JP2010257870A

JP2010257870A - Fuel cell system and its operation method

Info

Publication number: JP2010257870A
Application number: JP2009109071A
Authority: JP
Inventors: Kouichi Kusumura; 浩一楠村; Yoshihisa Tamura; 佳央田村; Hiroaki Kaneko; 広明金子
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2010-11-11

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system and its operation method, wherein water-draining from a water tank is appropriately carried out in a constitution having a valve to shut-off communication between the atmosphere and the water tank to store the water removed from an off-gas exhausted from an anode of the fuel cell. <P>SOLUTION: The fuel cell system includes the fuel cell 12, a fluid passage that includes an off-gas passage 39 in which the off-gas exhausted from the anode of the fuel cell 12 flows and which is communicated with the atmosphere, a first water tank 15 that is communicated with the off-gas passage 39 and stores the water removed from the off-gas, a drain passage 31 to drain the water in the first water tank 15, a drain valve 32 installed in the drain passage 31, a gas passage valve 18 that is installed in the fluid passage to make the fluid passage be communicated with the atmosphere at opening time and to shut-off the gas passage from the atmosphere at a closing time, and a controller 10. The controller 10 opens the drain valve 32 and the gas passage valve 18 for water drain treatment of the first water tank 15. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素を含む水素含有ガス及び酸素を含む酸化剤ガスを利用して発電する燃料電池を備えた燃料電池システム及びその運転方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates power using a hydrogen-containing gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen, and an operation method thereof.

燃料電池システムの一つとして、高分子電解質形燃料電池を備え、この燃料電池の内部で、アノードに還元剤ガスとして供給された水素を含有する燃料ガスと、カソードに酸化剤ガスとして供給された空気とを、電気化学的に反応させることにより発電するものが知られている。このような燃料電池システムには、一般的に、燃料電池の他に、都市ガス等の原料と水蒸気とから水蒸気改質反応によって燃料ガスを生成する燃料ガス生成装置が備えられている。 As one of the fuel cell systems, a polymer electrolyte fuel cell is provided. Inside this fuel cell, a fuel gas containing hydrogen supplied as a reducing agent gas to the anode and an oxidant gas supplied to the cathode One that generates electricity by electrochemically reacting with air is known. In general, such a fuel cell system includes a fuel gas generation device that generates a fuel gas from a raw material such as city gas and water vapor by a steam reforming reaction in addition to the fuel cell.

燃料ガス生成装置には、水蒸気改質反応の熱源として燃焼器（バーナー）が備えられており、この燃焼器へは、燃料電池のアノードから排出された余剰の燃料ガスを含むガス（アノードオフガス）が、その含有する水分（微細な水滴や水蒸気）を除去するように適切に処理されたあとに供給される。こうしたアノードオフガスから除去された水分は、水タンクに貯えられる。このような水タンクは、通常、可燃性のアノードオフガスが、そのまま大気に漏洩することを防止するため、燃焼器の燃焼排ガス流路以外の部分では、大気と連通することのないよう構成されている。例えば、上記水タンクとして、排水経路が開閉弁による封止機構と水封止による封止機構とで二重にシールされた水タンクを備えた燃料電池システムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。 The fuel gas generation device is provided with a combustor (burner) as a heat source for the steam reforming reaction, and the combustor includes a gas containing excess fuel gas discharged from the anode of the fuel cell (anode off gas). Is supplied after it has been properly treated to remove the water it contains (fine water droplets and water vapor). The water removed from the anode off gas is stored in a water tank. Such a water tank is normally configured not to communicate with the atmosphere in a portion other than the combustion exhaust gas flow path of the combustor in order to prevent the combustible anode off gas from leaking into the atmosphere as it is. Yes. For example, a fuel cell system including a water tank in which a drainage path is doubly sealed by a sealing mechanism by an on-off valve and a sealing mechanism by water sealing is disclosed as the water tank (for example, Patent Documents) 1).

特開２００６−１４７２６４号公報JP 2006-147264 A

ところで、通常、燃料電池システムは、メンテナンスや凍結防止のために水経路内の水抜き処理を実行することが一般的に知られているが、特許文献１記載の燃料電池システムのように、水タンクと燃焼器との間に水タンクと大気との連通を遮断する開閉弁が設けられている場合には、水タンクの排水経路に設けられた開閉弁を開放するだけでは、水タンクから水抜きは適切に遂行されないという課題がある。 Incidentally, it is generally known that a fuel cell system performs a draining process in a water path for maintenance and prevention of freezing. However, like a fuel cell system described in Patent Document 1, If an open / close valve is provided between the tank and the combustor to shut off the communication between the water tank and the atmosphere, the water tank can only be opened by opening the open / close valve provided in the drainage path of the water tank. There is a problem that it is not performed properly.

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、燃料電池のアノー
ドから排出されるオフガスから除去された水を貯える水タンクと大気との連通を遮断する弁を有する構成において、水タンクからの水抜きが適切に遂行される燃料電池システム及びその運転方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and includes a valve that shuts off communication between a water tank that stores water removed from off-gas discharged from an anode of a fuel cell and the atmosphere. An object of the present invention is to provide a fuel cell system in which drainage from a water tank is appropriately performed and an operation method thereof.

本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池のアノードから排出されたオフガスが流れるオフガス流路を含み、大気と連通された流体流路と、前記オフガス流路と連通されて、前記オフガスより除去された水を貯える第１水タンクと、前記第１水タンク内の水を排出する排水路と、前記排水路に設けられた第１弁と、前記流体流路に設けられて、開放時に前記流体流路と大気とを連通し、閉止時に前記ガス流路と大気とを遮断する第２弁と、制御器とを備え、前記制御器は、前記第１水タンクの水抜き処理に、前記第１弁及び前記第２弁を開放するように構成されているものである。 The fuel cell system of the present invention includes a fuel cell, an off-gas passage through which off-gas discharged from the anode of the fuel cell flows, a fluid passage communicated with the atmosphere, and communicated with the off-gas passage, A first water tank for storing water removed from off-gas, a drainage channel for discharging water in the first water tank, a first valve provided in the drainage channel, and a fluid channel, A second valve that communicates the fluid flow path with the atmosphere when opened and shuts off the gas flow path and the atmosphere when closed; and a controller, wherein the controller drains the first water tank. In addition, the first valve and the second valve are configured to be opened.

同様に、本発明の燃料電池システムの運転方法は、燃料電池と、前記燃料電池のアノードから排出されたオフガスが流れるオフガス流路を含み、大気と連通された流体流路と、前記オフガス流路と連通されて、前記オフガスより除去された水を貯える第１水タンクと、前記第１水タンク内の水を排出する排水路と、前記排水路に設けられた第１弁と、前記流体流路に設けられて、開放時に前記流体流路と大気とを連通し、閉止時に前記ガス流路と大気とを遮断する第２弁とを備える燃料電池システムの運転方法であって、前記第１水タンクの水抜き処理において、前記第１弁及び前記第２弁を開放するものである。 Similarly, the operating method of the fuel cell system of the present invention includes a fuel cell, a fluid channel that communicates with the atmosphere, including an off-gas channel through which off-gas discharged from the anode of the fuel cell flows, and the off-gas channel And a first water tank that stores water removed from the off-gas, a drainage channel that drains water in the first water tank, a first valve provided in the drainage channel, and the fluid flow An operation method of a fuel cell system, comprising: a second valve provided in a passage, which communicates the fluid flow path with the atmosphere when opened, and shuts off the gas flow path and the atmosphere when closed. In the water draining process of the water tank, the first valve and the second valve are opened.

上記の燃料電池システム及びその運転方法によれば、第１水タンクの水抜き処理において、第１弁が開放されて排水路を開放されるとともに第２弁を開放して、第１水タンクは流体流路を通じて大気と連通されるので、第１水タンク内の水抜きを適切に遂行することができる。 According to the fuel cell system and the operation method thereof, in the draining process of the first water tank, the first valve is opened to open the drainage channel and the second valve is opened. Since the air is communicated with the atmosphere through the fluid flow path, the water in the first water tank can be appropriately drained.

また、前記燃料電池システムにおいて、前記ガス流路に接続されて、前記第１水タンクにて水分が除去されたあとの前記オフガスを燃焼する燃焼器を更に備え、前記流体流路は、前記燃焼器と接続しており、前記第２弁は、その開放時に、前記燃焼器を介して前記第１水タンクと大気とが連通されるように配設されていることがよい。 The fuel cell system may further include a combustor that is connected to the gas flow path and burns the off-gas after moisture has been removed in the first water tank. It is preferable that the second valve is disposed so that the first water tank and the atmosphere are communicated with each other through the combustor when the second valve is opened.

また、前記燃料電池システムにおいて、前記燃焼器から排出された燃焼排ガスより除去された水を貯えるとともに大気開放された第２水タンクを更に備え、前記流体流路は、前記燃焼器よりも上流において前記第２水タンクと接続されており、前記第２弁は、その開放時に、前記第１水タンクが前記第２水タンクを介して大気と連通するように配設されていることが好ましい。 The fuel cell system further includes a second water tank that stores water removed from the combustion exhaust gas discharged from the combustor and is open to the atmosphere, and the fluid flow path is located upstream of the combustor. It is preferable that the second water tank is connected to the second water tank, and the second valve is disposed so that the first water tank communicates with the atmosphere via the second water tank when the second valve is opened.

或いは、原料を用いて水素を含有する前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成器を更に備え、前記流体経路は、前記燃料ガス生成器の下流において、前記第２水タンクと接続しており、前記第２弁は、その開放時に、前記第１水タンクが、前記第２水タンクを介して大気と連通されるように配設されていてもよい。 Alternatively, it further comprises a fuel gas generator that generates the fuel gas containing hydrogen using a raw material, and the fluid path is connected to the second water tank downstream of the fuel gas generator, The second valve may be arranged so that the first water tank communicates with the atmosphere via the second water tank when the second valve is opened.

また、前記燃料電池システムにおいて、原料を用いて水素を含有する前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成器を更に備え、前記流体経路は、前記燃料ガス生成器の上流において、前記第２水タンクと接続しており、前記第２弁は、その開放時に、前記第１水タンクが、燃料ガス生成器及び前記第２水タンクを介して大気と連通されるように配設されていてもよい。これにより、燃料ガス生成器の内圧が大気圧より高い状態で水抜き処理が実行された場合、燃料ガス生成器の上流より排出されるため、燃料ガス生成器の上流に存在する反応ガス（原料、水蒸気等）が優先的に排出され、水抜き処理において燃料ガス生成器の下流の流体流路を大気と連通させる場合に比して、燃料ガス生成器内のガス中に含まれる一酸化炭素の排出量が低減される。 The fuel cell system may further include a fuel gas generator that generates the fuel gas containing hydrogen using a raw material, and the fluid path is connected to the second water tank upstream of the fuel gas generator. The second valve may be arranged so that the first water tank communicates with the atmosphere via the fuel gas generator and the second water tank when the second valve is opened. As a result, when the water draining process is executed in a state where the internal pressure of the fuel gas generator is higher than the atmospheric pressure, it is discharged from the upstream side of the fuel gas generator. Carbon monoxide contained in the gas in the fuel gas generator as compared with the case where the fluid flow path downstream of the fuel gas generator is communicated with the atmosphere in the drainage process. Emissions are reduced.

また、前記燃料電池システムにおいて、記燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器を、更に備え、前記制御器は、前記第１弁及び前記第２弁の開放時に、前記空気供給器を動作させるように構成されていてもよい。これにより、燃料ガス生成器内の内圧が大気圧より高い状態で第２弁が開放された場合であっても、燃料ガス生成器内から放出される可燃性ガスや一酸化炭素を含むガスは、空気で希釈されて大気に放出されるので安全性上好ましい。 The fuel cell system further includes an air supply for supplying combustion air to the combustor, and the controller controls the air supply when the first valve and the second valve are opened. It may be configured to operate. Thereby, even when the second valve is opened in a state where the internal pressure in the fuel gas generator is higher than the atmospheric pressure, the gas containing the combustible gas and carbon monoxide released from the fuel gas generator is not Since it is diluted with air and released to the atmosphere, it is preferable in terms of safety.

本発明の燃料電池システムによれば、水抜き処理において第１水タンクは流体流路を通じて大気と連通されるため、第１水タンク内の水抜きが適切に遂行される。 According to the fuel cell system of the present invention, since the first water tank communicates with the atmosphere through the fluid flow path in the water draining process, the water draining in the first water tank is appropriately performed.

本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの全体的な構成を示したブロック図である。1 is a block diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの全体的な構成を示したブロック図である。1 is a block diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの水抜き処理における動作を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the operation | movement in the draining process of the fuel cell system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 変形例１に係る燃料電池システムの全体的な構成を示すブロック図である。10 is a block diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to Modification 1. FIG. 変形例２に係る燃料電池システムの全体的な構成を示すブロック図である。10 is a block diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to Modification 2. FIG. 変形例３に係る燃料電池システムの全体的な構成を示すブロック図である。10 is a block diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to Modification 3. FIG. 変形例４に係る燃料電池システムの全体的な構成を示すブロック図である。10 is a block diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to Modification 4. FIG.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複説明を省略する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference symbols throughout the drawings, and redundant description thereof is omitted.

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムについて説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの全体的な構成を示したブロック図である。 (Embodiment 1)
A fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.

〔燃料電池システム５０の構成〕
まず、燃料電池システム５０の概略構成から説明する。図１に示すように、燃料電池システム５０は主として、還元剤ガスとしての水素を含有する燃料ガスと酸化剤ガス（ここでは、空気）とを用いて発電する燃料電池１２と、燃料電池１２で発電した直流電力を取り出して交流電力に変換するインバータ１４と、燃料電池１２内部の燃料ガス流路１２ａに燃料ガスを供給する燃料ガス生成器１１を含む燃料ガス供給器と、燃料電池１２内部の酸化剤ガス流路１２ｃに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器としての空気ブロア１３と、燃料電池システム５０の各構成要素の動作を制御する制御器１０とを備えている。 [Configuration of Fuel Cell System 50]
First, the schematic configuration of the fuel cell system 50 will be described. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 50 mainly includes a fuel cell 12 that generates power using a fuel gas containing hydrogen as a reducing agent gas and an oxidant gas (here, air), and a fuel cell 12. An inverter 14 that takes out the generated DC power and converts it into AC power; a fuel gas supply unit that includes a fuel gas generator 11 that supplies fuel gas to the fuel gas flow path 12 a inside the fuel cell 12; An air blower 13 as an oxidant gas supply unit that supplies an oxidant gas to the oxidant gas flow path 12c and a controller 10 that controls the operation of each component of the fuel cell system 50 are provided.

燃料電池１２の発電で消費されなかった余剰の酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路１２ｃから排出され、カソードオフガス流路３８を流れて、大気中に排出される。一方、燃料電池１２の発電で消費されなかった余剰の燃料ガスは、燃料ガス流路１２ａから排出され、アノードオフガス流路３９を流れる。以下、このアノードオフガス流路３９を、単に「オフガス流路３９」といい、燃料電池１２の燃料ガス流路１２ａから排出されてオフガス流路３９を流れる余剰の燃料ガスを含むアノードオフガスを「オフガス」という。オフガスは、発電中に生じた水や燃料電池１２に供給される燃料ガスに含まれていた水分等に由来する水分を多く含んでいる。そこで、オフガス中に含まれる水分を除去するため、オフガス中の水分を凝縮させる第１凝縮器４０がオフガス流路３９に設けられている。そして、この第１凝縮器４０において凝縮したオフガス中の水分（凝縮水）は、オフガス流路３９に接続された第１水タンク１５に流入して貯えられる。そして、第１凝縮器４０及び第１水タンク１５により水分が分離されたオフガスは、後述するバーナー２０へ供給されて燃焼用燃料として利用される。第１水タンク１５の構成については、後ほど詳述する。なお、上記第１凝縮器は、水もしくは空気によりオフガスを冷却する形態が採用される。また、第１凝縮器４０を設けず、オフガスがオフガス流路３９ａを通過中に凝縮した水が第１水タンク１５に貯えられる形態を採用しても構わない。 Excess oxidant gas that has not been consumed in the power generation of the fuel cell 12 is discharged from the oxidant gas flow path 12c, flows through the cathode off-gas flow path 38, and is discharged into the atmosphere. On the other hand, surplus fuel gas that has not been consumed by the power generation of the fuel cell 12 is discharged from the fuel gas passage 12 a and flows through the anode off-gas passage 39. Hereinafter, the anode off-gas flow path 39 is simply referred to as “off-gas flow path 39”, and the anode off-gas including excess fuel gas discharged from the fuel gas flow path 12a of the fuel cell 12 and flowing through the off-gas flow path 39 is referred to as “off gas. " The off-gas contains a large amount of water derived from water generated during power generation and water contained in the fuel gas supplied to the fuel cell 12. Therefore, in order to remove moisture contained in the offgas, a first condenser 40 that condenses the moisture in the offgas is provided in the offgas passage 39. Then, the moisture (condensed water) in the off gas condensed in the first condenser 40 flows into the first water tank 15 connected to the off gas flow path 39 and is stored therein. The off-gas from which moisture has been separated by the first condenser 40 and the first water tank 15 is supplied to a burner 20 described later and used as a combustion fuel. The configuration of the first water tank 15 will be described in detail later. In addition, the said 1st condenser employ | adopts the form which cools offgas with water or air. Further, the first condenser 40 may not be provided, and a form in which the water condensed while the off gas passes through the off gas passage 39 a may be stored in the first water tank 15.

オフガス流路３９は、燃料電池１２のアノードガス流路１２ａと第１水タンク１５の入口とを接続する第１オフガス流路３９ａと、第１水タンク１５内のオフガスの流路である第２オフガス流路３９ｂと、第１水タンク１５の出口とバーナー２０の入口とを接続する第３オフガス流路３９ｃとで構成されている。第１オフガス流路３９ａと第３オフガス流路３９ｃは何れも配管で構成され、第２オフガス流路３９ｂは第１水タンク１５内の通路３０（空間）で形成されている。このオフガス流路３９の第１水タンク１５と接続された箇所よりも下流側、即ち、第３オフガス流路３９ｃには、その開閉によりオフガス流路３９を開放又は閉止する、ガス流路弁１８（第２弁）が設けられている。このガス流路弁１８の開放時には、オフガス流路３９は大気と連通し、閉止時には、オフガス流路３９は大気と遮断される。つまり、第２弁は、流体流路に設けられた弁のうち大気と流体流路内部とを連通／遮断する開閉弁である。 The off gas passage 39 is a first off gas passage 39 a that connects the anode gas passage 12 a of the fuel cell 12 and the inlet of the first water tank 15, and a second off gas passage in the first water tank 15. The off gas flow path 39b and the third off gas flow path 39c connecting the outlet of the first water tank 15 and the inlet of the burner 20 are configured. Both the first off-gas passage 39a and the third off-gas passage 39c are configured by piping, and the second off-gas passage 39b is formed by a passage 30 (space) in the first water tank 15. A gas flow path valve 18 that opens or closes the off gas flow path 39 by opening or closing the third gas flow path 39c downstream of the portion connected to the first water tank 15 of the off gas flow path 39. (Second valve) is provided. When the gas passage valve 18 is opened, the off gas passage 39 communicates with the atmosphere, and when the gas passage valve 18 is closed, the off gas passage 39 is shut off from the atmosphere. That is, the second valve is an on-off valve that communicates / blocks the atmosphere and the inside of the fluid channel among the valves provided in the fluid channel.

なお、ガス流路弁１８は、無通電時にオフガス流路３９（厳密には、第３オフガス流路３９ｃ）を閉じるように動作するノーマルクローズ型の開閉弁が用いられているが、無通電時にオフガス流路３９を開放するノーマルオープン型の開閉弁であってもよい。 The gas flow path valve 18 is a normally closed on-off valve that operates to close the off gas flow path 39 (strictly speaking, the third off gas flow path 39c) when no power is supplied. A normally open type on-off valve that opens the off-gas flow path 39 may be used.

また、本実施の形態の燃料電池システムは、燃料電池１２をバイパスして燃料ガス生成器１１とアノードオフガス流路３９と接続するバイパス流路９２と、バイパス流路９２への分岐部よりも下流の燃料ガス供給路９１に設けられたアノード入口弁９０と、バイパス流路９２上に設けられたバイパス弁９３と、バイパス流路９２が接続された箇所よりも上流側のアノードオフガス流路３９に設けられたアノード出口弁９４とを備えている。上記構成により、燃料電池システム５０の起動処理においては、アノード入口弁９０とアノード出口弁９４とを閉止するとともにバイパス弁９３を開放し、燃料ガス生成器１１より排出された燃料ガスがバイパス経路９２を介して燃焼器２０に供給される。燃料電池システム５０の発電運転においては、アノード入口弁９０とアノード出口弁９４とを開放するとともにバイパス弁９３を閉止し、燃料ガス生成器１１より排出された燃料ガスは、燃料電池１２のアノードガス流路１２ａ及びアノードオフガス流路３９を介して燃焼器２０に供給される。 In addition, the fuel cell system of the present embodiment bypasses the fuel cell 12 and connects the fuel gas generator 11 and the anode off-gas channel 39 to the downstream side of the bypass channel 92 and the branch to the bypass channel 92. An anode inlet valve 90 provided in the fuel gas supply path 91, a bypass valve 93 provided on the bypass flow path 92, and an anode off-gas flow path 39 upstream from the location where the bypass flow path 92 is connected. And an anode outlet valve 94 provided. With the above configuration, in the startup process of the fuel cell system 50, the anode inlet valve 90 and the anode outlet valve 94 are closed and the bypass valve 93 is opened, and the fuel gas discharged from the fuel gas generator 11 is bypassed by the bypass path 92. To be supplied to the combustor 20. In the power generation operation of the fuel cell system 50, the anode inlet valve 90 and the anode outlet valve 94 are opened and the bypass valve 93 is closed. The fuel gas discharged from the fuel gas generator 11 is the anode gas of the fuel cell 12. It is supplied to the combustor 20 through the flow path 12 a and the anode off gas flow path 39.

〔燃料供給系統〕
ここで、燃料電池システム５０の燃料ガス供給器の一例である燃料ガス生成器１１について詳細に説明する。燃料ガス生成器１１は、少なくとも炭素及び水素を構成元素として含む有機化合物を含む原料を用いて改質反応により水素（Ｈ_２ガス）を含む燃料ガスを生成し、燃料電池１２へ生成した燃料ガスを供給するよう構成されている。又、燃料ガス生成器１１に上記原料を供給する原料供給器１９と、燃料ガス生成器１１に上記改質反応に用いられる水蒸気用の水の水供給源としての第２水タンク７３と、第２水タンク７３より燃料ガス生成器１１に供給される水が流れる第１流路８１と、この第１流路８１に設けられ、第２水タンク７３から燃料ガス生成器１１に水を供給するための第１ポンプ４２とを備える。なお、本実施の形態において燃料ガス生成器１１は、水蒸気改質反応に燃料ガスを生成するよう構成されているが、オートサーマル反応や部分酸化反応に燃料ガスを生成する形態を採用しても構わない。 [Fuel supply system]
Here, the fuel gas generator 11 which is an example of the fuel gas supply device of the fuel cell system 50 will be described in detail. The fuel gas generator 11 generates a fuel gas containing hydrogen (H ₂ gas) by a reforming reaction using a raw material containing an organic compound containing at least carbon and hydrogen as constituent elements, and the fuel gas generated in the fuel cell 12 Is configured to supply. Also, a raw material supplier 19 for supplying the raw material to the fuel gas generator 11, a second water tank 73 as a water supply source of water for steam used for the reforming reaction to the fuel gas generator 11, A first flow path 81 through which water supplied from the two-water tank 73 to the fuel gas generator 11 flows, and water is supplied from the second water tank 73 to the fuel gas generator 11. A first pump 42. In the present embodiment, the fuel gas generator 11 is configured to generate fuel gas for the steam reforming reaction. However, the fuel gas generator 11 may be configured to generate fuel gas for autothermal reaction or partial oxidation reaction. I do not care.

燃料ガス生成器１１は、原料と水蒸気から水蒸気改質反応によって改質ガスを生成する改質器（図示略）を備えている。なお、改質器より送出された改質ガス中の一酸化炭素を低減するための反応器として、水蒸気と一酸化炭素ガスを水素ガスと二酸化炭素ガスにシフト反応させる変成器（図示略）と、酸化反応により一酸化炭素を低減させる酸化器（図示略）とを、備える形態を採用しても構わない。 The fuel gas generator 11 includes a reformer (not shown) that generates a reformed gas from a raw material and steam by a steam reforming reaction. As a reactor for reducing carbon monoxide in the reformed gas sent from the reformer, a shifter (not shown) that shifts and reacts water vapor and carbon monoxide gas into hydrogen gas and carbon dioxide gas; A form provided with an oxidizer (not shown) that reduces carbon monoxide by an oxidation reaction may be adopted.

改質器は、改質反応を促進する改質触媒体（図示略）を備えており、この改質触媒体への反応熱を供給するバーナー２０（燃焼器）を備えている。さらに、該バーナー２０に燃焼用の空気を供給する燃焼ファン２１（空気供給器）を備えている。バーナー２０では、燃焼ファン２１から送風される空気によって内部にある燃料ガスを可燃濃度範囲に希釈するとともに、この混合ガスがバーナー２０の内部で燃焼されて高温の燃焼排ガスを生成する。そして、改質器では、この高温の燃焼排ガスとの熱交換によって改質触媒体が加熱され、改質触媒体と熱交換したあとの燃焼排ガスは、第２水タンク７３内と連通された燃焼排ガス流路８７に排出される。燃焼排ガス流路８７に排出された燃焼排ガスは、第２凝縮器４１においてガス中に含まれる水分が凝縮される。そして、第２凝縮器４１で生じた凝縮水は、第２水タンク７３に流入し、水分が除去されたあとの燃焼排ガスは、第２水タンク７３に設けられた排気口を通じて大気中に放出される。なお、上記第１凝縮器は、水もしくは空気によりオフガスを冷却する形態が採用される。また、第２凝縮器４１を設けず、燃焼排ガスが燃焼排ガス流路８７を通過中に凝縮した水が第２水タンク７３に貯えられる形態を採用しても構わない。 The reformer includes a reforming catalyst body (not shown) that promotes the reforming reaction, and includes a burner 20 (combustor) that supplies reaction heat to the reforming catalyst body. Further, a combustion fan 21 (air supply device) for supplying combustion air to the burner 20 is provided. In the burner 20, the fuel gas inside is diluted to the combustible concentration range by the air blown from the combustion fan 21, and the mixed gas is combusted inside the burner 20 to generate high-temperature combustion exhaust gas. In the reformer, the reforming catalyst body is heated by heat exchange with the high-temperature combustion exhaust gas, and the combustion exhaust gas after heat exchange with the reforming catalyst body is combusted in communication with the second water tank 73. It is discharged into the exhaust gas passage 87. The flue gas discharged into the flue gas passage 87 is condensed with moisture contained in the gas in the second condenser 41. The condensed water generated in the second condenser 41 flows into the second water tank 73, and the combustion exhaust gas after the moisture is removed is released into the atmosphere through the exhaust port provided in the second water tank 73. Is done. In addition, the said 1st condenser employ | adopts the form which cools offgas with water or air. Further, the second condenser 41 may not be provided, and a form in which the water condensed while the flue gas passes through the flue gas passage 87 may be stored in the second water tank 73.

〔通水系統〕
次に、第１水タンク１５とその周辺の通水系統の構成について、詳細に説明する。第１水タンク１５は、蓋と底を設けた両端閉塞の筒状の容器である。この容器の略上半分の内部空間は、オフガスが通過する通路３９ｂに相当する領域である。また、容器の略下半分の内部空間は、第１凝縮器４０においてオフガス中に含まれた水分の凝集によって生成した凝縮水３１が貯留される水貯留部として機能する領域である。 [Water system]
Next, the structure of the 1st water tank 15 and the surrounding water flow system is demonstrated in detail. The first water tank 15 is a cylindrical container closed at both ends, provided with a lid and a bottom. The inner space of the substantially upper half of the container is a region corresponding to the passage 39b through which off gas passes. The inner space of the substantially lower half of the container is a region that functions as a water storage section in which the condensed water 31 generated by the aggregation of moisture contained in the offgas in the first condenser 40 is stored.

この第１凝縮器４０と第１水タンク１５とで、オフガスに含まれる水分と気体とを分離する気液分離器が構成されている。この気液分離器では、第１凝縮器４０によりオフガス中に含まれる水蒸気を凝縮させ、第１水タンク１５においてオフガスと凝縮水を分離させることで、バーナー２０でオフガスを燃焼する際に妨げとなり得る水分を適切に排除することができる。 The first condenser 40 and the first water tank 15 constitute a gas-liquid separator that separates moisture and gas contained in the offgas. In this gas-liquid separator, the first condenser 40 condenses the water vapor contained in the off gas, and separates the off gas and the condensed water in the first water tank 15, which hinders combustion of the off gas by the burner 20. The obtained moisture can be appropriately excluded.

また、第１水タンク１５には、第１水タンク１５の水を燃料電池システム５０の外部に排出するための排水路３１と、排水路３１に設けられた排水弁（第１弁）とを備えている。なお、「第１水タンク１５内の水を排水する排水路及びこの排水路に設けられた第１弁」は、上記のように第１水タンク１５に排水路３１及び排水弁３２を設ける直接的な排水構成に限定されず、図２に示すように第１水タンク１５及び第２水タンク７３を接続する第２流路８２及びこれを開閉する水通路弁７５と、第２水タンク７３内の水を燃料電池システム外に排水する排水路３１及び排水弁３２とを設け、水通路弁７５及び排水弁３２を開放することで第２流路８２、第２水タンク７３、排水路３１を介して第１水タンク１５内の水を排出する間接的な排水構成を採用しても構わない。なお、この間接的な排水構成の場合、「排水路」は、第２流路８２、第２水タンク７３、及び排水路３１で構成され、「第１弁」は、水通路弁７５及び排水弁３２で構成される。 The first water tank 15 includes a drainage channel 31 for discharging the water in the first water tank 15 to the outside of the fuel cell system 50 and a drainage valve (first valve) provided in the drainage channel 31. I have. The “drainage for draining the water in the first water tank 15 and the first valve provided in the drainage channel” are directly provided by providing the drainage path 31 and the drainage valve 32 in the first water tank 15 as described above. As shown in FIG. 2, the second flow path 82 that connects the first water tank 15 and the second water tank 73, the water passage valve 75 that opens and closes the second water tank 73, and the second water tank 73. A drainage passage 31 and a drainage valve 32 for draining the water inside the fuel cell system are provided, and the second passage 82, the second water tank 73, the drainage passage 31 are opened by opening the water passage valve 75 and the drainage valve 32. An indirect drainage configuration may be adopted in which the water in the first water tank 15 is discharged via the. In the case of this indirect drainage configuration, the “drainage channel” is composed of the second channel 82, the second water tank 73, and the drainage channel 31, and the “first valve” is the water channel valve 75 and the drainage channel. It consists of a valve 32.

第１水タンク１５は、凝縮水の水位を検知する水位検知器３３を備えている。水位検知器３３は、本実施の形態において、フロート式のレベルスイッチで構成されている。本実施の形態において水位検知器３３は、第１水タンク１５の凝縮水の水位が上昇して、所定の上限水位以上であることと、第１水タンク１５の水位が下限水位未満であることが少なくとも検知されるよう構成されている。 The first water tank 15 includes a water level detector 33 that detects the water level of the condensed water. In the present embodiment, the water level detector 33 is composed of a float type level switch. In the present embodiment, the water level detector 33 is such that the water level of the condensed water in the first water tank 15 rises and is above a predetermined upper limit water level, and the water level in the first water tank 15 is lower than the lower limit water level. Is at least detected.

〔制御器１０〕
ここで、制御器１０について説明する。制御器１０は、例えば、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）及びメモリを備えており、予めメモリに記憶されるプログラム及びパラメータ等のデータに基づき、燃料電池システム５０を構成する各要素の動作を適宜制御する。ここで制御器１０とは、単独の制御器のみならず複数の制御器からなる制御器群をも意味する。 [Controller 10]
Here, the controller 10 will be described. The controller 10 includes, for example, an MPU (microprocessor) and a memory, and appropriately controls the operation of each element constituting the fuel cell system 50 based on data such as a program and parameters stored in advance in the memory. Here, the controller 10 means not only a single controller but also a controller group including a plurality of controllers.

本実施の形態において、制御器１０は、少なくともガス流路弁１８、排水弁３２及び燃焼ファン２１の動作を制御するように構成されている。そして、制御器１０がこれらの動作を適宜制御することにより、燃料電池システム５０における第１水タンク１５の水抜き処理が行われる。 In the present embodiment, the controller 10 is configured to control at least the operations of the gas flow path valve 18, the drain valve 32 and the combustion fan 21. Then, when the controller 10 appropriately controls these operations, the draining process of the first water tank 15 in the fuel cell system 50 is performed.

〔燃料電池システム５０の動作〕
次に、以上のように構成された燃料電池システム５０の動作について説明する。 [Operation of Fuel Cell System 50]
Next, the operation of the fuel cell system 50 configured as described above will be described.

はじめに、燃料電池システム５０の発電運転時の動作を説明する。 First, the operation during the power generation operation of the fuel cell system 50 will be described.

燃料電池システム５０の発電運転時には、燃料ガス生成器１１の内部温度が約７００℃に維持された状態で、原料供給器１９から供給された原料と第１ポンプ４２の動作により第２水タンク７３から第１流路８１を介して供給された水（水蒸気）とを用いて、燃料ガス生成器１１（改質器）の改質反応により水素を含む燃料ガスが生成される。燃料ガス生成器１１から排出された燃料ガスは、燃料電池１２の燃料ガス流路１２ａに送り込まれる一方、空気ブロア１３から送出される空気は、燃料電池１２の酸化剤ガス流路１２ｃに送り込まれる。こうして燃料電池１２の内部において、燃料ガス（水素ガス）と空気（酸素ガス）を消費して発電が行われる。 During the power generation operation of the fuel cell system 50, the second water tank 73 is operated by the raw material supplied from the raw material supplier 19 and the operation of the first pump 42 while the internal temperature of the fuel gas generator 11 is maintained at about 700 ° C. The fuel gas containing hydrogen is generated by the reforming reaction of the fuel gas generator 11 (reformer) using the water (steam) supplied from the first through the first flow path 81. The fuel gas discharged from the fuel gas generator 11 is sent to the fuel gas passage 12a of the fuel cell 12, while the air sent from the air blower 13 is sent to the oxidant gas passage 12c of the fuel cell 12. . Thus, power generation is performed inside the fuel cell 12 by consuming fuel gas (hydrogen gas) and air (oxygen gas).

発電に伴って、燃料電池１２の酸化剤ガス流路１２ｃからは、発電によって消費されなかった残余の空気が大気中に放出される。また、燃料電池１２の燃料ガス流路１２ａからは、発電によって消費されなかった残余の燃料ガスであるオフガスがオフガス流路３９に排出される。オフガス中に含まれる水分は、オフガス流路３９を通るうちに第１凝縮器４０にて凝縮されて、第１水タンク１５に回収される。一方、第１凝縮器４０及び第１水タンク１５により凝縮水と分離されて水分が低減されたオフガスは、開放されたガス流路弁１８を通過し、燃焼用燃料ガスとしてバーナー２０に送られる。バーナー２０では、このオフガスと燃焼ファン２１から送風される空気とが混合され、この混合ガスが燃焼することによって高温の燃焼排ガスが発生する。この燃焼排ガスの熱は、燃料ガス生成器１１において吸熱反応である水蒸気改質反応を進行させるための熱源として利用される。燃料ガス生成器１１に熱を供与したあとの燃焼排ガスは燃焼排ガス流路８７へ排出され、第２凝縮器４１を通過して水分が分離されたあとで大気に放出される。第２凝縮器４１で凝縮した燃焼排ガス中に含まれる水分は、第２水タンク７３に回収される。 Accompanying the power generation, the remaining air that has not been consumed by the power generation is released into the atmosphere from the oxidant gas flow path 12c of the fuel cell 12. Further, off gas, which is the remaining fuel gas that has not been consumed by power generation, is discharged from the fuel gas passage 12 a of the fuel cell 12 to the off gas passage 39. The moisture contained in the off gas is condensed by the first condenser 40 while passing through the off gas passage 39 and is collected in the first water tank 15. On the other hand, the off-gas that has been separated from the condensed water by the first condenser 40 and the first water tank 15 to reduce the moisture passes through the opened gas flow path valve 18 and is sent to the burner 20 as a combustion fuel gas. . In the burner 20, this off gas and the air blown from the combustion fan 21 are mixed, and this mixed gas burns to generate high-temperature combustion exhaust gas. The heat of the combustion exhaust gas is used as a heat source for advancing a steam reforming reaction that is an endothermic reaction in the fuel gas generator 11. The flue gas after supplying heat to the fuel gas generator 11 is discharged to the flue gas passage 87, and after passing through the second condenser 41, moisture is separated and released to the atmosphere. The moisture contained in the combustion exhaust gas condensed by the second condenser 41 is collected in the second water tank 73.

続いて、燃料電池システム５０の第１水タンク１５の水抜き処理について説明する。図３は燃料電池システムの第１水タンク１５の水抜き処理に関する制御の流れ図である。 Next, the draining process of the first water tank 15 of the fuel cell system 50 will be described. FIG. 3 is a flowchart of the control relating to the draining process of the first water tank 15 of the fuel cell system.

上記燃料電池システム５０の水抜き処理は、燃料電池システム５０の発電運転を停止した後において通常実施される。例えば、発電運転停止後の待機状態において燃料電池システム５０の水経路（例えば、第１水タンク１５、第２水タンク７３、及び第１流路８１等）の凍結を防止するための水抜き処理、燃料電池システム５０が水経路の異常で異常停止後のメンテナンスマンによる水抜き処理、長期不在で燃料電池システム５０を長期運転しない場合の使用者による水抜き処理等が挙げられる。なお、これらはあくまで例示であり、水抜き処理の実行条件は、上記に限定されるものではない。 The draining process of the fuel cell system 50 is normally performed after the power generation operation of the fuel cell system 50 is stopped. For example, the draining process for preventing freezing of the water path (for example, the first water tank 15, the second water tank 73, the first flow path 81, etc.) of the fuel cell system 50 in the standby state after the power generation operation is stopped. A drainage process by a maintenance man after the fuel cell system 50 is abnormally stopped due to an abnormality in the water path, a drainage process by a user when the fuel cell system 50 is not operated for a long time due to a long absence, and the like. In addition, these are illustrations to the last, and the execution conditions of the water draining process are not limited to the above.

次に、上記第１の水タンク１５の水抜き処理の具体的な動作フローについて説明する。 Next, a specific operation flow of the draining process of the first water tank 15 will be described.

例えば、使用者が長期不在にするため操作器１００を操作して水抜き処理の指令をすると、図３に示されるように、制御器１０の制御により燃焼ファン２１の動作が開始され（ステップＳ１０１）、次に、排水弁３２（第１弁）及びガス流路弁１８（第２弁）が開放され（ステップＳ１０２）、第１水タンク１５内の水の排水が開始される。ここで、上記ステップＳ１０１により燃焼ファン２１を動作させているため、燃料ガス生成器１１内の内圧が大気圧より高い状態でガス流路弁が開放された場合であっても、燃料ガス生成器１１内から放出される可燃性ガスや一酸化炭素を含むガスが、空気で希釈されて大気に放出され、安全性上好ましい。また、上記燃焼ファン２１の動作開始が、ガス流路弁１８の開放より前である方が、ガス流路弁１８の開放直後にバーナー２０に流入したガスに対しても希釈排出できるので好ましいが、ガス流路弁１８と同時、もしくはその後であっても燃焼ファン２１の動作以降にバーナー２０に流入したガスについては希釈排出されるので構わない。又、本燃焼ファン２１の動作により生じた背圧力により第１水タンク１５の排水が促進される効果も見込まれる。 For example, when the user operates the operating device 100 to give a command for draining processing so that the user is absent for a long time, the operation of the combustion fan 21 is started by the control of the controller 10 as shown in FIG. 3 (step S101). Next, the drain valve 32 (first valve) and the gas flow path valve 18 (second valve) are opened (step S102), and drainage of water in the first water tank 15 is started. Here, since the combustion fan 21 is operated in step S101, the fuel gas generator can be used even when the gas flow path valve is opened with the internal pressure in the fuel gas generator 11 higher than the atmospheric pressure. A gas containing combustible gas or carbon monoxide released from the inside of the gas 11 is diluted with air and released into the atmosphere, which is preferable in terms of safety. In addition, it is preferable that the operation start of the combustion fan 21 is before the gas passage valve 18 is opened because the gas flowing into the burner 20 immediately after the gas passage valve 18 is opened can be diluted and discharged. The gas flowing into the burner 20 after the operation of the combustion fan 21 may be diluted and discharged at the same time as or after the gas flow path valve 18. Further, the effect of promoting the drainage of the first water tank 15 by the back pressure generated by the operation of the combustion fan 21 is also expected.

次に、上記第１タンク１５の排水開始後、水位検知器３３で検知される水位が下限水位以下となったか否かを判定し（ステップＳ１０３）、水位検知器３３で検知される水位が下限水位以下になると、排水弁３２及びガス流路弁１８を閉止させるとともに（ステップＳ１０４）、燃焼ファン２１を停止させ（ステップＳ１０５）、第１水タンク１５の水抜き処理を停止する。 Next, after the drainage of the first tank 15 is started, it is determined whether or not the water level detected by the water level detector 33 is equal to or lower than the lower limit water level (step S103), and the water level detected by the water level detector 33 is lower limit. When the water level or lower is reached, the drain valve 32 and the gas passage valve 18 are closed (step S104), the combustion fan 21 is stopped (step S105), and the water draining process of the first water tank 15 is stopped.

以上のように、本発明の燃料電池システムは、第１水タンク１５の水抜き処理において、排水弁３２を開放して排水路３１を開放するとともにガス流路弁１８を開放して、第１水タンク１５を流体流路を通じて大気と連通させるので、第１水タンク１５の水抜きを適切に遂行することができる。 As described above, in the drainage process of the first water tank 15, the fuel cell system according to the present invention opens the drain valve 32 to open the drain channel 31 and opens the gas channel valve 18 to open the first water tank 15. Since the water tank 15 communicates with the atmosphere through the fluid flow path, the first water tank 15 can be appropriately drained.

（変形例１）
次に、本発明の変形例１に係る燃料電池システムについて説明する。図４は本発明の変形例１に係る燃料電池システムの全体的な構成を示したブロック図である。 (Modification 1)
Next, a fuel cell system according to Modification 1 of the present invention will be described. FIG. 4 is a block diagram showing the overall configuration of the fuel cell system according to Modification 1 of the present invention.

本変形例における燃料電池システム５０は、図４に示すように、実施の形態１に係る燃料電池システムの構成に加えて、第２タンク７３から燃料ガス生成器１１へ水を供給する第１流路８１より分岐した第５流路８８と、この第５流路８８に設けられた開閉弁８９と、を備えている。以下では、第５流路８８及び開閉弁８９について説明し、実施の形態１に係る燃料電池システムと重複する部分の説明は省略する。 As shown in FIG. 4, the fuel cell system 50 in the present modification includes a first flow for supplying water from the second tank 73 to the fuel gas generator 11 in addition to the configuration of the fuel cell system according to the first embodiment. A fifth flow path 88 branched from the path 81 and an on-off valve 89 provided in the fifth flow path 88 are provided. Below, the 5th flow path 88 and the on-off valve 89 are demonstrated, and the description of the part which overlaps with the fuel cell system which concerns on Embodiment 1 is abbreviate | omitted.

第５流路８８に設けられた開閉弁８９は、第１水タンク１５への水抜き処理時に開放されるように制御器１０により開閉制御される。以下に説明する通り、開閉弁８９の開放時には、第１水タンク１５内が大気と連通され、閉止時には第１水タンク１５内が大気と遮断される。 The on / off valve 89 provided in the fifth flow path 88 is controlled to be opened and closed by the controller 10 so as to be opened at the time of draining the first water tank 15. As described below, when the on-off valve 89 is opened, the inside of the first water tank 15 is communicated with the atmosphere, and when the on-off valve 89 is closed, the inside of the first water tank 15 is shut off from the atmosphere.

上記構成の燃料電池システムにおいて、実行される第１水タンク１５の水抜き処理について説明する。実施の形態１の燃料電池システムの水抜き処理と異なる動作を中心に説明し、同様の動作については説明を省略する。本変形例１の燃料電池システムの水抜き処理は、第１水タンク１５を大気と連通させる際の動作が、実施の形態１の燃料電池システムとは異なる。具体的には、上記水抜き処理において、ガス流路弁１８は閉止されたままの状態で、開閉弁８９及びバイパス弁９３が開放される。つまり、燃料ガス生成器１１よりも上流の流体流路（第５流路８８への分岐部よりも下流の第１流路８１及び第５流路８８）を介して第１水タンク１５が大気と連通される。ここで、「第２弁」は、開閉弁８９及びバイパス弁９３により構成される。 The draining process of the first water tank 15 that is executed in the fuel cell system configured as described above will be described. The operation different from the draining process of the fuel cell system of Embodiment 1 will be mainly described, and the description of the same operation will be omitted. The draining process of the fuel cell system of the first modification differs from the fuel cell system of the first embodiment in the operation when the first water tank 15 is communicated with the atmosphere. Specifically, in the water draining process, the on-off valve 89 and the bypass valve 93 are opened while the gas flow path valve 18 remains closed. That is, the first water tank 15 is in the atmosphere via the fluid flow path upstream of the fuel gas generator 11 (the first flow path 81 and the fifth flow path 88 downstream of the branching portion to the fifth flow path 88). Communicated with. Here, the “second valve” is configured by an on-off valve 89 and a bypass valve 93.

これにより、実施の形態１の燃料電池システムと同様に第１水タンク１５の排水が適切に遂行されるとともに、次の効果が得られる。これは、燃料ガス生成器１１の内圧が大気圧より高い状態で水抜き処理が実行された場合、燃料ガス生成器１１内のガスが、燃料ガス生成器１１の上流より排出されるため、燃料ガス生成器１１の上流に存在する反応ガス（原料、水蒸気等）が優先的に排出され、水抜き処理において実施の形態１のように燃料ガス生成器１１の下流を大気と連通させる場合に比して、燃料ガス生成器１１内のガス中に含まれる一酸化炭素の排出量が低減される。 Thereby, the drainage of the first water tank 15 is appropriately performed as in the fuel cell system of Embodiment 1, and the following effects are obtained. This is because when the draining process is executed in a state where the internal pressure of the fuel gas generator 11 is higher than the atmospheric pressure, the gas in the fuel gas generator 11 is discharged from the upstream side of the fuel gas generator 11. Compared to the case where the reaction gas (raw material, water vapor, etc.) existing upstream of the gas generator 11 is preferentially discharged and the downstream of the fuel gas generator 11 is communicated with the atmosphere in the drainage process as in the first embodiment. Thus, the emission amount of carbon monoxide contained in the gas in the fuel gas generator 11 is reduced.

なお、本変形例１の燃料電池システムにおいては、水抜き処理において、バイパス弁９３を開放させ、バイパス経路９２を通じて大気と連通させるよう構成された。しかしながら、本例に限定されるものでなく、アノード入口弁９０及びアノード出口弁９４を開放し、燃料電池１２のアノードガス流路１２ａを通じて大気と連通するよう構成しても構わない。この場合、「第２弁」は、開閉弁８９及びアノード入口弁９０、アノード出口弁９４により構成される。 Note that the fuel cell system of the first modification is configured to open the bypass valve 93 and communicate with the atmosphere through the bypass path 92 in the draining process. However, the present invention is not limited to this example, and the anode inlet valve 90 and the anode outlet valve 94 may be opened and communicated with the atmosphere through the anode gas flow path 12a of the fuel cell 12. In this case, the “second valve” is configured by the on-off valve 89, the anode inlet valve 90, and the anode outlet valve 94.

（変形例２）
次に、本変形例における燃料電池システム５０は、図５に示すように、実施の形態１に係る燃料電池システムの構成に加えて、原料供給器１９から供給される燃料ガス生成器１１に流れる原料供給路より分岐した第５流路８８と、この第５流路８８に設けられた開閉弁８９と、を備えている。以下では、第５流路８８及び開閉弁８９について説明し、実施の形態１に係る燃料電池システムと重複する部分の説明は省略する。 (Modification 2)
Next, as shown in FIG. 5, the fuel cell system 50 in the present modification flows to the fuel gas generator 11 supplied from the raw material supplier 19 in addition to the configuration of the fuel cell system according to the first embodiment. A fifth flow path 88 branched from the raw material supply path and an on-off valve 89 provided in the fifth flow path 88 are provided. Below, the 5th flow path 88 and the on-off valve 89 are demonstrated, and the description of the part which overlaps with the fuel cell system which concerns on Embodiment 1 is abbreviate | omitted.

上記構成の燃料電池システムにおいて、実行される第１水タンク１５の水抜き処理について説明する。実施の形態１の燃料電池システムの水抜き処理と異なる動作を中心に説明し、同様の動作については説明を省略する。本変形例１の燃料電池システムの水抜き処理は、第１水タンク１５を大気と連通させる際の動作が、実施の形態１の燃料電池システムとは異なる。具体的には、上記水抜き処理において、ガス流路弁１８は閉止されたままの状態で、開閉弁８９及びバイパス弁９３が開放される。つまり、燃料ガス生成器１１よりも上流の流体流路（第５流路８８への分岐部よりも下流の原料供給路、及び第５流路８８）を介して第１水タンク１５が大気と連通される。この場合、「第２弁」は、開閉弁８９及びバイパス弁９３により構成される。 The draining process of the first water tank 15 that is executed in the fuel cell system configured as described above will be described. The operation different from the draining process of the fuel cell system of Embodiment 1 will be mainly described, and the description of the same operation will be omitted. The draining process of the fuel cell system of the first modification differs from the fuel cell system of the first embodiment in the operation when the first water tank 15 is communicated with the atmosphere. Specifically, in the water draining process, the on-off valve 89 and the bypass valve 93 are opened while the gas flow path valve 18 remains closed. That is, the first water tank 15 is connected to the atmosphere via the fluid flow path upstream of the fuel gas generator 11 (the raw material supply path downstream of the branching portion to the fifth flow path 88 and the fifth flow path 88). Communicated. In this case, the “second valve” includes the on-off valve 89 and the bypass valve 93.

これにより、実施の形態１の燃料電池システムと同様に第１水タンク１５の排水が適切に遂行されるとともに、変形例１の燃料電池システムと同様に、水抜き処理において実施の形態１のように燃料ガス生成器１１の下流を大気と連通させる場合に比して、燃料ガス生成器１１内のガス中に含まれる一酸化炭素の排出量が低減される。 As a result, the drainage of the first water tank 15 is appropriately performed as in the fuel cell system of the first embodiment, and in the water draining process as in the first embodiment, as in the fuel cell system of the first modification. Compared with the case where the downstream of the fuel gas generator 11 is communicated with the atmosphere, the emission amount of carbon monoxide contained in the gas in the fuel gas generator 11 is reduced.

なお、本変形例２の燃料電池システムにおいても、変形例１の燃料電池システムと同様に、水抜き処理において、バイパス弁９３を開放させるのに代えて、アノード入口弁９０及びアノード出口弁９４を開放し、燃料電池１２のアノードガス流路１２ａを通じて大気と連通するよう構成しても構わない。この場合、「第２弁」は、開閉弁８９及びアノード入口弁９０、アノード出口弁９４により構成される。 In the fuel cell system of the second modification, as in the fuel cell system of the first modification, instead of opening the bypass valve 93 in the draining process, the anode inlet valve 90 and the anode outlet valve 94 are provided. You may comprise so that it may open | release and may communicate with air | atmosphere through the anode gas flow path 12a of the fuel cell 12. FIG. In this case, the “second valve” is configured by the on-off valve 89, the anode inlet valve 90, and the anode outlet valve 94.

（変形例３）
次に、本変形例における燃料電池システム５０は、図６に示すように、実施の形態１に係る燃料電池システムの構成に加えて、バイパス流路９２とガス流路弁１８よりも下流のアノードオフガス流路３９ｃとを接続する第５流路８８と、この第５流路８８に設けられた開閉弁８９とを備えている。以下では、第５流路８８及び開閉弁８９について説明し、実施の形態１に係る燃料電池システムと重複する部分の説明は省略する。 (Modification 3)
Next, as shown in FIG. 6, the fuel cell system 50 according to the present modification includes an anode downstream of the bypass passage 92 and the gas passage valve 18 in addition to the configuration of the fuel cell system according to the first embodiment. A fifth flow path 88 that connects the off-gas flow path 39c and an on-off valve 89 provided in the fifth flow path 88 are provided. Below, the 5th flow path 88 and the on-off valve 89 are demonstrated, and the description of the part which overlaps with the fuel cell system which concerns on Embodiment 1 is abbreviate | omitted.

上記構成の燃料電池システムにおいて、実行される第１水タンク１５の水抜き処理について説明する。実施の形態１の燃料電池システムの水抜き処理と異なる動作を中心に説明し、同様の動作については説明を省略する。本変形例３の燃料電池システムの水抜き処理は、第１水タンク１５を大気と連通させる際の動作が、実施の形態１の燃料電池システムとは異なる。具体的には、上記水抜き処理において、ガス流路弁１８は閉止されたままの状態で、開閉弁８９が開放される。ここで、「第２弁」は、開閉弁８９により構成される。つまり、第１水タンク１５よりも上流でかつ燃料ガス生成器１１よりも下流の流体流路（バイパス流路９２との合流部よりも下流のアノードオフガス流路３９ａ、パイパス流路９２、及び第５流路８８）を介して第１水タンク１５が大気と連通される。これにより、実施の形態１の燃料電池システムと同様に第１水タンク１５の水抜きが適切に遂行される。 The draining process of the first water tank 15 that is executed in the fuel cell system configured as described above will be described. The operation different from the draining process of the fuel cell system of Embodiment 1 will be mainly described, and the description of the same operation will be omitted. The draining process of the fuel cell system of the third modification differs from the fuel cell system of the first embodiment in the operation when the first water tank 15 is communicated with the atmosphere. Specifically, in the water draining process, the on-off valve 89 is opened while the gas passage valve 18 remains closed. Here, the “second valve” is constituted by an on-off valve 89. That is, the fluid flow path upstream from the first water tank 15 and downstream from the fuel gas generator 11 (the anode off-gas flow path 39a, the bypass flow path 92, and the first flow path downstream from the junction with the bypass flow path 92) The first water tank 15 is communicated with the atmosphere via the five flow paths 88). Thereby, similarly to the fuel cell system of Embodiment 1, the first water tank 15 is appropriately drained.

なお、上記本変形例の燃料電池システムにおいては、第５流路８８をバイパス経路９２とガス流路弁１８よりも下流のアノードオフガス流路３９ｃとを接続するよう構成されているが、本例に限定されるものでなく、第５流路８８は、第１水タンク１５よりも上流でかつ燃料ガス生成器１１よりも下流のガス流路とガス流路弁１８とを接続するよう構成されていればいずれの形態であっても構わない。例えば、アノード出口弁９４よりも下流のアノードオフガス流路３９ａとガス流路弁１８よりも下流のアノードオフガス流路３９ｃとを接続する形態を採用しても構わない。 In the fuel cell system of the present modification, the fifth flow path 88 is configured to connect the bypass path 92 and the anode off-gas flow path 39c downstream of the gas flow path valve 18. The fifth flow path 88 is configured to connect the gas flow path valve 18 and the gas flow path upstream of the first water tank 15 and downstream of the fuel gas generator 11. Any form can be used. For example, a mode in which the anode off-gas channel 39a downstream of the anode outlet valve 94 and the anode off-gas channel 39c downstream of the gas channel valve 18 are connected may be employed.

（変形例４）
次に、本変形例における燃料電池システム５０は、変形例３の燃料電池システムの第５流路８８及び開閉弁８９の構成に代えて、図７に示すように、第１水タンク１５よりも上流でかつ燃料ガス生成器１１よりも下流のガス流路と第２水タンク７３とを接続する第５流路８８と、この第５流路８８に設けられた開閉弁８９とを備えている。水抜き処理における動作については変形例３の燃料電池システムと同様であるのでその説明を省略する。ここで、「第２弁」は、変形例３と同様に開閉弁８９により構成される。 (Modification 4)
Next, the fuel cell system 50 in the present modified example is more than the first water tank 15 as shown in FIG. 7 instead of the configuration of the fifth flow path 88 and the on-off valve 89 of the fuel cell system of the modified example 3. A fifth flow path 88 that connects the gas flow path upstream and downstream of the fuel gas generator 11 and the second water tank 73, and an open / close valve 89 provided in the fifth flow path 88 are provided. . Since the operation in the draining process is the same as that of the fuel cell system of Modification 3, the description thereof is omitted. Here, the “second valve” is configured by the on-off valve 89 as in the third modification.

これにより、本変形例の燃料電池システムにおいても、水抜き処理において、第１水タンク１５が大気と連通され、第１水タンク１５の水抜きが適切に遂行される。 Thereby, also in the fuel cell system of the present modification, in the draining process, the first water tank 15 communicates with the atmosphere, and the draining of the first water tank 15 is appropriately performed.

本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法は、水抜き処理において第１水タンクは流体流路を通じて大気と連通されるため、第１水タンク内の水抜きが適切に遂行されるので、家庭用及び業務用コジェネレーションシステム等の用途において、産業上利用することが可能である。 In the fuel cell system and the operation method thereof according to the present invention, since the first water tank is communicated with the atmosphere through the fluid flow path in the water draining process, the water draining in the first water tank is appropriately performed. It can be used industrially in applications such as industrial and commercial cogeneration systems.

１０制御器
１１燃料ガス生成器
１２燃料電池
１３空気ブロア
１４インバータ
１５第１水タンク
１８ガス流路弁（第２弁）
１９原料供給器
２０バーナー（燃焼器）
２１燃焼ファン（空気供給器）
３１排水路
３２排水弁（第１弁）
３３水位検知器
３４水位検知器
３８カソードオフガス流路
３９アノードオフガス流路（オフガス流路）
４２第１ポンプ
５０燃料電池システム
７２開口部
７３第２水タンク
７４浄化器
７５水通路弁
８１第１流路
８２第２流路
８７燃焼排ガス流路
８８第５流路
８９開閉弁（第２弁）
９０アノード入口弁
９１燃料ガス供給路
９２バイパス経路
９３バイパス弁
９４アノード出口弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Controller 11 Fuel gas generator 12 Fuel cell 13 Air blower 14 Inverter 15 1st water tank 18 Gas flow path valve (2nd valve)
19 Raw material feeder 20 Burner (combustor)
21 Combustion fan (air supply)
31 Drainage channel 32 Drain valve (first valve)
33 Water level detector 34 Water level detector 38 Cathode off-gas channel 39 Anode off-gas channel (off-gas channel)
42 first pump 50 fuel cell system 72 opening 73 second water tank 74 purifier 75 water passage valve 81 first passage 82 second passage 87 combustion exhaust gas passage 88 fifth passage 89 on-off valve (second valve) )
90 Anode inlet valve 91 Fuel gas supply path 92 Bypass path 93 Bypass valve 94 Anode outlet valve

Claims

燃料電池と、前記燃料電池のアノードから排出されたオフガスが流れるオフガス流路を含み、大気と連通された流体流路と、前記オフガス流路と連通されて、前記オフガスより除去された水を貯える第１水タンクと、前記第１水タンク内の水を排出する排水路と、前記排水路に設けられた第１弁と、前記流体流路に設けられて、開放時に前記流体流路と大気とを連通し、閉止時に前記ガス流路と大気とを遮断する第２弁と、制御器とを備え、
前記制御器は、前記第１水タンクの水抜き処理に、前記第１弁及び前記第２弁を開放するように構成されている、燃料電池システム。 The fuel cell includes an off-gas channel through which off-gas discharged from the anode of the fuel cell flows. The fluid channel communicated with the atmosphere, and the water removed from the off-gas is communicated with the off-gas channel. A first water tank; a drainage channel for discharging water in the first water tank; a first valve provided in the drainage channel; and a fluid channel provided in the fluid channel, wherein the fluid channel and the atmosphere are opened. A second valve that shuts off the gas flow path and the atmosphere when closed, and a controller,
The controller is a fuel cell system configured to open the first valve and the second valve for draining the first water tank.

前記ガス流路に接続されて、前記第１水タンクにて水分が除去されたあとの前記オフガスを燃焼する燃焼器を更に備え、前記流体流路は、前記燃焼器と接続しており、前記第２弁は、その開放時に、前記燃焼器を介して前記第１水タンクと大気とが連通されるように配設されている、請求項１に記載の燃料電池システム。 Further comprising a combustor connected to the gas flow path and combusting the off-gas after moisture has been removed in the first water tank, wherein the fluid flow path is connected to the combustor, 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the second valve is disposed so that the first water tank communicates with the atmosphere via the combustor when the second valve is opened.

前記燃焼器から排出された燃焼排ガスより除去された水を貯えるとともに大気開放された第２水タンクを更に備え、前記流体流路は、前記燃焼器よりも上流において前記第２水タンクと接続されており、前記第２弁は、その開放時に、前記第１水タンクが前記第２水タンクを介して大気と連通するように配設されている、請求項２に記載の燃料電池システム。 The apparatus further comprises a second water tank that stores water removed from the combustion exhaust gas discharged from the combustor and is open to the atmosphere, and the fluid flow path is connected to the second water tank upstream of the combustor. 3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the second valve is disposed such that when the second valve is opened, the first water tank communicates with the atmosphere via the second water tank.

原料を用いて水素を含有する前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成器を更に備え、前記流体経路は、前記燃料ガス生成器の下流において、前記第２水タンクと接続しており、前記第２弁は、その開放時に、前記第１水タンクが、前記第２水タンクを介して大気と連通されるように配設されている、請求項２に記載の燃料電池システム。 A fuel gas generator for generating the fuel gas containing hydrogen using a raw material; and the fluid path is connected to the second water tank downstream of the fuel gas generator; 3. The fuel cell system according to claim 2, wherein when the valve is opened, the first water tank is disposed so as to communicate with the atmosphere via the second water tank.

原料を用いて水素を含有する前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成器を更に備え、前記流体経路は、前記燃料ガス生成器の上流において、前記第２水タンクと接続しており、前記第２弁は、その開放時に、前記第１水タンクが、燃料ガス生成器及び前記第２水タンクを介して大気と連通されるように配設されている、請求項１に記載の燃料電池システム。 A fuel gas generator for generating the fuel gas containing hydrogen using a raw material, wherein the fluid path is connected to the second water tank upstream of the fuel gas generator; 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein when the valve is opened, the first water tank is arranged to communicate with the atmosphere via the fuel gas generator and the second water tank.

前記燃焼器に燃焼用の空気を供給する空気供給器を、更に備え、
前記制御器は、前記第１弁及び前記第２弁の開放時に、前記空気供給器を動作させるように構成されている、請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池システム。 An air supply for supplying combustion air to the combustor;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein the controller is configured to operate the air supply unit when the first valve and the second valve are opened.

燃料電池と、前記燃料電池のアノードから排出されたオフガスが流れるオフガス流路を含み、大気と連通された流体流路と、前記オフガス流路と連通されて、前記オフガスより除去された水を貯える第１水タンクと、前記第１水タンク内の水を排出する排水路と、前記排水路に設けられた第１弁と、前記流体流路に設けられて、開放時に前記流体流路と大気とを連通し、閉止時に前記ガス流路と大気とを遮断する第２弁とを備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記第１水タンクの水抜き処理において、前記第１弁及び前記第２弁を開放する燃料電池システムの運転方法。 The fuel cell includes an off-gas channel through which off-gas discharged from the anode of the fuel cell flows. The fluid channel communicated with the atmosphere, and the water removed from the off-gas is communicated with the off-gas channel. A first water tank; a drainage channel for discharging water in the first water tank; a first valve provided in the drainage channel; and a fluid channel provided in the fluid channel, wherein the fluid channel and the atmosphere are opened. And a method of operating a fuel cell system comprising a second valve that shuts off the gas flow path and the atmosphere when closed,
A method of operating a fuel cell system, wherein the first valve and the second valve are opened in the draining process of the first water tank.