JP3732058B2 - Solid polymer electrolyte fuel cell system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子電解質型燃料電池の燃料極から排出されるオフガスを、燃料ガスとして利用する固体高分子電解質型燃料電池システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の固体高分子電解質型燃料電池システムを図4に示す。図4中、1は固体高分子電解質型燃料電池であり、一般に固体高分子電解質膜を挟んだ空気極2と燃料極3から構成されている。空気極2の上流側は、酸化剤ガスAとして例えば空気を供給するファン4と連通されている。供給された空気は、空気極2と接する所定の通路を下流側へ向かって流れる。このとき、空気中の酸素が必要量だけ電極反応で消費され、残りのガスA’は外部へ排出される。
【0003】
一方、燃料極3の上流側は、改質器5に連通されている。そして、天然ガスなどの原料ガスXおよび水蒸気改質反応に必要な原料水Yが改質器5に供給される。改質器5は、自身を加熱するための燃焼部6を具備しており、燃焼部6にはガス量制御手段7から連通部11を介して燃料ガスFが供給される。ガス量制御手段7としては、一般に制御弁などが用いられる。燃料ガスFが燃焼部6で燃焼すると、改質器5が所定の温度に昇温される。このとき、改質器5では、原料ガスXと原料水Yとの反応が起こり、水素リッチな改質ガスGが生成する。
【0004】
改質ガスGは、燃料極3に供給され、燃料極3と接する所定の通路を下流側へ向かって流れる。このとき、改質ガスG中の水素が必要量だけ電極反応で消費され、残ったガスはオフガスG’として外部へ排出される。すなわち、発電によって一部の水素が消費された後、燃料極3の下流側から水素を含むオフガスG’が外部に排出されるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の固体高分子電解質型燃料電池システムでは、上述したように、水素を含むオフガスが外部に排出されてしまう。そのため、燃料電池システムの運転効率が低いという問題がある。また、オフガスが外部に排出されると、オフガス中の水素が周囲の空気と混合して可燃性のガスとなる可能性がある。したがって、水素が外部へ流出することのない高効率で安全性の高い固体高分子電解質型燃料電池システムの開発が望まれている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題を解決するために、燃焼部6とガス量制御手段7とを接続する連通部11に、燃料極から排出されるオフガスG’を合流させる合流部を設けたものである。そして、ガス量制御手段を制御する所定の制御部を備えたものである。
すなわち、本発明は、原料ガスから改質ガスを生成する改質器と、前記改質器で得られた改質ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う固体高分子電解質型燃料電池と、前記改質器を加熱するための燃焼部と、前記燃焼部に供給される燃料ガス量を調節するガス量制御弁と、前記ガス量制御弁と前記燃焼部とを繋ぐ連通部とを具備し、前記固体高分子電解質型燃料電池の燃料極から排出されるオフガスを前記連通部に合流させる合流部と、前記ガス量制御弁を通過する燃料ガス量を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記連通部内部の流路抵抗が大きくなると、前記ガス量制御弁の開度を大きくし、前記連通部内部の流路抵抗が小さくなると、前記ガス量制御弁の開度を小さくする固体高分子電解質型燃料電池システムに関する。
【0007】
また、本発明は、原料ガスから改質ガスを生成する改質器と、前記改質器で得られた改質ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う固体高分子電解質型燃料電池と、前記改質器を加熱するための燃焼部と、前記燃焼部に供給される燃料ガス量を調節するガス量制御弁と、前記ガス量制御弁と前記燃焼部とを繋ぐ連通部とを具備し、前記固体高分子電解質型燃料電池の燃料極から排出されるオフガスを前記連通部に合流させる合流部と、前記ガス量制御弁を通過する燃料ガス量を検知するガス量検知手段と、前記ガス量検知手段の検知した値に基づいて前記ガス量制御弁を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記オフガスが前記合流部から前記連通部内部の燃料ガスに混入され、燃料ガスとともに前記燃焼部に供給される際に、前記連通部内部の流路抵抗が大きくなり、前記ガス量検知手段が検知する燃料ガス量が小さくなると、前記ガス量制御弁の開度を大きくし、前記連通部内部の流路抵抗が小さくなり、前記ガス量検知手段が検知する燃料ガス量が大きくなると、前記ガス量制御弁の開度を小さくする固体高分子電解質型燃料電池システムに関する。
【0008】
また、本発明は、原料ガスから改質ガスを生成する改質器と、前記改質器で得られた改質ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う固体高分子電解質型燃料電池と、前記改質器を加熱するための燃焼部と、前記燃焼部に供給される燃料ガス量を調節するガス量制御弁と、前記ガス量制御弁と前記燃焼部とを繋ぐ連通部とを具備し、前記固体高分子電解質型燃料電池の燃料極から排出されるオフガスを前記連通部に合流させる合流部と、前記連通部内部の圧力を検知する圧力検知手段と、前記圧力検知手段の検知した値に基づいて前記ガス量制御弁を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記オフガスが前記合流部から前記連通部内部の燃料ガスに混入され、燃料ガスとともに前記燃焼部に供給される際に、前記圧力検知手段により検知された圧力が大きくなると、前記ガス量制御弁の開度を大きくし、前記圧力検知手段により検知された圧力が小さくなると、前記ガス量制御弁の開度を小さくする固体高分子電解質型燃料電池システムに関する。
【0009】
また、本発明は、原料ガスから改質ガスを生成する改質器と、前記改質器で得られた改質ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う固体高分子電解質型燃料電池と、前記改質器を加熱するための燃焼部と、前記燃焼部に供給される燃料ガス量を調節するガス量制御弁と、前記ガス量制御弁と前記燃焼部とを繋ぐ連通部とを具備し、前記固体高分子電解質型燃料電池の燃料極から排出されるオフガスを前記連通部に合流させる合流部と、前記固体高分子電解質型燃料電池で発電された電力の電流値を検知する電流検知手段と、前記電流検知手段の検知した値に基づいて前記ガス量制御弁を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記オフガスが前記合流部から前記連通部内部の燃料ガスに混入され、燃料ガスとともに前記燃焼部に供給される際に、前記電流検知手段により検知された電流より推定されるオフガス量が大きくなると、前記ガス量制御弁の開度を大きくし、前記電流検知手段により検知された電流より推定されるオフガス量が小さくなると、前記ガス量制御弁の開度を小さくする固体高分子電解質型燃料電池システムに関する。なお、原料ガスとしては、主として炭化水素系の原料ガスが用いられる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の燃料電池システムでは、燃料極から排出されたオフガスが、燃焼部とガス量制御手段とを繋ぐ連通部に設けられた合流部から燃料ガスに混入され、燃料ガスとともに燃焼部に供給される。そのため、システムの運転効率が高められる。
ただし、オフガスの混入によって合流部下流のガス流量が増加するので、流路抵抗が大きくなり、制御手段を通過する燃料ガス量が少なくなる。また、オフガス量は、固体高分子電解質型燃料電池に繋がれる負荷の変動など、様々な要因によって変化する。
【0011】
そこで、本発明の燃料電池システムにおいては、ガス量制御手段を通過する燃料ガス量を制御する制御部を設けている。そして、所定の検知手段が検知した値に基づいてガス量制御手段が制御される。
したがって、燃料電池と接続された電力負荷が変化するなどして合流部に混入されるオフガス量が変化しても、燃焼部に供給される燃料ガス量を所定範囲に保持することができ、燃焼部を安定な状態で維持することができる。
【0012】
実施の形態1
燃料電池の燃料極から排出されたオフガスが連通部に設けられた合流部から燃料ガスに混入されると、オフガスの混入によって合流部下流のガス流量が変化し、流路抵抗も変化する。そのため、ガス量制御手段を通過する燃料ガス量も変化する。
そこで、本実施の形態に係る固体高分子電解質型燃料電池システムにおいては、前記ガス量制御手段の上流側または下流側にガス量検知手段が設置されている。前記ガス量検知手段は、前記ガス量制御手段を通過する燃料ガス量を検知し、検知された値は制御部に伝達される。そして、その値に基づいて、制御部がガス量制御手段を制御する仕組みとなっている。したがって、合流部に混入されるオフガス量に応じて、ガス量制御手段を通過する燃料ガス量が変化しても、それを抑制する方向にガス量制御手段を調節できる。
【0013】
実施の形態2
燃料電池の燃料極から排出されたオフガスが連通部に設けられた合流部から燃料ガスに混入されると、合流部下流のガス流量が変化し、連通部内部の圧力も変化する。例えば、オフガス量が増加すると、連通部内部の圧力が高くなり、流路抵抗が大きくなってガス量制御手段を通過する燃料ガス量が減少する。つまり、連通部の圧力変化と燃料ガス量の変化とは対応しており、連通部の圧力変化からガス量制御手段を通過する燃料ガス量の変化を推定することができる。
【0014】
そこで、本実施の形態に係る固体高分子電解質型燃料電池システムにおいては、前記連通部に圧力検知手段が設置されている。前記圧力検知手段は、連通部内部の圧力を検知し、検知された値は制御部に伝達される。そして、その値に基づいて、制御部がガス量制御手段を制御する仕組みとなっている。したがって、合流部に混入されるオフガス量に応じて、ガス量制御手段を通過する燃料ガス量が変化しても、それを抑制する方向にガス量制御手段を調節できる。
【0015】
しかも、圧力検知手段の検知した値は、オフガスの組成や燃料ガスの組成にほとんど影響されない。したがって、メタン系ガス、プロパン系ガスなど、様々なガスが使用でき、システムの汎用性が向上する。
【0016】
実施の形態3
燃料電池の燃料極へ供給された改質ガスは、その中の水素が発電によって消費された後、オフガスとして燃料極から排出される。ここで、発電によって消費される水素量は、発電される電力の電流値から推定することができる。したがって、オフガス中に含まれる水素量も電流値から推定でき、結果として、発電される電力の電流値からオフガス流量を推定することができる。
【0017】
そこで、本実施の形態に係る固体高分子電解質型燃料電池システムにおいては、前記固体高分子電解質型燃料電池によって発電される電力の電流値を検知する電流検知手段が設置されている。検知された値は制御部に伝達され、その値に基づいて、制御部がガス量制御手段を制御する仕組みとなっている。したがって、合流部に混入されるオフガス量に応じて、ガス量制御手段を通過する燃料ガス量が変化しても、燃料電池によって発電される電力の電流値に基づいて、燃料ガス量の変化を抑制する方向にガス量制御手段を調節できる。
しかも、電流検知手段は簡便に構成することができるので、システムの低コスト化を図ることもできる。
【0018】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて図面を参照しながら説明する。
《実施例1》
図1は、本発明の実施例1に係る固体高分子電解質型燃料電池システムの構成を示す図である。図1において、図4で示した従来の固体高分子電解質型燃料電池システムのものと同じ機能を有するものについては、同一符号を付与している。また、それらの機能の詳細も、図4で示した従来の固体高分子電解質型燃料電池システムと同様である。
【0019】
本システムの連通部11には、燃焼部6の側から順次、合流部12、ガス量制御弁7’およびガス量検知手段10を設けている。そして、合流部12には、燃料極3から排出されるオフガスG’を導入する。ガス量制御弁7’およびガス量検知手段10は、それぞれ信号線14、14’によって制御部13と接続している。
【0020】
次に、所定の燃料ガスFを、ガス量検知手段10、ガス量制御弁7’および合流部12を経由して燃焼部6に供給した。このとき、燃料極3から排出されたオフガスG’を、連通部11に設けられた合流部12から燃料ガスFに混入させ、一緒に燃焼部6に供給した。また、ガス量制御弁7’を通過する燃料ガス量をガス量検知手段10でリアルタイムで検知した。さらに、検知した値が信号線14’を通って制御部13に伝達され、その値に基づいた命令が信号線14を通ってガス量制御弁7’に伝達され、弁の開度が調節されるようにした。そして、燃料電池を所定の負荷に接続した。
【0021】
その結果、電力負荷の増減などによってオフガスG’の量が変化し、合流部12の下流のガス流量は逐次変化した。しかし、流路抵抗が大きくなると、ガス量制御弁7’の開度が大きくなってそれを通過する燃料ガス量が増加し、流路抵抗が小さくなると、ガス量制御弁7’の開度が小さくなってそれを通過する燃料ガス量が減少した。そして、燃焼部6の燃焼状態は、常に安定であった。また、システムの運転効率も良好であった。
【0022】
《実施例2》
図2は、本発明の実施例2に係る固体高分子電解質型燃料電池システムの構成を示す図である。ガス量検知手段およびその制御部を設けず、連通部11に圧力検知手段20を設け、圧力検知手段20の検出値に基づいてガス量制御弁7’を制御する制御部21を設けたこと以外、実施例1と同様の構成とし、同様の操作でシステムを運転した。
【0023】
すなわち、燃料極3から排出されたオフガスG’を連通部11に設けられた合流部12から燃料ガスFに混入し、燃焼部6に供給した。その際、連通部11の圧力を圧力検知手段20によってリアルタイムで検知した。また、検知した値が信号線14’を通って制御部21に伝達され、その値に基づいた命令が信号線14を通ってガス量制御弁7’に伝達され、弁の開度が調節されるようにした。そして、燃料電池を所定の負荷に接続した。
【0024】
その結果、電力負荷の増減などによってオフガスG’の量が変化し、合流部12の下流の圧力は逐次変化した。しかし、圧力が高くなると、ガス量制御弁7’の開度が大きくなってそれを通過する燃料ガス量が増加し、圧力が低くなると、ガス量制御弁7’の開度が小さくなってそれを通過する燃料ガス量が減少した。そして、燃焼部6の燃焼状態は、常に安定であった。また、システムの運転効率も良好であった。
さらに、メタン系ガス、プロパン系ガスなど、様々な燃料ガスで前記システムの運転を行ったところ、何れの場合も安定した運転が可能であった。このことから、本システムは汎用性が高いことが示された。
【0025】
《実施例3》
図3は、本発明の実施例3に係る固体高分子電解質型燃料電池システムの構成を示す図である。
燃焼量検知手段10および制御部13を設けず、燃料電池1の電力負荷への出力端30、30’のうち、一方の出力端30’に固定抵抗31を設け、固定抵抗31の両端の電圧から電流値を検知する電流検知手段32と、前記電流検知手段32の検知した値に基づいてガス量制御弁7’の開度を制御する制御部33とを設けたこと以外、実施例1と同様の構成とし、同様の操作でシステムを運転した。
【0026】
すなわち、燃料極3から排出されたオフガスG’を連通部11に設けられた合流部12から燃料ガスFに混入し、燃焼部6に供給した。その際、燃料電池によって発電された電力の電流値を、電流検知手段32によってリアルタイムで検知した。また、検知した値が信号線14を通って制御部33に伝達され、その値に基づいた命令が信号線14’を通ってガス量制御弁7’に伝達され、弁の開度が調節されるようにした。そして、燃料電池を所定の負荷に接続した。
【0027】
その結果、電流値は逐次変化したが、その値に基づいてガス量制御弁7’の開度が調節されるようになっているため、燃焼部6の燃焼状態は、常に安定であった。
また、電流検知手段32は、出力端30に設けた固定抵抗31の電圧を測定するためだけの簡便なものを設置したので、システム全体としては、実施例1、2に比べて低コストであった。
【0028】
【発明の効果】
本発明によれば、水素を含むオフガスを外部に排出することなく燃焼部に供給することができるため、運転効率が向上する。また、燃焼部の燃焼状態を安定に維持することができる。しかも、圧力検知手段を用いたシステムによれば、メタン系ガス、プロパン系ガスなど、様々な燃料ガスが使用でき、システムの汎用性が向上する。また、電流検知手段を用いたシステムによれば、システムの低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の固体高分子電解質型燃料電池システムの構成を示す図である。
【図2】本発明の実施例2の固体高分子電解質型燃料電池システムの構成を示す図である。
【図3】本発明の実施例3の固体高分子電解質型燃料電池システムの構成を示す図である。
【図4】従来の固体高分子電解質型燃料電池システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
1 固体高分子電解質型燃料電池
2 空気極
3 燃料極
4 ファン
5 改質器
6 燃焼部
7 ガス量制御手段
7’ガス量制御弁
10 ガス量検知手段
11 連通部
12 合流部
13、21、33 制御部
14、14’信号線
20 圧力検知手段
30、30’出力端
31 固定抵抗
32 電流検知手段
A 酸化剤ガス
A’残りのガス
G 改質ガス
G’オフガス
X 原料ガス
Y 原料水
F 燃料ガス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell system that uses an off-gas discharged from a fuel electrode of a solid polymer electrolyte fuel cell as a fuel gas.
[0002]
[Prior art]
A conventional solid polymer electrolyte fuel cell system is shown in FIG. In FIG. 4, reference numeral 1 denotes a solid polymer electrolyte fuel cell, which is generally composed of an
[0003]
On the other hand, the upstream side of the
[0004]
The reformed gas G is supplied to the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional solid polymer electrolyte fuel cell system, as described above, off-gas containing hydrogen is discharged to the outside. Therefore, there is a problem that the operation efficiency of the fuel cell system is low. Further, when the off gas is discharged to the outside, hydrogen in the off gas may be mixed with the surrounding air to become a combustible gas. Therefore, development of a highly efficient and highly safe solid polymer electrolyte fuel cell system in which hydrogen does not flow out is desired.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to solve the above problem, a merging portion for joining off-gas G ′ discharged from the fuel electrode is provided in the
That is, the present invention relates to a reformer that generates a reformed gas from a raw material gas, and a solid polymer electrolyte fuel cell that generates power using the reformed gas and the oxidant gas obtained by the reformer, A combustion unit for heating the reformer, a gas amount control valve for adjusting an amount of fuel gas supplied to the combustion unit, and a communication unit that connects the gas amount control valve and the combustion unit. And a merging portion for joining off gas discharged from the fuel electrode of the solid polymer electrolyte fuel cell to the communicating portion, and a control portion for controlling the amount of fuel gas passing through the gas amount control valve , The controller increases the opening amount of the gas amount control valve when the flow passage resistance inside the communication portion increases, and increases the opening amount of the gas amount control valve when the flow passage resistance inside the communication portion decreases. The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell system to be reduced .
[0007]
The present invention also provides a reformer that generates a reformed gas from a raw material gas, and a solid polymer electrolyte fuel cell that generates electric power using the reformed gas and the oxidant gas obtained by the reformer. A combustion unit for heating the reformer, a gas amount control valve for adjusting an amount of fuel gas supplied to the combustion unit, and a communication unit that connects the gas amount control valve and the combustion unit. A joining portion for joining off gas discharged from the fuel electrode of the solid polymer electrolyte fuel cell to the communicating portion, a gas amount detecting means for detecting a fuel gas amount passing through the gas amount control valve , and A control unit that controls the gas amount control valve based on a value detected by a gas amount detection unit , wherein the control unit mixes the off-gas into the fuel gas inside the communication unit from the junction, When the gas is supplied to the combustion section together with the gas, the communication section When the flow resistance of the gas passage increases and the amount of fuel gas detected by the gas amount detection means decreases, the opening of the gas amount control valve increases, the flow resistance in the communication portion decreases, and the gas The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell system that reduces the opening of the gas amount control valve when the amount of fuel gas detected by the amount detecting means increases .
[0008]
The present invention also provides a reformer that generates a reformed gas from a raw material gas, and a solid polymer electrolyte fuel cell that generates electric power using the reformed gas and the oxidant gas obtained by the reformer. A combustion unit for heating the reformer, a gas amount control valve for adjusting an amount of fuel gas supplied to the combustion unit, and a communication unit that connects the gas amount control valve and the combustion unit. The off-gas discharged from the fuel electrode of the solid polymer electrolyte fuel cell is joined to the communication part, the pressure detection means for detecting the pressure inside the communication part, and the pressure detection means A control unit that controls the gas amount control valve based on a value, and the control unit mixes the off-gas from the merging unit into the fuel gas inside the communication unit and supplies the fuel gas together with the fuel gas to the combustion unit. Is detected by the pressure detection means. When the pressure increases, increasing the opening of the gas control valve, has been when the pressure decreases detected by the pressure detecting means, a solid polymer electrolyte fuel cell system to reduce the opening of the gas control valve .
[0009]
The present invention also provides a reformer that generates a reformed gas from a raw material gas, and a solid polymer electrolyte fuel cell that generates electric power using the reformed gas and the oxidant gas obtained by the reformer. A combustion unit for heating the reformer, a gas amount control valve for adjusting an amount of fuel gas supplied to the combustion unit, and a communication unit that connects the gas amount control valve and the combustion unit. And a current detection unit that detects a current value of electric power generated by the solid polymer electrolyte fuel cell, and a junction unit that joins off-gas discharged from the fuel electrode of the solid polymer electrolyte fuel cell to the communication unit. And a control unit that controls the gas amount control valve based on a value detected by the current detection unit , wherein the control unit mixes the off-gas from the junction into the fuel gas inside the communication unit. And supplied to the combustion section together with the fuel gas When the amount of off gas estimated from the current detected by the current detection means increases, the opening of the gas amount control valve is increased, and when the amount of off gas estimated from the current detected by the current detection means decreases. The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell system that reduces the opening of the gas amount control valve . As the raw material gas, a hydrocarbon-based raw material gas is mainly used.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the fuel cell system of the present invention, the off-gas discharged from the fuel electrode is mixed into the fuel gas from the merging portion provided in the communication portion connecting the combustion portion and the gas amount control means, and is supplied to the combustion portion together with the fuel gas. The As a result, the operating efficiency of the system is increased.
However, since the gas flow rate downstream of the merging portion increases due to the mixing of the off-gas, the flow path resistance increases and the amount of fuel gas that passes through the control means decreases. Also, the amount of off-gas varies depending on various factors such as fluctuations in the load connected to the solid polymer electrolyte fuel cell.
[0011]
Therefore, in the fuel cell system of the present invention, a control unit for controlling the amount of fuel gas passing through the gas amount control means is provided. The gas amount control means is controlled based on the value detected by the predetermined detection means.
Therefore, even if the amount of off-gas mixed in the merging portion changes due to, for example, a change in the power load connected to the fuel cell, the amount of fuel gas supplied to the combustion portion can be maintained within a predetermined range. The part can be maintained in a stable state.
[0012]
Embodiment 1
When the off gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell is mixed into the fuel gas from the merging portion provided in the communicating portion, the gas flow rate downstream of the merging portion changes due to the mixing of the off gas, and the flow path resistance also changes. Therefore, the amount of fuel gas that passes through the gas amount control means also changes.
Therefore, in the solid polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment, the gas amount detection means is installed upstream or downstream of the gas amount control means. The gas amount detection means detects the amount of fuel gas passing through the gas amount control means, and the detected value is transmitted to the control unit. Based on the value, the control unit controls the gas amount control means. Therefore, even if the amount of fuel gas passing through the gas amount control means changes according to the amount of off-gas mixed into the junction, the gas amount control means can be adjusted in a direction to suppress it.
[0013]
When the off gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell is mixed into the fuel gas from the joining portion provided in the communicating portion, the gas flow rate downstream of the joining portion changes, and the pressure inside the communicating portion also changes. For example, when the amount of off-gas increases, the pressure inside the communication portion increases, the flow path resistance increases, and the amount of fuel gas that passes through the gas amount control means decreases. That is, the change in pressure at the communication portion corresponds to the change in the amount of fuel gas, and the change in the amount of fuel gas passing through the gas amount control means can be estimated from the change in pressure at the communication portion.
[0014]
Therefore, in the solid polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment, pressure detecting means is installed in the communication portion. The pressure detection means detects the pressure inside the communication part, and the detected value is transmitted to the control part. Based on the value, the control unit controls the gas amount control means. Therefore, even if the amount of fuel gas passing through the gas amount control means changes according to the amount of off-gas mixed into the junction, the gas amount control means can be adjusted in a direction to suppress it.
[0015]
In addition, the value detected by the pressure detection means is hardly influenced by the composition of the off gas and the composition of the fuel gas. Therefore, various gases such as methane gas and propane gas can be used, and the versatility of the system is improved.
[0016]
The reformed gas supplied to the fuel electrode of the fuel cell is discharged from the fuel electrode as off-gas after hydrogen in the reformed gas is consumed by power generation. Here, the amount of hydrogen consumed by power generation can be estimated from the current value of the generated power. Therefore, the amount of hydrogen contained in the offgas can also be estimated from the current value, and as a result, the offgas flow rate can be estimated from the current value of the generated power.
[0017]
Therefore, in the solid polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment, current detection means for detecting the current value of the electric power generated by the solid polymer electrolyte fuel cell is installed. The detected value is transmitted to the control unit, and based on the value, the control unit controls the gas amount control means. Therefore, even if the amount of fuel gas passing through the gas amount control means changes according to the amount of off-gas mixed into the junction, the change in the amount of fuel gas is based on the current value of the power generated by the fuel cell. The gas amount control means can be adjusted in the suppressing direction.
Moreover, since the current detection means can be simply configured, the cost of the system can be reduced.
[0018]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.
Example 1
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a solid polymer electrolyte fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 1, those having the same functions as those of the conventional solid polymer electrolyte fuel cell system shown in FIG. 4 are given the same reference numerals. The details of these functions are also the same as those of the conventional solid polymer electrolyte fuel cell system shown in FIG.
[0019]
In the
[0020]
Next, a predetermined fuel gas F was supplied to the
[0021]
As a result, the amount of off-gas G ′ changed due to increase / decrease in the power load, and the gas flow rate downstream of the merging
[0022]
Example 2
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a solid polymer electrolyte fuel cell system according to
[0023]
That is, off-gas G ′ discharged from the
[0024]
As a result, the amount of off-gas G ′ changed due to increase / decrease in the power load and the pressure downstream of the merging
Furthermore, when the system was operated with various fuel gases such as methane gas and propane gas, stable operation was possible in any case. From this, it was shown that this system is highly versatile.
[0025]
Example 3
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a solid polymer electrolyte fuel cell system according to Example 3 of the present invention.
Without providing the combustion amount detection means 10 and the
[0026]
That is, off-gas G ′ discharged from the
[0027]
As a result, although the current value changed sequentially, the opening of the gas
In addition, since the current detection means 32 is installed simply for measuring the voltage of the fixed
[0028]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the off gas containing hydrogen can be supplied to the combustion section without being discharged to the outside, the operation efficiency is improved. Moreover, the combustion state of the combustion part can be maintained stably. Moreover, according to the system using the pressure detecting means, various fuel gases such as methane gas and propane gas can be used, and the versatility of the system is improved. Moreover, according to the system using the current detection means, the cost of the system can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a solid polymer electrolyte fuel cell system of Example 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a solid polymer electrolyte fuel cell system according to Example 2 of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a solid polymer electrolyte fuel cell system according to Example 3 of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a conventional solid polymer electrolyte fuel cell system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid polymer electrolyte
Claims (4)
前記固体高分子電解質型燃料電池の燃料極から排出されるオフガスを前記連通部に合流させる合流部と、前記ガス量制御弁を通過する燃料ガス量を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記オフガスが前記合流部から前記連通部内部の燃料ガスに混入され、燃料ガスとともに前記燃焼部に供給される際に、前記連通部内部の流路抵抗が大きくなると、前記ガス量制御弁の開度を大きくし、前記連通部内部の流路抵抗が小さくなると、前記ガス量制御弁の開度を小さくする固体高分子電解質型燃料電池システム。A reformer that generates a reformed gas from a raw material gas, a solid polymer electrolyte fuel cell that generates power using the reformed gas and the oxidant gas obtained by the reformer, and the reformer A combustion unit for heating, a gas amount control valve for adjusting the amount of fuel gas supplied to the combustion unit, and a communication unit connecting the gas amount control valve and the combustion unit,
A merging portion for merging the off-gas discharged from the fuel electrode of the solid polymer electrolyte fuel cell to the communicating portion; and a control portion for controlling the amount of fuel gas passing through the gas amount control valve ;
When the off-gas is mixed into the fuel gas inside the communication portion from the merge portion and supplied to the combustion portion together with the fuel gas, the control portion increases the flow resistance inside the communication portion. A solid polymer electrolyte fuel cell system which reduces the opening of the gas amount control valve when the opening of the amount control valve is increased and the flow path resistance inside the communication portion is reduced .
前記固体高分子電解質型燃料電池の燃料極から排出されるオフガスを前記連通部に合流させる合流部と、前記ガス量制御弁を通過する燃料ガス量を検知するガス量検知手段と、前記ガス量検知手段の検知した値に基づいて前記ガス量制御弁を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記オフガスが前記合流部から前記連通部内部の燃料ガスに混入され、燃料ガスとともに前記燃焼部に供給される際に、前記連通部内部の流路抵抗が大きくなり、前記ガス量検知手段が検知する燃料ガス量が小さくなると、前記ガス量制御弁の開度を大きくし、前記連通部内部の流路抵抗が小さくなり、前記ガス量検知手段が検知する燃料ガス量が大きくなると、前記ガス量制御弁の開度を小さくする固体高分子電解質型燃料電池システム。A reformer that generates a reformed gas from a raw material gas, a solid polymer electrolyte fuel cell that generates power using the reformed gas and the oxidant gas obtained by the reformer, and the reformer A combustion unit for heating, a gas amount control valve for adjusting the amount of fuel gas supplied to the combustion unit, and a communication unit connecting the gas amount control valve and the combustion unit,
A merging portion for joining off gas discharged from the fuel electrode of the solid polymer electrolyte fuel cell to the communicating portion; a gas amount detecting means for detecting an amount of fuel gas passing through the gas amount control valve ; and the gas amount A control unit for controlling the gas amount control valve based on the value detected by the detection means ,
When the off-gas is mixed into the fuel gas inside the communication part from the junction part and supplied to the combustion part together with the fuel gas, the control part increases the flow resistance inside the communication part, and the gas When the amount of fuel gas detected by the amount detection means decreases, the opening of the gas amount control valve increases, the flow resistance inside the communication portion decreases, and the amount of fuel gas detected by the gas amount detection means increases. If it becomes, the polymer electrolyte fuel cell system which makes the opening degree of the said gas quantity control valve small .
前記固体高分子電解質型燃料電池の燃料極から排出されるオフガスを前記連通部に合流させる合流部と、前記連通部内部の圧力を検知する圧力検知手段と、前記圧力検知手段の検知した値に基づいて前記ガス量制御弁を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記オフガスが前記合流部から前記連通部内部の燃料ガスに混入され、燃料ガスとともに前記燃焼部に供給される際に、前記圧力検知手段により検知された圧力が大きくなると、前記ガス量制御弁の開度を大きくし、前記圧力検知手段により検知された圧力が小さくなると、前記ガス量制御弁の開度を小さくする固体高分子電解質型燃料電池システム。A reformer that generates a reformed gas from a raw material gas, a solid polymer electrolyte fuel cell that generates power using the reformed gas and the oxidant gas obtained by the reformer, and the reformer A combustion unit for heating, a gas amount control valve for adjusting the amount of fuel gas supplied to the combustion unit, and a communication unit connecting the gas amount control valve and the combustion unit,
A merge part for joining off-gas discharged from the fuel electrode of the solid polymer electrolyte fuel cell to the communication part, a pressure detection means for detecting the pressure inside the communication part, and a value detected by the pressure detection means based and a control unit for controlling the gas amount control valve,
When the pressure detected by the pressure detection means increases when the off gas is mixed into the fuel gas inside the communication part from the junction and supplied to the combustion part together with the fuel gas, A solid polymer electrolyte fuel cell system in which the opening of the gas amount control valve is reduced when the opening amount of the gas amount control valve is increased and the pressure detected by the pressure detecting means is reduced .
前記固体高分子電解質型燃料電池の燃料極から排出されるオフガスを前記連通部に合流させる合流部と、前記固体高分子電解質型燃料電池で発電された電力の電流値を検知する電流検知手段と、前記電流検知手段の検知した値に基づいて前記ガス量制御弁を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記オフガスが前記合流部から前記連通部内部の燃料ガスに混入され、燃料ガスとともに前記燃焼部に供給される際に、前記電流検知手段により検知された電流より推定されるオフガス量が大きくなると、前記ガス量制御弁の開度を大きくし、前記電流検知手段により検知された電流より推定されるオフガス量が小さくなると、前記ガス量制御弁の開度を小さくする固体高分子電解質型燃料電池システム。A reformer that generates a reformed gas from a raw material gas, a solid polymer electrolyte fuel cell that generates power using the reformed gas and the oxidant gas obtained by the reformer, and the reformer A combustion unit for heating, a gas amount control valve for adjusting the amount of fuel gas supplied to the combustion unit, and a communication unit connecting the gas amount control valve and the combustion unit,
A merging portion for joining off-gas discharged from the fuel electrode of the solid polymer electrolyte fuel cell to the communicating portion; and a current detecting means for detecting a current value of electric power generated by the solid polymer electrolyte fuel cell; A control unit for controlling the gas amount control valve based on a value detected by the current detection means ,
The control unit is configured to estimate the off gas estimated from the current detected by the current detection unit when the off gas is mixed into the fuel gas inside the communication unit from the junction and supplied to the combustion unit together with the fuel gas. A solid polymer that increases the opening amount of the gas amount control valve when the amount increases, and decreases the opening amount of the gas amount control valve when the off-gas amount estimated from the current detected by the current detection means decreases. Electrolytic fuel cell system.
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