Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6939316B2 - Fuel cell system - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6939316B2 - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP6939316B2
JP6939316B2 JP2017181551A JP2017181551A JP6939316B2 JP 6939316 B2 JP6939316 B2 JP 6939316B2 JP 2017181551 A JP2017181551 A JP 2017181551A JP 2017181551 A JP2017181551 A JP 2017181551A JP 6939316 B2 JP6939316 B2 JP 6939316B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
water
make
reformed
temperature
reforming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017181551A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019057438A (en
Inventor
大河 村上
大河 村上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
Aisin Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aisin Seiki Co Ltd, Aisin Corp filed Critical Aisin Seiki Co Ltd
Priority to JP2017181551A priority Critical patent/JP6939316B2/en
Publication of JP2019057438A publication Critical patent/JP2019057438A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6939316B2 publication Critical patent/JP6939316B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Description

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

従来から、例えば、下記特許文献1に開示された燃料電池装置が知られている。この従来の燃料電池装置は、燃料電池からの排ガスと貯湯槽の水とを熱交換器により熱交換して、排ガスの冷却に伴って生じる凝縮水を凝縮水タンクに回収するとともに貯湯槽に湯を貯蔵するようになっている。そして、貯湯槽から熱交換器に供給される湯の温度が高いときには、循環流路のラジエータにより湯を冷却するようになっている。 Conventionally, for example, a fuel cell device disclosed in Patent Document 1 below has been known. In this conventional fuel cell device, the exhaust gas from the fuel cell and the water in the hot water storage tank are heat-exchanged by a heat exchanger, and the condensed water generated by cooling the exhaust gas is collected in the condensed water tank and hot water in the hot water storage tank. Is to be stored. When the temperature of the hot water supplied from the hot water storage tank to the heat exchanger is high, the hot water is cooled by the radiator of the circulation flow path.

又、従来から、例えば、下記特許文献2に開示された燃料電池システムも知られている。この従来の燃料電池システムは、貯水器に貯えられた改質水の水位が、ポンプによる改質部への汲み上げが困難になる異常レベルと、オーバーフローレベルと異常レベルとの間の正常レベルと、の間にある場合、燃料電池の出力を低下させるようになっている。 Further, conventionally, for example, a fuel cell system disclosed in Patent Document 2 below is also known. In this conventional fuel cell system, the water level of the reformed water stored in the water reservoir is an abnormal level that makes it difficult for the pump to pump up to the reforming part, and a normal level between the overflow level and the abnormal level. If it is between, the output of the fuel cell is reduced.

特開2001−325982号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-325982 特開2016−177998号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-177998

一般に、燃料電池システムにおいては、改質用原料及び水蒸気とされた改質水を混合した混合ガスが供給される改質部が設けられ、改質部の内部にて生じる水蒸気改質反応により混合ガスが改質されて改質ガス(燃料)が生成される。そして、生成された改質ガス(燃料)が燃料電池に供給されることによって発電が行われる。 Generally, in a fuel cell system, a reforming section is provided to which a mixed gas in which a reforming raw material and steam reformed water are mixed is supplied, and the mixture is mixed by a steam reforming reaction generated inside the reforming section. The gas is reformed to produce reformed gas (fuel). Then, the generated reformed gas (fuel) is supplied to the fuel cell to generate electricity.

ところで、上記従来の燃料電池装置(燃料電池システム)においては、熱交換器で凝縮された凝縮水を改質水として回収する。この場合、ラジエータで貯湯槽から供給される湯を冷却することによって熱交換器における凝縮水の生成を促して改質水の利用効率を向上させることは可能である。しかしながら、排ガス中の全水蒸気成分を回収することは困難であり、改質水タンクに貯められた改質水が不足して改質部への水蒸気の供給が不能となった場合には、燃料電池システムを停止させる必要がある。 By the way, in the above-mentioned conventional fuel cell device (fuel cell system), the condensed water condensed by the heat exchanger is recovered as reformed water. In this case, it is possible to promote the generation of condensed water in the heat exchanger and improve the utilization efficiency of the reformed water by cooling the hot water supplied from the hot water tank with the radiator. However, it is difficult to recover all the steam components in the exhaust gas, and if the reformed water stored in the reformed water tank becomes insufficient and the steam cannot be supplied to the reformed part, the fuel The battery system needs to be shut down.

一方、上記従来の燃料電池システムにおいては、貯水器(改質水タンク)に貯えられた改質水の水位が低下した場合には、出力制限を行うことによって改質水の回収量を増加させ、燃料電池システムを停止させることを回避する。しかしながら、出力制限を行った場合、燃料電池システムの発電効率が低下してエネルギー利用効率が低下する虞がある。 On the other hand, in the above-mentioned conventional fuel cell system, when the water level of the reformed water stored in the water storage device (reformed water tank) drops, the amount of reformed water recovered is increased by limiting the output. , Avoid shutting down the fuel cell system. However, when the output is limited, the power generation efficiency of the fuel cell system may decrease and the energy utilization efficiency may decrease.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。即ち、本発明の目的は、改質水の不足に伴って、発電効率の低下を生じさせることなく発電運転を継続することが可能な燃料電池システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems. That is, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of continuing power generation operation without causing a decrease in power generation efficiency due to a shortage of reformed water.

上記の課題を解決するため、請求項1に係る燃料電池システムの発明は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質用原料と改質水を蒸発させた水蒸気とから燃料を生成して燃料電池に燃料を供給する改質部と、改質用原料の供給源に接続された改質用原料供給管に設けられて供給源から改質部に改質用原料を圧送する改質用原料供給装置と、改質部に改質水供給管を介して供給する改質水を貯水する改質水タンクと、燃料電池からの燃料オフガス及び酸化剤ガスを燃焼させて発生する燃焼排ガスと貯湯槽から貯湯水供給管を介して供給される循環水との間で熱交換して燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する凝縮器と、改質水タンクと凝縮器とを接続する凝縮水供給管に設けられて凝縮水を精製して改質水を改質水タンクに供給する水精製器と、貯湯水供給管に設けられて貯湯槽から供給される循環水を冷却するラジエータと、燃料電池の発電を統括して制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、貯湯水供給管の凝縮器とラジエータとの間に設けられて、凝縮器の側に流れる循環水の循環水供給量と、循環水から分離されて改質水タンクの側に流れる補給水の補給水供給量と、を制御装置による制御に従って調整可能な調整弁と、貯湯水供給管の調整弁とラジエータとの間に設けられてラジエータを通過した循環水の第一温度を検出し、第一温度を制御装置に出力する第一温度センサと、調整弁と水精製器とを接続して調整弁から水精製器に補給水を供給する補給水供給管と、水精製器によって凝縮水及び補給水から生成された改質水の改質水タンクに貯水された水位を検出し、水位を制御装置に出力する水位センサと、を含んで貯湯槽から補給水の改質水タンクへの供給を調整する補給水調整部を備え、制御装置は、水位センサによって検出された水位が予め設定された補給水供給開始水位になった場合において、第一温度センサによって検出された循環水の第一温度が予め設定された第一所定温度未満となった場合に、調整弁による補給水供給量をゼロから増大させて補給水供給管及び水精製器を介して改質水タンクに向けて補給水を供給し、水位センサによって検出された水位が予め設定された補給水供給停止水位になったときに調整弁による補給水供給量をゼロに戻す、ように構成される。 In order to solve the above problems, the invention of the fuel cell system according to claim 1 uses fuel from a fuel cell that generates power by using fuel and an oxidizing agent gas, and steam vapor obtained by evaporating reforming raw materials and reforming water. The reforming raw material is pumped from the supply source to the reforming section, which is provided in the reforming section that generates and supplies fuel to the fuel cell and the reforming raw material supply pipe connected to the supply source of the reforming raw material. It is generated by burning the fuel off gas and oxidant gas from the fuel cell, the reforming raw material supply device, the reforming water tank that stores the reforming water supplied to the reforming part via the reforming water supply pipe, and the reforming part. A condenser that exchanges heat between the combustion exhaust gas and the circulating water supplied from the hot water storage tank via the hot water storage water supply pipe to condense the water vapor contained in the combustion exhaust gas to generate condensed water, and reformed water. A water purifier provided in the condensed water supply pipe connecting the tank and the condenser to purify the condensed water and supply the reformed water to the reformed water tank, and a water purifier provided in the hot water storage pipe to supply the reformed water from the hot water storage tank. It is a fuel cell system equipped with a radiator that cools the circulating water and a control device that controls the power generation of the fuel cell, and is provided between the condenser of the hot water storage pipe and the radiator. , The circulating water supply amount of the circulating water flowing to the condenser side and the make-up water supply amount of the make-up water separated from the circulating water and flowing to the reforming water tank side can be adjusted according to the control by the control device. A first temperature sensor provided between the regulating valve of the hot water storage pipe and the radiator, which detects the first temperature of the circulating water that has passed through the radiator, and outputs the first temperature to the control device, and the regulating valve. The water is stored in the make-up water supply pipe that connects to the water purifier and supplies make-up water from the regulating valve to the water purifier, and the reformed water tank of the condensed water and the reformed water generated from the make-up water by the water purifier. It is equipped with a water level sensor that detects the water level and outputs the water level to the control device, and a make-up water adjustment unit that adjusts the supply of the make-up water from the hot water storage tank to the reformed water tank. When the detected water level reaches the preset make-up water supply start water level, and the first temperature of the circulating water detected by the first temperature sensor becomes less than the preset first predetermined temperature. The amount of make-up water supplied by the regulating valve is increased from zero to supply make-up water to the reformed water tank via the make-up water supply pipe and the water purifier, and the water level detected by the water level sensor is set in advance. It is configured to return the amount of make-up water supplied by the regulating valve to zero when the water supply stop water level is reached.

これによれば、制御装置は、改質水タンクの水位が補給水供給開始水位になった場合、即ち、改質水タンクから改質部に供給される水蒸気(改質水)が不足する可能性がある場合において、補給水調整部を作動させることができる。補給水調整部が作動することにより、調整弁は、貯湯槽から供給されて第一温度が第一所定温度未満になった循環水から補給水を分離し、分離した補給水を水精製器に供給することができる。そして、水精製器は、分離された補給水を精製した改質水を改質水タンクに供給することができる。これにより、燃料電池システムの発電運転中において、常に、改質水タンクに必要十分な量の改質水を貯めておくことができる。その結果、改質水タンクから改質部に必要十分な量の改質水(水蒸気)を供給することができ、改質部が燃料電池で消費される燃料を生成して燃料電池の発電を継続させることができる。従って、改質水の不足に伴って、発電効率の低下を生じさせることなく燃料電池システムの発電運転を継続することができる。 According to this, when the water level of the reformed water tank reaches the make-up water supply start water level, that is, the steam (reformed water) supplied from the reformed water tank to the reformed part may be insufficient. The make-up water adjusting unit can be operated when there is a tendency. When the make-up water adjustment unit operates, the adjustment valve separates the make-up water from the circulating water supplied from the hot water storage tank and whose first temperature is lower than the first predetermined temperature, and the separated make-up water is used as a water purifier. Can be supplied. Then, the water purifier can supply the reformed water obtained by purifying the separated make-up water to the reformed water tank. As a result, a necessary and sufficient amount of reformed water can be stored in the reformed water tank at all times during the power generation operation of the fuel cell system. As a result, the reforming water tank can supply the required and sufficient amount of reforming water (steam) to the reforming part, and the reforming part generates the fuel consumed by the fuel cell to generate electricity from the fuel cell. Can be continued. Therefore, the power generation operation of the fuel cell system can be continued without causing a decrease in power generation efficiency due to the shortage of reformed water.

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概要を示す概略図である。It is the schematic which shows the outline of the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention. 図1の水位センサの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the water level sensor of FIG. 図1の制御装置によって実行される補給水供給制御プログラムを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the make-up water supply control program executed by the control device of FIG. 実施形態の変形例に係る燃料電池システムの概要を示す概略図である。It is the schematic which shows the outline of the fuel cell system which concerns on the modification of embodiment. 変形例に係り、図4の制御装置によって実行される補給水供給制御プログラムを示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing a make-up water supply control program executed by the control device of FIG. 4 according to a modified example. 実施形態のその他の変形例に係る燃料電池システムの概要を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the outline of the fuel cell system which concerns on other modification of the Embodiment.

以下、本発明の実施形態に係る燃料電池システムについて図面を参照しながら説明する。尚、以下の実施形態及び各変形例の相互において、互いに同一又は均等である部分には、同一の符号を付してある。又、説明に用いる各図は、概念図であり、各部の形状は必ずしも厳密なものではない場合がある。 Hereinafter, the fuel cell system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments and the respective modifications, the same or equal parts are designated by the same reference numerals. Further, each figure used for explanation is a conceptual view, and the shape of each part may not always be exact.

燃料電池システム1は、図1に示すように、発電ユニット10及び貯湯槽21を備えている。発電ユニット10は、筐体10a、燃料電池モジュール11、熱交換器12、インバータ装置13、水精製器14、改質水タンク15、制御装置16及び補給水調整部70を備えている。 As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a power generation unit 10 and a hot water storage tank 21. The power generation unit 10 includes a housing 10a, a fuel cell module 11, a heat exchanger 12, an inverter device 13, a water purifier 14, a reforming water tank 15, a control device 16, and a make-up water adjusting unit 70.

貯湯槽21は、密封式且つ耐圧式の容器である。貯湯槽21内の温度分布は、基本的には、温度の異なる二層に分かれている。上層は比較的温度が高い層(例えば、50度以上)であり、下層は比較的温度が低い層(例えば、20度〜40度)である。上下各層は、それぞれほぼ同一温度である。貯湯槽21は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する(図にて矢印の方向に循環する)貯湯水循環ライン22が接続されている。 The hot water storage tank 21 is a sealed and pressure-resistant container. The temperature distribution in the hot water storage tank 21 is basically divided into two layers having different temperatures. The upper layer is a layer having a relatively high temperature (for example, 50 degrees or more), and the lower layer is a layer having a relatively low temperature (for example, 20 degrees to 40 degrees). The upper and lower layers have almost the same temperature. The hot water storage tank 21 stores hot water, and a hot water storage water circulation line 22 through which the hot water is circulated (circulated in the direction of the arrow in the figure) is connected.

燃料電池モジュール11、熱交換器12、インバータ装置13、水精製器14、改質水タンク15、制御装置16、補給水調整部70及び貯湯槽21は、筐体10a内に収容されている。尚、貯湯槽21は、発電ユニット10と別体、即ち、筐体10aの外に設けるようにしても良い。 The fuel cell module 11, the heat exchanger 12, the inverter device 13, the water purifier 14, the reformed water tank 15, the control device 16, the make-up water adjusting unit 70, and the hot water storage tank 21 are housed in the housing 10a. The hot water storage tank 21 may be provided separately from the power generation unit 10, that is, outside the housing 10a.

燃料電池モジュール11は、後述するように、燃料電池34を少なくとも含んで構成されるものである。燃料電池モジュール11は、改質用原料、改質水及び酸化剤ガス(カソードガス)としての空気(カソードエア)が供給されている。改質用原料としては、天然ガス、LPガス等の改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノール等の改質用液体燃料である。尚、本実施形態においては、改質用原料として、天然ガスを用いる場合を例示する。具体的には、燃料電池モジュール11は、一端が供給源Gs(例えば、都市ガス(天然ガス)のガス供給管)に接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管11aの他端が、後述する蒸発部32に接続されている。改質用原料供給管11aは、改質用原料を蒸発部32に圧送する原料ポンプ11a1(改質用原料供給装置)が設けられている。 As will be described later, the fuel cell module 11 includes at least the fuel cell 34. The fuel cell module 11 is supplied with a reforming raw material, reforming water, and air (cathode air) as an oxidizing agent gas (cathode gas). The reforming raw material is a reforming gaseous fuel such as natural gas or LP gas, or a reforming liquid fuel such as kerosene, gasoline or methanol. In this embodiment, a case where natural gas is used as a raw material for reforming is illustrated. Specifically, the fuel cell module 11 has a reforming raw material supply pipe 11a in which one end is connected to a supply source Gs (for example, a gas supply pipe of city gas (natural gas)) to supply a reforming raw material. The other end is connected to the evaporation unit 32, which will be described later. The reforming raw material supply pipe 11a is provided with a raw material pump 11a1 (a reforming raw material supply device) that pumps the reforming raw material to the evaporation unit 32.

又、燃料電池モジュール11は、一端が改質水タンク15に接続されて改質水が供給される改質水供給管11bの他端が蒸発部32に接続されている。改質水供給管11bは、改質水ポンプ11b2が設けられている。更に、燃料電池モジュール11は、一端がカソードエアブロワ11c1に接続されてカソードエアが供給されるカソードエア供給管11cの他端が接続されている。カソードエアブロワ11c1は、カソードエアを燃料電池34に供給する酸化ガス供給装置である。 Further, in the fuel cell module 11, one end is connected to the reforming water tank 15 and the other end of the reforming water supply pipe 11b to which the reforming water is supplied is connected to the evaporation unit 32. The reforming water supply pipe 11b is provided with a reforming water pump 11b2. Further, one end of the fuel cell module 11 is connected to the cathode air blower 11c1 and the other end of the cathode air supply pipe 11c to which the cathode air is supplied is connected. The cathode air blower 11c1 is an oxidation gas supply device that supplies cathode air to the fuel cell 34.

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

熱交換器12は、燃料電池モジュール11からの排気管11dが接続(貫設)されている。熱交換器12の底部には、水精製器14を介して改質水タンク15に接続されている凝縮水供給管12aが接続されている。 An exhaust pipe 11d from the fuel cell module 11 is connected (penetrated) to the heat exchanger 12. A condensed water supply pipe 12a connected to the reforming water tank 15 via a water purifier 14 is connected to the bottom of the heat exchanger 12.

このように構成された熱交換器12においては、燃料電池モジュール11からの燃焼排ガスは、排気管11dを通って熱交換器12内に導入され、流通する貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。その後、燃焼排ガスは、排気管11dを通って燃焼排ガス用排気口10dから筐体10aの外部に排出される。又、凝縮された凝縮水は、自重で落水し、凝縮水供給管12aを通って水精製器14から改質水タンク15に供給される。一方、熱交換器12に流入した貯湯水は、加熱され、貯湯槽21に向けて流出される。排気管11dには、熱交換器12の下流側から分岐して改質水タンク15の水受け部材15bに連通するドレン管路12bが設けられている。 In the heat exchanger 12 configured in this way, the combustion exhaust gas from the fuel cell module 11 is introduced into the heat exchanger 12 through the exhaust pipe 11d and exchanges heat with the circulating hot water storage water. It is condensed and cooled. After that, the combustion exhaust gas is discharged to the outside of the housing 10a from the combustion exhaust gas exhaust port 10d through the exhaust pipe 11d. Further, the condensed condensed water falls by its own weight and is supplied from the water purifier 14 to the reformed water tank 15 through the condensed water supply pipe 12a. On the other hand, the hot water stored in the heat exchanger 12 is heated and flows out toward the hot water storage tank 21. The exhaust pipe 11d is provided with a drain pipe 12b that branches from the downstream side of the heat exchanger 12 and communicates with the water receiving member 15b of the reforming water tank 15.

ここで、上述した熱交換器12、貯湯槽21及び貯湯水循環ライン22から、排熱回収システム20が構成されている。貯湯水循環ライン22上には、貯湯槽21の下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ22a、ラジエータ22b、第一温度センサ22c、調整弁としての三方弁22d及び熱交換器12が配設されている。排熱回収システム20は、燃料電池モジュール11の排熱を貯湯水に回収して蓄える。 Here, the waste heat recovery system 20 is configured from the heat exchanger 12, the hot water storage tank 21, and the hot water storage water circulation line 22 described above. On the hot water storage water circulation line 22, a hot water storage water circulation pump 22a, a radiator 22b, a first temperature sensor 22c, a three-way valve 22d as a regulating valve, and a heat exchanger 12 are arranged in order from the lower end to the upper end of the hot water storage tank 21. ing. The waste heat recovery system 20 collects and stores the waste heat of the fuel cell module 11 in the hot water storage water.

貯湯水循環ポンプ22aは、貯湯槽21の下層から貯湯水を汲み出し、貯湯水循環ライン22を構成する貯湯水供給管22eを介して熱交換器12に供給する。ラジエータ22bは、モータ及びファンを有する空冷式のラジエータであり、貯湯水供給管22eに設けられている。ラジエータ22bは、貯湯水循環ポンプ22aから熱交換器12に向けて供給される貯湯水を、後述するように制御装置16により作動が制御されて冷却する。 The hot water storage water circulation pump 22a draws hot water from the lower layer of the hot water storage tank 21 and supplies it to the heat exchanger 12 via the hot water storage water supply pipe 22e constituting the hot water storage water circulation line 22. The radiator 22b is an air-cooled radiator having a motor and a fan, and is provided in the hot water storage water supply pipe 22e. The radiator 22b cools the hot water stored water supplied from the hot water storage water circulation pump 22a toward the heat exchanger 12 by controlling the operation by the control device 16 as described later.

第一温度センサ22cは、ラジエータ22bと熱交換器12との間に配置されて、ラジエータ22bを通過して貯湯水供給管22eを流れる循環水としての貯湯水の温度T1(以下、「第一温度T1」と称呼する。)を検出し、制御装置16に送信している。三方弁22dは、第一温度センサ22cと熱交換器12との間に配置されている。三方弁22dは、ラジエータ22bによって冷却された貯湯水を熱交換器12に供給するとともに、貯湯水供給管22eを流れる貯湯水(循環水)から分離された補給水を補給水供給管22fを介して水精製器14ひいては改質水タンク15に供給する。 The first temperature sensor 22c is arranged between the radiator 22b and the heat exchanger 12, and the temperature T1 of the hot water stored as circulating water that passes through the radiator 22b and flows through the hot water supply pipe 22e (hereinafter, “first”. It is called "temperature T1") and is transmitted to the control device 16. The three-way valve 22d is arranged between the first temperature sensor 22c and the heat exchanger 12. The three-way valve 22d supplies the hot water stored water cooled by the radiator 22b to the heat exchanger 12, and supplies the make-up water separated from the hot water storage water (circulating water) flowing through the hot water storage water supply pipe 22e via the make-up water supply pipe 22f. It is supplied to the water purifier 14 and thus the reformed water tank 15.

三方弁22dは、制御装置16により弁開度が調整されて、ラジエータ22bによって冷却された貯湯水の熱交換器12への給水量、換言すれば、ラジエータ22bによって冷却された貯湯水の改質水タンク15への給水量を調整するようになっている。即ち、三方弁22dは、弁開度の変更が可能な比例弁であり、冷却された貯湯水を、熱交換器12に供給される貯湯水(循環水)の循環水供給量と改質水タンク15に供給される補給水の補給水供給量との比率を調整可能になっている。 The valve opening degree of the three-way valve 22d is adjusted by the control device 16, and the amount of hot water supplied to the heat exchanger 12 cooled by the radiator 22b, in other words, the reforming of the hot water stored cooled by the radiator 22b. The amount of water supplied to the water tank 15 is adjusted. That is, the three-way valve 22d is a proportional valve whose valve opening degree can be changed, and the cooled hot water is used as the circulating water supply amount of the hot water (circulating water) supplied to the heat exchanger 12 and the reformed water. The ratio of the make-up water supplied to the tank 15 to the make-up water supply amount can be adjusted.

補給水供給管22fは、三方弁22dから供給される補給水を水精製器14に供給する。補給水供給管22fは、U字状に屈曲された圧損部22f1を有しており、補給水供給管22fを流れる補給水に圧損を生じさせて、補給水の水圧を下げるようになっている。補給水供給管22fには、水精製器14に補給水を供給するための給水弁22gが設けられている。給水弁22gは、制御装置16により、補給水の水精製器14への供給を許容する開と補給水の水精製器14への供給を遮断する閉とに切り替えられるようになっている。尚、本実施形態において、給水弁22gは、三方弁22dが補給水を改質水タンク15に供給する際に開に切り替えられ、三方弁22dが補給水を改質水タンク15に供給しない際に閉に切り替えられるようになっている。ここで、第一温度センサ22c、三方弁22d、補給水供給管22f、圧損部22f1、及び、給水弁22gは、補給水調整部70を構成する。 The make-up water supply pipe 22f supplies the make-up water supplied from the three-way valve 22d to the water purifier 14. The make-up water supply pipe 22f has a pressure loss portion 22f1 bent in a U shape, and causes a pressure loss in the make-up water flowing through the make-up water supply pipe 22f to lower the water pressure of the make-up water. .. The make-up water supply pipe 22f is provided with a water supply valve 22g for supplying make-up water to the water purifier 14. The water supply valve 22g is switched by the control device 16 to open that allows supply of make-up water to the water purifier 14 and close that cuts off the supply of make-up water to the water purifier 14. In the present embodiment, the water supply valve 22g is switched to open when the three-way valve 22d supplies the make-up water to the reforming water tank 15, and when the three-way valve 22d does not supply the make-up water to the reforming water tank 15. It can be switched to closed. Here, the first temperature sensor 22c, the three-way valve 22d, the make-up water supply pipe 22f, the pressure loss section 22f1, and the water supply valve 22g constitute the make-up water adjusting section 70.

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

水精製器14は、凝縮水及び補給水をイオン交換樹脂によって純水化するようになっている。水精製器14は、改質水タンク15と連通しており、純水化された凝縮水及び補給水が改質水タンク15に供給されるようになっている。 The water purifier 14 purifies the condensed water and the make-up water with an ion exchange resin. The water purifier 14 communicates with the reformed water tank 15, so that the purified condensed water and make-up water are supplied to the reformed water tank 15.

改質水タンク15は、水精製器14から供給される凝縮水及び補給水を改質水として貯水し、蒸発部32介して改質部33に改質水を供給するものである。尚、改質水タンク15は、供給された凝縮水及び補給水が溢れ出た場合、オーバーフローライン15aを介して水受け部材15bによって受け止められ、排水管15cから、筐体10aの外部に排水される。 The reforming water tank 15 stores condensed water and make-up water supplied from the water purifier 14 as reforming water, and supplies the reforming water to the reforming section 33 via the evaporation section 32. When the supplied condensed water and make-up water overflow, the reformed water tank 15 is received by the water receiving member 15b via the overflow line 15a and drained from the drain pipe 15c to the outside of the housing 10a. NS.

改質水タンク15内には、図2に示すように、改質水タンク15内に貯水された改質水の水量(水位:以下、「タンク水量」とも称呼する。)を検出する水位センサ15dが配設されている。ここで、水位センサ15dは、補給水調整部70に含まれる。水位センサ15dは、例えば、フロート式のセンサであり、フロートの上下量を可変抵抗(ポテンショメータ)により抵抗値に変換し、抵抗値の上下動によって水位(残水量)を表示する方式のセンサである。水位センサ15dは、残水量を、第一管理水位L1、第二管理水位L2、第三管理水位L3、及び、第四管理水位L4として検出する。第一管理水位L1は、改質水タンク15が満水となる水位である。第二管理水位L2は、後述するように給水される補給水の給水を停止する補給水供給停止水位である。第三管理水位L3は、補給水の給水を開始する補給水供給開始水位である。第四管理水位L4は、改質水ポンプ11b2による改質水の汲み上げが困難になる水位である。 In the reformed water tank 15, as shown in FIG. 2, a water level sensor that detects the amount of reformed water stored in the reformed water tank 15 (water level: hereinafter, also referred to as “tank water amount”). 15d is arranged. Here, the water level sensor 15d is included in the make-up water adjusting unit 70. The water level sensor 15d is, for example, a float type sensor, which converts the vertical amount of the float into a resistance value by a variable resistance (potentiometer) and displays the water level (residual water amount) by the vertical movement of the resistance value. .. The water level sensor 15d detects the residual water amount as the first control water level L1, the second control water level L2, the third control water level L3, and the fourth control water level L4. The first controlled water level L1 is the water level at which the reforming water tank 15 is full. The second control water level L2 is a make-up water supply stop water level that stops the supply of make-up water to be supplied as described later. The third control water level L3 is the make-up water supply start water level at which the make-up water supply is started. The fourth controlled water level L4 is a water level at which it becomes difficult to pump the reformed water by the reformed water pump 11b2.

制御装置16は、上述したラジエータ22b、三方弁22d、給水弁22gを含む補機を駆動して燃料電池システム1の運転を統括して制御する。制御装置16は、マイクロコンピュータ(図示省略)を有している。マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、CPU、RAM、ROM及びタイマ(何れも図示省略)を備えている。CPUは、燃料電池システム1の統括運転を実施している。RAMは後述する補給水供給制御プログラムを含む各種プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ROMは後述する補給水供給制御プログラムを含む各種プログラムを記憶するものである。 The control device 16 drives an auxiliary machine including the radiator 22b, the three-way valve 22d, and the water supply valve 22g described above to control the operation of the fuel cell system 1 in an integrated manner. The control device 16 has a microprocessor (not shown). The microcomputer includes an input / output interface, a CPU, a RAM, a ROM, and a timer (all of which are not shown) connected via a bus. The CPU carries out the integrated operation of the fuel cell system 1. The RAM temporarily stores variables necessary for executing various programs including the make-up water supply control program described later, and the ROM stores various programs including the make-up water supply control program described later.

又、燃料電池モジュール11は、ケーシング31、蒸発部32、改質部33及び燃料電池34を備えている。ケーシング31は、断熱性材料で箱状に形成されている。蒸発部32は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部32は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部33に供給するものである。 Further, the fuel cell module 11 includes a casing 31, an evaporation unit 32, a reforming unit 33, and a fuel cell 34. The casing 31 is made of a heat insulating material and is formed in a box shape. The evaporation unit 32 is heated by a combustion gas described later to evaporate the supplied reforming water to generate steam, and preheats the supplied reforming raw material. The evaporation unit 32 mixes the steam generated in this manner with the preheated reforming raw material and supplies it to the reforming unit 33.

蒸発部32には、一端(下端)が改質水タンク15に接続された改質水供給管11bの他端が接続されている。又、蒸発部32には、一端が供給源Gsに接続された改質用原料供給管11aが接続されている。 The other end of the reforming water supply pipe 11b, one end (lower end) of which is connected to the reforming water tank 15, is connected to the evaporation unit 32. Further, a reforming raw material supply pipe 11a whose one end is connected to the supply source Gs is connected to the evaporation unit 32.

改質部33は、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部32から供給された混合ガス(改質用原料、水蒸気)から水蒸気を含む改質ガス(アノードガス)を生成して改質ガス送出管38から導出するものである。改質部33内には、触媒(例えば、Ru又はNi系の触媒)が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素等を含んだガスが生成される(水蒸気改質反応)。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス(メタンガス)、改質に使用されなかった改質水(水蒸気)を含んでいる。このように、改質部33は改質用原料(原燃料)と改質水とから改質ガス(燃料)を生成して燃料電池34に改質ガスを供給する。尚、水蒸気改質反応は吸熱反応である。 The reforming unit 33 is heated by a combustion gas described later and is supplied with the heat required for the steam reforming reaction, so that the reforming unit 33 contains steam from the mixed gas (raw material for reforming, steam) supplied from the evaporating unit 32. A reformed gas (anode gas) is generated and derived from the reformed gas delivery pipe 38. The reforming unit 33 is filled with a catalyst (for example, a Ru or Ni-based catalyst), and the mixed gas reacts with the catalyst to reform and generate a gas containing hydrogen gas, carbon monoxide, and the like. (Steam reforming reaction). The reforming gas includes hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, unmodified natural gas (methane gas), and reformed water (steam) that was not used for reforming. In this way, the reforming unit 33 generates a reforming gas (fuel) from the reforming raw material (raw fuel) and the reforming water, and supplies the reforming gas to the fuel cell 34. The steam reforming reaction is an endothermic reaction.

燃料電池34は、燃料極、空気極(酸化剤極)及び両極の間に介装された電解質からなる複数のセル34aが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池34は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池34の燃料極には、燃料としての改質ガス、即ち、水素、一酸化炭素、メタンガス等が供給される。動作温度は400〜1000℃程度である。尚、400℃以下でも定格以下の発電量の発電は可能である。又、600℃で発電開始を許可している。水素だけではなく天然ガスや石炭ガス等も直接燃料として用いることが可能である。この場合、改質部33は省略することができる。 The fuel cell 34 is configured by stacking a plurality of cells 34a composed of a fuel electrode, an air electrode (oxidizing agent electrode), and an electrolyte interposed between the two electrodes. The fuel cell 34 of the present embodiment is a solid oxide fuel cell, and uses zirconium oxide, which is a kind of solid oxide, as an electrolyte. A reformed gas as a fuel, that is, hydrogen, carbon monoxide, methane gas, or the like is supplied to the fuel electrode of the fuel cell 34. The operating temperature is about 400 to 1000 ° C. It should be noted that even at 400 ° C. or lower, it is possible to generate a power generation amount below the rating. In addition, the start of power generation is permitted at 600 ° C. Not only hydrogen but also natural gas, coal gas and the like can be directly used as fuel. In this case, the modification unit 33 can be omitted.

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

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

カソードエアブロワ11c1は、電気モータ11c2により駆動されるもので、電気モータ11c2の駆動デューティは、制御装置16によって演算される。カソードエア供給管11cのカソードエアブロワ11c1の下流側に設けられた流量センサ11c3は、カソードエアブロワ11c1が吐出するカソードエア流量を検出する。流量センサ11c3は、検出結果を制御装置16に送信するようになっている。 The cathode air blower 11c1 is driven by the electric motor 11c2, and the drive duty of the electric motor 11c2 is calculated by the control device 16. The flow rate sensor 11c3 provided on the downstream side of the cathode air blower 11c1 of the cathode air supply pipe 11c detects the cathode air flow rate discharged by the cathode air blower 11c1. The flow rate sensor 11c3 transmits the detection result to the control device 16.

燃料電池34においては、燃料極に供給された燃料である改質ガス(アノードガス)と空気極に供給された酸化剤ガス(カソードガス)によって発電が行われる。即ち、燃料極では、下記化1及び化2に示す反応が生じ、空気極では、下記化3に示す反応が生じている。具体的には、空気極で生成した酸化物イオン(O2−)が電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。そして、燃料流路34b及び空気流路34cからは、発電に使用されなかった改質ガス及び酸化剤ガスが導出する。尚、反応によって燃料電池34内に生じた水(HO)は、水精製器14を介して改質水タンク15に送出される。
(化1)
+O2−→HO+2e
(化2)
CO+O2−→CO+2e
(化3)
1/2O+2e→O2−
In the fuel cell 34, power generation is performed by the reforming gas (anode gas) which is the fuel supplied to the fuel electrode and the oxidant gas (cathode gas) supplied to the air electrode. That is, at the fuel electrode, the reactions shown in Chemical formulas 1 and 2 below occur, and at the air electrode, the reactions shown in Chemical formula 3 below occur. Specifically, oxide ions ( O2- ) generated at the air electrode permeate the electrolyte and react with hydrogen at the fuel electrode to generate electrical energy. Then, the reforming gas and the oxidant gas that were not used for power generation are derived from the fuel flow path 34b and the air flow path 34c. The water (H 2 O) generated in the fuel cell 34 by the reaction is sent to the reformed water tank 15 via the water purifier 14.
(Chemical 1)
H 2 + O 2- → H 2 O + 2e
(Chemical 2)
CO + O 2- → CO 2 + 2e
(Chemical 3)
1 / 2O 2 + 2e - → O 2-

発電に使用されなかった改質ガス(燃料オフガスとしてのアノードオフガス)は、燃料流路34bから燃焼部36(燃料電池34と改質部33との間に形成された空間)に導出される。同様に、発電に使用されなかった酸化剤ガス(空気:カソードオフガス)は、空気流路34cから燃焼部36に導出される。燃焼部36は、アノードオフガスがカソードオフガスにより燃焼されて、燃焼ガス(火炎37)にて蒸発部32及び改質部33を加熱する。更には、燃料電池モジュール11内を動作温度に加熱している。 The reformed gas (anode off gas as the fuel off gas) not used for power generation is led out from the fuel flow path 34b to the combustion section 36 (the space formed between the fuel cell 34 and the reforming section 33). Similarly, the oxidant gas (air: cathode off gas) that was not used for power generation is led out from the air flow path 34c to the combustion unit 36. In the combustion unit 36, the anode off gas is burned by the cathode off gas, and the evaporation gas (flame 37) heats the evaporation unit 32 and the reforming unit 33. Further, the inside of the fuel cell module 11 is heated to the operating temperature.

燃焼部36には、アノードオフガスを着火させるための一対の着火ヒータ36a1,36a2が設けられている。燃焼部36で生じた燃焼排ガスは、電気化学反応によって燃料電池34内に生じた水とともに燃料電池モジュール11から排気管11dを通って熱交換器12に至る。 The combustion unit 36 is provided with a pair of ignition heaters 36a1 and 36a2 for igniting the anode off gas. The flue gas generated in the combustion unit 36 reaches the heat exchanger 12 from the fuel cell module 11 through the exhaust pipe 11d together with the water generated in the fuel cell 34 by the electrochemical reaction.

燃料電池システム1を起動させるときには、制御装置16は、発電モードに先立って暖気モードを実行する。暖気モードでは、制御装置16は、原料ポンプ11a1を駆動させて改質用原料を改質用原料供給管11aを介して燃料電池モジュール11の蒸発部32、改質部33及び燃料電池34を介して燃焼部36に供給させる。制御装置16は、カソードエアブロワ11c1も駆動させ、空気流路34cを介して酸化剤ガスである空気(カソードガス)を燃料電池モジュール11のセル34aの空気極を介して燃焼部36に供給させる。そして、着火ヒータ36a1,36a2が着火すると、燃焼部36において改質用原料が空気により燃焼する。燃焼部36における燃焼熱により、蒸発部32、改質部33及び燃料電池34が加熱される。蒸発部32、改質部33及び燃料電池34が所定の温度域に加熱されると、制御装置16は、改質水ポンプ11b2を駆動して改質部33での改質反応を開始し、暖気モードを終了して発電モードに移行させる。 When activating the fuel cell system 1, the control device 16 executes the warm-up mode prior to the power generation mode. In the warm-up mode, the control device 16 drives the raw material pump 11a1 to feed the reforming raw material via the reforming raw material supply pipe 11a via the evaporation unit 32, the reforming unit 33, and the fuel cell 34 of the fuel cell module 11. Is supplied to the combustion unit 36. The control device 16 also drives the cathode air blower 11c1 to supply air (cathode gas), which is an oxidant gas, to the combustion unit 36 via the air electrode of the cell 34a of the fuel cell module 11 via the air flow path 34c. .. Then, when the ignition heaters 36a1 and 36a2 are ignited, the reforming raw material is burned by air in the combustion unit 36. The combustion heat in the combustion unit 36 heats the evaporation unit 32, the reforming unit 33, and the fuel cell 34. When the evaporation unit 32, the reforming unit 33, and the fuel cell 34 are heated to a predetermined temperature range, the control device 16 drives the reforming water pump 11b2 to start the reforming reaction in the reforming unit 33. Exit the warm-up mode and shift to the power generation mode.

制御装置16が改質水ポンプ11b2を駆動させると、改質水タンク15内の改質水は、改質水供給管11bを介して蒸発部32に供給される。改質水は、蒸発部32で加熱されて水蒸気となる。水蒸気は、改質用原料供給管11aから供給される改質用原料とともに改質部33に移動する。改質部33において改質用原料は、水蒸気で改質されて水蒸気を含む改質ガスであるアノードガス(水素含有ガス)となる(吸熱反応)。アノードガスは、燃料流路34bを介して燃料電池34のセル34aの燃料極に供給される。又、カソードエアブロワ11c1が駆動して、カソードガス(空気)が空気流路34cを介してセル34aの電気極に供給される。これにより、燃料電池34(燃料電池モジュール11)が発電する。 When the control device 16 drives the reforming water pump 11b2, the reforming water in the reforming water tank 15 is supplied to the evaporation unit 32 via the reforming water supply pipe 11b. The reformed water is heated by the evaporation unit 32 to become steam. The steam moves to the reforming unit 33 together with the reforming raw material supplied from the reforming raw material supply pipe 11a. In the reforming section 33, the reforming raw material is reformed with steam to become an anode gas (hydrogen-containing gas) which is a reforming gas containing steam (endothermic reaction). The anode gas is supplied to the fuel electrode of the cell 34a of the fuel cell 34 via the fuel flow path 34b. Further, the cathode air blower 11c1 is driven, and the cathode gas (air) is supplied to the electric pole of the cell 34a via the air flow path 34c. As a result, the fuel cell 34 (fuel cell module 11) generates electricity.

暖気モード及び発電モードにおいて、燃料電池モジュール11で発生した高温の燃焼排ガスは、電気化学反応にて燃料電池34内に生じた水とともに排気管11dを介して凝縮機能を有する熱交換器12に排出される。高温の燃焼排ガスに含まれていた水蒸気は、熱交換器12で冷却されるため、凝縮されて凝縮水となり、電気化学反応にて燃料電池34内に生じた水とともに凝縮水供給管12aを介して改質水タンク15に供給される。 In the warm-up mode and the power generation mode, the high-temperature combustion exhaust gas generated in the fuel cell module 11 is discharged to the heat exchanger 12 having a condensing function through the exhaust pipe 11d together with the water generated in the fuel cell 34 by the electrochemical reaction. Will be done. Since the water vapor contained in the high-temperature combustion exhaust gas is cooled by the heat exchanger 12, it is condensed into condensed water, and the water generated in the fuel cell 34 by the electrochemical reaction is passed through the condensed water supply pipe 12a. Is supplied to the reformed water tank 15.

筐体10aには、外気を吸い込むための吸気口10b、筐体10a内の空気を外部に排出するための換気用排気口10c、及び、熱交換器12からの燃焼排ガスを外部に排出するための燃焼排ガス用排気口10dが形成されている。吸気口10bには、逆止弁54が設けられている。逆止弁54は、外部から筐体10a内への空気の流れは許容するが、逆方向の流れを規制するものである。 The housing 10a has an intake port 10b for sucking in outside air, a ventilation exhaust port 10c for discharging the air inside the housing 10a to the outside, and a combustion exhaust gas from the heat exchanger 12 to the outside. The exhaust port 10d for combustion exhaust gas is formed. A check valve 54 is provided at the intake port 10b. The check valve 54 allows the flow of air from the outside into the housing 10a, but regulates the flow in the reverse direction.

換気用排気口10cには、換気ファン55が設けられている。換気ファン55は、筐体10a内の空気(換気排気)を外部に送出するものである。 A ventilation fan 55 is provided in the ventilation exhaust port 10c. The ventilation fan 55 sends out the air (ventilation exhaust) in the housing 10a to the outside.

貯湯槽21には、図1に示すように、高圧給水原Sw(例えば、水道管)に減圧弁41を介して接続された給水管42から水道水が給水される。給水管42に設けられた水温計測装置67、例えば、サーミスタ等によって水道水の温度が計測され、制御装置16に出力される。貯湯槽21は、上述した貯湯水循環ライン22による排熱回収によって温められて生成した、例えば、70℃に調整された湯を貯める。 As shown in FIG. 1, tap water is supplied to the hot water storage tank 21 from a water supply pipe 42 connected to a high-pressure water supply source Sw (for example, a water pipe) via a pressure reducing valve 41. The temperature of tap water is measured by a water temperature measuring device 67 provided in the water supply pipe 42, for example, a thermistor, and output to the control device 16. The hot water storage tank 21 stores, for example, hot water adjusted to 70 ° C., which is generated by being warmed by the exhaust heat recovery by the hot water storage water circulation line 22 described above.

貯湯槽21の湯は、湯供給管61から混合弁62に流入する。混合弁62は、給水管42と水供給管42aを介して接続されている。混合弁62は、貯湯槽21から湯供給管61を介して流入する湯と高圧給水原Swから給水管42、水供給管42aを介して流入する水との湯/水混合比を調整して、貯湯槽21の湯の温度よりも低い設定温度、例えば、30℃に調整された混合湯を生成する。混合湯は、混合湯供給管63を介して給湯器Whの吸水側に接続される。給湯器Whは、混合湯供給管63から給水された混合湯を直接又は加熱して、給湯栓69から給湯するものである。 The hot water in the hot water storage tank 21 flows into the mixing valve 62 from the hot water supply pipe 61. The mixing valve 62 is connected to the water supply pipe 42 via the water supply pipe 42a. The mixing valve 62 adjusts the hot water / water mixing ratio of the hot water flowing from the hot water storage tank 21 through the hot water supply pipe 61 and the water flowing from the high-pressure water supply source Sw through the water supply pipe 42 and the water supply pipe 42a. , A set temperature lower than the temperature of the hot water in the hot water storage tank 21, for example, a mixed hot water adjusted to 30 ° C. is generated. The mixed hot water is connected to the water absorption side of the water heater Wh via the mixed hot water supply pipe 63. The water heater Wh directly or heats the mixed hot water supplied from the mixed hot water supply pipe 63, and supplies hot water from the hot water tap 69.

図1に示すように、給水管42を混合湯供給管63に接続するバイパス通路64には、非通電時に開状態となるノーマルオープンの電磁開閉弁65が設けられている。電磁開閉弁65は、例えば、混合弁62又は混合弁62の制御系の故障によって湯と水の混合(制御)ができなくなり、混合湯供給管63の混合湯の温度が上昇して予め設定された混合湯上限温度(例えば、50℃)を超えた場合に、制御装置16によって開状態に切り替えられる。電磁開閉弁65が開状態とされて給水管42から水を混合湯供給管63に導くことにより、混合湯供給管63における混合湯の温度を下げて、異常高温出湯を防止する。混合湯の温度は、混合湯供給管63のバイパス通路64との合流部よりも下流側に設けられた湯温計測装置66、例えば、サーミスタ等により計測され、制御装置16に出力される。 As shown in FIG. 1, a normally open electromagnetic on-off valve 65 that is opened when the power is not supplied is provided in the bypass passage 64 that connects the water supply pipe 42 to the mixed hot water supply pipe 63. The electromagnetic on-off valve 65 cannot be mixed (controlled) with hot water and water due to, for example, a failure of the control system of the mixing valve 62 or the mixing valve 62, and the temperature of the mixed hot water in the mixing hot water supply pipe 63 rises and is preset. When the upper limit temperature of the mixed hot water (for example, 50 ° C.) is exceeded, the control device 16 switches to the open state. By opening the electromagnetic on-off valve 65 and guiding water from the water supply pipe 42 to the mixed hot water supply pipe 63, the temperature of the mixed hot water in the mixed hot water supply pipe 63 is lowered, and abnormally high temperature hot water discharge is prevented. The temperature of the mixed hot water is measured by a hot water temperature measuring device 66 provided on the downstream side of the confluence portion of the mixed hot water supply pipe 63 with the bypass passage 64, for example, a thermistor, and is output to the control device 16.

ところで、上述したように、燃料電池モジュール11が発電を行う場合、改質部33にて改質ガス(アノードガス)を生成するために改質水は必要不可欠である。従って、改質部33に改質水を供給できるように、改質水タンク15に適切量の改質水が貯められていることが必要である。このため、制御装置16(より詳しくは、CPU)は、図2に示す補給水供給制御プログラムを実行し、改質水タンク15に貯められている改質水の量に応じて、改質水の供給に支障を来す虞がある場合に改質水タンク15に循環水を供給する。以下、この補給水供給制御プログラムを詳細に説明する。 By the way, as described above, when the fuel cell module 11 generates electricity, the reformed water is indispensable in order to generate the reformed gas (anode gas) in the reforming unit 33. Therefore, it is necessary that an appropriate amount of reformed water is stored in the reformed water tank 15 so that the reformed water can be supplied to the reforming unit 33. Therefore, the control device 16 (more specifically, the CPU) executes the make-up water supply control program shown in FIG. 2, and reforms water according to the amount of reformed water stored in the reformed water tank 15. Circulating water is supplied to the reforming water tank 15 when there is a risk of interfering with the supply of the water. Hereinafter, this make-up water supply control program will be described in detail.

制御装置16は、所定の短い時間が経過する毎に、ステップS100にて補給水供給制御プログラムの実行を開始し、続くステップS101にて水位センサ15dから補給水供給開始水位である第三管理水位L3を表す信号Ssを所定時間t1以上継続して取得しているか否かを判定する。具体的に、制御装置16は、信号Ssを所定時間t1以上継続して取得した場合、即ち、改質水タンク15の水位低下が確定して補給水の給水を開始する必要がある場合には、ステップS101にて「Yes」と判定してステップS102に進む。一方、制御装置16は、信号Ssを所定時間t1以上継続して取得していない場合には、「No」と判定してステップS113に進み、補給水供給制御プログラムの実行を一旦終了する。そして、所定の短い時間が経過すると、再び、ステップS100にて補給水供給制御プログラムの実行を開始する。 The control device 16 starts executing the make-up water supply control program in step S100 every time a predetermined short time elapses, and in the following step S101, the third control water level which is the make-up water supply start water level from the water level sensor 15d. It is determined whether or not the signal Ss representing L3 is continuously acquired for a predetermined time t1 or more. Specifically, when the control device 16 continuously acquires the signal Ss for a predetermined time t1 or more, that is, when the water level drop in the reforming water tank 15 is confirmed and it is necessary to start the supply of make-up water. , It is determined as "Yes" in step S101, and the process proceeds to step S102. On the other hand, if the control device 16 has not continuously acquired the signal Ss for a predetermined time t1 or more, the control device 16 determines "No" and proceeds to step S113 to temporarily end the execution of the make-up water supply control program. Then, when the predetermined short time elapses, the execution of the make-up water supply control program is started again in step S100.

ステップS102においては、制御装置16は、ラジエータ22bを通常の冷却能力により作動させる状態、又は、ラジエータ22bを通常の冷却能力よりも高い冷却能力により作動させる状態を表す作動フラグPの値を、ラジエータ22bを通常の冷却能力により作動させる状態を表す「0」に設定し、ステップS103に進む。 In step S102, the control device 16 sets the value of the operation flag P indicating a state in which the radiator 22b is operated by a normal cooling capacity or a state in which the radiator 22b is operated by a cooling capacity higher than the normal cooling capacity. 22b is set to "0" indicating a state in which it is operated by a normal cooling capacity, and the process proceeds to step S103.

ステップS103においては、制御装置16は、第一温度センサ22cから貯湯水供給管22eを流れている貯湯水の第一温度T1が第一所定温度Td1未満(第一所定温度未満)であり、且つ、この状態が第一所定時間t2以上継続(第一所定時間以上継続)しているか否かを判定する。ここで、第一所定温度Td1は、例えば、水精製器14を構成するイオン交換樹脂に熱劣化を生じさせない温度に設定される。又、第一所定時間t2は所定時間t1よりも長く設定される。 In step S103, in the control device 16, the first temperature T1 of the hot water stored water flowing through the hot water storage water supply pipe 22e from the first temperature sensor 22c is less than the first predetermined temperature Td1 (less than the first predetermined temperature), and , It is determined whether or not this state continues for the first predetermined time t2 or more (continues for the first predetermined time or more). Here, the first predetermined temperature Td1 is set to, for example, a temperature at which the ion exchange resin constituting the water purifier 14 does not cause thermal deterioration. Further, the first predetermined time t2 is set longer than the predetermined time t1.

制御装置16は、第一温度T1が第一所定温度Td1未満であり、且つ、この状態が第一所定時間t2以上継続していれば、ステップS103にて「Yes」と判定してステップS104に進む。一方、制御装置16は、第一温度T1が第一所定温度Td1以上である場合、又は、ラジエータ22bによる冷却中であって第一温度T1が第一所定温度Td1未満となっている時間が第一所定時間t2未満である場合、即ち、ラジエータ22bを通常の冷却能力よりも高い冷却能力で作動させて貯湯水の第一温度T1を冷却する必要があれば、ステップS103にて「No」と判定してステップS107に進む。 If the first temperature T1 is lower than the first predetermined temperature Td1 and this state continues for the first predetermined time t2 or more, the control device 16 determines "Yes" in step S103 and proceeds to step S104. move on. On the other hand, in the control device 16, the time when the first temperature T1 is equal to or higher than the first predetermined temperature Td1 or the time when the first temperature T1 is lower than the first predetermined temperature Td1 during cooling by the radiator 22b is the second. If it is less than t2 for a predetermined time, that is, if it is necessary to operate the radiator 22b with a cooling capacity higher than the normal cooling capacity to cool the first temperature T1 of the hot water storage water, "No" is displayed in step S103. The determination is made and the process proceeds to step S107.

ステップS104においては、制御装置16は、貯湯水供給管22eを流れる貯湯水の全量を熱交換器12に供給する状態から貯湯水の一部(数%程度)を補給水として改質水タンク15に供給するように、三方弁22dの弁開度を調整(変更)する。制御装置16は、三方弁22dを開状態とすると、ステップS105に進む。ここで、以下の説明において、貯湯水の全量を熱交換器12に供給する三方弁22dの弁開度の状態を「全閉状態」と称呼し、貯湯水の一部を補給水として改質水タンク15に供給する三方弁22dの弁開度の状態を「開状態」と称呼する。 In step S104, the control device 16 supplies the entire amount of the hot water stored in the hot water supply pipe 22e to the heat exchanger 12, and then uses a part (about several%) of the hot water as make-up water in the reformed water tank 15. The valve opening degree of the three-way valve 22d is adjusted (changed) so as to supply to. When the three-way valve 22d is opened, the control device 16 proceeds to step S105. Here, in the following description, the state of the valve opening of the three-way valve 22d that supplies the entire amount of the hot water storage water to the heat exchanger 12 is referred to as a "fully closed state", and a part of the hot water storage water is reformed as make-up water. The state of the valve opening degree of the three-way valve 22d supplied to the water tank 15 is referred to as an "open state".

このように、三方弁22dが開状態になると、第一温度T1が第一所定温度Td1未満になった補給水が補給水供給管22fに向けて流れる。補給水供給管22fは、圧損部22f1(U字状部分)によって流入(落水)した補給水の水圧を下げて調整し、水圧を調整した補給水を給水弁22gに流す。本実施形態においては、給水弁22gは、三方弁22dの全閉状態から開状態への移行(切り替え)に伴い、制御装置16によって閉から開に切り替えられる。これにより、補給水は水精製器14に供給され、水精製器14は補給水を純水化して改質水タンク15に供給する。 In this way, when the three-way valve 22d is opened, the make-up water whose first temperature T1 is lower than the first predetermined temperature Td1 flows toward the make-up water supply pipe 22f. The make-up water supply pipe 22f is adjusted by lowering the water pressure of the make-up water that has flowed in (falls) by the pressure loss portion 22f1 (U-shaped portion), and the make-up water for which the water pressure has been adjusted flows to the water supply valve 22g. In the present embodiment, the water supply valve 22g is switched from closed to open by the control device 16 as the three-way valve 22d shifts (switches) from the fully closed state to the open state. As a result, the make-up water is supplied to the water purifier 14, and the water purifier 14 purifies the make-up water and supplies it to the reformed water tank 15.

ステップS105においては、制御装置16は、上述したように補給水が供給されている改質水タンク15の水位について、水位センサ15dから補給水供給停止水位である第二管理水位L2を表す信号Sfを取得しているか否かを判定する。即ち、制御装置16は、補給水が供給されている改質水タンク15の水位に基づいて、補給水の供給を止めるか否かを判定する。具体的に、制御装置16は、水位センサ15dから信号Sfを取得するまでステップS105にて「No」と判定し続け、水位センサ15dから信号Sfを取得すると、換言すると、改質水タンク15の水位が補給水の供給を止める第二管理水位L2になると、ステップS105にて「Yes」と判定し、ステップS106に進む。 In step S105, the control device 16 has a signal Sf indicating the second control water level L2, which is the water level at which the make-up water supply is stopped from the water level sensor 15d, with respect to the water level of the reforming water tank 15 to which the make-up water is supplied as described above. Is determined. That is, the control device 16 determines whether or not to stop the supply of make-up water based on the water level of the reforming water tank 15 to which the make-up water is supplied. Specifically, the control device 16 continues to determine "No" in step S105 until the signal Sf is acquired from the water level sensor 15d, and acquires the signal Sf from the water level sensor 15d. In other words, the reforming water tank 15. When the water level reaches the second control water level L2 that stops the supply of make-up water, it is determined as "Yes" in step S105, and the process proceeds to step S106.

ステップS106においては、制御装置16は、前記ステップS104にて開状態にした三方弁22dを全閉状態に制御する。これにより、貯湯水供給管22eから補給水供給管22fを介した補給水の供給が止まり、貯湯水供給管22eを流れる貯湯水の全量が熱交換器12に供給される。制御装置16は、三方弁22dを全閉状態に制御すると、ステップS110に進む。尚、本実施形態においては、制御装置16は、三方弁22dを全閉状態に制御することに伴って、給水弁22gを開から閉に切り替える。 In step S106, the control device 16 controls the three-way valve 22d opened in step S104 to the fully closed state. As a result, the supply of make-up water from the hot water storage water supply pipe 22e via the make-up water supply pipe 22f is stopped, and the entire amount of the hot water storage water flowing through the hot water storage water supply pipe 22e is supplied to the heat exchanger 12. When the control device 16 controls the three-way valve 22d to the fully closed state, the control device 16 proceeds to step S110. In the present embodiment, the control device 16 switches the water supply valve 22g from open to closed as the three-way valve 22d is controlled to the fully closed state.

一方、制御装置16は、前記ステップS103にて「No」と判定すると、即ち、貯湯水供給管22eを流れる貯湯水をより冷却する必要がある場合には、ステップS107に進む。ステップS107においては、制御装置16は、作動フラグPの値を、ラジエータ22bを通常の冷却能力よりも高い冷却能力により作動させる状態を表す「1」に設定する。これにより、制御装置16は、ラジエータ22bを通常よりも高い冷却能力で作動させて、ステップS108に進む。 On the other hand, when the control device 16 determines "No" in step S103, that is, when it is necessary to further cool the hot water stored water flowing through the hot water storage water supply pipe 22e, the control device 16 proceeds to step S107. In step S107, the control device 16 sets the value of the operation flag P to "1", which represents a state in which the radiator 22b is operated with a cooling capacity higher than the normal cooling capacity. As a result, the control device 16 operates the radiator 22b with a cooling capacity higher than usual, and proceeds to step S108.

ステップS108においては、制御装置16は、ラジエータ22bのファンを回転させるモータに供給する電力(電流)を通常作動時に比べて増大し、貯湯水供給管22eを流れる貯湯水を冷却するラジエータ22bの冷却能力を高める。具体的に、制御装置16は、ラジエータ22bのモータに電力(電流)を供給する電力制御において、例えば、電力供給のデューティ比Drを通常作動時のデューティ比Dr1に対して所定値αだけ増加させる。即ち、制御装置16は、モータに対して、デューティ比Dr(=Dr1+α)となる電力(電流)を供給する。これにより、ラジエータ22bは、ファンの回転数増加に伴って冷却能力を高め、貯湯水供給管22eを流れる貯湯水を冷却する。このように、制御装置16は、ラジエータ22bの冷却能力を高めるとステップS109に進む。 In step S108, the control device 16 increases the electric power (current) supplied to the motor that rotates the fan of the radiator 22b as compared with the normal operation, and cools the radiator 22b that cools the hot water stored in the hot water storage pipe 22e. Improve your ability. Specifically, in the power control for supplying power (current) to the motor of the radiator 22b, the control device 16 increases, for example, the duty ratio Dr of the power supply by a predetermined value α with respect to the duty ratio Dr1 during normal operation. .. That is, the control device 16 supplies the motor with electric power (current) having a duty ratio Dr (= Dr1 + α). As a result, the radiator 22b increases the cooling capacity as the rotation speed of the fan increases, and cools the hot water stored water flowing through the hot water storage water supply pipe 22e. In this way, the control device 16 proceeds to step S109 when the cooling capacity of the radiator 22b is increased.

ステップS109においては、制御装置16は、前記ステップS103と同様に、第一温度センサ22cから貯湯水供給管22eを流れている貯湯水の第一温度T1が第一所定温度Td1未満であり、且つ、この状態が第一所定時間t2以上継続しているか否かを判定する。具体的に、制御装置16は、ステップS109において、第一温度T1が第一所定温度Td1未満であり、且つ、この状態が第一所定時間t2以上継続するまで「No」と判定し続ける。 In step S109, in the control device 16, similarly to step S103, the first temperature T1 of the hot water storage water flowing from the first temperature sensor 22c to the hot water storage water supply pipe 22e is less than the first predetermined temperature Td1. , It is determined whether or not this state continues for the first predetermined time t2 or more. Specifically, the control device 16 continues to determine "No" in step S109 until the first temperature T1 is less than the first predetermined temperature Td1 and this state continues for the first predetermined time t2 or more.

そして、制御装置16は、第一温度T1が第一所定温度Td1未満であり、且つ、この状態が第一所定時間t2以上継続した場合、即ち、ラジエータ22bを作動させて貯湯水の第一温度T1を冷却する必要がなくなれば、ステップS109にて「Yes」と判定して、前記ステップS104に進む。このように、貯湯水供給管22eを流れる貯湯水が冷却されると、制御装置16は、上述したように、前記ステップS104〜前記ステップS106の各ステップ処理を実行し、ステップS110に進む。 Then, when the first temperature T1 is lower than the first predetermined temperature Td1 and this state continues for the first predetermined time t2 or more, that is, the radiator 22b is operated to operate the first temperature of the hot water stored in the control device 16. If it is no longer necessary to cool T1, it is determined as "Yes" in step S109, and the process proceeds to step S104. When the hot water stored water flowing through the hot water storage water supply pipe 22e is cooled in this way, the control device 16 executes each step process of step S104 to step S106 as described above, and proceeds to step S110.

ステップS110においては、制御装置16は、作動フラグPの値が「0」即ちラジエータ22bが非作動であるか否かを判定する。制御装置16は、作動フラグPの値が「0」であれば、「Yes」と判定してステップS113に進み、補給水供給制御プログラムの実行を一旦終了する。この場合には、ラジエータ22bは、通常の冷却能力により作動しているため、制御装置16は、そのままラジエータ22bを作動させる。そして、制御装置16は、所定の短い時間が経過すると、再びステップS100にて補給水供給制御プログラムの実行を開始する。 In step S110, the control device 16 determines whether the value of the operation flag P is "0", that is, whether or not the radiator 22b is inactive. If the value of the operation flag P is "0", the control device 16 determines "Yes", proceeds to step S113, and temporarily ends the execution of the make-up water supply control program. In this case, since the radiator 22b is operated by the normal cooling capacity, the control device 16 operates the radiator 22b as it is. Then, when the predetermined short time elapses, the control device 16 starts executing the make-up water supply control program again in step S100.

一方、制御装置16は、作動フラグPの値が「1」であれば、「No」と判定してステップS111に進む。この場合には、前記ステップS108のステップ処理により、制御装置16は、ラジエータ22bを通常の冷却能力よりも高い冷却能力で作動させている。このため、制御装置16は、ステップS111以降の各ステップ処理を実行して、ラジエータ22bを通常の冷却能力により作動させる。 On the other hand, if the value of the operation flag P is "1", the control device 16 determines "No" and proceeds to step S111. In this case, by the step process of step S108, the control device 16 operates the radiator 22b with a cooling capacity higher than the normal cooling capacity. Therefore, the control device 16 executes each step process after step S111 to operate the radiator 22b with a normal cooling capacity.

ステップS111においては、制御装置16は、作動フラグPが「1」であることに従って、ラジエータ22bのモータに供給している電力(電流)のデューティ比Dr(=Dr1+α)を、通常作動時のデューティ比Dr1に変更する(戻す)。具体的に、制御装置16は、デューティ比Drから所定値αを減じて、通常作動時のデューティ比Dr1に変更し、ステップS112に進む。これにより、ラジエータ22bは、通常の冷却能力により作動する。 In step S111, the control device 16 sets the duty ratio Dr (= Dr1 + α) of the electric power (current) supplied to the motor of the radiator 22b to the duty during normal operation according to the operation flag P being “1”. Change (return) to the ratio Dr1. Specifically, the control device 16 subtracts a predetermined value α from the duty ratio Dr, changes the duty ratio to Dr1 during normal operation, and proceeds to step S112. As a result, the radiator 22b operates with a normal cooling capacity.

ステップS112においては、制御装置16は、「1」に設定されている作動フラグPの値を「0」に設定してステップS113に進み、補給水供給制御プログラムの実行を一旦終了する。そして、制御装置16は、所定の短い時間が経過すると、再びステップS100にて補給水供給制御プログラムの実行を開始する。 In step S112, the control device 16 sets the value of the operation flag P set to "1" to "0", proceeds to step S113, and temporarily ends the execution of the make-up water supply control program. Then, when the predetermined short time elapses, the control device 16 starts executing the make-up water supply control program again in step S100.

以上の説明からも理解できるように、上記実施形態の燃料電池システム1によれば、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池34と、改質用原料と改質水を蒸発させた水蒸気とから燃料を生成して燃料電池34に燃料を供給する改質部33と、改質用原料の供給源Gsに接続された改質用原料供給管11aに設けられて供給源Gsから改質部33に改質用原料を圧送する改質用原料供給装置としての原料ポンプ11a1と、改質部33に改質水供給管11bを介して供給する改質水を貯水する改質水タンク15と、燃料電池34からの燃料オフガス(アノードオフガス)及び酸化剤ガス(カソードオフガス)を燃焼させて発生する燃焼排ガスと貯湯槽21から貯湯水供給管22eを介して供給される循環水との間で熱交換して燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する凝縮器としての熱交換器12と、改質水タンク15と熱交換器12とを接続する凝縮水供給管12aに設けられて凝縮水を精製して改質水を改質水タンク15に供給する水精製器14と、貯湯水供給管22eに設けられて貯湯槽21から供給される循環水を冷却するラジエータ22bと、燃料電池34の発電を統括して制御する制御装置16と、を備えた燃料電池システムであって、貯湯水供給管22eの熱交換器12とラジエータ22bとの間に設けられて、熱交換器12の側に流れる循環水の循環水供給量と、循環水から分離されて改質水タンク15の側に流れる補給水の補給水供給量と、を制御装置16による制御に従って調整可能な調整弁としての三方弁22dと、貯湯水供給管22eの三方弁22dとラジエータ22bとの間に設けられてラジエータ22bを通過した循環水の第一温度T1を検出し、第一温度T1を制御装置16に出力する第一温度センサ22cと、三方弁22dと水精製器14とを接続して三方弁22dから水精製器14に補給水を供給する補給水供給管22fと、水精製器14によって凝縮水及び補給水から生成された改質水が改質水タンク15に貯水された水位として第一管理水位L1、第二管理水位L2、第三管理水位L3及び第四管理水位L4を検出し、第一管理水位L1、第二管理水位L2、第三管理水位L3及び第四管理水位L4を制御装置16に出力する水位センサ15dと、を含んで貯湯槽21から補給水の改質水タンク15への供給を調整する補給水調整部70を備える。そして、制御装置16は、水位センサ15dによって検出された水位が予め設定された補給水供給開始水位である第三管理水位L3になった場合において、第一温度センサ22cによって検出された循環水の第一温度T1が予め設定された第一所定温度Td1未満(第一所定温度未満)となった場合に、三方弁22dによる補給水供給量をゼロから増大させて補給水供給管22f及び水精製器14を介して改質水タンク15に向けて補給水を供給し、水位センサ15dによって検出された水位が予め設定された補給水供給停止水位である第二管理水位L2になったときに三方弁22dによる補給水供給量をゼロに戻す、ように構成される。 As can be understood from the above description, according to the fuel cell system 1 of the above embodiment, the fuel cell 34 that generates power by the fuel and the oxidizing agent gas, the reforming raw material, and the steam vapor obtained by evaporating the reforming water. A reforming unit 33 that generates fuel from the water and supplies the fuel to the fuel cell 34, and a reforming unit that is provided in the reforming raw material supply pipe 11a connected to the supply source Gs of the reforming raw material and is provided from the supply source Gs. A raw material pump 11a1 as a reforming raw material supply device for pumping the reforming raw material to 33, and a reforming water tank 15 for storing reforming water supplied to the reforming unit 33 via the reforming water supply pipe 11b. , Between the combustion exhaust gas generated by burning the fuel off gas (anode off gas) and the oxidizing agent gas (cathode off gas) from the fuel cell 34 and the circulating water supplied from the hot water storage tank 21 via the hot water storage water supply pipe 22e. The condensed water supply pipe 12a that connects the heat exchanger 12 as a condenser that exchanges heat and condenses the water vapor contained in the combustion exhaust gas to generate condensed water, and the reformed water tank 15 and the heat exchanger 12. A water purifier 14 provided in the water purifying water to purify the condensed water and supplying the reformed water to the reformed water tank 15, and a radiator provided in the hot water storage water supply pipe 22e to cool the circulating water supplied from the hot water storage tank 21. A fuel cell system including a 22b and a control device 16 that controls and controls the power generation of the fuel cell 34, and is provided between the heat exchanger 12 of the hot water storage water supply pipe 22e and the radiator 22b. The circulating water supply amount of the circulating water flowing to the heat exchanger 12 side and the make-up water supply amount of the make-up water separated from the circulating water and flowing to the reforming water tank 15 side can be adjusted according to the control by the control device 16. The first temperature T1 of the circulating water provided between the three-way valve 22d as a proper adjusting valve and the three-way valve 22d of the hot water storage water supply pipe 22e and the radiator 22b and passing through the radiator 22b is detected, and the first temperature T1 is set. A first temperature sensor 22c that outputs to the control device 16, a make-up water supply pipe 22f that connects the three-way valve 22d and the water purifier 14 to supply make-up water from the three-way valve 22d to the water purifier 14, and a water purifier. The first control water level L1, the second control water level L2, the third control water level L3, and the fourth control water level L4 are set as the water levels in which the reformed water generated from the condensed water and the make-up water by 14 is stored in the reformed water tank 15. Reform of make-up water from the hot water storage tank 21 including a water level sensor 15d that detects and outputs the first control water level L1, the second control water level L2, the third control water level L3, and the fourth control water level L4 to the control device 16. A make-up water adjusting unit 70 for adjusting the supply to the water tank 15 is provided. Then, when the water level detected by the water level sensor 15d becomes the third control water level L3 which is the preset make-up water supply start water level, the control device 16 detects the circulating water by the first temperature sensor 22c. When the first temperature T1 becomes less than the preset first predetermined temperature Td1 (less than the first predetermined temperature), the amount of make-up water supplied by the three-way valve 22d is increased from zero to the make-up water supply pipe 22f and water purification. When the make-up water is supplied to the reforming water tank 15 via the vessel 14 and the water level detected by the water level sensor 15d becomes the second control water level L2 which is the preset make-up water supply stop water level, the three sides It is configured to return the amount of make-up water supplied by the valve 22d to zero.

これによれば、制御装置16は、改質水タンク15の水位が第三管理水位L3になった場合、即ち、改質水タンク15から改質部33に供給される水蒸気(改質水)が不足する可能性がある場合において、補給水調整部70を作動させることができる。補給水調整部70が作動することにより、三方弁22dは、貯湯槽21から供給されて第一温度T1が第一所定温度Td1未満になった循環水から補給水を分離し、分離した補給水を水精製器14に供給することができる。そして、水精製器14は、分離された補給水を精製した改質水を改質水タンク15に供給することができる。これにより、燃料電池システム1の発電運転中において、常に、改質水タンク15に必要十分な量の改質水を貯めておくことができる。その結果、改質水タンク15から改質部33に必要十分な量の改質水(水蒸気)を供給することができ、改質部33が燃料電池34で消費される燃料を生成して燃料電池34の発電を継続することができる。従って、改質水の不足が懸念される状況であっても、発電効率を低下させることなく燃料電池システム1の発電運転を継続することができる。 According to this, in the control device 16, when the water level of the reformed water tank 15 becomes the third controlled water level L3, that is, the steam (reformed water) supplied from the reformed water tank 15 to the reforming unit 33. The make-up water adjusting unit 70 can be operated when there is a possibility that the water supply is insufficient. When the make-up water adjusting unit 70 operates, the three-way valve 22d separates the make-up water from the circulating water supplied from the hot water storage tank 21 and whose first temperature T1 becomes lower than the first predetermined temperature Td1, and the separated make-up water. Can be supplied to the water purifier 14. Then, the water purifier 14 can supply the reformed water obtained by purifying the separated make-up water to the reformed water tank 15. As a result, a necessary and sufficient amount of reformed water can be stored in the reformed water tank 15 at all times during the power generation operation of the fuel cell system 1. As a result, a necessary and sufficient amount of reformed water (steam) can be supplied from the reforming water tank 15 to the reforming unit 33, and the reforming unit 33 generates fuel to be consumed by the fuel cell 34. The power generation of the battery 34 can be continued. Therefore, even in a situation where there is a concern about a shortage of reformed water, the power generation operation of the fuel cell system 1 can be continued without lowering the power generation efficiency.

又、補給水調整部70は、貯湯槽21から熱交換器12に循環水を供給する貯湯水供給管22eに設けられた三方弁22dによって、貯湯水供給管22eを流れる貯湯水(循環水)の一部を補給水として分離し、水精製器14によって補給水から精製された改質水を改質水タンク15に供給することができる。これにより、例えば、燃料電池システム1の外部から改質水タンク15に水を供給するための専用供給管を設ける必要がなく、燃料電池システム1を簡素な構成とすることができるとともに専用供給管を設けるためのコストを低減することができる。 Further, the make-up water adjusting unit 70 is a hot water storage water (circulating water) flowing through the hot water storage water supply pipe 22e by a three-way valve 22d provided in the hot water storage water supply pipe 22e that supplies the circulating water from the hot water storage tank 21 to the heat exchanger 12. Part of the water can be separated as make-up water, and the reformed water purified from the make-up water by the water purifier 14 can be supplied to the reformed water tank 15. As a result, for example, it is not necessary to provide a dedicated supply pipe for supplying water to the reforming water tank 15 from the outside of the fuel cell system 1, and the fuel cell system 1 can have a simple configuration and the dedicated supply pipe. It is possible to reduce the cost for providing the above.

又、補給水調整部70は、貯湯槽21から供給される貯湯水(循環水)の一部を補給水として利用することができる。この場合、貯湯槽21に貯められた貯湯水(循環水)は、ストレーナ等により不純物が除去されるとともに、熱交換器12との熱交換によって一時比較的高温になる。これにより、貯湯水(循環水)は、簡易的な脱塩素処理がなされており、貯湯水(循環水)から分離された補給水が水精製器14に供給された場合であっても、イオン交換樹脂が補給水を純水化する際の負荷を小さくすることができる。その結果、高価な水精製器14(イオン交換樹脂)の小型化が可能となり、燃料電池システム1全体の小型化が達成できるとともに低コスト化をも達成することができる。 Further, the make-up water adjusting unit 70 can use a part of the hot water storage water (circulating water) supplied from the hot water storage tank 21 as make-up water. In this case, the hot water stored in the hot water storage tank 21 (circulating water) is temporarily heated to a relatively high temperature by heat exchange with the heat exchanger 12 while impurities are removed by a strainer or the like. As a result, the hot water storage water (circulating water) is simply dechlorinated, and even when the make-up water separated from the hot water storage water (circulating water) is supplied to the water purifier 14, the ions are ionized. The load when the replacement resin purifies the make-up water can be reduced. As a result, the expensive water purifier 14 (ion exchange resin) can be miniaturized, and the fuel cell system 1 as a whole can be miniaturized and the cost can be reduced.

この場合、制御装置16は、第一温度T1が第一所定温度Td1未満(第一所定温度未満)となった状態で予め設定された第一所定時間t2以上継続(第一所定時間以上継続)した場合、三方弁22dによる補給水供給量をゼロから増大させる。 In this case, the control device 16 continues for a preset first predetermined time t2 or more (continues for the first predetermined time or more) in a state where the first temperature T1 is lower than the first predetermined temperature Td1 (less than the first predetermined temperature). If so, the amount of make-up water supplied by the three-way valve 22d is increased from zero.

これによれば、貯湯水(循環水)の第一温度T1、即ち、補給水の第一温度T1が確実に第一所定温度Td1未満となった場合に、三方弁22dから水精製器14に補給水を供給することができる。これにより、水精製器14のイオン交換樹脂が補給水によって熱劣化することを効果的に抑制することができる。従って、高価なイオン交換樹脂の交換頻度を大幅に低減することができ、燃料電池システム1の発電運転に伴うランニングコストを低減することができる。 According to this, when the first temperature T1 of the hot water (circulating water), that is, the first temperature T1 of the make-up water is surely lower than the first predetermined temperature Td1, the three-way valve 22d is transferred to the water purifier 14. It can supply make-up water. As a result, it is possible to effectively prevent the ion exchange resin of the water purifier 14 from being thermally deteriorated by the make-up water. Therefore, the frequency of replacement of the expensive ion exchange resin can be significantly reduced, and the running cost associated with the power generation operation of the fuel cell system 1 can be reduced.

又、これらの場合、制御装置16は、第一温度T1が第一所定温度Td1以上(第一所定温度以上)の場合、ラジエータ22bの循環水を冷却する冷却効率が大きくなるように、ラジエータ22bを作動させる。 Further, in these cases, the control device 16 increases the cooling efficiency of cooling the circulating water of the radiator 22b when the first temperature T1 is the first predetermined temperature Td1 or higher (the first predetermined temperature or higher). To operate.

これによれば、第一温度T1が第一所定温度Td1以上(第一所定温度以上)の場合において、制御装置16は、ラジエータ22bの冷却効率を高めて、貯湯槽21から熱交換器12に向けて貯湯水供給管22eを流れる貯湯水(循環水)即ち補給水の第一温度T1を速やかに低下させることができる。これにより、水精製器14のイオン交換樹脂が補給水によって熱劣化することを効果的に抑制することができる。 According to this, when the first temperature T1 is the first predetermined temperature Td1 or more (the first predetermined temperature or more), the control device 16 increases the cooling efficiency of the radiator 22b and moves from the hot water storage tank 21 to the heat exchanger 12. The first temperature T1 of the hot water storage water (circulating water), that is, the make-up water flowing through the hot water storage water supply pipe 22e can be rapidly lowered. As a result, it is possible to effectively prevent the ion exchange resin of the water purifier 14 from being thermally deteriorated by the make-up water.

更に、これらの場合、補給水供給管22fは、三方弁22dから水精製器14に向けて流れる補給水に圧損を生じさせるU字状に屈曲された圧損部22f1を有する。 Further, in these cases, the make-up water supply pipe 22f has a U-shaped bent pressure drop portion 22f1 that causes pressure drop in the make-up water flowing from the three-way valve 22d toward the water purifier 14.

これによれば、圧損部22f1は、補給水供給管22fを介して三方弁22dから水精製器14に供給される補給水の水圧を低減することができる。これにより、補給水の水圧が水精製器14のイオン交換樹脂に、例えば、変形を生じるような機械的な負荷を与えることが効果的に抑制される。従って、高価なイオン交換樹脂の交換頻度を大幅に低減することができ、燃料電池システム1の発電運転に伴うランニングコストを低減することができる。 According to this, the pressure loss portion 22f1 can reduce the water pressure of the make-up water supplied from the three-way valve 22d to the water purifier 14 via the make-up water supply pipe 22f. As a result, it is effectively suppressed that the water pressure of the make-up water gives the ion exchange resin of the water purifier 14 a mechanical load that causes deformation, for example. Therefore, the frequency of replacement of the expensive ion exchange resin can be significantly reduced, and the running cost associated with the power generation operation of the fuel cell system 1 can be reduced.

(変形例)
上記実施形態においては、制御装置16は、貯湯水供給管22eを流れる貯湯水の第一温度T1が第一所定温度Td1未満、即ち、第一温度T1が水精製器14のイオン交換樹脂に熱劣化が生じない温度になった場合に、三方弁22dを開状態として補給水を改質水タンク15に供給(補給)するようにした。この場合、より確実に水精製器14の熱劣化を生じさせないようにすることも可能である。以下、この変形例を説明するが、上記実施形態と異なる部分を中心に詳細に説明する。
(Modification example)
In the above embodiment, in the control device 16, the first temperature T1 of the hot water stored in the hot water supply pipe 22e is less than the first predetermined temperature Td1, that is, the first temperature T1 heats the ion exchange resin of the water purifier 14. When the temperature reached a temperature at which deterioration did not occur, the three-way valve 22d was opened and the make-up water was supplied (supplemented) to the reformed water tank 15. In this case, it is possible to more reliably prevent the thermal deterioration of the water purifier 14 from occurring. Hereinafter, this modification will be described, but a detailed description will be made focusing on a portion different from the above embodiment.

この変形例においては、構成上、図4に示すように、補給水供給管22fと給水弁22gとの間に第二温度センサ22hが配置される点で、上記実施形態と異なる。即ち、この変形例においては、第二温度センサ22hが補給水調整部70に含まれる。第二温度センサ22hは、三方弁22dから供給されて補給水供給管22fを流れる補給水の温度T2(以下、「第二温度T2」と称呼する。)を検出し、制御装置16に送信している。又、この変形例においては、制御装置16は、第二温度センサ22hから取得した第二温度T2に基づいて、給水弁22gの開又は閉を制御する。 This modification is different from the above embodiment in that the second temperature sensor 22h is arranged between the make-up water supply pipe 22f and the water supply valve 22g as shown in FIG. 4 in terms of configuration. That is, in this modification, the second temperature sensor 22h is included in the make-up water adjusting unit 70. The second temperature sensor 22h detects the temperature T2 of the make-up water supplied from the three-way valve 22d and flows through the make-up water supply pipe 22f (hereinafter, referred to as “second temperature T2”) and transmits it to the control device 16. ing. Further, in this modification, the control device 16 controls the opening or closing of the water supply valve 22g based on the second temperature T2 acquired from the second temperature sensor 22h.

そして、この変形例においては、制御装置16は、図5に示す補給水供給制御プログラムを実行する。この変形例に係る補給水供給制御プログラムにおいては、上記実施形態の図3に示す補給水供給制御プログラムに比べて、前記ステップS104と前記ステップS105との間に新たにステップS120及びステップS121が追加され、前記ステップS105と前記ステップS106との間に新たにステップS122が追加される点で異なる。 Then, in this modification, the control device 16 executes the make-up water supply control program shown in FIG. In the make-up water supply control program according to this modification, step S120 and step S121 are newly added between the step S104 and the step S105 as compared with the make-up water supply control program shown in FIG. 3 of the above embodiment. The difference is that step S122 is newly added between the step S105 and the step S106.

この変形例において、制御装置16は、前記ステップS104にて三方弁22dを開状態に制御すると、ステップS120に進む。ステップS120においては、制御装置16は、第二温度センサ22hから補給水供給管22fに供給された補給水の第二温度T2が第二所定温度Td2未満で(第二所定温度未満)あり、且つ、この状態が第二所定時間t3以上継続(第二所定時間以上継続)しているか否かを判定する。ここで、第二所定温度Td2は、例えば、水精製器14を構成するイオン交換樹脂に熱劣化を生じさせない温度に設定される。又、第二所定時間t3は所定時間t1よりも長く設定される。 In this modification, when the control device 16 controls the three-way valve 22d in the open state in step S104, the control device 16 proceeds to step S120. In step S120, in the control device 16, the second temperature T2 of the make-up water supplied from the second temperature sensor 22h to the make-up water supply pipe 22f is less than the second predetermined temperature Td2 (less than the second predetermined temperature), and , It is determined whether or not this state continues for the second predetermined time t3 or more (continues for the second predetermined time or more). Here, the second predetermined temperature Td2 is set to, for example, a temperature at which the ion exchange resin constituting the water purifier 14 does not cause thermal deterioration. Further, the second predetermined time t3 is set longer than the predetermined time t1.

具体的に、制御装置16は、ステップS120において、第二温度T2が第二所定温度Td2未満であり、且つ、この状態が第二所定時間t3以上継続するまで「No」と判定し続ける。そして、制御装置16は、第二温度T2が第二所定温度Td2未満であり、且つ、この状態が第二所定時間t3以上継続していれば、ステップS120にて「Yes」と判定して、ステップS121に進む。即ち、第二温度T2が第二所定温度Td2未満であり、且つ、この状態が第二所定時間t3以上継続する場合には、補給水供給管22fに供給された補給水の第二温度T2が確実に第二所定温度Td2未満になっている。従って、給水弁22gから水精製器14に補給水が供給されても、水精製器14のイオン交換樹脂に熱劣化が生じることが抑制される。 Specifically, the control device 16 continues to determine "No" in step S120 until the second temperature T2 is less than the second predetermined temperature Td2 and this state continues for the second predetermined time t3 or more. Then, if the second temperature T2 is lower than the second predetermined temperature Td2 and this state continues for the second predetermined time t3 or more, the control device 16 determines "Yes" in step S120. The process proceeds to step S121. That is, when the second temperature T2 is less than the second predetermined temperature Td2 and this state continues for the second predetermined time t3 or more, the second temperature T2 of the make-up water supplied to the make-up water supply pipe 22f becomes. The second predetermined temperature is definitely less than Td2. Therefore, even if the make-up water is supplied to the water purifier 14 from the water supply valve 22 g, it is possible to suppress thermal deterioration of the ion exchange resin of the water purifier 14.

ステップS121においては、制御装置16は、給水弁22gを閉から開に切り替える。これにより、補給水供給管22fに供給された補給水は、給水弁22gを介して水精製器14に供給される。従って、水精製器14は、補給水を純水化して改質水タンク15に供給する。 In step S121, the control device 16 switches the water supply valve 22g from closed to open. As a result, the make-up water supplied to the make-up water supply pipe 22f is supplied to the water purifier 14 via the water supply valve 22g. Therefore, the water purifier 14 purifies the make-up water and supplies it to the reformed water tank 15.

このように、制御装置16は、前記ステップS121にて給水弁22gを開に切り替えた後、前記ステップS105にて上述したように補給水が供給されている改質水タンク15の水位について、水位センサ15dから第二管理水位L2を表す信号Sfを取得しているか否かを判定する。そして、制御装置16は、水位センサ15dから信号Sfを取得すると、換言すると、改質水タンク15の水位が補給水の供給を止める補給水供給停止水位である第二管理水位L2になると、ステップS105にて「Yes」と判定し、ステップS122に進む。 As described above, the control device 16 switches the water supply valve 22g to open in step S121, and then determines the water level of the reforming water tank 15 to which the make-up water is supplied as described above in step S105. It is determined whether or not the signal Sf representing the second control water level L2 is acquired from the sensor 15d. Then, when the control device 16 acquires the signal Sf from the water level sensor 15d, in other words, when the water level of the reforming water tank 15 reaches the second control water level L2, which is the make-up water supply stop water level that stops the supply of make-up water, the step. It is determined as "Yes" in S105, and the process proceeds to step S122.

ステップS122においては、制御装置16は、前記ステップS121にて開に切り替えた給水弁22gを閉に切り替えて、前記ステップS106に進む。これにより、三方弁22dが開状態であって補給水供給管22fに補給水が供給されていても、給水弁22gが閉に切り替えられることにより、補給水の水精製器14及び改質水タンク15への供給が止まる。そして、制御装置16は、前記ステップS106において、前記ステップS104にて開状態にした三方弁22dを全閉状態に制御する。これにより、貯湯水供給管22eからの補給水の供給が止まり、貯湯水供給管22eを流れる貯湯水の全量が熱交換器12に供給される。 In step S122, the control device 16 switches the water supply valve 22g, which was switched to open in step S121, to close, and proceeds to step S106. As a result, even if the three-way valve 22d is in the open state and the make-up water supply pipe 22f is supplied with make-up water, the water supply valve 22g is switched to the closed state, so that the make-up water purifier 14 and the reformed water tank The supply to 15 is stopped. Then, in the step S106, the control device 16 controls the three-way valve 22d opened in the step S104 to the fully closed state. As a result, the supply of make-up water from the hot water storage water supply pipe 22e is stopped, and the entire amount of the hot water storage water flowing through the hot water storage water supply pipe 22e is supplied to the heat exchanger 12.

以上の説明からも理解できるように、上記変形例の燃料電池システム1によれば、上記実施形態の場合に加えて、補給水調整部70は、補給水供給管22fに設けられて補給水供給管22fを流れる補給水の第二温度T2を検出し、第二温度T2を制御装置16に出力する第二温度センサ22hと、補給水供給管22fの水精製器14と第二温度センサ22hとの間に設けられて補給水の補給水供給管22fから水精製器14への流れの許可する開又は流れを遮断する閉を制御装置16による制御に従って切り替える給水弁22gと、を備え、制御装置16は、第二温度センサ22hによって検出された第二温度T2が予め設定された第二所定温度Td2未満(第二所定温度未満)となった状態で予め設定された第二所定時間t3以上継続(第二所定時間以上継続)した場合、給水弁22gを開に切り替えて補給水供給管22fから水精製器14を介して改質水タンク15に向けて補給水の供給を許容し、水位センサ15dによって検出された水位が第三管理水位L3になったときに給水弁22gを閉に切り替えて補給水供給管22fから水精製器14を介して改質水タンク15に向けて補給水を遮断するように構成される。 As can be understood from the above description, according to the fuel cell system 1 of the above modified example, in addition to the case of the above embodiment, the make-up water adjusting unit 70 is provided in the make-up water supply pipe 22f to supply make-up water. The second temperature sensor 22h that detects the second temperature T2 of the make-up water flowing through the pipe 22f and outputs the second temperature T2 to the control device 16, and the water purifier 14 and the second temperature sensor 22h of the make-up water supply pipe 22f. A control device including a water supply valve 22g, which is provided between the water supply valves 22g to allow the flow from the make-up water supply pipe 22f of the make-up water to the water purifier 14 to be open or to shut off the flow according to the control by the control device 16. Reference numeral 16 denotes a continuation of the preset second predetermined time t3 or more in a state where the second temperature T2 detected by the second temperature sensor 22h is less than the preset second predetermined temperature Td2 (less than the second predetermined temperature). (Continued for the second predetermined time or longer), the water supply valve 22g is switched to open to allow the supply of make-up water from the make-up water supply pipe 22f to the reforming water tank 15 via the water purifier 14, and the water level sensor. When the water level detected by 15d reaches the third control water level L3, the water supply valve 22g is switched to close and the make-up water is shut off from the make-up water supply pipe 22f toward the reforming water tank 15 via the water purifier 14. It is configured to do.

これによれば、第二温度センサ22hによって検出された第二温度T2が第二所定温度Td2未満となってから給水弁22gが閉から開に切り替えられる。従って、例えば、第一温度センサ22cが検出する第一温度T1に誤差が生じた場合であっても、三方弁22dよりも下流側の補給水供給管22fを流れる補給水の第二温度T2を第二温度センサ22hが検出し、第二温度T2に応じて給水弁22gの開閉を制御することができる。従って、水精製器14のイオン交換樹脂に熱劣化を生じさせるような高温の補給水が誤って供給されることを確実に防止することができる。その他の効果については、上記実施形態と同様の効果が得られる。 According to this, the water supply valve 22g is switched from closed to open after the second temperature T2 detected by the second temperature sensor 22h becomes less than the second predetermined temperature Td2. Therefore, for example, even if an error occurs in the first temperature T1 detected by the first temperature sensor 22c, the second temperature T2 of the make-up water flowing through the make-up water supply pipe 22f downstream of the three-way valve 22d can be set. The second temperature sensor 22h can detect and control the opening and closing of the water supply valve 22g according to the second temperature T2. Therefore, it is possible to reliably prevent the ion exchange resin of the water purifier 14 from being erroneously supplied with high-temperature make-up water that causes thermal deterioration. As for other effects, the same effects as those in the above embodiment can be obtained.

本発明の実施にあたっては、上記実施形態及び上記変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて、種々の変形が可能である。 The implementation of the present invention is not limited to the above-described embodiment and the above-mentioned modification, and various modifications are possible as long as the object of the present invention is not deviated.

例えば、上記実施形態及び上記変形例においては、補給水調整部70が、開状態の三方弁22dから供給される補給水に圧損を生じさせて水圧を下げるために補給水供給管22fにU字状に屈曲された圧損部22f1を有するようにした。これに代えて、図6に示すように、三方弁22dと給水弁22gとの間に絞り(オリフィス)からなる圧損部22f2を設けることも可能である。圧損部22f2を設けた場合においても、三方弁22dから供給される補給水に圧損を生じさせて補給水の水圧を下げることができるため、給水弁22gを介して水精製器14に供給される補給水の水圧を下げることができる。従って、高い水圧によって水精製器14のイオン交換樹脂が損傷することを防止することができ、その結果、高価な水精製器14の交換頻度を抑えて燃料電池システム1のランニングコストを低減することができる。 For example, in the above embodiment and the above modification, the make-up water adjusting unit 70 causes a pressure loss in the make-up water supplied from the three-way valve 22d in the open state to reduce the water pressure, so that the make-up water supply pipe 22f has a U-shape. It has a pressure drop portion 22f1 bent in a shape. Instead of this, as shown in FIG. 6, it is also possible to provide a pressure loss portion 22f2 formed of a throttle (orifice) between the three-way valve 22d and the water supply valve 22g. Even when the pressure loss portion 22f2 is provided, the make-up water supplied from the three-way valve 22d can be pressure-damaged to reduce the water pressure of the make-up water, so that the water is supplied to the water purifier 14 via the water supply valve 22g. The water pressure of the make-up water can be lowered. Therefore, it is possible to prevent the ion exchange resin of the water purifier 14 from being damaged by the high water pressure, and as a result, the replacement frequency of the expensive water purifier 14 can be suppressed and the running cost of the fuel cell system 1 can be reduced. Can be done.

又、上記実施形態及び変形例においては、水位センサ15dがフロート式のセンサとした。これに代えて、水位センサ15dが、広く知られている静電容量式や圧力方式のセンサであっても良い。この場合においても、水位センサ15dは、改質水タンク15に貯水された改質水の水位として第一管理水位L1〜第四管理水位L4を検出し、制御装置16に送信することができる。従って、上記実施形態及び上記変形例と同様の効果が得られる。 Further, in the above embodiment and the modified example, the water level sensor 15d is a float type sensor. Instead of this, the water level sensor 15d may be a widely known capacitance type or pressure type sensor. Even in this case, the water level sensor 15d can detect the first controlled water level L1 to the fourth controlled water level L4 as the water level of the reformed water stored in the reformed water tank 15 and transmit it to the control device 16. Therefore, the same effect as that of the above embodiment and the above modification can be obtained.

又、上記実施形態及び上記変形においては、ラジエータ22bが空冷式であるとした。これに代えて、ラジエータ22bとして水冷式のラジエータや、他の放熱装置や伝熱装置を用いることも可能である。 Further, in the above-described embodiment and the above-mentioned modification, the radiator 22b is assumed to be an air-cooled type. Instead of this, it is also possible to use a water-cooled radiator, another heat radiating device, or a heat transfer device as the radiator 22b.

又、上記実施形態及び上記変形においては、図3及び図5に示す補給水供給制御プログラムにおける前記ステップS108にて、制御装置16はラジエータ22bの冷却能力を高めるためにモータ及びファンの回転数を増大させるようにした。この場合、モータ及びファンの回転数を段階的に増大させてラジエータ22bの作動音が筐体10aの外部に漏れ難くすることも可能である。 Further, in the above embodiment and the above modification, in the step S108 in the make-up water supply control program shown in FIGS. 3 and 5, the control device 16 sets the rotation speed of the motor and the fan in order to increase the cooling capacity of the radiator 22b. I tried to increase it. In this case, it is also possible to increase the rotation speeds of the motor and the fan stepwise to prevent the operating noise of the radiator 22b from leaking to the outside of the housing 10a.

更に、上記実施形態及び上記変形においては、制御装置16は、燃料電池システム1の発電運転中に、改質水タンク15内の改質水の水位が第二管理水位L2になると補給水を供給し、改質水の水位が第三管理水位L3になると補給水の供給を止めるようにした。即ち、上記実施形態及び上記変形では、燃料電池システム1の発電運転中において、制御装置16は、改質水の水位が改質水タンク15の第二管理水位L2と第三管理水位L3との間に存在するように、補給水の供給を制御するようにした。 Further, in the above embodiment and the above modification, the control device 16 supplies make-up water when the water level of the reforming water in the reforming water tank 15 reaches the second control water level L2 during the power generation operation of the fuel cell system 1. Then, when the reformed water level reached the third control water level L3, the supply of make-up water was stopped. That is, in the above embodiment and the above modification, during the power generation operation of the fuel cell system 1, the water level of the reforming water is the second control water level L2 and the third control water level L3 of the reforming water tank 15. The supply of make-up water was controlled so that it existed in between.

ところで、燃料電池システム1が発電運転停止中であり、改質水の水位が改質水タンク15の第二管理水位L2と第三管理水位L3との間に存在する場合には、次回の燃料電池システム1の発電運転に備えて、制御装置16は、改質水タンク15内の改質水の水位が第一管理水位L1となるように、予め貯湯水(補給水)を改質水タンク15に供給することも可能である。これにより、次回の燃料電池システム1の発電運転に際して、例えば、暖気モードから速やかに発電モードに移行させて、燃料電池システム1を迅速に起動させることができる。但し、この場合においては、貯湯槽21に貯められた貯湯水の第一温度T1が第一所定温度Td1(又は/及び第二温度T2が第二所定温度Td2)未満であることを条件に、制御装置16は貯湯水(補給水)を改質水タンク15に供給(補給)する。 By the way, when the fuel cell system 1 is out of power generation operation and the water level of the reforming water exists between the second controlled water level L2 and the third controlled water level L3 of the reformed water tank 15, the next fuel In preparation for the power generation operation of the battery system 1, the control device 16 previously stores hot water (make-up water) in the reforming water tank so that the reforming water level in the reforming water tank 15 becomes the first control water level L1. It is also possible to supply to 15. As a result, in the next power generation operation of the fuel cell system 1, for example, the warm-up mode can be quickly shifted to the power generation mode, and the fuel cell system 1 can be started quickly. However, in this case, the condition is that the first temperature T1 of the hot water stored in the hot water storage tank 21 is lower than the first predetermined temperature Td1 (or / and the second temperature T2 is the second predetermined temperature Td2). The control device 16 supplies (replenishes) hot water (replenishment water) to the reforming water tank 15.

1…燃料電池システム、10…発電ユニット、10a…筐体、10b…吸気口、10c…換気用排気口、10d…燃焼排ガス用排気口、11…燃料電池モジュール、11a…改質用原料供給管、11a1…原料ポンプ、11b…改質水供給管、11b2…改質水ポンプ、11c…カソードエア供給管、11c1…カソードエアブロワ、11c2…電気モータ、11c3…流量センサ、11d…排気管、12…熱交換器(凝縮器)、12a…凝縮水供給管、12b…ドレン管路、13…インバータ装置、14…水精製器、15…改質水タンク、15a…オーバーフローライン、15b…水受け部材、15c…排水管、15d…水位センサ、16…制御装置、17a…系統電源、17b…電源ライン、17c…外部電力負荷、20…排熱回収システム、21…貯湯槽、22…貯湯水循環ライン、22a…貯湯水循環ポンプ、22b…ラジエータ、22c…第一温度センサ、22d…三方弁(調整弁)、22e…貯湯水供給管、22f…補給水供給管、22f1…圧損部、22f2…圧損部、22g…給水弁、22h…第二温度センサ、31…ケーシング、32…蒸発部、33…改質部、34…燃料電池、34a…セル、34b…燃料流路、34c…空気流路、35…マニホールド、36…燃焼部、36a1,36a2…着火ヒータ、37…火炎、38…改質ガス送出管、41…減圧弁、42…給水管、42a…水供給管、54…逆止弁、55…換気ファン、61…湯供給管、62…混合弁、63…混合湯供給管、64…バイパス通路、65…電磁開閉弁、66…湯温計測装置、67…水温計測装置、69…給湯栓、70…補給水調整部、Dr…デューティ比、Dr1…デューティ比、Gs…供給源、L1…第一管理水位、L2…第二管理水位(補給水供給停止水位)、L3…第三管理水位(補給水供給停止水位)、L4…第四管理水位、P…作動フラグ、Sw…高圧給水原、T1…第一温度、Td1…第一所定温度、T2…第二温度、Td2…第二所定温度、t1…所定時間、t2…第一所定時間、t3…第二所定時間、Wh…給湯器、α…所定値 1 ... Fuel cell system, 10 ... Power generation unit, 10a ... Housing, 10b ... Intake port, 10c ... Ventilation exhaust port, 10d ... Combustion exhaust gas exhaust port, 11 ... Fuel cell module, 11a ... Raw material supply pipe for reforming , 11a1 ... Raw material pump, 11b ... Reforming water supply pipe, 11b2 ... Reforming water pump, 11c ... Cone air supply pipe, 11c1 ... Cone air blower, 11c2 ... Electric motor, 11c3 ... Flow sensor, 11d ... Exhaust pipe, 12 ... Heat exchanger (condenser), 12a ... Condensed water supply pipe, 12b ... Drain pipeline, 13 ... Inverter device, 14 ... Water purifier, 15 ... Modified water tank, 15a ... Overflow line, 15b ... Water receiving member , 15c ... drain pipe, 15d ... water level sensor, 16 ... control device, 17a ... system power supply, 17b ... power supply line, 17c ... external power load, 20 ... exhaust heat recovery system, 21 ... hot water storage tank, 22 ... hot water storage water circulation line, 22a ... Hot water storage water circulation pump, 22b ... Radiator, 22c ... First temperature sensor, 22d ... Three-way valve (regulatory valve), 22e ... Hot water storage pipe, 22f ... Makeup water supply pipe, 22f1 ... Pressure loss part, 22f2 ... Pressure loss part, 22g ... Water supply valve, 22h ... Second temperature sensor, 31 ... Casing, 32 ... Evaporation part, 33 ... Modification part, 34 ... Fuel cell, 34a ... Cell, 34b ... Fuel flow path, 34c ... Air flow path, 35 ... Manifold, 36 ... Combustion part, 36a1, 36a2 ... Ignition heater, 37 ... Flame, 38 ... Modified gas delivery pipe, 41 ... Pressure reducing valve, 42 ... Water supply pipe, 42a ... Water supply pipe, 54 ... Check valve, 55 ... Ventilation fan, 61 ... hot water supply pipe, 62 ... mixing valve, 63 ... mixed hot water supply pipe, 64 ... bypass passage, 65 ... electromagnetic on / off valve, 66 ... hot water temperature measuring device, 67 ... water temperature measuring device, 69 ... hot water tap, 70 ... make-up water adjustment unit, Dr ... duty ratio, Dr1 ... duty ratio, Gs ... supply source, L1 ... first control water level, L2 ... second control water level (make-up water supply stop water level), L3 ... third control water level ( Makeup water supply stop water level), L4 ... 4th control water level, P ... operation flag, Sw ... high pressure water supply source, T1 ... first temperature, Td1 ... first predetermined temperature, T2 ... second temperature, Td2 ... second predetermined temperature , T1 ... predetermined time, t2 ... first predetermined time, t3 ... second predetermined time, Wh ... water heater, α ... predetermined value

Claims (5)

燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
改質用原料と改質水を蒸発させた水蒸気とから前記燃料を生成して前記燃料電池に前記燃料を供給する改質部と、
前記改質用原料の供給源に接続された改質用原料供給管に設けられて前記供給源から前記改質部に前記改質用原料を圧送する改質用原料供給装置と、
前記改質部に改質水供給管を介して供給する前記改質水を貯水する改質水タンクと、
前記燃料電池からの燃料オフガス及び酸化剤ガスを燃焼させて発生する燃焼排ガスと貯湯槽から貯湯水供給管を介して供給される循環水との間で熱交換して前記燃焼排ガスに含まれている水蒸気を凝縮して凝縮水を生成する凝縮器と、
前記改質水タンクと前記凝縮器とを接続する凝縮水供給管に設けられて前記凝縮水を精製して前記改質水を前記改質水タンクに供給する水精製器と、
前記貯湯水供給管に設けられて前記貯湯槽から供給される前記循環水を冷却するラジエータと、
前記燃料電池の発電を統括して制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、
前記貯湯水供給管の前記凝縮器と前記ラジエータとの間に設けられて、前記凝縮器の側に流れる前記循環水の循環水供給量と、前記循環水から分離されて前記改質水タンクの側に流れる補給水の補給水供給量と、を前記制御装置による制御に従って調整可能な調整弁と、
前記貯湯水供給管の前記調整弁と前記ラジエータとの間に設けられて前記ラジエータを通過した前記循環水の第一温度を検出し、前記第一温度を前記制御装置に出力する第一温度センサと、
前記調整弁と前記水精製器とを接続して前記調整弁から前記水精製器に前記補給水を供給する補給水供給管と、
前記水精製器によって前記凝縮水及び前記補給水から生成された前記改質水が前記改質水タンクに貯水された水位を検出し、前記水位を前記制御装置に出力する水位センサと、を含んで前記貯湯槽から前記補給水の前記改質水タンクへの供給を調整する補給水調整部を備え、
前記制御装置は、
前記水位センサによって検出された前記水位が予め設定された補給水供給開始水位になった場合において、
前記第一温度センサによって検出された前記循環水の前記第一温度が予め設定された第一所定温度未満となった場合に、前記調整弁による前記補給水供給量をゼロから増大させて前記補給水供給管及び前記水精製器を介して前記改質水タンクに向けて前記補給水を供給し、
前記水位センサによって検出された前記水位が予め設定された補給水供給停止水位になったときに前記調整弁による前記補給水供給量をゼロに戻す、ように構成された、燃料電池システム。
Fuel cells that generate electricity from fuel and oxidant gas,
A reforming unit that generates the fuel from the reforming raw material and steam obtained by evaporating the reforming water and supplies the fuel to the fuel cell.
A reforming raw material supply device provided in a reforming raw material supply pipe connected to the supply source of the reforming raw material and pumping the reforming raw material from the supply source to the reforming portion.
A reformed water tank for storing the reformed water supplied to the reformed portion via a reformed water supply pipe, and
It is contained in the combustion exhaust gas by exchanging heat between the combustion exhaust gas generated by burning the fuel off gas and the oxidant gas from the fuel cell and the circulating water supplied from the hot water storage tank via the hot water storage water supply pipe. A condenser that condenses the water vapor to generate condensed water,
A water purifier provided in a condensed water supply pipe connecting the reformed water tank and the condenser to purify the condensed water and supply the reformed water to the reformed water tank.
A radiator provided in the hot water storage pipe to cool the circulating water supplied from the hot water storage tank, and
A fuel cell system including a control device that controls the power generation of the fuel cell.
The circulating water supply amount of the circulating water which is provided between the condenser and the radiator of the hot water storage pipe and flows to the side of the condenser, and the circulating water supply amount of the circulating water which is separated from the circulating water of the reformed water tank. An adjustment valve that can adjust the amount of make-up water supply of make-up water flowing to the side according to the control by the control device,
A first temperature sensor provided between the regulating valve of the hot water storage pipe and the radiator, detects the first temperature of the circulating water that has passed through the radiator, and outputs the first temperature to the control device. When,
A make-up water supply pipe that connects the regulating valve and the water purifier to supply the make-up water from the regulating valve to the water purifier.
The water level sensor includes a water level sensor that detects the water level stored in the reformed water tank by the condensed water and the reformed water generated from the make-up water by the water purifier and outputs the water level to the control device. A make-up water adjusting unit for adjusting the supply of the make-up water from the hot water storage tank to the reformed water tank is provided.
The control device is
When the water level detected by the water level sensor reaches the preset make-up water supply start water level,
When the first temperature of the circulating water detected by the first temperature sensor becomes lower than the preset first predetermined temperature, the supply amount of the make-up water by the adjusting valve is increased from zero to make the replenishment. The make-up water is supplied to the reformed water tank via the water supply pipe and the water purifier.
A fuel cell system configured to return the make-up water supply amount by the regulating valve to zero when the water level detected by the water level sensor reaches a preset make-up water supply stop water level.
前記制御装置は、
前記第一温度が前記第一所定温度未満となった状態で予め設定された第一所定時間以上継続した場合、
前記調整弁による前記補給水供給量をゼロから増大させる、請求項1に記載の燃料電池システム。
The control device is
When the first temperature is lower than the first predetermined temperature and continues for a preset first predetermined time or longer,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the amount of the make-up water supplied by the regulating valve is increased from zero.
前記制御装置は、
前記第一温度が前記第一所定温度以上の場合、
前記ラジエータの前記循環水を冷却する冷却効率が大きくなるように、前記ラジエータを作動させる、請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。
The control device is
When the first temperature is equal to or higher than the first predetermined temperature
The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the radiator is operated so that the cooling efficiency for cooling the circulating water of the radiator is increased.
前記補給水調整部は、
前記補給水供給管に設けられて前記補給水供給管を流れる前記補給水の第二温度を検出し、前記第二温度を前記制御装置に出力する第二温度センサと、
前記補給水供給管の前記水精製器と前記第二温度センサとの間に設けられて前記補給水の前記補給水供給管から前記水精製器への流れの許可する開又は前記流れを遮断する閉を前記制御装置による制御に従って切り替える給水弁と、を備え、
前記制御装置は、
前記第二温度センサによって検出された前記第二温度が予め設定された第二所定温度未満となった状態で予め設定された第二所定時間以上継続した場合、
前記給水弁を開に切り替えて前記補給水供給管から前記水精製器を介して前記改質水タンクに向けて前記補給水の供給を許容し、
前記水位センサによって検出された前記水位が前記補給水供給停止水位になったときに前記給水弁を閉に切り替えて前記補給水供給管から前記水精製器を介して前記改質水タンクに向けて前記補給水を遮断するように構成された、請求項1乃至請求項3のうちの何れか一項に記載の燃料電池システム。
The make-up water adjusting unit
A second temperature sensor provided in the make-up water supply pipe, detecting the second temperature of the make-up water flowing through the make-up water supply pipe, and outputting the second temperature to the control device.
It is provided between the water purifier of the make-up water supply pipe and the second temperature sensor to allow the flow of the make-up water from the make-up water supply pipe to the water purifier or block the flow. A water supply valve that switches the closing according to the control by the control device is provided.
The control device is
When the second temperature detected by the second temperature sensor is lower than the preset second predetermined temperature and continues for a preset second predetermined time or longer.
The water supply valve is switched to open to allow the supply of the make-up water from the make-up water supply pipe to the reformed water tank via the water purifier.
When the water level detected by the water level sensor reaches the make-up water supply stop water level, the water supply valve is switched to close and the make-up water supply pipe is directed toward the reformed water tank via the water purifier. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, which is configured to shut off the make-up water.
前記補給水供給管は、
前記調整弁から前記水精製器に向けて流れる前記補給水に圧損を生じさせる圧損部を有する、請求項1乃至請求項4のうちの何れか一項に記載の燃料電池システム。
The make-up water supply pipe
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, further comprising a pressure loss portion that causes pressure loss in the make-up water flowing from the regulating valve toward the water purifier.
JP2017181551A 2017-09-21 2017-09-21 Fuel cell system Active JP6939316B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017181551A JP6939316B2 (en) 2017-09-21 2017-09-21 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017181551A JP6939316B2 (en) 2017-09-21 2017-09-21 Fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019057438A JP2019057438A (en) 2019-04-11
JP6939316B2 true JP6939316B2 (en) 2021-09-22

Family

ID=66107785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017181551A Active JP6939316B2 (en) 2017-09-21 2017-09-21 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6939316B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7310278B2 (en) * 2019-05-08 2023-07-19 株式会社アイシン fuel cell system
CN117317304B (en) * 2023-10-20 2026-02-17 北京亿华通科技股份有限公司 Integrated application system integrating electrolyzed water to produce oxygen and fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019057438A (en) 2019-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4644704B2 (en) Fuel cell system
JP6476566B2 (en) Fuel cell system
JP5299064B2 (en) Waste heat recovery device and fuel cell system
WO2010001702A1 (en) Fuel battery system
JP5988701B2 (en) Fuel cell system
JP5248176B2 (en) Fuel cell system
JP2019186109A (en) Fuel cell system
JP6610003B2 (en) Fuel cell system
JP6939316B2 (en) Fuel cell system
EP3070774B1 (en) Fuel cell system
JP2019129115A (en) Fuel cell system
JP4106356B2 (en) Fuel cell system
JP7056245B2 (en) Power generation system
JP6408266B2 (en) Fuel cell system
JP4799827B2 (en) Fuel cell system
JP4664936B2 (en) Fuel cell power generation system
JP7528728B2 (en) Power Generation System
JP6699232B2 (en) Fuel cell system
EP2963718B1 (en) Fuel cell system
JP2016012485A (en) Fuel cell system
JP5392477B2 (en) Fuel cell system
JP5371842B2 (en) Fuel cell system
JP4690101B2 (en) Fuel cell system
JP6566053B2 (en) Fuel cell system
JP6564080B2 (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200806

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20210219

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210720

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210803

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210816

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6939316

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150