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公開番号2021005542
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210114
出願番号2019120242
出願日20190627
発明の名称燃料電池装置
出願人京セラ株式会社,ダイニチ工業株式会社
代理人個人
主分類H01M 8/04 20160101AFI20201211BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】 排水ポンプを効率的に駆動させることができる燃料電池装置を提供する。
【解決手段】 本開示の燃料電池装置100は、燃料電池11と、改質器12と、改質器に供給する水を貯水する改質水タンク63と、改質水タンク63の余剰水を貯水する排水タンク64と、排水タンク64に貯水された排水を排出する排水ポンプP4と、排水タンク64における水位を検知する水位センサWLと、排水ポンプP4の駆動を制御する制御装置30と、を備える。制御装置30は、水位センサWLの検知結果に基づき排水ポンプP4を駆動させるとともに、排水ポンプP4の駆動を制御に利用する制御時間を複数備えている。
【選択図】 図1
特許請求の範囲【請求項1】
燃料ガスと酸素含有ガスとを用いて発電を行なう燃料電池と、
前記燃料電池に供給する燃料ガスを生成する水蒸気改質可能な改質器と、
前記改質器に供給する水を貯水する改質水タンクと、
前記改質水タンクの余剰水を貯水する排水タンクと、
前記排水タンクに貯水された排水を排出する排水ポンプと、
前記排水タンクにおける水位を検知する水位センサと、
該排水ポンプの駆動を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記水位センサの検知結果に基づき前記排水ポンプを駆動させるとともに、前記排水ポンプの駆動を制御に利用する制御時間を複数備えている、燃料電池装置。
続きを表示(約 440 文字)【請求項2】
前記制御装置は、前記水位を検知した後、前記排水ポンプを駆動させてから連続して前記水位を検知した場合に、前記排水ポンプの異常を検知する第1所定時間を有している、請求項1に記載の燃料電池装置。
【請求項3】
前記制御装置は、前記排水ポンプを駆動させた後、前記水位を検知しなくなった後から、前記排水ポンプの駆動を停止するまでの第2所定時間を有している、請求項1または2に記載の燃料電池装置。
【請求項4】
外部からの水を前記改質水タンクに直接的または間接的に供給するための給水弁を含む外部水供給部を備え、
前記制御装置は、前記排水ポンプの駆動間隔時間により、前記給水弁の異常を判定する異常判定に進むための第3所定時間を有している、請求項1〜3のいずれか1つに記載の燃料電池装置。
【請求項5】
前記制御装置は、前記異常判定を連続して複数回実行した場合に、前記給水弁の異常を検知する、請求項4に記載の燃料電池装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、燃料電池装置に関する。
続きを表示(約 5,500 文字)【背景技術】
【0002】
燃料ガスと空気とを用いて発電を行なう燃料電池と、燃料電池に供給する燃料ガスを水蒸気改質によって生成する改質器とを有する燃料電池モジュールを備えた燃料電池装置が種々提案されている。また、燃料電池モジュールからの排ガスに含まれる水蒸気を凝縮して生成される凝縮水を、改質水タンクに貯留し、燃料ガスを水蒸気改質するための改質水として使用する燃料電池装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特許第6171114号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
燃料電池装置の運転中に、改質水タンク内における凝縮水の水位が上限値に達し、余剰の凝縮水が生じる場合がある。余剰の凝縮水は、改質水タンクに接続された排水管が備える排水ポンプを駆動させることによって、改質水タンク外に排出することができる。しかしながら、従来の燃料電池装置は、排水ポンプを効率よく駆動できないことがあった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の燃料電池装置は、
燃料ガスと酸素含有ガスとを用いて発電を行なう燃料電池と、
前記燃料電池に供給する燃料ガスを生成する水蒸気改質可能な改質器と、
前記改質器に供給する水を貯水する改質水タンクと、
改質水タンクの余剰水を貯水する排水タンクと、
排水タンクに貯水された排水を排出する排水ポンプと、
前記排水タンクにおける水位を検知する水位センサと、
該排水ポンプの駆動を制御する制御装置と、を備える。
前記制御装置は、前記水位センサの検知結果に基づき前記排水ポンプを駆動させるとともに、前記排水ポンプの駆動を制御に利用する制御時間を複数備えている。
【発明の効果】
【0006】
本開示の燃料電池装置は、複数の制御時間を有していることにより、排水ポンプを効率的よく駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
実施形態の燃料電池装置の概略構成図である。
実施形態の燃料電池装置の要部を拡大して示す図である。
外装ケース内の燃料電池装置の構成を示す斜視図である。
給水弁異常検知制御を示すフローチャートである。
排水ポンプ異常検知制御を示すフローチャートである。
排水ポンプ駆動停止制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を用いて本開示の実施形態に係る燃料電池装置について説明する。
【0009】
図1は、実施形態の燃料電池装置の概略構成図であり、図2は、実施形態の燃料電池装置の要部を拡大して示す図であり、図3は、外装ケース内の燃料電池装置の構成を示す斜視図である。図4は、給水弁異常検知制御を示すフローチャートであり、図5は、排水ポンプ異常検知制御を示すフローチャートであり、図6は、排水ポンプ駆動停止制御を示すフローチャートである。
【0010】
実施形態の燃料電池装置100は、収納容器10内に収容された燃料電池モジュール1を備える。燃料電池モジュール1は、燃料ガスと酸素含有ガス(空気)とを用いて発電を行う燃料電池11と、燃料電池11に供給する燃料ガスを生成する改質器12とを有する。改質器12は、天然ガス、LPガス等の原燃料ガスを水蒸気改質し、燃料ガスを生成することができる。
【0011】
燃料電池装置100は、燃料電池モジュール1からの排ガスと熱媒との熱交換を行う第1熱交換器2、および熱媒を貯留する蓄熱タンク3を備える。
【0012】
燃料電池装置100は、第1熱交換器2、蓄熱タンク3、熱媒ポンプP2およびこれらを繋ぐ配管を含む第1の熱循環系HC1を備える。燃料電池装置100は、第2熱交換器4、蓄熱タンク3から熱媒を循環させる与熱ポンプP3およびこれらを繋ぐ配管を含む第2の熱循環系HC2をさらに備えていてもよい。燃料電池装置100は、蓄熱タンク3に貯留された高温の熱媒を用いて、外部から供給流路Kinを介して供給された水道水等の水を第2熱交換器4で加温し、加温された水を外部の給湯器等の再加熱装置に向けて送給流路Koutを介して送給する構成であってもよい。燃料電池装置100は、外部への温水供給を行わない、いわゆるモノジェネレーションシステムであってもよい。
【0013】
燃料電池装置100は、酸素含有ガス供給装置14、燃料ガス供給装置15、外部水供給部16、凝縮水回収器60、改質水ポンプP1および改質水流路R等を含む、燃料電池の発電運転を補助するための補機類を備える。
【0014】
酸素含有ガス供給装置14は、酸素含有ガス流路Fと空気ブロア(図示せず)とを含み、酸素含有ガスを燃料電池11に送給する。燃料ガス供給装置15は、燃料ガス流路Gと燃料ポンプ(図示せず)とを有し、原燃料ガスを改質器12に送給する。
【0015】
燃料電池11で発電した結果、燃料電池モジュール1から排出される排ガスは、第1熱交換器2において、第1熱交換器2内を流れる熱媒と熱交換する。この際、排ガスに含まれる水分が結露して凝縮水が生じる。生じた凝縮水は、凝縮水流路Cを経由して回収され、凝縮水回収器60に送給され、貯留される。凝縮水回収器60に貯留された凝縮水は、浄化された後、改質水として改質器12に供給される。水分が取り除かれた排ガスは、排ガス流路Eを介して、燃料電池装置100の外に排気される。
【0016】
外部水供給部16は、凝縮水回収器60に貯留されている凝縮水の水量が低下した場合に、給水元から送給される水を凝縮水回収器60に供給する。実施形態では、給水元は、上水道であり、給水元から送給される水は、水道水である。外部水供給部16は、給水元と凝縮水回収器60とを繋ぐ給水管16a、および給水管16aに設けられた給水弁16bを有する。給水弁16bは、例えば電磁弁等で構成されており、燃料電池装置100の制御装置30から出力される電気信号に応じて開閉される。
【0017】
燃料電池装置100は、凝縮水回収器60で生じた余剰水を外部へ排出するための排水流路Dを有する。排水流路Dは、排水ポンプP4を含み、余剰水は、排水ポンプP4を駆動させることによって、外部へ排出される。排水流路Dの途中に、酸性の余剰水を中和するための炭酸カルシウム等の中和剤が充填された中和容器を配設してもよい。
【0018】
凝縮水回収器60は、補水タンク61、凝縮水タンク62、改質水タンク63、排水タンク64、排水部65およびこれらを繋ぐ配管67,68,69を含む。
【0019】
補水タンク61は、給水元から送給される水道水を浄化して貯留する。補水タンク61の上部には、外部水供給部16の給水管16aに繋がる流入口61cが形成されている。補水タンク61内の底部寄りの位置に、水道水を浄化するためのイオン交換樹脂61aが配設されている。また、補水タンク61内の上部寄りの位置に、補水タンク61内の水が給水管16aへ逆流することを抑制するための逆流抑制空間61bが設けられている。
【0020】
逆流抑制空間61bは、補水タンク61の側部に形成された貫通孔(図示せず)を介して、補水タンク61の外部と連通されていてもよい。これにより、補水タンク61内の水位が上昇した場合に、補水タンク61内の水をオーバーフローさせることができる。ひいては、補水タンク61内の水が給水管16aへ逆流することを、より確実に抑制できる。
【0021】
補水タンク61と凝縮水タンク62とは、T字状の配管67によって接続され、連通している。配管67は、直線部67aおよび分岐部67bを有する。補水タンク61の下部には、分岐部67bに繋がる流出口61dが形成されている。直線部67aの一端が、凝縮水タンク62に接続されており、直線部67aの他端には、水抜栓70が配設されている。水抜栓70を開状態にすることによって、凝縮水回収器60の水抜きを行うことができる。水抜栓70は、凝縮水回収器60の水抜きを行う必要がある場合(例えば、燃料電池装置100をシャットダウンする場合等)を除いて、閉状態にする。
【0022】
凝縮水タンク62は、補水タンク61内のイオン交換樹脂61aによって浄化された水を貯留する。また、凝縮水タンク62は、凝縮水流路Cから流入する凝縮水を浄化して貯留する。凝縮水タンク62の上部には、凝縮水流路Cに繋がる流入口62cが形成されている。また、凝縮水タンク62の側部には、配管67の直線部67aに繋がる流入口62dが形成されている。
【0023】
凝縮水タンク62内には、一面が開口した略直方体形状の容器62aが、流入口62cの下方に位置するように配設されている。容器62aの、開口した一面以外の面と、凝縮水タンク62の内面とは離間している。容器62a内には、凝縮水流路Cから流入する凝縮水を浄化するためのイオン交換樹脂62bが配設されている。容器62aの底部には、イオン交換樹脂62bによって浄化された凝縮水が流出する流出口62eが形成されている。また、容器62aの側部には、容器62aの内部と外部とを連通させる通気口62fが形成されている。
【0024】
改質水タンク63、排水タンク64および排水部65は、改質水貯留容器66を分画することによって、形成されている。実施形態では、例えば図2に示すように、改質水貯留容器66は略直方体形状であり、改質水貯留容器66の底面から鉛直方向(図2における上下方向)に延びる第1仕切壁66aおよび第2仕切壁66bを設けることによって、改質水貯留容器66の内部を改質水タンク63と、排水タンク64と、排水部65とに分画している。
【0025】
改質水タンク63は、補水タンク61内のイオン交換樹脂61aによって浄化された水、および凝縮水タンク62内のイオン交換樹脂62bによって浄化された水を貯留する。改質水タンク63と凝縮水タンク62とは、例えば図2に示すように、上寄りに位置する配管68および下寄りに位置する配管69によって接続され、連通している。改質水タンク63の底部または底部近傍の側部には、改質水流路Rに繋がる流出口63aが形成されている。改質水タンク63に貯留された水は、改質器12に供給され、原燃料ガスを水蒸気改質するための改質水として使用される。
【0026】
排水タンク64は、改質水タンク63からオーバーフローした水を余剰水として貯留する。排水タンク64の底部には、排水流路Dに繋がる流出口64aが形成されている。排水タンク64に貯留された余剰水は、排水流路Dの排水ポンプP4を駆動させることによって外部へ排出される。
【0027】
排水タンク64には、水位センサWLが配設されている。水位センサWLは、排水タンク64内の水位が、所定水位未満である場合、水位を検知せず、排水タンク64内の水位が所定水位以上である場合、水位を検知する。水位センサWLは、例えばフロートセンサである。所定水位は、例えば、排水タンク64の容量の70〜90%の水量に対応する水位であってもよい。
【0028】
排水部65は、排水タンク64からオーバーフローした余剰水を受け入れる。排水部65の底部には、外部に繋がる流出口65aが形成されており、排水部65に流入した余剰水は、流出口65aを介して、外部に排出される。
【0029】
第1仕切壁66aは、第2仕切壁66bよりも改質水貯留容器66の底面からの高さが高い。これにより、排水タンク64に貯留された余剰水が改質水タンク63へ逆流することを抑制することができる。
【0030】
補水タンク61の底部は、凝縮水タンク62の底部および改質水タンク63の底部よりも鉛直方向(図2における上下方向)上方に位置していてもよい。これにより、補水タンク61内のイオン交換樹脂61aによって浄化された水を、自重によって、凝縮水タンク62および改質水タンク63に流すことができる。補水タンク61の底部は、凝縮水タンク62の上部および改質水タンク63の上部よりも鉛直方向上方に位置していてもよい。これにより、補水タンク61、凝縮水タンク62および改質水タンク63の配置場所の自由度を向上させることができる。また、図2では、補水タンク61が、凝縮水タンク62を介して、改質水タンク63に連通している例を示したが、補水タンク61と改質水タンク63とは、これらを直接に接続する配管によって、連通されていてもよい。
(【0031】以降は省略されています)

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