electrolyte fuel cell 11 that generates electric power using a fuel gas and an oxidant gas, and a hydrogen-rich fuel gas obtained by steam reforming a raw material gas such as natural gas. A fuel processor 12 for generating fuel gas, a bypass 13 for bypassing the fuel cell 11 in a fuel gas flow path through which the fuel gas flows, and a switch for switching the fuel gas flow between the fuel cell 11 and the bypass 13 A valve 14, a check valve 15 'for preventing the fuel gas flowing through the bypass passage 13 from flowing back to the fuel cell 11, and a fuel gas flowing through the bypass passage 13 or the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell 11 And a burner 16 for burning the fuel and heating the fuel processor.
[0032]
As shown in FIG. 2, the check valve 15 ′ includes a valve seat 17, a valve body 18, a sealing material 19 for preventing flow when the valve seat 17 and the valve body 18 are in contact with each other, and a valve seat 18. A spring 20 that presses the valve 17 and a guide 21 that stabilizes the drive shaft of the valve element 18 are provided.
[0033]
Next, the operation of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment will be described.
[0034]
In the fuel processor 12, in order to promote a reforming reaction for generating a hydrogen-rich fuel gas from a raw material gas such as a natural gas, the fuel is heated by a burner 16 at a temperature of about 700 ° C. At the same time, the fuel processor 12 has a function of removing carbon monoxide contained in the fuel gas to a concentration that does not damage the catalyst of the fuel cell 11.
[0035]
When the fuel gas contains a large amount of carbon monoxide at the time of starting the system, the switching valve 14 closes the fuel cell 11 and opens the bypass 13. At this time, the fuel gas discharged from the fuel processor 12 is guided to the bypass 13 by the switching valve 14 and bypasses the fuel cell 11. The fuel gas flowing through the bypass passage 13 flows only in the direction of the burner 16 by the check valve 15 '. The fuel gas supplied to the burner 16 is burned together with the combustion gas or only with the fuel gas.
[0036]
At this time, the check valve 15 ′ is configured such that the valve body 18 is pressed against the valve seat 17 by the spring 20 and the fuel gas flow path is closed by the sealing member 19, so that the fuel gas flows back to the fuel cell 11. Has been prevented.
[0037]
Conversely, when the concentration of monoxide in the fuel gas is sufficiently low, the switching valve 14 opens the fuel cell 11 and closes the bypass 13. The fuel gas discharged from the fuel processor 12 is supplied to the fuel cell 11 by the switching valve 14, and generates electric power together with the supplied air. From the fuel cell 11, a mixed gas of hydrogen, water vapor, carbon dioxide, and carbon monoxide that has not been used for power generation is discharged. The discharged exhaust fuel gas is supplied to the burner 16 after flowing through the check valve 15 ', and is burned together with the combustion gas or only with the exhaust fuel gas.
[0038]
At this time, in the check valve 15 ′, the fuel gas presses the valve element 18 with a pressure larger than the pressure by the spring 20, and the valve element 18 slides by the guide 21, so that the fuel gas flow path is secured.
[0039]
Therefore, when the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment is adopted, the fuel gas containing a large amount of carbon monoxide, such as at the time of starting the system, is supplied to the bypass passage 13, the switching valve 14, and the check valve 15 '. , Does not flow into / back flow into the fuel cell 11. Thus, it is possible to prevent the catalyst of the fuel cell 11 from being poisoned by carbon monoxide which is largely contained in the fuel gas when the system is started.
[0040]
In the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment, a check valve 15 'is used to prevent backflow. No electric power is used to open and close the check valve 15 '. Further, the structure of the check valve 15 'is extremely simple as shown in FIG. 2, so that the size is small and the cost is low.
[0041]
That is, by employing the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system in the present embodiment, a polymer electrolyte fuel capable of safe operation without lowering power consumption, lower cost, smaller size, and not poisoning the catalyst of the fuel cell can be obtained. A battery system can be realized.
[0042]
Thus, in the fuel cell system including the bypass passage that bypasses the inlet / outlet of the fuel cell in the fuel gas flow path through which the fuel gas flows, and the flow path switching valve that switches the fuel gas flow path between the fuel cell side and the bypass path side, With a non-return valve that prevents the backflow of fuel gas flowing into the fuel cell into the fuel cell, the solid height allows for safer operation with lower power consumption, lower cost, smaller size, and less poisoning of the fuel cell catalyst. A molecular fuel cell system can be realized.
[0043]
The switching valve 14 corresponds to the switching means of the present invention, and the spring 20 corresponds to the elastic body of the present invention.
[0044]
(Embodiment 2)
First, the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment will be described mainly with reference to FIG. FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention.
[0045]
The configuration of the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment is similar to the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system of Embodiment 1 described above.
[0046]
However, in the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment, the check valve 15 is installed in the vertical direction, and the flow direction of the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell 11 to the check valve is from below. Looking up.
[0047]
FIG. 4 shows a configuration diagram of the check valve 15 in the present embodiment. The check valve 15 according to the present embodiment differs from the check valve 15 ′ according to the first embodiment (see FIG. 1) in that a spring 20 (see FIG. 2) for pressing the valve body 18 against the valve seat 17 is removed. See).
[0048]
Next, the operation of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment will be described.
[0049]
In the fuel processor 12, in order to promote a reforming reaction for generating a hydrogen-rich fuel gas from a raw material gas such as a natural gas, the fuel is heated by a burner 16 at a temperature of about 700 ° C. At the same time, the fuel processor 12 has a function of removing carbon monoxide contained in the fuel gas to a concentration that does not damage the catalyst of the fuel cell 11.
[0050]
When the fuel gas contains a large amount of carbon monoxide at the time of starting the system, the switching valve 14 closes the fuel cell 11 and opens the bypass 13. At this time, the fuel gas discharged from the fuel processor 12 is guided to the bypass 13 by the switching valve 14 and bypasses the fuel cell 11. The fuel gas flowing through the bypass 13 flows through the check valve 15 only in the direction of the burner 16. The fuel gas supplied to the burner 16 is burned together with the combustion gas or only with the fuel gas.
[0051]
At this time, the check valve 15 has the valve body 18 pressed against the valve seat 17 by the self-weight of the valve body 18 and the back pressure from the downstream of the check valve 15, and the fuel gas flow path is closed by the seal member 19. Therefore, backflow of the fuel gas to the fuel cell 11 is prevented.
[0052]
Conversely, when the concentration of monoxide in the fuel gas is sufficiently low, the switching valve 14 opens the fuel cell 11 and closes the bypass 13. The fuel gas discharged from the fuel processor 12 is supplied to the fuel cell 11 by the switching valve 14, and generates electric power together with the supplied air. From the fuel cell 11, a mixed gas of hydrogen, water vapor, carbon dioxide, and carbon monoxide that has not been used for power generation is discharged. The discharged exhaust fuel gas flows through the check valve 15 and is then supplied to the burner 16 and is burned together with the combustion gas or only with the exhaust fuel gas.
[0053]
At this time, the fuel gas pushes the valve element 18 with a pressure larger than the pressure due to the weight of the valve element 18 and the valve element 18 slides by the guide 21, so that the fuel gas flow path is secured.
[0054]
Therefore, when the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment is adopted, the check valve 15 closes due to its own weight of the valve element 18 and the reverse pressure from downstream of the check valve 15. Therefore, the spring 20 for closing the valve as shown in FIG. 2 is not required. Further, since the valve body 18 can also be reduced in weight, the pressure loss can be further reduced even in the case of a forward flow.
[0055]
That is, when the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment is adopted, in addition to the operation shown in the first embodiment, a simpler check valve configuration is possible, and the pressure of the fuel gas flow path is increased. A polymer electrolyte fuel cell system capable of reducing loss can be realized.
[0056]
In FIG. 4, the valve element 18 has a complicated shape, and the sealing material 19 is incorporated on the valve element 18 side. However, the same effect can be obtained even if the valve element 18 is spherical.
[0057]
In addition, the same effect can be obtained by incorporating the sealing material 19 on the valve seat 17 side.
[0058]
Thus, a simpler check valve configuration is possible by installing the check valve in the vertical direction and by allowing the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell to flow from the bottom to the top of the check valve. Thus, a polymer electrolyte fuel cell system capable of reducing the pressure loss in the fuel gas flow path can be realized.
[0059]
(Embodiment 3)
First, the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment will be described mainly with reference to FIG. FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention.
[0060]
The configuration of the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment is similar to the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system of Embodiment 2 described above.
[0061]
However, the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment includes a drain tank 22 for storing drain water condensed upstream of the check valve 15 in a fuel gas flow path upstream of the check valve 15, and a drain tank 22. It further includes an electromagnetic valve 23 'for discharging drain water stored in the tank, and a water level sensor 24 for detecting a water level. That is, the drain tank 22, the solenoid valve 23 ', and the water level sensor 24 are the drain mechanism in the present embodiment.
[0062]
Next, the operation of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment will be described.
[0063]
In the fuel processor 12, in order to promote a reforming reaction for generating a hydrogen-rich fuel gas from a raw material gas such as a natural gas, the fuel is heated by a burner 16 at a temperature of about 700 ° C. At the same time, the fuel processor 12 has a function of removing carbon monoxide contained in the fuel gas to a concentration that does not damage the catalyst of the fuel cell 11.
[0064]
When the fuel gas contains a large amount of carbon monoxide at the time of starting the system, the switching valve 14 closes the fuel cell 11 and opens the bypass 13. At this time, the fuel gas discharged from the fuel processor 12 is guided to the bypass 13 by the switching valve 14 and bypasses the fuel cell 11. The fuel gas flowing through the bypass 13 flows through the check valve 15 only in the direction of the burner 16. The fuel gas supplied to the burner 16 is burned together with the combustion gas or only with the fuel gas.
[0065]
At this time, the check valve 15 has the valve body 18 pressed against the valve seat 17 by the self-weight of the valve body 18 and the back pressure from the downstream of the check valve 15, and the fuel gas flow path is closed by the seal member 19. Therefore, backflow of the fuel gas to the fuel cell 11 is prevented.
[0066]
Conversely, when the concentration of monoxide in the fuel gas is sufficiently low, the switching valve 14 opens the fuel cell 11 and closes the bypass 13. The fuel gas discharged from the fuel processor 12 is supplied to the fuel cell 11 by the switching valve 14, and generates electric power together with the supplied air. From the fuel cell 11, a mixed gas of hydrogen, water vapor, carbon dioxide, and carbon monoxide that has not been used for power generation is discharged. The discharged exhaust fuel gas flows through the check valve 15 and is then supplied to the burner 16 and is burned together with the combustion gas or only with the exhaust fuel gas.
[0067]
At this time, the fuel gas pushes the valve element 18 with a pressure larger than the pressure due to the weight of the valve element 18 and the valve element 18 slides by the guide 21, so that the fuel gas flow path is secured.
[0068]
On the other hand, the drain water condensed upstream of the check valve 15 is separated before the check valve 15 and stored in the drain tank 22. The drain tank 22 has a water level sensor 24 for detecting the water level in the drain tank 22. When the water level rises and exceeds a first certain threshold value X1, the solenoid valve 23 'is opened by control to drain the drain water. When the water level falls and falls below a second certain threshold value X2, the solenoid valve 23 'is closed to stop drain water discharge.
[0069]
Therefore, in the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment, the drain water condensed upstream of the check valve 15 is separated from the fuel gas upstream of the check valve 15, so that the check valve Only the fuel gas flows through 15. As a result, unstable supply (for example, pulsation) of the fuel gas due to the condensed water remaining in the fuel gas flow path can be prevented, and the operation of the check valve 15 can be performed more stably. (Even if the flow of the fuel gas is vertically upward in the vicinity of the check valve 15, the path will not be blocked by the condensed water).
[0070]
That is, with the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment, in addition to the action described in the second embodiment, the solid polymer fuel cell system that enables more stable fuel gas supply and stable operation of the check valve Type fuel cell system can be realized.
[0071]
Thus, by providing a drain mechanism for storing and discharging water condensed upstream of the check valve in the fuel gas flow path upstream of the check valve, more stable fuel gas supply and stable operation of the check valve are provided. And a polymer electrolyte fuel cell system that enables the above.
[0072]
The drain tank 22 corresponds to the first tank of the present invention, the solenoid valve 23 'corresponds to the drain valve of the present invention, and the water level sensor 24 corresponds to the first tank water level detecting means of the present invention.
[0073]
(Embodiment 4)
First, the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment will be described mainly with reference to FIG. FIG. 6 is a configuration diagram illustrating a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 4 of the present invention.
[0074]
The configuration of the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment is similar to the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system of Embodiment 3 described above.
[0075]
However, the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment includes a first drain tank 22 for storing water condensed in a fuel gas flow path upstream of the check valve 15, and a water level sensor 24 for detecting a water level. A second drain tank 25 that stores drain water condensed in the fuel gas flow path in front of the burner 16, a communication path 26 that communicates the first drain tank 22 and the second drain tank 25, It further includes an electromagnetic valve 23 for opening and closing the communication passage 26, an electromagnetic valve 27 for discharging drain water, and a water level sensor 28 for detecting a water level inside the second drain tank 25.
[0076]
Next, the operation of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment will be described.
[0077]
In the fuel processor 12, in order to promote a reforming reaction for generating a hydrogen-rich fuel gas from a raw material gas such as a natural gas, the fuel is heated by a burner 16 at a temperature of about 700 ° C. At the same time, the fuel processor 12 has a function of removing carbon monoxide contained in the fuel gas to a concentration that does not damage the catalyst of the fuel cell 11.
[0078]
When the fuel gas contains a large amount of carbon monoxide at the time of starting the system, the switching valve 14 closes the fuel cell 11 and opens the bypass 13. At this time, the fuel gas discharged from the fuel processor 12 is guided to the bypass 13 by the switching valve 14 and bypasses the fuel cell 11. The fuel gas flowing through the bypass 13 flows through the check valve 15 only in the direction of the burner 16. The fuel gas supplied to the burner 16 is burned together with the combustion gas or only with the fuel gas.
[0079]
At this time, the check valve 15 has the valve body 18 pressed against the valve seat 17 by the self-weight of the valve body 18 and the back pressure from the downstream of the check valve 15, and the fuel gas flow path is closed by the seal member 19. Therefore, backflow of the fuel gas to the fuel cell 11 is prevented.
[0080]
Conversely, when the concentration of monoxide in the fuel gas is sufficiently low, the switching valve 14 opens the fuel cell 11 and closes the bypass 13. The fuel gas discharged from the fuel processor 12 is supplied to the fuel cell 11 by the switching valve 14, and generates electric power together with the supplied air. From the fuel cell 11, a mixed gas of hydrogen, water vapor, carbon dioxide, and carbon monoxide that has not been used for power generation is discharged. The discharged exhaust fuel gas flows through the check valve 15 and is then supplied to the burner 16 and is burned together with the combustion gas or only with the exhaust fuel gas.
[0081]
At this time, the fuel gas pushes the valve element 18 with a pressure larger than the pressure due to the weight of the valve element 18 and the valve element 18 slides by the guide 21, so that the fuel gas flow path is secured.
[0082]
On the other hand, the drain water condensed upstream of the check valve 15 is separated before the check valve 15 and stored in the first drain tank 22.
[0083]
Drain water condensed in the fuel gas flow path before the burner 16 is separated before the burner 16 and stored in the second drain tank 25.
[0084]
The first drain tank 22 has a water level sensor 24 for detecting the water level in the first drain tank 22. When the water level rises and exceeds a first certain threshold value X1, the solenoid valve 23 is opened by control. The drain water is discharged to the second drain tank 25 via the communication passage 26. When the water level falls and falls below a second certain threshold value X2, the solenoid valve 23 is closed to stop the drain water discharge.
[0085]
The second drain tank 25 has a water level sensor 28 for detecting the water level of the second drain tank 25. When the water level rises and exceeds a first certain threshold value X3, the solenoid valve 27 is opened by control. As a result, the drain water is discharged or passed through a water treatment device (not shown) and then supplied to a humidifier (not shown) in the system or a reformer (not shown) of the fuel processor 12. When the water level falls and falls below a second certain threshold value X4, the electromagnetic valve 27 is closed to stop drainage of the drain water from the second drain tank 25.
[0086]
Therefore, in the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment, the drain water condensed upstream of the check valve 15 is separated from the fuel gas upstream of the check valve 15, so that the check valve Only the fuel gas flows through 15. As a result, unstable supply (for example, pulsation) of the fuel gas due to the condensed water remaining in the fuel gas flow path can be prevented, and the operation of the check valve 15 can be performed more stably. It becomes.
[0087]
Further, only by opening and closing the solenoid valve 27, the drain water of the first and second drain tanks 22 and 25 is effectively discharged, or after the water is passed through a water treatment device (not shown), the humidifier (see FIG. (Not shown) or a reformer (not shown) of the fuel processor 12. Thereby, the drain water condensed in the fuel gas flow path can be centrally managed.
[0088]
That is, with the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment, in addition to the action described in the third embodiment, the solid polymer fuel cell system can easily manage drain water condensed in the fuel gas flow path. A polymer fuel cell system can be realized.
[0089]
Thus, in a polymer electrolyte fuel cell system for supplying exhaust fuel gas to a burner of a fuel processor, a first drain tank for storing water condensed in a fuel gas flow path upstream of a check valve; A second drain tank that stores condensed water in the exhaust fuel gas and a drain mechanism that has a discharge mechanism that discharges the condensed water. The first drain tank and the second drain tank are communicated with each other. Further, it is possible to realize a polymer electrolyte fuel cell system capable of easily managing drain water condensed in the fuel gas flow path.
[0090]
The solenoid valve 23 corresponds to the first drain valve of the present invention, the drain tank 25 corresponds to the second tank of the present invention, the solenoid valve 27 corresponds to the second drain valve of the present invention, and the water level sensor 28 This corresponds to the second tank water level detecting means of the present invention.
[0091]
(Embodiment 5)
First, the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment will be described mainly with reference to FIG. FIG. 7 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 5 of the present invention.
[0092]
The configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment is similar to the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 4 described above.
[0093]
However, the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment does not include the solenoid valve 23 (see FIG. 6) and the water level sensor 24 (see FIG. 6). Instead, the second threshold value X4 of the water level sensor 28 indicates that the water pressure that is larger than the pressure difference between the gases present in the first drain tank 22 and the second drain tank 25 is larger than the communication pressure between the communication passage 26 and the second drain tank 25. It is set to be sufficiently large so as to cover the connecting portion with the above.
[0094]
Next, the operation of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment will be described.
[0095]
In the fuel processor 12, in order to promote a reforming reaction for generating a hydrogen-rich fuel gas from a raw material gas such as a natural gas, the fuel is heated by a burner 16 at a temperature of about 700 ° C. At the same time, the fuel processor 12 has a function of removing carbon monoxide contained in the fuel gas to a concentration that does not damage the catalyst of the fuel cell 11.
[0096]
When the fuel gas contains a large amount of carbon monoxide at the time of starting the system, the switching valve 14 closes the fuel cell 11 and opens the bypass 13. At this time, the fuel gas discharged from the fuel processor 12 is guided to the bypass 13 by the switching valve 14 and bypasses the fuel cell 11. The fuel gas flowing through the bypass 13 flows through the check valve 15 only in the direction of the burner 16. The fuel gas supplied to the burner 16 is burned together with the combustion gas or only with the fuel gas.
[0097]
At this time, the check valve 15 has the valve body 18 pressed against the valve seat 17 by the self-weight of the valve body 18 and the back pressure from the downstream of the check valve 15, and the fuel gas flow path is closed by the seal member 19. Therefore, backflow of the fuel gas to the fuel cell 11 is prevented.
[0098]
Conversely, when the concentration of monoxide in the fuel gas is sufficiently low, the switching valve 14 opens the fuel cell 11 and closes the bypass 13. The fuel gas discharged from the fuel processor 12 is supplied to the fuel cell 11 by the switching valve 14, and generates electric power together with the supplied air. From the fuel cell 11, a mixed gas of hydrogen, water vapor, carbon dioxide, and carbon monoxide that has not been used for power generation is discharged. The discharged exhaust fuel gas flows through the check valve 15 and is then supplied to the burner 16 and is burned together with the combustion gas or only with the exhaust fuel gas.
[0099]
At this time, the fuel gas pushes the valve element 18 with a pressure larger than the pressure due to the weight of the valve element 18 and the valve element 18 slides by the guide 21, so that the fuel gas flow path is secured.
[0100]
On the other hand, the drain water condensed upstream of the check valve 15 is separated before the check valve 15 and stored in the first drain tank 22.
[0101]
Drain water condensed in the fuel gas flow path before the burner 16 is separated before the burner 16 and stored in the second drain tank 25.
[0102]
The second drain tank 25 has a water level sensor 28 for detecting the water level of the second drain tank 25. When the water level rises and exceeds a first certain threshold value X3, the solenoid valve 27 'is opened by control. Drain water or flows through a water treatment unit (not shown) and then supplies it to a humidifier (not shown) inside the system or a reformer (not shown) of the fuel processor 12. When the water level falls and falls below a second certain threshold value X4, the solenoid valve 27 'is closed to stop drainage of the drain water from the second drain tank 25.
[0103]
In the present embodiment, the drain water stored in the first drain tank 22 and the second drain tank 25 is stored in a balanced manner by the pressure difference and the head difference of each gas present in both tanks. Further, since the second threshold value X4 in the water level sensor 28 is set to be sufficiently large, the gas present in the first drain tank 22 does not flow into the second drain tank 25 through the communication passage 26.
[0104]
Therefore, when the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment is adopted, the operation described in the fourth embodiment described above can be realized with fewer components.
[0105]
Further, with the configuration according to the present embodiment, it is possible to prevent the fuel gas passage from being blocked when the check valve 15 is stuck due to some trouble.
[0106]
More specifically, in the configuration of the conventional polymer electrolyte fuel cell system (see FIG. 10), when the on-off valve 10 is fixed, the fuel gas flow path is closed and the pressure of the fuel cell 1 and the fuel processor 2 is reduced. Will rise. In the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment (see FIG. 7), if the pressure loss across the check valve 15 exceeds the pressure difference corresponding to the head difference determined by the first threshold value X3, Fuel gas flows from the first drain tank 22 through the communication passage 26, flows into the second drain tank 25, and is guided to the burner 16. Thus, the first drain tank 22, the second drain tank 25, the communication passage 26, and the water level sensor 28 also have a pressure relief function when the pressure of the fuel gas flow path increases.
[0107]
That is, with the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment, in addition to the operation described in the above-described fourth embodiment, the management of the drain water condensed in the fuel gas flow path can be easily performed with fewer components. A polymer electrolyte fuel cell system that can be realized in a short time.
[0108]
Further, it is possible to realize a polymer electrolyte fuel cell which enables a pressure relief function when the pressure of the fuel gas flow path rises.
[0109]
Thus, the connection between the first drain tank and the second drain tank is set at a position where a water pressure greater than the pressure difference between the gases present in the first drain tank and the second drain tank is applied. A polymer electrolyte fuel cell system that can easily manage drain water condensed in the fuel gas flow path with fewer components can be realized, and a pressure relief function can be provided when the pressure in the fuel gas flow path increases Polymer electrolyte fuel cell that can be realized.
[0110]
Note that the solenoid valve 27 'corresponds to the third drain valve of the present invention.
[0111]
(Embodiment 6)
First, the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment will be described mainly with reference to FIG. FIG. 8 is a configuration diagram illustrating a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 6 of the present invention.
[0112]
The configuration of the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment is similar to the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system of Embodiment 2 described above.
[0113]
However, the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment includes a first drain tank 22 for storing water condensed in a fuel gas flow path upstream of the check valve 15, and a water level sensor 24 for detecting a water level. A condenser 29 for condensing water vapor contained in the exhaust fuel gas downstream of the check valve 15, a condensed water tank 30 for storing condensed water condensed in the condenser 29, a first drain tank 22, and a condensed water. A communication passage 31 communicating with the tank 30; an electromagnetic valve 23 for opening and closing the communication passage 31; an electromagnetic valve 32 for discharging mixed water of condensed water and drain water; and a water level for detecting the water level inside the condensed water tank 30 And a sensor 33.
[0114]
After all, the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment has a configuration further including a condenser 29 in addition to the components of the polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 4 described above. ing.
[0115]
Next, the operation of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment will be described.
[0116]
In the fuel processor 12, in order to promote a reforming reaction for generating a hydrogen-rich fuel gas from a raw material gas such as a natural gas, the fuel is heated by a burner 16 at a temperature of about 700 ° C. At the same time, the fuel processor 12 has a function of removing carbon monoxide contained in the fuel gas to a concentration that does not damage the catalyst of the fuel cell 11.
[0117]
When the fuel gas contains a large amount of carbon monoxide at the time of starting the system, the switching valve 14 closes the fuel cell 11 and opens the bypass 13. At this time, the fuel gas discharged from the fuel processor 12 is guided to the bypass 13 by the switching valve 14 and bypasses the fuel cell 11. The fuel gas flowing through the bypass 13 flows through the check valve 15 only in the direction of the burner 16. The fuel gas supplied to the burner 16 is burned together with the combustion gas or only with the fuel gas.
[0118]
At this time, the check valve 15 has the valve body 18 pressed against the valve seat 17 by the self-weight of the valve body 18 and the back pressure from the downstream of the check valve 15, and the fuel gas flow path is closed by the seal member 19. Therefore, backflow of the fuel gas to the fuel cell 11 is prevented.
[0119]
Conversely, when the concentration of monoxide in the fuel gas is sufficiently low, the switching valve 14 opens the fuel cell 11 and closes the bypass 13. The fuel gas discharged from the fuel processor 12 is supplied to the fuel cell 11 by the switching valve 14, and generates electric power together with the supplied air. From the fuel cell 11, a mixed gas of hydrogen, water vapor, carbon dioxide, and carbon monoxide that has not been used for power generation is discharged. The discharged exhaust fuel gas flows through the check valve 15 and is then supplied to the burner 16 and is burned together with the combustion gas or only with the exhaust fuel gas. In this case, the fuel gas pushes the valve element 18 with a pressure greater than the pressure due to the weight of the valve element 18 and the valve element 18 slides by the guide 21, so that the fuel gas flow path is secured.
[0120]
On the other hand, the drain water condensed upstream of the check valve 15 is separated before the check valve 15 and stored in the first drain tank 22.
[0121]
Further, a condenser 29 is provided downstream of the check valve 15, and the exhaust fuel gas is cooled in the condenser 29, and the contained water vapor is condensed into condensed water. The condensed water is separated before the burner 16 and stored in the condensed water tank 30.
[0122]
The first drain tank 22 has a water level sensor 24 for detecting the water level in the first drain tank 22. When the water level rises and exceeds a first certain threshold value X1, the solenoid valve 23 is opened by control. The drain water is discharged to the condensed water tank 30 via the communication passage 31. When the water level falls and falls below a second certain threshold value X2, the solenoid valve 23 is closed to stop the drain water discharge.
[0123]
The condensed water tank 30 has a water level sensor 33 for detecting the water level of the condensed water tank 30. When the water level rises and exceeds a first certain threshold value X3, the condensed water is opened by controlling the solenoid valve 32. The mixed water and drain water are discharged or passed through a water treatment unit (not shown) and then supplied to a humidifier (not shown) in the system or a reformer (not shown) of the fuel processor 12. .
[0124]
Therefore, in the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment, the drain water condensed upstream of the check valve 15 is separated from the fuel gas upstream of the check valve 15, so that the check valve Only the fuel gas flows through 15. As a result, unstable supply (for example, pulsation) of the fuel gas due to the condensed water remaining in the fuel gas flow path can be prevented, and the operation of the check valve 15 can be performed more stably. It becomes.
[0125]
Further, only by opening and closing the solenoid valve 32, the mixed water of the drain water and the condensed water collected in the condensed water tank 30 is effectively discharged, or the humidification inside the system is performed after flowing to a water treatment device (not shown). The fuel can be supplied to a reformer (not shown) or a reformer (not shown) of the fuel processor 12. Thereby, the drain water condensed in the fuel gas flow path can be centrally managed.
[0126]
Further, using the condenser 29 downstream of the check valve 15, the exhaust fuel gas is cooled, the contained water vapor is condensed, the condensed water condensed is separated before the burner 16, and the condensed water tank 30. Can be stored.
[0127]
That is, with the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment, in addition to the operation described in the above-described second embodiment, the solid-state fuel cell system that makes it possible to easily manage drain water condensed in the fuel gas flow path A polymer fuel cell system can be realized.
[0128]
Thus, a drain tank for storing water condensed in the fuel gas flow path upstream of the check valve, a condenser for condensing water vapor contained in the exhaust fuel gas, and a condensed water tank for storing condensed water are provided. By connecting the drain tank and the condenser, it is possible to realize a polymer electrolyte fuel cell system capable of easily managing drain water condensed in the fuel gas flow path.
[0129]
The condensed water tank 30 corresponds to the second tank of the present invention, the solenoid valve 32 corresponds to the second drain valve of the present invention, and the water level sensor 33 corresponds to the second tank water level detecting means of the present invention.
[0130]
(Embodiment 7)
First, the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment will be described mainly with reference to FIG. FIG. 9 is a configuration diagram illustrating a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 7 of the present invention.
[0131]
The configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment is similar to the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 6 described above.
[0132]
However, the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment does not include the solenoid valve 23 (see FIG. 8) and the water level sensor 24 (see FIG. 8). Instead, the second threshold value X4 in the water level sensor 33 indicates that the water pressure that is larger than the pressure difference between the gases present in the first drain tank 22 and the condensed water tank 30 is greater than the connection pressure between the communication passage 31 and the condensed water tank 30. Is set to be large enough.
[0133]
Next, the operation of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment will be described.
[0134]
In the fuel processor 12, in order to promote a reforming reaction for generating a hydrogen-rich fuel gas from a raw material gas such as a natural gas, the fuel is heated by a burner 16 at a temperature of about 700 ° C. At the same time, the fuel processor 12 has a function of removing carbon monoxide contained in the fuel gas to a concentration that does not damage the catalyst of the fuel cell 11.
[0135]
When the fuel gas contains a large amount of carbon monoxide at the time of starting the system, the switching valve 14 closes the fuel cell 11 and opens the bypass 13. At this time, the fuel gas discharged from the fuel processor 12 is guided to the bypass 13 by the switching valve 14 and bypasses the fuel cell 11. The fuel gas flowing through the bypass 13 flows through the check valve 15 only in the direction of the burner 16. The fuel gas supplied to the burner 16 is burned together with the combustion gas or only with the fuel gas.
[0136]
At this time, the check valve 15 has the valve body 18 pressed against the valve seat 17 by the self-weight of the valve body 18 and the back pressure from the downstream of the check valve 15, and the fuel gas flow path is closed by the seal member 19. Therefore, backflow of the fuel gas to the fuel cell 11 is prevented.
[0137]
Conversely, when the concentration of monoxide in the fuel gas is sufficiently low, the switching valve 14 opens the fuel cell 11 and closes the bypass 13. The fuel gas discharged from the fuel processor 12 is supplied to the fuel cell 11 by the switching valve 14, and generates electric power together with the supplied air. From the fuel cell 11, a mixed gas of hydrogen, water vapor, carbon dioxide, and carbon monoxide that has not been used for power generation is discharged. The discharged exhaust fuel gas flows through the check valve 15 and is then supplied to the burner 16 and is burned together with the combustion gas or only with the exhaust fuel gas.
[0138]
At this time, the fuel gas pushes the valve element 18 with a pressure larger than the pressure due to the weight of the valve element 18 and the valve element 18 slides by the guide 21, so that the fuel gas flow path is secured.
[0139]
On the other hand, the drain water condensed upstream of the check valve 15 is separated before the check valve 15 and stored in the first drain tank 22.
[0140]
Further, a condenser 29 is provided downstream of the check valve 15, and the exhaust fuel gas is cooled in the condenser 29, and the contained water vapor is condensed into condensed water. The condensed water is separated before the burner 16 and stored in the condensed water tank 30.
[0141]
The condensed water tank 30 has a water level sensor 33 for detecting the water level of the condensed water tank 30. When the water level rises and exceeds a first threshold X3, the solenoid valve 32 'is opened by control to drain water. The mixed water with the condensed water is discharged or passed through a water treatment device (not shown) and then supplied to a humidifier (not shown) in the system or a reformer (not shown) of the fuel processor 12. . When the water level falls and falls below a second certain threshold value X4, the solenoid valve 32 'is closed to stop the discharge of the mixed water of the drain water and the condensed water from the condensed water tank 30.
[0142]
In the present embodiment, the mixed water of the drain water and the condensed water stored in the first drain tank 22 and the condensed water tank 30 is balanced by the pressure difference and the head difference of each gas present in both tanks. Water is stored. Further, since the second threshold value X4 in the water level sensor 33 is set to be sufficiently large, the gas present in the first drain tank 22 does not flow into the condensed water tank 30 through the communication passage 31.
[0143]
Therefore, when the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment is adopted, the operation described in the sixth embodiment described above can be realized with fewer components.
[0144]
Further, with the configuration according to the present embodiment, it is possible to prevent the fuel gas passage from being blocked when the check valve 15 is stuck due to some trouble.
[0145]
More specifically, in the configuration of the conventional polymer electrolyte fuel cell system (see FIG. 10), when the on-off valve 10 is fixed, the fuel gas flow path is closed and the pressure of the fuel cell 1 and the fuel processor 2 is reduced. Will rise. In the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system of the present embodiment (see FIG. 8), if the pressure loss across the check valve 15 exceeds the pressure difference corresponding to the head difference determined by the first threshold value X3, Fuel gas flows from the first drain tank 22 to the condensed water tank 30 through the communication passage 31, and is guided to the burner 16. Thus, the first drain tank 22, the condensed water tank 30, the communication path 31, and the water level sensor 33 also have a pressure relief function when the pressure of the fuel gas flow path increases.
[0146]
That is, with the configuration of the polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment, in addition to the operation described in the above-described sixth embodiment, the management of the drain water condensed in the fuel gas flow path can be easily performed with fewer components. A polymer electrolyte fuel cell system that can be realized in a simple manner can be realized.
[0147]
Further, it is possible to realize a polymer electrolyte fuel cell which enables a pressure relief function when the pressure of the fuel gas flow path rises.
[0148]
Thus, by setting the connection portion of the condensed water tank with the drain tank to a position where a water pressure that is larger than the pressure difference of each gas present in the drain tank and the condensed water tank is applied, the drain water condensed in the fuel gas passage is A polymer electrolyte fuel cell system that enables easy management with fewer components can be realized, and a polymer electrolyte fuel cell that enables a pressure relief function when the pressure in the fuel gas flow path increases can be realized. .
[0149]
Note that the solenoid valve 32 'corresponds to the third drain valve of the present invention.
[0150]
In the above, Embodiments 1 to 7 have been described in detail.
[0151]
Since a large amount of water vapor contained in the exhaust fuel gas may condense at the check valve 15, the valve seat 17, the valve body 18, the sealing member 19, the spring 20, the guide 21 Is made of a water-repellent material or a material coated with a water-repellent agent, which is useful because it prevents the check valve 15 from sticking. When collecting and reusing drain water and condensed water inside the polymer electrolyte fuel cell system, metal ions and organic substances contained in the water are problematic, but the water-repellent material and water-repellent are fluorine-based materials. This can solve such a problem, and is useful for stable operation of the water recovery unit of the polymer electrolyte fuel cell system.
[0152]
Further, in the present embodiment described above, the first tank of the present invention and the second tank of the present invention are connected, but the present invention is not limited to this, and the first tank and the second tank may not be connected (the first tank and the second tank). If the second tank is not in communication, the water stored in the first tank is drained only based on the detection result by the first tank water level detecting means of the present invention, and stored in the second tank. The draining of the water is performed based only on the detection result by the second tank water level detecting means of the present invention).
[0153]
Further, a fuel cell flowing step for flowing the fuel gas so that the fuel gas flows from the fuel gas inlet and flows out of the fuel gas outlet, so that the fuel gas can flow by bypassing the fuel cell. A bypass step of bypassing between the fuel gas inlet and the fuel gas outlet; a switching step of switching whether the fuel gas flows through the fuel cell or the bypass; and the fuel gas bypasses the fuel cell. A backflow preventing step of preventing the fuel gas from flowing back to the fuel cell side by utilizing a check valve provided on the fuel gas outlet side when the switching is performed as described above. The fuel cell control method is included in the invention related to the present invention.
[0154]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the present invention has an advantage that safe operation of, for example, a polymer electrolyte fuel cell can be realized with lower power consumption, lower cost, and smaller size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 1.
FIG. 2 is a configuration diagram of a check valve according to the first embodiment.
FIG. 3 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 2.
FIG. 4 is a configuration diagram of a check valve according to a second embodiment.
FIG. 5 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 3.
FIG. 6 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 4.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 5.
FIG. 8 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 6.
FIG. 9 is a configuration diagram showing a polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 7.
FIG. 10 is a configuration diagram showing a conventional polymer electrolyte fuel cell system.
[Explanation of symbols]
1,11 fuel cell
2,12 fuel processor
3 Humidifier
4,29 Condenser
5, 30 Condensate tank
6, 16 burners
7. Combustion fan
8, 13 Bypass road
9,14 switching valve
10 On-off valve
15, 15 'check valve
17 Valve seat
18 Valve
19 Sealing material
20 spring
21 Guide
22, 25 Drain tank
23, 27, 27 ', 32, 32' Solenoid valve
24, 28, 33 Water level sensor
26, 31 communication passage

Claims (13)

燃料ガスが燃料ガス入口から流れ込んで燃料ガス出口から流れ出るように通流する燃料電池と、
前記燃料ガスが前記燃料電池をバイパスして通流できるようにするための、前記燃料ガス入口と前記燃料ガス出口との間をバイパスするバイパス路と、
前記燃料ガスが、前記燃料電池を通流するか、前記バイパス路を通流するかを切り替える切替手段と、
前記燃料ガスが前記バイパス路を通流するように前記切り替えが行われている場合において、前記燃料ガスの前記燃料電池側への逆流を防止する、前記燃料ガス出口側に設けられた逆止弁とを備えた燃料電池システム。
A fuel cell that flows so that fuel gas flows in from a fuel gas inlet and flows out of a fuel gas outlet;
A bypass passage for bypassing between the fuel gas inlet and the fuel gas outlet, so that the fuel gas can flow by bypassing the fuel cell;
Switching means for switching whether the fuel gas flows through the fuel cell or the bypass path,
A check valve provided on the fuel gas outlet side for preventing the fuel gas from flowing back to the fuel cell side when the switching is performed so that the fuel gas flows through the bypass passage. A fuel cell system comprising:
前記逆止弁は、前記燃料ガスの前記燃料電池側への逆流を防止するための弁体と、前記燃料ガスが前記バイパス路を通流するように前記切り替えが行われている場合において前記弁体が押圧される弁座とを有する請求項1記載の燃料電池システム。The check valve includes a valve body for preventing the fuel gas from flowing back to the fuel cell side, and the valve when the switching is performed such that the fuel gas flows through the bypass passage. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a valve seat against which a body is pressed. 前記弁体の押圧は、所定の弾性体を利用して行われる請求項2記載の燃料電池システム。3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the pressing of the valve body is performed using a predetermined elastic body. 前記弁体は、鉛直方向を基準にして前記弁座の上に載置されており、
前記弁体の押圧は、前記弁体の自重を利用して行われる請求項2記載の燃料電池システム。
The valve body is mounted on the valve seat on the basis of a vertical direction,
The fuel cell system according to claim 2, wherein the pressing of the valve element is performed by using the weight of the valve element.
前記燃料ガス出口と前記逆止弁との間に設けられた、凝縮した水の蓄水を行う第一タンクをさらに備えた請求項1記載の燃料電池システム。2. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a first tank provided between the fuel gas outlet and the check valve for storing condensed water. 前記第一タンクの水位を検知するための第一タンク水位検知手段と、
前記第一タンクに蓄水されている水の排水を、前記第一タンク水位検知手段による検知結果に基づいて行うための、前記第一タンクに設けられた排水弁とをさらに備えた請求項5記載の燃料電池システム。
First tank water level detection means for detecting the water level of the first tank,
6. A drain valve provided in the first tank for draining water stored in the first tank based on a detection result by the first tank water level detecting means. A fuel cell system as described.
前記燃料電池を通流した、または前記バイパス路を通流した燃料ガスが供給されるバーナと、
前記バイパス路の終点と前記バーナとの間に設けられた、凝縮した水の蓄水を行う第二タンクをさらに備えた請求項5または6記載の燃料電池システム。
A burner to which fuel gas that has flowed through the fuel cell or fuel gas that has flowed through the bypass path is supplied;
7. The fuel cell system according to claim 5, further comprising a second tank provided between the end point of the bypass passage and the burner for storing condensed water.
前記第二タンクの水位を検知するための第二タンク水位検知手段と、
少なくとも前記第二タンクに蓄水されている水の排水を、少なくとも前記第二タンク水位検知手段による前記検知結果に基づいて行うための、前記第二タンクに設けられた第二排水弁とをさらに備えた請求項7記載の燃料電池システム。
Second tank water level detection means for detecting the water level of the second tank,
A second drain valve provided in the second tank for draining at least the water stored in the second tank, based on the result of the detection by at least the second tank water level detecting means. The fuel cell system according to claim 7, further comprising:
前記第一タンクと前記第二タンクとを連通する連通路と、
前記第一タンクの水位を検知するための第一タンク水位検知手段と、
前記第一タンクに蓄水されている水の排水を、前記第一タンク水位検知手段による検知結果に基づいて行うための、前記連通路に設けられた第一排水弁とをさらに備えた請求項7または8記載の燃料電池システム。
A communication passage communicating the first tank and the second tank,
First tank water level detection means for detecting the water level of the first tank,
A first drain valve provided in the communication path for draining water stored in the first tank based on a detection result by the first tank water level detecting means. 9. The fuel cell system according to 7 or 8.
前記第一タンクと前記第二タンクとを、前記第二タンクの水位が前記第一タンクの水位よりも高くなるように連通する連通路と、
前記第二タンクの水位を検知するための第二タンク水位検知手段と、
前記第一タンクに蓄水されている水の排水と前記第二タンクに蓄水されている水の排水とを、前記第二タンク水位検知手段による検知結果に基づいて行うための、前記第二タンクに設けられた第三排水弁とをさらに備えた請求項7記載の燃料電池システム。
A communication passage communicating the first tank and the second tank such that the water level of the second tank is higher than the water level of the first tank;
Second tank water level detection means for detecting the water level of the second tank,
The drainage of water stored in the first tank and the drainage of water stored in the second tank are performed based on the detection result by the second tank water level detection means, The fuel cell system according to claim 7, further comprising a third drain valve provided in the tank.
前記バイパス路の終点と前記第二タンクとの間に設けられた、前記水を凝縮させるための凝縮器をさらに備えた請求項7記載の燃料電池システム。The fuel cell system according to claim 7, further comprising a condenser provided between the end point of the bypass and the second tank for condensing the water. 前記逆止弁は、撥水性材料を利用して構成されている請求項1記載の燃料電池システム。The fuel cell system according to claim 1, wherein the check valve is configured using a water-repellent material. 前記撥水性材料は、フッ素系材料である請求項12記載の燃料電池システム。The fuel cell system according to claim 12, wherein the water-repellent material is a fluorine-based material.
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