改質装置
【課題】原燃料供給管からの水蒸気の逆流を防止できる改質装置を提供する。
【解決手段】水又は水蒸気を供給する水供給管37と、原燃料ガスを供給する原燃料供給管35とを改質器4に接続してなるとともに、原燃料供給管35が改質器4の下方から延設されている改質装置であって、原燃料供給管35が改質器4に接続される水平部35aと、該水平部35aに接続されるU字状部35cと、該U字状部35cに接続される垂直部35bとを具備する改質装置である。また、原燃料供給管35に逆止弁43を有する改質装置である。
【解決手段】水又は水蒸気を供給する水供給管37と、原燃料ガスを供給する原燃料供給管35とを改質器4に接続してなるとともに、原燃料供給管35が改質器4の下方から延設されている改質装置であって、原燃料供給管35が改質器4に接続される水平部35aと、該水平部35aに接続されるU字状部35cと、該U字状部35cに接続される垂直部35bとを具備する改質装置である。また、原燃料供給管35に逆止弁43を有する改質装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水又は水蒸気を供給する水供給管と、原燃料ガスを供給する原燃料供給管とを改質器に接続してなる改質装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の固体酸化物形の燃料電池システムは、図11に示すように、複数の燃料電池セルからなる燃料電池1、天然ガスなどの炭化水素系原燃料ガスを燃料電池1に供給する燃料供給装置2、および酸化剤の空気を燃料電池1に供給するための空気供給装置3、燃料電池1に供給する水素等の燃料ガスを得るため原燃料ガスを加湿し改質する改質器4、該改質器4に純水を供給する水処理装置5を具備している。水処理装置5には、純水化用の水を供給する純水化用給水管15が接続され、前記水処理装置5には水処理後の濃縮水を排出する排水管16が接続されている。
【0003】
図12は、このような燃料電池システムの具体的な構成図を示すもので、収納容器31内に改質器4が収納されており、また、この改質器4の下方には、複数の燃料電池セルからなる燃料電池が配置されている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
このような燃料電池システムでは、収納容器31内に改質器4が収納されており、この改質器4の下方には、複数の燃料電池セルからなる燃料電池が配置されており、これらの燃料電池セルからの未反応ガスの燃焼ガスにより改質器4を加熱するように構成されている。
【0005】
改質器4は、原燃料加湿部を有しており、この原燃料加湿部には、収納容器31の外側から、原燃料ガスを供給するため原燃料供給管35、純水を供給するための水供給管37が接続され、さらには、収納容器31には燃料電池セルに空気を供給するための空気供給管39も接続されている。
【0006】
原燃料供給管35は、改質器4に接続される水平部(横方向延設部)35aと、この水平部35aに接続され、下方に延設される垂直部(縦方向延設部)35bとを具備して構成されている。
【0007】
以上のような燃料電池システムでは、原燃料供給管35により、天然ガスなどの炭化水素系原燃料ガスを改質器4に供給するとともに、水供給管37により純水を改質器4の原燃料加湿部に供給し、この原燃料加湿部にて水蒸気となった純水により原燃料ガスが加湿され、改質される。この改質された燃料ガス、及び空気供給管39からの空気が、燃料電池セルに供給され、この燃料電池セルにて発電し、また、余剰の燃料ガス、空気は反応して燃焼し、この燃焼ガスにより改質器4が加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2005−285340号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、従来の燃料電池システムでは、燃料電池による発電を停止する際などにおいて、原燃料加湿部等の水蒸気が原燃料供給管35から逆流し、収納容器31外部にて冷却され、原燃料供給管35内で結露し、この時の水が燃料供給装置2まで達する虞があ
り、燃料供給装置2の流量を制御する流量センサーを破損させる虞があった。
【0010】
即ち、需要家の負荷の状況等で発電を停止する場合など、燃料電池1に負担をかけないように停止させるために、例えば、燃料ガスを最小限の所定流量に、また改質用の純水も最小限の所定流量にして、燃料電池温度が安全な所定温度まで下がるまで供給を維持させる。安全に停止できる温度まで下がった後、例えば、原燃料供給管35に窒素(空気)を所定量流し、収納容器31内を窒素(空気)でパージし、停止する。
【0011】
このとき、原燃料ガスの加湿部内の残留水や水蒸気が原燃料供給管35を逆流し、水蒸気は冷やされて原燃料供給管35内で結露し、この水が燃料供給装置2まで達する虞があり、燃料供給装置2の流量を制御する流量センサーを破損させる虞があった。
【0012】
本発明は、原燃料供給管からの水や水蒸気の逆流を防止できる改質装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の改質装置は、水又は水蒸気を供給する水供給管と、原燃料ガスを供給する原燃料供給管とを改質器に接続してなる改質装置であって、前記原燃料供給管に、前記水や水蒸気の前記改質器からの逆流を阻止する逆流阻止部を設けてなることを特徴とする。
【0014】
前記原燃料供給管が前記改質器の下方から延設されており、前記原燃料供給管が、前記改質器に接続される横方向延設部と、該横方向延設部に接続される前記逆流阻止部であるU字状部と、該U字状部に接続される縦方向延設部とを具備することを特徴とする。
【0015】
需要家の負荷の状況等で発電を停止する場合など、例えば、燃料電池に負担をかけないように停止させるために、原燃料ガスを最小限の所定流量に、また改質用の純水も最小限の所定流量にして、燃料電池温度が安全な所定温度まで下がるまで供給を維持させる。安全に停止できる温度まで下がった後、原燃料供給配管に窒素(空気)を所定量流し停止する。このとき、原燃料加湿部内の残留水や水蒸気が原燃料供給管に逆流し、水蒸気は冷やされて配管内に結露するが、本発明では、原燃料供給管に逆流阻止部を設け、例えば、原燃料供給管が改質器の下方から延設されており、原燃料供給管が改質器に接続される横方向延設部と、該横方向延設部に接続される逆流阻止部であるU字状部と、該U字状部に接続される縦方向延設部とを具備するため、結露水はU字状に屈曲した部分に溜まり燃料供給装置にまで達することがない。
【0016】
さらに、U字状部に溜まった結露水により、原燃料供給管が閉塞され、水蒸気も、それより先の燃料供給装置までは達することがない。
【0017】
また、本発明の改質装置は、前記U字状部の最下部には、下方に延設される水排出管が接続されており、該水排出管には弁が設けられていることを特徴とする。このような改質装置では、燃料電池停止時に原燃料加湿部より流出した水や結露水をU字状部の屈曲した配管底部に溜め、例えば電磁弁を開くことで系外に排出し、燃料電池の運転停止時に原燃料供給管内の湿度を装置の外気状態と同じ状態のまま保つことができるので、センサー類を保護し、信頼性が向上する。
【0018】
また、本発明の改質装置は、前記逆流阻止部は逆止弁からなることを特徴とする。このような改質装置では、逆止弁により水蒸気の逆流を容易に阻止でき、それより先の燃料供給装置までは達することがない。
【0019】
さらに、本発明の改質装置は、前記原燃料供給管は、前記改質器よりも上方に延設され
た上方延設部を有しており、該上方延設部に前記逆止弁が設けられていることを特徴とする。このような改質装置では、原燃料供給管の上方延設部に逆止弁が設けられているため、逆止弁まで逆流してきた水蒸気は結露し、改質器へ戻すことができる。
【0020】
また、本発明の改質装置は、前記逆止弁と前記改質器との間の前記原燃料供給管における最下部には、下方に延設される水排出管が接続されており、該水排出管には弁が設けられていることを特徴とする。このような改質装置では、燃料電池停止時に原燃料加湿部より流出した水や結露水を逆止弁と改質器との間の原燃料供給管における最下部に溜め、例えば電磁弁を開くことで系外に排出し、燃料電池の運転停止時に原燃料供給管内の湿度を装置の外気状態と同じ状態のまま保つことができるので、センサー類を保護し、信頼性が向上する。
【0021】
また、本発明の改質装置は、前記改質器は収納容器に収納されており、前記原燃料供給管に設けられた前記逆流阻止部が前記収納容器外に存在することを特徴とする。収納容器外では、原燃料供給管が冷却されやすいことに起因して原燃料供給管内で結露しやすくなるため、収納容器外に逆流阻止部を形成することにより、より有効に結露水や水蒸気が燃料供給配管を逆流することを防止できる。
【0022】
さらに、本発明の改質装置は、前記改質器は収納容器に収納されており、該収納容器に収納された複数の燃料電池セルにより加熱されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0023】
本発明の改質装置は、原燃料供給管に逆流阻止部を設けたので、燃料電池の運転停止後に残留水や水蒸気の逆流を防止でき、信頼性の高い燃料電池システムを供給できる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】燃料電池システムを示すブロック図である。
【図2】図1の燃料電池システムの具体的構成を示す斜視図である。
【図3】水平部とU字状部との間に逆U字状部を有する燃料電池システムを示すブロック図である。
【図4】図3の燃料電池システムの具体的構成を示す斜視図である。
【図5】U字状部に水排出管を設けた燃料電池システムを示すブロック図である。
【図6】図5の燃料電池システムの具体的構成を示す斜視図である。
【図7】逆止弁を有する燃料電池システムを示すブロック図である。
【図8】図7の燃料電池システムの具体的構成を示す斜視図である。
【図9】逆止弁及び水排出管を有する燃料電池システムを示すブロック図である。
【図10】図9の燃料電池システムの具体的構成を示す斜視図である。
【図11】従来の燃料電池システムを示すブロック図である。
【図12】図11の燃料電池システムの具体的構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図1は燃料電池システムのブロック図を示し、図2は、図1の具体的構成を示す斜視図である。図1、図2において、図11、12で示した従来の燃料電池システムと同じ機能を有するものについては、同一の符号を付与しており、それらの機能の詳細は、図11、12に準ずるものとして説明を省略する。
【0026】
本発明の改質装置では、原燃料供給管35が改質器4に接続される水平部(横方向延設部)35aと、該水平部に接続されるU字状部(逆流阻止部)35cと、該U字状部35cに接続される垂直部(縦方向延設部)35bとを具備している。即ち、一端が改質器4
の原燃料加湿部に、他端が燃料供給装置2にそれぞれ連結された原燃料供給管35の途中に、U字状に屈曲したU字状部35cを具備している。さらに言い換えると、水平部35aと垂直部35bとの間に、U字状部35cが形成されている。U字状部35cの形状を言い換えると、下側に凸の二次曲線形状ともいうことができ、U字状部35cと垂直部35bとの連結部分は、上側に凸の二次曲線形状の配管で連結されているということもできる。
【0027】
尚、水平部35aとは、ほぼ水平となっている部分を言うが、横方向に延設されていれば良い。また、垂直部35bとは、ほぼ垂直となっている部分を言うが、縦方向に延設されていれば良い。
【0028】
このU字状部35cは、図2に示すように、収納容器31の外側に位置しており、また、水平部35aは、収納容器31の内外に存在している。U字状部35cの大きさや最下部の位置は、逆流してきた水蒸気の凝縮水を溜めるに十分な大きさを有している。
【0029】
次に動作および作用について説明する。上記のような燃料電池システムの運転は、燃料供給装置2で燃料となる天然ガスなどの原燃料ガス、純水を改質器4に供給し、燃料電池を構成する燃料電池セルに改質された燃料ガスを供給する。また、空気供給装置3により酸化剤ガス(空気)を燃料電池セルに供給する。
【0030】
最初に収納容器31内部で、原燃料ガスと空気を反応させて燃焼させ、その燃焼熱で燃料電池セル自体を発電可能な温度まで加熱する。所定の温度になると、水処理装置5で精製した純水を、改質器4の原燃料加湿部に供給し、水蒸気改質で天然ガスなどを改質して燃料ガスを燃料電池セルに供給するとともに、空気供給装置3により酸化剤ガス(空気)を燃料電池セルに供給して発電が始まり、発電により発生する熱により燃料電池セルの温度を維持する。さらに、発電により発生する熱が、外部に排熱として放出されるようになる。
【0031】
そして、需要家の負荷の状況等で発電を停止する場合、燃料電池に負担をかけないように停止させなければならないため、燃料ガスを最小限の所定流量に、また改質用の純水も最小限の所定流量にして、燃料電池1の温度が安全な所定温度まで下がるまで燃料ガスおよび純水供給を維持させる。安全に停止できる温度まで下がった後、原燃料供給管35に窒素(空気)を所定量流し停止する。このとき、原燃料加湿部内の残留水や水蒸気が原燃料供給管35に逆流し、水蒸気は冷やされて原燃料供給管35内に結露するが、原燃料供給管35の途中にU字状の屈曲部(U字状部35c)を設けることで、結露水や原燃料加湿部内の残留水はU字状部35cの下部に溜まり、燃料供給装置2にまで達することが無くなり、装置の破損を防ぐことができる。
【0032】
図3、4は、本発明の他の形態を示すもので、この形態では、原燃料供給管35が改質器4に接続される水平部35aと、該水平部35aに接続されるU字状部35cと、該U字状部35cに接続される垂直部35bとを具備しており、さらに、水平部35aとU字状部35cとの間に、逆U字状部35dが形成されている。この逆U字状部35dは、水平部35aよりも高い位置に山状に形成され、この逆U字状部35dに連続してU字状部35cが形成されている。U字状部35cの最下部は、改質器4(原燃料加湿部)よりも低位置に存在している。
【0033】
このような燃料電池システムでは、上記形態と同様な動作及び作用を有するが、この形態の改質装置では、さらに、改質器4の原燃料加湿部内の残留水が原燃料供給管35内を逆流することを、改質器4よりも高い位置に存在する逆U字状部35dにより防止することができ、装置の信頼性が向上する。
【0034】
図5、6は、本発明のさらに他の形態を示すもので、この形態では、U字状部35cの最下部には、下方に延設される水排出管41が接続されており、この水排出管41には電磁弁43が設けられている。
【0035】
水排出管41は、U字状部35cに溜まった残留水や結露水を系外に排出する機能を有するもので、燃料電池1の停止処理完了後、U字状部35cの底部に溜まった水を電磁弁43を開にして系外に排出する。このような制御をすることにより、次回の起動時に原燃料供給管35内に余分な水溜まりを無くすことができ、起動を円滑にすることができ、信頼性の高い燃料電池システムを供給できる。
【0036】
図7、8は、本発明のさらに他の形態を示すもので、この形態では、改質器4には、水平部35aが接続され、この水平部35aには、改質器4よりも上方に延設された上方延設部35eを有しており、該上方延設部35eには逆止弁55が設けられている。原燃料供給管35は、上方延設部35eから水平に延び、それから下方に延設されている。
【0037】
このような改質装置では、逆止弁55により水蒸気の逆流を容易に阻止でき、それより先の燃料供給装置までは達することがない。また、原燃料供給管35の上方延設部35eに逆止弁55が設けられているため、逆止弁55まで逆流してきた水蒸気は結露し、改質器4へ戻すことができる。
【0038】
図9、10は、本発明のさらに他の形態を示すもので、この形態では、図7、8の形態に対して、逆止弁55と改質器4との間の原燃料供給管35における最下部となる水平部35aには、下方に延設される水排出管41が接続されており、該水排出管41には弁43が設けられている。このような改質装置では、燃料電池停止時に原燃料加湿部より流出した水や結露水を逆止弁55と改質器4との間の原燃料供給管35における水平部35aに溜め、例えば電磁弁43を開くことで系外に排出し、次回の起動時に原燃料供給管35内に余分な水溜まりを無くすことができ、起動を円滑にすることができ、信頼性の高い燃料電池システムを供給できる。
【0039】
図9、10では、水平部35aに水排出管41を設けたが、本発明では、水平部35aと上方延設部35eとの間に、水平部35aよりも下方に延設されるU字状部を設け、このU字状部に水排出管41を設けることにより、水をU字状部に溜め、水排出管41から有効に排出することができる。
【0040】
尚、上記燃料電池システムでは、収納容器31内に複数の燃料電池セルからなる燃料電池1を収納し、燃焼ガスで改質器4を加熱する形態で説明したが、本発明は、上記形態に限定されるものではなく、収納容器31内に燃料電池を収容することなく、改質器を収納するものであっても良い。
【0041】
さらに、上記形態では、改質器4の原燃料加湿部に、純水を供給し、原燃料加湿部にて水蒸気として原燃料を加湿する場合について説明したが、改質器4の原燃料加湿部に水蒸気を直接供給するようにしても良い。
【0042】
また、上記形態では、収納容器外部にU字状部35cを形成したが、収納容器内部にU字状部を形成してもある程度の効果を有する。
【符号の説明】
【0043】
4:改質器
31:収納容器
35:原燃料供給管
35a:水平部
35b:垂直部
35c:U字状部
35d:逆U字状部
35e:上方延設部
37:水供給管
41:水排出管
43:電磁弁
55:逆止弁
【技術分野】
【0001】
本発明は、水又は水蒸気を供給する水供給管と、原燃料ガスを供給する原燃料供給管とを改質器に接続してなる改質装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の固体酸化物形の燃料電池システムは、図11に示すように、複数の燃料電池セルからなる燃料電池1、天然ガスなどの炭化水素系原燃料ガスを燃料電池1に供給する燃料供給装置2、および酸化剤の空気を燃料電池1に供給するための空気供給装置3、燃料電池1に供給する水素等の燃料ガスを得るため原燃料ガスを加湿し改質する改質器4、該改質器4に純水を供給する水処理装置5を具備している。水処理装置5には、純水化用の水を供給する純水化用給水管15が接続され、前記水処理装置5には水処理後の濃縮水を排出する排水管16が接続されている。
【0003】
図12は、このような燃料電池システムの具体的な構成図を示すもので、収納容器31内に改質器4が収納されており、また、この改質器4の下方には、複数の燃料電池セルからなる燃料電池が配置されている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
このような燃料電池システムでは、収納容器31内に改質器4が収納されており、この改質器4の下方には、複数の燃料電池セルからなる燃料電池が配置されており、これらの燃料電池セルからの未反応ガスの燃焼ガスにより改質器4を加熱するように構成されている。
【0005】
改質器4は、原燃料加湿部を有しており、この原燃料加湿部には、収納容器31の外側から、原燃料ガスを供給するため原燃料供給管35、純水を供給するための水供給管37が接続され、さらには、収納容器31には燃料電池セルに空気を供給するための空気供給管39も接続されている。
【0006】
原燃料供給管35は、改質器4に接続される水平部(横方向延設部)35aと、この水平部35aに接続され、下方に延設される垂直部(縦方向延設部)35bとを具備して構成されている。
【0007】
以上のような燃料電池システムでは、原燃料供給管35により、天然ガスなどの炭化水素系原燃料ガスを改質器4に供給するとともに、水供給管37により純水を改質器4の原燃料加湿部に供給し、この原燃料加湿部にて水蒸気となった純水により原燃料ガスが加湿され、改質される。この改質された燃料ガス、及び空気供給管39からの空気が、燃料電池セルに供給され、この燃料電池セルにて発電し、また、余剰の燃料ガス、空気は反応して燃焼し、この燃焼ガスにより改質器4が加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2005−285340号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、従来の燃料電池システムでは、燃料電池による発電を停止する際などにおいて、原燃料加湿部等の水蒸気が原燃料供給管35から逆流し、収納容器31外部にて冷却され、原燃料供給管35内で結露し、この時の水が燃料供給装置2まで達する虞があ
り、燃料供給装置2の流量を制御する流量センサーを破損させる虞があった。
【0010】
即ち、需要家の負荷の状況等で発電を停止する場合など、燃料電池1に負担をかけないように停止させるために、例えば、燃料ガスを最小限の所定流量に、また改質用の純水も最小限の所定流量にして、燃料電池温度が安全な所定温度まで下がるまで供給を維持させる。安全に停止できる温度まで下がった後、例えば、原燃料供給管35に窒素(空気)を所定量流し、収納容器31内を窒素(空気)でパージし、停止する。
【0011】
このとき、原燃料ガスの加湿部内の残留水や水蒸気が原燃料供給管35を逆流し、水蒸気は冷やされて原燃料供給管35内で結露し、この水が燃料供給装置2まで達する虞があり、燃料供給装置2の流量を制御する流量センサーを破損させる虞があった。
【0012】
本発明は、原燃料供給管からの水や水蒸気の逆流を防止できる改質装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の改質装置は、水又は水蒸気を供給する水供給管と、原燃料ガスを供給する原燃料供給管とを改質器に接続してなる改質装置であって、前記原燃料供給管に、前記水や水蒸気の前記改質器からの逆流を阻止する逆流阻止部を設けてなることを特徴とする。
【0014】
前記原燃料供給管が前記改質器の下方から延設されており、前記原燃料供給管が、前記改質器に接続される横方向延設部と、該横方向延設部に接続される前記逆流阻止部であるU字状部と、該U字状部に接続される縦方向延設部とを具備することを特徴とする。
【0015】
需要家の負荷の状況等で発電を停止する場合など、例えば、燃料電池に負担をかけないように停止させるために、原燃料ガスを最小限の所定流量に、また改質用の純水も最小限の所定流量にして、燃料電池温度が安全な所定温度まで下がるまで供給を維持させる。安全に停止できる温度まで下がった後、原燃料供給配管に窒素(空気)を所定量流し停止する。このとき、原燃料加湿部内の残留水や水蒸気が原燃料供給管に逆流し、水蒸気は冷やされて配管内に結露するが、本発明では、原燃料供給管に逆流阻止部を設け、例えば、原燃料供給管が改質器の下方から延設されており、原燃料供給管が改質器に接続される横方向延設部と、該横方向延設部に接続される逆流阻止部であるU字状部と、該U字状部に接続される縦方向延設部とを具備するため、結露水はU字状に屈曲した部分に溜まり燃料供給装置にまで達することがない。
【0016】
さらに、U字状部に溜まった結露水により、原燃料供給管が閉塞され、水蒸気も、それより先の燃料供給装置までは達することがない。
【0017】
また、本発明の改質装置は、前記U字状部の最下部には、下方に延設される水排出管が接続されており、該水排出管には弁が設けられていることを特徴とする。このような改質装置では、燃料電池停止時に原燃料加湿部より流出した水や結露水をU字状部の屈曲した配管底部に溜め、例えば電磁弁を開くことで系外に排出し、燃料電池の運転停止時に原燃料供給管内の湿度を装置の外気状態と同じ状態のまま保つことができるので、センサー類を保護し、信頼性が向上する。
【0018】
また、本発明の改質装置は、前記逆流阻止部は逆止弁からなることを特徴とする。このような改質装置では、逆止弁により水蒸気の逆流を容易に阻止でき、それより先の燃料供給装置までは達することがない。
【0019】
さらに、本発明の改質装置は、前記原燃料供給管は、前記改質器よりも上方に延設され
た上方延設部を有しており、該上方延設部に前記逆止弁が設けられていることを特徴とする。このような改質装置では、原燃料供給管の上方延設部に逆止弁が設けられているため、逆止弁まで逆流してきた水蒸気は結露し、改質器へ戻すことができる。
【0020】
また、本発明の改質装置は、前記逆止弁と前記改質器との間の前記原燃料供給管における最下部には、下方に延設される水排出管が接続されており、該水排出管には弁が設けられていることを特徴とする。このような改質装置では、燃料電池停止時に原燃料加湿部より流出した水や結露水を逆止弁と改質器との間の原燃料供給管における最下部に溜め、例えば電磁弁を開くことで系外に排出し、燃料電池の運転停止時に原燃料供給管内の湿度を装置の外気状態と同じ状態のまま保つことができるので、センサー類を保護し、信頼性が向上する。
【0021】
また、本発明の改質装置は、前記改質器は収納容器に収納されており、前記原燃料供給管に設けられた前記逆流阻止部が前記収納容器外に存在することを特徴とする。収納容器外では、原燃料供給管が冷却されやすいことに起因して原燃料供給管内で結露しやすくなるため、収納容器外に逆流阻止部を形成することにより、より有効に結露水や水蒸気が燃料供給配管を逆流することを防止できる。
【0022】
さらに、本発明の改質装置は、前記改質器は収納容器に収納されており、該収納容器に収納された複数の燃料電池セルにより加熱されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0023】
本発明の改質装置は、原燃料供給管に逆流阻止部を設けたので、燃料電池の運転停止後に残留水や水蒸気の逆流を防止でき、信頼性の高い燃料電池システムを供給できる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】燃料電池システムを示すブロック図である。
【図2】図1の燃料電池システムの具体的構成を示す斜視図である。
【図3】水平部とU字状部との間に逆U字状部を有する燃料電池システムを示すブロック図である。
【図4】図3の燃料電池システムの具体的構成を示す斜視図である。
【図5】U字状部に水排出管を設けた燃料電池システムを示すブロック図である。
【図6】図5の燃料電池システムの具体的構成を示す斜視図である。
【図7】逆止弁を有する燃料電池システムを示すブロック図である。
【図8】図7の燃料電池システムの具体的構成を示す斜視図である。
【図9】逆止弁及び水排出管を有する燃料電池システムを示すブロック図である。
【図10】図9の燃料電池システムの具体的構成を示す斜視図である。
【図11】従来の燃料電池システムを示すブロック図である。
【図12】図11の燃料電池システムの具体的構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図1は燃料電池システムのブロック図を示し、図2は、図1の具体的構成を示す斜視図である。図1、図2において、図11、12で示した従来の燃料電池システムと同じ機能を有するものについては、同一の符号を付与しており、それらの機能の詳細は、図11、12に準ずるものとして説明を省略する。
【0026】
本発明の改質装置では、原燃料供給管35が改質器4に接続される水平部(横方向延設部)35aと、該水平部に接続されるU字状部(逆流阻止部)35cと、該U字状部35cに接続される垂直部(縦方向延設部)35bとを具備している。即ち、一端が改質器4
の原燃料加湿部に、他端が燃料供給装置2にそれぞれ連結された原燃料供給管35の途中に、U字状に屈曲したU字状部35cを具備している。さらに言い換えると、水平部35aと垂直部35bとの間に、U字状部35cが形成されている。U字状部35cの形状を言い換えると、下側に凸の二次曲線形状ともいうことができ、U字状部35cと垂直部35bとの連結部分は、上側に凸の二次曲線形状の配管で連結されているということもできる。
【0027】
尚、水平部35aとは、ほぼ水平となっている部分を言うが、横方向に延設されていれば良い。また、垂直部35bとは、ほぼ垂直となっている部分を言うが、縦方向に延設されていれば良い。
【0028】
このU字状部35cは、図2に示すように、収納容器31の外側に位置しており、また、水平部35aは、収納容器31の内外に存在している。U字状部35cの大きさや最下部の位置は、逆流してきた水蒸気の凝縮水を溜めるに十分な大きさを有している。
【0029】
次に動作および作用について説明する。上記のような燃料電池システムの運転は、燃料供給装置2で燃料となる天然ガスなどの原燃料ガス、純水を改質器4に供給し、燃料電池を構成する燃料電池セルに改質された燃料ガスを供給する。また、空気供給装置3により酸化剤ガス(空気)を燃料電池セルに供給する。
【0030】
最初に収納容器31内部で、原燃料ガスと空気を反応させて燃焼させ、その燃焼熱で燃料電池セル自体を発電可能な温度まで加熱する。所定の温度になると、水処理装置5で精製した純水を、改質器4の原燃料加湿部に供給し、水蒸気改質で天然ガスなどを改質して燃料ガスを燃料電池セルに供給するとともに、空気供給装置3により酸化剤ガス(空気)を燃料電池セルに供給して発電が始まり、発電により発生する熱により燃料電池セルの温度を維持する。さらに、発電により発生する熱が、外部に排熱として放出されるようになる。
【0031】
そして、需要家の負荷の状況等で発電を停止する場合、燃料電池に負担をかけないように停止させなければならないため、燃料ガスを最小限の所定流量に、また改質用の純水も最小限の所定流量にして、燃料電池1の温度が安全な所定温度まで下がるまで燃料ガスおよび純水供給を維持させる。安全に停止できる温度まで下がった後、原燃料供給管35に窒素(空気)を所定量流し停止する。このとき、原燃料加湿部内の残留水や水蒸気が原燃料供給管35に逆流し、水蒸気は冷やされて原燃料供給管35内に結露するが、原燃料供給管35の途中にU字状の屈曲部(U字状部35c)を設けることで、結露水や原燃料加湿部内の残留水はU字状部35cの下部に溜まり、燃料供給装置2にまで達することが無くなり、装置の破損を防ぐことができる。
【0032】
図3、4は、本発明の他の形態を示すもので、この形態では、原燃料供給管35が改質器4に接続される水平部35aと、該水平部35aに接続されるU字状部35cと、該U字状部35cに接続される垂直部35bとを具備しており、さらに、水平部35aとU字状部35cとの間に、逆U字状部35dが形成されている。この逆U字状部35dは、水平部35aよりも高い位置に山状に形成され、この逆U字状部35dに連続してU字状部35cが形成されている。U字状部35cの最下部は、改質器4(原燃料加湿部)よりも低位置に存在している。
【0033】
このような燃料電池システムでは、上記形態と同様な動作及び作用を有するが、この形態の改質装置では、さらに、改質器4の原燃料加湿部内の残留水が原燃料供給管35内を逆流することを、改質器4よりも高い位置に存在する逆U字状部35dにより防止することができ、装置の信頼性が向上する。
【0034】
図5、6は、本発明のさらに他の形態を示すもので、この形態では、U字状部35cの最下部には、下方に延設される水排出管41が接続されており、この水排出管41には電磁弁43が設けられている。
【0035】
水排出管41は、U字状部35cに溜まった残留水や結露水を系外に排出する機能を有するもので、燃料電池1の停止処理完了後、U字状部35cの底部に溜まった水を電磁弁43を開にして系外に排出する。このような制御をすることにより、次回の起動時に原燃料供給管35内に余分な水溜まりを無くすことができ、起動を円滑にすることができ、信頼性の高い燃料電池システムを供給できる。
【0036】
図7、8は、本発明のさらに他の形態を示すもので、この形態では、改質器4には、水平部35aが接続され、この水平部35aには、改質器4よりも上方に延設された上方延設部35eを有しており、該上方延設部35eには逆止弁55が設けられている。原燃料供給管35は、上方延設部35eから水平に延び、それから下方に延設されている。
【0037】
このような改質装置では、逆止弁55により水蒸気の逆流を容易に阻止でき、それより先の燃料供給装置までは達することがない。また、原燃料供給管35の上方延設部35eに逆止弁55が設けられているため、逆止弁55まで逆流してきた水蒸気は結露し、改質器4へ戻すことができる。
【0038】
図9、10は、本発明のさらに他の形態を示すもので、この形態では、図7、8の形態に対して、逆止弁55と改質器4との間の原燃料供給管35における最下部となる水平部35aには、下方に延設される水排出管41が接続されており、該水排出管41には弁43が設けられている。このような改質装置では、燃料電池停止時に原燃料加湿部より流出した水や結露水を逆止弁55と改質器4との間の原燃料供給管35における水平部35aに溜め、例えば電磁弁43を開くことで系外に排出し、次回の起動時に原燃料供給管35内に余分な水溜まりを無くすことができ、起動を円滑にすることができ、信頼性の高い燃料電池システムを供給できる。
【0039】
図9、10では、水平部35aに水排出管41を設けたが、本発明では、水平部35aと上方延設部35eとの間に、水平部35aよりも下方に延設されるU字状部を設け、このU字状部に水排出管41を設けることにより、水をU字状部に溜め、水排出管41から有効に排出することができる。
【0040】
尚、上記燃料電池システムでは、収納容器31内に複数の燃料電池セルからなる燃料電池1を収納し、燃焼ガスで改質器4を加熱する形態で説明したが、本発明は、上記形態に限定されるものではなく、収納容器31内に燃料電池を収容することなく、改質器を収納するものであっても良い。
【0041】
さらに、上記形態では、改質器4の原燃料加湿部に、純水を供給し、原燃料加湿部にて水蒸気として原燃料を加湿する場合について説明したが、改質器4の原燃料加湿部に水蒸気を直接供給するようにしても良い。
【0042】
また、上記形態では、収納容器外部にU字状部35cを形成したが、収納容器内部にU字状部を形成してもある程度の効果を有する。
【符号の説明】
【0043】
4:改質器
31:収納容器
35:原燃料供給管
35a:水平部
35b:垂直部
35c:U字状部
35d:逆U字状部
35e:上方延設部
37:水供給管
41:水排出管
43:電磁弁
55:逆止弁
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水又は水蒸気を供給する水供給管と、原燃料ガスを供給する原燃料供給管とを改質器に接続してなる改質装置であって、前記原燃料供給管に、前記水や水蒸気の前記改質器からの逆流を阻止する逆流阻止部を設けてなることを特徴とする改質装置。
【請求項2】
前記原燃料供給管が前記改質器の下方から延設されており、前記原燃料供給管が、前記改質器に接続される横方向延設部と、該横方向延設部に接続される前記逆流阻止部であるU字状部と、該U字状部に接続される縦方向延設部とを具備することを特徴とする請求項1記載の改質装置。
【請求項3】
前記U字状部の最下部には、下方に延設される水排出管が接続されており、該水排出管には弁が設けられていることを特徴とする請求項2記載の改質装置。
【請求項4】
前記逆流阻止部は逆止弁からなることを特徴とする請求項1記載の改質装置。
【請求項5】
前記原燃料供給管は、前記改質器よりも上方に延設された上方延設部を有しており、該上方延設部に前記逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項4記載の改質装置。
【請求項6】
前記逆止弁と前記改質器との間の前記原燃料供給管における最下部には、下方に延設される水排出管が接続されており、該水排出管には弁が設けられていることを特徴とする請求項4又は5記載の改質装置。
【請求項7】
前記改質器は収納容器に収納されており、前記原燃料供給管に設けられた前記逆流阻止部が前記収納容器外に存在することを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれかに記載の改質装置。
【請求項8】
前記改質器は収納容器に収納されており、該収納容器に収納された複数の燃料電池セルにより加熱されることを特徴とする請求項1乃至7のうちいずれかに記載の改質装置。
【請求項1】
水又は水蒸気を供給する水供給管と、原燃料ガスを供給する原燃料供給管とを改質器に接続してなる改質装置であって、前記原燃料供給管に、前記水や水蒸気の前記改質器からの逆流を阻止する逆流阻止部を設けてなることを特徴とする改質装置。
【請求項2】
前記原燃料供給管が前記改質器の下方から延設されており、前記原燃料供給管が、前記改質器に接続される横方向延設部と、該横方向延設部に接続される前記逆流阻止部であるU字状部と、該U字状部に接続される縦方向延設部とを具備することを特徴とする請求項1記載の改質装置。
【請求項3】
前記U字状部の最下部には、下方に延設される水排出管が接続されており、該水排出管には弁が設けられていることを特徴とする請求項2記載の改質装置。
【請求項4】
前記逆流阻止部は逆止弁からなることを特徴とする請求項1記載の改質装置。
【請求項5】
前記原燃料供給管は、前記改質器よりも上方に延設された上方延設部を有しており、該上方延設部に前記逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項4記載の改質装置。
【請求項6】
前記逆止弁と前記改質器との間の前記原燃料供給管における最下部には、下方に延設される水排出管が接続されており、該水排出管には弁が設けられていることを特徴とする請求項4又は5記載の改質装置。
【請求項7】
前記改質器は収納容器に収納されており、前記原燃料供給管に設けられた前記逆流阻止部が前記収納容器外に存在することを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれかに記載の改質装置。
【請求項8】
前記改質器は収納容器に収納されており、該収納容器に収納された複数の燃料電池セルにより加熱されることを特徴とする請求項1乃至7のうちいずれかに記載の改質装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2012−148972(P2012−148972A)
【公開日】平成24年8月9日(2012.8.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−58804(P2012−58804)
【出願日】平成24年3月15日(2012.3.15)
【分割の表示】特願2006−345188(P2006−345188)の分割
【原出願日】平成18年12月22日(2006.12.22)
【出願人】(000006633)京セラ株式会社 (13,660)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年8月9日(2012.8.9)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年3月15日(2012.3.15)
【分割の表示】特願2006−345188(P2006−345188)の分割
【原出願日】平成18年12月22日(2006.12.22)
【出願人】(000006633)京セラ株式会社 (13,660)
【Fターム(参考)】
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