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JP6534014B2 - Hydrogen generator and fuel cell system - Google Patents
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Description

本開示は水素生成装置及び燃料電池システムに関する。   The present disclosure relates to a hydrogen generator and a fuel cell system.

高分子電解質形燃料電池システムの場合、燃料電池の発電を適切に行うのに、燃料電池を冷却し、燃料電池の温度を適温に維持する必要がある。また、高温動作の固体酸化物形燃料電池システムの場合、水自立運転を適切に行うのに、燃料電池システムからの排ガスを適温にまで冷却する必要がある。つまり、いずれの燃料電池システムも、冷却水が循環する冷却水経路を備える。   In the case of a polymer electrolyte fuel cell system, it is necessary to cool the fuel cell and maintain the temperature of the fuel cell at an appropriate temperature in order to appropriately generate power of the fuel cell. In addition, in the case of a solid oxide fuel cell system operating at high temperature, it is necessary to cool the exhaust gas from the fuel cell system to an appropriate temperature in order to perform the water self-sustaining operation properly. That is, any fuel cell system also has a cooling water path through which the cooling water circulates.

例えば、特許文献1には、高分子電解質形燃料電池システムにおいて、冷却水経路及び冷却水を溜める冷却タンクが記載されている。この特許文献1の燃料電池システムは、冷却水経路の冷却水が、冷却タンク、燃料電池及び熱交換器をこの順に通過するように構成されている。これにより、燃料電池の熱を冷却水が奪い、燃料電池を通過した冷却水の熱が、熱交換器において貯湯タンクに溜める水で回収されている。このようにして、燃料電池の温度が適温に維持されている。   For example, Patent Document 1 describes a cooling water path and a cooling tank for storing the cooling water in a polymer electrolyte fuel cell system. The fuel cell system of Patent Document 1 is configured such that the cooling water in the cooling water passage passes through the cooling tank, the fuel cell, and the heat exchanger in this order. Thus, the heat of the fuel cell is removed by the cooling water, and the heat of the cooling water having passed through the fuel cell is recovered by the water stored in the hot water storage tank in the heat exchanger. Thus, the temperature of the fuel cell is maintained at an appropriate temperature.

特開2013―008702号公報JP, 2013-008702, A

ところで、燃料電池システムが、例えば、所定の設置場所に置かれる際に、上記の冷却タンク及び貯湯タンク等を所望量の水で満たす必要がある(以下、水張り運転という)。また、燃料電池システムを長期に使用しない場合にも、このような水張り運転を行う可能性がある。   By the way, when the fuel cell system is placed at, for example, a predetermined installation place, it is necessary to fill the cooling tank and the hot water storage tank with a desired amount of water (hereinafter referred to as a water filling operation). In addition, even when the fuel cell system is not used for a long time, there is a possibility of performing such a water filling operation.

しかし、特許文献1は、上記の水張り運転の簡易化については十分に検討されていない。詳細は実施形態において説明する。   However, patent document 1 is not fully examined about simplification of said water filling operation. Details will be described in the embodiment.

本開示の一態様(aspect)は、このような事情に鑑みてなされたものであり、水張り運転を従来よりも簡易に行い得る水素生成装置及び燃料電池システムを提供する。   One aspect (aspect) of the present disclosure is made in view of such circumstances, and provides a hydrogen generator and a fuel cell system capable of performing a water filling operation more simply than in the past.

本開示の一態様の水素生成装置は、原料を改質することで水素含有ガスを生成する改質器と、前記水素含有ガスを燃焼する燃焼器と、前記燃焼器で生成された排ガスが流れる排ガス経路と、冷却水が循環する冷却水経路と、前記排ガス経路及び前記冷却水経路に設けられ、前記排ガスと前記冷却水とが熱交換することで前記排ガス中の水蒸気が凝縮する凝縮器と、前記冷却水経路に配置された水タンク及び冷却水ポンプと、貯湯水を貯留する貯湯タンクと、前記冷却水経路を流れる冷却水を放熱する放熱器と、前記貯湯タンクに外部の水を供給するための水経路と、前記貯湯タンクから前記水タンクに水を供給するための給水経路と、前記給水経路に配置された給水弁と、を備え、前記水タンクは、前記凝縮器で発生する凝縮水を貯留するとともに、外部と連通している排水口を備え、前記給水経路は前記貯湯タンクの上部に接続され、前記貯湯タンク、前記給水弁及び前記水タンクが、前記水タンクへの給水における水の流れ方向においてこの順に、前記給水経路に配置されている。   A hydrogen generator according to an aspect of the present disclosure includes a reformer that generates a hydrogen-containing gas by reforming a raw material, a combustor that burns the hydrogen-containing gas, and an exhaust gas generated by the combustor. A condenser provided in an exhaust gas path, a cooling water path through which cooling water circulates, the exhaust gas path and the cooling water path, and heat exchange between the exhaust gas and the cooling water causes the water vapor in the exhaust gas to condense A water tank and a cooling water pump disposed in the cooling water passage, a hot water storage tank for storing hot water, a radiator for radiating cooling water flowing through the cooling water passage, and external water supplied to the hot water storage tank And a water supply path for supplying water from the hot water storage tank to the water tank, and a water supply valve disposed in the water supply path, the water tank being generated by the condenser When we store condensed water The water supply passage is connected to an upper portion of the hot water storage tank, and the hot water storage tank, the water supply valve, and the water tank flow the water in the water supply to the water tank. It is arrange | positioned at the said water supply path in this order in a direction.

本開示の一態様の水素生成装置は、水張り運転を従来よりも簡易に行い得る。   The hydrogen generator according to an aspect of the present disclosure can perform the water filling operation more simply than in the past.

図1は、第1実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。FIG. 1 is a view showing an example of a hydrogen generator of the first embodiment. 図2は、第1実施形態の水素生成装置の動作(水張り運転)の一例を示すフローチャートである。FIG. 2: is a flowchart which shows an example of operation | movement (water filling operation) of the hydrogen generation apparatus of 1st Embodiment. 図3は、第1実施形態の変形例の水素生成装置の一例を示す図である。FIG. 3 is a view showing an example of a hydrogen generator according to a modification of the first embodiment. 図4は、第1実施形態の第1実施例の水素生成装置の一例を示す図である。FIG. 4 is a view showing an example of a hydrogen generation apparatus of the first example of the first embodiment. 図5は、第1実施形態の第2実施例の水素生成装置の一例を示す図である。FIG. 5 is a view showing an example of a hydrogen generator according to a second example of the first embodiment. 図6は、第2実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。FIG. 6 is a view showing an example of a fuel cell system according to a second embodiment.

発明者らは、燃料電池システムの水張り運転の簡易化について鋭意検討し、以下の知見を得た。   The inventors diligently studied the simplification of the water filling operation of the fuel cell system and obtained the following findings.

上記のとおり、燃料電池システムの水張り運転では、冷却タンク内も貯湯タンク内も水で満たす必要がある。   As described above, in the water filling operation of the fuel cell system, it is necessary to fill the cooling tank and the hot water storage tank with water.

ところが、燃料電池システムの水張り運転時には、貯湯タンク内に空気が存在するので、水張り運転に伴い貯湯タンクの内圧が上昇する場合がある。すると、貯湯タンクに連通する貯湯水循環経路に設けられたポンプ等の精密機器が破損する可能性がある。そこで、特許文献1では、このような可能性を低減すべく、貯湯タンク内の空気を外部へ逃がすための空気抜き弁24が貯湯タンク14の上部に設けられている。しかし、この空気抜き弁24は、燃料電池システムの水張り運転のみに必要な部品であり、燃料電池システムの通常の運転では使用されないと考えられる。よって、空気抜き弁を廃止することで、水張り運転に必要な部品のコスト低減が図れ、これにより、水張り運転を従来よりも簡易に行い得る。   However, since air exists in the hot water storage tank during the water filling operation of the fuel cell system, the internal pressure of the hot water storage tank may rise due to the water filling operation. As a result, there is a possibility that the precision equipment such as a pump provided in the stored water circulation path communicating with the stored water tank may be damaged. So, in patent document 1, in order to reduce such a possibility, the air vent valve 24 for releasing the air in a hot water storage tank outside is provided in the upper part of the hot water storage tank 14. As shown in FIG. However, this air vent valve 24 is a component necessary only for the water filling operation of the fuel cell system, and is considered not to be used in the normal operation of the fuel cell system. Therefore, by eliminating the air vent valve, it is possible to reduce the cost of parts necessary for the water filling operation, and thereby the water filling operation can be performed more simply than in the past.

また、特許文献1の水張り運転では、貯湯タンク14の水張りが完了した後、貯湯タンク14の水を冷却タンク8へ送るためのポンプ33、34を作動させ、冷却タンク8の水張りが行われている。よって、このような水張り運転の操作を見直すことで、水張り運転の操作性の向上が図れ、これにより、水張り運転を従来よりも簡易に行い得る。   Further, in the water filling operation of Patent Document 1, after the water filling of the hot water storage tank 14 is completed, the pumps 33 and 34 for sending the water of the hot water storage tank 14 to the cooling tank 8 are operated to perform water filling of the cooling tank 8 There is. Therefore, by reviewing the operation of such water filling operation, the operability of the water filling operation can be improved, whereby the water filling operation can be performed more simply than in the past.

なお、水素生成装置でも、例えば、燃焼器、冷却水タンク、燃焼器の排ガスの熱を回収した貯湯水を貯留する貯湯タンク等を備える場合は、上記と同様の問題が発生すると考えられる。   In the case where the hydrogen generator is also provided with, for example, a combustor, a cooling water tank, a hot water storage tank for storing stored hot water from which heat of exhaust gas of the combustor has been recovered, it is considered that the same problem as above occurs.

このように、発明者らは、特許文献1に記載のような空気抜き弁を廃止すること、及び特許文献1に記載のような水張り運転の操作を見直すことが、水素生成装置及び燃料電池システムの水張り運転の簡易化にとって有効であることを見出し、以下の本開示の一態様に到達した。   Thus, the inventors abolish the air vent valve as described in Patent Document 1, and review the operation of the water filling operation as described in Patent Document 1, as a hydrogen generator and a fuel cell system. It has been found to be effective for the simplification of flooding operation, and reaches one aspect of the present disclosure below.

すなわち、本開示の第1の態様の水素生成装置は、原料を改質することで水素含有ガスを生成する改質器と、水素含有ガスを燃焼する燃焼器と、燃焼器で生成された排ガスが流れる排ガス経路と、冷却水が循環する冷却水経路と、排ガス経路及び冷却水経路に設けられ、排ガスと冷却水とが熱交換することで排ガス中の水蒸気が凝縮する凝縮器と、冷却水経路に配置された水タンク及び冷却水ポンプと、貯湯水を貯留する貯湯タンクと、冷却水経路を流れる冷却水を放熱する放熱器と、貯湯タンクに外部の水を供給するための水経路と、貯湯タンクから水タンクに水を供給するための給水経路と、給水経路に配置された給水弁と、を備え、水タンクは、凝縮器で発生する凝縮水を貯留するとともに、外部と連通している排水口を備え、給水経路は貯湯タンクの上部に接続され、貯湯タンク、給水弁及び水タンクが、水タンクへの給水における水の流れ方向においてこの順に、給水経路に配置されている。   That is, the hydrogen generator according to the first aspect of the present disclosure includes a reformer that generates a hydrogen-containing gas by reforming a raw material, a combustor that burns the hydrogen-containing gas, and an exhaust gas generated by the combustor. And a cooling water passage through which the cooling water circulates, and a condenser which is provided in the exhaust gas passage and the cooling water passage and through which heat exchange between the exhaust gas and the cooling water causes the water vapor in the exhaust gas to condense A water tank and a cooling water pump arranged in a route, a hot water storage tank for storing hot water, a radiator for radiating cooling water flowing through the cooling water route, and a water route for supplying external water to the hot water storage tank A water supply path for supplying water from the hot water storage tank to the water tank, and a water supply valve disposed in the water supply path, the water tank storing condensed water generated in the condenser and communicating with the outside Equipped with a drain that Is connected to the upper portion of the hot water tank, hot water storage tank, the water supply valve and the water tank in this order in the flow direction of water in the water supply to the water tank, is arranged in the water supply path.

また、本開示の第2の態様の水素生成装置は、第1の態様の水素生成装置において、給水弁の開閉を制御する制御器を備え、制御器は、水素生成装置の水張り運転において、水経路から、貯湯タンク、給水経路、水タンクの順に給水が行われるように、給水弁を開放する。   A hydrogen generator according to a second aspect of the present disclosure is the hydrogen generator according to the first aspect, further comprising a controller that controls the opening and closing of the feed water valve, the controller including water in the water filling operation of the hydrogen generator. The water supply valve is opened so that water supply is performed in the order of the hot water storage tank, the water supply path, and the water tank from the path.

かかる構成によると、水素生成装置の水張り運転を従来よりも簡易に行い得る。   According to this configuration, the water filling operation of the hydrogen generator can be performed more simply than in the past.

具体的には、給水経路に配置された給水弁を開けて、貯湯タンクから水タンクに水を張る際に、水タンクに設けられた排水口を通じて貯湯タンク内及び水タンク内の空気を外部へ抜くことができる。よって、特許文献1に記載のような空気抜き弁が不要となり、水素生成装置の水張り運転に必要な部品のコスト低減が図れ、ひいては、水張り運転が簡易化する。   Specifically, when the water supply valve disposed in the water supply path is opened and water is poured from the hot water storage tank to the water tank, the air in the hot water storage tank and the water tank is made to the outside through the drainage port provided in the water tank. It can be pulled out. Therefore, the air vent valve as described in Patent Document 1 becomes unnecessary, the cost of parts necessary for the water filling operation of the hydrogen generator can be reduced, and the water filling operation is simplified.

また、給水経路に配置された給水弁を開けるだけで、例えば、水インフラの供給圧により、貯湯タンクから水タンクに水を張ることができる。よって、特許文献1に記載のような水張り運転でのポンプ作動等の操作が不要となり、水張り運転の操作性の向上が図れ、ひいては、水張り運転が簡易化する。   Further, water can be poured from the hot water storage tank to the water tank, for example, by the supply pressure of the water infrastructure, simply by opening the water supply valve disposed in the water supply path. Therefore, the operation such as the pump operation in the water filling operation as described in Patent Document 1 becomes unnecessary, the operability of the water filling operation can be improved, and the water filling operation is simplified.

また、本開示の第3の態様の水素生成装置は、第1又は第2の態様の水素生成装置において、放熱器は、貯湯水と冷却水とが熱交換する熱交換器である。   Moreover, in the hydrogen generator according to the third aspect of the present disclosure, in the hydrogen generator according to the first or second aspect, the radiator is a heat exchanger in which the stored water and the cooling water exchange heat.

かかる構成によると、熱交換器において、凝縮器に流入する冷却水の温度を凝縮器で排ガスから適量の水を回収するのに必要な適温にまで低下できるとともに、冷却水の熱を貯湯タンクの貯湯水で適切に回収できる。   According to this configuration, in the heat exchanger, the temperature of the cooling water flowing into the condenser can be lowered to the appropriate temperature necessary for recovering an appropriate amount of water from the exhaust gas in the condenser, and the heat of the cooling water is stored in the hot water storage tank. It can be recovered properly with hot and cold water.

以下、添付図面を参照しつつ、本開示の実施形態、実施例及び変形例について説明する。   Hereinafter, embodiments, examples, and modifications of the present disclosure will be described with reference to the attached drawings.

なお、以下で説明する実施形態、実施例及び変形例は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。つまり、以下に示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、いずれも一例であり、本開示を限定するものではない。また、以下に示される構成要素のうち、本開示の最上位概念を規定する独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。また、装置構成の図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状及び寸法比等については正確な表示ではない場合がある。また、フローチャートは、必要に応じて、ステップの順序等を変更でき、かつ、他の公知のステップを追加できる。   The embodiments, examples, and modifications described below all show one specific example of the present disclosure. That is, numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of components, steps, order of steps, and the like shown below are all examples and do not limit the present disclosure. Further, among the components shown below, components that are not described in the independent claims that define the highest level concept of the present disclosure are described as optional components. Moreover, in the drawings, the same reference numerals may be omitted from the description. In addition, in order to facilitate understanding of the drawings of the device configuration, each component is schematically shown, and the shape, size ratio, and the like may not be accurately displayed. In addition, the flowchart can change the order of steps, etc., as needed, and can add other known steps.

(第1実施形態)
[装置構成]
図1は、第1実施形態の水素生成装置の一例を示す図である。なお、図面において、便宜上、「上」及び「下」が取られており、重力は上から下に作用するものとする。
First Embodiment
[Device configuration]
FIG. 1 is a view showing an example of a hydrogen generator of the first embodiment. In the drawings, for convenience, "upper" and "lower" are taken, and gravity acts from top to bottom.

図1に示す例では、水素生成装置100は、改質器1と、燃焼器2と、排ガス経路3と、凝縮器4と、水タンク5と、冷却水経路6と、放熱器6Aと、冷却水ポンプ7と、貯湯タンク8と、水経路9と、給水経路10と、給水弁11と、制御器39と、を備える。   In the example shown in FIG. 1, the hydrogen generator 100 includes a reformer 1, a combustor 2, an exhaust gas passage 3, a condenser 4, a water tank 5, a cooling water passage 6, and a radiator 6A. A cooling water pump 7, a hot water storage tank 8, a water passage 9, a water supply passage 10, a water supply valve 11, and a controller 39 are provided.

改質器1は、原料を改質することで水素含有ガスを生成する。具体的には、改質器1において、原料が改質反応して、水素含有ガスが生成される。改質反応は、いずれの形態であってもよい。改質反応として、例えば、水蒸気改質反応、オートサーマル反応及び部分酸化反応等が挙げられる。図1には示されていないが、各改質反応において必要となる機器は適宜設けられる。例えば、改質反応が水蒸気改質反応であれば、水蒸気を生成する蒸発器、及び蒸発器に水を供給する水供給器が設けられる。改質反応がオートサーマル反応であれば、水素生成装置100には、更に、改質反応用の空気を供給する空気供給器が設けられる。   The reformer 1 reforms the raw material to generate a hydrogen-containing gas. Specifically, in the reformer 1, the raw material undergoes a reforming reaction to generate a hydrogen-containing gas. The reforming reaction may be in any form. Examples of the reforming reaction include a steam reforming reaction, an autothermal reaction and a partial oxidation reaction. Although not shown in FIG. 1, equipment required for each reforming reaction is provided appropriately. For example, if the reforming reaction is a steam reforming reaction, an evaporator that generates steam and a water supplier that supplies water to the evaporator are provided. If the reforming reaction is an autothermal reaction, the hydrogen generator 100 is further provided with an air supplier that supplies air for the reforming reaction.

原料は、図示しない原料供給器により改質器1に供給される。原料供給器は、改質器1へ供給する原料の流量を調整する機器であり、例えば、昇圧器と流量調整弁により構成されるが、これらのいずれか一方により構成されてもよい。昇圧器として、例えば、ポンプを例示できる。ポンプとして、例えば、ブースタ式ポンプが用いられるが、これに限定されるものではない。原料は、原料供給源より供給される。原料供給源は、所定の供給圧を備える。原料供給源として、例えば、原料ボンベ、原料インフラ等が挙げられる。   The raw material is supplied to the reformer 1 by a raw material supply device (not shown). The raw material supply device is a device for adjusting the flow rate of the raw material to be supplied to the reformer 1. For example, although the raw material supply device is configured by a booster and a flow control valve, it may be configured by any one of them. As a booster, a pump can be illustrated, for example. For example, a booster type pump is used as the pump, but is not limited thereto. The raw material is supplied from a raw material supply source. The source supply comprises a predetermined supply pressure. As a raw material supply source, for example, a raw material cylinder, a raw material infrastructure and the like can be mentioned.

なお、原料として、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、LPG等の少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む燃料ガスを用いてもよいし、アルコール、バイオ燃料、軽油等の燃料を用いてもよい。   In addition, as a raw material, a fuel gas containing an organic compound composed of at least carbon and hydrogen such as city gas mainly containing methane, natural gas and LPG may be used, or a fuel such as alcohol, biofuel and light oil May be used.

燃焼器2は、水素含有ガスを燃焼する。燃焼器2の燃焼熱により、改質器1は、その触媒の適温にまで加熱される。燃焼器2の燃料として、例えば、水素生成装置100が燃料電池システムに組み込まれる場合、燃料電池のアノードオフガス(水素含有ガス)を用いてもよい。詳細は第2実施形態で説明する。   The combustor 2 burns a hydrogen-containing gas. The heat of combustion of the combustor 2 heats the reformer 1 to an appropriate temperature of the catalyst. As a fuel of the combustor 2, for example, when the hydrogen generator 100 is incorporated into a fuel cell system, an anode off gas (hydrogen-containing gas) of the fuel cell may be used. Details will be described in the second embodiment.

燃焼用の空気は、図示しない空気供給器により燃焼器2に供給される。空気供給器は、燃焼器2に空気を供給できれば、どのような構成であっても構わない。空気供給器として、例えば、ブロア等を例示できる。かかるブロアを用いることで、燃焼器2へ供給する空気の流量を適切に調整できる。   Combustion air is supplied to the combustor 2 by an air supply device (not shown). The air supplier may have any configuration as long as it can supply air to the combustor 2. As an air supply device, a blower etc. can be illustrated, for example. By using such a blower, the flow rate of air supplied to the combustor 2 can be appropriately adjusted.

排ガス経路3は、燃焼器2で生成された排ガスが流れる流路である。なお、排ガス経路3を通過した排ガスは、外部へ放出される。冷却水経路6は、冷却水が循環する流路である。水タンク5及び冷却水ポンプ7は、冷却水経路6に配置されている。つまり、これらの水タンク5及び冷却水ポンプ7は、冷却水経路6と連通し、冷却水経路6とともに、冷却水を循環させる循環経路の一部を構成している。なお、冷却水ポンプ7は、冷却水経路6の冷却水を循環できれば、どのような構成であっても構わない。冷却水ポンプ7として、例えば、羽車式の軸流ポンプ、ブランジャーポンプ等を例示できる。   The exhaust gas passage 3 is a flow passage through which the exhaust gas generated by the combustor 2 flows. The exhaust gas that has passed through the exhaust gas passage 3 is discharged to the outside. The cooling water path 6 is a flow path through which the cooling water circulates. The water tank 5 and the cooling water pump 7 are disposed in the cooling water passage 6. That is, the water tank 5 and the cooling water pump 7 communicate with the cooling water passage 6 and, together with the cooling water passage 6, constitute a part of a circulation passage for circulating the cooling water. The cooling water pump 7 may have any configuration as long as it can circulate the cooling water in the cooling water passage 6. As the cooling water pump 7, for example, an impeller type axial flow pump, a brander pump, etc. can be exemplified.

ここで、本実施形態では、凝縮器4は、排ガス経路3及び冷却水経路6に設けられ、排ガスと冷却水とが熱交換することで排ガス中の水蒸気が凝縮する。そして、水タンク5は、凝縮器4で発生する凝縮水を貯留するとともに、外部と連通している排水口5Aを備える。なお、水タンク5の水量が所定量を超えると、この排水口5Aから水がオーバーフローする。   Here, in the present embodiment, the condenser 4 is provided in the exhaust gas passage 3 and the cooling water passage 6, and the heat exchange between the exhaust gas and the cooling water condenses the water vapor in the exhaust gas. And while the water tank 5 stores the condensed water which generate | occur | produces with the condenser 4, it is equipped with the drainage port 5A connected with the exterior. When the amount of water in the water tank 5 exceeds a predetermined amount, water overflows from the drainage port 5A.

凝縮器4において、排ガス経路3の排ガスが加熱流体として機能し、冷却水経路6の冷却水が受熱流体として機能し、両流体の熱交換が行われる。排ガスは、熱交換で冷却されることで排ガス中に含まれる水蒸気が凝縮する。凝縮水は、排ガスが流れる排ガス経路3から分離し、適宜の配管を通じて水タンク5へ送られる。冷却水は、上記の熱交換で加熱されることで排ガスの熱を適切に回収できる。   In the condenser 4, the exhaust gas of the exhaust gas passage 3 functions as a heating fluid, the cooling water of the cooling water passage 6 functions as a heat receiving fluid, and heat exchange between the two fluids is performed. The exhaust gas is cooled by heat exchange, whereby the water vapor contained in the exhaust gas is condensed. The condensed water is separated from the exhaust gas passage 3 through which the exhaust gas flows, and is sent to the water tank 5 through appropriate piping. The cooling water can appropriately recover the heat of the exhaust gas by being heated by the above-mentioned heat exchange.

放熱器6Aは、冷却水経路6を流れる冷却水を放熱する機器である。放熱器6Aは、冷却水経路6を流れる冷却水を放熱できれば、どのような構成であっても構わない。放熱器6Aとして、例えば、空冷式の熱交換器を用いてもよいが、本実施形態では、水素生成装置100が、貯湯水を貯留する貯湯タンク8を備え、放熱器6Aは、冷却水経路6を流れる冷却水と貯湯水とが熱交換する熱交換器で構成されている。   The radiator 6A is a device that radiates the cooling water flowing through the cooling water path 6. The radiator 6A may have any configuration as long as the cooling water flowing through the cooling water passage 6 can be dissipated. As the radiator 6A, for example, an air-cooled heat exchanger may be used, but in the present embodiment, the hydrogen generator 100 includes the hot water storage tank 8 for storing hot water, and the radiator 6A is a cooling water passage. It is comprised by the heat exchanger which heat exchange between the cooling water and hot water which flow through 6 is carried out.

以上により、本実施形態の放熱器6A(熱交換器)において、凝縮器4に流入する冷却水の温度を凝縮器4で排ガスから適量の水を回収するのに必要な適温にまで低下できるとともに、冷却水の熱を貯湯タンク8の貯湯水で適切に回収できる。   As described above, in the radiator 6A (heat exchanger) of the present embodiment, the temperature of the cooling water flowing into the condenser 4 can be lowered to the appropriate temperature necessary for recovering an appropriate amount of water from the exhaust gas by the condenser 4 The heat of the cooling water can be properly recovered by the hot water of the hot water storage tank 8.

水経路9は、貯湯タンク8に外部の水(以下、市水という場合がある)を供給するための流路である。水経路9の上流端は、例えば、図示しない水インフラに接続され、水経路9の下流端は、貯湯タンク8の下部に接続されている。なお、水経路9の下流端は、貯湯タンク8の下部以外に設けられていてもよい。   The water path 9 is a flow path for supplying external water (hereinafter may be referred to as city water) to the hot water storage tank 8. The upstream end of the water path 9 is connected to, for example, a water infrastructure (not shown), and the downstream end of the water path 9 is connected to the lower portion of the hot water storage tank 8. The downstream end of the water passage 9 may be provided other than the lower part of the hot water storage tank 8.

なお、図示を省略するが、水経路9の途中に、貯湯タンク8への市水供給の開始及び停止を行うための元栓バルブが設けられている。これにより、元栓バルブを開けると、貯湯タンク8の水を、水インフラの供給圧により、適宜の配管を通じて外部に送ることもできる。   In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the main plug valve for performing start and stop of city water supply to the hot water storage tank 8 is provided in the middle of the water path 9. As shown in FIG. Thus, when the main plug valve is opened, the water in the hot water storage tank 8 can also be sent to the outside through appropriate piping by the supply pressure of the water infrastructure.

給水経路10は、貯湯タンク8から水タンク5に水を供給するための流路である。給水経路10の下流端は、例えば、図1に示すように、水タンク5の適所に接続していてもよいし、図示を省略するが、貯湯タンク8から伸びる給水配管が、水タンク5と連通する他の配管に接続することで、これらの配管が、給水経路10を構成してもよい。   The water supply path 10 is a flow path for supplying water from the hot water storage tank 8 to the water tank 5. For example, as shown in FIG. 1, the downstream end of the water supply path 10 may be connected to an appropriate position of the water tank 5, although not shown, the water supply pipe extending from the hot water storage tank 8 corresponds to the water tank 5. These pipes may constitute the water supply path 10 by connecting to other pipes in communication.

給水弁11は、給水経路10に配置されている。給水弁11は、給水経路10を流れる水の流量を調整する。給水弁11は、給水経路10を流れる水の流量を調整できれば、どのような構成であっても構わない。給水弁11として、例えば、電磁式のニードル弁等を例示できる。   The water supply valve 11 is disposed in the water supply path 10. The water supply valve 11 adjusts the flow rate of water flowing through the water supply path 10. The feed valve 11 may have any configuration as long as the flow rate of water flowing through the feed passage 10 can be adjusted. As the water supply valve 11, an electromagnetic needle valve etc. can be illustrated, for example.

これにより、貯湯タンク8から伸びる給水配管が、例えば、冷却水経路6を構成する冷却水配管に接続し、これらの配管が給水経路10を構成する場合であっても、冷却水配管に適量の水が供給される。これは以下の理由による。   Thereby, even if the feed water piping extending from the hot water storage tank 8 is connected to, for example, the cooling water piping constituting the cooling water passage 6 and these piping constitute the water supply passage 10, an appropriate amount of cooling water piping can be used. Water is supplied. This is due to the following reasons.

水素生成装置100の運転時における冷却水配管内の水の循環流量は、通常、水素生成装置100の水張り運転における水の供給流量よりも少ない。よって、冷却水配管の径を給水配管の径よりも小さくすることが多い。このため、仮に水張り運転における多量の水が、小径の冷却水配管に供給される場合、この冷却水配管に過度の負荷がかかる可能性があるが、給水弁11により水流量を適切に調整することで、このような可能性を低減できる。   The circulation flow rate of water in the cooling water pipe at the time of operation of the hydrogen generator 100 is generally smaller than the supply flow rate of water in the water filling operation of the hydrogen generator 100. Therefore, the diameter of the cooling water pipe is often made smaller than the diameter of the water supply pipe. Therefore, if a large amount of water is temporarily supplied to the small-diameter cooling water pipe in the water filling operation, an excessive load may be applied to the cooling water pipe, but the water flow rate is appropriately adjusted by the water supply valve 11 Can reduce such possibility.

ここで、本実施形態では、給水経路10は貯湯タンク8の上部に接続され、貯湯タンク8、給水弁11及び水タンク5が、水タンク5への給水における水の流れ方向においてこの順に、給水経路10に配置されている。このように、給水経路10の上流端は、貯湯タンク8の上方の部分(上部)に接続される方がよい。本実施形態では、給水経路10の上流端は、貯湯タンク8を構成する容器の上壁部に接続されている。   Here, in the present embodiment, the water supply path 10 is connected to the upper portion of the hot water storage tank 8, and the hot water storage tank 8, the water supply valve 11, and the water tank 5 supply water in this order in the flow direction of water in the water supply to the water tank 5. It is arranged in the route 10. Thus, the upstream end of the water supply passage 10 is preferably connected to the upper portion (upper part) of the hot water storage tank 8. In the present embodiment, the upstream end of the water supply path 10 is connected to the upper wall portion of the container constituting the hot water storage tank 8.

また、制御器39は、給水弁11の開閉を制御する。そして、制御器39は、水素生成装置100の水張り運転において、水経路9から、貯湯タンク8、給水経路10、水タンク5の順に給水が行われるように、給水弁11を開放する。   Further, the controller 39 controls the opening and closing of the water supply valve 11. Then, the controller 39 opens the water supply valve 11 so that water supply is performed in order of the hot water storage tank 8, the water supply path 10, and the water tank 5 from the water path 9 in the water filling operation of the hydrogen generator 100.

制御器39は、制御機能を有するものであれば、どのような構成であってもよい。制御器39は、例えば、演算処理部(図示せず)と、制御プログラムを記憶する記憶部(図示せず)とを備えてもよい。演算処理部として、例えば、一つ又は複数の演算回路(図示せず)等を例示できる。演算回路としては、例えば、MPU(マイクロプロセッサ)、CPU等を例示できる。記憶部として、例えば、一つ又は複数の記憶回路(図示せず)等を例示できる。記憶回路としては、例えば、半導体メモリー等を例示できる。制御器39は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよいし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。制御器39は、給水弁11の他、水素生成装置100の様々な機器(例えば、冷却水ポンプ7等)を制御しても構わない。   The controller 39 may have any configuration as long as it has a control function. The controller 39 may include, for example, an arithmetic processing unit (not shown) and a storage unit (not shown) that stores a control program. As the arithmetic processing unit, for example, one or more arithmetic circuits (not shown) can be exemplified. As an arithmetic circuit, MPU (micro processor), CPU etc. can be illustrated, for example. As a memory | storage part, one or several memory circuits (not shown) etc. can be illustrated, for example. As a memory circuit, a semiconductor memory etc. can be illustrated, for example. The controller 39 may be configured of a single controller that performs centralized control, or may be configured of a plurality of controllers that perform distributed control in cooperation with each other. The controller 39 may control various devices (for example, the cooling water pump 7 and the like) of the hydrogen generator 100 in addition to the water supply valve 11.

以上により、水素生成装置100の水張り運転を従来よりも簡易に行い得る。   By the above, the water filling operation of the hydrogen generator 100 can be performed more simply than before.

具体的には、水素生成装置100の水張り運転において、給水経路10に配置された給水弁11を開けて、貯湯タンク8から水タンク5に水を張る際に、水タンク5に設けられた排水口5Aを通じて貯湯タンク8内及び水タンク5内の空気を外部へ抜くことができる。よって、特許文献1に記載のような空気抜き弁が不要となり、水素生成装置100の水張り運転に必要な部品のコスト低減が図れ、ひいては、水張り運転が簡易化する。なお、給水弁11は、水素生成装置100の水張り運転以外の通常の動作では、閉止されている。これにより、冷却水経路6を流れる冷却水に市水が混合することを適切に抑制できる。   Specifically, when the water supply valve 11 disposed in the water supply path 10 is opened to fill water from the hot water storage tank 8 to the water tank 5 in the water filling operation of the hydrogen generation apparatus 100, the drainage provided in the water tank 5 The air in the hot water storage tank 8 and the water tank 5 can be discharged to the outside through the port 5A. Therefore, the air vent valve as described in Patent Document 1 becomes unnecessary, the cost of parts necessary for the water filling operation of the hydrogen generator 100 can be reduced, and the water filling operation is simplified. The feed valve 11 is closed in the normal operation other than the water filling operation of the hydrogen generator 100. Thereby, it can suppress appropriately that city water mixes with the cooling water which flows through cooling water course 6.

また、給水経路10に配置された給水弁11を開けるだけで、例えば、水インフラの供給圧により、貯湯タンク8から水タンク5に水を張ることができる。よって、特許文献1に記載のような水張り運転でのポンプ作動等の操作が不要となり、水張り運転の操作性の向上が図れ、ひいては、水張り運転が簡易化する。   Further, water can be poured from the hot water storage tank 8 to the water tank 5 only by opening the water supply valve 11 disposed in the water supply path 10, for example, by the supply pressure of the water infrastructure. Therefore, the operation such as the pump operation in the water filling operation as described in Patent Document 1 becomes unnecessary, the operability of the water filling operation can be improved, and the water filling operation is simplified.

[動作]
図2は、第1実施形態の水素生成装置の動作(水張り運転)の一例を示すフローチャートである。
[Operation]
FIG. 2: is a flowchart which shows an example of operation | movement (water filling operation) of the hydrogen generation apparatus of 1st Embodiment.

以下、水素生成装置100の水張り運転について、図1及び図2を参照しながら説明する。以下の水張り運転は、制御器39の演算処理部が、記憶部に記億された制御プログラムを読み出すことで、自動で行われる。なお、水素生成装置100が、例えば、所定の設置場所に置かれる場合、水タンク5及び貯湯タンク8内は空の状態であるので、水張り運転を行う必要がある。また、水素生成装置100を長期に使用しない場合にも、水タンク5及び貯湯タンク8内の水が不足する場合があるので、水張り運転を行う可能性がある。   Hereinafter, the water filling operation of the hydrogen generator 100 will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The following filling operation is automatically performed by the arithmetic processing unit of the controller 39 reading out the control program stored in the storage unit. When the hydrogen generator 100 is placed at a predetermined installation site, for example, the water tank 5 and the hot water storage tank 8 are empty, so it is necessary to perform the water filling operation. Further, even when the hydrogen generator 100 is not used for a long time, the water in the water tank 5 and the hot water storage tank 8 may run short, so there is a possibility of performing the water filling operation.

まず、制御器39による水張り運転の準備操作として、水経路9に設けられた元栓バルブが手動で開放される。   First, as a preparation operation for the water filling operation by the controller 39, the main plug valve provided in the water path 9 is manually opened.

次に、ステップS1で、水素生成装置100の電源スイッチ(図示せず)をオン(ON)したか否かが判定される。   Next, in step S1, it is determined whether the power switch (not shown) of the hydrogen generator 100 is turned on.

そして、電源スイッチをオンしたと判定されると、ステップS2で、給水弁11が開放される。すると、水インフラの供給圧により、貯湯タンク8に市水が給水され、貯湯タンク8に水が張られる。また、貯湯タンク8から給水経路10を通じて水タンク5に給水される。このとき、水素生成装置100内の空気(具体的には、貯湯タンク8内及び水タンク5内の空気)は、水タンク5に設けられた排水口5Aから外部へ排気される。なお、電源スイッチをオンした後、水張りスイッチ(図示せず)をオン(ON)するステップを備える構成であってもよい。   When it is determined that the power switch is turned on, the water supply valve 11 is opened in step S2. Then, city water is supplied to the hot water storage tank 8 by the supply pressure of the water infrastructure, and the hot water storage tank 8 is filled with water. Further, water is supplied from the hot water storage tank 8 to the water tank 5 through the water supply path 10. At this time, the air in the hydrogen generator 100 (specifically, the air in the hot water storage tank 8 and the water tank 5) is exhausted to the outside from the drainage port 5A provided in the water tank 5. In addition, after a power supply switch is turned on, you may be the structure provided with the step which turns on a water supply switch (not shown).

次に、ステップS3で、水素生成装置100の水張りが完了したか否かが判定される。   Next, in step S3, it is determined whether or not filling of the hydrogen generator 100 has been completed.

そして、水張りが完了したと判定されると、ステップS4で、給水弁11が閉止され、水素生成装置100の水張り運転が終了する。   When it is determined that the water filling is completed, the water supply valve 11 is closed in step S4, and the water filling operation of the hydrogen generation device 100 is completed.

なお、ステップS3の水張りの完了は、例えば、給水弁11の開放からの時間経過に基づいて判定されてもよい。つまり、水インフラの供給圧、給水経路10の流路抵抗、水張りが行われる部分の内容積等は、予め把握できるので、これらの値から、水素生成装置100の水張りが完了するのに必要な時間を知ることができる。また、ステップS3の水張りの完了は、例えば、排水口5Aから水がオーバーフローしたこと、あるいは水が所定時間以上オーバーフローしたことを検知することで判定されてもよい。また、水タンク5に接続する経路などに流量計を付けて水の流量を検知し、水の検知流量の変化が所定値以下になったときを水張り完了時として判定してもよい。例えば、排水口5Aを栓などで閉止した状態で、冷却水経路6又は給水経路10の適所に設けられた流量計の計測値の変化が所定値以下になったときを水張り完了時として判定してもよい。   The completion of the water filling in step S3 may be determined based on, for example, the passage of time from the opening of the water supply valve 11. That is, since the supply pressure of the water infrastructure, the flow path resistance of the water supply path 10, the internal volume of the portion to be filled with water, etc. can be grasped beforehand, it is necessary to complete the filling of the hydrogen generator 100 from these values. I can know the time. Further, the completion of the water filling in step S3 may be determined, for example, by detecting that the water has overflowed from the drainage port 5A or that the water has overflowed for a predetermined time or more. Alternatively, a flow meter may be attached to a path connected to the water tank 5 to detect the flow rate of water, and when the change in the detected flow rate of water becomes equal to or less than a predetermined value, it may be determined as the water filling completion time. For example, in a state where the drainage port 5A is closed by a plug or the like, when the change in the measurement value of the flowmeter provided at the appropriate position of the cooling water passage 6 or the water supply passage 10 becomes less than a predetermined value May be

このようにして、給水経路10に配置された給水弁11を開けるだけで、水インフラの供給圧により、貯湯タンク8から水タンク5に自動的に水を張ることができる。   As described above, it is possible to automatically fill water from the hot water storage tank 8 to the water tank 5 by the supply pressure of the water infrastructure only by opening the water supply valve 11 disposed in the water supply path 10.

(変形例)
図3は、第1実施形態の変形例の水素生成装置の一例を示す図である。
(Modification)
FIG. 3 is a view showing an example of a hydrogen generator according to a modification of the first embodiment.

図3に示す例では、水素生成装置100は、改質器1と、燃焼器2と、排ガス経路3と、凝縮器4と、水タンク5と、冷却水経路6と、放熱器6Aと、冷却水ポンプ7と、貯湯タンク8と、水経路9と、給水経路10A、10Bと、給水弁11Aと、給湯経路20、制御器39と、を備える。   In the example shown in FIG. 3, the hydrogen generator 100 includes the reformer 1, the combustor 2, the exhaust gas passage 3, the condenser 4, the water tank 5, the cooling water passage 6, and the radiator 6A. A cooling water pump 7, a hot water storage tank 8, a water path 9, water supply paths 10A and 10B, a water supply valve 11A, a hot water supply path 20, and a controller 39 are provided.

改質器1、燃焼器2、排ガス経路3、凝縮器4、水タンク5、冷却水経路6、放熱器6A,冷却水ポンプ7、貯湯タンク8、水経路9及び制御器39については第1実施形態と同様であるので説明を省略する。   Regarding the reformer 1, the combustor 2, the exhaust gas path 3, the condenser 4, the water tank 5, the cooling water path 6, the radiator 6A, the cooling water pump 7, the hot water storage tank 8, the water path 9 and the controller 39, the first The description is omitted because it is the same as the embodiment.

本変形例の水素生成装置100は、第1−第3の態様のいずれかの水素生成装置100において、給湯経路20は、貯湯タンク8の上部に接続され、貯湯タンクの温水を給湯するための流路であり、給水経路10A、10Bは、給湯経路20から分岐して水タンク5へと至る第1経路10Aと、貯湯タンク8の上部と給湯経路20の分岐部との間の第2経路10Bとを備える。給水弁11Aは、第1経路10Aに配置されている。   In the hydrogen generator 100 of the present modification, in the hydrogen generator 100 according to any one of the first to third aspects, the hot water supply path 20 is connected to the upper portion of the hot water storage tank 8 and supplies hot water of the hot water storage tank. The water supply paths 10A and 10B are a flow path, and a first path 10A branched from the hot water supply path 20 to the water tank 5 and a second path between the upper portion of the hot water storage tank 8 and the branched portion of the hot water supply path 20 And 10B. The water supply valve 11A is disposed in the first path 10A.

本変形例の水素生成装置100は、上記の特徴点以外は、第1−第3の態様のいずれかの水素生成装置100と同様に構成しても構わない。   The hydrogen generator 100 of the present modification may be configured in the same manner as the hydrogen generator 100 of any of the first to third aspects, except for the above-described feature points.

なお、給湯経路20の途中に、家庭で利用される温水を適温に調温するためのバックアップボイラー(図示せず)を設けても構わない。   In the middle of the hot water supply path 20, a backup boiler (not shown) may be provided to control the temperature of the hot water used at home to an appropriate temperature.

かかる構成によると、給水経路10A、10Bの一部と給湯経路20の一部とが共用されているので、第1実施形態の水素生成装置100に比べ水供給配管を簡易に構成できる。   According to this configuration, since a part of the water supply paths 10A and 10B and a part of the hot water supply path 20 are shared, the water supply piping can be simplified as compared with the hydrogen generator 100 of the first embodiment.

(第1実施例)
図4は、第1実施形態の第1実施例の水素生成装置の一例を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 4 is a view showing an example of a hydrogen generation apparatus of the first example of the first embodiment.

図4に示す例では、水素生成装置100は、改質器1と、燃焼器2と、排ガス経路3と、凝縮器4と、水タンク5と、冷却水経路6と、放熱器6Aと、冷却水ポンプ7と、貯湯タンク8と、水経路9と、給水経路10と、給水弁11と、改質水経路13と、制御器39と、を備える。   In the example shown in FIG. 4, the hydrogen generator 100 includes the reformer 1, the combustor 2, the exhaust gas path 3, the condenser 4, the water tank 5, the cooling water path 6, and the radiator 6A. A cooling water pump 7, a hot water storage tank 8, a water path 9, a water supply path 10, a water supply valve 11, a reforming water path 13, and a controller 39 are provided.

改質器1、燃焼器2、排ガス経路3、凝縮器4、水タンク5、冷却水経路6、放熱器6A、冷却水ポンプ7、貯湯タンク8、水経路9、給水経路10、給水弁11及び制御器39については第1実施形態と同様であるので説明を省略する。   The reformer 1, the combustor 2, the exhaust gas path 3, the condenser 4, the water tank 5, the cooling water path 6, the radiator 6A, the cooling water pump 7, the hot water storage tank 8, the water path 9, the water supply path 10, the water supply valve 11 The controller 39 is the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

本実施例の水素生成装置100は、第1−第3の態様及び第1実施形態の変形例のいずれかの水素生成装置100において、改質水経路13は、冷却水経路6から分岐して改質器1へと至る流路であり、冷却水の一部が改質水経路13を流通して改質水として改質器1に供給される。これにより、改質器1において、原料の水蒸気改質、オートサーマル反応等を適切に行い得る。   In the hydrogen generator 100 of the present embodiment, the reforming water path 13 is branched from the cooling water path 6 in the hydrogen generator 100 according to any one of the first to third aspects and the modification of the first embodiment. A part of the cooling water is supplied to the reformer 1 as reforming water through the reforming water path 13. Thereby, in the reformer 1, steam reforming of the raw material, autothermal reaction and the like can be appropriately performed.

本実施例の水素生成装置100は、上記の特徴点以外は、第1−第3の態様及び第1実施形態の変形例のいずれかの水素生成装置100と同様に構成しても構わない。   The hydrogen generator 100 of the present embodiment may be configured the same as the hydrogen generator 100 of any of the first to third aspects and the modification of the first embodiment, except for the above-described feature points.

改質水経路13の上流端は、冷却水が流れる冷却水経路6であれば、いずれの箇所に接続されていても構わない。本実施例では、改質水経路13の上流端は、放熱器6Aと凝縮器4との間の冷却水経路6に接続されている。つまり、水タンク5、放熱器6A、改質水経路13への分岐部及び凝縮器4は、冷却水の流れ方向においてこの順に、冷却水経路6に配置されている。   The upstream end of the reforming water path 13 may be connected to any point as long as the cooling water path 6 through which the cooling water flows. In the present embodiment, the upstream end of the reforming water path 13 is connected to the cooling water path 6 between the radiator 6A and the condenser 4. That is, the water tank 5, the radiator 6A, the branch portion to the reforming water path 13, and the condenser 4 are disposed in the cooling water path 6 in this order in the flow direction of the cooling water.

また、改質水経路13に、例えば、イオン交換樹脂フィルタ等を設けてもよい。イオン交換樹脂フィルタは、改質水経路13が分岐する分岐部より上流の冷却水経路6上に配置されていてもよい。   In addition, for example, an ion exchange resin filter or the like may be provided in the modified water path 13. The ion exchange resin filter may be disposed on the cooling water path 6 upstream of the branch portion where the reforming water path 13 branches.

かかる構成によると、凝縮器4で回収した水を改質に用いることができるので、外部の水の消費によるコストアップを抑制できる。   According to this configuration, since the water recovered by the condenser 4 can be used for reforming, it is possible to suppress the cost increase due to the consumption of the external water.

(第2実施例)
図5は、第1実施形態の第2実施例の水素生成装置の一例を示す図である。
Second Embodiment
FIG. 5 is a view showing an example of a hydrogen generator according to a second example of the first embodiment.

図5に示す例では、水素生成装置100は、改質器1と、燃焼器2と、排ガス経路3と、凝縮器4と、水タンク5と、冷却水経路6と、放熱器6Aと、冷却水ポンプ7と、貯湯タンク8と、水経路9と、給水経路10と、給水弁11と、改質水経路13と、改質水ポンプ15と、制御器39と、を備える。   In the example shown in FIG. 5, the hydrogen generator 100 includes a reformer 1, a combustor 2, an exhaust gas passage 3, a condenser 4, a water tank 5, a cooling water passage 6, and a radiator 6A. A cooling water pump 7, a hot water storage tank 8, a water path 9, a water supply path 10, a water supply valve 11, a reforming water path 13, a reforming water pump 15, and a controller 39 are provided.

改質器1、燃焼器2、排ガス経路3、凝縮器4、水タンク5、冷却水経路6、放熱器6A、冷却水ポンプ7、貯湯タンク8、水経路9、給水経路10、給水弁11、改質水経路13及び制御器39については第1実施形態の第1実施例と同様であるので説明を省略する。   The reformer 1, the combustor 2, the exhaust gas path 3, the condenser 4, the water tank 5, the cooling water path 6, the radiator 6A, the cooling water pump 7, the hot water storage tank 8, the water path 9, the water supply path 10, the water supply valve 11 The reforming water path 13 and the controller 39 are the same as in the first example of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

本実施例の水素生成装置100は、第1実施形態の第1実施例の水素生成装置100において、改質水ポンプ15が、改質水経路13に配置されている。   In the hydrogen generator 100 of the first embodiment of the first embodiment, a reforming water pump 15 is disposed in the reforming water passage 13 in the hydrogen generator 100 of the first embodiment.

本実施例の水素生成装置100は、上記の特徴点以外は、第1実施形態の第1実施例の水素生成装置100と同様に構成しても構わない。   The hydrogen generator 100 of the present embodiment may be configured the same as the hydrogen generator 100 of the first embodiment of the first embodiment, except for the above-described feature points.

改質水ポンプ15は、改質器1へ供給する改質水の流量を調整する機器である。改質水ポンプ15は、改質器1へ供給する改質水の流量を調整できれば、どのような構成であっても構わない。改質水ポンプ15として、例えば、容積型ポンプ等を例示できる。容積型ポンプとして、例えば、ブランジャーポンプ等を例示できる。   The reforming water pump 15 is a device for adjusting the flow rate of reforming water supplied to the reformer 1. The reforming water pump 15 may have any configuration as long as the flow rate of the reforming water supplied to the reformer 1 can be adjusted. As the reforming water pump 15, for example, a positive displacement pump can be exemplified. As a positive displacement pump, for example, a plunger pump etc. can be exemplified.

かかる構成によると、改質水ポンプ15の出力を制御することで、改質器1へ供給する改質水の量を改質反応に適した量に調整できる。   According to this configuration, by controlling the output of the reforming water pump 15, the amount of reforming water supplied to the reformer 1 can be adjusted to an amount suitable for the reforming reaction.

(第2実施形態)
図6は、第2実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。
Second Embodiment
FIG. 6 is a view showing an example of a fuel cell system according to a second embodiment.

本実施形態の燃料電池システム200は、第1−第3の態様、第1実施形態の変形例及び第1実施形態の第1−第2実施例のいずれかの水素生成装置100と、水素生成装置100の改質器1から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池18と、を備える。   The fuel cell system 200 of this embodiment includes the hydrogen generation device 100 according to any one of the first to third aspects, the modification of the first embodiment, and the first and second examples of the first embodiment. And a fuel cell 18 generating electricity using the hydrogen-containing gas supplied from the reformer 1 of the apparatus 100.

図6に示す例では、燃料電池システム200は、改質器1と、燃焼器2Aと、排ガス経路3と、凝縮器4と、水タンク5と、冷却水経路6と、放熱器6Aと、冷却水ポンプ7と、貯湯タンク8と、水経路9と、給水経路10と、給水弁11と、燃料電池18と、制御器39と、を備える。   In the example shown in FIG. 6, the fuel cell system 200 includes the reformer 1, the combustor 2A, the exhaust gas path 3, the condenser 4, the water tank 5, the cooling water path 6, and the radiator 6A. A cooling water pump 7, a hot water storage tank 8, a water passage 9, a water supply passage 10, a water supply valve 11, a fuel cell 18, and a controller 39 are provided.

改質器1、排ガス経路3、凝縮器4、水タンク5、冷却水経路6、放熱器6A、冷却水ポンプ7、貯湯タンク8、水経路9、給水経路10、給水弁11及び制御器39については第1実施形態と同様であるので説明を省略する。   Reformer 1, exhaust gas path 3, condenser 4, water tank 5, cooling water path 6, radiator 6A, cooling water pump 7, hot water storage tank 8, water path 9, water supply path 10, water supply valve 11, controller 39 Since the second embodiment is the same as the first embodiment, the description will be omitted.

燃料電池18は、改質器1から供給される水素含有ガスを用いて発電する。具体的には、水素含有ガス中の水素と、図示しない空気供給器からの空気中の酸素とによって燃料電池18の内部で発電反応が行われ、燃料電池18から電流が取り出される。燃料電池18としては、いずれの種類であってもよい。燃料電池18として、例えば、固体酸化物形燃料電池が例示されるが、これに限らない。   The fuel cell 18 generates electric power using the hydrogen-containing gas supplied from the reformer 1. Specifically, a power generation reaction is performed inside the fuel cell 18 by hydrogen in the hydrogen-containing gas and oxygen in the air from the air supply device (not shown), and a current is extracted from the fuel cell 18. The fuel cell 18 may be of any type. As the fuel cell 18, for example, a solid oxide fuel cell is exemplified, but not limited thereto.

本実施形態では、燃焼器2Aは、燃料電池18での発電反応に寄与しなかったアノードオフガス(水素含有ガス)及びカソードオフガス(空気)を燃焼する。燃焼器2Aの燃焼熱により、改質器1及び燃料電池18は、それらの触媒の適温(例えば、500℃−1000℃程度)にまで加熱される。   In the present embodiment, the combustor 2A burns the anode off gas (hydrogen-containing gas) and the cathode off gas (air) that did not contribute to the power generation reaction in the fuel cell 18. The heat of combustion of the combustor 2A heats the reformer 1 and the fuel cell 18 to an appropriate temperature (for example, about 500 ° C. to 1000 ° C.) of their catalysts.

以上により、燃料電池システム200の水張り運転を従来よりも簡易に行い得る。   As described above, the water filling operation of the fuel cell system 200 can be performed more simply than in the past.

具体的には、燃料電池システム200の水張り運転において、給水経路10に配置された給水弁11を開けて、貯湯タンク8から水タンク5に水を張る際に、水タンク5に設けられた排水口5Aを通じて貯湯タンク8内及び水タンク5内の空気を外部へ抜くことができる。よって、特許文献1に記載のような空気抜き弁が不要となり、燃料電池システム200の水張り運転に必要な部品のコスト低減が図れ、ひいては、水張り運転が簡易化する。   Specifically, when the water supply valve 11 disposed in the water supply path 10 is opened to fill water from the hot water storage tank 8 to the water tank 5 in the water filling operation of the fuel cell system 200, the drainage provided in the water tank 5 The air in the hot water storage tank 8 and the water tank 5 can be discharged to the outside through the port 5A. Therefore, the air vent valve as described in Patent Document 1 becomes unnecessary, the cost of parts necessary for the water filling operation of the fuel cell system 200 can be reduced, and the water filling operation is simplified.

また、給水経路10に配置された給水弁11を開けるだけで、例えば、水インフラの供給圧により、貯湯タンク8から水タンク5に水を張ることができる。よって、特許文献1に記載のような水張り運転でのポンプ作動等の操作が不要となり、水張り運転の操作性の向上が図れ、ひいては、水張り運転が簡易化する。   Further, water can be poured from the hot water storage tank 8 to the water tank 5 only by opening the water supply valve 11 disposed in the water supply path 10, for example, by the supply pressure of the water infrastructure. Therefore, the operation such as the pump operation in the water filling operation as described in Patent Document 1 becomes unnecessary, the operability of the water filling operation can be improved, and the water filling operation is simplified.

本開示の一態様は、水張り運転を従来よりも簡易に行い得る水素生成装置及び燃料電池システムに利用できる。   One aspect of the present disclosure can be used for a hydrogen generator and a fuel cell system that can perform water filling operation more easily than in the past.

1 :改質器
2 :燃焼器
3 :排ガス経路
4 :凝縮器
5 :水タンク
5A :排水口
6 :冷却水経路
6A :放熱器
7 :冷却水ポンプ
8 :貯湯タンク
9 :水経路
10 :給水経路
11 :給水弁
11A :給水弁
13 :改質水経路
15 :改質水ポンプ
18 :燃料電池
20 :給湯経路
39 :制御器
100 :水素生成装置
200 :燃料電池システム
1: Reformer 2: Combustor 3: Exhaust gas route 4: Condenser 5: Water tank 5A: Outlet 6: Cooling water route 6A: Radiator 7: Cooling water pump 8: Hot water storage tank 9: Water route 10: Water supply Path 11: Water supply valve 11A: Water supply valve 13: Reforming water path 15: Reforming water pump 18: Fuel cell 20: Hot water supply path 39: Controller 100: Hydrogen generator 200: Fuel cell system

Claims (9)

原料を改質することで水素含有ガスを生成する改質器と、
前記水素含有ガスを燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器で生成された排ガスが流れる排ガス経路と、
冷却水が循環する冷却水経路と、
前記排ガス経路及び前記冷却水経路に設けられ、前記排ガスと前記冷却水とが熱交換することで前記排ガス中の水蒸気が凝縮する凝縮器と、
前記冷却水経路に配置された水タンク及び冷却水ポンプと、
貯湯水を貯留する貯湯タンクと、
前記冷却水経路を流れる冷却水を放熱する放熱器と、
前記貯湯タンクに外部の水を供給するための水経路と、
前記貯湯タンクから前記水タンクに水を供給するための給水経路と、
前記給水経路に配置された給水弁と、を備え、
前記水タンクは、前記凝縮器で発生する凝縮水を貯留するとともに、外部と連通している排水口を備え、
前記給水経路は前記貯湯タンクの上部に接続され、前記貯湯タンク、前記給水弁及び前記水タンクが、前記水タンクへの給水における水の流れ方向においてこの順に、前記給水経路に配置されている水素生成装置。
A reformer that generates a hydrogen-containing gas by reforming the raw material;
A combustor for burning the hydrogen-containing gas;
An exhaust gas passage through which the exhaust gas generated by the combustor flows;
A cooling water path through which the cooling water circulates,
A condenser provided in the exhaust gas path and the cooling water path, and heat exchange between the exhaust gas and the cooling water causes the water vapor in the exhaust gas to condense;
A water tank and a cooling water pump disposed in the cooling water path;
With hot water storage tank which stores hot water storage,
A radiator that radiates the cooling water flowing through the cooling water path;
A water path for supplying external water to the hot water storage tank;
A water supply path for supplying water from the hot water storage tank to the water tank;
And a water supply valve disposed in the water supply path,
The water tank has a drain port communicating with the outside as well as storing condensed water generated in the condenser.
The water supply path is connected to the upper portion of the hot water storage tank, and the hot water storage tank, the water supply valve, and the water tank are disposed in the water supply path in this order in the flow direction of water in the water supply to the water tank. Generator.
前記給水弁の開閉を制御する制御器を備え、
前記制御器は、前記水素生成装置の水張り運転において、前記水経路から、前記貯湯タンク、前記給水経路、前記水タンクの順に給水が行われるように、前記給水弁を開放する請求項1に記載の水素生成装置。
A controller for controlling the opening and closing of the water supply valve;
The said controller opens the said water supply valve so that water supply may be performed in order of the said hot water storage tank, the said water supply path, and the said water tank from the said water path in the water filling operation of the said hydrogen production apparatus. Hydrogen generator.
前記放熱器は、前記貯湯水と前記冷却水とが熱交換する熱交換器である請求項1又は2に記載の水素生成装置。   The hydrogen generator according to claim 1 or 2, wherein the radiator is a heat exchanger that exchanges heat between the stored hot water and the cooling water. 前記貯湯タンクの上部に接続され、前記貯湯タンクの温水を給湯するための給湯経路を備え、
前記給水経路は、前記給湯経路から分岐して前記水タンクへと至る第1経路と、前記貯湯タンクの上部と前記給湯経路の分岐部との間の第2経路とを備える請求項1から3のいずれかに記載の水素生成装置。
A hot water supply path connected to an upper portion of the hot water storage tank for supplying hot water of the hot water storage tank;
The water supply path includes a first path branched from the hot water supply path to the water tank, and a second path between an upper portion of the hot water storage tank and a branch portion of the hot water supply path. The hydrogen generator according to any one of the above.
前記冷却水経路から分岐して前記改質器へと至る改質水経路を備え、
前記冷却水の一部が前記改質水経路を流通して改質水として前記改質器に供給される請求項1から4のいずれかに記載の水素生成装置。
A reforming water path branched from the cooling water path to the reformer;
The hydrogen generator according to any one of claims 1 to 4, wherein a part of the cooling water flows through the reforming water path and is supplied to the reformer as reforming water.
前記改質水経路に配置された改質水ポンプを備える請求項5に記載の水素生成装置。   The hydrogen generator according to claim 5, further comprising a reforming water pump disposed in the reforming water path. 前記水タンク、前記放熱器、前記改質水経路への分岐部及び前記凝縮器は、前記冷却水の流れ方向においてこの順に、前記冷却水経路に配置されている請求項5又は6に記載の水素生成装置。   The said water tank, the said radiator, the branch part to the said reforming water path, and the said condenser are arrange | positioned in this cooling water path in this order in the flow direction of the said cooling water. Hydrogen generator. 請求項1から7のいずれかに記載の水素生成装置と、
前記水素生成装置の改質器から供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システム。
A hydrogen generator according to any one of claims 1 to 7,
A fuel cell that generates electric power using a hydrogen-containing gas supplied from a reformer of the hydrogen generation device.
前記燃料電池は固体酸化物形燃料電池である請求項8に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 8, wherein the fuel cell is a solid oxide fuel cell.
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