JP6786045B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池のオフガス廃熱を用いて、ボイラへの給水を予熱する燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system that preheats water supply to a boiler by using off-gas waste heat of the fuel cell.

従来、下記特許文献１に開示されるように、貯湯タンク（１０）内の貯留水を、燃料電池（３１）の廃熱を用いて加熱できるシステムが知られている。このシステムでは、貯湯タンク（１０）内の貯留水は、燃料電池（３１）の廃熱回収用の熱交換器（３３）との間で循環されて加熱される。そして、貯湯タンク（１０）内の貯留水は、給湯混合弁（１７）にて、給水源からの常温水と混合されて、設定温度で出湯される。 Conventionally, as disclosed in Patent Document 1 below, a system capable of heating the stored water in the hot water storage tank (10) by using the waste heat of the fuel cell (31) is known. In this system, the stored water in the hot water storage tank (10) is circulated and heated with the heat exchanger (33) for recovering waste heat of the fuel cell (31). Then, the stored water in the hot water storage tank (10) is mixed with the room temperature water from the water supply source by the hot water supply mixing valve (17), and the hot water is discharged at a set temperature.

特開２００７−１３２５３９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-132539

しかしながら、前記特許文献１に記載の発明では、貯湯タンク（１０）内の貯留水は、燃料電池（３１）の廃熱回収用の熱交換器（３３）との間で循環させて加熱される。そのため、熱交換器（３３）で昇温された温水は、貯湯タンク（１０）に戻されることになり、比較的高温のまま利用可能ではない。 However, in the invention described in Patent Document 1, the stored water in the hot water storage tank (10) is circulated and heated with the heat exchanger (33) for recovering waste heat of the fuel cell (31). .. Therefore, the hot water heated by the heat exchanger (33) is returned to the hot water storage tank (10), and cannot be used at a relatively high temperature.

一方、燃料電池の廃熱をボイラの給水予熱に利用する場合において、仮に、ボイラへの給水路に単に前記熱交換器を設置しただけでは、不十分である。すなわち、燃料電池のオフガスの冷却を優先しようとすれば、ボイラの給水需要の変化に柔軟に対応できないおそれがあるし、逆に、ボイラへの給水を優先しようとすれば、燃料電池のオフガスを所望に冷却できないおそれがある。 On the other hand, when the waste heat of the fuel cell is used for preheating the water supply of the boiler, it is not sufficient to simply install the heat exchanger in the water supply channel to the boiler. That is, if priority is given to cooling the off-gas of the fuel cell, it may not be possible to flexibly respond to changes in the water supply demand of the boiler, and conversely, if priority is given to water supply to the boiler, the off-gas of the fuel cell is given. It may not be cooled as desired.

そこで、本発明が解決しようとする課題は、燃料電池のオフガス廃熱を用いて加熱された温水を、比較的高温のままボイラへ供給可能な燃料電池システムを提供することにある。また、ボイラの給水需要の変化に柔軟に対応可能であると共に、燃料電池のオフガスを所望に冷却可能な燃料電池システムを提供することを課題とする。 Therefore, an object to be solved by the present invention is to provide a fuel cell system capable of supplying hot water heated by using off-gas waste heat of a fuel cell to a boiler at a relatively high temperature. Another object of the present invention is to provide a fuel cell system that can flexibly respond to changes in the water supply demand of the boiler and can cool the off-gas of the fuel cell desiredly.

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、ボイラへの給水を貯留する給水タンクと、この給水タンクと常時連通するクッションタンクと、原燃料と水を水蒸気改質反応させることにより水素を生成する改質器、および水素と酸素を化学反応させて発電するセルスタック、を有する燃料電池と、前記連通する箇所とは別の給水加熱路に設けられ、前記給水タンクから前記クッションタンクへの水が通され、この通水と前記燃料電池のオフガスとを熱交換して、通水の加熱を図ると共にオフガスの冷却を図るオフガス熱交換器と、前記給水タンクから前記オフガス熱交換器への送水路に設けられた空冷式のラジエータと、を備え、前記ボイラへの給水路は、前記クッションタンクに接続されており、前記給水タンクに、給水源からの補給水路が接続されており、前記オフガス熱交換器において、オフガスを露点温度以下に冷却してオフガス中の水分を凝縮させ、その凝縮水を前記改質器へ再供給することを特徴とする燃料電池システムである。 The present invention has been made to solve the above problems, and the invention according to claim 1 includes a water supply tank for storing water supply to a boiler, a cushion tank which is constantly connected to the water supply tank, and a raw material fuel. A fuel cell having a reformer that generates hydrogen by steam reforming reaction of water and a cell stack that generates power by chemically reacting hydrogen and oxygen is provided in a water supply heating path different from the communication location. is the water from the water supply tank to the cushion tank is passed, and the off-gas of the fuel cell and the water passage in the heat exchanger, the off-gas heat exchanger to reduce the cooling of the off-gas with reduced heating water passage, An air-cooled radiator provided in the water supply channel from the water supply tank to the off-gas heat exchanger is provided, and the water supply channel to the boiler is connected to the cushion tank, and the water supply tank is connected to the water supply source. In the off-gas heat exchanger, the off-gas is cooled below the dew point temperature to condense the water in the off-gas, and the condensed water is re-supplied to the reformer. It is a fuel cell system.

請求項１に記載の発明によれば、給水タンクの他にクッションタンクを備え、クッションタンクは、給水タンクと連通されると共に、給水タンクからオフガス熱交換器を介して給水可能とされる。そして、オフガス熱交換器では、クッションタンクへの給水と燃料電池のオフガスとを熱交換して、クッションタンクへの給水を加熱すると共に、燃料電池のオフガスを冷却する。このようにして、クッションタンクには、オフガス熱交換器で加熱された温水が貯留され、その温水をボイラへ供給可能である。そして、ボイラへの給水分を補う補給水は、クッションタンクではなく給水タンクに供給される。従って、クッションタンク内の貯留水を比較的高温に維持して、ボイラへ供給することができる。また、給水タンクと連通したクッションタンクを備えることで、給水加熱路の通水流量やボイラへの給水流量を変えることもでき、ボイラの給水需要の変化に柔軟に対応可能であると共に、燃料電池のオフガスを所望に冷却可能である。 According to the first aspect of the present invention, a cushion tank is provided in addition to the water supply tank, and the cushion tank communicates with the water supply tank and can supply water from the water supply tank via an off-gas heat exchanger. Then, in the off-gas heat exchanger, the water supply to the cushion tank and the off-gas of the fuel cell are heat-exchanged to heat the water supply to the cushion tank and cool the off-gas of the fuel cell. In this way, the cushion tank stores the hot water heated by the off-gas heat exchanger, and the hot water can be supplied to the boiler. Then, the make-up water that supplements the water supply to the boiler is supplied to the water supply tank instead of the cushion tank. Therefore, the stored water in the cushion tank can be maintained at a relatively high temperature and supplied to the boiler. In addition, by providing a cushion tank that communicates with the water supply tank, it is possible to change the water flow rate of the water supply heating path and the water supply flow rate to the boiler, and it is possible to flexibly respond to changes in the water supply demand of the boiler and the fuel cell. Off-gas can be cooled as desired.

請求項２に記載の発明は、前記クッションタンクは、前記給水タンク内に仕切板を設けて形成されると共に、その仕切板には、前記クッションタンク内と前記給水タンク内との連通部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムである。 According to the second aspect of the present invention, the cushion tank is formed by providing a partition plate in the water supply tank, and the partition plate is provided with a communication portion between the cushion tank and the water supply tank. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is characterized by the above.

請求項２に記載の発明によれば、給水タンク内に仕切板を設けてクッションタンクを形成することができ、コンパクトな構成とすることができる。 According to the second aspect of the present invention, a partition plate can be provided in the water supply tank to form a cushion tank, and a compact structure can be obtained.

請求項３に記載の発明は、前記クッションタンクは、前記給水タンク外に設けられると共に、前記給水タンク、前記オフガス熱交換器および前記ボイラに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システムである。 The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1, wherein the cushion tank is provided outside the water supply tank and is connected to the water supply tank, the off-gas heat exchanger, and the boiler. Fuel cell system.

請求項３に記載の発明によれば、給水タンク外にクッションタンクを設けて、そのクッションタンクを給水タンク、オフガス熱交換器およびボイラに接続するだけで、容易に構成することができる。 According to the third aspect of the present invention, a cushion tank is provided outside the water supply tank, and the cushion tank can be easily configured by simply connecting the cushion tank to the water supply tank, the off-gas heat exchanger, and the boiler.

本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池のオフガス廃熱を用いて加熱された温水を、比較的高温のままボイラへ供給可能である。また、ボイラの給水需要の変化に柔軟に対応可能であると共に、燃料電池のオフガスを所望に冷却可能である。 According to the fuel cell system of the present invention, hot water heated by using the off-gas waste heat of the fuel cell can be supplied to the boiler at a relatively high temperature. In addition, it is possible to flexibly respond to changes in the water supply demand of the boiler, and it is possible to optionally cool the off-gas of the fuel cell.

本発明の燃料電池システムの実施例１を示す概略図である。It is the schematic which shows Example 1 of the fuel cell system of this invention. 図１の燃料電池システムのクッションタンクの一例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows an example of the cushion tank of the fuel cell system of FIG. 本発明の燃料電池システムの実施例２を示す概略図である。It is the schematic which shows Example 2 of the fuel cell system of this invention.

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明の燃料電池システム１の実施例１を示す概略図である。
本実施例の燃料電池システム１は、ボイラ２への給水を貯留する給水タンク３と、この給水タンク３と常時連通すると共に給水タンク３から給水加熱路４を介して給水可能なクッションタンク５と、給水加熱路４に設けられて燃料電池６のオフガス廃熱で給水加熱路４の通水を加熱するオフガス熱交換器７とを主要部として備える。 FIG. 1 is a schematic view showing Example 1 of the fuel cell system 1 of the present invention.
The fuel cell system 1 of the present embodiment includes a water supply tank 3 for storing water supply to the boiler 2, and a cushion tank 5 which is constantly in communication with the water supply tank 3 and can supply water from the water supply tank 3 via the water supply heating path 4. A main part is an off-gas heat exchanger 7 provided in the water supply heating passage 4 for heating the water flow in the water supply heating passage 4 with the off-gas waste heat of the fuel cell 6.

ボイラ２は、蒸気ボイラであり、給水タンク３からクッションタンク５を介して供給される水を加熱して蒸気にする。ボイラ２は、典型的には、蒸気の圧力を所望に維持するように、燃焼量を調整される。また、ボイラ２は、缶体内の水位を所望に維持するように、クッションタンク５からの給水が制御される。具体的には、クッションタンク５からボイラ２への給水路８に給水ポンプ９が設けられ、缶体内の水位に基づき給水ポンプ９が制御される。 The boiler 2 is a steam boiler, and heats water supplied from the water supply tank 3 via the cushion tank 5 to steam. The boiler 2 is typically adjusted in combustion volume to maintain the desired steam pressure. Further, in the boiler 2, the water supply from the cushion tank 5 is controlled so as to maintain the water level in the can body desired. Specifically, a water supply pump 9 is provided in the water supply channel 8 from the cushion tank 5 to the boiler 2, and the water supply pump 9 is controlled based on the water level in the can.

なお、図示例の場合、給水路８には、給水ポンプ９よりも下流側に、逆止弁１０が設けられている。また、給水路８には、ボイラ２の缶体内で腐食が発生したり、スケールが付着したりするのを防止するために、ボイラ２への給水に複合清缶剤（腐食抑制成分とスケール防止成分を含む組成物）を注入する薬注装置１１が設けられている。この薬注装置１１は、図示例では、給水路８の内、給水ポンプ９よりも上流側に設けられているが、給水ポンプ９よりも下流側に設けられてもよい。いずれにしても、ボイラ２への給水に複合清缶剤を注入する場合、薬注装置１１は、給水タンク３やクッションタンク５よりも下流側に設けられるのが好ましい。これにより、複合清缶剤が混入された水が給水加熱路４に通されることが防止され、給水加熱路４に設けるラジエータ１２を銅製としても腐食抑制成分として配合されているアルカリ金属水酸化物による銅管等の腐食を防止することができる。 In the case of the illustrated example, the water supply channel 8 is provided with a check valve 10 on the downstream side of the water supply pump 9. Further, in order to prevent corrosion from occurring inside the can body of the boiler 2 and scale from adhering to the water supply channel 8, a composite boiler compound (corrosion suppressing component and scale prevention) is added to the water supply to the boiler 2. A chemical injection device 11 for injecting a composition (composition containing components) is provided. In the illustrated example, the chemical injection device 11 is provided on the upstream side of the water supply pump 9 in the water supply channel 8, but may be provided on the downstream side of the water supply pump 9. In any case, when the composite boiler compound is injected into the water supply to the boiler 2, the chemical injection device 11 is preferably provided on the downstream side of the water supply tank 3 and the cushion tank 5. As a result, water mixed with the composite boiler compound is prevented from being passed through the water supply heating passage 4, and the radiator 12 provided in the water supply heating passage 4 is made of copper, but is blended as a corrosion suppressing component. It is possible to prevent corrosion of copper pipes and the like by objects.

給水タンク３は、クッションタンク５ひいてはボイラ２への給水を貯留する。給水タンク３への給水として、本実施例では軟水が用いられる。すなわち、陽イオン交換樹脂を用いた硬水軟化装置（図示省略）にて水中の硬度成分を除去された軟水は、補給水路１３を介して給水タンク３に供給され貯留される。 The water supply tank 3 stores water supply to the cushion tank 5 and thus the boiler 2. As the water supply to the water supply tank 3, soft water is used in this embodiment. That is, the soft water from which the hardness component in the water has been removed by a hard water softening device (not shown) using a cation exchange resin is supplied to and stored in the water supply tank 3 via the make-up water channel 13.

給水タンク３が開放型タンク（つまり大気開放されたタンク）の場合、給水タンク３内の水位に基づき、給水タンク３への給水を制御すればよい。たとえば、給水タンク３への補給水路１３に補給水ポンプ１４を設け、給水タンク３内の水位を所望に維持するように、給水タンク３内の水位に基づき補給水ポンプ１４を制御すればよい。 When the water supply tank 3 is an open type tank (that is, a tank open to the atmosphere), the water supply to the water supply tank 3 may be controlled based on the water level in the water supply tank 3. For example, the make-up water pump 14 may be provided in the make-up water channel 13 to the water supply tank 3, and the make-up water pump 14 may be controlled based on the water level in the water supply tank 3 so as to maintain the water level in the water supply tank 3 as desired.

給水タンク３が密閉型タンク（つまり大気開放されないタンク）の場合、給水タンク３内は水で満たされ、クッションタンク５からボイラ２への給水時、それと対応した量の水を給水タンク３ひいてはクッションタンク５へ供給する。たとえば、給水タンク３への補給水路１３に補給水ポンプ１４を設け、その補給水ポンプ１４を常時作動させておけばよい。その場合でも、クッションタンク５からボイラ２への給水がない限り、給水タンク３への実際の給水はなされない。但し、補給水ポンプ１４は、場合により、給水タンク３への給水必要時にのみ作動するよう制御されてもよい。たとえば、補給水ポンプ１４は、二次側（出口側つまり給水タンク３側）の圧力を所定圧力に維持するように、オンオフ制御またはインバータ制御されてもよい。この場合、クッションタンク５からボイラ２への給水がなされると、クッションタンク５と連通する給水タンク３内の水も減り、補給水ポンプ１４の二次側の圧力が下がるので、それを検知して補給水ポンプ１４を作動させる。そして、ボイラ２への給水がなくなると、補給水ポンプ１４の二次側の圧力が高まるので、それを検知して補給水ポンプ１４を停止させる。 When the water supply tank 3 is a closed type tank (that is, a tank that is not open to the atmosphere), the inside of the water supply tank 3 is filled with water, and when water is supplied from the cushion tank 5 to the boiler 2, the corresponding amount of water is supplied to the water supply tank 3 and thus the cushion. Supply to tank 5. For example, a make-up water pump 14 may be provided in the make-up water channel 13 to the water supply tank 3, and the make-up water pump 14 may be always operated. Even in that case, the actual water supply to the water supply tank 3 is not performed unless water is supplied from the cushion tank 5 to the boiler 2. However, in some cases, the make-up water pump 14 may be controlled to operate only when water needs to be supplied to the water supply tank 3. For example, the make-up water pump 14 may be on / off controlled or inverter controlled so as to maintain the pressure on the secondary side (outlet side, that is, the water supply tank 3 side) at a predetermined pressure. In this case, when water is supplied from the cushion tank 5 to the boiler 2, the water in the water supply tank 3 communicating with the cushion tank 5 also decreases, and the pressure on the secondary side of the make-up water pump 14 decreases, so that it is detected. The make-up water pump 14 is operated. Then, when the water supply to the boiler 2 is exhausted, the pressure on the secondary side of the make-up water pump 14 increases, so that this is detected and the make-up water pump 14 is stopped.

図２は、本実施例のクッションタンク５の一例を示す概略斜視図である。
クッションタンク５は、給水タンク３と常時連通すると共に、これとは別に、給水加熱路４を介して給水タンク３から給水可能とされる。クッションタンク５は、本実施例では、給水タンク３内に設けられている。 FIG. 2 is a schematic perspective view showing an example of the cushion tank 5 of this embodiment.
The cushion tank 5 is always in communication with the water supply tank 3, and separately, water can be supplied from the water supply tank 3 via the water supply heating passage 4. In this embodiment, the cushion tank 5 is provided in the water supply tank 3.

具体的には、図２に示すように、クッションタンク５は、給水タンク３内に仕切板１５を設けて形成されると共に、その仕切板１５には、クッションタンク５内と給水タンク３内との連通部（切欠き１６）が設けられている。図示例の場合、直方体状の給水タンク３の下部の一側端部に、中空ボックス状のクッションタンク５を設けている。この例では、クッションタンク５の下板５Ａは、給水タンク３の下壁に重ね合わされるか給水タンク３の下壁自体で構成され、クッションタンク５の前後板５Ｂ，５Ｃは、給水タンク３の前後壁に重ね合わされるか給水タンク３の前後壁自体で構成され、クッションタンク５の一側板５Ｄは、給水タンク３の一側壁に重ね合わされるか給水タンク３の一側壁自体で構成され、クッションタンク５の上板５Ｅは、給水タンク３の上下方向中途部に水平に配置され、クッションタンク５の他側板５Ｆは、給水タンク３の左右方向中途部に垂直に配置されている。この場合、上板５Ｅと他側板５Ｆとが、給水タンク３とクッションタンク５との実質的な仕切板１５となり、この仕切板１５に一または複数の切欠き１６を設けて、給水タンク３内とクッションタンク５内との連通を確保している。 Specifically, as shown in FIG. 2, the cushion tank 5 is formed by providing a partition plate 15 in the water supply tank 3, and the partition plate 15 is formed in the cushion tank 5 and the water supply tank 3. Communication portion (notch 16) is provided. In the case of the illustrated example, a hollow box-shaped cushion tank 5 is provided at one end of the lower portion of the rectangular parallelepiped water supply tank 3. In this example, the lower plate 5A of the cushion tank 5 is superposed on the lower wall of the water tank 3, or is composed of the lower wall of the water tank 3, and the front and rear plates 5B and 5C of the cushion tank 5 are the water tank 3. It is overlapped with the front and rear walls or is composed of the front and rear walls of the water supply tank 3, and the one side plate 5D of the cushion tank 5 is overlapped with one side wall of the water supply tank 3 or is composed of one side wall of the water supply tank 3 itself. The upper plate 5E of the tank 5 is horizontally arranged in the middle part of the water supply tank 3 in the vertical direction, and the other side plate 5F of the cushion tank 5 is arranged vertically in the middle part of the water supply tank 3 in the left-right direction. In this case, the upper plate 5E and the other side plate 5F serve as a substantial partition plate 15 between the water supply tank 3 and the cushion tank 5, and the partition plate 15 is provided with one or a plurality of notches 16 in the water supply tank 3. And the inside of the cushion tank 5 are secured.

但し、給水タンク３内に設けるクッションタンク５の配置、大きさおよび形状などは、適宜に変更可能である。いずれにしても、給水タンク３内に適宜の仕切板１５を設けてクッションタンク５とすると共に、切欠き１６、穴または隙間などにより、給水タンク３内とクッションタンク５内との連通を一部で確保すればよい。 However, the arrangement, size, shape, and the like of the cushion tank 5 provided in the water supply tank 3 can be changed as appropriate. In any case, an appropriate partition plate 15 is provided in the water supply tank 3 to form the cushion tank 5, and the communication between the water supply tank 3 and the cushion tank 5 is partially provided by a notch 16, a hole or a gap. You can secure it with.

なお、クッションタンク５内に適宜の板材１７を設けて、クッションタンク５内をさらに仕切ってもよい。その場合でも、クッションタンク５内において、前記板材１７で仕切られた領域同士は、互いに連通するよう構成される。 An appropriate plate material 17 may be provided in the cushion tank 5 to further partition the inside of the cushion tank 5. Even in that case, the regions partitioned by the plate members 17 in the cushion tank 5 are configured to communicate with each other.

燃料電池６は、燃料電池本体１８を備え、この燃料電池本体１８は、図示しないが改質器やセルスタックなどを備える。燃料電池本体１８には、原燃料（都市ガス）Ｇ、空気Ａ、および水（改質水）Ｗが供給される。そして、周知のとおり、原燃料（メタンガスを主成分とする都市ガス）と水（水蒸気）とを改質器において水蒸気改質反応させることにより水素を生成し、その水素と空気中の酸素とをセルスタックにおいて化学反応させて発電する。発電した電気は、インバータで交流電流に変換され、各種の電気機器へ供給される。なお、燃料電池６の種類は、特に問わない。本実施例では、固体酸化物形（ＳＯＦＣ）が用いられるが、たとえば固体高分子形（ＰＥＦＣ）などを用いてもよい。 The fuel cell 6 includes a fuel cell main body 18, and the fuel cell main body 18 includes a reformer, a cell stack, and the like (not shown). Raw fuel (city gas) G, air A, and water (reformed water) W are supplied to the fuel cell main body 18. Then, as is well known, hydrogen is generated by steam reforming reaction of raw fuel (city gas containing methane gas as a main component) and water (steam) in a reformer, and the hydrogen and oxygen in the air are converted. Power is generated by a chemical reaction in the cell stack. The generated electricity is converted into alternating current by an inverter and supplied to various electric devices. The type of the fuel cell 6 is not particularly limited. In this embodiment, the solid oxide fuel cell (SOFC) is used, but for example, the solid polymer electrolyte membrane (PEFC) may be used.

燃料電池６のオフガス廃熱を用いて、給水タンク３からクッションタンク５への給水加熱路４の水を加熱する。つまり、燃料電池６における発電時、セルスタックや改質器からはオフガス（排ガス）が排出されるが、そのオフガス廃熱を用いて、給水加熱路４の通水を加熱する。そのために、給水加熱路４には、オフガス熱交換器７が設けられている。 The off-gas waste heat of the fuel cell 6 is used to heat the water in the water supply heating path 4 from the water supply tank 3 to the cushion tank 5. That is, during power generation in the fuel cell 6, off-gas (exhaust gas) is discharged from the cell stack and the reformer, and the off-gas waste heat is used to heat the water flow through the water supply heating path 4. Therefore, an off-gas heat exchanger 7 is provided in the water supply heating passage 4.

オフガス熱交換器７は、燃料電池本体１８からのオフガスとその冷却水とを混ぜることなく熱交換する。そのために、オフガス熱交換器７には、燃料電池本体１８からオフガス路１９を介してオフガスが通されると共に、給水タンク３からクッションタンク５への給水がオフガスの冷却水として通される。これにより、オフガス熱交換器７において、オフガスは給水加熱路４の通水により冷却され、オフガス中の水分の凝縮が図られる。一方、給水加熱路４の通水は、オフガス熱交換器７において、オフガスと熱交換することで加熱される。 The off-gas heat exchanger 7 exchanges heat without mixing the off-gas from the fuel cell main body 18 with the cooling water thereof. Therefore, off-gas is passed from the fuel cell main body 18 to the off-gas heat exchanger 7 via the off-gas passage 19, and water supplied from the water supply tank 3 to the cushion tank 5 is passed as cooling water for off-gas. As a result, in the off-gas heat exchanger 7, the off-gas is cooled by the passage of water through the water supply heating passage 4, and the moisture in the off-gas is condensed. On the other hand, the water flow through the water supply heating path 4 is heated by exchanging heat with the off-gas in the off-gas heat exchanger 7.

オフガス熱交換器７からのオフガスの出口側には、セパレータ２０が設けられており、オフガス熱交換器７に通されたオフガスの気液分離が図られる。そして、気体は、外部へ排出され、凝縮水は、燃料電池本体１８への給水として、供給ポンプ２１を介して燃料電池本体１８へ再供給可能とされる。 A separator 20 is provided on the outlet side of the off-gas from the off-gas heat exchanger 7, and gas-liquid separation of the off-gas passed through the off-gas heat exchanger 7 is achieved. Then, the gas is discharged to the outside, and the condensed water can be resupplied to the fuel cell main body 18 via the supply pump 21 as water supply to the fuel cell main body 18.

本実施例では、給水タンク３からクッションタンク５への給水加熱路４には、給水タンク３からクッションタンク５へ向けて順に、ラジエータ１２、送水ポンプ２２、オフガス熱交換器７および流量調整弁２３が設けられる。なお、送水ポンプ２２は、給水加熱路４のいずれの位置に設置されてもよく、たとえば、ラジエータ１２よりも上流側に設置されたり、オフガス熱交換器７よりも下流側に設置されたりしてもよい。 In this embodiment, in the water supply heating path 4 from the water supply tank 3 to the cushion tank 5, the radiator 12, the water supply pump 22, the off-gas heat exchanger 7, and the flow rate adjusting valve 23 are sequentially provided from the water supply tank 3 to the cushion tank 5. Is provided. The water supply pump 22 may be installed at any position in the water supply heating passage 4, for example, it may be installed on the upstream side of the radiator 12 or on the downstream side of the off-gas heat exchanger 7. May be good.

ラジエータ１２は、冷却ファン２４を備え、所望時に冷却ファン２４を作動させることで、オフガス熱交換器７へ供給する冷却水を空冷することができる。これは、燃料電池６において、いわゆる水自立を実現するためである。 The radiator 12 includes a cooling fan 24, and by operating the cooling fan 24 at a desired time, the cooling water supplied to the off-gas heat exchanger 7 can be air-cooled. This is to realize so-called water independence in the fuel cell 6.

つまり、オフガス熱交換器７においてオフガスを露点温度以下に冷却して、オフガス中の水分を凝縮させ、その凝縮水を前記改質器へ再供給（つまり水自立）するには、オフガス熱交換器７への供給水温が高まり過ぎるのを防止する必要がある。そこで、本実施例では、ラジエータ１２を設けて、オフガス熱交換器７へ供給する水温を第一目標温度以下に維持するのがよい。具体的には、給水加熱路４には、ラジエータ１２の出口側に第一温度センサ２５が設けられ、その検出温度を第一目標温度（たとえば４０℃）に維持するように、ラジエータ１２の通風量を調整する。ここでは、冷却ファン２４のモータの駆動周波数ひいては回転数をインバータで制御することで、ラジエータ１２の通風量を調整する。このようにして、オフガス熱交換器７への水温が所定以上の際には、ラジエータ１２の冷却ファン２４を作動させて水温を下げることで、燃料電池６の水自立を確実に図ることができる。 That is, in order to cool the off-gas below the dew point temperature in the off-gas heat exchanger 7, condense the water in the off-gas, and resupply the condensed water to the reformer (that is, water self-sustaining), the off-gas heat exchanger It is necessary to prevent the temperature of the water supplied to 7 from becoming too high. Therefore, in this embodiment, it is preferable to provide a radiator 12 to maintain the water temperature supplied to the off-gas heat exchanger 7 at or below the first target temperature. Specifically, in the water supply heating passage 4, a first temperature sensor 25 is provided on the outlet side of the radiator 12, and the ventilation of the radiator 12 is maintained so as to maintain the detected temperature at the first target temperature (for example, 40 ° C.). Adjust the amount. Here, the ventilation amount of the radiator 12 is adjusted by controlling the drive frequency of the motor of the cooling fan 24 and the rotation speed by the inverter. In this way, when the water temperature to the off-gas heat exchanger 7 is equal to or higher than a predetermined value, the cooling fan 24 of the radiator 12 is operated to lower the water temperature, so that the water self-reliance of the fuel cell 6 can be ensured. ..

さらに、給水加熱路４には、通水流量調整手段が設けられる。本実施例では、通水流量調整手段として、流量調整弁２３が、オフガス熱交換器７より下流側に設けられている。送水ポンプ２２の作動中、流量調整弁２３の開度を調整することで、給水加熱路４の通水流量を調整することができる。なお、流量調整弁２３は、本実施例では、給水加熱路４の内、オフガス熱交換器７よりも下流側に設けられているが、場合により、オフガス熱交換器７よりも上流側に設けられてもよい。また、通水流量調整手段は、送水ポンプ２２の駆動周波数ひいては回転数を変更するためのインバータから構成されてもよい。つまり、送水ポンプ２２をインバータ制御して、給水加熱路４の通水流量を調整してもよい。 Further, the water supply heating passage 4 is provided with a water flow rate adjusting means. In this embodiment, the flow rate adjusting valve 23 is provided on the downstream side of the off-gas heat exchanger 7 as the water flow rate adjusting means. By adjusting the opening degree of the flow rate adjusting valve 23 while the water supply pump 22 is operating, the water flow rate of the water supply heating passage 4 can be adjusted. In this embodiment, the flow rate adjusting valve 23 is provided on the downstream side of the off-gas heat exchanger 7 in the water supply heating path 4, but may be provided on the upstream side of the off-gas heat exchanger 7. May be done. Further, the water flow rate adjusting means may be composed of an inverter for changing the drive frequency of the water supply pump 22 and thus the rotation speed. That is, the water supply pump 22 may be controlled by the inverter to adjust the water flow rate of the water supply heating passage 4.

クッションタンク５内の水温（ひいてはボイラ２への給水温）を安定させるために、給水加熱路４を介してクッションタンク５へ供給する水の温度を第二目標温度に維持するのがよい。具体的には、給水加熱路４には、オフガス熱交換器７よりも下流に第二温度センサ２６が設けられ、その検出温度を第二目標温度（たとえ６０〜７５℃）に維持するように、流量調整弁２３の開度を調整して、給水加熱路４の通水流量を調整するのが好ましい。 In order to stabilize the water temperature in the cushion tank 5 (and thus the water supply temperature to the boiler 2), it is preferable to maintain the temperature of the water supplied to the cushion tank 5 through the water supply heating path 4 at the second target temperature. Specifically, the water supply heating path 4 is provided with a second temperature sensor 26 downstream of the off-gas heat exchanger 7, and the detected temperature is maintained at the second target temperature (even 60 to 75 ° C.). It is preferable to adjust the opening degree of the flow rate adjusting valve 23 to adjust the water flow rate of the water supply heating passage 4.

ところで、前述したように、本実施例では、給水タンク３内にクッションタンク５が設けられる。この場合、クッションタンク５外の給水タンク３には、補給水路１３が接続されると共に、給水加熱路４の基端部が接続される。一方、給水タンク３内のクッションタンク５には、給水加熱路４の先端部が接続されると共に、ボイラ２への給水路８が接続される。従って、給水タンク３にはクッションタンク５よりも低温の水を貯留でき、クッションタンク５には給水タンク３よりも高温の水を貯留できる。そして、給水タンク３内の比較的低温の水をオフガス熱交換器７に供給できる一方、クッションタンク５内の比較的高温の水をボイラ２へ供給できる。 By the way, as described above, in this embodiment, the cushion tank 5 is provided in the water supply tank 3. In this case, the make-up water passage 13 is connected to the water supply tank 3 outside the cushion tank 5, and the base end portion of the water supply heating passage 4 is connected. On the other hand, the tip of the water supply heating passage 4 is connected to the cushion tank 5 in the water supply tank 3, and the water supply passage 8 to the boiler 2 is connected. Therefore, the water supply tank 3 can store water having a lower temperature than the cushion tank 5, and the cushion tank 5 can store water having a temperature higher than that of the water supply tank 3. Then, while the relatively low temperature water in the water supply tank 3 can be supplied to the off-gas heat exchanger 7, the relatively high temperature water in the cushion tank 5 can be supplied to the boiler 2.

なお、給水加熱路４と給水路８とは、クッションタンク５に対する各接続箇所が、図１に示すように互いに異なってもよいし、図２に示すように同じであってもよい。図２の場合、給水加熱路４と給水路８の各端部が共通管路とされて、クッションタンク５に接続されている。 The water supply heating passage 4 and the water supply passage 8 may have different connection points to the cushion tank 5 as shown in FIG. 1 or may be the same as shown in FIG. In the case of FIG. 2, each end of the water supply heating passage 4 and the water supply passage 8 is a common pipeline and is connected to the cushion tank 5.

次に、本実施例の燃料電池システム１の運転について説明する。以下に説明する一連の制御は、図示しない制御器を用いて自動でなされる。 Next, the operation of the fuel cell system 1 of this embodiment will be described. The series of controls described below are automatically performed using a controller (not shown).

ボイラ２および燃料電池６の運転に伴い、燃料電池システム１を稼働させる。ボイラ２では、缶体内の水位を所望に維持するように、給水ポンプ９による給水が制御される。燃料電池６では、送水ポンプ２２を作動させて、給水加熱路４を介してオフガス熱交換器７に通水する。オフガス熱交換器７では、給水加熱路４の通水と燃料電池６のオフガスとを熱交換して、クッションタンク５への給水を加熱すると共にオフガスの冷却が図られる。 The fuel cell system 1 is operated with the operation of the boiler 2 and the fuel cell 6. In the boiler 2, the water supply by the water supply pump 9 is controlled so as to maintain the water level in the can body as desired. In the fuel cell 6, the water supply pump 22 is operated to pass water to the off-gas heat exchanger 7 via the water supply heating path 4. In the off-gas heat exchanger 7, the water passing through the water supply heating path 4 and the off-gas of the fuel cell 6 are heat-exchanged to heat the water supply to the cushion tank 5 and cool the off-gas.

この際、燃料電池６において水自立を実現するために、第一温度センサ２５の検出温度を第一目標温度に維持するように、ラジエータ１２の冷却ファン２４のモータがインバータ制御される。また、クッションタンク５への給水温度を所望に維持するために、第二温度センサ２６の検出温度を第二目標温度に維持するように、流量調整弁２３の開度が制御される。 At this time, in order to realize water independence in the fuel cell 6, the motor of the cooling fan 24 of the radiator 12 is inverter-controlled so as to maintain the detection temperature of the first temperature sensor 25 at the first target temperature. Further, in order to maintain the water supply temperature to the cushion tank 5 as desired, the opening degree of the flow rate adjusting valve 23 is controlled so as to maintain the detection temperature of the second temperature sensor 26 at the second target temperature.

このような運転に伴い、クッションタンク５内の貯留水は、給水タンク３内の貯留水よりも高温に維持される。従って、その比較的高温の水を、ボイラ２へ供給することができ、その分だけボイラ２での燃費を抑えることができる。一方、給水タンク３には、比較的低温の水が貯留でき、その水をオフガス熱交換器７に通して、オフガスの冷却に用いることで、燃料電池６の水自立を実現しやすい。 With such an operation, the stored water in the cushion tank 5 is maintained at a higher temperature than the stored water in the water supply tank 3. Therefore, the relatively high temperature water can be supplied to the boiler 2, and the fuel consumption of the boiler 2 can be suppressed by that amount. On the other hand, the water supply tank 3 can store relatively low-temperature water, and by passing the water through the off-gas heat exchanger 7 and using it for cooling the off-gas, it is easy to realize water independence of the fuel cell 6.

ところで、送水ポンプ２２の作動中、クッションタンク５には、オフガス熱交換器７を通過後の比較的高温の水が供給される。給水加熱路４によるクッションタンク５への流入量が、給水路８を介したボイラ２への流出量よりも多い場合、余剰の温水は仕切板１５の切欠き１６から給水タンク３へ戻される。逆に、もし、給水加熱路４によるクッションタンク５への流入量が、給水路８を介したボイラ２への流出量よりも少ない場合、仕切板１５の切欠き１６からもクッションタンク５へ給水され、ボイラ２への給水に供される。このようにして、ボイラ２の給水需要の変化にも柔軟に対応することができる。 By the way, while the water supply pump 22 is operating, the cushion tank 5 is supplied with relatively high temperature water after passing through the off-gas heat exchanger 7. When the amount of inflow into the cushion tank 5 by the water supply heating passage 4 is larger than the amount of outflow to the boiler 2 through the water supply passage 8, excess hot water is returned to the water supply tank 3 from the notch 16 of the partition plate 15. On the contrary, if the amount of inflow into the cushion tank 5 by the water supply heating passage 4 is smaller than the amount of outflow to the boiler 2 through the water supply passage 8, water is supplied to the cushion tank 5 from the notch 16 of the partition plate 15. It is used for water supply to the boiler 2. In this way, it is possible to flexibly respond to changes in the water supply demand of the boiler 2.

図２は、本発明の燃料電池システム１の実施例２を示す概略図である。
本実施例２の燃料電池システム１は、基本的には前記実施例１と同様である。そこで、以下においては、両者の異なる点を中心に説明し、対応する箇所には同一の符号を付して説明する。 FIG. 2 is a schematic view showing a second embodiment of the fuel cell system 1 of the present invention.
The fuel cell system 1 of the second embodiment is basically the same as that of the first embodiment. Therefore, in the following, the differences between the two will be mainly described, and the corresponding parts will be described with the same reference numerals.

前記実施例１では、給水タンク３内にクッションタンク５を設けたが、本実施例２では、給水タンク３外にクッションタンク５が設けられる。そして、そのクッションタンク５に、給水タンク３、オフガス熱交換器７およびボイラ２が接続される。具体的には、以下のとおりである。 In the first embodiment, the cushion tank 5 is provided inside the water supply tank 3, but in the second embodiment, the cushion tank 5 is provided outside the water supply tank 3. Then, the water supply tank 3, the off-gas heat exchanger 7, and the boiler 2 are connected to the cushion tank 5. Specifically, it is as follows.

すなわち、まず、給水タンク３とは別に、給水タンク３外に、クッションタンク５が設けられる。このクッションタンク５の容量は、給水タンク３の容量よりも小さい。また、給水タンク３とクッションタンク５とは、連通路２７で接続されている。この連通路２７には、弁は設けられず、それ故、給水タンク３とクッションタンク５とは、連通路２７を介して常時連通する。そして、そのクッションタンク５には、前記実施例１と同様に、ボイラ２への給水路８が接続される。また、給水タンク３からの給水加熱路４も、クッションタンク５に接続される。給水加熱路４には、前記実施例１と同様に、ラジエータ１２やオフガス熱交換器７などが設けられている。 That is, first, the cushion tank 5 is provided outside the water supply tank 3 separately from the water supply tank 3. The capacity of the cushion tank 5 is smaller than the capacity of the water supply tank 3. Further, the water supply tank 3 and the cushion tank 5 are connected by a connecting passage 27. No valve is provided in the communication passage 27, and therefore, the water supply tank 3 and the cushion tank 5 are always in communication with each other through the communication passage 27. Then, the water supply channel 8 to the boiler 2 is connected to the cushion tank 5 as in the first embodiment. Further, the water supply heating path 4 from the water supply tank 3 is also connected to the cushion tank 5. Similar to the first embodiment, the water supply heating passage 4 is provided with a radiator 12, an off-gas heat exchanger 7, and the like.

本実施例２では、給水タンク３外にクッションタンク５を設けて、そのクッションタンク５を給水タンク３、オフガス熱交換器７およびボイラ２に接続するだけで、容易に燃料電池システム１を構成することができる。その他の構成および制御は、前記実施例１と同様のため、説明を省略する。 In the second embodiment, the fuel cell system 1 is easily configured by providing the cushion tank 5 outside the water supply tank 3 and connecting the cushion tank 5 to the water supply tank 3, the off-gas heat exchanger 7, and the boiler 2. be able to. Since other configurations and controls are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.

本発明の燃料電池システム１は、前記各実施例の構成（制御を含む）に限らず、適宜変更可能である。特に、ボイラ２への給水を貯留する給水タンク３と、この給水タンク３と連通するクッションタンク５と、前記連通する箇所とは別の給水加熱路４に設けられ、給水タンク３からクッションタンク５への水が通され、この通水と燃料電池６のオフガスとを熱交換して、通水の加熱を図ると共にオフガスの冷却を図るオフガス熱交換器７とを備え、ボイラ２への給水路８は、クッションタンク５に接続されており、給水タンク３に、給水源からの補給水路１３が接続されているのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。 The fuel cell system 1 of the present invention is not limited to the configuration (including control) of each of the above embodiments, and can be appropriately changed. In particular, the water supply tank 3 for storing the water supply to the boiler 2, the cushion tank 5 communicating with the water supply tank 3, and the water supply heating path 4 provided in a water supply heating path 4 different from the communicating portion, and the water supply tank 3 to the cushion tank 5 are provided. A water supply channel to the boiler 2 is provided with an off-gas heat exchanger 7 that heats the water flow and exchanges heat between the water flow and the off-gas of the fuel cell 6 to heat the water flow and cool the off-gas. Reference numeral 8 denotes a cushion tank 5, and if the water supply tank 3 is connected to the supply water channel 13 from the water supply source, other configurations can be appropriately changed.

１ 燃料電池システム
２ ボイラ
３ 給水タンク
４ 給水加熱路
５ クッションタンク
６ 燃料電池
７ オフガス熱交換器
８ 給水路
９ 給水ポンプ
１０ 逆止弁
１１ 薬注装置
１２ ラジエータ
１３ 補給水路
１４ 補給水ポンプ
１５ 仕切板
１６ 切欠き
１７ 板材
１８ 燃料電池本体
１９ オフガス路
２０ セパレータ
２１ 供給ポンプ
２２ 送水ポンプ
２３ 流量調整弁
２４ 冷却ファン
２５ 第一温度センサ
２６ 第二温度センサ
２７ 連通路 1 Fuel cell system 2 Boiler 3 Water supply tank 4 Water supply heating channel 5 Cushion tank 6 Fuel cell 7 Off-gas heat exchanger 8 Water supply channel 9 Water supply pump 10 Check valve 11 Chemical injection device 12 Radiator 13 Replenishment water channel 14 Replenishment water pump 15 Partition plate 16 Notch 17 Plate material 18 Fuel cell body 19 Off-gas passage 20 Separator 21 Supply pump 22 Water supply pump 23 Flow control valve 24 Cooling fan 25 First temperature sensor 26 Second temperature sensor 27 consecutive passages

Claims (3)

ボイラへの給水を貯留する給水タンクと、
この給水タンクと常時連通するクッションタンクと、
原燃料と水を水蒸気改質反応させることにより水素を生成する改質器、および水素と酸素を化学反応させて発電するセルスタック、を有する燃料電池と、
前記連通する箇所とは別の給水加熱路に設けられ、前記給水タンクから前記クッションタンクへの水が通され、この通水と前記燃料電池のオフガスとを熱交換して、通水の加熱を図ると共にオフガスの冷却を図るオフガス熱交換器と、
前記給水タンクから前記オフガス熱交換器への送水路に設けられた空冷式のラジエータと、を備え、
前記ボイラへの給水路は、前記クッションタンクに接続されており、
前記給水タンクに、給水源からの補給水路が接続されており、
前記オフガス熱交換器において、オフガスを露点温度以下に冷却してオフガス中の水分を凝縮させ、その凝縮水を前記改質器へ再供給する
ことを特徴とする燃料電池システム。 A water tank that stores water to the boiler and
A cushion tank that always communicates with this water tank,
A fuel cell having a reformer that produces hydrogen by steam reforming the raw fuel and water, and a cell stack that chemically reacts hydrogen and oxygen to generate electricity.
The portion of the communication provided in a separate feedwater heating path, the water from the water supply tank to the cushion tank is passed, and the off-gas of the fuel cell and the water passage in the heat exchanger, a heating water passage An off-gas heat exchanger that aims to cool off-gas as well as
An air-cooled radiator provided in the water supply channel from the water supply tank to the off-gas heat exchanger is provided.
The water supply channel to the boiler is connected to the cushion tank and
A make-up water channel from the water supply source is connected to the water supply tank .
A fuel cell system in the off-gas heat exchanger, characterized in that the off-gas is cooled to a dew point temperature or lower to condense the water in the off-gas, and the condensed water is re-supplied to the reformer . 前記クッションタンクは、前記給水タンク内に仕切板を設けて形成されると共に、その仕切板には、前記クッションタンク内と前記給水タンク内との連通部が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 The cushion tank is formed by providing a partition plate in the water supply tank, and the partition plate is provided with a communication portion between the inside of the cushion tank and the inside of the water supply tank. Item 1. The fuel cell system according to item 1. 前記クッションタンクは、前記給水タンク外に設けられると共に、前記給水タンク、前記オフガス熱交換器および前記ボイラに接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein the cushion tank is provided outside the water supply tank and is connected to the water supply tank, the off-gas heat exchanger, and the boiler.
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