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JP7720271B2 - fuel cell system - Google Patents
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JP7720271B2 - fuel cell system - Google Patents

fuel cell system

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JP7720271B2
JP7720271B2 JP2022032878A JP2022032878A JP7720271B2 JP 7720271 B2 JP7720271 B2 JP 7720271B2 JP 2022032878 A JP2022032878 A JP 2022032878A JP 2022032878 A JP2022032878 A JP 2022032878A JP 7720271 B2 JP7720271 B2 JP 7720271B2
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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.

燃料電池システムは、空気に不純物を多く含む環境に設置されることがある。発電用に燃料電池セルスタックのカソードへ不純物を含んだ空気を供給し続けると、燃料電池セルスタックの触媒被毒や構成部品の腐食等の劣化が加速し、システムの故障や寿命の低下を招くことが考えられる。 Fuel cell systems are sometimes installed in environments where the air contains a large amount of impurities. If air containing impurities is continuously supplied to the cathode of the fuel cell stack for power generation, deterioration such as catalyst poisoning and corrosion of component parts in the fuel cell stack will accelerate, potentially leading to system failure or a shortened lifespan.

そこで、特許文献1では、不純物を除去するために、空気を改質水中にバブリングさせて空気中の不純物を凝縮水に溶解させ、浄化された空気を空気極へ供給する技術が開示されている。特許文献1の技術によれば、改質水を用いて、水溶性の不純物を空気から簡易に取り除くことができる。 Patent Document 1 discloses a technology for removing impurities by bubbling air through reforming water, dissolving the impurities in the air into condensed water, and supplying the purified air to the air electrode. According to the technology in Patent Document 1, water-soluble impurities can be easily removed from air using reforming water.

特開2000-331703号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-331703

しかしながら、特許文献1のように、改質水タンクを密閉してバブリングした場合、凝縮器やその他の配管へ空気が逆流することも考えられる。 However, if the reformed water tank is sealed and bubbled, as in Patent Document 1, it is possible that air may flow back into the condenser or other piping.

本発明は、上記事実を考慮して成されたものであり、燃料電池の空気極に供給される空気を簡易に浄化すると共に、空気の逆流を抑制することを目的とする。 The present invention was developed in consideration of the above, and aims to easily purify the air supplied to the air electrode of a fuel cell while suppressing backflow of air.

請求項1に係る燃料電池システムは、原料ガスを改質して水素ガスを含む燃料ガスを生成する改質部と、燃料極へ供給される前記燃料ガスと空気極へ供給される空気により発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出されたオフガス中の水を凝縮させる凝縮部と、前記凝縮部で凝縮された水が流入する流入口と、前記流入口から流入した水を貯留する水貯留室と、前記水貯留室の下部に設けられ前記水貯留室へ空気を流入させるエア流入部と、前記水貯留室の上部で前記エア流入部から流入された空気を貯留するバブリング後エア貯留部と、前記流入口と前記バブリング後エア貯留部とを隔離する隔離部と、を有する改質水タンクと、前記バブリング後エア貯留部に貯留された空気を前記空気極へ供給するバブリング後エア供給路と、前記水貯留室から前記改質部へ改質水を供給する改質水供給路と、を備えている。 The fuel cell system of claim 1 includes a reforming unit that reforms a feed gas to produce fuel gas containing hydrogen gas; a fuel cell that generates electricity using the fuel gas supplied to an anode and air supplied to an cathode; a condensing unit that condenses water in off-gas discharged from the fuel cell; an inlet through which the water condensed in the condensing unit flows; a water storage chamber that stores the water that flows in from the inlet; an air inlet provided at the bottom of the water storage chamber for flowing air into the water storage chamber; a post-bubbling air storage unit at the top of the water storage chamber that stores the air that flows in from the air inlet; and an isolation unit that isolates the inlet from the post-bubbling air storage unit; a post-bubbling air supply path that supplies the air stored in the post-bubbling air storage unit to the cathode; and a reforming water supply path that supplies reforming water from the water storage chamber to the reforming unit.

請求項1に係る燃料電池システムでは、改質水タンクが、水貯留室を有している。水貯留室には、流入口から凝縮部で凝縮されたオフガス中の水である凝縮水が流入し貯留される。水貯留室の下部に、水貯留室へ空気を流入させるエア流入部が設けられており、エア流入部から空気が流入すると、水貯留室内の水に空気中の水溶性不純物を溶解させて空気から取り除くことができる。バブリング水貯留室の上部のバブリング後エア貯留部に不純物が取り除かれた空気が貯留される。バブリング後エア貯留部に貯留された空気は、バブリング後エア供給路により空気極へ供給される。また、水貯留室に貯留された凝縮水は、改質水として改質水供給路により改質部へ供給される。 In the fuel cell system of claim 1, the reforming water tank has a water storage chamber. Condensed water, which is water in the off-gas condensed in the condenser, flows into the water storage chamber from an inlet and is stored therein. An air inlet is provided at the bottom of the water storage chamber to allow air to flow into the water storage chamber. When air flows in from the air inlet, water-soluble impurities in the air are dissolved in the water in the water storage chamber and removed from the air. The air from which impurities have been removed is stored in a post-bubbling air storage chamber at the top of the bubbling water storage chamber. The air stored in the post-bubbling air storage chamber is supplied to the air electrode via a post-bubbling air supply channel. The condensed water stored in the water storage chamber is supplied to the reformer via a reforming water supply channel as reforming water.

請求項1に係る燃料電池システムによれば、隔離部により流入口とバブリング後エア貯留部とが隔離されているので、バブリング後エア貯留部から流入口へ空気が入り込んで逆流することを抑制できる。 In the fuel cell system of claim 1, the inlet and the post-bubbling air storage section are separated by the isolation section, which prevents air from entering the inlet from the post-bubbling air storage section and flowing back.

請求項2に係る燃料電池システムは、前記隔離部は、前記改質水タンクの天面から前記水貯留室の水位よりも低い位置まで延出され前記バブリング後エア貯留部を区画する隔壁で構成されている。 In the fuel cell system according to claim 2, the isolation section is composed of a partition wall that extends from the top surface of the reforming water tank to a position lower than the water level in the water storage chamber and separates the post-bubbling air storage section.

請求項2に係る燃料電池システムによれば、天面から水貯留部の水位よりも低い位置まで隔壁を設けることにより、簡易な構成で流入口とバブリング後エア貯留部とを隔離することができる。 In the fuel cell system according to claim 2, by providing a partition wall from the top surface to a position lower than the water level in the water storage section, the inlet and the post-bubbling air storage section can be separated with a simple structure.

請求項3に係る燃料電池システムは、所定の水位で前記水貯留室から水をオーバーフロー排出させる排出路、を有する。 The fuel cell system according to claim 3 has a discharge path that allows water to overflow and discharge from the water storage chamber at a predetermined water level.

請求項3に係る燃料電池システムによれば、水貯留室における水位の維持を容易に行うことができる。 The fuel cell system according to claim 3 makes it easy to maintain the water level in the water storage chamber.

請求項4に係る燃料電池システムは、前記水貯留室は、前記流入口から水が流入する凝縮水貯留室と、前記凝縮水貯留室と隔離され前記エア流入部が接続されたバブリング水貯留室と、を有し、前記凝縮水貯留室に前記改質水供給路が接続され、前記バブリング水貯留室に前記バブリング後エア貯留部が形成されている。 In the fuel cell system according to claim 4, the water storage chamber includes a condensed water storage chamber into which water flows in from the inlet, and a bubbling water storage chamber isolated from the condensed water storage chamber and connected to the air inlet, the reforming water supply passage is connected to the condensed water storage chamber, and the post-bubbling air storage section is formed in the bubbling water storage chamber.

請求項4に係る燃料電池システムによれば、水貯留室が凝縮水貯留室とバブリング水貯留室に区画されているので、空気中の水溶性不純物が溶解しているバブリング水貯留室の水は凝縮水貯留室へ移動しない。したがって、改質水として不純物の少ない水を改質部へ供給することができる。 In the fuel cell system of claim 4, the water storage chamber is divided into a condensed water storage chamber and a bubbling water storage chamber, so the water in the bubbling water storage chamber, which contains dissolved water-soluble impurities in the air, does not move to the condensed water storage chamber. Therefore, water with fewer impurities can be supplied to the reforming section as reforming water.

本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の空気極に供給される空気を簡易に浄化すると共に、空気の逆流を抑制することができる。 The fuel cell system according to the present invention can easily purify the air supplied to the fuel cell's air electrode and suppress backflow of air.

第1実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment. 第2実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a second embodiment. 第3実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a third embodiment.

<第1実施形態>
本発明の第1実施形態について、図面を参照して説明する。
First Embodiment
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

燃料電池システム10Aは、ユーザ宅や、集合住宅、工場等に設置されている、発電システムである。図1には、本発明の実施形態に係る燃料電池システム10Aの主要構成の概略が示されている。本発明の実施形態に係る燃料電池システム10Aは、主要な構成として、燃料電池セルスタック12、改質器14、燃焼器16、凝縮器18、改質水タンク30、イオン交換樹脂22、を備えている。 The fuel cell system 10A is a power generation system installed in a user's home, an apartment building, a factory, etc. Figure 1 shows an outline of the main components of the fuel cell system 10A according to an embodiment of the present invention. The main components of the fuel cell system 10A according to an embodiment of the present invention include a fuel cell stack 12, a reformer 14, a combustor 16, a condenser 18, a reforming water tank 30, and an ion exchange resin 22.

改質器14には、原料ガス供給管P1が接続されており、原料ガス供給ブロワB1により、原料ガス供給管P1から原料ガスが改質器14へ供給される。原料ガスとしては、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、メタン、都市ガス、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。また、バイオガスを用いてもよい。 A raw material gas supply pipe P1 is connected to the reformer 14, and raw material gas is supplied from the raw material gas supply pipe P1 to the reformer 14 by a raw material gas supply blower B1. The raw material gas is not particularly limited as long as it can be reformed, and hydrocarbon fuels can be used. Examples of hydrocarbon fuels include methane, city gas, natural gas, LP gas (liquefied petroleum gas), coal-reformed gas, and lower hydrocarbon gases. Biogas may also be used.

改質器14では、原料ガスを改質し、水素を含む燃料ガスを生成する。改質器14は、燃料電池セルスタック12の燃料極12Aと接続されている。改質器14で生成された燃料ガスは、燃料ガス管P2を介して燃料電池セルスタック12の燃料極12Aに供給される。 The reformer 14 reforms the raw material gas to produce fuel gas containing hydrogen. The reformer 14 is connected to the fuel electrode 12A of the fuel cell stack 12. The fuel gas produced in the reformer 14 is supplied to the fuel electrode 12A of the fuel cell stack 12 via the fuel gas pipe P2.

燃料電池セルスタック12は、積層された複数の燃料電池セルを有するセルスタックである。燃料電池セルスタック12は、本発明における燃料電池の一例であり、個々の燃料電池セルは、電解質層(不図示)と、当該電解質層の表裏面にそれぞれ積層された燃料極12A、及び空気極12Bと、を有している。なお、燃料電池セルスタック12として、固体酸化物型燃料電池(SOFC)、溶融炭酸塩型燃料電池(MCFC)、固体高分子型燃料電池(PEFC)等、種々の燃料電池を適用することができる。本実施形態では、PEFCを例に説明する。 The fuel cell stack 12 is a cell stack having multiple stacked fuel cells. The fuel cell stack 12 is an example of a fuel cell in the present invention, and each fuel cell has an electrolyte layer (not shown) and a fuel electrode 12A and an air electrode 12B stacked on the front and back surfaces of the electrolyte layer, respectively. Various fuel cells can be used as the fuel cell stack 12, including solid oxide fuel cells (SOFCs), molten carbonate fuel cells (MCFCs), and polymer electrolyte fuel cells (PEFCs). In this embodiment, a PEFC will be used as an example.

燃料電池セルスタック12の空気極12Bには、清浄空気供給路P6の一端が接続されており、清浄空気供給路P6には、清浄空気供給ブロワB3が接続されている。清浄空気供給路P6の上流端側は、後述する改質水タンク30の清浄空気送出口33と接続されている。空気極12Bには、後述する、空気極用フィルタ24、及び、バブリング部34Bを通過した外部空気が清浄空気供給ブロワB3により供給される。空気極用フィルタ24及びバブリング部34Bの詳細については後述する。 One end of a clean air supply channel P6 is connected to the air electrode 12B of the fuel cell stack 12, and a clean air supply blower B3 is connected to the clean air supply channel P6. The upstream end of the clean air supply channel P6 is connected to a clean air outlet 33 of the reforming water tank 30, which will be described later. External air that has passed through an air electrode filter 24 and a bubbling section 34B, which will be described later, is supplied to the air electrode 12B by the clean air supply blower B3. Details of the air electrode filter 24 and the bubbling section 34B will be described later.

燃料電池セルスタック12では、燃料極12A及び空気極12Bにおける発電反応により、発電され、電力が不図示の回路に出力される。 In the fuel cell stack 12, electricity is generated through a power generation reaction at the fuel electrode 12A and the air electrode 12B, and the electricity is output to a circuit (not shown).

燃料極12Aからは燃料極オフガス路P3へ燃料極オフガスが排出され、空気極12Bからは空気極オフガス路P7へ空気極オフガスが排出される。燃料極オフガスには、発電反応で未反応の燃料ガスが含まれており、この燃料極オフガスは燃料極オフガス路P3から燃焼器16へ供給されて燃焼に供される。空気極オフガスには、発電反応で未反応の酸素、発電反応で生成された水等が含まれている。空気極オフガスは、空気極オフガス路P7から凝縮器18へ送出される。 Anode offgas is discharged from the anode 12A to the anode offgas channel P3, and cathode offgas is discharged from the cathode 12B to the cathode offgas channel P7. The anode offgas contains fuel gas that has not reacted in the power generation reaction, and is supplied from the anode offgas channel P3 to the combustor 16 for combustion. The cathode offgas contains oxygen that has not reacted in the power generation reaction, water produced in the power generation reaction, and other substances. The cathode offgas is sent to the condenser 18 from the cathode offgas channel P7.

燃焼器16は、改質器14と隣接して設けられ、燃焼熱により改質器14を加熱する。燃焼器16には、燃料極オフガス路P3から燃料極オフガスが供給され、不図示の空気供給管から供給された空気に含まれる酸素との反応により燃料極オフガス中の可燃成分が燃焼する。 The combustor 16 is located adjacent to the reformer 14 and heats the reformer 14 with the heat of combustion. Anode off-gas is supplied to the combustor 16 from the anode off-gas passage P3, and combustible components in the anode off-gas are combusted by reaction with oxygen contained in air supplied from an air supply pipe (not shown).

燃焼器16の出口側には、燃焼排ガス路P4が接続されている。燃焼器16から燃焼排ガス路P4を介して燃焼排ガスが外部へ排出される。なお、本実施形態では、燃焼排ガスを外部排出する例について説明するが、燃焼排ガス路P4を凝縮器18と接続し、燃焼排ガス中の水も凝縮させて再利用してもよい。 A combustion exhaust gas passage P4 is connected to the outlet side of the combustor 16. Combustion exhaust gas is discharged from the combustor 16 to the outside via the combustion exhaust gas passage P4. Note that while this embodiment describes an example in which combustion exhaust gas is discharged to the outside, the combustion exhaust gas passage P4 may also be connected to a condenser 18, and water in the combustion exhaust gas may also be condensed and reused.

凝縮器18には、空気極オフガス路P7の他端が接続され、空気極オフガス中の気相の水が凝縮され気液分離される。液相となった水は、流路P8を経て、改質水タンク30へ送出される。流路P8には逆止弁V1が設けられている。水が除去された空気極オフガスは、排出路P9から排出される。 The other end of the cathode off-gas passage P7 is connected to the condenser 18, where the gas-phase water in the cathode off-gas is condensed and separated into gas and liquid. The liquid water is sent to the reforming water tank 30 via passage P8. A check valve V1 is provided in passage P8. The cathode off-gas from which the water has been removed is discharged through discharge passage P9.

改質水タンク30は、凝縮水貯留室32及びバブリング水貯留室34を備えている。凝縮水貯留室32及びバブリング水貯留室34により本発明の水貯留室が構成される。凝縮水貯留室32には、水が貯留される流入水貯留部32Bと、流入水貯留部32Bの水面よりも上側に気体が貯留される気体貯留部32Aが構成される。バブリング水貯留室34には、水が貯留されるバブリング部34Bと、バブリング部34Bの水面よりも上側に気体が貯留されるバブリング後エア貯留部34Aが構成される。凝縮水貯留室32とバブリング水貯留室34の間には、気室仕切壁38が設けられている。気室仕切壁38は、気体貯留部32Aとバブリング後エア貯留部34Aの間を互いに気体の移動が行われないように区画し、改質水タンク30の天井面からバブリング部34Bの水面よりも下側まで垂下されている。気室仕切壁38の下端は、床面から離れており、流入水貯留部32Bとバブリング部34Bが下部で連通するように下端位置が設定されている。また、気室仕切壁38の下端位置は、後述するエア流入部35から供給される空気が気室仕切壁38を超えてバブリング部34Bから凝縮水貯留室32側へ流出しない位置に形成されている。 The reformed water tank 30 comprises a condensed water storage chamber 32 and a bubbling water storage chamber 34. The condensed water storage chamber 32 and the bubbling water storage chamber 34 form the water storage chamber of the present invention. The condensed water storage chamber 32 comprises an inflow water storage section 32B in which water is stored, and a gas storage section 32A in which gas is stored above the water surface in the inflow water storage section 32B. The bubbling water storage chamber 34 comprises a bubbling section 34B in which water is stored, and a post-bubbling air storage section 34A in which gas is stored above the water surface in the bubbling section 34B. An air chamber partition wall 38 is provided between the condensed water storage chamber 32 and the bubbling water storage chamber 34. The air chamber partition wall 38 separates the gas storage section 32A and the post-bubbling air storage section 34A to prevent gas from moving between them, and hangs down from the ceiling surface of the reforming water tank 30 to below the water surface in the bubbling section 34B. The lower end of the air chamber partition wall 38 is spaced apart from the floor, and is positioned so that the inflow water storage section 32B and the bubbling section 34B are connected at their lower ends. The lower end of the air chamber partition wall 38 is positioned so that air supplied from the air inflow section 35 (described below) does not flow over the air chamber partition wall 38 from the bubbling section 34B to the condensed water storage chamber 32 side.

凝縮水貯留室32の気体貯留部32Aの上部には、凝縮水流入口31が設けられている。流路P8の下流端は、凝縮水流入口31に接続されており、凝縮器18で凝縮された水は、凝縮水流入口31から凝縮水貯留室32へ流入し、流入水貯留部32Bに貯留される。凝縮水貯留室32の流入水貯留部32Bの下部には、改質水送出口37が設けられている。 A condensed water inlet 31 is provided at the top of the gas storage section 32A of the condensed water storage chamber 32. The downstream end of flow path P8 is connected to the condensed water inlet 31, and water condensed in the condenser 18 flows from the condensed water inlet 31 into the condensed water storage chamber 32 and is stored in the influent water storage section 32B. A reforming water outlet 37 is provided at the bottom of the influent water storage section 32B of the condensed water storage chamber 32.

バブリング水貯留室34のバブリング後エア貯留部34Aの上部には、清浄空気送出口33が設けられている。清浄空気供給路P6の上流端は、清浄空気送出口33に接続されている。 A clean air outlet 33 is provided above the post-bubbling air storage section 34A of the bubbling water storage chamber 34. The upstream end of the clean air supply path P6 is connected to the clean air outlet 33.

バブリング水貯留室34には、気室仕切壁38よりも下側の連通部分を通って凝縮水貯留室32から凝縮水が流入する。 Condensed water flows into the bubbling water storage chamber 34 from the condensed water storage chamber 32 through the communication portion below the air chamber partition wall 38.

バブリング水貯留室34のバブリング部34Bの側壁下部には、エア流入部35が設けられている。エア流入部35には、空気供給管P5の一端が接続されており、空気供給管P5には、空気供給ブロワB2が接続されている。空気供給管P5の空気供給ブロワB2よりも上流側には、空気極用フィルタ24が設けられている。空気極用フィルタ24を通過した外部空気が空気供給ブロワB2によりエア流入部35からバブリング部34Bへ供給される。外部空気は、空気極用フィルタ24により物理的に異物が除去され、水溶性の不純物がバブリング部34Bに貯留された水に溶解して除去され、バブリング後エア貯留部34Aに貯留される。 An air inlet 35 is provided at the bottom of the side wall of the bubbling section 34B of the bubbling water storage chamber 34. One end of an air supply pipe P5 is connected to the air inlet 35, and an air supply blower B2 is connected to the air supply pipe P5. An air electrode filter 24 is provided on the air supply pipe P5 upstream of the air supply blower B2. External air that has passed through the air electrode filter 24 is supplied from the air inlet 35 to the bubbling section 34B by the air supply blower B2. Foreign matter is physically removed from the external air by the air electrode filter 24, and water-soluble impurities are dissolved and removed in the water stored in the bubbling section 34B. After bubbling, the external air is stored in the air storage section 34A.

凝縮水貯留室32の側壁には、水排出路P11が設けられている。水排出路P11は、凝縮水貯留室32の水位が所定の水位に達した場合に、オーバーフローにより排水が行われるように設置されている。 A water discharge channel P11 is provided on the side wall of the condensed water storage chamber 32. The water discharge channel P11 is installed so that water is drained by overflow when the water level in the condensed water storage chamber 32 reaches a predetermined level.

凝縮水貯留室32の下部に設けられた改質水送出口37には、改質水供給路P10の一端が接続されている。改質水供給路P10には、ポンプ21及びイオン交換樹脂22が設けられている。改質水供給路P10の他端は、改質器14に接続されており、凝縮水貯留室32に貯留された水は、ポンプ21の駆動により、イオン交換樹脂22を経て改質器14へ改質水として供給される。イオン交換樹脂22は、イオン交換により、通過する水の不純物を除去する。 One end of the reforming water supply channel P10 is connected to the reforming water outlet 37 located at the bottom of the condensed water storage chamber 32. The reforming water supply channel P10 is provided with a pump 21 and an ion exchange resin 22. The other end of the reforming water supply channel P10 is connected to the reformer 14, and the water stored in the condensed water storage chamber 32 is supplied to the reformer 14 as reforming water via the ion exchange resin 22 when driven by the pump 21. The ion exchange resin 22 removes impurities from the water passing through it by ion exchange.

次に、本実施形態の燃料電池システム10Aの作用について説明する。 Next, the operation of the fuel cell system 10A of this embodiment will be described.

燃料電池システム10Aにおいては、燃料電池セルスタック12の空気極12Bには、バブリング後エア貯留部34Aに貯留された空気が、清浄空気供給ブロワB3により清浄空気供給路P6を通して供給される。バブリング後エア貯留部34Aに貯留された空気は、エア流入部35からバブリング部34Bへ供給されてバブリングされているので、水溶性の不純物がバブリング部34Bに貯留された水に溶解して除去されている。したがって、清浄化された空気を空気極12Bへ供給することができる。 In the fuel cell system 10A, air stored in the post-bubbling air storage section 34A is supplied to the air electrode 12B of the fuel cell stack 12 by the clean air supply blower B3 through the clean air supply path P6. The air stored in the post-bubbling air storage section 34A is supplied from the air inlet section 35 to the bubbling section 34B and bubbled, so water-soluble impurities are dissolved in the water stored in the bubbling section 34B and removed. Therefore, purified air can be supplied to the air electrode 12B.

また、空気極12Bから排出された空気極オフガスは、空気極オフガス路P7から凝縮器18へ送出され、空気極オフガスに含まれる水が凝縮されて、改質水タンク30の凝縮水貯留室32及びバブリング水貯留室34に貯留される。これにより、別途バブリング用のタンクを用意する必要がなく、簡易な構成で空気極12Bへ供給する空気から不純物を除去することができる。 In addition, the air electrode off-gas discharged from the air electrode 12B is sent to the condenser 18 through the air electrode off-gas passage P7, where the water contained in the air electrode off-gas is condensed and stored in the condensed water storage chamber 32 and bubbling water storage chamber 34 of the reforming water tank 30. This eliminates the need to prepare a separate bubbling tank and enables impurities to be removed from the air supplied to the air electrode 12B with a simple configuration.

また、気体貯留部32Aは、気室仕切壁38によりバブリング後エア貯留部34Aと隔離されているので、バブリング後エア貯留部34Aから凝縮水流入口31への空気の流入を抑制することができる。 In addition, the gas storage section 32A is separated from the post-bubbling air storage section 34A by the air chamber partition wall 38, which prevents air from flowing from the post-bubbling air storage section 34A into the condensed water inlet 31.

また、凝縮水貯留室32及びバブリング水貯留室34に貯留された水は、オーバーフローにより水排出路P11から排出されるので、改質水タンク30内の水位を簡易に管理することができる。 In addition, the water stored in the condensed water storage chamber 32 and the bubbling water storage chamber 34 is discharged through the water discharge passage P11 by overflow, making it easy to manage the water level in the reforming water tank 30.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態では第1実施形態と同様の部分について同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

本実施形態の燃料電池システム10Bは、第1実施形態の燃料電池システム10Aの気室仕切壁38に加えて、水仕切壁36を有している。また、水排出路P11に代えて、バブリング水排出口39、バブリング水排出路P12、電磁弁V2が設けられている。これらの以外の構成については、図1に示される、第1実施形態の燃料電池システム10Aと同一である。 The fuel cell system 10B of this embodiment has a water partition wall 36 in addition to the air chamber partition wall 38 of the fuel cell system 10A of the first embodiment. Furthermore, instead of the water discharge channel P11, a bubbling water discharge port 39, a bubbling water discharge channel P12, and a solenoid valve V2 are provided. Other than these, the configuration is the same as that of the fuel cell system 10A of the first embodiment shown in FIG. 1.

図2に示されるように、燃料電池システム10Bは、改質水タンク30に水仕切壁36が設けられている。水仕切壁36は、気室仕切壁38よりも凝縮水貯留室32側に気室仕切壁38と離隔して設けられている。水仕切壁36は、気室仕切壁38よりも低い位置に上端が設定されており、水仕切壁36を超えてオーバーフローにより、凝縮水貯留室32側の水がバブリング水貯留室34側へ流入するようになっている。 As shown in FIG. 2, the fuel cell system 10B has a water partition wall 36 provided in the reforming water tank 30. The water partition wall 36 is provided at a distance from the air chamber partition wall 38, closer to the condensed water storage chamber 32 than the air chamber partition wall 38. The upper end of the water partition wall 36 is set at a position lower than the air chamber partition wall 38, so that water on the condensed water storage chamber 32 side overflows over the water partition wall 36 and flows into the bubbling water storage chamber 34 side.

水仕切壁36と気室仕切壁38の間には、封水部40が形成されている。封水部40の水位は、バブリング部34Bと同一高さとなり、凝縮水貯留室32からバブリング水貯留室34への水のオーバーフローは許容するが、気体貯留部32Aとバブリング後エア貯留部34Aの間を気体が移動しないように水で封止されている。 A water seal section 40 is formed between the water partition wall 36 and the air chamber partition wall 38. The water level in the water seal section 40 is the same height as the bubbling section 34B, allowing water to overflow from the condensed water storage chamber 32 to the bubbling water storage chamber 34, but it is sealed with water to prevent gas from moving between the gas storage section 32A and the post-bubbling air storage section 34A.

次に、本実施形態の燃料電池システム10Bの動作について説明する。 Next, the operation of the fuel cell system 10B of this embodiment will be described.

本実施形態でも、第1実施形態と同様に、簡易な構成で空気極12Bへ供給する空気から不純物を除去することができると共に、バブリング後エア貯留部34Aから凝縮水流入口31への空気の流入を抑制することができる。 In this embodiment, as in the first embodiment, impurities can be removed from the air supplied to the air electrode 12B with a simple configuration, and air inflow from the post-bubbling air reservoir 34A to the condensed water inlet 31 can be suppressed.

さらに、本実施形態では、水仕切壁36により、流入水貯留部32Bがバブリング部34Bと区画されており、バブリング部34Bからの水の移動が阻止されているので、不純物が溶解していない凝縮水を改質水として改質器14へ供給することができる。 Furthermore, in this embodiment, the inflow water storage section 32B is separated from the bubbling section 34B by the water partition wall 36, preventing water from moving from the bubbling section 34B, so condensed water without dissolved impurities can be supplied to the reformer 14 as reforming water.

また、本実施形態では、バブリング部34Bに貯留された水を用いた封水により、簡易な構造で凝縮水流入口31をバブリング後エア貯留部34Aから隔離することができる。 In addition, in this embodiment, the condensed water inlet 31 can be isolated from the post-bubbling air reservoir 34A with a simple structure by sealing with water stored in the bubbling section 34B.

<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態では第1、第2実施形態と同様の部分について同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
Third Embodiment
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the same parts as those in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

本実施形態の燃料電池システム10Cは、第2実施形態の燃料電池システム10Bのバブリング水排出口39、バブリング水排出路P12、電磁弁V2が設けられておらず、第1実施形態の燃料電池システム10Aの水排出路P11が設けられている。これらの以外の構成については、図2に示される、第2実施形態の燃料電池システム10Bと同一である。 The fuel cell system 10C of this embodiment does not have the bubbling water outlet 39, bubbling water discharge channel P12, or solenoid valve V2 of the fuel cell system 10B of the second embodiment, but instead has the water discharge channel P11 of the fuel cell system 10A of the first embodiment. Other than these, the configuration is the same as that of the fuel cell system 10B of the second embodiment shown in FIG. 2.

図3に示されるように、燃料電池システム10Cでは、水排出路P11の位置は、水仕切壁36の上端よりも鉛直方向で高い位置に設定されている。凝縮水貯留室32の水位が、水仕切壁36の上端を超えると、凝縮水貯留室32からバブリング水貯留室34への水がオーバーフローにより流出し、さらに、水排出路P11の流出口を超えると、水排出路P11からオーバーフローにより排水が行われるように設置されている。気体貯留部32Aは、大気開放されている。 As shown in FIG. 3, in the fuel cell system 10C, the water discharge channel P11 is positioned vertically higher than the upper end of the water partition wall 36. When the water level in the condensed water storage chamber 32 exceeds the upper end of the water partition wall 36, water overflows from the condensed water storage chamber 32 to the bubbling water storage chamber 34. When the water level exceeds the outlet of the water discharge channel P11, water is drained by overflow from the water discharge channel P11. The gas storage section 32A is open to the atmosphere.

次に、本実施形態の燃料電池システム10Cの動作について説明する。 Next, the operation of the fuel cell system 10C of this embodiment will be described.

本実施形態でも、第1実施形態と同様に、簡易な構成で空気極12Bへ供給する空気から不純物を除去することができると共に、バブリング後エア貯留部34Aから凝縮水流入口31への空気の流入を抑制することができる。 In this embodiment, as in the first embodiment, impurities can be removed from the air supplied to the air electrode 12B with a simple configuration, and air inflow from the post-bubbling air reservoir 34A to the condensed water inlet 31 can be suppressed.

また、第2実施形態と同様に、水仕切壁36により、流入水貯留部32Bがバブリング部34Bと区画されており、バブリング部34Bからの水の移動が阻止されているので、不純物が溶解していない凝縮水を改質水として改質器14へ供給することができる。 Furthermore, as in the second embodiment, the inflow water storage section 32B is separated from the bubbling section 34B by the water partition wall 36, preventing water from moving from the bubbling section 34B, so that condensed water without dissolved impurities can be supplied to the reformer 14 as reforming water.

さらに、凝縮水貯留室32及びバブリング水貯留室34に貯留された水は、オーバーフローにより水排出路P11から排出されるので、改質水タンク30内の水位を簡易に管理することができる。 Furthermore, the water stored in the condensed water storage chamber 32 and the bubbling water storage chamber 34 is discharged through the water discharge passage P11 by overflow, making it easy to manage the water level in the reforming water tank 30.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。 The above describes an embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the above, and it goes without saying that various modifications and variations are possible within the scope of the present invention.

10A、10B、10C 燃料電池システム
12 燃料電池セルスタック(燃料電池)
12A 燃料極
12B 空気極
14 改質器(改質部)
18 凝縮器(凝縮部)
30 改質水タンク
31 凝縮水流入口(流入口)
32 凝縮水貯留室(水貯留室)
34 バブリング水貯留室
34A バブリング後エア貯留部(水貯留室)
35 エア流入部
36 水仕切壁(逆止機構)
38 気室仕切壁(隔離部)
40 封水部(封水構造)
P6 清浄空気供給路(バブリング後エア供給路)
P10 改質水供給路
P11 水排出路(排出路)
10A, 10B, 10C Fuel cell system 12 Fuel cell stack (fuel cell)
12A fuel electrode 12B air electrode 14 reformer (reforming section)
18 Condenser (condensation section)
30 Reformed water tank 31 Condensed water inlet (inlet)
32 Condensate storage chamber (water storage chamber)
34 Bubbling water storage chamber 34A Post-bubbling air storage section (water storage chamber)
35 Air inlet section 36 Water partition wall (check mechanism)
38 Air chamber partition wall (isolation section)
40 Water sealing section (water sealing structure)
P6 Clean air supply path (post-bubbling air supply path)
P10 Reformed water supply path P11 Water discharge path (discharge path)

Claims (4)

原料ガスを改質して水素ガスを含む燃料ガスを生成する改質部と、
燃料極へ供給される前記燃料ガスと空気極へ供給される空気により発電する燃料電池と、
前記燃料電池から排出されたオフガス中の水を凝縮させる凝縮部と、
前記凝縮部で凝縮された水が流入する流入口と、前記流入口から流入した水を貯留する水貯留室と、前記水貯留室の下部に設けられ前記水貯留室へ空気を流入させるエア流入部と、前記水貯留室の上部で前記エア流入部から流入された空気を貯留するバブリング後エア貯留部と、前記流入口と前記バブリング後エア貯留部とを隔離する隔離部と、を有する改質水タンクと、
前記バブリング後エア貯留部に貯留された空気を前記空気極へ供給するバブリング後エア供給路と、
前記水貯留室から前記改質部へ改質水を供給する改質水供給路と、
を備えた燃料電池システム。
a reforming unit that reforms the raw material gas to generate a fuel gas containing hydrogen gas;
a fuel cell that generates electricity using the fuel gas supplied to the fuel electrode and air supplied to the air electrode;
a condensation unit that condenses water in the off-gas discharged from the fuel cell;
a reforming water tank having an inlet through which water condensed in the condenser flows, a water storage chamber for storing the water that has flowed in from the inlet, an air inlet provided in a lower portion of the water storage chamber for allowing air to flow into the water storage chamber, a post-bubbling air storage section provided in an upper portion of the water storage chamber for storing the air that has flowed in from the air inlet section, and an isolation section for isolating the inlet from the post-bubbling air storage section;
a post-bubbling air supply path that supplies the air stored in the post-bubbling air storage section to the air electrode;
a reforming water supply passage that supplies reforming water from the water storage chamber to the reforming unit;
A fuel cell system comprising:
前記隔離部は、前記改質水タンクの天面から前記水貯留室の水位よりも低い位置まで延出され前記バブリング後エア貯留部を区画する隔壁で構成されている、
請求項1に記載の燃料電池システム。
the isolation section is configured as a partition wall extending from the top surface of the reforming water tank to a position lower than the water level of the water storage chamber and partitioning the post-bubbling air storage section.
The fuel cell system according to claim 1 .
所定の水位で前記水貯留室から水をオーバーフロー排出させる排出路、を有する、請求項1または請求項2に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system of claim 1 or 2, further comprising a drainage channel that allows water to overflow and drain from the water storage chamber at a predetermined water level. 前記水貯留室は、前記流入口から水が流入する凝縮水貯留室と、前記凝縮水貯留室と隔離され前記エア流入部が接続されたバブリング水貯留室と、を有し、
前記凝縮水貯留室に前記改質水供給路が接続され、前記バブリング水貯留室に前記バブリング後エア貯留部が形成されている、
請求項1または請求項2に記載の燃料電池システム。
the water storage chamber includes a condensed water storage chamber into which water flows in from the inlet, and a bubbling water storage chamber isolated from the condensed water storage chamber and connected to the air inlet portion;
the reforming water supply passage is connected to the condensed water storage chamber, and the post-bubbling air storage section is formed in the bubbling water storage chamber;
3. The fuel cell system according to claim 1 or 2.
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