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JPH06203865A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

Info

Publication number
JPH06203865A
JPH06203865A JP5000841A JP84193A JPH06203865A JP H06203865 A JPH06203865 A JP H06203865A JP 5000841 A JP5000841 A JP 5000841A JP 84193 A JP84193 A JP 84193A JP H06203865 A JPH06203865 A JP H06203865A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
fuel cell
exhaust gas
tank
passage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5000841A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Osamu Tajima
収 田島
Kunihiro Nakato
邦弘 中藤
Akira Hamada
陽 濱田
Eiji Tateyama
英治 立山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP5000841A priority Critical patent/JPH06203865A/en
Publication of JPH06203865A publication Critical patent/JPH06203865A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022Heating by combustion
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04231Purging of the reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

PURPOSE:To eliminate the need for operations such as replacing a cylinder and to purge combustible gas without depending on manual work by providing an exhaust gas burner for subjecting fuel exhaust gas to combustion process and an oxygen gas removing device or the like for separating inert gas. CONSTITUTION:Fuel exhaust gas exhausted from a fuel cell main body 2 is subjected to combustion process by an exhaust gas burner 12. Oxygen gas is separated from generated burner exhaust gas by an oxygen gas removing device 8 so that the exhaust gas is separated into inert gas. Since the inert gas is always stored in a tank 6 as purging gas for combustible gas retained in a fuel cell system, the inert gas in the tank 6 does not become insufficient. Therefore, the need for conventional troublesome operations such as replacing the tank 6 is eliminated, so the combustible gas can be purged very easily. Furthermore, a valve 7 is provided which is opened when operation of the main body 2 is stopped and which is also opened when purging of the combustible gas is terminated, thereby enabling purging without depending on manual work.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は燃料電池システムに関
し、詳しくはそのパージ(purge) 系統の改良に関する。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to fuel cell systems and, more particularly, to improvements in their purge systems.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は新しい発電装置の一種であ
る。その仕組みは天然ガス等の燃料を改質して得られる
水素と,空気中の酸素とを電気化学的に反応させて直接
発電するようになっており、いわば化学発電とでも呼べ
るものである。燃料電池の原理は水の電気分解の逆の反
応、即ち水素と酸素とが結びついて電気と水とが発生す
る仕組みを利用している。事実、発電と同時に生成され
た水は回収して利用できる。
2. Description of the Related Art Fuel cells are a type of new power generator. The mechanism is such that hydrogen obtained by reforming a fuel such as natural gas is electrochemically reacted with oxygen in the air to directly generate power, which is also called chemical power generation. The principle of the fuel cell utilizes a reverse reaction of water electrolysis, that is, a mechanism in which hydrogen and oxygen are combined to generate electricity and water. In fact, the water produced at the same time as power generation can be recovered and used.

【0003】また、燃料電池の仕組みについては、普通
の一次電池は内蔵する反応物の出入りがないのでやがて
寿命が尽きるが、燃料電池は反応物の補給と生成物の排
出とを連続して行うことで、電気を連続して発生させる
電池であると説明することができる。燃料電池の主な特
徴は以下の通りである。 従来の発電方式のように熱エネルギーや運動エネル
ギーの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高
い発電効率が期待できる。 発電に伴って発生する熱が給湯や冷暖房として利用
しやすく、それによって総合エネルギー効率を高められ
る。 窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さい
ので環境性が良い。
Regarding the mechanism of the fuel cell, an ordinary primary battery does not come and go because the reactants contained therein do not come and go, and eventually the life of the fuel cell is exhausted. However, the fuel cell continuously supplies the reactants and discharges the products. Thus, it can be described as a battery that continuously generates electricity. The main features of the fuel cell are as follows. Since it is direct power generation that does not go through the process of thermal energy or kinetic energy like the conventional power generation method, high power generation efficiency can be expected even on a small scale. The heat generated by power generation is easy to use for hot water supply and cooling and heating, which increases the overall energy efficiency. Emissions of nitrogen compounds are small, and noise and vibration are also small, so it is environmentally friendly.

【0004】燃料電池発電は前記のように燃料のもつ化
学エネルギーを有効に利用でき、環境にやさしい特性を
もっているので、21世紀を担う都市型のエネルギー供
給システムとして期待され、実用化に向けて技術開発が
本格化している。一般に、燃料電池システムは、電気を
発生させる燃料電池本体を中心とし、この燃料電池本体
に水素リッチガスを供給するための燃料を水蒸気改質す
る改質装置や,前記燃料電池本体から発生した直流電流
を交流電流に変換する逆変換装置(インバータ,又は直
交変換装置)等の周辺装置や,これらの周辺装置を連結
する通路等で構成されている。
As described above, the fuel cell power generation can utilize the chemical energy of the fuel effectively and has the property of being environmentally friendly. Therefore, the fuel cell power generation is expected as a city-type energy supply system for the 21st century, and it is a technology for practical use. Development is in full swing. In general, a fuel cell system is mainly composed of a fuel cell main body for generating electricity, and a reformer for steam reforming a fuel for supplying hydrogen-rich gas to the fuel cell main body and a direct current generated from the fuel cell main body. It is composed of peripheral devices such as an inverse conversion device (inverter or orthogonal conversion device) for converting the electric current into an alternating current, and a passage connecting these peripheral devices.

【0005】ところで、前記の如く構成された燃料電池
システムにおいて、その運転を中止した場合には、燃料
電池システム(特に、改質装置,燃料電池本体,通路)
内に可燃性ガス(主として水素を含むガス)が残留す
る。このように可燃性ガスが残留したままの状態で燃料
電池システムを放置すると、燃料電池本体や,改質装置
等は化学反応を行う装置であるため、停止時でも温度等
の条件がそろえば勝手に反応が進み、腐食や目的としな
い反応が起こる恐れがある。また、燃料電池システム内
に多量の可燃性ガスが残留している場合には、高圧ガス
取締法等の規制を受ける場合がある。したがって、運転
停止中に燃料電池システム内に残留している可燃性ガス
は、燃料電池システム外に排出する必要がある。
By the way, in the fuel cell system configured as described above, when the operation is stopped, the fuel cell system (in particular, the reformer, the fuel cell body, the passage)
Inflammable gas (gas mainly containing hydrogen) remains inside. If the fuel cell system is left with the flammable gas remaining in this way, the fuel cell body and the reformer are devices that perform chemical reactions. There is a possibility that corrosion will proceed and an unintended reaction will occur. Further, when a large amount of combustible gas remains in the fuel cell system, it may be subject to regulations such as the High Pressure Gas Control Law. Therefore, it is necessary to discharge the combustible gas remaining in the fuel cell system during the operation stop to the outside of the fuel cell system.

【0006】そこで、従来は、燃料電池システムと,不
活性ガスを貯蔵しているボンベ(通常は、窒素ボンベ)
とを連結させ、運転停止中に前記ボンベから改質装置,
燃料電池本体,通路等に不活性ガスを供給することによ
り、燃料電池システム内に残留している可燃性ガスをパ
ージしていた。
Therefore, conventionally, a fuel cell system and a cylinder storing an inert gas (usually a nitrogen cylinder)
And the reformer from the cylinder during the operation stop,
The inflammable gas remaining in the fuel cell system was purged by supplying an inert gas to the fuel cell main body, passages and the like.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
燃料電池システムにおいては、窒素ボンベ内に蓄えられ
ている窒素ガスが有限であるため、可燃性ガスのパージ
を行うにつれてボンベ内の窒素ガスが減少し、窒素ボン
ベを新たなボンベに交換する必要がある。したがって、
ボンベを交換する際に人手が必要になるため、非常に面
倒で、作業性が悪いという課題を有していた。
However, in the above-mentioned conventional fuel cell system, since the nitrogen gas stored in the nitrogen cylinder is finite, the nitrogen gas in the cylinder will be discharged as the flammable gas is purged. Reduced and nitrogen cylinders need to be replaced with new ones. Therefore,
Since labor is required to replace the cylinder, there is a problem that it is very troublesome and the workability is poor.

【0008】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、パージ用の不活性ガスを蓄えているボンベを交換
する等の煩わしい作業が不要で、且つ、人手によらずに
可燃性ガスをパージすることができる非常に優れた燃料
電池システムを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and does not require any troublesome work such as exchanging a cylinder that stores an inert gas for purging, and can burn combustible gas without human labor. An object is to provide a very excellent fuel cell system that can be purged.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、燃料を改質して水素を生成する改質器と、前
記改質器で生成された水素と,空気中の酸素とを電気化
学的に反応させて発電を行う燃料電池本体と、前記燃料
電池本体から排出される燃料排ガスを燃焼処理する排ガ
ス用バーナと、前記排ガス用バーナで燃焼処理されたバ
ーナ排ガスから酸素ガスを除去して不活性ガスを分離す
る酸素ガス除去装置と、前記酸素ガス除去装置で分離さ
れた不活性ガスを蓄えるタンクと、前記タンクと,改質
器とを連結する通路と、前記通路の途中に設けられ、且
つ、前記燃料電池本体の運転が停止すると開弁して前記
タンク内の不活性ガスによって燃料電池システム内に残
留している可燃性ガスを追い出す一方、前記可燃性ガス
が不活性ガスで置換されると閉弁するよう構成されたバ
ルブとを備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides a reformer for reforming a fuel to produce hydrogen, hydrogen produced by the reformer, and oxygen in the air. A fuel cell body for electrochemically reacting to generate electricity, an exhaust gas burner for burning the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell body, and an oxygen gas from the burner exhaust gas burned by the exhaust gas burner. An oxygen gas removing device for removing the inert gas, a tank for storing the inert gas separated by the oxygen gas removing device, a passage connecting the tank and the reformer, and an intermediate part of the passage And when the operation of the fuel cell main body is stopped, the valve is opened to expel the inflammable gas remaining in the fuel cell system by the inactive gas in the tank, while the inflammable gas is inactive. Place with gas Is the is characterized in that a valve that is configured to close the.

【0010】[0010]

【作用】上記構成であれば、燃料電池本体から排出され
る燃料排ガスは、排ガス用バーナで燃焼処理される。ま
た、この際生じるバーナ排ガスは、酸素ガス除去装置に
よって酸素ガスが除去されて不活性ガス(N2 ガスとC
2 ガスとの混合ガス)に分離される。更に、この不活
性ガスは、燃料電池システム内に残留している可燃性ガ
スをパージするためのガスとして常時タンク内に蓄えら
れるため、タンク内の不活性ガスが不足することがな
い。したがって、従来のようにタンクを交換する等の煩
わしい作業が不要になるため、非常に簡単に可燃性ガス
をパージすることができる。
With the above structure, the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell body is burned by the exhaust gas burner. In addition, the burner exhaust gas generated at this time has the oxygen gas removed by an oxygen gas removal device, and is thus an inert gas (N 2 gas and C 2
Mixed gas with O 2 gas). Furthermore, since this inert gas is always stored in the tank as a gas for purging the flammable gas remaining in the fuel cell system, the inert gas in the tank does not run short. Therefore, it is possible to purge the flammable gas very easily, since the troublesome work such as the replacement of the tank as in the conventional case is not necessary.

【0011】加えて、前記タンクと改質器とを連結する
通路の途中に設けられるバルブは、燃料電池本体の運転
が停止すると開弁するよう構成されているため、燃料電
池本体の運転が停止すると自動的に開弁して、タンクか
ら改質器、延いては燃料電池本体等の燃料電池システム
全体に不活性ガスを供給することができる。また、前記
バルブは、可燃性ガスのパージが終了すると閉弁するよ
う構成されているので、燃料電池システム内に残留して
いる可燃性ガスを人手によらずに極めて容易にパージす
ることができる。
In addition, since the valve provided in the middle of the passage connecting the tank and the reformer is configured to open when the operation of the fuel cell main body is stopped, the operation of the fuel cell main body is stopped. Then, the valve is automatically opened, and the inert gas can be supplied from the tank to the reformer, and further to the entire fuel cell system such as the fuel cell main body. Further, since the valve is configured to be closed when the purging of the combustible gas is completed, the combustible gas remaining in the fuel cell system can be purged very easily without manual labor. .

【0012】[0012]

【実施例】図1は本発明の一実施例に係る家庭用電源等
として利用される3kw級小型燃料電池システムの概略
構成図であり、原料ガスを水蒸気改質して水素リッチガ
スを生成する改質器1と、この改質器1で生成された水
素リッチガスと,空気中の酸素とを電気化学的に反応さ
せて発電を行う燃料電池本体2と、この燃料電池本体2
と前記改質器1とを連結する通路Aと、前記改質器1に
原料ガスを供給する通路Bと、この通路Bの途中に設け
られると共に、前記改質器1に供給する原料ガスの量を
可変する原料ガス供給バルブ3と、前記燃料電池本体2
に空気を供給する空気供給ファン4と、この空気供給フ
ァン4と前記燃料電池本体2とを連結する通路Cと、前
記燃料電池本体2から排出される燃料排ガスを燃焼処理
する排ガス用バーナ12と、この排ガス用バーナ12と
前記燃料電池本体2とを連結する通路Gと、前記排ガス
用バーナ12で燃焼処理されたバーナ排ガスが流れる通
路Hと、この通路Hの途中に設けられると共に、バーナ
排ガスを熱交換して水蒸気を除去する熱交換器13と、
この熱交換器13で水蒸気を除去した後のバーナ排ガス
から酸素ガスを除去して不活性ガスを分離する酸素ガス
除去装置8と、前記熱交換器13で水蒸気を除去した後
のバーナ排ガスを前記酸素ガス除去装置8に供給する通
路Jと、この通路Jと前記通路Hとの分岐点に設けられ
る三方弁14と、前記酸素ガス除去装置8で分離された
不活性ガスを蓄える不活性ガスタンク6と、この不活性
ガスタンク6内のガス圧を検出する圧力センサ6aと、
前記酸素ガス除去装置8と不活性ガスタンク6とを連結
する通路Eと、この通路Eの途中に設けられると共に、
前記酸素ガス除去装置8で分離された不活性ガスを圧縮
して前記不活性ガスタンク6内に供給する圧力コンプレ
ッサ9と、前記不活性ガスタンク6内に蓄えられた不活
性ガスを前記改質器1等に供給するための通路Dと、こ
の通路Dの途中に設けられ、且つ、前記燃料電池本体2
の運転が停止すると開弁すると共に、可燃性ガスのパー
ジが終了すると閉弁する不活性ガス供給バルブ7と、前
記酸素ガス除去装置8を作動させるスィッチ10と、前
記燃料電池本体2から発生した直流電流を交流電流に変
換する直交変換装置(インバータ)5と、これら全体の
制御を司る制御装置11等の周辺装置で構成されてい
る。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a 3 kw class small-sized fuel cell system used as a household power source or the like according to an embodiment of the present invention, in which a raw material gas is steam-reformed to produce a hydrogen-rich gas. A pouch 1, a fuel cell body 2 that electrochemically reacts hydrogen-rich gas produced in the reformer 1 with oxygen in the air to generate electricity, and a fuel cell body 2
And a passage B connecting the reformer 1 with the raw material gas, and a passage B for supplying the raw material gas to the reformer 1, and a raw material gas provided in the middle of the passage B for supplying the raw material gas to the reformer 1. Source gas supply valve 3 for varying the amount, and the fuel cell main body 2
An air supply fan 4 for supplying air to the fuel cell, a passage C connecting the air supply fan 4 and the fuel cell main body 2, and an exhaust gas burner 12 for combusting the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell main body 2. A passage G connecting the exhaust gas burner 12 and the fuel cell main body 2; a passage H through which the burner exhaust gas burned by the exhaust gas burner 12 flows; and a passage G provided in the middle of the passage H. A heat exchanger 13 for exchanging heat to remove water vapor,
The oxygen gas removing device 8 for removing oxygen gas from the burner exhaust gas after removing steam by the heat exchanger 13 to separate the inert gas, and the burner exhaust gas after removing steam by the heat exchanger 13 are A passage J for supplying the oxygen gas removing device 8, a three-way valve 14 provided at a branch point of the passage J and the passage H, and an inert gas tank 6 for storing the inert gas separated by the oxygen gas removing device 8. And a pressure sensor 6a for detecting the gas pressure in the inert gas tank 6,
A passage E connecting the oxygen gas removing device 8 and the inert gas tank 6, and a passage E provided in the middle of the passage E,
A pressure compressor 9 for compressing the inert gas separated by the oxygen gas removing device 8 to supply it into the inert gas tank 6, and an inert gas stored in the inert gas tank 6 to the reformer 1 And a passage D for supplying the fuel cell main body 2 to the fuel cell main body 2
Generated from the fuel cell main body 2 and the inert gas supply valve 7 that opens when the operation of No. 1 stops and closes when the purging of the combustible gas ends, the switch 10 that operates the oxygen gas removing device 8 It is composed of a quadrature conversion device (inverter) 5 for converting a direct current into an alternating current, and peripheral devices such as a control device 11 for controlling these components.

【0013】前記燃料電池本体2は、リン酸電解質2a
を介して燃料極(負極)2bと,空気極(正極)2cと
が両面に配置された構造であり、前記改質器1から供給
される水素リッチガスは通路Aを介して燃料極2bに供
給される一方、前記空気供給ファン4から供給される空
気は通路Cを介して酸化剤極2cに供給される。尚、燃
料電池本体2での電気化学的反応は化1のように行われ
る。
The fuel cell body 2 comprises a phosphoric acid electrolyte 2a.
It has a structure in which a fuel electrode (negative electrode) 2b and an air electrode (positive electrode) 2c are arranged on both sides via a fuel cell, and the hydrogen rich gas supplied from the reformer 1 is supplied to the fuel electrode 2b via a passage A. Meanwhile, the air supplied from the air supply fan 4 is supplied to the oxidant electrode 2c through the passage C. The electrochemical reaction in the fuel cell body 2 is performed as shown in Chemical formula 1.

【0014】[0014]

【化1】 [Chemical 1]

【0015】前記改質器1は、通路Bを介して供給され
る原料ガス(例えば、天然ガス)を水素リッチガスに水
蒸気改質する装置である。ここで改質された水素リッチ
ガスは、前記通路Aを介して前記燃料本体1の燃料極2
bに供給される。尚、ここでの水蒸気改質反応は以下の
ように行われる。 CH4 +2H2 O→4H2 +CO2 前記排ガス用バーナ12は、前記燃料電池本体2から排
出される燃料排ガスを燃焼処理する。この際、排出され
るバーナ排ガスは、通常、通路Hを介して大気中に放出
されるが、前記三方弁14を切り替えることによりパー
ジ用不活性ガスを分離するために利用される。尚、燃焼
処理の際に発生する燃焼熱は、前記改質器1の加熱に利
用される。
The reformer 1 is a device for steam-reforming a raw material gas (for example, natural gas) supplied through the passage B into a hydrogen-rich gas. The hydrogen-rich gas reformed here passes through the passage A and the fuel electrode 2 of the fuel body 1.
b. The steam reforming reaction here is carried out as follows. CH 4 + 2H 2 O → 4H 2 + CO 2 The exhaust gas burner 12 burns the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell body 2. At this time, the burner exhaust gas discharged is normally discharged into the atmosphere through the passage H, but is used to separate the purging inert gas by switching the three-way valve 14. The combustion heat generated during the combustion process is used to heat the reformer 1.

【0016】前記熱交換器13は、前記排ガス用バーナ
12から排出されたバーナ排ガスを熱交換して水蒸気を
除去する。この際、除去された水蒸気は給湯等のコージ
ェネレーションに利用される。また、水蒸気が除去され
た後のバーナ排ガスは通路Hを介して通常、大気中に放
出される。前記酸素ガス除去装置8は、前記熱交換器1
3で水蒸気を除去した後のバーナ排ガスから酸素ガスを
除去して不活性ガスを分離する装置であり、図示はしな
いが、前記バーナ排ガスを圧縮して装置内に導入するコ
ンプレッサと,このコンプレッサによって圧縮されたバ
ーナ排ガスから酸素ガスを分離する吸着槽とから主に構
成されている。
The heat exchanger 13 exchanges heat with the burner exhaust gas discharged from the exhaust gas burner 12 to remove water vapor. At this time, the removed steam is used for cogeneration such as hot water supply. The burner exhaust gas from which the water vapor has been removed is normally discharged into the atmosphere via the passage H. The oxygen gas removing device 8 includes the heat exchanger 1
3 is a device for removing oxygen gas from the burner exhaust gas after removing the steam in 3 to separate the inert gas. Although not shown, a compressor for compressing the burner exhaust gas and introducing it into the device, and this compressor It is mainly composed of an adsorption tank for separating oxygen gas from the compressed burner exhaust gas.

【0017】ここで、前記燃料電池システム内に残留し
ている可燃性ガスの総容積が約11リットルであるとす
ると、この可燃性ガスを完全にパージするためには、可
燃性ガスの約2倍の容積の不活性ガス、即ち約23リッ
トルの不活性ガスが必要になる。この場合、不活性ガス
タンク6の圧力が約9atmであるとすると、約2.5リ
ットル(23/9)の容積の不活性ガスタンク6が必要
になる。尚、不活性ガスタンク6内の圧力としては、高
圧ガス取締法等の規制があるため、10atmよりも小
さくする必要がある。
Here, assuming that the total volume of the combustible gas remaining in the fuel cell system is about 11 liters, in order to completely purge the combustible gas, about 2 times the combustible gas is required. Double the volume of inert gas is needed, ie about 23 liters of inert gas. In this case, assuming that the pressure of the inert gas tank 6 is about 9 atm, the inert gas tank 6 having a volume of about 2.5 liters (23/9) is required. The pressure in the inert gas tank 6 needs to be lower than 10 atm because of restrictions such as the High Pressure Gas Control Law.

【0018】前記改質器1と不活性ガスタンク6とを連
結する通路Dの途中に設けられたバルブ7は、燃料電池
本体2の運転が停止すると前記制御装置11からのバル
ブ開弁指令に基づいて自動的に開弁するよう構成されて
おり、このバルブ7が開弁することにより通路Dを介し
て改質器1,延いてはこの改質器1と燃料電池本体2と
を連結する通路Aや,燃料電池本体2内に不活性ガスが
供給される結果、燃料電池システム内に残留している可
燃性ガスのパージが行われる。また、前記バルブ7はパ
ージ終了後は、制御装置11からのバルブ閉弁指令に基
づいて閉弁するよう構成されているので、パージ終了後
に不活性ガスが無駄に消費されるのを防止することがで
きる。ここで、パージされた可燃性ガスは、可燃性ガス
処理装置で処理されるか、改質装置1の排ガス用バーナ
12に導入されて処理される等の後、大気へ放出され
る。
The valve 7 provided in the middle of the passage D connecting the reformer 1 and the inert gas tank 6 is based on a valve opening command from the controller 11 when the operation of the fuel cell main body 2 is stopped. The valve 7 is configured to be automatically opened. When the valve 7 is opened, the reformer 1 and the passage for connecting the reformer 1 and the fuel cell main body 2 via the passage D. As a result of the supply of A or the inert gas into the fuel cell main body 2, the combustible gas remaining in the fuel cell system is purged. Further, since the valve 7 is configured to be closed based on the valve closing command from the control device 11 after completion of the purge, it is possible to prevent wasteful consumption of the inert gas after completion of the purge. You can Here, the purged combustible gas is discharged to the atmosphere after being processed by the combustible gas processing device or introduced into the exhaust gas burner 12 of the reforming device 1 for processing.

【0019】前記三方弁14は、通路Hと通路Jとの分
岐点に設けられ、制御装置11からの指令に基づいて、
通路H側又は通路J側にバーナ排ガスを供給するよう切
り替えられる。例えば、前記不活性ガスタンク6内のガ
ス圧が一定圧よりも低くなると前記酸素ガス除去装置8
にバーナ排ガスが流れるよう通路J側に切り替わる一
方、ガス圧が一定圧以上であればバーナ排ガスを大気中
に放出するように通路H側に切り替わる。
The three-way valve 14 is provided at a branch point between the passage H and the passage J, and based on a command from the control device 11,
It is switched to supply the burner exhaust gas to the passage H side or the passage J side. For example, when the gas pressure in the inert gas tank 6 becomes lower than a certain pressure, the oxygen gas removing device 8
While the burner exhaust gas is switched to the passage J side, if the gas pressure is equal to or higher than a certain pressure, the burner exhaust gas is switched to the passage H side so as to be discharged into the atmosphere.

【0020】前記スィッチ10は、前記酸素ガス除去装
置8を作動したり,停止したりするためのON/OFF
スィッチであり、制御装置11からの指令に基づいて作
動する。例えば、不活性ガスタンク6内のガス圧が一定
圧よりも低くなるとONになる一方、ガス圧が一定圧以
上であればOFFになる。前記改質器1と,不活性ガス
タンク6とを連結する通路Dは、前記バルブ7よりも下
流側で通路Fに分岐しており、この通路Fは前記空気供
給ファン4とカソード2cとを連結する通路Cの途中で
合流している。このような構成であれば、前記通路Fを
介して供給される不活性ガスを利用して、カソード2c
内に残留している残存酸素もパージすることができる。 〔その他の事項〕 上記実施例においては、燃料電池本体2としてリン
酸型燃料電池を使用したが、例えば、溶融炭酸塩型燃料
電池,固体電解質型燃料電池等を使用することも勿論可
能である。 また、不活性ガスでカソード2c内に残留している
残存酸素もパージしたが、この処理は必ずしも必要では
ない。
The switch 10 is an ON / OFF switch for operating and stopping the oxygen gas removing device 8.
It is a switch and operates based on a command from the control device 11. For example, it is turned on when the gas pressure in the inert gas tank 6 becomes lower than a certain pressure, while it is turned off when the gas pressure is a certain pressure or more. A passage D connecting the reformer 1 and the inert gas tank 6 branches into a passage F on the downstream side of the valve 7, and the passage F connects the air supply fan 4 and the cathode 2c. They join in the middle of the passage C. With such a configuration, the cathode 2c can be formed using the inert gas supplied through the passage F.
The residual oxygen remaining inside can also be purged. [Other Matters] In the above embodiment, the phosphoric acid fuel cell was used as the fuel cell main body 2, but it is of course possible to use a molten carbonate fuel cell, a solid oxide fuel cell, or the like. . Further, the residual oxygen remaining in the cathode 2c was also purged with an inert gas, but this treatment is not always necessary.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上の本発明によれば、燃料電池本体か
ら排出される燃料排ガスは、排ガス用バーナで燃焼処理
される。また、この際生じるバーナ排ガスは、酸素ガス
除去装置によって酸素ガスが除去されて不活性ガスに分
離される。更に、この不活性ガスは、燃料電池システム
内に残留している可燃性ガスをパージするためのガスと
して常時タンク内に蓄えられるため、タンク内の不活性
ガスが不足することがない。したがって、従来のように
タンクを交換する等の煩わしい作業が不要になるため、
非常に簡単に可燃性ガスをパージすることができる。
As described above, according to the present invention, the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell body is burned by the exhaust gas burner. Further, the burner exhaust gas generated at this time is separated into an inert gas by removing the oxygen gas by the oxygen gas removing device. Furthermore, since this inert gas is always stored in the tank as a gas for purging the flammable gas remaining in the fuel cell system, the inert gas in the tank does not run short. Therefore, since it is not necessary to perform a troublesome work such as replacing the tank as in the conventional case,
Combustible gas can be purged very easily.

【0022】加えて、前記タンクと改質器とを連結する
通路の途中に設けられるバルブは、燃料電池本体の運転
が停止すると開弁するよう構成されているため、燃料電
池本体の運転が停止すると自動的に開弁して、タンクか
ら改質器、延いては燃料電池本体等の燃料電池システム
全体に不活性ガスを供給することができる。また、前記
バルブは、可燃性ガスのパージが終了すると閉弁するよ
う構成されているので、燃料電池システム内に残留して
いる可燃性ガスを人手によらずに極めて容易にパージす
ることができるといった優れた効果を奏する。
In addition, since the valve provided in the middle of the passage connecting the tank and the reformer is configured to open when the operation of the fuel cell main body is stopped, the operation of the fuel cell main body is stopped. Then, the valve is automatically opened, and the inert gas can be supplied from the tank to the reformer, and further to the entire fuel cell system such as the fuel cell main body. Further, since the valve is configured to be closed when the purging of the combustible gas is completed, the combustible gas remaining in the fuel cell system can be purged very easily without manual labor. Such an excellent effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る3kw級小型燃料電池
システムの概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a 3 kw class small-sized fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 改質器 2 燃料電池本体 6 タンク 7 バルブ 8 酸素ガス除去装置 12 排ガス用バーナ D 通路 1 reformer 2 fuel cell body 6 tank 7 valve 8 oxygen gas removal device 12 exhaust gas burner D passage

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 立山 英治 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機株 式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Eiji Tateyama 2-18 Keihan Hondori, Moriguchi-shi Sanyo Electric Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料を改質して水素を生成する改質器
と、 前記改質器で生成された水素と,空気中の酸素とを電気
化学的に反応させて発電を行う燃料電池本体と、 前記燃料電池本体から排出される燃料排ガスを燃焼処理
する排ガス用バーナと、 前記排ガス用バーナで燃焼処理されたバーナ排ガスから
酸素ガスを除去して不活性ガスを分離する酸素ガス除去
装置と、 前記酸素ガス除去装置で分離された不活性ガスを蓄える
タンクと、 前記タンクと,改質器とを連結する通路と、 前記通路の途中に設けられ、且つ、前記燃料電池本体の
運転が停止すると開弁して前記タンク内の不活性ガスに
よって燃料電池システム内に残留している可燃性ガスを
追い出す一方、前記可燃性ガスが不活性ガスで置換され
ると閉弁するよう構成されたバルブと、 を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
1. A reformer for reforming a fuel to produce hydrogen, and a fuel cell body for electrochemically reacting hydrogen produced by the reformer with oxygen in the air to generate electricity. An exhaust gas burner that burns the fuel exhaust gas discharged from the fuel cell main body, and an oxygen gas removal device that removes oxygen gas from the burner exhaust gas burned by the exhaust gas burner to separate an inert gas. A tank for storing the inert gas separated by the oxygen gas removing device; a passage connecting the tank and the reformer; and a passage provided in the middle of the passage and stopping the operation of the fuel cell main body. Then, the valve configured to open to expel the combustible gas remaining in the fuel cell system by the inert gas in the tank, and close the valve when the combustible gas is replaced with the inert gas. When, Fuel cell system characterized by comprising.
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