JP2019129021A - 燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
Description
燃料電池と、
前記燃料電池で発生した熱を回収する水を貯留する第一タンクと、
前記燃料電池と前記第一タンクとの間を循環する水が流れる第一水経路と、
原料ガス及び水から前記燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器に供給されるべき水を貯留する第二タンクと、
前記第二タンクと前記改質器及び前記第一タンクとを接続するとともに、前記改質器に供給される水の流れと前記第一タンクに供給される水の流れとが分岐する分岐点を有する第二水経路と、
前記第二水経路において前記分岐点と前記改質器との間に配置された第一開閉弁と、
前記第一タンクからオーバーフローした水を第二タンクに導く第三水経路と、
前記第一タンクの内部に配置されたヒータと、
前記第一水経路に配置され、前記燃料電池と前記第一タンクとの間で水を循環させる第一水供給器と、
前記第二水経路に配置され、前記第二タンクに貯留された水を前記改質器及び前記第一タンクの少なくとも1つに送る第二水供給器と、
前記燃料電池、前記第一タンク、前記第一水経路、前記改質器、前記第二タンク、前記第二水経路、及び前記第三水経路を収納する筐体と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、前記第一水経路及び前記第二水経路の少なくとも1つに異常があると判断したときに、前記第一水経路及び前記第二水経路が正常なときの前記第一水経路及び前記第二水経路の凍結防止のための前記ヒータの第一出力よりも高い第二出力で前記ヒータを発熱させ、前記第一タンクからの放熱により前記筐体の内部空間を暖気する、
燃料電池システムを提供する。
燃料電池システムにおいて水経路が凍結するおそれがあるときに、凍結防止のための処理は筐体の底面側に配置されたヒータを発熱させることだけとは限らない。例えば、水経路に配置されたポンプ等の水供給器を作動させて水経路において水を移動させ、凍結防止を実現することも考えられる。加えて、タンクに貯留された水をタンクの内部に配置されたヒータによって加熱し、水供給器を作動させてヒータによって加熱されたタンクの内部の水を水経路に流すことも考えられる。しかし、水供給器を作動させて水経路の凍結を防止する燃料電池システムでは、水供給器の故障等の理由により水経路に異常があると、水経路の凍結を適切に防止できない可能性がある。そこで、本発明者らは、水経路に異常がある場合にも水経路の凍結を防止できる技術について日夜検討を重ね、本開示の燃料電池システムを案出した。加えて、本発明者らは、タンクの内部に配置されたヒータに異常がある場合に水経路の凍結を防止できる燃料電池システムをも案出した。
燃料電池と、
前記燃料電池で発生した熱を回収する水を貯留する第一タンクと、
前記燃料電池と前記第一タンクとの間を循環する水が流れる第一水経路と、
原料ガス及び水から前記燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器に供給されるべき水を貯留する第二タンクと、
前記第二タンクと前記改質器及び前記第一タンクとを連通させるとともに、前記改質器に供給される水の流れと前記第一タンクに供給される水の流れとが分岐する分岐点を有する第二水経路と、
前記第二水経路において前記分岐点と前記改質器との間に配置された第一開閉弁と、
前記第一タンクからオーバーフローした水を第二タンクに導く第三水経路と、
前記第一タンクの内部に配置されたヒータと、
前記第一水経路に配置され、前記燃料電池と前記第一タンクとの間で水を循環させる第一水供給器と、
前記第二水経路に配置され、前記第二タンクに貯留された水を前記改質器及び前記第一タンクの少なくとも1つに送る第二水供給器と、
前記燃料電池、前記第一タンク、前記第一水経路、前記改質器、前記第二タンク、前記第二水経路、及び前記第三水経路を収納する筐体と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、前記第一水経路及び前記第二水経路の少なくとも1つに異常があると判断したときに、前記第一水経路及び前記第二水経路が正常なときの前記第一水経路及び前記第二水経路の凍結防止のための前記ヒータの第一出力よりも高い第二出力で前記ヒータを発熱させ、前記第一タンクからの放熱により前記筐体の内部空間を暖気するものである。
燃料電池と、
原料ガス及び水から前記燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器に供給されるべき水を貯留するタンクと、
前記改質器に供給される水が流れる水経路と、
前記タンクの内部に配置されたヒータと、
前記水経路に配置され、前記タンクに貯留された水を前記改質器に送る水供給器と、
前記燃料電池、前記改質器、前記タンク、及び前記水経路を収納する筐体と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記水経路が凍結するおそれがあり、かつ、前記水経路に異常があると判断したときに、前記水経路が正常なときの前記水経路の凍結防止のための前記ヒータの第一出力よりも高い第二出力で前記ヒータを発熱させ、前記タンクからの放熱により前記筐体の内部空間を暖気するものである。
図1に示す通り、燃料電池システム1aは、燃料電池10と、第一タンク21と、第一水経路31と、改質器11と、第二タンク22と、第二水経路32と、第一開閉弁36と、第三水経路33とを備えている。加えて、燃料電池システム1aは、ヒータ40と、第一水供給器35と、第二水供給器37と、筐体50と、制御器60とを備えている。燃料電池10は、水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する。第一タンク21は、燃料電池10で発生した熱を回収する水を貯留する。燃料電池10と第一タンク21との間を循環する水が第一水経路31を流れる。改質器11は、原料ガス及び水から燃料ガスを生成する。第二タンク22は、改質器11に供給されるべき水を貯留する。第二水経路32は、第二タンク22と改質器11及び第一タンク21とを接続するとともに改質器11に供給される水の流れと第一タンク21に供給される水の流れとが分岐する分岐点BPを有する。第一開閉弁36は、第二水経路32において分岐点BPと改質器11との間に配置されている。第三水経路33は、第一タンク21からオーバーフローした水を第二タンク22に導く。ヒータ40は、第一タンク21の内部に配置されている。第一水供給器35は、第一水経路31に配置され、燃料電池10と第一タンク21との間で水を循環させる。第二水供給器37は、第二水経路32に配置され、第二タンク22に貯留された水を改質器11及び第一タンク21の少なくとも1つに送る。筐体50は、燃料電池10、第一タンク21、第一水経路31、改質器11、第二タンク22、第二水経路32、及び第三水経路33を収納する。制御器60は、第一水経路31、第二水経路32、及び第三水経路33の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、第一水経路31及び第二水経路32の少なくとも1つに異常があると判断したときに、第二出力でヒータ40を発熱させる。これにより、第一タンク21からの放熱により筐体50の内部空間が暖気される。第二出力は、第一水経路31及び第二水経路32が正常なときの第一水経路31及び第二水経路32の凍結防止のためのヒータ40の第一出力よりも高い。
次に、別の実施形態に係る燃料電池システム300aを説明する。図6に示す通り、燃料電池システム300aは、燃料電池310と、改質器311と、タンク321と、水経路331と、ヒータ340と、水供給器335と、筐体350と、制御器360とを備えている。燃料電池310は、水素を含む燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する。改質器311は、原料ガス及び水から燃料ガスを生成する。タンク321は、改質器311に供給されるべき水を貯留する。改質器311に供給される水が水経路331を流れる。ヒータ340は、タンク321の内部に配置されている。水供給器335は、水経路331に配置され、タンク321に貯留された水を改質器311に送る。筐体350は、燃料電池310、改質器311、タンク321、及び水経路331を収納する。制御器360は、水経路331が凍結するおそれがあり、かつ、水経路331に異常があると判断したときに、第二出力でヒータ340を発熱させ、タンク321からの放熱により筐体350の内部空間を暖気する。ヒータ340の第二出力は、水経路331が正常なときの水経路331の凍結防止のためのヒータ340の第一出力よりも高い。
10 燃料電池
11 改質器
21 第一タンク
22 第二タンク
31 第一水経路
32 第二水経路
32b バイパス経路
33 第三水経路
35 第一水供給器
36 第一開閉弁
37 第二水供給器
38 第二開閉弁
40 ヒータ
50 筐体
60 制御器
65 温度センサ
80 ファン
BP 分岐点
Claims (15)
- 燃料電池と、
前記燃料電池で発生した熱を回収する水を貯留する第一タンクと、
前記燃料電池と前記第一タンクとの間を循環する水が流れる第一水経路と、
原料ガス及び水から前記燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器に供給されるべき水を貯留する第二タンクと、
前記第二タンクと前記改質器及び前記第一タンクとを接続するとともに、前記改質器に供給される水の流れと前記第一タンクに供給される水の流れとが分岐する分岐点を有する第二水経路と、
前記第二水経路において前記分岐点と前記改質器との間に配置された第一開閉弁と、
前記第一タンクからオーバーフローした水を第二タンクに導く第三水経路と、
前記第一タンクの内部に配置されたヒータと、
前記第一水経路に配置され、前記燃料電池と前記第一タンクとの間で水を循環させる第一水供給器と、
前記第二水経路に配置され、前記第二タンクに貯留された水を前記改質器及び前記第一タンクの少なくとも1つに送る第二水供給器と、
前記燃料電池、前記第一タンク、前記第一水経路、前記改質器、前記第二タンク、前記第二水経路、及び前記第三水経路を収納する筐体と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、前記第一水経路及び前記第二水経路の少なくとも1つに異常があると判断したときに、前記第一水経路及び前記第二水経路が正常なときの前記第一水経路及び前記第二水経路の凍結防止のための前記ヒータの第一出力よりも高い第二出力で前記ヒータを発熱させ、前記第一タンクからの放熱により前記筐体の内部空間を暖気する、
燃料電池システム。 - 前記筐体の内部若しくは前記筐体の外部の空気の温度又は前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つにおける水の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記制御器は、前記温度センサが第一温度以下であることを検出したときに、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあると判断する、
請求項1に記載の燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、前記第一水経路に異常があるとともに前記第二水経路が正常であると判断したときに、前記第二出力で前記ヒータを発熱させ、かつ、前記第一開閉弁を閉じて前記第二水供給器を作動させつつ前記第一水供給器の作動を禁止する、請求項1又は2に記載の燃料電池システム。
- 前記制御器は、前記第一水供給器の異常を前記第一水経路の異常と判断する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記制御器は、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、前記第二水経路に異常があるとともに前記第一水経路が正常であると判断したときに、前記第二出力で前記ヒータを発熱させ、かつ、前記第一水供給器を作動させつつ前記第二水供給器の作動を禁止する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記制御器は、前記第二水供給器の異常及び前記第一開閉弁の異常の少なくとも1つを前記第二水経路の異常と判断する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
- 前記第二水供給器は、前記第二タンクから前記改質器及び前記第一タンクの少なくとも1つに向かって水を供給する第一モードと、前記第二水経路において前記第二タンクに向かって水を逆流させる第二モードとを切り替えて作動可能であり、
前記制御器は、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、前記ヒータに異常があると判断したときに、前記第二水供給器を前記第二モードで作動させて、前記第二水経路から水を排出させる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記第二水経路において前記第二水供給器をバイパスするバイパス経路と、
前記バイパス経路に配置された第二開閉弁と、をさらに備え、
前記制御器は、前記燃料電池が発電しているときには前記第二開閉弁を閉じ、前記第一水経路、前記第二水経路、及び前記第三水経路の少なくとも一つが凍結するおそれがあり、かつ、前記ヒータに異常があると判断したときには前記第二開閉弁を開いて前記第二水経路から水を排出させる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記筐体の内部で空気を循環させるファンをさらに備え、
前記制御器は、前記第二出力で前記ヒータを発熱させるときに、前記ファンを作動させる、請求項1〜8のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 燃料電池と、
原料ガス及び水から前記燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器に供給されるべき水を貯留するタンクと、
前記改質器に供給される水が流れる水経路と、
前記タンクの内部に配置されたヒータと、
前記水経路に配置され、前記タンクに貯留された水を前記改質器に送る水供給器と、
前記燃料電池、前記改質器、前記タンク、及び前記水経路を収納する筐体と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記水経路が凍結するおそれがあり、かつ、前記水経路に異常があると判断したときに、前記水経路が正常なときの前記水経路の凍結防止のための前記ヒータの第一出力よりも高い第二出力で前記ヒータを発熱させ、前記タンクからの放熱により前記筐体の内部空間を暖気する、
燃料電池システム。 - 前記筐体の内部若しくは前記筐体の外部の空気の温度又は前記水経路における水の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記制御器は、前記温度センサが第一温度以下であることを検出したときに、前記水経路が凍結するおそれがあると判断する、
請求項10に記載の燃料電池システム。 - 前記制御器は、前記水供給器の異常を前記水経路の異常と判断する、請求項10又は11に記載の燃料電池システム。
- 前記水供給器は、前記タンクから前記改質器に向かって水を供給する第一モードと、前記水経路において前記タンクに向かって水を逆流させる第二モードとを切り替えて作動可能であり、
前記制御器は、前記水経路が凍結するおそれがあり、かつ、前記ヒータに異常があると判断したときに、前記水供給器を前記第二モードで作動させて、前記水経路から水を排出させる、請求項10〜12のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記水経路において前記水供給器をバイパスするバイパス経路と、
前記バイパス経路に配置された開閉弁と、をさらに備え、
前記制御器は、前記燃料電池が発電しているときには前記開閉弁を閉じ、前記水経路が凍結するおそれがあり、かつ、前記ヒータに異常があると判断したときには前記開閉弁を開いて前記水経路から水を排出させる、請求項10〜12のいずれか1項に記載の燃料電池システム。 - 前記筐体の内部で空気を循環させるファンをさらに備え、
前記制御器は、前記第二出力で前記ヒータを発熱させるときに、前記ファンを作動させる、請求項10〜14のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
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JP7506021B2 (ja) | 2021-04-06 | 2024-06-25 | 東京瓦斯株式会社 | 燃料電池システム、制御装置、及び制御プログラム |
Citations (3)
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JP2013080707A (ja) * | 2009-04-01 | 2013-05-02 | Panasonic Corp | 燃料電池システム |
JP2017068913A (ja) * | 2015-09-28 | 2017-04-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 燃料電池システム |
JP2017228477A (ja) * | 2016-06-24 | 2017-12-28 | 株式会社フジクラ | 燃料電池システム |
-
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- 2018-01-23 JP JP2018008593A patent/JP6876944B2/ja active Active
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