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JP2018185998A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2018185998A
JP2018185998A JP2017087452A JP2017087452A JP2018185998A JP 2018185998 A JP2018185998 A JP 2018185998A JP 2017087452 A JP2017087452 A JP 2017087452A JP 2017087452 A JP2017087452 A JP 2017087452A JP 2018185998 A JP2018185998 A JP 2018185998A
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Japan
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fuel
cell system
fuel cell
bypass flow
flow meter
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Application number
JP2017087452A
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Japanese (ja)
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将太 嶋谷
Shota Shimatani
将太 嶋谷
新井 康弘
Yasuhiro Arai
康弘 新井
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Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp
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Abstract

【課題】小型化、軽量化した燃料電池システムを提供する。
【解決手段】都市ガスを脱硫器で脱硫し、脱硫した都市ガスを燃料昇圧ブロワで昇圧して改質する燃料処理系を有する燃料電池システムの燃料配管の一部を樹脂モジュールブロック40で構成する。樹脂モジュールブロック40は、脱硫器から排出された燃料流Aを受け入れ、燃料昇圧ブロワへの導入燃料Bを排出する配管50が内部に設けられた樹脂モジュール40aと、配管50の一部を主流路となし、配管50に流れる燃料流量を測定するバイパス式流量計61とを一体化してる。
【選択図】図2
A fuel cell system that is reduced in size and weight is provided.
A part of a fuel pipe of a fuel cell system having a fuel processing system for desulfurizing a city gas with a desulfurizer and boosting and reforming the desulfurized city gas with a fuel booster blower is constituted by a resin module block 40. . The resin module block 40 receives the fuel flow A discharged from the desulfurizer, and includes a resin module 40a in which a pipe 50 for discharging the fuel B introduced into the fuel booster blower is provided, and a part of the pipe 50 through the main flow path. The bypass type flow meter 61 for measuring the flow rate of the fuel flowing through the pipe 50 is integrated.
[Selection] Figure 2

Description

本発明の実施形態は、燃料電池システムに関する。   Embodiments described herein relate generally to a fuel cell system.

燃料電池システムは、電気エネルギの発生とともに、排熱を生じる。これは、温度の高い電池温度から周囲温度への放熱分が熱として発生するからである。   The fuel cell system generates exhaust heat as electric energy is generated. This is because the heat radiation from the high battery temperature to the ambient temperature is generated as heat.

このような熱を利用すれば、電気エネルギとのハイブリッド運転、すなわちコジェネレーション運転となるため、非常に経済的でエネルギ効率の高い、地球環境に優しい運転が実現できる。近年、このような燃料電池システムを家庭に導入する開発が行われ、既に日本では実用化が始まっている。地球温暖化を防止する方法として、二酸化炭素の排出量が少ないこのエネルギが脚光を浴び、その環境性や省エネ性に注目が集まっているためである。   If such heat is used, a hybrid operation with electric energy, that is, a cogeneration operation is performed, so that a very economical, energy-efficient and environmentally friendly operation can be realized. In recent years, such a fuel cell system has been developed to be introduced into the home, and has already been put into practical use in Japan. This is because, as a method of preventing global warming, this energy, which emits less carbon dioxide, has attracted attention, and its environmental performance and energy saving are attracting attention.

燃料電池システムは小型で設置面積が狭いほど、設置可能な場所が多くなるため、市場規模が拡大、省エネ機器の普及に繋がる。また、システムが小型、軽量であるほど設置のための移動が容易になり商品性は向上する。   The smaller the fuel cell system is and the smaller the installation area, the more places where it can be installed. This increases the market scale and leads to the spread of energy-saving equipment. In addition, the smaller and lighter the system, the easier the movement for installation and the better the merchantability.

特開2012−146627号公報JP 2012-146627 A

このように、燃料電池システムの普及を拡大するためには、発電効率や排熱効率のシステムの基本性能の向上のみならず、小型化、軽量化した燃料電池システムの開発が求められている。   Thus, in order to expand the spread of fuel cell systems, it is required not only to improve the basic performance of the power generation efficiency and exhaust heat efficiency system, but also to develop a fuel cell system that is smaller and lighter.

本発明が解決しようとする課題は、小型化、軽量化した燃料電池システムを提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a fuel cell system that is reduced in size and weight.

本発明の実施形態における燃料電池システムは、燃料が流れる配管の一部が内部に設けられる樹脂モジュールブロックと、前記樹脂モジュールブロックに設けられた前記配管を主流路とするバイパス式流量計と、を備えることを特徴とする。   A fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes: a resin module block in which a part of piping through which fuel flows is provided; and a bypass flow meter having the piping provided in the resin module block as a main flow path. It is characterized by providing.

第1実施形態の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system of 1st Embodiment. 第1実施形態における樹脂ブロックモジュールの平面図である。It is a top view of the resin block module in 1st Embodiment. 第1実施形態の樹脂ブロックモジュールの正面図である。It is a front view of the resin block module of 1st Embodiment. (a)は第1実施形態の樹脂ブロックモジュール搭載のバイパス式流量計の平面図であり、(b)はバイパス式流量計の正面断面図であり、(c)はバイパス式流量計の側面断面図である。(A) is a top view of the bypass flow meter mounted with the resin block module of the first embodiment, (b) is a front sectional view of the bypass flow meter, and (c) is a side sectional view of the bypass flow meter. FIG.

[1.第1の実施形態]
[1−1.構成]
以下では、図1〜図4を参照しつつ、本実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。
[1. First Embodiment]
[1-1. Constitution]
Below, the fuel cell system which concerns on this embodiment is demonstrated, referring FIGS. 1-4.

[全体構成]
図1は、本実施形態の燃料電池システムの構成を示すブロック図である。本実施形態では、燃料電池システム16として、燃料改質装置をパッケージング内部に有する固体高分子型燃料電池システムを例に説明する。
[overall structure]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system of the present embodiment. In the present embodiment, as the fuel cell system 16, a polymer electrolyte fuel cell system having a fuel reformer inside the packaging will be described as an example.

燃料電池システム16は、主に燃料処理系(FPS;Fuel Processing System)1、電池本体(CSA;Cell Stack Assembly)2から構成される。   The fuel cell system 16 mainly includes a fuel processing system (FPS) 1 and a battery body (CSA) 2.

燃料処理系1は、燃料3、脱硫器4、起動用燃料遮断弁21、燃料昇圧ブロア31、水蒸気発生器5、改質器6、COシフト反応器7、CO選択酸化器8、水蒸気分離器9、改質用燃焼器10、改質水ポンプ11、排熱熱交換器&タンク12他から構成される。一方、電池本体2は、アノード極13、カソード極14から構成される。   The fuel processing system 1 includes a fuel 3, a desulfurizer 4, a starting fuel cutoff valve 21, a fuel booster blower 31, a steam generator 5, a reformer 6, a CO shift reactor 7, a CO selective oxidizer 8, and a steam separator. 9, the reforming combustor 10, the reforming water pump 11, the exhaust heat exchanger & tank 12, and the like. On the other hand, the battery body 2 includes an anode electrode 13 and a cathode electrode 14.

燃料3は、炭化水素系燃料、例えば都市ガスやプロパンである。燃料3は、配管内を流れ脱硫器4へ至る。脱硫器の上流側には、配管内を流れる燃料3の遮断/供給を切替える燃料遮断弁20が配置される。   The fuel 3 is a hydrocarbon fuel such as city gas or propane. The fuel 3 flows in the piping and reaches the desulfurizer 4. On the upstream side of the desulfurizer, a fuel cutoff valve 20 for switching cutoff / supply of the fuel 3 flowing in the pipe is arranged.

脱硫器4は、内部を流れる燃料の硫黄分を取り除く。脱硫器4は、内部に活性炭やゼオライトを備え、これらにより燃料の硫黄分を吸着する。脱硫器4の下流側には、バイパス式流量計61a、及び燃料昇圧ブロア31が配置される。   The desulfurizer 4 removes the sulfur content of the fuel flowing inside. The desulfurizer 4 includes activated carbon and zeolite inside, and adsorbs the sulfur content of the fuel. On the downstream side of the desulfurizer 4, a bypass flow meter 61 a and a fuel booster 31 are disposed.

燃料昇圧ブロア31は、配管内の燃料3を加圧するためのブロアである。燃料昇圧ブロア31の下流側で、配管は分岐する。一方の配管は、起動用燃料遮断弁21を経由して、改質器6へと繋がる。他方の配管は、メイン燃料遮断弁22を経由してCOシフト反応器7へと繋がる。   The fuel booster 31 is a blower for pressurizing the fuel 3 in the pipe. On the downstream side of the fuel booster blower 31, the pipe branches. One pipe is connected to the reformer 6 via the starting fuel cutoff valve 21. The other pipe is connected to the CO shift reactor 7 via the main fuel cutoff valve 22.

改質器6は、触媒により燃料3と水蒸気とを反応させる。改質器6での反応より、水素が生成する共にCOの生成も行われる。この改質器6での改質は、所謂水蒸気改質であり吸熱反応である。それ故、反応を促進させるために、改質器6には加熱用の燃焼器が含まれている。改質器6の下流側には、水蒸気発生器5が配置される。   The reformer 6 reacts the fuel 3 and water vapor with a catalyst. From the reaction in the reformer 6, hydrogen is generated and CO is also generated. The reforming in the reformer 6 is so-called steam reforming and is an endothermic reaction. Therefore, in order to accelerate the reaction, the reformer 6 includes a combustor for heating. A steam generator 5 is disposed on the downstream side of the reformer 6.

水蒸気発生器5は、改質水ポンプ11より供給される純粋を加熱し、水蒸気を発生させる。発生した水蒸気は、燃料ガスと合流する。固体高分子型燃料電池システムは、電池本体2の電解質膜及び触媒層から構成されるMEA(Membrane Electrode Assembly)でのCO被毒が問題となるため、COはCO2へ酸化させる必要がある。水蒸気発生器5の下流側には、COシフト反応器7、及びCO選択酸化器8が配置される。   The steam generator 5 heats the pure supplied from the reforming water pump 11 and generates steam. The generated water vapor merges with the fuel gas. In the polymer electrolyte fuel cell system, CO poisoning in a MEA (Membrane Electrode Assembly) composed of the electrolyte membrane and the catalyst layer of the battery body 2 becomes a problem, and therefore, it is necessary to oxidize CO to CO2. A CO shift reactor 7 and a CO selective oxidizer 8 are disposed on the downstream side of the steam generator 5.

COシフト反応器7、及びCO選択酸化器8には、CO選択酸化用空気ブロア18から、空気が供給される。COシフト反応器7ではH2Oによるシフト反応、CO選択酸化器8では、触媒によりCO被毒が発生しない程度に、CO選択酸化用空気ブロア18から供給された空気により酸化反応を進める。   Air is supplied from the CO selective oxidation air blower 18 to the CO shift reactor 7 and the CO selective oxidizer 8. In the CO shift reactor 7, the shift reaction by H 2 O is performed, and in the CO selective oxidizer 8, the oxidation reaction is advanced by the air supplied from the CO selective oxidation air blower 18 to such an extent that no CO poisoning is generated by the catalyst.

改質器6を含めたこれらの触媒反応温度はそれぞれ異なる。例えば、改質器6での反応温度は数百度であり、CO選択酸化器8での反応温度は百数十度である。このように、改質器6から排出される改質ガスの上流と下流の温度差を大きくとる必要がある。そのため、下流側において温度を下げるための熱交換器が必要となる。   These catalytic reaction temperatures including the reformer 6 are different from each other. For example, the reaction temperature in the reformer 6 is several hundred degrees, and the reaction temperature in the CO selective oxidizer 8 is one hundred degrees. Thus, it is necessary to take a large temperature difference between the upstream and downstream of the reformed gas discharged from the reformer 6. Therefore, a heat exchanger for lowering the temperature on the downstream side is required.

次に、各触媒での主なプロセス反応を以下に示す。例えばメタン成分が主体の都市ガス改質の場合、水蒸気改質反応は(1)式、COシフト反応は(2)式、CO選択酸化反応は(3)式のようになる。
CH4+2H2O→CO2+4H2…(1)
CO+H2O→CO2+H2…(2)
2CO+O2→2CO2…(3)
Next, main process reactions in each catalyst are shown below. For example, in the case of city gas reforming mainly composed of a methane component, the steam reforming reaction is represented by equation (1), the CO shift reaction is represented by equation (2), and the CO selective oxidation reaction is represented by equation (3).
CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2 ... (1)
CO + H2O → CO2 + H2 ... (2)
2CO + O2 → 2CO2 ... (3)

CO選択酸化器8を通過した改質ガスは、主に水素、炭酸ガス及び余った水蒸気等より構成される。CO選択酸化器8は、アノード極13と連通し、CO選択酸化器8から排出された改質ガスは、アノード極13に送り込まれる。   The reformed gas that has passed through the CO selective oxidizer 8 is mainly composed of hydrogen, carbon dioxide gas, excess steam, and the like. The CO selective oxidizer 8 communicates with the anode electrode 13, and the reformed gas discharged from the CO selective oxidizer 8 is sent to the anode electrode 13.

アノード極13では、送り込まれた改質ガスに含まれる水素ガスが、プロトンH+と電子に分解する。その後、プロトンH+は、MEAの触媒層を経てカソード極14へと移動する。カソード極14では、カソード極用空気ブロア15により供給される空気中の酸素及び電子と結びついて水が生成される。   At the anode 13, the hydrogen gas contained in the reformed gas that has been sent is decomposed into protons H + and electrons. Thereafter, the proton H + moves to the cathode electrode 14 through the MEA catalyst layer. In the cathode 14, water is generated in combination with oxygen and electrons in the air supplied by the cathode air blower 15.

したがって、アノード極13は−極、カソード極14は+極となり、電位を持って直流電圧を発電する。この電位間に電気負荷を持てば電源としての機能を持つことになる。発電に使われずに残ったアノード極出口ガスは、水蒸気発生器5及び改質器6の加熱用燃料ガスとして使われる。また、カソード極出口中の水蒸気及び燃焼排気ガス中の水蒸気は、排熱熱交換器A12aにより、水分を回収し、システムでの水自立を図る。   Therefore, the anode 13 is a minus pole and the cathode 14 is a plus pole, and generates a DC voltage with a potential. If there is an electrical load between these potentials, it will function as a power source. The anode electrode outlet gas remaining without being used for power generation is used as a fuel gas for heating the steam generator 5 and the reformer 6. Further, the water vapor in the cathode electrode outlet and the water vapor in the combustion exhaust gas are collected by the exhaust heat exchanger A12a, and water self-sustained in the system.

一方、電池本体2の排熱は、電池冷却水ポンプ29の循環ラインに配置された排熱熱交換器B12bによって熱回収される。温水循環ポンプ33の運転により、排熱熱交換器12a及び12bで熱交換して暖められた温水は、貯湯槽36に蓄熱され給湯やお風呂の温水として使われる。貯湯槽36の熱が使われずに、タンク下部まで高温の温水が貯まった状態では、燃料電池システム16に戻る循環水温度が上昇するため、温水が使われるまでシステムの運転を停止するか、或いは放熱器37を通じて大気に放熱する。   On the other hand, the exhaust heat of the battery body 2 is recovered by the exhaust heat exchanger B12b arranged in the circulation line of the battery cooling water pump 29. The hot water heated by exchanging heat in the exhaust heat exchangers 12a and 12b by the operation of the hot water circulation pump 33 is stored in the hot water storage tank 36 and used as hot water for hot water supply or a bath. In a state where hot water is stored in the lower part of the tank without using the heat of the hot water storage tank 36, the circulating water temperature returning to the fuel cell system 16 rises, so that the operation of the system is stopped until the hot water is used, or Heat is released to the atmosphere through the radiator 37.

次に、起動時の運転方法を示す。運転起動の指令が始まると、燃焼空気切替弁25が開いた状態で燃焼用空気ブロア26が起動し、改質器6内の燃焼室を空気パージする。この場合、燃焼用空気は燃焼用空気ブロア26より、起動燃料の予混合空気としてだけでなく、拡散空気としても燃焼室内に供給される。   Next, the operation method at the time of starting is shown. When the operation start command is started, the combustion air blower 26 is started with the combustion air switching valve 25 being opened, and the combustion chamber in the reformer 6 is purged with air. In this case, the combustion air is supplied from the combustion air blower 26 not only as premixed air for the starting fuel but also as diffusion air into the combustion chamber.

空気パージが完了すると、起動燃料着火のための例えば点火プラグからの火花を燃焼室内で発生させる。メイン燃料遮断弁22を閉じ、脱気用遮断弁23を開いた状態で、燃料遮断弁20、起動用燃料遮断弁21を開くと、燃料遮断弁20及び起動用燃料遮断弁21を通過した起動用燃料は、燃料昇圧ブロア31で昇圧、燃焼室内で着火され火炎が形成される。   When the air purge is completed, a spark from, for example, a spark plug for starting fuel ignition is generated in the combustion chamber. If the fuel cutoff valve 20 and the startup fuel cutoff valve 21 are opened with the main fuel cutoff valve 22 closed and the deaeration cutoff valve 23 open, the startup that has passed through the fuel cutoff valve 20 and the startup fuel cutoff valve 21 The fuel is boosted by the fuel booster blower 31 and ignited in the combustion chamber to form a flame.

燃焼室内で使用されるバーナは、起動用と発電用も兼ねた一体型バーナであり、メタン主体の起動燃料は発電時のオフガス燃料である水素主体の燃料より燃焼速度遅く、吹き消えし易いため、予混合燃焼させて燃焼性を向上させている。燃焼が継続し、燃焼ガスの加熱によって改質器6や、図示はしていないが電気ヒータ等で加熱されたCOシフト反応器7、CO選択酸化器8、水蒸気分離器9、他が所定の温度になると、改質水ポンプ11で水蒸気分離器9に供給された改質水はそこで蒸気となり、水蒸気流量調節弁27が開き、燃料改質ラインに供給された後、同時にメイン燃料遮断弁22が開いて供給される燃料3と共に、FPS1内に供給され改質反応が始まる。このタイミングで起動用燃料遮断弁21、脱気用遮断弁23及び燃焼空気切替弁25は閉じる。   The burner used in the combustion chamber is an integrated burner that serves both for start-up and power generation, and methane-based starter fuel is slower in combustion speed than hydrogen-based fuel, which is off-gas fuel during power generation, and easily blows off. The premixed combustion improves the combustibility. Combustion continues, the reformer 6 is heated by the combustion gas, and the CO shift reactor 7, the CO selective oxidizer 8, the steam separator 9, and the like heated by an electric heater (not shown), etc. When the temperature reaches, the reformed water supplied to the steam separator 9 by the reforming water pump 11 becomes steam therein, and the steam flow rate adjusting valve 27 is opened and supplied to the fuel reforming line. Is supplied into the FPS 1 together with the fuel 3 which is supplied while being opened, and the reforming reaction starts. At this timing, the starting fuel cutoff valve 21, the deaeration cutoff valve 23, and the combustion air switching valve 25 are closed.

改質反応が始まった後、CO選択酸化用空気ブロア18の空気で酸化され、CO選択酸化器8出口から出た改質ガスは、主として水素、炭酸ガス、水蒸気等の成分からなり、電池本体2のアノード極13に供給される。アノード極13の出口から出るオフガスは、オフガス逆止弁24を通過後、改質用燃焼器10に供給される。   After the reforming reaction is started, the reformed gas that is oxidized by the air of the CO selective oxidation air blower 18 and exits from the outlet of the CO selective oxidizer 8 is mainly composed of components such as hydrogen, carbon dioxide gas, and water vapor. 2 to the anode electrode 13. The off gas that exits from the outlet of the anode 13 passes through the off gas check valve 24 and is then supplied to the reforming combustor 10.

改質用燃焼器10に供給されたオフガス燃料は着火して、メイン燃料用空気と安定した拡散燃焼を開始する。その後、カソード極用空気ブロア15から電池本体2のカソード極14に空気が供給され、インバータが起動すると燃料電池システム16の発電が開始する。発電に寄与しないまま残ったアノード極13の出口から出るオフガスは改質用燃焼器10に供給され続ける。   The off-gas fuel supplied to the reforming combustor 10 ignites, and starts stable diffusion combustion with the main fuel air. Thereafter, air is supplied from the cathode air blower 15 to the cathode 14 of the battery body 2 and when the inverter is activated, the fuel cell system 16 starts generating electricity. The off gas that exits from the outlet of the anode electrode 13 that remains without contributing to power generation continues to be supplied to the reforming combustor 10.

[樹脂モジュールブロック40の構成]
図2、3は、本実施形態の燃料電池システム16に搭載されている樹脂モジュールブロック40を示す。図2が樹脂モジュールブロック40の平面図(設置時の正面図)、図3が正面図である。樹脂モジュールブロック40は、図1における破線部の配管を樹脂で一体に成形したものである。また、図1における燃料3の流れを示す矢印A〜Eが、図2、3の矢印A〜Eと対応する。
[Configuration of Resin Module Block 40]
2 and 3 show the resin module block 40 mounted on the fuel cell system 16 of the present embodiment. 2 is a plan view of the resin module block 40 (a front view at the time of installation), and FIG. 3 is a front view. The resin module block 40 is obtained by integrally molding the piping at the broken line in FIG. 1 with resin. Moreover, the arrows A to E showing the flow of the fuel 3 in FIG. 1 correspond to the arrows A to E in FIGS.

樹脂モジュールブロック40には、2つの配管が形成される。1つ目の配管は、図1において、脱硫器4と燃料昇圧ブロア31間の配管(矢印Aから矢印B)である。脱硫器4から続く配管は、矢印Aの部分で樹脂モジュールブロック40と接続し、矢印Bの部分で燃料昇圧ブロア31の上流側の配管と接続する。また、2つ目の配管は、樹脂モジュールブロック40内部で2方向に分岐する。図1において、燃料昇圧ブロア31と改質器6間の配管(矢印Cから矢印E)と、燃料昇圧ブロア31とCOシフト反応器7間の配管(矢印Cから矢印D)となる。   Two pipes are formed in the resin module block 40. The first pipe is a pipe (arrow A to arrow B) between the desulfurizer 4 and the fuel booster blower 31 in FIG. The piping continuing from the desulfurizer 4 is connected to the resin module block 40 at the portion indicated by the arrow A, and connected to the piping on the upstream side of the fuel booster blower 31 at the portion indicated by the arrow B. Further, the second pipe branches in two directions inside the resin module block 40. In FIG. 1, a pipe between the fuel booster blower 31 and the reformer 6 (arrow C to arrow E) and a pipe between the fuel booster blower 31 and the CO shift reactor 7 (arrow C to arrow D) are provided.

樹脂モジュールブロック40は、内部の配管を形成する複数の部材が組み合わさることで形成される。樹脂モジュールブロック40は、樹脂モジュール40a、バイパス式流量計61a、バイパス式流量計搭載用子部品62、起動用燃料遮断弁21、及びメイン燃料遮断弁22とからなる。換言すれば、樹脂モジュール40aに、バイパス式流量計61a、バイパス式流量計搭載用子部品62、起動用燃料遮断弁21、及びメイン燃料遮断弁22を搭載したものが樹脂モジュールブロック40である。   The resin module block 40 is formed by combining a plurality of members that form internal piping. The resin module block 40 includes a resin module 40 a, a bypass flow meter 61 a, a bypass flow meter mounting child part 62, a starting fuel cutoff valve 21, and a main fuel cutoff valve 22. In other words, the resin module block 40 includes the resin module 40a on which the bypass flow meter 61a, the bypass flow meter mounting child component 62, the starting fuel cutoff valve 21, and the main fuel cutoff valve 22 are mounted.

樹脂モジュールブロック40の矢印Aから矢印Bまでの配管には、バイパス式流量計61aが設置される。バイパス式流量計搭載用子部品62内の配管が、バイパス式流量計61aの主流路と、バイパス流路の一部となる配管となる。バイパス式流量計搭載用子部品62内の配管は、内部で分岐し、バイパス式流量計61aの主流路と、主流路から分岐するバイパス式流量計61aへの流入口と、主流路に流入するバイパス式流量計61aからの流出口となる。ここで、バイパス式流量計61aが設けられるモジュールを第1のモジュールとし、バイパス式流量計搭載用子部品62が設けられるモジュールを第2のモジュールとする。また、矢印Aから矢印Bまでの配管の樹脂モジュール40aにバッファタンク部51を設ける。   A bypass type flow meter 61 a is installed in the pipe from the arrow A to the arrow B of the resin module block 40. The pipes in the bypass flow meter mounting sub-part 62 are the main flow path of the bypass flow meter 61a and a pipe that becomes a part of the bypass flow path. The piping in the bypass flow meter mounting sub-part 62 branches inside and flows into the main flow path of the bypass flow meter 61a, the inlet to the bypass flow meter 61a branched from the main flow path, and the main flow path. It becomes an outlet from the bypass flow meter 61a. Here, a module in which the bypass flow meter 61a is provided is referred to as a first module, and a module in which the bypass flow meter mounting subcomponent 62 is provided is referred to as a second module. In addition, the buffer tank portion 51 is provided in the resin module 40a of the piping from the arrow A to the arrow B.

それぞれ別体で形成される樹脂モジュール40aと、バイパス式流量計搭載用子部品62とは、溶接により接続される。一方、バイパス式流量計搭載用子部品62とバイパス式流量計61aとの固定は、ねじ止めとなる。バイパス式流量計搭載用子部品62とバイパス式流量計61aの接続部分には、環状パッキンが配置されシールされる。環状パッキンとは、所謂Oリングである。   The resin module 40a formed separately from each other and the bypass flow meter mounting subpart 62 are connected by welding. On the other hand, the fixing of the bypass flow meter mounting child part 62 and the bypass flow meter 61a is screwed. An annular packing is disposed and sealed at the connecting portion between the bypass flow meter mounting sub-part 62 and the bypass flow meter 61a. The annular packing is a so-called O-ring.

樹脂モジュールブロック40の矢印Cから矢印Dまでの配管には、メイン燃料遮断弁22が設置される。メイン燃料遮断弁22が矢印Cから矢印Dまでの配管の一部となる。樹脂モジュール40aに対するメイン燃料遮断弁22の固定は、ねじ止めとなる。接続部分には、環状パッキンが配置されシールされる。   A main fuel cutoff valve 22 is installed in the piping from the arrow C to the arrow D of the resin module block 40. The main fuel cutoff valve 22 becomes a part of the pipe from the arrow C to the arrow D. The main fuel cutoff valve 22 is fixed to the resin module 40a with screws. An annular packing is disposed on the connecting portion and sealed.

樹脂モジュールブロック40の矢印Cから矢印Eまでの配管には、起動用燃料遮断弁21が設置される。起動用燃料遮断弁21が矢印Cから矢印Eまでの配管の一部となる。樹脂モジュール40aに対する起動用燃料遮断弁21の固定は、ねじ止めとなる。接続部分には、環状パッキンが配置されシールされる。   An activation fuel cutoff valve 21 is installed in the piping from the arrow C to the arrow E of the resin module block 40. The starting fuel cutoff valve 21 is a part of the piping from the arrow C to the arrow E. The starting fuel cutoff valve 21 is fixed to the resin module 40a with screws. An annular packing is disposed on the connecting portion and sealed.

[樹脂モジュールブロック40の内の燃料の流れ]
以下では、本実施形態に係る燃料電池システム16において、樹脂モジュールブロック40を流れる燃料3の流れについて説明する。
[Flow of fuel in resin module block 40]
Hereinafter, the flow of the fuel 3 flowing through the resin module block 40 in the fuel cell system 16 according to the present embodiment will be described.

燃料遮断弁20が開き、脱硫器4を通過した燃料3は、燃料流量計入口接続部48から樹脂モジュールブロック40に供給される。燃料3はバイパス式流量計61aを通過後、樹脂配管部a50に入り、配管部分と比較して断面積を大きく構成したバッファタンク部51を経てバッファタンク出口接続部52から一旦樹脂モジュールブロック40の外部に出る。   The fuel cutoff valve 20 is opened and the fuel 3 that has passed through the desulfurizer 4 is supplied to the resin module block 40 from the fuel flow meter inlet connection 48. After passing through the bypass flow meter 61a, the fuel 3 enters the resin pipe part a50, passes through the buffer tank part 51 having a larger cross-sectional area than the pipe part, and temporarily passes through the buffer tank outlet connection part 52 to the resin module block 40. Go outside.

燃料3は、燃料昇圧ブロア31を介して、燃料遮断弁入口接続部53から再び樹脂モジュールブロック40に供給される。各燃料は樹脂配管部b54で分岐後、起動用燃料遮断弁21、メイン燃料遮断弁22に入り、各遮断弁の開閉制御により流れが決定され、起動時は起動用燃料遮断弁出口接続部55、定常時はメイン燃料遮断弁出口接続部56より樹脂モジュールブロック40外部の接続配管(図示せず)に導かれる。   The fuel 3 is supplied again to the resin module block 40 from the fuel cutoff valve inlet connection portion 53 via the fuel booster 31. Each fuel branches at the resin piping part b54 and then enters the starting fuel cutoff valve 21 and the main fuel cutoff valve 22, and the flow is determined by opening / closing control of each cutoff valve. At startup, the startup fuel cutoff valve outlet connection 55 During normal operation, the main fuel cutoff valve outlet connection portion 56 leads to a connection pipe (not shown) outside the resin module block 40.

ここで、第1の実施例である燃料用のバイパス式流量計61aの樹脂モジュールブロック40への搭載方法、及び流量測定に関係する流路構造の詳細を説明する。図4(a)に樹脂モジュールブロック40のバイパス式流量計搭載用子部品62に搭載したバイパス式流量計61aの平面図、図4(b)に正面断面図(A−A部)、及び図4(c)に側面図(B−B部)を示す。   Here, the mounting method of the bypass type flow meter 61a for fuel according to the first embodiment on the resin module block 40 and the flow path structure related to the flow rate measurement will be described. FIG. 4A is a plan view of the bypass flow meter 61a mounted on the bypass flow meter mounting sub-component 62 of the resin module block 40, FIG. 4B is a front sectional view (AA section), and FIG. A side view (BB section) is shown in FIG.

図4(a)に示したバイパス式流量計61aは、バイパス式流量計搭載用子部品62に2箇所のねじ部64によって固定され、2箇所のOリング63によってシールされている。バイパス式流量計61aは、システム稼働後の故障が考えられるため、メンテナンス性を考え、ねじ部64による固定としている。   The bypass flow meter 61 a shown in FIG. 4A is fixed to the bypass flow meter mounting child part 62 by two screw portions 64 and sealed by two O-rings 63. The bypass type flow meter 61a is fixed by the screw part 64 in consideration of maintainability because a failure after the system operation is considered.

一方、バイパス式流量計搭載用子部品62は樹脂モジュールブロック40に、例えば振動溶着等で溶着、シールされている。バイパス式流量計61aは、図4(b)、(c)に示すように矢印で流れの方向を記載した流体(ここでは燃料3)の一部がバイパス流路65にバイパスして、センサ部にてその流量を検知、主流路66の流量を算出可能となる。   On the other hand, the bypass flow meter mounting subpart 62 is welded and sealed to the resin module block 40 by, for example, vibration welding. As shown in FIGS. 4B and 4C, the bypass flow meter 61a bypasses a part of the fluid (here, fuel 3) whose flow direction is indicated by an arrow to the bypass passage 65, The flow rate can be detected and the flow rate of the main flow channel 66 can be calculated.

バイパス式流量計61aの特徴は、これらバイパス流路65と主流路66を流れる流体のバイパス流量比を適切に設定することであり、その設定は、主流路オリフィス部67、主流路66、バイパス流路65の各径や構造で主に決定される。   The characteristic of the bypass flow meter 61a is that the bypass flow ratio of the fluid flowing through the bypass flow path 65 and the main flow path 66 is appropriately set, and the setting includes the main flow path orifice section 67, the main flow path 66, and the bypass flow. It is mainly determined by each diameter and structure of the path 65.

[1−2.作用効果]
以上のように燃料電池システムは、燃料が流れる配管の一部を樹脂モジュールブロック内部に設ける。また、樹脂モジュールブロックに設けられた配管を主流路とするバイパス式流量計を備える。これにより、バイパス式流量計61aを小型化、軽量化することが可能となる。
[1-2. Effect]
As described above, in the fuel cell system, a part of the piping through which the fuel flows is provided inside the resin module block. In addition, a bypass flow meter having a main flow path as a pipe provided in the resin module block is provided. As a result, the bypass flow meter 61a can be reduced in size and weight.

樹脂モジュールブロック内部にバイパス式流量計のバイパス流路の一部を設けても良い。これにより、バイパス流路の配管を樹脂モジュールブロックに別途接続する場合と比較して、バイパス流路の形成を容易にすることが可能となる。   A part of the bypass flow path of the bypass flow meter may be provided inside the resin module block. Thereby, compared with the case where piping of a bypass channel is separately connected to a resin module block, it becomes possible to make formation of a bypass channel easier.

樹脂モジュールブロックは、複数のモジュールより成形しても良い。本実施形態では、樹脂モジュール40aにバイパス式流量計61a、バイパス式流量計搭載用子部品62、起動用燃料遮断弁21、及びメイン燃料遮断弁22を搭載する。これにより、配管部分をコンパクトすることが可能となり、燃料電池システムを小型、軽量で省スペースとすることができる。   The resin module block may be formed from a plurality of modules. In the present embodiment, the bypass flow meter 61a, the bypass flow meter mounting child part 62, the starting fuel cutoff valve 21, and the main fuel cutoff valve 22 are mounted on the resin module 40a. As a result, the piping portion can be made compact, and the fuel cell system can be reduced in size, weight and space.

前記複数のモジュールは、バイパス式流量計61aを含む第1のモジュールと、バイパス式流量計搭載用子部品62となる第2のモジュールとしても良い。これにより、軽量で省スペースなバイパス式流量計を燃料電池システムに搭載することができる。   The plurality of modules may be a first module including a bypass flow meter 61a and a second module serving as a bypass flow meter mounting child component 62. As a result, a lightweight and space-saving bypass flow meter can be mounted on the fuel cell system.

バイパス式流量計搭載用子部品62は、樹脂モジュールブロックに溶着される。バイパス式流量計搭載用子部品62には、バイパス式流量計の主流路が形成される。予め、主流路をバイパス式流量計搭載用子部品62に形成しておき、そのバイパス式流量計搭載用子部品62を樹脂モジュールに接着することで、主流路の加工を容易に行うことができる。これにより、主流路の加工精度の向上が図れる。   The bypass flow meter mounting subpart 62 is welded to the resin module block. A main flow path of the bypass flow meter is formed in the bypass flow meter mounting child part 62. The main flow path can be easily processed by previously forming the main flow path in the bypass flow meter mounting sub-part 62 and bonding the bypass flow meter mounting sub-part 62 to the resin module. . Thereby, the processing accuracy of the main channel can be improved.

バイパス式流量計搭載用子部品62には、バイパス式流量計の主流路が設けられる。この主流路には、オリフィス部が設けられ、オリフィス部は、バイパス流路の流入口と、前記バイパス流路の流出口との間に配置される。これにより、バイパス流路65に流れる流量を少なくすることができる。つまり、バイパス式流量計61aの流量は、バイパス流路65と主流路66の圧力差を原理として算出されるため、主流路66側の流路抵抗を、バイパス流路65の流路抵抗に比べて小さくした。   The bypass flow meter mounting subpart 62 is provided with a main flow path of the bypass flow meter. The main channel is provided with an orifice, and the orifice is disposed between the inlet of the bypass channel and the outlet of the bypass channel. Thereby, the flow volume which flows into the bypass flow path 65 can be decreased. That is, the flow rate of the bypass flow meter 61a is calculated based on the pressure difference between the bypass flow channel 65 and the main flow channel 66, and therefore the flow resistance on the main flow channel 66 side is compared with the flow resistance of the bypass flow channel 65. And made it smaller.

バイパス式流量計61aを十分に小型化、軽量化するため、バイパス流路65流量は、主流路66流量の10分の1以下が望ましい。バイパス式流量計61aの流量測定精度を担保するためにはバイパス流量比の管理が肝要であり、バイパス流量比を管理するためには、主流路オリフィス部67、主流路66、バイパス流路65の厳密な寸法管理が要求される。   In order to sufficiently reduce the size and weight of the bypass flow meter 61a, the flow rate of the bypass flow channel 65 is desirably 1/10 or less of the flow rate of the main flow channel 66. In order to ensure the flow rate measurement accuracy of the bypass flow meter 61a, it is important to manage the bypass flow rate ratio, and in order to manage the bypass flow rate ratio, the main flow path orifice section 67, the main flow path 66, and the bypass flow path 65 must be controlled. Strict dimensional control is required.

バイパス流量比を、(バイパス流路65流量)/(主流路66流量+バイパス流路65流量)とすると、バイパス流量比が小さいほど、より寸法精度が厳しくなり、これら重要寸法を、バイパス式流量計搭載用子部品62に集約、別モジュール化することで、樹脂モジュールブロック40全体と切り分けた寸法管理が可能となる。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、小型化、軽量化することができる。
Assuming that the bypass flow rate ratio is (bypass flow rate 65 flow rate) / (main flow rate 66 flow rate + bypass flow rate 65 flow rate), the smaller the bypass flow rate ratio, the more strict the dimensional accuracy becomes. By integrating into the meter mounting child part 62 and making it into a separate module, it becomes possible to manage the dimensions separately from the entire resin module block 40.
According to at least one embodiment described above, the size and weight can be reduced.

本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   In the present specification, a plurality of embodiments according to the present invention have been described. However, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. Specifically, various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof as well as included in the scope and gist of the invention.

1…燃料処理系、2…電池本体、16…燃料電池システム、36…貯湯槽、40…樹脂モジュールブロック、40a…樹脂モジュール、50…樹脂配管部a、54…樹脂配管部b、61a…バイパス式流量計、62…バイパス式流量計搭載用子部品、63…Oリング、65…バイパス流路、66…主流路、67…主流路オリフィス部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel processing system, 2 ... Battery main body, 16 ... Fuel cell system, 36 ... Hot water storage tank, 40 ... Resin module block, 40a ... Resin module, 50 ... Resin piping part a, 54 ... Resin piping part b, 61a ... Bypass Type flow meter, 62... Bypass type flow meter mounting component, 63... O-ring, 65 .. bypass channel, 66 .. main channel, 67.

Claims (8)

燃料が流れる配管の一部が内部に設けられる樹脂モジュールブロックと、
前記樹脂モジュールブロック内部に設けられた前記配管を主流路とするバイパス式流量計と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A resin module block in which a part of piping through which fuel flows is provided;
A bypass type flow meter having the pipe provided inside the resin module block as a main flow path;
A fuel cell system comprising:
前記樹脂モジュールブロック内部に前記バイパス式流量計のバイパス流路の一部を設けたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein a part of a bypass flow path of the bypass flow meter is provided inside the resin module block. 前記樹脂モジュールブロックは、複数のモジュールより成形されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the resin module block is formed from a plurality of modules. 前記複数のモジュールは、前記バイパス式流量計を含む第1のモジュールと、
前記第1のモジュールと、前記樹脂モジュールブロックとの間に配置される第2のモジュールと、
を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3に記載の燃料電池システム。
The plurality of modules includes a first module including the bypass flow meter;
A second module disposed between the first module and the resin module block;
The fuel cell system according to claim 1, further comprising:
前記第2のモジュールは、
前記樹脂モジュールブロックに溶着されることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池システム。
The second module is:
The fuel cell system according to claim 4, wherein the fuel cell system is welded to the resin module block.
前記第2のモジュールには、
前記バイパス式流量計の主流路と、
前記主流路から分岐するバイパス流路の流入口と、
前記主流路へ合流するバイパス流路の流出口と、
が設けられ、
前記主流路には、オリフィス部が設けられ、
前記オリフィス部は、前記バイパス流路の流入口と、前記バイパス流路の流出口との間に配置されることを特徴とする請求項4または5に記載の燃料電池システム。
The second module includes
A main flow path of the bypass flow meter;
An inlet of a bypass channel branched from the main channel;
An outlet of a bypass channel that merges with the main channel;
Is provided,
The main flow path is provided with an orifice part,
6. The fuel cell system according to claim 4, wherein the orifice portion is disposed between an inlet of the bypass channel and an outlet of the bypass channel.
前記オリフィス部の径は、前記バイパス流路の径よりも大きいことを特徴とする請求項6に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 6, wherein a diameter of the orifice portion is larger than a diameter of the bypass flow path. 前記第1のモジュールは、前記第2のモジュールに対して着脱自在に構成され、
前記第1のモジュールに設けられるバイパス流路と、前記第2のモジュールのバイパス流路の接続部分には、環状パッキンが配置されることを特徴とする請求項4乃至7の何れか1項に記載の燃料電池システム。
The first module is configured to be detachable from the second module,
The annular packing is disposed at a connection portion between the bypass flow path provided in the first module and the bypass flow path of the second module, according to any one of claims 4 to 7. The fuel cell system described.
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