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JP6983265B2 - Fuel cell system - Google Patents
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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.

下記特許文献1には、原料ガスを水蒸気改質して水素を含む燃料ガスを生成する燃料電池システムが開示されている。この燃料電池システムでは、第1燃料電池から排出されたオフガス中に含まれる水蒸気が水タンクへ蓄えられる。 The following Patent Document 1 discloses a fuel cell system that reforms a raw material gas with steam to generate a fuel gas containing hydrogen. In this fuel cell system, the water vapor contained in the off-gas discharged from the first fuel cell is stored in the water tank.

特開2017−69103号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-69103

上記特許文献1に記載された燃料電池システムでは、水タンクに所定量以上の水が貯留された際には、例えばオーバーフローによりドレン排水してもよい旨が記載されている。このように、水タンクから水を排水するためには、排水用のドレン配管を設ける必要がある。 In the fuel cell system described in Patent Document 1, it is described that when a predetermined amount or more of water is stored in a water tank, drainage may be performed by, for example, overflow. In this way, in order to drain water from the water tank, it is necessary to provide a drain pipe for drainage.

本発明は上記事実を考慮して、ドレン水の生成量を制御できる燃料電池システムを提供することを目的とする。 In view of the above facts, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of controlling the amount of drain water produced.

請求項1の燃料電池システムは、水供給管から供給された水を気化して水蒸気を生成する気化器と、前記気化器で生成された水蒸気を用いて原料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部と、前記改質部で生成された前記燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電を行なう燃料電池と、前記燃料電池の燃料極から排出されたオフガスに含まれる水蒸気が凝縮した凝縮水が蓄えられ、前記水供給管が接続された第1水タンクと、前記燃料電池の発電量を制御して前記第1水タンクへ投入される水蒸気量を調整することにより前記第1水タンク内の水量を所定範囲に維持する制御装置と、を備えている。 The fuel cell system according to claim 1 is a fuel gas obtained by steam reforming a raw material gas using a vaporizer that vaporizes water supplied from a water supply pipe to generate steam and steam generated by the vaporizer. The reforming unit that generates the fuel, the fuel cell that generates power by reacting the fuel gas generated in the reforming unit with the oxidation gas, and the water vapor contained in the off gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell. The first water tank in which condensed condensed water is stored and to which the water supply pipe is connected and the first water tank are controlled by controlling the amount of power generated by the fuel cell to adjust the amount of water vapor charged into the first water tank. (1) A control device for maintaining the amount of water in the water tank within a predetermined range is provided.

請求項2の燃料電池システムは、請求項1の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記第1水タンクへ投入される凝縮水量及び前記第1水タンクから前記水供給管へ排出される凝縮水量の少なくとも一方を調整して、前記第1水タンク内の水量を所定範囲に維持する。
請求項2の燃料電池システムによると、制御装置が、第1水タンクへ投入される凝縮水量及び第1水タンクから水供給管へ排出される凝縮水量の少なくとも一方を調整する。例えば水タンク内の水量が所定の上限値に至った場合は、第1水タンクへ投入される凝縮水量を減らす。又は、第1水タンクから水供給管へ排出される凝縮水量を増やす。これにより第1水タンク内の水量を所定範囲内に維持して、第1水タンクからの排水を少なくすることができる。なお「改質部」とは、燃料電池と別体に設けられた改質器のほか、燃料電池内で改質反応が行われる部分の双方を指すものとする。
請求項3の燃料電池システムは、請求項1又は請求項2の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記燃料電池の発電量を減らすことにより、前記オフガスに含まれる水蒸気量を低減して前記第1水タンクへ投入される水蒸気量を低減可能とされている。
請求項4の燃料電池システムは、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記燃料電池の発電量を増やすことにより、前記オフガスに含まれる水蒸気量を増やして前記第1水タンクへ投入される水蒸気量を増加可能とされている。
請求項5の燃料電池システムは、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池は、前記改質部で生成された前記燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電を行なう第1燃料電池と、前記オフガスに含まれる未反応の燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電を行なう第2燃料電池と、を備え、前記制御装置は、前記第1燃料電池及び前記第2燃料電池の少なくとも一方の発電量を制御して、前記第1水タンクへ投入される水蒸気量を調整する。
請求項6の燃料電池システムは、請求項5の燃料電池システムにおいて、前記第2燃料電池は前記第1水タンクの下流側に配置されている。
請求項7の燃料電池システム前記制御装置は、請求項6に記載の燃料電池システムにおいて、前記第1燃料電池の発電量を減らすことにより、前記オフガスに含まれる水蒸気量を低減して前記第1水タンクへ投入される水蒸気量を低減し、かつ、前記第2燃料電池の発電量を増やすことで、発電量の低減を抑制する。
The fuel cell system according to claim 2 is the fuel cell system according to claim 1. In the fuel cell system according to claim 1, the control device controls the amount of condensed water charged into the first water tank and the condensed water discharged from the first water tank to the water supply pipe. At least one of the water amounts is adjusted to maintain the water amount in the first water tank within a predetermined range.
According to the fuel cell system of claim 2, the control device adjusts at least one of the amount of condensed water charged into the first water tank and the amount of condensed water discharged from the first water tank to the water supply pipe. For example, when the amount of water in the water tank reaches a predetermined upper limit, the amount of condensed water charged into the first water tank is reduced. Alternatively, increase the amount of condensed water discharged from the first water tank to the water supply pipe. As a result, the amount of water in the first water tank can be maintained within a predetermined range, and the amount of drainage from the first water tank can be reduced. The "reforming unit" refers to both the reformer provided separately from the fuel cell and the portion where the reforming reaction is performed in the fuel cell.
The fuel cell system according to claim 3 is the fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the control device reduces the amount of water vapor contained in the off-gas by reducing the amount of power generation of the fuel cell. It is possible to reduce the amount of water vapor charged into the first water tank.
The fuel cell system according to claim 4 is the fuel cell system according to any one of claims 1 to 3 , wherein the control device is included in the off-gas by increasing the amount of power generation of the fuel cell. It is possible to increase the amount of water vapor charged into the first water tank by increasing the amount of water vapor.
The fuel cell system according to claim 5 is the fuel cell system according to any one of claims 1 to 4 , wherein the fuel cell contains the fuel gas and the oxide gas generated in the reforming section. The control device comprises a first fuel cell that reacts to generate power, and a second fuel cell that reacts an unreacted fuel gas contained in the off-gas with an oxidation gas to generate power. The amount of water generated in at least one of the fuel cell and the second fuel cell is controlled to adjust the amount of water vapor charged into the first water tank.
The fuel cell system according to claim 6 is the fuel cell system according to claim 5 , wherein the second fuel cell is arranged on the downstream side of the first water tank.
The fuel cell system according to claim 7. In the fuel cell system according to claim 6, the control device reduces the amount of water vapor contained in the off-gas by reducing the amount of power generated by the first fuel cell, and the first. By reducing the amount of water vapor charged into the water tank and increasing the amount of power generated by the second fuel cell, the reduction in the amount of power generation is suppressed.

請求項8の燃料電池システムは、水供給管から供給された水を気化して水蒸気を生成する気化器と、前記気化器で生成された水蒸気を用いて原料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部と、前記改質部で生成された前記燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電を行なう燃料電池と、前記燃料電池から排出されたオフガスに含まれる水蒸気が凝縮した凝縮水が蓄えられる第1水タンクと、前記燃料電池の空気極から排出された酸化オフガスで前記燃料電池から排出された前記オフガスを燃焼する燃焼器と、前記燃焼器から排出された排出ガスに含まれる水蒸気が凝縮した凝縮水が蓄えられる第2水タンクと、前記燃料電池の発電量を制御して前記第1水タンクへ投入される水蒸気量及び前記第2水タンクへ投入される水蒸気量の少なくとも一方を調整することにより前記第1水タンク内の水量又は前記第2水タンク内の水量を所定範囲に維持する制御装置と、を備えている。 The fuel cell system according to claim 8 is a fuel gas obtained by steam reforming a raw material gas using a vaporizer that vaporizes water supplied from a water supply pipe to generate steam and steam generated by the vaporizer. A fuel cell that generates power by reacting the fuel gas generated in the reforming section with an oxidation gas, and condensed water vapor contained in the off-gas discharged from the fuel cell. Included in the first water tank in which water is stored, a combustor that burns the off gas discharged from the fuel cell with the oxide off gas discharged from the air electrode of the fuel cell, and the exhaust gas discharged from the combustor. The amount of water vapor charged into the first water tank and the amount of water vapor charged into the second water tank by controlling the power generation amount of the fuel cell and the second water tank in which the condensed water in which the water vapor is condensed is stored. It is provided with a control device for maintaining the amount of water in the first water tank or the amount of water in the second water tank within a predetermined range by adjusting at least one of them.

請求項9の燃料電池システムは、請求項8に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記第1水タンクへ投入される凝縮水量、前記第1水タンクから排出される凝縮水量、前記第2水タンクへ投入される凝縮水量及び前記第2水タンクから排出される凝縮水量の少なくとも何れかを調整して、前記第1水タンク内又は前記第2水タンク内の水量を所定範囲に維持する。
請求項9の燃料電池システムによると、制御装置が、第1水タンクへ投入される水蒸気量、第1水タンクへ投入される凝縮水量、第1水タンクから排出される凝縮水量、第2水タンクへ投入される凝縮水量、第2水タンクへ投入される水蒸気量及び前記第2水タンクから排出される凝縮水量の少なくとも何れかを調整する。例えば第2水タンク内の水量が所定の上限値に至った場合は、第2水タンクへ投入される凝縮水量を減らす。これにより第1水タンク内又は第2水タンク内の水量を所定範囲内に維持して、第1水タンク又は第2水タンクからの排水を少なくすることができる。
The fuel cell system according to claim 9 is the fuel cell system according to claim 8 , wherein the control device has a condensed water amount charged into the first water tank, a condensed water amount discharged from the first water tank, and the like. By adjusting at least one of the amount of condensed water charged into the second water tank and the amount of condensed water discharged from the second water tank, the amount of water in the first water tank or the second water tank is set within a predetermined range. maintain.
According to the fuel cell system of claim 9 , the control device determines the amount of water vapor charged into the first water tank, the amount of condensed water charged into the first water tank, the amount of condensed water discharged from the first water tank, and the second water. At least one of the amount of condensed water charged into the tank, the amount of water vapor charged into the second water tank, and the amount of condensed water discharged from the second water tank is adjusted. For example, when the amount of water in the second water tank reaches a predetermined upper limit, the amount of condensed water charged into the second water tank is reduced. As a result, the amount of water in the first water tank or the second water tank can be maintained within a predetermined range, and the drainage from the first water tank or the second water tank can be reduced.

一態様の燃料電池システムは、水供給管から供給された水を気化して水蒸気を生成する気化器と、前記気化器で生成された水蒸気を用いて原料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部と、前記改質部で生成された前記燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電を行なう燃料電池と、前記燃料電池の燃料極から排出されたオフガスに含まれる水蒸気が凝縮した凝縮水が蓄えられる第1水タンクと、前記燃料電池から排出された酸化オフガスで前記燃料電池から排出された前記オフガスを燃焼する燃焼器と、前記燃焼器から排出された排出ガスに含まれる水蒸気が凝縮した凝縮水が蓄えられる第2水タンクと、前記第1水タンク及び前記第2水タンクの下方に設置され、前記第1水タンクに蓄えられた凝縮水及び前記第2水タンクに蓄えられた凝縮水が投入され、前記水供給管が接続された集約タンクと、前記集約タンクに蓄えられた凝縮水を前記気化器へ供給する水供給管と、前記第1水タンクへ投入される水蒸気量、前記第1水タンクへ投入される凝縮水量、前記第2水タンクへ投入される凝縮水量、前記第2水タンクへ投入される水蒸気量及び前記集約タンクから前記水供給管へ排出される凝縮水量の少なくとも何れかを調整して、前記集約タンク内の水量を所定範囲に維持する制御装置と、を備えている。 In one aspect of the fuel cell system, a vaporizer that vaporizes water supplied from a water supply pipe to generate steam, and a vaporizer that steam-reforms the raw material gas using the steam generated by the vaporizer to produce fuel gas. The reforming section to be generated, the fuel cell generated by reacting the fuel gas generated in the reforming section with the oxidation gas to generate power, and the water vapor contained in the off gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell are condensed. It is included in the first water tank in which the condensed water is stored, the combustor that burns the off gas discharged from the fuel cell with the oxide off gas discharged from the fuel cell, and the exhaust gas discharged from the combustor. A second water tank in which condensed water in which water vapor is condensed is stored, and in the condensed water and the second water tank installed below the first water tank and the second water tank and stored in the first water tank. The stored condensed water is charged into the aggregation tank to which the water supply pipe is connected, the water supply pipe that supplies the condensed water stored in the aggregation tank to the vaporizer, and the first water tank. Water vapor amount, condensed water amount charged into the first water tank, condensed water amount charged into the second water tank, water vapor amount charged into the second water tank, and discharged from the aggregation tank to the water supply pipe. It is provided with a control device for adjusting at least one of the amount of condensed water to be produced to maintain the amount of water in the aggregation tank within a predetermined range.

一態様の燃料電池システムによると、第1水タンクに蓄えられた凝縮水及び第2水タンクに蓄えられた凝縮水が集約タンクに投入される。このため、第1水タンク及び第2水タンク内の水量を所定範囲内に維持して、第1水タンク及び第2水タンクからシステム外への排水を無くすことができる。 According to one aspect of the fuel cell system, the condensed water stored in the first water tank and the condensed water stored in the second water tank are charged into the aggregation tank. Therefore, the amount of water in the first water tank and the second water tank can be maintained within a predetermined range, and drainage from the first water tank and the second water tank to the outside of the system can be eliminated.

そして、制御装置が、第1水タンクへ投入される凝縮水量、第2水タンクへ投入される凝縮水量、第2水タンクへ投入される水蒸気量、集約タンクから水供給管へ排出される凝縮水量の少なくとも何れかを調整する。なお、第2水タンクへ投入される「凝縮水」とは、例えば第2水タンクの上流側で水蒸気が冷却されて凝縮した水(液相)のことである。また、第2水タンクへ投入される「水蒸気」とは、第2水タンクの上流側で凝縮せず気体の状態を保った水(気層)のことである。 Then, the control device determines the amount of condensed water charged into the first water tank, the amount of condensed water charged into the second water tank, the amount of water vapor charged into the second water tank, and the condensation discharged from the aggregation tank to the water supply pipe. Adjust at least one of the amounts of water. The "condensed water" charged into the second water tank is, for example, water (liquid phase) in which water vapor is cooled and condensed on the upstream side of the second water tank. Further, the "water vapor" charged into the second water tank is water (gas layer) that is not condensed and maintains a gaseous state on the upstream side of the second water tank.

例えば集約タンク内の水量が所定の上限値に至った場合は、一例として、第1水タンクへ投入される凝縮水量を減らす。別の一例として、第2水タンクへ投入される凝縮水量を減らす。さらに別の一例として、第2水タンクへ投入される水蒸気量を減らす。またさらに別の一例として、集約タンクから水供給管へ排出される凝縮水量を増やす。これらの1つ又は組合わせにより集約タンク内の水量を所定範囲内に維持して、集約タンクからの排水を少なくすることができる。 For example, when the amount of water in the aggregation tank reaches a predetermined upper limit, as an example, the amount of condensed water charged into the first water tank is reduced. As another example, the amount of condensed water charged into the second water tank is reduced. As yet another example, the amount of water vapor charged into the second water tank is reduced. As yet another example, the amount of condensed water discharged from the aggregation tank to the water supply pipe is increased. By using one or a combination of these, the amount of water in the aggregation tank can be maintained within a predetermined range, and the amount of drainage from the aggregation tank can be reduced.

一態様の燃料電池システムは、前記集約タンクには水位センサが設けられており、前記制御装置は、前記水位センサからの情報に基づいて、前記第1水タンクへ投入される凝縮水量、前記第2水タンクへ投入される凝縮水量、前記第2水タンクへ投入される水蒸気量及び前記集約タンクから前記水供給管へ排出される凝縮水量の少なくとも何れかを調整する。 In one aspect of the fuel cell system, the water level sensor is provided in the aggregation tank, and the control device determines the amount of condensed water charged into the first water tank based on the information from the water level sensor. (2) At least one of the amount of condensed water charged into the water tank, the amount of water vapor charged into the second water tank, and the amount of condensed water discharged from the aggregation tank to the water supply pipe is adjusted.

一態様の燃料電池システムによると、集約タンクに水位センサが設けられているため、集約タンクの水位を正確に測定できる。このため集約タンク内の水量を所定範囲に維持
し易い。
According to one aspect of the fuel cell system, since the water level sensor is provided in the aggregation tank, the water level in the aggregation tank can be accurately measured. Therefore, it is easy to maintain the amount of water in the aggregation tank within a predetermined range.

一態様の燃料電池システムは、前記集約タンクの内部には、前記オフガスが溜められる気室と前記排出ガスが溜められる気室とを仕切る仕切板が設けられている。 In one aspect of the fuel cell system, a partition plate is provided inside the aggregation tank to partition the air chamber in which the off gas is stored and the air chamber in which the exhaust gas is stored.

一態様の燃料電池システムによると、集約タンクの内部において、仕切板によってオフガスが溜められる気室と排出ガスが溜められる気室とが隔てられている。このため、オフガスと排出ガスとが混合されない。これにより燃料ガスを含んだオフガスがシステム外へ排出されることが抑制される。 According to one aspect of the fuel cell system, inside the aggregation tank, an air chamber in which off-gas is stored and an air chamber in which exhaust gas is stored are separated by a partition plate. Therefore, the off gas and the exhaust gas are not mixed. As a result, off-gas containing fuel gas is suppressed from being discharged to the outside of the system.

請求項10の燃料電池システムは、請求項8又は請求項9に記載の燃料電池システムにおいて、前記排出ガスを前記第2水タンクの上流側で冷却して前記排出ガスに含まれる水蒸気を凝縮する第2冷却機構を備え、前記制御装置は、前記第2冷却機構を制御して、前記第2水タンクへ投入される凝縮水量を調整する。 The fuel cell system according to claim 10 is the fuel cell system according to claim 8 or 9 , wherein the exhaust gas is cooled on the upstream side of the second water tank to condense the water vapor contained in the exhaust gas. A second cooling mechanism is provided, and the control device controls the second cooling mechanism to adjust the amount of condensed water charged into the second water tank.

請求項10の燃料電池システムによると、制御装置が、排出ガスを第2水タンクの上流側で冷却して水蒸気を凝縮する第2冷却機構を制御する。例えば集約タンク内の水量が所定の上限値に至った場合は、冷却機能を抑えて排出ガスに含まれる水蒸気の凝縮量を低減する。これにより第2水タンク及び集約タンクへ投入される凝縮水量を少なくできる。 According to the fuel cell system of claim 10 , the control device controls a second cooling mechanism that cools the exhaust gas on the upstream side of the second water tank and condenses the water vapor. For example, when the amount of water in the aggregation tank reaches a predetermined upper limit, the cooling function is suppressed to reduce the amount of condensed water vapor contained in the exhaust gas. As a result, the amount of condensed water charged into the second water tank and the aggregation tank can be reduced.

請求項11の燃料電池システムは、請求項8〜請求項10の何れか1項に記載の燃料電池システムにおいて、前記第2水タンクを経由せずに前記排出ガスを排出するためのバイパス弁を備え、前記制御装置は、前記バイパス弁を制御して前記第2水タンクへ投入される水蒸気量を調整する。 Fuel cell system according to claim 11 is the fuel cell system according to any one of claims 8 to claim 10, a bypass valve for discharging the exhaust gas without passing through the second water tank The control device controls the bypass valve to adjust the amount of water vapor charged into the second water tank.

請求項11の燃料電池システムによると、制御装置が、排出ガスを第2水タンクを経由せずに排出するためのバイパス弁を制御する。例えば集約タンク内の水量が所定の上限値に至った場合は、バイパス弁を開放して水蒸気を含んだ排出ガスを排出する。これにより第2水タンク及び集約タンクへ投入される水蒸気量を少なくする。このように、バイパス弁を設ける簡易な構造で第2水タンクへ投入される水蒸気量を調整できる。 According to the fuel cell system of claim 11 , the control device controls a bypass valve for discharging the exhaust gas without passing through the second water tank. For example, when the amount of water in the aggregation tank reaches a predetermined upper limit, the bypass valve is opened and the exhaust gas containing water vapor is discharged. As a result, the amount of water vapor charged into the second water tank and the aggregation tank is reduced. In this way, the amount of water vapor charged into the second water tank can be adjusted with a simple structure provided with a bypass valve.

請求項12の燃料電池システムは、請求項8〜請求項11の何れか1項に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池は、前記改質部で生成された前記燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電を行なう第1燃料電池と、前記オフガスに含まれる未反応の燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電を行なう第2燃料電池と、を備え、前記制御装置は、前記第1燃料電池及び前記第2燃料電池の少なくとも一方の発電量を制御して、前記第1水タンク又は前記第2水タンクへ投入される水蒸気量を調整する。 The fuel cell system according to claim 12 is the fuel cell system according to any one of claims 8 to 11 , wherein the fuel cell contains the fuel gas and the oxide gas generated in the reforming section. The control device comprises a first fuel cell that reacts to generate power, and a second fuel cell that reacts an unreacted fuel gas contained in the off-gas with an oxidation gas to generate power. The amount of power generated by at least one of the fuel cell and the second fuel cell is controlled to adjust the amount of water vapor charged into the first water tank or the second water tank.

請求項12の燃料電池システムによると、制御装置が、燃料電池及び後段燃料電池の少なくとも一方の発電量を制御する。例えば第1水タンク内の水量が所定の上限値に至った場合は、燃料電池における発電量を減らし、オフガス及びオフガスに含まれる水蒸気の発生量を低減する。これにより第1水タンクへ投入される水蒸気量を少なくできる。 According to the fuel cell system of claim 12 , the control device controls the amount of power generation of at least one of the fuel cell and the subsequent fuel cell. For example, when the amount of water in the first water tank reaches a predetermined upper limit, the amount of power generation in the fuel cell is reduced, and the amount of water vapor generated in the off-gas and off-gas is reduced. As a result, the amount of water vapor charged into the first water tank can be reduced.

請求項13の燃料電池システムは、請求項12の燃料電池システムにおいて、前記後段燃料電池は前記第1水タンクの下流側に配置されている。 The fuel cell system according to claim 13 is the fuel cell system according to claim 12 , wherein the subsequent fuel cell is arranged on the downstream side of the first water tank.

請求項13の燃料電池システムによると、制御装置は、燃料電池における発電量を減らすと同時に後段燃料電池の発電量を増やすことで、システム全体の発電量を維持できる。 According to the fuel cell system of claim 13 , the control device can maintain the power generation amount of the entire system by reducing the power generation amount of the fuel cell and increasing the power generation amount of the subsequent fuel cell.

請求項14の燃料電池システムは、請求項1〜請求項13の何れか1項に記載の燃料電池システムにおいて、前記オフガスを前記第1水タンクの上流側又は前記第1水タンク内で冷却して前記オフガスに含まれる水蒸気を凝縮する第1冷却機構を備え、前記制御装置は、前記第1冷却機構を制御して、前記第1水タンクへ投入される凝縮水量を調整する。 The fuel cell system according to claim 14 cools the off-gas in the upstream side of the first water tank or in the first water tank in the fuel cell system according to any one of claims 1 to 13. A first cooling mechanism for condensing the water vapor contained in the off-gas is provided, and the control device controls the first cooling mechanism to adjust the amount of condensed water charged into the first water tank.

請求項14の燃料電池システムによると、制御装置が、オフガスを第1水タンクの上流側又は第1水タンク内で冷却して水蒸気を凝縮する第1冷却機構を制御する。例えば集約タンク内の水量が所定の上限値に至った場合は、冷却機能を抑えてオフガスに含まれる水蒸気の凝縮量を低減する。これにより第1水タンク及び集約タンクへ投入される凝縮水量を少なくできる。 According to the fuel cell system of claim 14 , the control device controls a first cooling mechanism that cools the off-gas upstream of the first water tank or in the first water tank to condense water vapor. For example, when the amount of water in the aggregation tank reaches a predetermined upper limit, the cooling function is suppressed to reduce the amount of condensed water vapor contained in the off-gas. As a result, the amount of condensed water charged into the first water tank and the aggregation tank can be reduced.

請求項15の燃料電池システムは、請求項1〜請求項14の何れか1項に記載の燃料電池システムにおいて、前記原料ガスの投入量を調整する流量調整機構を備え、前記制御装置は、前記流量調整機構を制御して発電量を調整する。 The fuel cell system according to claim 15 includes, in the fuel cell system according to any one of claims 1 to 14 , a flow rate adjusting mechanism for adjusting an input amount of the raw material gas, and the control device is the control device. The flow rate adjustment mechanism is controlled to adjust the amount of power generation.

請求項15の燃料電池システムによると、制御装置が、流量調整機構を制御して、原料ガスの投入量を制御できる。例えば集約タンク内の水量が所定の上限値に至った場合は、原料ガスの投入量を減らして、発電量を減らす。これにより発電反応に伴う水蒸気の発生を抑制し、第1水タンク及び集約タンクへ投入される水蒸気量を少なくする。 According to the fuel cell system of claim 15 , the control device can control the flow rate adjusting mechanism to control the input amount of the raw material gas. For example, when the amount of water in the aggregation tank reaches a predetermined upper limit, the amount of raw material gas input is reduced to reduce the amount of power generation. As a result, the generation of water vapor accompanying the power generation reaction is suppressed, and the amount of water vapor charged into the first water tank and the aggregation tank is reduced.

請求項16の燃料電池システムは、請求項1〜請求項15の何れか1項に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の空気極から排出された酸化オフガスで前記燃料電池から排出された前記オフガスを燃焼する燃焼器と、前記燃焼器から排出された排出ガスをシステム外へ排出する排気管と、前記燃焼器から排出された前記排出ガスをシステム外へ排出する排気管と、前記第1水タンクに蓄えられた前記凝縮水を前記排気管へ供給する水滴供給管と、を備え、前記制御装置は、前記排気管へ供給される凝縮水量を制御して、前記第1水タンクから排出される凝縮水量を調整する。 The fuel cell system according to claim 16 is the fuel cell system according to any one of claims 1 to 15 , wherein the off-gas oxide discharged from the air electrode of the fuel cell is discharged from the fuel cell. A combustor that burns off-gas, an exhaust pipe that discharges the exhaust gas discharged from the combustor to the outside of the system, an exhaust pipe that discharges the exhaust gas discharged from the combustor to the outside of the system, and the first. A water drop supply pipe for supplying the condensed water stored in the water tank to the exhaust pipe is provided, and the control device controls the amount of condensed water supplied to the exhaust pipe and discharges the condensed water from the first water tank. Adjust the amount of condensed water to be produced.

請求項16の燃料電池システムによると、制御装置は、排気管へ供給される凝縮水量を制御する。例えば第1水タンクの水量が所定の上限値に至った場合は、排気管へ供給される凝縮水量を増やす。排気管へ供給された凝縮水は、排気ガスの熱によって蒸発し、水蒸気としてシステム外へ排出される。これにより第1水タンクからシステム外へ排出される水蒸気量を多くできる。 According to the fuel cell system of claim 16 , the control device controls the amount of condensed water supplied to the exhaust pipe. For example, when the amount of water in the first water tank reaches a predetermined upper limit, the amount of condensed water supplied to the exhaust pipe is increased. The condensed water supplied to the exhaust pipe evaporates due to the heat of the exhaust gas and is discharged to the outside of the system as water vapor. As a result, the amount of water vapor discharged from the first water tank to the outside of the system can be increased.

請求項17の燃料電池システムは、請求項8〜請求項13の何れか1項に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃焼器から排出された前記排出ガスをシステム外へ排出する排気管と、前記第1水タンク及び前記第2水タンクの少なくとも一方に蓄えられた前記凝縮水を前記排気管へ供給する水滴供給管と、を備え、前記制御装置は、前記排気管へ供給される凝縮水量を制御して、前記第1水タンク及び前記第2水タンクの少なくとも一方から排出される凝縮水量を調整する。 The fuel cell system according to claim 17 is the fuel cell system according to any one of claims 8 to 13 , wherein the exhaust pipe for discharging the exhaust gas discharged from the combustor to the outside of the system and the exhaust pipe are described. A water droplet supply pipe for supplying the condensed water stored in at least one of the first water tank and the second water tank to the exhaust pipe is provided, and the control device measures the amount of condensed water supplied to the exhaust pipe. Controlled to adjust the amount of condensed water discharged from at least one of the first water tank and the second water tank.

請求項17の燃料電池システムによると、制御装置は、排気管へ供給される凝縮水量を制御する。例えば第2水タンクの水量が所定の上限値に至った場合は、排気管へ供給される凝縮水量を増やす。排気管へ供給された凝縮水は、排気ガスの熱によって蒸発し、水蒸気としてシステム外へ排出される。これにより第1水タンク及び第2水タンクの少なくとも一方からシステム外へ排出される水蒸気量を多くできる。 According to the fuel cell system of claim 17 , the control device controls the amount of condensed water supplied to the exhaust pipe. For example, when the amount of water in the second water tank reaches a predetermined upper limit, the amount of condensed water supplied to the exhaust pipe is increased. The condensed water supplied to the exhaust pipe evaporates due to the heat of the exhaust gas and is discharged to the outside of the system as water vapor. As a result, the amount of water vapor discharged from at least one of the first water tank and the second water tank to the outside of the system can be increased.

一態様の燃料電池システムは、前記燃焼器から排出された前記排出ガスをシステム外へ排出する排気管と、前記第1水タンク、前記第2水タンク及び前記集約タンクの少なくとも何れかに蓄えられた前記凝縮水を前記排気管へ供給して供給する水滴供給管と、を備え、前記制御装置は、前記排気管へ供給される凝縮水量を制御して、前記第1水タンク、前記第2水タンク及び前記集約タンクの少なくとも何れかから排出される凝縮水量を調整する。 The fuel cell system of one embodiment is stored in at least one of the exhaust pipe for discharging the exhaust gas discharged from the combustor to the outside of the system, the first water tank, the second water tank, and the aggregation tank. A water droplet supply pipe for supplying and supplying the condensed water to the exhaust pipe is provided, and the control device controls the amount of condensed water supplied to the exhaust pipe to control the amount of the condensed water to be supplied to the first water tank and the second water tank. The amount of condensed water discharged from at least one of the water tank and the aggregation tank is adjusted.

一態様の燃料電池システムによると、制御装置は、排気管へ供給される凝縮水量を制御する。例えば集約タンクの水量が所定の上限値に至った場合は、排気管へ供給される凝縮水量を増やす。排気管へ供給された凝縮水は、排気ガスの熱によって蒸発し、水蒸気としてシステム外へ排出される。これにより第1水タンク、第2水タンク及び集約タンクの少なくとも一方からシステム外へ排出される水蒸気量を多くできる。 According to one aspect of the fuel cell system, the control device controls the amount of condensed water supplied to the exhaust pipe. For example, when the amount of water in the aggregation tank reaches a predetermined upper limit, the amount of condensed water supplied to the exhaust pipe is increased. The condensed water supplied to the exhaust pipe evaporates due to the heat of the exhaust gas and is discharged to the outside of the system as water vapor. This makes it possible to increase the amount of water vapor discharged from at least one of the first water tank, the second water tank and the aggregation tank to the outside of the system.

本発明に係る燃料電池システムによると、ドレン水の生成量を制御することができる。 According to the fuel cell system according to the present invention, the amount of drain water generated can be controlled.

本発明の第1実施形態における燃料電池システムの全体構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the whole structure of the fuel cell system in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態における燃料電池システムの全体構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the whole structure of the fuel cell system in 2nd Embodiment of this invention.

[第1実施形態]
<燃料電池システム>
図1に示すように、本発明の第1実施形態に係る燃料電池システム10は、気化器12、改質器14、燃焼器16、第1燃料電池セルスタック22、第2燃料電池セルスタック24、第1水タンク32、第2水タンク34、分流弁44A、44B、冷却機構52、54、ポンプ62、流量調整機構67、制御装置68及び集約タンク76を備えている。
[First Embodiment]
<Fuel cell system>
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 10 according to the first embodiment of the present invention includes a vaporizer 12, a reformer 14, a combustor 16, a first fuel cell stack 22, and a second fuel cell stack 24. , 1st water tank 32, 2nd water tank 34, shunt valve 44A, 44B, cooling mechanism 52, 54, pump 62, flow rate adjusting mechanism 67, control device 68, and aggregation tank 76.

(気化器)
気化器12には、原料ガスが流れる管である原料ガス管P1の一端が接続されている。原料ガス管P1の途中箇所には、気化器12へ供給する原料ガスの流量を調整する流量調整機構67が設けられている。流量調整機構67としては、一例として流量調整弁が用いられる。
(Vaporizer)
One end of the raw material gas pipe P1, which is a pipe through which the raw material gas flows, is connected to the vaporizer 12. A flow rate adjusting mechanism 67 for adjusting the flow rate of the raw material gas supplied to the vaporizer 12 is provided in the middle of the raw material gas pipe P1. As the flow rate adjusting mechanism 67, a flow rate adjusting valve is used as an example.

また、気化器12には、水が流れる管である水供給管P2の一端が接続されており、水供給管P2の他端は、集約タンク76に接続されている。集約タンク76には、水が貯留されている。 Further, one end of the water supply pipe P2, which is a pipe through which water flows, is connected to the vaporizer 12, and the other end of the water supply pipe P2 is connected to the aggregation tank 76. Water is stored in the aggregation tank 76.

ポンプ62は、水供給管P2を介して集約タンク76から水を汲み上げる。そして、ポンプ62は、汲み上げた水を水供給管P2を介して気化器12に送出することで、気化器12に水を供給する。 The pump 62 pumps water from the aggregation tank 76 via the water supply pipe P2. Then, the pump 62 supplies the pumped water to the vaporizer 12 via the water supply pipe P2 to supply the water to the vaporizer 12.

気化器12は、水供給管P2から供給された水を気化させる。気化には、燃焼器16等の熱が用いられる。 The vaporizer 12 vaporizes the water supplied from the water supply pipe P2. Heat from the combustor 16 or the like is used for vaporization.

気化器12は、配管P3を介して原料ガス及び水蒸気を改質器14に送出することで、改質器14に原料ガス及び水蒸気を供給する。 The vaporizer 12 supplies the raw material gas and steam to the reformer 14 by sending the raw material gas and steam to the reformer 14 via the pipe P3.

(改質器)
改質器14は、原料ガスを水蒸気改質して改質ガスを生成する。改質器14には、配管P3の一端が接続されている。これにより原料ガス及び水蒸気が配管P3を通じて改質器14に供給される。
(Reformer)
The reformer 14 steam reforms the raw material gas to generate a reformed gas. One end of the pipe P3 is connected to the reformer 14. As a result, the raw material gas and steam are supplied to the reformer 14 through the pipe P3.

改質器14において原料ガスの一例であるメタンを水蒸気改質させた場合、以下の(1)式の反応により一酸化炭素及び水素が生成される。
CH+HO→CO+3H ・・・(1)
When methane, which is an example of a raw material gas, is steam reformed in the reformer 14, carbon monoxide and hydrogen are produced by the reaction of the following formula (1).
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 ... (1)

さらに、一酸化炭素をシフト改質させた場合、以下の(2)式の反応により水素及び二酸化炭素が生成される。
CO+HO→H+CO ・・・(2)
Further, when carbon monoxide is shift reformed, hydrogen and carbon dioxide are produced by the reaction of the following formula (2).
CO + H 2 O → H 2 + CO 2 ... (2)

なお、本実施形態では、原料ガスの一例としてメタンが採用されているが、改質が可能なガスであれば特に限定されず、炭化水素燃料を用いることができる。炭化水素燃料としては、天然ガス、LPガス(液化石油ガス)、石炭改質ガス、低級炭化水素ガスなどが例示される。低級炭化水素ガスとしては、メタン、エタン、エチレン、プロパン、又はブタン等の炭素数4以下の低級炭化水素が挙げられ、本実施形態で用いるメタンが好ましい。なお、炭化水素燃料としては、上述した低級炭化水素ガスを混合したものであってもよく、上述した低級炭化水素ガスは、天然ガス、都市ガス、又はLPガス、バイオガス等のガスであってもよい。さらに、原料ガスは、これらの混合ガスであってもよい。 In this embodiment, methane is adopted as an example of the raw material gas, but the gas is not particularly limited as long as it can be reformed, and a hydrocarbon fuel can be used. Examples of the hydrocarbon fuel include natural gas, LP gas (liquefied petroleum gas), coal reforming gas, and lower hydrocarbon gas. Examples of the lower hydrocarbon gas include lower hydrocarbons having 4 or less carbon atoms such as methane, ethane, ethylene, propane, and butane, and methane used in the present embodiment is preferable. The hydrocarbon fuel may be a mixture of the above-mentioned lower hydrocarbon gas, and the above-mentioned lower hydrocarbon gas is a gas such as natural gas, city gas, LP gas, or biogas. May be good. Further, the raw material gas may be a mixed gas thereof.

改質器14には、改質ガス供給管P4の一端が接続されている。改質ガス供給管P4の他端は、第1燃料電池セルスタック22におけるアノード(燃料極、不図示)に接続されている。これにより、改質器14にて生成された改質ガスが、改質ガス供給管P4を通じて第1燃料電池セルスタック22に供給される。改質ガスには、未反応のメタン、改質器14で生成された二酸化炭素、水素、未反応の一酸化炭素及び水蒸気等が含まれている。 One end of the reforming gas supply pipe P4 is connected to the reformer 14. The other end of the reformed gas supply pipe P4 is connected to an anode (fuel electrode, not shown) in the first fuel cell stack 22. As a result, the reforming gas generated by the reformer 14 is supplied to the first fuel cell stack 22 through the reforming gas supply pipe P4. The reformed gas contains unreacted methane, carbon dioxide and hydrogen produced by the reformer 14, unreacted carbon monoxide, steam and the like.

(燃料電池セルスタック)
第1燃料電池セルスタック22は例えば固体酸化物系の燃料電池セルスタックであり、積層された複数の燃料電池セル(不図示)を有している。個々の燃料電池セルは、電解質層と、電解質層の表裏面にそれぞれ積層されたカソード(空気極、不図示)及びアノードと、を有する。なお、第1燃料電池セルスタック22は溶解炭酸塩型の燃料電池セルスタックとしてもよい。
(Fuel cell cell stack)
The first fuel cell stack 22 is, for example, a solid oxide-based fuel cell stack, and has a plurality of stacked fuel cell cells (not shown). Each fuel cell has an electrolyte layer and a cathode (air electrode, not shown) and an anode laminated on the front and back surfaces of the electrolyte layer, respectively. The first fuel cell stack 22 may be a molten carbonate type fuel cell stack.

第1燃料電池セルスタック22のカソードには、酸化ガスが流れる管である酸化ガス管P5の一端が接続されている。カソードには、酸化ガス管P5を介して酸化ガス(例えば空気)が供給される。カソードでは、以下の(3)式に示すように、酸化ガス中の酸素と電子とが反応して酸素イオンが生成される。生成された酸素イオンは電解質層を通ってアノードに到達する。 One end of the oxide gas pipe P5, which is a pipe through which the oxide gas flows, is connected to the cathode of the first fuel cell stack 22. Oxidizing gas (for example, air) is supplied to the cathode via the oxidizing gas tube P5. At the cathode, as shown in the following equation (3), oxygen in the oxidizing gas reacts with electrons to generate oxygen ions. The generated oxygen ions reach the anode through the electrolyte layer.

1/2O+2e→O2− ・・・(3) 1 / 2O 2 + 2e → O 2-・ ・ ・ (3)

一方、アノードでは、以下の(4)式及び(5)式に示すように、電解質層を通ってきた酸素イオンが改質ガス中の燃料ガスである水素及び一酸化炭素と反応し、水(水蒸気)、二酸化炭素及び電子が生成される。アノードで生成された電子がアノードから外部回路を通ってカソードに移動することで、各燃料電池セルにおいて発電される。なお、各燃料電池セルは、発電時に発熱する。 On the other hand, at the anode, as shown in the following equations (4) and (5), oxygen ions that have passed through the electrolyte layer react with hydrogen and carbon monoxide, which are fuel gases in the reformed gas, and water ( Water vapor), carbon dioxide and electrons are generated. The electrons generated at the anode move from the anode to the cathode through an external circuit to generate electricity in each fuel cell. Each fuel cell cell generates heat during power generation.

+O2−→HO+2e ・・・(4) H 2 + O 2- → H 2 O + 2e - ··· (4)

CO+O2−→CO+2e ・・・(5) CO + O 2- → CO 2 + 2e - ··· (5)

第1燃料電池セルスタック22のアノードには、アノードオフガスが流れる管であるアノードオフガス管P6の一端が接続されており、アノードオフガス管P6にはアノードオフガスが排出される。アノードオフガスには、未反応の水素、未反応の一酸化炭素、二酸化炭素、及び水蒸気等が含まれている。 One end of the anode off gas pipe P6, which is a pipe through which the anode off gas flows, is connected to the anode of the first fuel cell stack 22, and the anode off gas is discharged to the anode off gas pipe P6. The anode off-gas contains unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor and the like.

第1燃料電池セルスタック22のカソードには、カソードオフガスが流れる管であるカソードオフガス管P7の一端が接続されており、カソードオフガス管P7にはカソードオフガスが排出される。カソードオフガスには、未反応の酸化ガスなどが含まれている。 One end of the cathode off gas pipe P7, which is a pipe through which the cathode off gas flows, is connected to the cathode of the first fuel cell stack 22, and the cathode off gas is discharged to the cathode off gas pipe P7. The cathode off gas contains unreacted oxidizing gas and the like.

アノードオフガス管P6の他端は、第1水タンク32に挿入され、カソードオフガス管P7の他端は、第2燃料電池セルスタック24のカソード(不図示)に接続されている。なお、アノードオフガス管P6の中間部分には、後述する冷却機構52が設けられている。 The other end of the anode off-gas pipe P6 is inserted into the first water tank 32, and the other end of the cathode off-gas pipe P7 is connected to the cathode (not shown) of the second fuel cell stack 24. A cooling mechanism 52, which will be described later, is provided in the middle portion of the anode off-gas pipe P6.

第2燃料電池セルスタック24の構成は第1燃料電池セルスタック22と同様であり詳細の説明は省略するが、上述したように、第2燃料電池セルスタック24のカソードには、カソードオフガス管P7の一端が接続されている。また、第2燃料電池セルスタック24のアノードには、後述する再生ガス管P8の一端が接続されている。 The configuration of the second fuel cell stack 24 is the same as that of the first fuel cell stack 22, and detailed description thereof will be omitted. However, as described above, the cathode of the second fuel cell stack 24 has a cathode off gas pipe P7. One end of is connected. Further, one end of the regenerated gas pipe P8, which will be described later, is connected to the anode of the second fuel cell stack 24.

さらに、第2燃料電池セルスタック24のカソードには、カソードオフガスが流れる管であるカソードオフガス管P11の一端が接続されており、カソードオフガス管P11には、カソードオフガスが排出される。カソードオフガスには、未反応の酸化ガスなどが含まれており、カソードオフガスは、カソードオフガス管P11を介して燃焼器16へ供給される。 Further, one end of the cathode off gas pipe P11, which is a pipe through which the cathode off gas flows, is connected to the cathode of the second fuel cell stack 24, and the cathode off gas is discharged to the cathode off gas pipe P11. The cathode-off gas includes unreacted oxidizing gas and the like, and the cathode-off gas is supplied to the combustor 16 via the cathode-off gas pipe P11.

第2燃料電池セルスタック24のアノードには、アノードオフガスが流れる管であるアノードオフガス管P13の一端が接続されており、アノードオフガス管P13には、アノードオフガスが排出される。アノードオフガスには、未反応の水素、未反応の一酸化炭素、二酸化炭素、及び水蒸気等が含まれており、アノードオフガスはアノードオフガス管P13を介して燃焼器16へ供給される。 One end of the anode off gas pipe P13, which is a pipe through which the anode off gas flows, is connected to the anode of the second fuel cell stack 24, and the anode off gas is discharged to the anode off gas pipe P13. The anode off gas contains unreacted hydrogen, unreacted carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor and the like, and the anode off gas is supplied to the combustor 16 via the anode off gas pipe P13.

(燃焼器)
燃焼器16は、第2燃料電池セルスタック24のカソード及びアノードから供給された使用済みのガスを焼却に供する。燃焼器16には、排気管P12の一端が接続されており、燃焼後の排出ガスは、排気管P12へ送出される。排気管P12の途中箇所は気化器12に配置されており、気化器12では、排気管P12の熱により水が気化される。
(Combustor)
The combustor 16 uses the used gas supplied from the cathode and the anode of the second fuel cell stack 24 for incineration. One end of the exhaust pipe P12 is connected to the combustor 16, and the exhaust gas after combustion is sent to the exhaust pipe P12. An intermediate portion of the exhaust pipe P12 is arranged in the vaporizer 12, and in the vaporizer 12, water is vaporized by the heat of the exhaust pipe P12.

(第1水タンク)
第1水タンク32は、第1燃料電池セルスタック22のアノードから排出されたアノードオフガスが、アノードオフガス管P6を介して流入する中間ガスタンクである。第1水タンク32には、オーバーフロー管P15が接続されている。オーバーフロー管P15は、第1水タンク32に蓄えられた凝縮水の水位が一定の高さになったところで、凝縮水を集約タンク76へ送出する。
(1st water tank)
The first water tank 32 is an intermediate gas tank in which the anode off gas discharged from the anode of the first fuel cell stack 22 flows in through the anode off gas pipe P6. An overflow pipe P15 is connected to the first water tank 32. The overflow pipe P15 sends the condensed water to the collecting tank 76 when the water level of the condensed water stored in the first water tank 32 reaches a certain height.

第1水タンク32において水蒸気等が除去されたガスは、再生ガスとして再生ガス管P8を介して第2燃料電池セルスタック24のアノードへ流入する。 The gas from which water vapor and the like have been removed in the first water tank 32 flows into the anode of the second fuel cell stack 24 as regenerated gas via the regenerated gas pipe P8.

(第2水タンク)
第2水タンク34は、燃焼器16から送出された排出ガスが、排気管P12を介して流入する排ガスタンクである。一端が燃焼器16に接続された排気管P12の他端側は、2つの流路P12A、P12Bに分岐している。流路P12Aには、分流弁44A及び冷却機構54が設けられており、流路P12Aの端部は水タンク34へ挿入されている。冷却機構54は分流弁44Aより下流側に設けられている。また、流路P12Bには、分流弁44Bが設けられており、流路P12Bの端部は外気に開放されている。さらに、流路P12Bには、一端が水タンク34に挿入された流路P12Cの他端が接続されている。なお、分流弁44A、42Bは、本発明におけるバイパス弁の一例である。
(2nd water tank)
The second water tank 34 is an exhaust gas tank in which the exhaust gas sent out from the combustor 16 flows in through the exhaust pipe P12. The other end side of the exhaust pipe P12 whose one end is connected to the combustor 16 branches into two flow paths P12A and P12B. The flow path P12A is provided with a flow dividing valve 44A and a cooling mechanism 54, and the end portion of the flow path P12A is inserted into the water tank 34. The cooling mechanism 54 is provided on the downstream side of the flow dividing valve 44A. Further, the flow path P12B is provided with a flow dividing valve 44B, and the end portion of the flow path P12B is open to the outside air. Further, the other end of the flow path P12C whose one end is inserted into the water tank 34 is connected to the flow path P12B. The flow dividing valves 44A and 42B are examples of bypass valves in the present invention.

第2水タンク34には、オーバーフロー管P14が接続されている。オーバーフロー管P14は、第2水タンク34に蓄えられた凝縮水の水位が一定の高さになったところで、凝縮水を集約タンク76へ送出する。 An overflow pipe P14 is connected to the second water tank 34. The overflow pipe P14 sends the condensed water to the collecting tank 76 when the water level of the condensed water stored in the second water tank 34 reaches a certain height.

(集約タンク)
集約タンク76は、第1水タンク32及び第2水タンク34より低い位置に設けられ、第1水タンク32に接続されたオーバーフロー管P15と、第2水タンク34に接続されたオーバーフロー管P14とが挿入されている。
(Integrated tank)
The aggregation tank 76 is provided at a position lower than the first water tank 32 and the second water tank 34, and has an overflow pipe P15 connected to the first water tank 32 and an overflow pipe P14 connected to the second water tank 34. Is inserted.

集約タンク76の内部には仕切板76Aと、水位センサ76Sとが設けられている。仕切板76Aは、集約タンク76に、それぞれオーバーフロー管P15、14が挿入された2つの気室を構成するように、集約タンク76の内部に接合されている。より具体的には、仕切板76Aの上端面、側端面が集約タンク76の内側面に接合されており、仕切板76Aの下端面が、所定の水位下限値より下方に配置されている。これにより仕切板76Aの下端部が凝縮水に挿入され、2つの気室内の気体が混合しないようになっている。 A partition plate 76A and a water level sensor 76S are provided inside the aggregation tank 76. The partition plate 76A is joined to the inside of the aggregation tank 76 so as to form two air chambers in which the overflow pipes P15 and 14 are inserted into the aggregation tank 76, respectively. More specifically, the upper end surface and the side end surface of the partition plate 76A are joined to the inner side surface of the aggregation tank 76, and the lower end surface of the partition plate 76A is arranged below the predetermined water level lower limit value. As a result, the lower end of the partition plate 76A is inserted into the condensed water so that the gases in the two air chambers do not mix.

水位センサ76Sは、集約タンク76内の水量を所定の上限値及び下限値の範囲内に維持するために、集約タンク76内の水位を検出できる。集約タンク76において、水位の下限位置より下方には水供給管P2の端部が接続されている。水供給管P2は、ポンプ62が駆動することにより、集約タンク76内の水を気化器12へ送出する。なお、オーバーフロー管P15、14の下端部は、水位センサ32Sの水位上限より上方に配置される。 The water level sensor 76S can detect the water level in the aggregation tank 76 in order to maintain the amount of water in the aggregation tank 76 within a predetermined upper limit value and lower limit value. In the aggregation tank 76, the end portion of the water supply pipe P2 is connected below the lower limit position of the water level. The water supply pipe P2 sends the water in the aggregation tank 76 to the vaporizer 12 by driving the pump 62. The lower ends of the overflow pipes P15 and 14 are arranged above the upper limit of the water level of the water level sensor 32S.

水位センサ76Sにおける所定の下限値は、例えば燃料電池システム10の起動時に必要な改質水量や、発電量を大きくする際に必要な改質水量によって適宜定められる。 The predetermined lower limit value in the water level sensor 76S is appropriately determined by, for example, the amount of reformed water required for starting the fuel cell system 10 and the amount of reformed water required for increasing the amount of power generation.

(冷却機構)
冷却機構52は、アノードオフガス管P6を流れるアノードオフガスを冷却する熱交換器である。冷却機構52は、例えば酸化ガス管P5を流れる酸化ガスとアノードオフガス管P6を流れるアノードオフガスとを熱交換させて、アノードオフガスを冷却する。第1水タンク32には、冷却機構52の駆動時の冷却動作によって凝縮されて得られた水が排出され蓄えられる。
(Cooling mechanism)
The cooling mechanism 52 is a heat exchanger that cools the anode off gas flowing through the anode off gas pipe P6. The cooling mechanism 52 cools the anode off gas by exchanging heat between, for example, the oxidation gas flowing through the oxide gas pipe P5 and the anode off gas flowing through the anode off gas pipe P6. In the first water tank 32, the water condensed and obtained by the cooling operation at the time of driving the cooling mechanism 52 is discharged and stored.

同様に、冷却機構54は、排気管P12における流路P12Aを流れる排出ガスを冷却する熱交換器である。冷却機構54は、例えば原料ガス管P1を流れる原料ガスと流路P12Aを流れる排出ガスとを熱交換させて、排出ガスを冷却する。第2水タンク34には、冷却機構54の駆動時の冷却動作によって凝縮されて得られた水が排出され蓄えられる。 Similarly, the cooling mechanism 54 is a heat exchanger that cools the exhaust gas flowing through the flow path P12A in the exhaust pipe P12. The cooling mechanism 54 cools the exhaust gas by exchanging heat between, for example, the raw material gas flowing through the raw material gas pipe P1 and the exhaust gas flowing through the flow path P12A. In the second water tank 34, the water condensed and obtained by the cooling operation at the time of driving the cooling mechanism 54 is discharged and stored.

(制御装置)
制御装置68は、第1燃料電池セルスタック22、第2燃料電池セルスタック24、水位センサ76S、分流弁44A、44B、冷却機構52、54、ポンプ62、流量調整機構67と電気的に接続されている。なお、制御装置68と第1燃料電池セルスタック22とは、電流などを制御するパワーコンディショナーを介して接続されている。制御装置68と第2燃料電池セルスタック24についても同様である。
(Control device)
The control device 68 is electrically connected to the first fuel cell stack 22, the second fuel cell stack 24, the water level sensor 76S, the divergence valves 44A and 44B, the cooling mechanisms 52 and 54, the pump 62, and the flow rate adjusting mechanism 67. ing. The control device 68 and the first fuel cell stack 22 are connected via a power conditioner that controls current and the like. The same applies to the control device 68 and the second fuel cell stack 24.

また、制御装置68は、水位センサ76Sから受取る集約タンク76の水位情報に基づいて、冷却機構52、54の駆動状態を調整することができる。 Further, the control device 68 can adjust the driving state of the cooling mechanisms 52 and 54 based on the water level information of the aggregation tank 76 received from the water level sensor 76S.

また、制御装置68は、水位センサ76Sから受取る集約タンク76の水位情報に基づいて、分流弁44A、44Bの開閉状態を調整することができる。 Further, the control device 68 can adjust the open / closed state of the flow dividing valves 44A and 44B based on the water level information of the aggregation tank 76 received from the water level sensor 76S.

また、制御装置68は、水位センサ76Sから受取る集約タンク76の水位情報に基づいて、ポンプ62の駆動状態を調整することができる。 Further, the control device 68 can adjust the driving state of the pump 62 based on the water level information of the aggregation tank 76 received from the water level sensor 76S.

また、制御装置68は、水位センサ76Sから受取る集約タンク76の水位情報に基づいて、第1燃料電池セルスタック22及び第2燃料電池セルスタック24における発電量を調整することができる。 Further, the control device 68 can adjust the amount of power generation in the first fuel cell stack 22 and the second fuel cell stack 24 based on the water level information of the aggregation tank 76 received from the water level sensor 76S.

また、制御装置68は、水位センサ76Sから受取る集約タンク76の水位情報に基づいて流量調整機構67を制御して、気化器12への原料ガスの投入量を調整することができる。 Further, the control device 68 can control the flow rate adjusting mechanism 67 based on the water level information of the aggregation tank 76 received from the water level sensor 76S to adjust the input amount of the raw material gas to the vaporizer 12.

<作用・効果>
第1実施形態に係る燃料電池システム10では、水供給管P2から供給された水が、改質器14の改質反応によって消費される[(1)式及び(2)式]。また、第1燃料電池セルスタック22、第2燃料電池セルスタック24の発電によって水が生成される[(4)式]。電流値が高い場合、改質器14で生成された水素の大部分が発電によって消費されるため、改質器14において消費される水量と比較して、第1燃料電池セルスタック22及び第2燃料電池セルスタック24で生成される水量のほうが多い。このため、改質反応及び発電反応を通して、システム内の水は増加する。
<Action / effect>
In the fuel cell system 10 according to the first embodiment, the water supplied from the water supply pipe P2 is consumed by the reforming reaction of the reformer 14 [Equation (1) and (2)]. Further, water is generated by the power generation of the first fuel cell stack 22 and the second fuel cell stack 24 [Equation (4)]. When the current value is high, most of the hydrogen generated in the reformer 14 is consumed by power generation, so that the amount of water consumed in the reformer 14 is compared with the first fuel cell stack 22 and the second fuel cell stack 22. The amount of water produced by the fuel cell stack 24 is larger. Therefore, the water in the system increases through the reforming reaction and the power generation reaction.

発電反応によって生成された水は、システム内を循環する。その一部は第1水タンク32へ蓄えられて集約タンク76へ供給される。その他は第2水タンク34へ蓄えられて集約タンク76へ供給される。集約タンク76へ供給された水は、水供給管P2へ投入され、再度改質反応によって消費される。 The water produced by the power generation reaction circulates in the system. A part of it is stored in the first water tank 32 and supplied to the aggregation tank 76. Others are stored in the second water tank 34 and supplied to the aggregation tank 76. The water supplied to the aggregation tank 76 is charged into the water supply pipe P2 and consumed again by the reforming reaction.

システム内の水(液相)をシステム外に排出することなく減らすためには、排気管P12からシステム外へ、水を「水蒸気として」排出する。燃料電池システム10においては、制御装置68が、第1燃料電池セルスタック22、第2燃料電池セルスタック24、分流弁44A、44B、冷却機構52、54、ポンプ62、流量調整機構67を適宜組合わせて制御することにより、システム外への水蒸気の排出量を調整する。これにより、システム内の水(液相)をシステム外に排出することなく減らすことができる。システム内の水量は、集約タンク76の水量によって判断する。 In order to reduce the water (liquid phase) in the system without discharging it to the outside of the system, the water is discharged "as water vapor" from the exhaust pipe P12 to the outside of the system. In the fuel cell system 10, the control device 68 appropriately assembles the first fuel cell stack 22, the second fuel cell stack 24, the divergence valves 44A and 44B, the cooling mechanisms 52 and 54, the pump 62, and the flow rate adjusting mechanism 67. By controlling it together, the amount of water vapor discharged to the outside of the system is adjusted. As a result, the water (liquid phase) in the system can be reduced without being discharged to the outside of the system. The amount of water in the system is determined by the amount of water in the aggregation tank 76.

具体的には、集約タンク76の水量が少ない場合(水位が水位センサ76Sの下限値に至った場合)、制御装置68は、システム内に水が不足していると判断し、発電量を多くして集約タンク76内の凝縮水量を増やす。又は、冷却機構52、54の冷却強度を強めて、水タンク32、34へ投入される凝縮水量を増やし、集約タンク76内の凝縮水量を増やす。これにより、例えばシステムの起動時に必要な改質水を確保できる。 Specifically, when the amount of water in the aggregation tank 76 is small (when the water level reaches the lower limit of the water level sensor 76S), the control device 68 determines that there is insufficient water in the system and increases the amount of power generation. And increase the amount of condensed water in the aggregation tank 76. Alternatively, the cooling intensity of the cooling mechanisms 52 and 54 is strengthened to increase the amount of condensed water charged into the water tanks 32 and 34, and the amount of condensed water in the aggregation tank 76 is increased. This makes it possible to secure the reformed water required at the time of starting the system, for example.

なお、冷却機構52は、酸化ガス管P5を流れる酸化ガスとアノードオフガス管P6を流れるアノードオフガスとを熱交換させて、アノードオフガスを冷却する。冷却機構52の冷却強度を制御するためには、アノードオフガス管P6に図示しないバイパス経路及び制御弁を設けて、酸化ガス管P5を流れる酸化ガスと「熱交換させる」アノードオフガス量と、「熱交換させない」アノードオフガス量とを調整する。 The cooling mechanism 52 cools the anode off gas by exchanging heat between the oxidation gas flowing through the oxide gas pipe P5 and the anode off gas flowing through the anode off gas pipe P6. In order to control the cooling intensity of the cooling mechanism 52, a bypass path and a control valve (not shown) are provided in the anode off-gas pipe P6, and the amount of anode-off gas "heat exchanged" with the oxidation gas flowing through the oxide gas pipe P5 and "heat" are provided. Adjust the amount of anode off gas that is not replaced.

冷却機構54においても、流路P12Aに図示しないバイパスを設ける。これにより、原料ガス管P1を流れる原料ガスと「熱交換させる」排出ガス量と、「熱交換させない」排出ガス量とを調整する。 Also in the cooling mechanism 54, a bypass (not shown) is provided in the flow path P12A. As a result, the amount of exhaust gas "heat exchanged" with the raw material gas flowing through the raw material gas pipe P1 and the amount of exhaust gas "not heat exchanged" are adjusted.

なお、冷却機構52、54としては、このようにシステム内の流体を利用する実施形態の他、冷却ファンや外部から引き込んだシステム外の冷却水を用いてもよい。冷却ファンや冷却水を用いる場合、バイパス経路を設ける必要はない。 As the cooling mechanisms 52 and 54, in addition to the embodiment using the fluid in the system as described above, a cooling fan or cooling water outside the system drawn from the outside may be used. When using a cooling fan or cooling water, it is not necessary to provide a bypass path.

また、集約タンク76の水量が多い場合(水位が水位センサ76Sの上限値に至った場合)、制御装置68は、システム内に水が余っていると判断し、排気管P12からの水蒸気の排出量を多くして集約タンク76内の凝縮水量を減らす。これにより、集約タンク76に凝縮水を排出するドレン管を用いなくても、システムから水を減らすことができる。 Further, when the amount of water in the aggregation tank 76 is large (when the water level reaches the upper limit of the water level sensor 76S), the control device 68 determines that there is excess water in the system and discharges water vapor from the exhaust pipe P12. Increase the amount to reduce the amount of condensed water in the aggregation tank 76. This makes it possible to reduce the amount of water from the system without using a drain pipe for discharging the condensed water in the aggregation tank 76.

集約タンク76内の凝縮水量の調整方法について、制御装置68による制御対象毎に説明する。 The method of adjusting the amount of condensed water in the aggregation tank 76 will be described for each control target by the control device 68.

まずは、発電量を多くして集約タンク76内の凝縮水量を増やす方法の一例について説明する。 First, an example of a method of increasing the amount of power generation to increase the amount of condensed water in the aggregation tank 76 will be described.

(原料ガス投入量の調整)
制御装置68は、水位センサ76Sから受取る集約タンク76の水位情報に基づいて流量調整機構67を制御して、気化器12への原料ガスの投入量を調整することができる。
(Adjustment of raw material gas input)
The control device 68 can control the flow rate adjusting mechanism 67 based on the water level information of the aggregation tank 76 received from the water level sensor 76S to adjust the input amount of the raw material gas to the vaporizer 12.

例えば制御装置68は、集約タンク76の水位(水量)が所定の下限値に至ったという情報を水位センサ76Sから得た場合、流量調整機構67を制御して、気化器12に対する原料ガスの投入量を調整する。具体的には、原料ガスの投入量を増やし、原料ガスの増加分に応じて、適宜、改質水の投入量、第1燃料電池セルスタック22における発電量、第2燃料電池セルスタック24における発電量及び第1燃料電池セルスタック22に対する酸化ガス(空気)の投入量を増やす。これにより、第1燃料電池セルスタック22におけるアノードオフガス量及びアノードオフガスに含まれる水蒸気の発生量を増やす。そして、第1水タンク32へ投入される水蒸気量を増やすことができる。このため、第1水タンク32内で凝縮する凝縮水量及び集約タンク76に蓄えられる水量を増やすことができる。 For example, when the control device 68 obtains information from the water level sensor 76S that the water level (water amount) of the aggregation tank 76 has reached a predetermined lower limit value, the control device 68 controls the flow rate adjusting mechanism 67 to input the raw material gas to the vaporizer 12. Adjust the amount. Specifically, the input amount of the raw material gas is increased, and the input amount of the reforming water, the power generation amount in the first fuel cell stack 22, and the second fuel cell stack 24 are appropriately increased according to the increase in the raw material gas. Increase the amount of power generation and the amount of oxide gas (air) input to the first fuel cell stack 22. As a result, the amount of the anode off gas and the amount of water vapor contained in the anode off gas in the first fuel cell stack 22 are increased. Then, the amount of water vapor charged into the first water tank 32 can be increased. Therefore, the amount of condensed water condensed in the first water tank 32 and the amount of water stored in the concentrated tank 76 can be increased.

次に、排気管P12からの水蒸気の排出量を多くして集約タンク76内の凝縮水量を減らす方法の例について説明する。 Next, an example of a method of increasing the amount of water vapor discharged from the exhaust pipe P12 to reduce the amount of condensed water in the aggregation tank 76 will be described.

(冷却機構の制御)
制御装置68は、水位センサ76Sから受取る集約タンク76の水位情報に基づいて、冷却機構52、54の駆動状態を調整することができる。
(Control of cooling mechanism)
The control device 68 can adjust the driving state of the cooling mechanisms 52 and 54 based on the water level information of the aggregation tank 76 received from the water level sensor 76S.

一例として、制御装置68は、集約タンク76の水位(水量)が所定の上限値に至ったという情報を水位センサ76Sから受取った場合、冷却機構52を制御して冷却強度を弱める。又は駆動を停止する。これにより、アノードオフガス管P6を流れるアノードオフガスに含まれる水蒸気が凝縮することが抑制される。このため、第1水タンク32に投入される凝縮水量及び集約タンク76に蓄えられる水量を低減することができる。 As an example, when the control device 68 receives information from the water level sensor 76S that the water level (water amount) of the aggregation tank 76 has reached a predetermined upper limit value, the control device 68 controls the cooling mechanism 52 to weaken the cooling intensity. Or stop the drive. As a result, the water vapor contained in the anode off gas flowing through the anode off gas pipe P6 is suppressed from condensing. Therefore, the amount of condensed water charged into the first water tank 32 and the amount of water stored in the concentrated tank 76 can be reduced.

なお、第1水タンク32へ投入された未凝縮の水蒸気は、第1水タンク32の内部で凝縮する一部を除き、再生ガス管P8を介して第2燃料電池セルスタック24へ投入され、燃焼器16及び排気管P12を介してシステム外へ排出される。このため、第1水タンク32に蓄えられる水量を低減することができる。 The uncondensed water vapor charged into the first water tank 32 is charged into the second fuel cell stack 24 via the regenerated gas pipe P8, except for a part condensed inside the first water tank 32. It is discharged to the outside of the system via the combustor 16 and the exhaust pipe P12. Therefore, the amount of water stored in the first water tank 32 can be reduced.

別の一例として、制御装置68は、集約タンク76の水位(水量)が所定の上限値に至ったという情報を水位センサ76Sから受取った場合、冷却機構54を制御して冷却強度を弱める。又は駆動を停止する。これにより、排気管P12における流路P12Aを流れる排出ガスに含まれる水蒸気が凝縮することが抑制される。このため、第2水タンク34に投入される凝縮水量及び集約タンク76に蓄えられる水量を低減することができる。 As another example, when the control device 68 receives information from the water level sensor 76S that the water level (water amount) of the aggregation tank 76 has reached a predetermined upper limit value, the control device 68 controls the cooling mechanism 54 to weaken the cooling intensity. Or stop the drive. As a result, the condensation of water vapor contained in the exhaust gas flowing through the flow path P12A in the exhaust pipe P12 is suppressed. Therefore, the amount of condensed water charged into the second water tank 34 and the amount of water stored in the concentrated tank 76 can be reduced.

第2水タンク34へ投入された未凝縮の水蒸気は、第2水タンク34の内部で凝縮する一部を除き、流路P12C、P12Bを介してシステム外へ排出される。このため、水タンク34に蓄えられる水量を低減することができる。 The uncondensed water vapor charged into the second water tank 34 is discharged to the outside of the system via the flow paths P12C and P12B except for a part condensed inside the second water tank 34. Therefore, the amount of water stored in the water tank 34 can be reduced.

(分流弁の制御)
制御装置68は、水位センサ76Sから受取る集約タンク76の水位情報に基づいて、分流弁44A、44Bの開閉状態を調整することができる。
(Control of shunt valve)
The control device 68 can adjust the open / closed state of the flow dividing valves 44A and 44B based on the water level information of the aggregation tank 76 received from the water level sensor 76S.

制御装置68は、集約タンク76の水位(水量)が所定の上限値に至ったという情報を水位センサ76Sから得た場合、分流弁44A、44Bを制御して、排出ガスの第2水タンク34への流入量を調整する。具体的には、例えば分流弁44Aを閉鎖し、分流弁44Bを開放する。これにより、排出ガス及び排出ガスに含まれる水蒸気はシステム外に排気され、第2水タンク34へ流入することが抑制される。このため、第2水タンク34の内部で凝縮する凝縮水量を低減することができる。 When the control device 68 obtains information from the water level sensor 76S that the water level (water amount) of the aggregation tank 76 has reached a predetermined upper limit value, the control device 68 controls the flow distribution valves 44A and 44B to control the second water tank 34 for exhaust gas. Adjust the inflow to. Specifically, for example, the diversion valve 44A is closed and the diversion valve 44B is opened. As a result, the exhaust gas and the water vapor contained in the exhaust gas are exhausted to the outside of the system and are suppressed from flowing into the second water tank 34. Therefore, the amount of condensed water condensed inside the second water tank 34 can be reduced.

なお、制御装置68は、分流弁44Aを完全に閉鎖し、かつ、分流弁44Bを完全に開放する必要はない。例えば分流弁44A、分流弁44Bの開き具合は、排気管P12を流れる排出ガスの少なくとも一部が、第2水タンク34に流入することなく流路P12Bから直接排出されるように調整されればよい。 The control device 68 does not need to completely close the diversion valve 44A and completely open the diversion valve 44B. For example, if the opening degree of the diversion valve 44A and the diversion valve 44B is adjusted so that at least a part of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe P12 is directly discharged from the flow path P12B without flowing into the second water tank 34. good.

(ポンプの制御)
制御装置68は、水位センサ76Sから受取る集約タンク76の水位情報に基づいて、ポンプ62の駆動状態を調整することができる。
(Pump control)
The control device 68 can adjust the driving state of the pump 62 based on the water level information of the aggregation tank 76 received from the water level sensor 76S.

例えば制御装置68は、集約タンク76の水位(水量)が所定の上限値に至ったという情報を水位センサ76Sから得た場合、ポンプ62を制御して、集約タンク76から水供給管P2への凝縮水の排出量を調整する。具体的には、ポンプ62の駆動力を高め、集約タンク76からの凝縮水の排出量を多くする。これにより、集約タンク76に蓄えられた水量を低減することができる。 For example, when the control device 68 obtains information from the water level sensor 76S that the water level (water amount) of the aggregation tank 76 has reached a predetermined upper limit value, the control device 68 controls the pump 62 to control the pump 62 from the aggregation tank 76 to the water supply pipe P2. Adjust the amount of condensed water discharged. Specifically, the driving force of the pump 62 is increased, and the amount of condensed water discharged from the aggregation tank 76 is increased. As a result, the amount of water stored in the aggregation tank 76 can be reduced.

(燃料電池スタックの制御)
制御装置68は、水位センサ76Sから受取る集約タンク76の水位情報に基づいて、第1燃料電池セルスタック22及び第2燃料電池セルスタック24の少なくとも一方の発電量を調整することができる。
(Control of fuel cell stack)
The control device 68 can adjust the power generation amount of at least one of the first fuel cell stack 22 and the second fuel cell stack 24 based on the water level information of the aggregation tank 76 received from the water level sensor 76S.

例えば、制御装置68は、集約タンク76の水位(水量)が所定の上限値に至ったという情報を水位センサ76Sから得た場合、第1燃料電池セルスタック22を制御して、第1燃料電池セルスタック22の発電量を調整する。具体的には、第1燃料電池セルスタック22の発電量を減らし、アノードオフガス量及びアノードオフガスに含まれる水蒸気の発生量を低減する。これにより、第1水タンク32へ投入される水蒸気量を低減することができる。このため、第1水タンク32内で凝縮する凝縮水量及び集約タンク76へ流入する凝縮水量を低減することができる。 For example, when the control device 68 obtains information from the water level sensor 76S that the water level (water amount) of the aggregation tank 76 has reached a predetermined upper limit value, the control device 68 controls the first fuel cell cell stack 22 to control the first fuel cell. The amount of power generated by the cell stack 22 is adjusted. Specifically, the amount of power generated by the first fuel cell stack 22 is reduced, and the amount of anode-off gas and the amount of water vapor contained in the anode-off gas are reduced. As a result, the amount of water vapor charged into the first water tank 32 can be reduced. Therefore, the amount of condensed water condensed in the first water tank 32 and the amount of condensed water flowing into the concentrated tank 76 can be reduced.

この際、第2燃料電池セルスタック24における発電量を増やすことで、燃料電池システム全体の発電量の低減を抑制することができる。 At this time, by increasing the amount of power generation in the second fuel cell stack 24, it is possible to suppress a decrease in the amount of power generation in the entire fuel cell system.

別の一例として、制御装置68は、水タンク34の水位(水量)が所定の上限値に至ったという情報を水位センサ32Sから得た場合、第2燃料電池セルスタック24を制御して、第2燃料電池セルスタック24の発電量を調整する。具体的には、第2燃料電池セルスタック24の発電量を減らし、第2燃料電池セルスタック24のアノードオフガス量及びこのアノードオフガスに含まれる水蒸気の発生量を低減する。これにより、水タンク34へ投入される水蒸気量を低減することができる。 As another example, when the control device 68 obtains information from the water level sensor 32S that the water level (water amount) of the water tank 34 has reached a predetermined upper limit value, the control device 68 controls the second fuel cell stack 24 to obtain a second fuel cell stack 24. 2 Adjust the amount of power generated by the fuel cell stack 24. Specifically, the amount of power generated by the second fuel cell stack 24 is reduced, and the amount of anode-off gas in the second fuel cell stack 24 and the amount of water vapor contained in the anode-off gas are reduced. As a result, the amount of water vapor charged into the water tank 34 can be reduced.

なお、第2燃料電池セルスタック24の発電量を減らした場合、第1燃料電池セルスタック22の発電量を増やせば、燃料電池システム10全体の発電量の低減を抑制することができる。但し、第1燃料電池セルスタック22における発電量を増やした場合、第1燃料電池セルスタック22から排出されるアノードオフガスの水蒸気量が増加する。そこで、水タンク34へ流入する水蒸気量が増加することを抑制するために、例えば制御装置68は分流弁44Aを閉じ分流弁44Bを開放して、水タンク34への水蒸気の流入を抑制する。 When the power generation amount of the second fuel cell stack 24 is reduced, the reduction of the power generation amount of the entire fuel cell system 10 can be suppressed by increasing the power generation amount of the first fuel cell stack 22. However, when the amount of power generation in the first fuel cell stack 22 is increased, the amount of water vapor of the anode off gas discharged from the first fuel cell stack 22 increases. Therefore, in order to suppress an increase in the amount of water vapor flowing into the water tank 34, for example, the control device 68 closes the divergence valve 44A and opens the divergence valve 44B to suppress the inflow of water vapor into the water tank 34.

なお、制御装置68は、流量調整機構67の制御、冷却機構52、54の制御、分流弁44A、44Bの制御、ポンプ62の制御、第1燃料電池セルスタック22の制御、第2燃料電池セルスタック24の制御を、適宜組合わせて実行することができる。これらの制御を組合わせることで、集約タンク76における凝縮水量の調整効果を高めることができる。又は、制御装置68は、何れかの制御を単独で行なうこともできる。 The control device 68 controls the flow rate adjusting mechanism 67, the cooling mechanisms 52 and 54, the divergence valves 44A and 44B, the pump 62, the first fuel cell stack 22, and the second fuel cell. The control of the stack 24 can be executed in any combination. By combining these controls, the effect of adjusting the amount of condensed water in the aggregation tank 76 can be enhanced. Alternatively, the control device 68 may perform any control independently.

以上説明したように、第1実施形態に係る燃料電池システム10によると、制御装置68が、流量調整機構67、冷却機構52、54、分流弁44A、44B、ポンプ62、第1燃料電池セルスタック22及び第2燃料電池セルスタック24を制御することで、システム内の水量を調整できる。 As described above, according to the fuel cell system 10 according to the first embodiment, the control device 68 includes a flow rate adjusting mechanism 67, a cooling mechanism 52, 54, a divergence valve 44A, 44B, a pump 62, and a first fuel cell stack. By controlling 22 and the second fuel cell stack 24, the amount of water in the system can be adjusted.

また、燃料電池システム10では、第1水タンク32にはオーバーフロー管P15が接続されており、第1水タンク32における凝縮水の水位が一定の高さになったところで、凝縮水が集約タンク76へ送出される。同様に、第2水タンク34にはオーバーフロー管P14が接続されており、第2水タンク34における凝縮水の水位が一定の高さになったところで、凝縮水が集約タンク76へ送出される。このため、第1水タンク32、第2水タンク34からの排水を無くすことができる。 Further, in the fuel cell system 10, an overflow pipe P15 is connected to the first water tank 32, and when the water level of the condensed water in the first water tank 32 reaches a certain height, the condensed water is collected in the concentrated tank 76. Is sent to. Similarly, the overflow pipe P14 is connected to the second water tank 34, and when the water level of the condensed water in the second water tank 34 reaches a certain height, the condensed water is sent to the aggregation tank 76. Therefore, drainage from the first water tank 32 and the second water tank 34 can be eliminated.

また、制御装置68が、第1水タンク32、第2水タンク34へ投入される凝縮水量を調整する。これにより第1水タンク32、第2水タンク34から集約タンク76へ流入する凝縮水量を少なくすることができる。また、制御装置68は、第2水タンク34へ投入される水蒸気量を調整する。これにより第2水タンク34から集約タンク76へ流入する凝縮水量を少なくすることができる。 Further, the control device 68 adjusts the amount of condensed water charged into the first water tank 32 and the second water tank 34. As a result, the amount of condensed water flowing from the first water tank 32 and the second water tank 34 into the aggregation tank 76 can be reduced. Further, the control device 68 adjusts the amount of water vapor charged into the second water tank 34. As a result, the amount of condensed water flowing from the second water tank 34 into the aggregation tank 76 can be reduced.

また、制御装置68は、集約タンク76から水供給管P2へ排出される凝縮水量を調整する。これにより集約タンク76内の水量を所定範囲内に維持することができる。したがって、集約タンク76からの排水を減らすことができる。さらに、集約タンク76からの排水を無くし、排水のためのドレン設備や工事を省略することができる。 Further, the control device 68 adjusts the amount of condensed water discharged from the aggregation tank 76 to the water supply pipe P2. As a result, the amount of water in the aggregation tank 76 can be maintained within a predetermined range. Therefore, the drainage from the aggregation tank 76 can be reduced. Further, drainage from the centralized tank 76 can be eliminated, and drainage equipment and construction for drainage can be omitted.

なお、第1実施形態に係る燃料電池システム10では、排気管P12の流路P12Aに冷却機構54を設けて第2水タンク34へ投入される凝縮水量を調整しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。冷却機構54を設けなくても、分流弁44A、44Bを用いて第2水タンク34へ投入される水蒸気量を調整すればよい。 In the fuel cell system 10 according to the first embodiment, a cooling mechanism 54 is provided in the flow path P12A of the exhaust pipe P12 to adjust the amount of condensed water charged into the second water tank 34. The form is not limited to this. Even if the cooling mechanism 54 is not provided, the amount of water vapor charged into the second water tank 34 may be adjusted by using the flow dividing valves 44A and 44B.

また、燃料電池システム10では、アノードオフガス管P6に冷却機構52を設けて第1水タンク32へ投入される凝縮水量を調整しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。冷却機構52を設けなくても、分流弁44A、44Bを用いて第2水タンク34へ投入される水蒸気量を調整すればよい。又は、冷却機構54を用いて第2水タンク34へ投入される凝縮水量を調整すればよい。 Further, in the fuel cell system 10, a cooling mechanism 52 is provided in the anode off-gas pipe P6 to adjust the amount of condensed water charged into the first water tank 32, but the embodiment of the present invention is not limited to this. Even if the cooling mechanism 52 is not provided, the amount of water vapor charged into the second water tank 34 may be adjusted by using the flow dividing valves 44A and 44B. Alternatively, the amount of condensed water charged into the second water tank 34 may be adjusted by using the cooling mechanism 54.

このように、燃料電池システム10においては、冷却機構52、54並びに分流弁44A及び分流弁44Bの何れかを備えていればよい。これらのうち何れかを備えていることで、集約タンク76に蓄えられる水量を調整できる。 As described above, the fuel cell system 10 may be provided with any of the cooling mechanisms 52 and 54 and the shunt valve 44A and the shunt valve 44B. By providing any of these, the amount of water stored in the aggregation tank 76 can be adjusted.

[第2実施形態]
<燃料電池システム>
図2に示す第2実施形態に係る燃料電池システム70は、図1に示す第2水タンク34、集約タンク76、冷却機構54、分流弁44A、44Bが設けられていない点で、第1実施形態に係る燃料電池システム10と異なる。また、燃料電池システム70においては、第1水タンク32に水位センサ32Sが設けられ、第1水タンク32の水位の下限位置より下方に、水供給管P2の端部が接続されている。
[Second Embodiment]
<Fuel cell system>
The fuel cell system 70 according to the second embodiment shown in FIG. 2 is first implemented in that the second water tank 34, the aggregation tank 76, the cooling mechanism 54, and the diversion valves 44A and 44B shown in FIG. 1 are not provided. It is different from the fuel cell system 10 according to the embodiment. Further, in the fuel cell system 70, the water level sensor 32S is provided in the first water tank 32, and the end portion of the water supply pipe P2 is connected below the lower limit position of the water level of the first water tank 32.

なお、第2実施形態において、第1実施形態に係る燃料電池システム10と同一の構成については同一の符号を用いてその説明を省略する。また、第1実施形態に係る燃料電池システム10と同一の構成による同一の効果についても説明を省略する。 In the second embodiment, the same reference numerals are used for the same configuration as the fuel cell system 10 according to the first embodiment, and the description thereof will be omitted. Further, the same effect due to the same configuration as the fuel cell system 10 according to the first embodiment will not be described.

(制御装置)
燃料電池システム70における制御装置68は、第1燃料電池セルスタック22、第2燃料電池セルスタック24、水位センサ32S、冷却機構52、ポンプ62、流量調整機構67と電気的に接続されている。
(Control device)
The control device 68 in the fuel cell system 70 is electrically connected to the first fuel cell stack 22, the second fuel cell stack 24, the water level sensor 32S, the cooling mechanism 52, the pump 62, and the flow rate adjusting mechanism 67.

また、制御装置68は、水位センサ32Sから受取る第1水タンク32の水位情報に基づいて、冷却機構52の駆動状態を調整することができる。 Further, the control device 68 can adjust the driving state of the cooling mechanism 52 based on the water level information of the first water tank 32 received from the water level sensor 32S.

また、制御装置68は、水位センサ32Sから受取る第1水タンク32の水位情報に基づいて、ポンプ62の駆動状態を調整することができる。 Further, the control device 68 can adjust the driving state of the pump 62 based on the water level information of the first water tank 32 received from the water level sensor 32S.

また、制御装置68は、水位センサ32Sから受取る第1水タンク32の水位情報に基づいて、第1燃料電池セルスタック22及び第2燃料電池セルスタック24における発電量を調整することができる。 Further, the control device 68 can adjust the amount of power generation in the first fuel cell stack 22 and the second fuel cell stack 24 based on the water level information of the first water tank 32 received from the water level sensor 32S.

また、制御装置68は、水位センサ32Sから受取る第1水タンク32の水位情報に基づいて流量調整機構67を制御して、気化器12への原料ガスの投入量を調整することができる。
<作用・効果>
Further, the control device 68 can control the flow rate adjusting mechanism 67 based on the water level information of the first water tank 32 received from the water level sensor 32S to adjust the input amount of the raw material gas to the vaporizer 12.
<Action / effect>

(原料ガス投入量の調整)
制御装置68は、水位センサ32Sから受取る第1水タンク32の水位情報に基づいて流量調整機構67を制御して、気化器12への原料ガスの投入量を調整することができる。
(Adjustment of raw material gas input)
The control device 68 can control the flow rate adjusting mechanism 67 based on the water level information of the first water tank 32 received from the water level sensor 32S to adjust the input amount of the raw material gas to the vaporizer 12.

例えば制御装置68は、第1水タンク32の水位(水量)が所定の下限値に至ったという情報を水位センサ32Sから得た場合、流量調整機構67を制御して、気化器12に対する原料ガスの投入量を調整する。具体的には、原料ガスの投入量を増やし、原料ガスの増加分に応じて、適宜、改質水の投入量、第1燃料電池セルスタック22における発電量、第2燃料電池セルスタック24における発電量及び第1燃料電池セルスタック22に対する酸化ガス(空気)の投入量を増やす。これにより、第1燃料電池セルスタック22におけるアノードオフガス量及びアノードオフガスに含まれる水蒸気の発生量を増やす。そして、第1水タンク32へ投入される水蒸気量を増やすことができる。このため、第1水タンク32内に蓄えられる水量を増やすことができる。 For example, when the control device 68 obtains information from the water level sensor 32S that the water level (water amount) of the first water tank 32 has reached a predetermined lower limit value, the control device 68 controls the flow rate adjusting mechanism 67 to control the raw material gas for the vaporizer 12. Adjust the input amount of. Specifically, the input amount of the raw material gas is increased, and the input amount of the reforming water, the power generation amount in the first fuel cell stack 22, and the second fuel cell stack 24 are appropriately increased according to the increase in the raw material gas. Increase the amount of power generation and the amount of oxide gas (air) input to the first fuel cell stack 22. As a result, the amount of the anode off gas and the amount of water vapor contained in the anode off gas in the first fuel cell stack 22 are increased. Then, the amount of water vapor charged into the first water tank 32 can be increased. Therefore, the amount of water stored in the first water tank 32 can be increased.

(冷却機構の制御)
制御装置68は、水位センサ32Sから受取る第1水タンク32の水位情報に基づいて、冷却機構52の駆動状態を調整することができる。
(Control of cooling mechanism)
The control device 68 can adjust the driving state of the cooling mechanism 52 based on the water level information of the first water tank 32 received from the water level sensor 32S.

一例として、制御装置68は、第1水タンク32の水位(水量)が所定の上限値に至ったという情報を水位センサ32Sから受取った場合、冷却機構52を制御して冷却強度を弱める。又は駆動を停止する。これにより、アノードオフガス管P6を流れるアノードオフガスに含まれる水蒸気が凝縮することが抑制される。このため、第1水タンク32に投入される凝縮水量を低減することができる。 As an example, when the control device 68 receives information from the water level sensor 32S that the water level (water amount) of the first water tank 32 has reached a predetermined upper limit value, the control device 68 controls the cooling mechanism 52 to weaken the cooling intensity. Or stop the drive. As a result, the water vapor contained in the anode off gas flowing through the anode off gas pipe P6 is suppressed from condensing. Therefore, the amount of condensed water charged into the first water tank 32 can be reduced.

なお、第1水タンク32へ投入された未凝縮の水蒸気は、第1水タンク32の内部で凝縮する一部を除き、再生ガス管P8を介して第2燃料電池セルスタック24へ投入される。このため、第1水タンク32に溜められる凝縮水量を低減することができる。 The uncondensed water vapor charged into the first water tank 32 is charged into the second fuel cell stack 24 via the regenerated gas pipe P8, except for a part condensed inside the first water tank 32. .. Therefore, the amount of condensed water stored in the first water tank 32 can be reduced.

(ポンプの制御)
制御装置68は、水位センサ32Sから受取る第1水タンク32の水位情報に基づいて、ポンプ62の駆動状態を調整することができる。
(Pump control)
The control device 68 can adjust the driving state of the pump 62 based on the water level information of the first water tank 32 received from the water level sensor 32S.

例えば制御装置68は、第1水タンク32の水位(水量)が所定の上限値に至ったという情報を水位センサ32Sから得た場合、ポンプ62を制御して、第1水タンク32から水供給管P2への凝縮水の排出量を調整する。具体的には、ポンプ62の駆動力を高め、第1水タンク32からの凝縮水の排出量を多くする。これにより、第1水タンク32の内部の凝縮水量を低減することができる。 For example, when the control device 68 obtains information from the water level sensor 32S that the water level (water amount) of the first water tank 32 has reached a predetermined upper limit value, the control device 68 controls the pump 62 to supply water from the first water tank 32. Adjust the amount of condensed water discharged to the tube P2. Specifically, the driving force of the pump 62 is increased, and the amount of condensed water discharged from the first water tank 32 is increased. As a result, the amount of condensed water inside the first water tank 32 can be reduced.

(燃料電池スタックの制御)
制御装置68は、水位センサ32Sから受取る第1水タンク32の水位情報に基づいて、第1燃料電池セルスタック22及び第2燃料電池セルスタック24における発電量を調整することができる。
(Control of fuel cell stack)
The control device 68 can adjust the amount of power generation in the first fuel cell stack 22 and the second fuel cell stack 24 based on the water level information of the first water tank 32 received from the water level sensor 32S.

例えば、制御装置68は、第1水タンク32の水位(水量)が所定の上限値に至ったという情報を水位センサ32Sから得た場合、第1燃料電池セルスタック22を制御して、第1燃料電池セルスタック22の発電量を調整する。具体的には、第1燃料電池セルスタック22の発電量を減らし、アノードオフガス量及びアノードオフガスに含まれる水蒸気の発生量を低減する。これにより、第1水タンク32へ投入される水蒸気量を低減することができる。このため、第1水タンク32内で凝縮する凝縮水量を低減することができる。 For example, when the control device 68 obtains information from the water level sensor 32S that the water level (water amount) of the first water tank 32 has reached a predetermined upper limit value, the control device 68 controls the first fuel cell stack 22 to control the first fuel cell stack 22. The amount of power generated by the fuel cell stack 22 is adjusted. Specifically, the amount of power generated by the first fuel cell stack 22 is reduced, and the amount of anode-off gas and the amount of water vapor contained in the anode-off gas are reduced. As a result, the amount of water vapor charged into the first water tank 32 can be reduced. Therefore, the amount of condensed water condensed in the first water tank 32 can be reduced.

なお、この際、第2燃料電池セルスタック24における発電量を増やすことで、燃料電池システム全体の発電量の低減を抑制することができる。 At this time, by increasing the amount of power generation in the second fuel cell stack 24, it is possible to suppress a decrease in the amount of power generation in the entire fuel cell system.

なお、制御装置68は、流量調整機構67の制御、冷却機構52の制御、ポンプ62の制御、第1燃料電池セルスタック22の制御及び第2燃料電池セルスタック24の制御を、適宜組合わせて実行することができる。これらの制御を組合わせることで、第1水タンク32における凝縮水量の調整効果を高めることができる。又は、制御装置68は、何れかの制御を単独で行なうこともできる。 The control device 68 appropriately combines the control of the flow rate adjusting mechanism 67, the control of the cooling mechanism 52, the control of the pump 62, the control of the first fuel cell stack 22, and the control of the second fuel cell stack 24. Can be executed. By combining these controls, the effect of adjusting the amount of condensed water in the first water tank 32 can be enhanced. Alternatively, the control device 68 may perform any control independently.

以上説明したように、第2実施形態に係る燃料電池システム70によると、制御装置68が、第1水タンク32へ投入される凝縮水量を調整する。また、制御装置68は、第1水タンク32から水供給管P2へ排出される凝縮水量を調整する。これにより第1水タンク32内の水量を所定範囲内に維持することができる。したがって、第1水タンク32からの排水を減らすことができる。さらに、第1水タンク32からの排水を無くし、排水のためのドレン管を省略することができる。これにより、配管工事を省略できる。 As described above, according to the fuel cell system 70 according to the second embodiment, the control device 68 adjusts the amount of condensed water charged into the first water tank 32. Further, the control device 68 adjusts the amount of condensed water discharged from the first water tank 32 to the water supply pipe P2. As a result, the amount of water in the first water tank 32 can be maintained within a predetermined range. Therefore, the drainage from the first water tank 32 can be reduced. Further, the drainage from the first water tank 32 can be eliminated, and the drain pipe for drainage can be omitted. As a result, plumbing work can be omitted.

なお、第2実施形態に係る燃料電池システム70では、冷却機構52によって水タンク32へ投入される凝縮水量を調整し、ポンプ62によって水タンク32から排出される凝縮水量を調整しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば燃料電池システム70は、冷却機構52及びポンプ62の何れかを備えていればよい。これらのうち何れかを備えていれば、水タンク32内の凝縮水量を減らすことができる。 In the fuel cell system 70 according to the second embodiment, the amount of condensed water charged into the water tank 32 is adjusted by the cooling mechanism 52, and the amount of condensed water discharged from the water tank 32 is adjusted by the pump 62. The embodiment of the present invention is not limited to this. For example, the fuel cell system 70 may include any of the cooling mechanism 52 and the pump 62. If any of these is provided, the amount of condensed water in the water tank 32 can be reduced.

また、第2実施形態に係る燃料電池システム70では、燃焼器16から排出された排気ガスが排気管P12からシステム外へ直接排気されているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば第1実施形態における第2水タンク34を設けて、排気ガスに含まれる水蒸気を凝縮させてもよい。この場合、第1実施形態と同様に分流弁44A、44B、冷却機構54を更に設けることが好適である。またさらに、この第2水タンク34には、第2水タンク34内の凝縮水を気化器12に供給する水供給経路を接続するとさらに好適である。 Further, in the fuel cell system 70 according to the second embodiment, the exhaust gas discharged from the combustor 16 is directly exhausted from the exhaust pipe P12 to the outside of the system, but the embodiment of the present invention is not limited to this. For example, the second water tank 34 in the first embodiment may be provided to condense the water vapor contained in the exhaust gas. In this case, it is preferable to further provide the flow dividing valves 44A and 44B and the cooling mechanism 54 as in the first embodiment. Further, it is more preferable to connect the second water tank 34 with a water supply path for supplying the condensed water in the second water tank 34 to the vaporizer 12.

さらに、第1実施形態に係る燃料電池システム70においては、集約タンク76に凝縮水の排出経路として水供給管P2のみが接続されているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば集約タンク76には、図示しない水滴供給管の一端を接続し、水滴供給管の他端を排気管P12における流路P12Bに接続してもよい。水滴供給管は、排気管P12に対して、集約タンク76から排出された凝縮水を滴下して供給する。水滴供給管を設けることで、制御装置68は、排気管P12へ滴下される凝縮水量を制御することができる。 Further, in the fuel cell system 70 according to the first embodiment, only the water supply pipe P2 is connected to the aggregation tank 76 as a discharge path for condensed water, but the embodiment of the present invention is not limited to this. For example, one end of a water droplet supply pipe (not shown) may be connected to the aggregation tank 76, and the other end of the water droplet supply pipe may be connected to the flow path P12B in the exhaust pipe P12. The water drop supply pipe drops and supplies the condensed water discharged from the aggregation tank 76 to the exhaust pipe P12. By providing the water drop supply pipe, the control device 68 can control the amount of condensed water dropped on the exhaust pipe P12.

このとき、例えば集約タンク76内の水量が所定の上限値に至った場合、制御装置68は排気管P12へ滴下する凝縮水量を増やす。排気管P12へ滴下された凝縮水は、排気ガスの熱によって蒸発し、水蒸気としてシステム外へ排出される。これにより集約タンク76からシステム外へ排出される水蒸気量を多くできる。このような水滴供給管は、第2実施形態の水タンク32に適用することもできる。あるいは、集約タンク76を備えていない構成における水タンク32、34の少なくとも一方に設けることもできる。 At this time, for example, when the amount of water in the aggregation tank 76 reaches a predetermined upper limit value, the control device 68 increases the amount of condensed water dropped on the exhaust pipe P12. The condensed water dropped on the exhaust pipe P12 evaporates due to the heat of the exhaust gas and is discharged to the outside of the system as water vapor. As a result, the amount of water vapor discharged from the aggregation tank 76 to the outside of the system can be increased. Such a water drop supply pipe can also be applied to the water tank 32 of the second embodiment. Alternatively, it can be provided in at least one of the water tanks 32 and 34 in a configuration that does not include the aggregation tank 76.

また、上記各実施形態においては、燃料電池セルスタックを2段で構成しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば3段以上の任意の段数の燃料電池セルスタックを用いてもよい。 Further, in each of the above embodiments, the fuel cell stack is composed of two stages, but the embodiment of the present invention is not limited to this. For example, a fuel cell stack having an arbitrary number of stages of three or more stages may be used.

また、上記各実施形態に係る燃料電池システムは、第1燃料電池セルスタック22及び第2燃料電池セルスタック24を備えた多段式の燃料電池システムとされているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図1に示す第2燃料電池セルスタック24、カソードオフガス管P11及びアノードオフガス管P13を省略し、再生ガス管P8を改質ガス供給管P4へ接続し、再生ガス管P8を分岐させた分岐管を燃焼器16に接続し、カソードオフガス管P7を燃焼器16に接続した循環式の燃料電池システムとしてもよい。 Further, the fuel cell system according to each of the above embodiments is a multi-stage fuel cell system including the first fuel cell stack 22 and the second fuel cell stack 24, but the embodiment of the present invention is the same. Not limited to. For example, the second fuel cell stack 24, the cathode off gas pipe P11 and the anode off gas pipe P13 shown in FIG. 1 are omitted, the regenerated gas pipe P8 is connected to the reformed gas supply pipe P4, and the regenerated gas pipe P8 is branched. A circulating fuel cell system may be used in which the pipe is connected to the combustor 16 and the cathode off gas pipe P7 is connected to the combustor 16.

また、上記各実施形態においては、燃料ガスを生成するための改質器14を設けているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば改質器14を設けず、第1燃料電池セルスタック22へ水蒸気と原料ガスとを供給してもよい。この場合、第1燃料電池セルスタック22において改質反応を行なう。このように、本発明における「改質部」とは、燃料電池と別体に設けられた改質器14のほか、燃料電池内で改質反応が行われる部分の双方を指すものとする。このように、本発明は様々な態様で実施することができる。 Further, in each of the above embodiments, a reformer 14 for generating fuel gas is provided, but the embodiment of the present invention is not limited to this. For example, steam and raw material gas may be supplied to the first fuel cell stack 22 without providing the reformer 14. In this case, the reforming reaction is performed in the first fuel cell stack 22. As described above, the "reforming unit" in the present invention refers to both the reformer 14 provided separately from the fuel cell and the portion where the reforming reaction is performed in the fuel cell. As described above, the present invention can be carried out in various embodiments.

10、70 燃料電池システム
12 気化器
14 改質器(改質部)
16 燃焼器
22 第1燃料電池セルスタック(燃料電池)
24 第2燃料電池セルスタック(後段燃料電池)
32 第1水タンク
34 第2水タンク
44A 分流弁(バイパス弁)
44B 分流弁(バイパス弁)
52 冷却機構(第1冷却機構)
54 冷却機構(第2冷却機構)
67 流量調整機構
68 制御装置
76 集約タンク
76S 水位センサ
76A 仕切板
P2 水供給管
10, 70 Fuel cell system 12 Vaporizer 14 Reformer (reformer)
16 Combustor 22 1st fuel cell cell stack (fuel cell)
24 Second fuel cell cell stack (second fuel cell)
32 1st water tank 34 2nd water tank 44A Flow valve (bypass valve)
44B shunt valve (bypass valve)
52 Cooling mechanism (first cooling mechanism)
54 Cooling mechanism (second cooling mechanism)
67 Flow rate adjustment mechanism 68 Control device 76 Aggregation tank 76S Water level sensor 76A Partition plate P2 Water supply pipe

Claims (17)

水供給管から供給された水を気化して水蒸気を生成する気化器と、
前記気化器で生成された水蒸気を用いて原料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部と、
前記改質部で生成された前記燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電を行なう燃料電池と、
前記燃料電池の燃料極から排出されたオフガスに含まれる水蒸気が凝縮した凝縮水が蓄えられ、前記水供給管が接続された第1水タンクと、
前記燃料電池の発電量を制御して前記第1水タンクへ投入される水蒸気量を調整することにより前記第1水タンク内の水量を所定範囲に維持する制御装置と、
を備えた燃料電池システム。
A vaporizer that vaporizes the water supplied from the water supply pipe to generate water vapor,
A reforming unit that steam reforms the raw material gas using the steam generated by the vaporizer to generate fuel gas,
A fuel cell that generates electricity by reacting the fuel gas generated in the reforming section with the oxidizing gas,
Condensed water in which water vapor contained in the off-gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell is condensed is stored, and the first water tank to which the water supply pipe is connected and
A control device that maintains the amount of water in the first water tank within a predetermined range by controlling the amount of power generated by the fuel cell and adjusting the amount of water vapor charged into the first water tank.
Fuel cell system with.
前記制御装置は、前記第1水タンクへ投入される凝縮水量及び前記第1水タンクから前記水供給管へ排出される凝縮水量の少なくとも一方を調整して、前記第1水タンク内の水量を所定範囲に維持する、請求項1に記載の燃料電池システム。 The control device adjusts at least one of the amount of condensed water charged into the first water tank and the amount of condensed water discharged from the first water tank to the water supply pipe to adjust the amount of water in the first water tank. The fuel cell system according to claim 1, which is maintained within a predetermined range. 前記制御装置は、前記燃料電池の発電量を減らすことにより、前記オフガスに含まれる水蒸気量を低減して前記第1水タンクへ投入される水蒸気量を低減可能とされた、請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。According to claim 1, the control device can reduce the amount of water vapor contained in the off-gas and reduce the amount of water vapor charged into the first water tank by reducing the amount of power generated by the fuel cell. Item 2. The fuel cell system according to Item 2. 前記制御装置は、前記燃料電池の発電量を増やすことにより、前記オフガスに含まれる水蒸気量を増やして前記第1水タンクへ投入される水蒸気量を増加可能とされた、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の燃料電池システム。Claims 1 to claim that the control device can increase the amount of water vapor contained in the off-gas and increase the amount of water vapor charged into the first water tank by increasing the amount of power generated by the fuel cell. The fuel cell system according to any one of 3. 前記燃料電池は、
前記改質部で生成された前記燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電を行なう第1燃料電池と、前記オフガスに含まれる未反応の燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電を行なう第2燃料電池と、を備え、
前記制御装置は、前記第1燃料電池及び前記第2燃料電池の少なくとも一方の発電量を制御して、前記第1水タンクへ投入される水蒸気量を調整する、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の燃料電池システム。
The fuel cell is
The first fuel cell that generates power by reacting the fuel gas generated in the reforming unit with the oxide gas, and the unreacted fuel gas contained in the off-gas and the oxide gas react with each other to generate power. Equipped with 2 fuel cells
The control device controls the amount of power generation of at least one of the first fuel cell and the second fuel cell to adjust the amount of water vapor charged into the first water tank, according to claims 1 to 4. The fuel cell system according to any one item.
前記第2燃料電池は前記第1水タンクの下流側に配置されている、請求項5に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 5 , wherein the second fuel cell is arranged on the downstream side of the first water tank. 前記制御装置は、前記第1燃料電池の発電量を減らすことにより、前記オフガスに含まれる水蒸気量を低減して前記第1水タンクへ投入される水蒸気量を低減し、かつ、前記第2燃料電池の発電量を増やすことで、発電量の低減を抑制する、請求項6に記載の燃料電池システム。By reducing the amount of power generated by the first fuel cell, the control device reduces the amount of water vapor contained in the off-gas to reduce the amount of water vapor charged into the first water tank, and the second fuel. The fuel cell system according to claim 6, wherein the reduction of the power generation amount is suppressed by increasing the power generation amount of the battery. 水供給管から供給された水を気化して水蒸気を生成する気化器と、
前記気化器で生成された水蒸気を用いて原料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質部と、
前記改質部で生成された前記燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電を行なう燃料電池と、
前記燃料電池から排出されたオフガスに含まれる水蒸気が凝縮した凝縮水が蓄えられる第1水タンクと、
前記燃料電池の空気極から排出された酸化オフガスで前記燃料電池から排出された前記オフガスを燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器から排出された排出ガスに含まれる水蒸気が凝縮した凝縮水が蓄えられる第2水タンクと、
前記燃料電池の発電量を制御して前記第1水タンクへ投入される水蒸気量及び前記第2水タンクへ投入される水蒸気量の少なくとも一方を調整することにより前記第1水タンク内の水量又は前記第2水タンク内の水量を所定範囲に維持する制御装置と、
を備えた燃料電池システム。
A vaporizer that vaporizes the water supplied from the water supply pipe to generate water vapor,
A reforming unit that steam reforms the raw material gas using the steam generated by the vaporizer to generate fuel gas,
A fuel cell that generates electricity by reacting the fuel gas generated in the reforming section with the oxidizing gas,
A first water tank in which condensed water in which water vapor contained in the off-gas discharged from the fuel cell is condensed is stored, and
A combustor that burns the off-gas discharged from the fuel cell with the oxide off-gas discharged from the air electrode of the fuel cell.
A second water tank in which condensed water in which water vapor contained in the exhaust gas discharged from the combustor is condensed is stored, and
By controlling the power generation amount of the fuel cell and adjusting at least one of the amount of water vapor charged into the first water tank and the amount of water vapor charged into the second water tank, the amount of water in the first water tank or A control device that maintains the amount of water in the second water tank within a predetermined range, and
Fuel cell system with.
前記制御装置は、
前記第1水タンクへ投入される凝縮水量、前記第1水タンクから排出される凝縮水量、前記第2水タンクへ投入される凝縮水量及び前記第2水タンクから排出される凝縮水量の少なくとも何れかを調整して、前記第1水タンク内又は前記第2水タンク内の水量を所定範囲に維持する、
請求項8に記載の燃料電池システム。
The control device is
At least one of the amount of condensed water charged into the first water tank, the amount of condensed water discharged from the first water tank, the amount of condensed water charged into the second water tank, and the amount of condensed water discharged from the second water tank. To maintain the amount of water in the first water tank or the second water tank within a predetermined range.
The fuel cell system according to claim 8.
前記排出ガスを前記第2水タンクの上流側で冷却して前記排出ガスに含まれる水蒸気を凝縮する第2冷却機構を備え、
前記制御装置は、前記第2冷却機構を制御して、前記第2水タンクへ投入される凝縮水量を調整する、請求項8又は請求項9に記載の燃料電池システム。
A second cooling mechanism for cooling the exhaust gas on the upstream side of the second water tank and condensing the water vapor contained in the exhaust gas is provided.
The fuel cell system according to claim 8 or 9 , wherein the control device controls the second cooling mechanism to adjust the amount of condensed water charged into the second water tank.
前記第2水タンクを経由せずに前記排出ガスを排出するためのバイパス弁を備え、
前記制御装置は、前記バイパス弁を制御して前記第2水タンクへ投入される水蒸気量を調整する、請求項8〜請求項10の何れか1項に記載の燃料電池システム。
A bypass valve for exhausting the exhaust gas without passing through the second water tank is provided.
The fuel cell system according to any one of claims 8 to 10 , wherein the control device controls the bypass valve to adjust the amount of water vapor charged into the second water tank.
前記燃料電池は、
前記改質部で生成された前記燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電を行なう第1燃料電池と、前記オフガスに含まれる未反応の燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電を行なう第2燃料電池と、を備え、
前記制御装置は、前記第1燃料電池及び前記第2燃料電池の少なくとも一方の発電量を制御して、前記第1水タンク又は前記第2水タンクへ投入される水蒸気量を調整する、請求項8〜請求項11の何れか1項に記載の燃料電池システム。
The fuel cell is
The first fuel cell that generates power by reacting the fuel gas generated in the reforming unit with the oxide gas, and the unreacted fuel gas contained in the off-gas and the oxide gas react with each other to generate power. Equipped with 2 fuel cells
The control device controls the amount of power generation of at least one of the first fuel cell and the second fuel cell to adjust the amount of water vapor charged into the first water tank or the second water tank. 8. The fuel cell system according to any one of claims 11.
前記第2燃料電池は前記第1水タンクの下流側に配置されている、請求項12に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 12 , wherein the second fuel cell is arranged on the downstream side of the first water tank. 前記オフガスを前記第1水タンクの上流側又は前記第1水タンク内で冷却して前記オフガスに含まれる水蒸気を凝縮する第1冷却機構を備え、
前記制御装置は、前記第1冷却機構を制御して、前記第1水タンクへ投入される凝縮水量を調整する、請求項1〜請求項13の何れか1項に記載の燃料電池システム。
A first cooling mechanism for cooling the off-gas upstream of the first water tank or in the first water tank to condense the water vapor contained in the off-gas is provided.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 13 , wherein the control device controls the first cooling mechanism to adjust the amount of condensed water charged into the first water tank.
前記原料ガスの投入量を調整する流量調整機構を備え、
前記制御装置は、前記流量調整機構を制御して発電量を調整する、請求項1〜請求項14の何れか1項に記載の燃料電池システム。
It is equipped with a flow rate adjustment mechanism that adjusts the input amount of the raw material gas.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 14 , wherein the control device controls the flow rate adjusting mechanism to adjust the amount of power generation.
前記燃料電池の空気極から排出された酸化オフガスで前記燃料電池から排出された前記オフガスを燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器から排出された排出ガスをシステム外へ排出する排気管と、
前記第1水タンクに蓄えられた前記凝縮水を前記排気管へ供給する水滴供給管と、を備え、
前記制御装置は、前記排気管へ供給される凝縮水量を制御して、前記第1水タンクから排出される凝縮水量を調整する、請求項1〜請求項15の何れか1項に記載の燃料電池システム。
A combustor that burns the off-gas discharged from the fuel cell with the oxide off-gas discharged from the air electrode of the fuel cell.
An exhaust pipe that discharges the exhaust gas discharged from the combustor to the outside of the system,
A water droplet supply pipe for supplying the condensed water stored in the first water tank to the exhaust pipe is provided.
The fuel according to any one of claims 1 to 15 , wherein the control device controls the amount of condensed water supplied to the exhaust pipe to adjust the amount of condensed water discharged from the first water tank. Battery system.
前記燃焼器から排出された前記排出ガスをシステム外へ排出する排気管と、
前記第1水タンク及び前記第2水タンクの少なくとも一方に蓄えられた前記凝縮水を前記排気管へ供給する水滴供給管と、を備え、
前記制御装置は、前記排気管へ供給される凝縮水量を制御して、前記第1水タンク及び前記第2水タンクの少なくとも一方から排出される凝縮水量を調整する、請求項8〜請求項13の何れか1項に記載の燃料電池システム。
An exhaust pipe that discharges the exhaust gas discharged from the combustor to the outside of the system,
A water droplet supply pipe for supplying the condensed water stored in at least one of the first water tank and the second water tank to the exhaust pipe is provided.
The control device controls the amount of condensed water supplied to the exhaust pipe to adjust the amount of condensed water discharged from at least one of the first water tank and the second water tank, claims 8 to 13. The fuel cell system according to any one of the above items.
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