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JP2008198485A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2008198485A JP2007032424A JP2007032424A JP2008198485A JP 2008198485 A JP2008198485 A JP 2008198485A JP 2007032424 A JP2007032424 A JP 2007032424A JP 2007032424 A JP2007032424 A JP 2007032424A JP 2008198485 A JP2008198485 A JP 2008198485A
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reformed gas
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Susumu Hatada
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system preventing oxidation deterioration of an anode of a fuel cell stack. <P>SOLUTION: In the fuel cell system 1 having a reformer 2 forming reformed gas by reforming raw gas and an SOFC stack 3 connected to the reformer 2 through a reformed gas supply pipe 9 and generating power with reformed gas obtained with the reformer 2, a raw material supply line 5 for supplying reformed raw material which is a mixture of raw fuel and steam to the reformer 2 is connected to the reformer 2, a heat exchanger 12 for cooling gas (steam and reformed gas) flowing through the reformed gas supply pipe 9 is installed in the reformed gas supply pipe 9, and cooling water or cooling air is supplied to the heat exchanger 12. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、原燃料及び空気を導入して発電を行う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 generates power by introducing raw fuel and air.

燃料電池システムの一つとして固体酸化物形燃料電池(SOFC)システムがある。一般に固体酸化物形燃料電池システムは、灯油や都市ガス等の炭化水素燃料(原燃料)を改質して水素含有ガス(改質ガス)を生成する改質器と、この改質器で得られた改質ガスと空気とを電気化学的に発電反応させる燃料電池スタックとを備えている。そのようなSOFCシステムとしては、例えば特許文献1に記載されているものが知られている。
特開2005−293951号公報
One type of fuel cell system is a solid oxide fuel cell (SOFC) system. In general, a solid oxide fuel cell system is obtained by reforming a hydrocarbon fuel (raw fuel) such as kerosene or city gas to produce a hydrogen-containing gas (reformed gas), and the reformer. A fuel cell stack that electrochemically generates and reacts the reformed gas and air. As such an SOFC system, for example, one described in Patent Document 1 is known.
JP 2005-293951 A

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、燃料電池システムの起動時には、改質器を所定温度まで昇温した後、改質器の触媒表面に炭素が析出しないように、改質器に原燃料を供給する前に水蒸気、必要に応じて空気等を改質器に供給する必要がある。このとき、昇温された改質器により温められた水蒸気や空気等のガスが燃料電池スタックに供給されるが、その時のガス伝熱によって燃料電池スタックの温度が上昇する。このため、燃料電池スタックのアノード(燃料極)が例えば水蒸気や空気等の酸化性ガス雰囲気下にある場合には、アノードが酸化劣化してしまう。   However, the following problems exist in the prior art. That is, when starting up the fuel cell system, after raising the reformer to a predetermined temperature, steam is required before supplying raw fuel to the reformer so that carbon does not precipitate on the catalyst surface of the reformer. Accordingly, it is necessary to supply air or the like to the reformer. At this time, gas such as water vapor or air heated by the heated reformer is supplied to the fuel cell stack, and the temperature of the fuel cell stack rises due to gas heat transfer at that time. For this reason, when the anode (fuel electrode) of the fuel cell stack is in an oxidizing gas atmosphere such as water vapor or air, the anode is oxidized and deteriorated.

本発明の目的は、燃料電池スタックのアノードの酸化劣化を防止することができる燃料電池システムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of preventing oxidative deterioration of an anode of a fuel cell stack.

本発明の燃料電池システムは、原燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、改質器と改質ガス流路を介して接続され、改質器で生成された改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、改質ガス流路内を流れるガスを冷却する冷却手段とを備えることを特徴とするものである。   The fuel cell system of the present invention includes a reformer that reforms a raw fuel to generate a reformed gas, and a reformer that is connected to the reformer via a reformed gas flow path and is generated by the reformer. A fuel cell stack that generates power using gas and a cooling means that cools the gas flowing in the reformed gas flow path are provided.

このような本発明の燃料電池システムを起動させる場合には、改質器を所定温度まで昇温した後、例えば改質器に原燃料及び水蒸気を供給することで、改質器により原燃料を水蒸気改質反応させて改質ガスを生成する。このとき、改質器の触媒表面に炭素が析出しないように、原燃料を改質器に供給する前に水蒸気のみを改質器に供給する必要があるが、この場合には、改質器で温められた水蒸気が燃料電池スタックに向けて改質ガス流路内を流れるようになる。そこで、その改質ガス流路内を流れる水蒸気を冷却手段により冷却する。これにより、冷却手段によって冷やされた水蒸気が燃料電池スタックに供給されることとなるため、その後で改質ガスが燃料電池スタックに供給される前まで、燃料電池スタックの温度をアノードの酸化劣化点以下に保持することができる。その結果、アノードの酸化劣化を防止することができる。   When starting up the fuel cell system of the present invention, the temperature of the reformer is raised to a predetermined temperature, and then the raw fuel and steam are supplied to the reformer, for example, so that the raw fuel is supplied by the reformer. A reformed gas is generated by a steam reforming reaction. At this time, it is necessary to supply only steam to the reformer before supplying raw fuel to the reformer so that carbon does not deposit on the catalyst surface of the reformer. The water vapor warmed by the gas flows in the reformed gas flow path toward the fuel cell stack. Therefore, the water vapor flowing in the reformed gas channel is cooled by the cooling means. As a result, the water vapor cooled by the cooling means is supplied to the fuel cell stack. Therefore, until the reformed gas is supplied to the fuel cell stack, the temperature of the fuel cell stack is changed to the oxidation deterioration point of the anode. The following can be maintained. As a result, oxidative deterioration of the anode can be prevented.

また、本発明の燃料電池システムを停止させる場合には、アノードの酸化劣化を防止するために、アノードの酸化劣化点以下の温度まで燃料電池スタックを降温させた後、燃料電池スタックへの改質ガスの供給を停止する必要がある。しかし、燃料電池スタックの熱容量が比較的大きいことから、燃料電池スタックの冷却速度が遅くなるため、燃料電池スタックがアノードの酸化劣化点以下の温度まで降温されるまでの間、大量の改質ガスを燃料電池スタックに供給しなければならない。そこで、改質ガス流路内を流れる改質ガスを冷却手段で冷却する。これにより、冷却手段によって冷やされた改質ガスが燃料電池スタックに供給されることとなるため、燃料電池スタックの冷却速度が高くなる。従って、大量の改質ガスを燃料電池スタックに供給しなくて済むため、燃料電池スタックの降温時の消費エネルギーを削減することができる。   Further, when the fuel cell system of the present invention is stopped, in order to prevent the oxidative deterioration of the anode, the temperature of the fuel cell stack is lowered to a temperature below the oxidative deterioration point of the anode, and then reformed to the fuel cell stack. It is necessary to stop the gas supply. However, since the heat capacity of the fuel cell stack is relatively large, the cooling rate of the fuel cell stack becomes slow. Therefore, a large amount of reformed gas is required until the temperature of the fuel cell stack is lowered to a temperature below the oxidative deterioration point of the anode. Must be supplied to the fuel cell stack. Therefore, the reformed gas flowing in the reformed gas channel is cooled by the cooling means. Thereby, the reformed gas cooled by the cooling means is supplied to the fuel cell stack, so that the cooling rate of the fuel cell stack is increased. Accordingly, since it is not necessary to supply a large amount of reformed gas to the fuel cell stack, it is possible to reduce energy consumption when the temperature of the fuel cell stack is lowered.

好ましくは、改質器は、原燃料に水蒸気を加えて原燃料を改質反応させて、改質ガスを生成する。このような改質法としては、改質効率の高い水蒸気改質(Steam Reforming:SR)や自己熱改質(Autothermal Reforming:ATR)が挙げられる。この場合には、燃料電池スタックに改質ガスが供給される前に、改質ガス流路内を流れる水蒸気を冷却手段で冷却することで、上述したように燃料電池システムの起動時におけるアノードの酸化劣化を確実に防止することができる。   Preferably, the reformer generates reformed gas by adding steam to the raw fuel to cause a reforming reaction of the raw fuel. Examples of such reforming methods include steam reforming (SR) and autothermal reforming (ATR) with high reforming efficiency. In this case, before the reformed gas is supplied to the fuel cell stack, the water vapor flowing in the reformed gas flow path is cooled by the cooling means, so that the anode at the start-up of the fuel cell system as described above. Oxidative degradation can be reliably prevented.

また、好ましくは、冷却手段は、改質ガス流路に設けられた熱交換器と、熱交換器に冷却流体を供給する流体供給手段とを有する。この場合には、熱交換器に冷却流体を供給することで、改質ガス流路内を流れる水蒸気や改質ガス等が熱交換により冷却されるようになる。コストや、ハンドリング(操作)及び設置の容易さ等の観点からは、そのような熱交換器を冷却手段として使用するのが好適である。さらに、伝熱促進の観点から、熱交換器内の改質ガス流路、冷却流体流路に例えば金属粒子など熱伝導度の高い充填物を充填するのが好適である。   Preferably, the cooling means includes a heat exchanger provided in the reformed gas flow path, and a fluid supply means for supplying a cooling fluid to the heat exchanger. In this case, by supplying a cooling fluid to the heat exchanger, water vapor, reformed gas, and the like flowing in the reformed gas channel are cooled by heat exchange. From the viewpoint of cost, handling (operation), ease of installation, and the like, it is preferable to use such a heat exchanger as a cooling means. Furthermore, from the viewpoint of promoting heat transfer, it is preferable to fill the reformed gas channel and the cooling fluid channel in the heat exchanger with a filler having high thermal conductivity such as metal particles.

このとき、流体供給手段は、熱交換器に冷却流体として水を供給する手段と、熱交換器に冷却流体として空気を供給する手段とを有することが好ましい。燃料電池システムの起動時には、蒸発潜熱の大きな水を冷却流体として使用することが望ましく、この場合には改質ガス流路内を流れる水蒸気等を効率良く冷却することができる。一方、燃料電池システムの停止時には、例えば冷却流体の蒸発衝撃による影響等を考慮して、冷却流体として空気を使用することが望ましい。   At this time, the fluid supply means preferably has means for supplying water as a cooling fluid to the heat exchanger and means for supplying air as a cooling fluid to the heat exchanger. When starting the fuel cell system, it is desirable to use water with a large latent heat of vaporization as a cooling fluid. In this case, water vapor or the like flowing in the reformed gas channel can be efficiently cooled. On the other hand, when the fuel cell system is stopped, it is desirable to use air as the cooling fluid in consideration of the influence of evaporative impact of the cooling fluid, for example.

本発明によれば、燃料電池スタックのアノードの酸化劣化を防止することができる。これにより、燃料電池スタックの耐久性を向上させることが可能となる。   According to the present invention, oxidative deterioration of the anode of the fuel cell stack can be prevented. Thereby, it becomes possible to improve the durability of the fuel cell stack.

以下、本発明に係わる燃料電池システムの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a fuel cell system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明に係わる燃料電池システムの第1実施形態を示すシステム構成図である。同図において、本実施形態の燃料電池システム1は、改質原料(原燃料)を改質して改質ガスを生成する改質器2と、この改質器2で得られた改質ガスと空気とを用いて発電を行う固体酸化物形燃料電池(SOFC)スタック3とを備えている。改質器2及びSOFCスタック3は、モジュール容器4内に収容されてモジュール化されている。   FIG. 1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention. In the figure, the fuel cell system 1 of the present embodiment includes a reformer 2 that reforms a reforming raw material (raw fuel) to generate a reformed gas, and a reformed gas obtained by the reformer 2. And a solid oxide fuel cell (SOFC) stack 3 that generates electricity using air and air. The reformer 2 and the SOFC stack 3 are accommodated in a module container 4 and modularized.

また、燃料電池システム1は、原燃料及び水蒸気が混合された改質原料をモジュール容器4の外部から改質器2に供給するための原料供給系5を備えている。   The fuel cell system 1 also includes a raw material supply system 5 for supplying a reformed raw material mixed with raw fuel and steam to the reformer 2 from the outside of the module container 4.

原料供給系5は、改質器2と接続された原料導入管6と、原燃料の供給量を調整する電磁バルブ7と、水蒸気の供給量を調整する電磁バルブ8とを有している。原燃料としては、例えば灯油や都市ガス等の炭化水素燃料が用いられる。原料供給系5は、例えば水気化器(図示せず)で得られた水蒸気に燃料気化器(図示せず)で得られた原燃料ガスを混合させて改質原料ガスを生成する。そして、その改質原料ガスが原料導入管6内を通って改質器2に導入される。   The raw material supply system 5 includes a raw material introduction pipe 6 connected to the reformer 2, an electromagnetic valve 7 that adjusts the supply amount of raw fuel, and an electromagnetic valve 8 that adjusts the supply amount of water vapor. As the raw fuel, for example, a hydrocarbon fuel such as kerosene or city gas is used. The raw material supply system 5 generates reformed raw material gas by, for example, mixing raw fuel gas obtained by a fuel vaporizer (not shown) with water vapor obtained by a water vaporizer (not shown). Then, the reforming raw material gas is introduced into the reformer 2 through the raw material introduction pipe 6.

改質器2は、改質原料を改質触媒で水蒸気改質(SR)反応させて、水素及び一酸化炭素を含有する改質ガスを生成する。水蒸気改質反応は非常に大きな吸熱反応であり、反応温度が550〜750℃程度と比較的高いので、高温の熱源が必要となる。このため、改質器2は、SOFCスタック3の近傍に配置され、SOFCスタック3からの輻射熱及びオフガス燃焼熱を利用して水蒸気改質反応を行う。   The reformer 2 causes a reforming raw material to undergo a steam reforming (SR) reaction with a reforming catalyst to generate a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide. The steam reforming reaction is a very large endothermic reaction, and since the reaction temperature is relatively high at about 550 to 750 ° C., a high-temperature heat source is required. For this reason, the reformer 2 is disposed in the vicinity of the SOFC stack 3 and performs a steam reforming reaction using radiant heat from the SOFC stack 3 and off-gas combustion heat.

SOFCスタック3は、改質ガス流路を形成する改質ガス供給管9を介して改質器2と接続されている。また、SOFCスタック3には、モジュール容器4の外部から空気を導入するための空気導入管10が接続されている。空気導入管10には、空気の導入量を調整する電磁バルブ11が設けられている。   The SOFC stack 3 is connected to the reformer 2 via a reformed gas supply pipe 9 that forms a reformed gas flow path. The SOFC stack 3 is connected to an air introduction pipe 10 for introducing air from the outside of the module container 4. The air introduction pipe 10 is provided with an electromagnetic valve 11 that adjusts the amount of air introduced.

SOFCスタック3は、複数の電池セルが積み重ねられて構成されている。電池セルは、アノード(燃料極)3aと、カソード(空気極)3bと、アノード3aとカソード3bとの間に配置された電解質3cとを有している。アノード3aには改質ガスが導入され、カソード3bには空気が導入される。これにより、各電池セルにおいて電気化学的な発電反応が行われることになる。なお、SOFCスタック3は、通常550〜1000℃程度の高温で作動する。   The SOFC stack 3 is configured by stacking a plurality of battery cells. The battery cell includes an anode (fuel electrode) 3a, a cathode (air electrode) 3b, and an electrolyte 3c disposed between the anode 3a and the cathode 3b. The reformed gas is introduced into the anode 3a, and air is introduced into the cathode 3b. Thereby, an electrochemical power generation reaction is performed in each battery cell. The SOFC stack 3 normally operates at a high temperature of about 550 to 1000 ° C.

改質ガス供給管9には、当該改質ガス供給管9内を流れるガスを冷却流体によって熱交換して冷却する熱交換器12が設けられている。熱交換器12には、冷却流体として冷却用水(液体)を熱交換器12に供給するため水供給管13と、冷却流体として冷却用空気(気体)を熱交換器12に供給するため空気供給管14とが並列に接続されている。水供給管13には、冷却用水の供給量を調整する電磁バルブ15が設けられ、空気供給管14には、冷却用空気の供給量を調整する電磁バルブ16が設けられている。   The reformed gas supply pipe 9 is provided with a heat exchanger 12 that cools the gas flowing in the reformed gas supply pipe 9 by exchanging heat with the cooling fluid. The heat exchanger 12 is supplied with water for supplying cooling water (liquid) to the heat exchanger 12 as a cooling fluid, and supplied with air to supply cooling air (gas) to the heat exchanger 12 as a cooling fluid. The tube 14 is connected in parallel. The water supply pipe 13 is provided with an electromagnetic valve 15 for adjusting the supply amount of cooling water, and the air supply pipe 14 is provided with an electromagnetic valve 16 for adjusting the supply amount of cooling air.

改質ガス供給管9内を流れるガスの冷却手段として熱交換器12を用いることで、冷却手段の構造が簡単になると共に、設置や操作を比較的容易を行うことができ、更にコスト的にも有利となる。   By using the heat exchanger 12 as a cooling means for the gas flowing in the reformed gas supply pipe 9, the structure of the cooling means can be simplified, installation and operation can be performed relatively easily, and the cost can be increased. Is also advantageous.

また、燃料電池システム1は、改質ガス供給管9内の温度を検出する温度センサ17と、燃料電池システム1の運転時にシステム全体を制御する制御装置18とを備えている。温度センサ17は、例えば熱電対であり、改質ガス供給管9内において水溜まりが生じやすい箇所に適当な数だけ配置されている。   The fuel cell system 1 also includes a temperature sensor 17 that detects the temperature in the reformed gas supply pipe 9 and a control device 18 that controls the entire system during operation of the fuel cell system 1. The temperature sensor 17 is, for example, a thermocouple, and an appropriate number of the temperature sensors 17 are arranged at locations where water pools are likely to occur in the reformed gas supply pipe 9.

制御装置18は、電磁バルブ7,8を制御して原燃料及び水蒸気の導入量をそれぞれ制御し、電磁バルブ11を制御して空気の導入量を制御し、電磁バルブ15,16を制御して冷却用水及び冷却用空気の供給量をそれぞれ制御する。   The control device 18 controls the electromagnetic valves 7 and 8 to control the introduction amount of raw fuel and water vapor, respectively, controls the electromagnetic valve 11 to control the introduction amount of air, and controls the electromagnetic valves 15 and 16. The supply amounts of cooling water and cooling air are respectively controlled.

図2は、燃料電池システム1の起動時に、制御装置18により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。本制御処理の実行は、例えば図示しない起動スイッチが操作されることで開始される。以下、図2に示すフローチャートを用いて、燃料電池システム1の起動時の運転方法について説明する。   FIG. 2 is a flowchart showing a control processing procedure executed by the control device 18 when the fuel cell system 1 is started. The execution of this control process is started, for example, by operating a start switch (not shown). Hereinafter, the operation method at the start-up of the fuel cell system 1 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

まず電磁バルブ15を制御して、熱交換器12に冷却用水を供給する(手順101)。そして、例えば改質器2の近傍に配置されたバーナやヒータ(図示せず)、或いは触媒燃焼熱等の熱源によって、改質器2を加熱する。   First, the electromagnetic valve 15 is controlled to supply cooling water to the heat exchanger 12 (procedure 101). Then, the reformer 2 is heated by, for example, a burner or heater (not shown) disposed near the reformer 2 or a heat source such as catalytic combustion heat.

その後、改質器2が水蒸気を凝縮させない温度まで昇温されたら、電磁バルブ8を制御して、改質器2に水蒸気を供給する(手順102)。このように改質器2に原燃料を供給する前に、まず水蒸気のみを改質器2に供給することにより、改質反応時に改質器2の改質触媒表面に炭素が析出すること(コーキング)が防止されるため、改質触媒が詰まったり劣化して改質反応を阻害することが無くなる。   Thereafter, when the temperature of the reformer 2 is increased to a temperature at which the steam is not condensed, the electromagnetic valve 8 is controlled to supply the reformer 2 with steam (procedure 102). Thus, before supplying the raw fuel to the reformer 2, first, only steam is supplied to the reformer 2, so that carbon is deposited on the reforming catalyst surface of the reformer 2 during the reforming reaction ( Therefore, the reforming catalyst is not clogged or deteriorated and the reforming reaction is not hindered.

改質器2に水蒸気のみを供給すると、水蒸気がSOFCスタック3に向けて改質ガス供給管9内を流れるようになる。このとき、熱交換器12には冷却用水が流れているので、改質ガス供給管9内の水蒸気は、熱交換器12により冷却された状態でSOFCスタック3のアノード3aに供給されることとなる。   When only the steam is supplied to the reformer 2, the steam flows in the reformed gas supply pipe 9 toward the SOFC stack 3. At this time, since the cooling water flows through the heat exchanger 12, the water vapor in the reformed gas supply pipe 9 is supplied to the anode 3a of the SOFC stack 3 while being cooled by the heat exchanger 12. Become.

ここで、改質器2への水蒸気の供給を開始した後は、温度センサ17の検出信号に基づいて、改質ガス供給管9内を流れる水蒸気の温度が水の沸点(例えば100℃)以上で且つアノード3aの酸化劣化点(例えば400℃)以下に保持されるように電磁バルブ15を例えばPID制御するのが望ましい。これにより、改質ガス供給管9内を流れる水蒸気の凝縮が抑制されるため、改質ガス供給管9内に水溜まりが生じることが防止される。   Here, after the supply of water vapor to the reformer 2 is started, the temperature of the water vapor flowing in the reformed gas supply pipe 9 is higher than the boiling point of water (for example, 100 ° C.) based on the detection signal of the temperature sensor 17. In addition, it is desirable to perform PID control, for example, on the electromagnetic valve 15 so that the anode 3a is kept below the oxidation deterioration point (eg, 400 ° C.). As a result, the condensation of water vapor flowing through the reformed gas supply pipe 9 is suppressed, so that a pool of water in the reformed gas supply pipe 9 is prevented.

その後、改質器2が改質可能な温度まで昇温されたら、電磁バルブ7を制御して、改質器2に向けて原燃料を供給する(手順103)。すると、改質器2により改質ガスが生成され、この改質ガスが改質ガス供給管9を介してSOFCスタック3のアノード3aに供給される。   Thereafter, when the temperature of the reformer 2 is raised to a temperature at which reforming is possible, the electromagnetic valve 7 is controlled to supply raw fuel to the reformer 2 (procedure 103). Then, reformed gas is generated by the reformer 2, and this reformed gas is supplied to the anode 3 a of the SOFC stack 3 through the reformed gas supply pipe 9.

また、電磁バルブ11を制御して、SOFCスタック3のカソード3bに空気を供給する(手順104)。その後、SOFCスタック3が所定の温度まで昇温された後、SOFCスタック3から電流を取り出すことにより、SOFCスタック3による発電が開始される。なお、SOFCスタック3への空気の供給は、手順103の前または手順103と同時に実行しても良い。   Further, the electromagnetic valve 11 is controlled to supply air to the cathode 3b of the SOFC stack 3 (procedure 104). Thereafter, after the temperature of the SOFC stack 3 is raised to a predetermined temperature, electric power is taken out from the SOFC stack 3 to start power generation by the SOFC stack 3. The supply of air to the SOFC stack 3 may be executed before the procedure 103 or simultaneously with the procedure 103.

そして、改質ガスがSOFCスタック3に到達した後、電磁バルブ15を制御して、熱交換器12への冷却用水の供給を停止する(手順105)。   Then, after the reformed gas reaches the SOFC stack 3, the electromagnetic valve 15 is controlled to stop the supply of cooling water to the heat exchanger 12 (procedure 105).

その後、SOFCスタック3からのアノードオフガスの燃焼熱、或いはヒータ(図示せず)等によりモジュール容器4内が昇温される。そして、改質器2またはその近傍に設けられた熱源からの熱出力を停止する。   Thereafter, the temperature in the module container 4 is raised by the combustion heat of the anode off gas from the SOFC stack 3 or a heater (not shown). And the heat output from the heat source provided in the reformer 2 or its vicinity is stopped.

このように燃料電池システム1の起動時には、改質ガス供給管9内を流れる水蒸気の温度がアノード3aの酸化劣化点以下に保持されるように、当該水蒸気を熱交換器12により冷却することにより、改質器2で生成された改質ガスがSOFCスタック3に供給され始める前まで、SOFCスタック3の温度がアノード3aの酸化劣化点以下に保持されることとなる。従って、アノード3aが例えば水蒸気や空気等の酸化性ガス雰囲気下にある場合であっても、アノード3aの酸化劣化を防止することができる。このとき、蒸発潜熱の大きな冷却用水を熱交換器12に供給するので、改質ガス供給管9内を流れる水蒸気を効率的に冷却することができる。   As described above, when the fuel cell system 1 is started, the steam is cooled by the heat exchanger 12 so that the temperature of the steam flowing in the reformed gas supply pipe 9 is kept below the oxidation deterioration point of the anode 3a. Until the reformed gas generated in the reformer 2 starts to be supplied to the SOFC stack 3, the temperature of the SOFC stack 3 is maintained below the oxidation deterioration point of the anode 3a. Therefore, even when the anode 3a is in an oxidizing gas atmosphere such as water vapor or air, the oxidative deterioration of the anode 3a can be prevented. At this time, since the cooling water having a large latent heat of evaporation is supplied to the heat exchanger 12, the water vapor flowing through the reformed gas supply pipe 9 can be efficiently cooled.

図3は、燃料電池システム1の停止時に、制御装置18により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。本制御処理の実行は、例えば図示しない停止スイッチが操作されることで開始される。以下、図3に示すフローチャートを用いて、燃料電池システム1の停止時の運転方法について説明する。   FIG. 3 is a flowchart showing a control processing procedure executed by the control device 18 when the fuel cell system 1 is stopped. The execution of this control process is started, for example, by operating a stop switch (not shown). Hereinafter, the operation method when the fuel cell system 1 is stopped will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

まず電磁バルブ16を制御して、熱交換器12に冷却用空気を供給する(手順111)。続いて、電磁バルブ7,8を制御して、原燃料及び水蒸気の供給量を減らすことにより、改質器2への改質原料の供給量を減らす。これにより、改質器2で生成される改質ガスの供給量が減少するため、SOFCスタック3からのアノードオフガス燃焼熱が減少する。さらに、例えば電磁バルブ11を制御して、SOFCスタック3のカソード3bに供給される空気量を増やす。これらにより、モジュール容器4内の降温が開始される(手順112)。   First, the electromagnetic valve 16 is controlled to supply cooling air to the heat exchanger 12 (procedure 111). Subsequently, the supply amount of the reforming raw material to the reformer 2 is reduced by controlling the electromagnetic valves 7 and 8 to reduce the supply amount of raw fuel and steam. Thereby, since the supply amount of the reformed gas generated in the reformer 2 is reduced, the anode off-gas combustion heat from the SOFC stack 3 is reduced. Further, for example, the electromagnetic valve 11 is controlled to increase the amount of air supplied to the cathode 3b of the SOFC stack 3. As a result, the temperature drop in the module container 4 is started (procedure 112).

このとき、温度センサ17の検出信号に基づいて、改質ガス供給管9内を流れる改質ガスの温度が水の沸点以上で且つアノード3aの酸化劣化点以下に保持されるように電磁バルブ16を例えばPID制御するのが望ましい。これにより、改質ガス供給管9内を流れる改質ガス中に含まれる水分の凝縮が抑制されるため、改質ガス供給管9内に水溜まりが生じることが防止される。   At this time, based on the detection signal of the temperature sensor 17, the electromagnetic valve 16 is maintained so that the temperature of the reformed gas flowing in the reformed gas supply pipe 9 is maintained at a temperature not lower than the boiling point of water and not higher than the oxidation deterioration point of the anode 3a. For example, it is desirable to perform PID control. As a result, condensation of moisture contained in the reformed gas flowing in the reformed gas supply pipe 9 is suppressed, so that a water pool is prevented from being generated in the reformed gas supply pipe 9.

その後、SOFCスタック3の温度がアノード3aの酸化劣化点以下になったら、電磁バルブ7を制御して、改質器2への原燃料の供給を停止する(手順113)。これにより、改質器2からSOFCスタック3への改質ガスの供給が停止する。引き続いて電磁バルブ8を制御して、改質器2への水蒸気の供給を停止する(手順114)。   Thereafter, when the temperature of the SOFC stack 3 falls below the oxidation deterioration point of the anode 3a, the electromagnetic valve 7 is controlled to stop the supply of raw fuel to the reformer 2 (procedure 113). Thereby, the supply of the reformed gas from the reformer 2 to the SOFC stack 3 is stopped. Subsequently, the electromagnetic valve 8 is controlled to stop the supply of water vapor to the reformer 2 (procedure 114).

ここで、改質ガス供給管9内の改質ガスに比べて冷めにくいSOFCスタック3がアノード3aの酸化劣化点以下の温度まで降温するまでの間は、還元性を有する改質ガスをSOFCスタック3に供給し続けるので、アノード3aの酸化劣化が防止される。   Here, until the SOFC stack 3 which is difficult to cool compared to the reformed gas in the reformed gas supply pipe 9 is cooled to a temperature lower than the oxidation deterioration point of the anode 3a, the reformed reformed gas is reduced to the SOFC stack. 3 continues to be supplied to the anode 3, so that the oxidative deterioration of the anode 3a is prevented.

そして、電磁バルブ16を制御して、熱交換器12への冷却用空気の供給を停止する(手順115)。   Then, the electromagnetic valve 16 is controlled to stop the supply of cooling air to the heat exchanger 12 (procedure 115).

このように燃料電池システム1の停止時には、改質ガス供給管9内を流れる改質ガスを熱交換器12により冷却するので、SOFCスタック3には、冷やされた改質ガスが供給されることとなる。これにより、熱容量が比較的大きく温度が下がりにくいSOFCスタック3の冷却速度が上がるため、SOFCスタック3がアノード3aの酸化劣化点以下の温度に降温されるまで大量の改質ガス及び空気をSOFCスタック3に供給する必要がなくなる。   Thus, when the fuel cell system 1 is stopped, the reformed gas flowing in the reformed gas supply pipe 9 is cooled by the heat exchanger 12, so that the cooled reformed gas is supplied to the SOFC stack 3. It becomes. This increases the cooling rate of the SOFC stack 3 that has a relatively large heat capacity and is difficult to lower the temperature. Therefore, a large amount of reformed gas and air is supplied to the SOFC stack 3 until the temperature of the SOFC stack 3 is lowered to a temperature lower than the oxidation deterioration point of the anode 3a. 3 need not be supplied.

また、停止運転の開始直後は、モジュール容器4内の温度が高く、熱交換器12の配管等がある程度熱くなっているため、冷却用水を熱交換器12に供給すると、冷却用水の蒸発衝撃により熱交換器12の配管等が破損する可能性がある。本実施形態では、システム停止時には、冷却用空気を熱交換器12に供給するので、そのような蒸発衝撃を引き起こすこと無く、改質ガス供給管9内を流れる改質ガスを冷却することができる。   Further, immediately after the start of the stop operation, the temperature in the module container 4 is high, and the piping of the heat exchanger 12 is heated to some extent. Therefore, when cooling water is supplied to the heat exchanger 12, the evaporation impact of cooling water The piping of the heat exchanger 12 may be damaged. In the present embodiment, since the cooling air is supplied to the heat exchanger 12 when the system is stopped, the reformed gas flowing in the reformed gas supply pipe 9 can be cooled without causing such an evaporation shock. .

以上のように本実施形態によれば、燃料電池システム1の起動及び停止時に、SOFCスタック3のアノード3aの酸化劣化を防止することができる。また、燃料電池システム1の停止時に、SOFCスタック3に供給する改質ガス及び空気の量を低減することができるため、消費エネルギーの削減を図ることが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to prevent oxidative deterioration of the anode 3a of the SOFC stack 3 when the fuel cell system 1 is started and stopped. Further, when the fuel cell system 1 is stopped, the amount of reformed gas and air supplied to the SOFC stack 3 can be reduced, so that it is possible to reduce energy consumption.

図4は、本発明に係わる燃料電池システムの第2実施形態を示すシステム構成図である。図中、第1実施形態と同一または同等の部材及び要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。   FIG. 4 is a system configuration diagram showing a second embodiment of the fuel cell system according to the present invention. In the figure, members and elements that are the same as or equivalent to those in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

同図において、本実施形態の燃料電池システム20は、上記の改質器2及びSOFCスタック3に加えて、モジュール容器4内に配置され、起動・停止用改質原料(原燃料)を改質して改質ガスを生成する起動・停止用改質器21を備えている。本実施形態では、上記の改質器2は、発電用改質原料を改質して改質ガスを生成する発電用改質器を構成している。   In the figure, the fuel cell system 20 of the present embodiment is disposed in the module container 4 in addition to the reformer 2 and the SOFC stack 3 and reforms the starting / stopping reforming raw material (raw fuel). Thus, a start / stop reformer 21 for generating reformed gas is provided. In the present embodiment, the reformer 2 described above constitutes a power generation reformer that reforms a power generation reforming raw material to generate a reformed gas.

また、燃料電池システム20は、原燃料及び水蒸気が混合された起動・停止用改質原料をモジュール容器4の外部から起動・停止用改質器21に供給するための原料供給系22を備えている。   The fuel cell system 20 also includes a raw material supply system 22 for supplying the starting / stopping reformed raw material mixed with raw fuel and steam to the starting / stopping reformer 21 from the outside of the module container 4. Yes.

原料供給系22は、起動・停止用改質器21と接続された原料導入管23と、原燃料の供給量を調整する電磁バルブ24と、水蒸気の供給量を調整する電磁バルブ25とを有している。原燃料としては、灯油や都市ガス等の炭化水素燃料が用いられる。これにより、発電用改質原料を作るための発電用原燃料と起動・停止用改質原料を作るための起動・停止用原燃料の供給源を共有化することができる。原料供給系22は、原料供給系6と同様に、例えば水気化器(図示せず)で得られた水蒸気に燃料気化器(図示せず)で得られた原燃料ガスを混合させて起動・停止用改質原料ガスを生成する。そして、その起動・停止用改質原料ガスが原料導入管23内を通って起動・停止用改質器21に導入される。   The raw material supply system 22 includes a raw material introduction pipe 23 connected to the start / stop reformer 21, an electromagnetic valve 24 that adjusts the supply amount of raw fuel, and an electromagnetic valve 25 that adjusts the supply amount of water vapor. is doing. As the raw fuel, a hydrocarbon fuel such as kerosene or city gas is used. As a result, it is possible to share the power source for power generation for making the reforming raw material for power generation and the supply source of the raw fuel for start / stop for making the reforming raw material for start / stop. Similarly to the raw material supply system 6, the raw material supply system 22 is activated by mixing raw fuel gas obtained by a fuel vaporizer (not shown) with, for example, water vapor obtained by a water vaporizer (not shown). A stop reforming source gas is generated. Then, the starting / stopping reforming raw material gas is introduced into the starting / stopping reformer 21 through the raw material introduction pipe 23.

起動・停止用改質器21は、燃料電池システム20の起動・停止時に、起動・停止用改質原料を改質触媒で水蒸気改質反応させて、還元性を有する改質ガスを生成するものである。なお、起動・停止用改質器21は、特に発電に寄与するものでないので、発電用改質器2に比べて小容量であっても良い。   The start / stop reformer 21 generates a reformed gas having a reducing property by causing the reforming catalyst to undergo a steam reforming reaction with the reforming catalyst when the fuel cell system 20 is started / stopped. It is. Since the start / stop reformer 21 does not particularly contribute to power generation, the capacity may be smaller than that of the power reformer 2.

起動・停止用改質器21は、改質ガス流路を形成する改質ガス供給管26を介して原料導入管6と分岐接続されている。改質器21により生成された改質ガスは、改質ガス供給管26、原料導入管6、改質器2及び改質ガス供給管9を介してSOFCスタック3に供給される。ここでは、改質器21で生成された改質ガスによって改質器2の改質触媒を還元させるために、改質ガス供給管26を改質器2の入力側に分岐接続したが、改質ガス供給管26を改質器2の出力側(改質ガス供給管9)に接続しても良い。また、起動・停止用改質器21は、モジュール容器4の外部に設置されていても良い。   The start / stop reformer 21 is branched and connected to the raw material introduction pipe 6 via a reformed gas supply pipe 26 forming a reformed gas flow path. The reformed gas generated by the reformer 21 is supplied to the SOFC stack 3 via the reformed gas supply pipe 26, the raw material introduction pipe 6, the reformer 2, and the reformed gas supply pipe 9. Here, the reformed gas supply pipe 26 is branched and connected to the input side of the reformer 2 in order to reduce the reforming catalyst of the reformer 2 by the reformed gas generated by the reformer 21. The quality gas supply pipe 26 may be connected to the output side (reformed gas supply pipe 9) of the reformer 2. Further, the start / stop reformer 21 may be installed outside the module container 4.

改質ガス供給管26には、当該改質ガス供給管26内を流れるガスを冷却流体によって熱交換して冷却する熱交換器27が設けられている。熱交換器27には、冷却流体として冷却用水を熱交換器27に供給するため水供給管28と、冷却流体として冷却用空気を熱交換器27に供給するため空気供給管29とが並列に接続されている。水供給管28には、冷却用水の供給量を調整する電磁バルブ30が設けられ、空気供給管29には、冷却用空気の供給量を調整する電磁バルブ31が設けられている。   The reformed gas supply pipe 26 is provided with a heat exchanger 27 that cools the gas flowing through the reformed gas supply pipe 26 by exchanging heat with the cooling fluid. In the heat exchanger 27, a water supply pipe 28 for supplying cooling water as a cooling fluid to the heat exchanger 27 and an air supply pipe 29 for supplying cooling air as a cooling fluid to the heat exchanger 27 are arranged in parallel. It is connected. The water supply pipe 28 is provided with an electromagnetic valve 30 for adjusting the supply amount of cooling water, and the air supply pipe 29 is provided with an electromagnetic valve 31 for adjusting the supply amount of cooling air.

また、燃料電池システム20は、上述した制御装置18に代えて、制御装置32を備えている。制御装置32は、電磁バルブ7,8を制御して原燃料及び水蒸気の導入量をそれぞれ制御し、電磁バルブ24,25を制御して原燃料及び水蒸気の導入量をそれぞれ制御し、電磁バルブ11を制御して空気の導入量を制御し、電磁バルブ30,31を制御して冷却用水及び冷却用空気の供給量をそれぞれ制御する。   The fuel cell system 20 includes a control device 32 instead of the control device 18 described above. The control device 32 controls the electromagnetic valves 7 and 8 to control the introduction amounts of raw fuel and water vapor, respectively, controls the electromagnetic valves 24 and 25 to control the introduction amounts of raw fuel and water vapor, respectively, and the electromagnetic valve 11. Is controlled to control the amount of air introduced, and the electromagnetic valves 30 and 31 are controlled to control the supply amount of cooling water and cooling air.

図5は、燃料電池システム20の起動時に、制御装置32により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。以下、図5に示すフローチャートを用いて、燃料電池システム20の起動時の運転方法について説明する。   FIG. 5 is a flowchart showing a control processing procedure executed by the control device 32 when the fuel cell system 20 is started. Hereinafter, the operation method at the time of starting of the fuel cell system 20 will be described using the flowchart shown in FIG.

まず電磁バルブ30を制御して、熱交換器27に冷却用水を供給する(手順121)。そして、例えば起動・停止用改質器21の近傍に配置されたバーナやヒータ(図示せず)等によって改質器21を加熱する。   First, the electromagnetic valve 30 is controlled to supply cooling water to the heat exchanger 27 (procedure 121). Then, for example, the reformer 21 is heated by a burner or a heater (not shown) disposed in the vicinity of the start / stop reformer 21.

その後、起動・停止用改質器21が水蒸気を凝縮させない温度まで昇温されたら、電磁バルブ25を制御して、改質器21に水蒸気を供給する(手順122)。すると、水蒸気がSOFCスタック3に向けて改質ガス供給管26内を流れるようになる。このとき、熱交換器27には冷却用水が流れているので、改質ガス供給管26内の水蒸気は、熱交換器26により冷却された状態で発電用改質器2及び改質ガス供給管9を介してSOFCスタック3のアノード3aに供給されることとなる。   After that, when the start / stop reformer 21 is heated to a temperature at which the steam is not condensed, the electromagnetic valve 25 is controlled to supply steam to the reformer 21 (procedure 122). Then, the steam flows in the reformed gas supply pipe 26 toward the SOFC stack 3. At this time, since cooling water flows through the heat exchanger 27, the steam in the reformed gas supply pipe 26 is cooled by the heat exchanger 26 and the power reformer 2 and the reformed gas supply pipe. 9 is supplied to the anode 3 a of the SOFC stack 3.

ここで、起動・停止用改質器21への水蒸気の供給を開始した後は、温度センサ17の検出信号に基づいて、改質ガス供給管26内を流れる水蒸気の温度が水の沸点以上で且つアノード3aの酸化劣化点以下に保持されるように電磁バルブ30を例えばPID制御するのが望ましい。これにより、改質ガス供給管26内を流れる水蒸気の凝縮による水溜まりの発生が防止される。   Here, after the supply of steam to the start / stop reformer 21 is started, the temperature of the steam flowing in the reformed gas supply pipe 26 is equal to or higher than the boiling point of water based on the detection signal of the temperature sensor 17. In addition, it is desirable to perform PID control of the electromagnetic valve 30, for example, so that the anode 3a is maintained below the oxidation deterioration point. As a result, the generation of a water pool due to condensation of water vapor flowing in the reformed gas supply pipe 26 is prevented.

起動・停止用改質器21が改質可能な温度まで昇温されたら、電磁バルブ24を制御して、改質器21に起動・停止用原燃料を供給する(手順123)。すると、改質器21により改質ガスが生成され、この改質ガスが改質ガス供給管26、発電用改質器2及び改質ガス供給管9を介してSOFCスタック3のアノード3aに供給される。   When the temperature of the start / stop reformer 21 is raised to a temperature at which reforming is possible, the electromagnetic valve 24 is controlled to supply the start / stop raw fuel to the reformer 21 (procedure 123). Then, a reformed gas is generated by the reformer 21, and this reformed gas is supplied to the anode 3 a of the SOFC stack 3 through the reformed gas supply pipe 26, the power generation reformer 2 and the reformed gas supply pipe 9. Is done.

また、電磁バルブ11を制御して、SOFCスタック3のカソード3bに空気を供給する(手順124)。なお、SOFCスタック3への空気の供給は、手順123の前または手順123と同時に実行しても良い。   Further, the electromagnetic valve 11 is controlled to supply air to the cathode 3b of the SOFC stack 3 (procedure 124). The supply of air to the SOFC stack 3 may be performed before the procedure 123 or simultaneously with the procedure 123.

そして、改質ガスがSOFCスタック3に到達した後、電磁バルブ30を制御して、熱交換器27への冷却用水の供給を停止する(手順125)。   Then, after the reformed gas reaches the SOFC stack 3, the electromagnetic valve 30 is controlled to stop the supply of cooling water to the heat exchanger 27 (procedure 125).

その後、SOFCスタック3からのアノードオフガスの燃焼熱、或いはヒータ等によりモジュール容器4内の昇温が開始される。そして、発電用改質器2が所定の温度まで昇温されたら、電磁バルブ8を制御して、改質器2に水蒸気を供給する(手順126)。続いて、電磁バルブ7を制御して、改質器2に向けて発電用原燃料を供給する(手順127)。すると、改質器2により改質ガスが生成され、この改質ガスが改質ガス供給管9を介してSOFCスタック3のアノード3aに供給される。その後、SOFCスタック3が所定の温度まで昇温された後、SOFCスタック3から電流を取り出すことにより、SOFCスタック3による発電が開始される。   Thereafter, the temperature rise in the module container 4 is started by the combustion heat of the anode off gas from the SOFC stack 3 or a heater. When the power reformer 2 is heated to a predetermined temperature, the electromagnetic valve 8 is controlled to supply steam to the reformer 2 (procedure 126). Subsequently, the electromagnetic valve 7 is controlled to supply power generation raw fuel toward the reformer 2 (procedure 127). Then, reformed gas is generated by the reformer 2, and this reformed gas is supplied to the anode 3 a of the SOFC stack 3 through the reformed gas supply pipe 9. Thereafter, after the temperature of the SOFC stack 3 is raised to a predetermined temperature, electric power is taken out from the SOFC stack 3 to start power generation by the SOFC stack 3.

続いて、電磁バルブ24を制御して、起動・停止用改質器21に向けての起動・停止用原燃料の供給を停止する(手順128)。これにより、改質器21により生成された改質ガスの供給が停止する。引き続いて改質器21への水蒸気の供給を停止する(手順129)。その後、起動・停止用改質器21またはその近傍に設けられた熱源からの熱出力を停止する。   Subsequently, the electromagnetic valve 24 is controlled to stop the supply of starting / stopping raw fuel toward the starting / stopping reformer 21 (procedure 128). Thereby, supply of the reformed gas generated by the reformer 21 is stopped. Subsequently, the supply of water vapor to the reformer 21 is stopped (procedure 129). Thereafter, the heat output from the start / stop reformer 21 or a heat source provided in the vicinity thereof is stopped.

このように燃料電池システム20の起動時には、改質ガス供給管26内を流れる水蒸気が熱交換器27により冷却され、この冷却された水蒸気がSOFCスタック3に供給されるので、起動・停止用改質器21で生成された改質ガスがSOFCスタック3に供給され始める前まで、SOFCスタック3の温度をアノード3aの酸化劣化点以下に保持することができる。これにより、アノード3aの酸化劣化を防止することができる。   As described above, when the fuel cell system 20 is started, the water vapor flowing in the reformed gas supply pipe 26 is cooled by the heat exchanger 27 and the cooled water vapor is supplied to the SOFC stack 3. The temperature of the SOFC stack 3 can be kept below the oxidation deterioration point of the anode 3a until the reformed gas generated in the mass chamber 21 starts to be supplied to the SOFC stack 3. Thereby, the oxidative deterioration of the anode 3a can be prevented.

図6は、燃料電池システム20の停止時に、制御装置32により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。以下、図6に示すフローチャートを用いて、燃料電池システム20の停止時の運転方法について説明する。   FIG. 6 is a flowchart showing a control processing procedure executed by the control device 32 when the fuel cell system 20 is stopped. Hereinafter, the operation method when the fuel cell system 20 is stopped will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

まず電磁バルブ31を制御して、熱交換器27に冷却用空気を供給する(手順131)。続いて、起動・停止用改質器21の近傍に配置されたヒータ(図示せず)等によって改質器21を加熱する。また、電磁バルブ7,8を制御して、原燃料及び水蒸気の供給量を減らすことにより、発電用改質器2への発電用改質原料の供給量を減らす。これにより、発電用改質器2で生成される改質ガスの供給量が減少する。   First, the electromagnetic valve 31 is controlled to supply cooling air to the heat exchanger 27 (procedure 131). Subsequently, the reformer 21 is heated by a heater (not shown) or the like disposed in the vicinity of the start / stop reformer 21. Further, the supply amount of the reforming raw material for power generation to the power reformer 2 is reduced by controlling the electromagnetic valves 7 and 8 to reduce the supply amount of raw fuel and steam. Thereby, the supply amount of the reformed gas generated by the power reformer 2 is reduced.

そして、電磁バルブ25を制御して、改質器21に少量の水蒸気を供給する(手順132)。そして、電磁バルブ24を制御して、改質器21に少量の起動・停止用原燃料を供給する(手順133)。すると、改質器21により生成された改質ガスが少量だけSOFCスタック3のアノード3aに供給される。   Then, the electromagnetic valve 25 is controlled to supply a small amount of water vapor to the reformer 21 (procedure 132). Then, the electromagnetic valve 24 is controlled to supply a small amount of starting / stopping raw fuel to the reformer 21 (procedure 133). Then, a small amount of the reformed gas generated by the reformer 21 is supplied to the anode 3a of the SOFC stack 3.

続いて、電磁バルブ7を制御して、発電用改質器2への発電用原燃料の供給を停止する(手順134)。これにより、改質器2により生成された改質ガスの供給が停止する。引き続いて電磁バルブ8を制御して、改質器2への水蒸気の供給を停止する(手順135)。   Subsequently, the electromagnetic valve 7 is controlled to stop the supply of the raw power for power generation to the power reformer 2 (procedure 134). Thereby, supply of the reformed gas generated by the reformer 2 is stopped. Subsequently, the electromagnetic valve 8 is controlled to stop the supply of water vapor to the reformer 2 (procedure 135).

続いて、例えば電磁バルブ11を制御して、SOFCスタック3のカソード3bに供給される空気量を増やす。これにより、SOFCスタック3への改質ガスの供給量を少量とすることでSOFCスタック3からのアノードオフガス燃焼熱が減少することと相俟って、モジュール容器4内の降温が開始される(手順136)。   Subsequently, for example, the electromagnetic valve 11 is controlled to increase the amount of air supplied to the cathode 3 b of the SOFC stack 3. As a result, a decrease in the amount of reformed gas supplied to the SOFC stack 3 and a decrease in the anode off-gas combustion heat from the SOFC stack 3 are reduced. Procedure 136).

このとき、温度センサ17の検出信号に基づいて、改質ガス供給管26内を流れる改質ガスの温度が水の沸点以上で且つアノード3aの酸化劣化点以下に保持されるように電磁バルブ31を例えばPID制御するのが望ましい。これにより、改質ガス供給管26内を流れる改質ガス中に含まれる水分の凝縮による水溜まりの発生が防止される。   At this time, based on the detection signal of the temperature sensor 17, the electromagnetic valve 31 is maintained so that the temperature of the reformed gas flowing in the reformed gas supply pipe 26 is maintained at a temperature equal to or higher than the boiling point of water and equal to or lower than the oxidation deterioration point of the anode 3a. For example, it is desirable to perform PID control. As a result, the occurrence of a water pool due to condensation of moisture contained in the reformed gas flowing in the reformed gas supply pipe 26 is prevented.

その後、SOFCスタック3の温度がアノード3aの酸化劣化点以下になったら、電磁バルブ24を制御して、起動・停止用改質器21への起動・停止用原燃料の供給を停止する(手順137)。これにより、起動・停止用改質器21への起動・停止用改質原料の供給が停止するため、改質器21により生成された改質ガスの供給が停止する。引き続いて電磁バルブ25を制御して、改質器21への水蒸気の供給を停止する(手順138)。   Thereafter, when the temperature of the SOFC stack 3 becomes equal to or lower than the oxidation deterioration point of the anode 3a, the electromagnetic valve 24 is controlled to stop the supply of starting / stopping raw fuel to the starting / stopping reformer 21 (procedure). 137). As a result, the supply of the starting / stopping reforming raw material to the starting / stopping reformer 21 is stopped, so that the supply of the reformed gas generated by the reformer 21 is stopped. Subsequently, the electromagnetic valve 25 is controlled to stop the supply of water vapor to the reformer 21 (procedure 138).

ここで、SOFCスタック3がアノード3aの酸化劣化点以下の温度まで降温する間は、改質器21で生成した改質ガスをSOFCスタック3に供給し続けるので、アノード3aの酸化劣化が防止される。   Here, while the SOFC stack 3 is lowered to a temperature below the oxidation deterioration point of the anode 3a, the reformed gas generated by the reformer 21 is continuously supplied to the SOFC stack 3, so that the oxidation deterioration of the anode 3a is prevented. The

そして、電磁バルブ31を制御して、熱交換器27への冷却用空気の供給を停止する(手順139)。   Then, the electromagnetic valve 31 is controlled to stop the supply of cooling air to the heat exchanger 27 (procedure 139).

このように燃料電池システム20の停止時には、改質ガス供給管26内を流れる改質ガスが熱交換器27により冷却され、この冷却された改質ガスがSOFCスタック3に供給されるので、SOFCスタック3の冷却速度が上がる。これにより、SOFCスタック3がアノード3aの酸化劣化点以下の温度に降温されるまでの間にSOFCスタック3に供給する改質ガス及び空気の量を少なくできるため、消費エネルギーを削減することができる。   As described above, when the fuel cell system 20 is stopped, the reformed gas flowing in the reformed gas supply pipe 26 is cooled by the heat exchanger 27, and the cooled reformed gas is supplied to the SOFC stack 3. The cooling rate of the stack 3 is increased. As a result, the amount of reformed gas and air supplied to the SOFC stack 3 before the SOFC stack 3 is cooled to a temperature lower than the oxidation deterioration point of the anode 3a can be reduced, so that energy consumption can be reduced. .

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、システムの起動時には、冷却流体として水を供給するようにしたが、水以外の液体や空気等の気体を供給しても良い。   The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, water is supplied as a cooling fluid when the system is started. However, a liquid other than water or a gas such as air may be supplied.

また、上記実施形態では、SOFCスタック3に向けて改質ガス供給管内を流れる水蒸気や改質ガスを熱交換器で冷却するものとしたが、水蒸気や改質ガスを冷却する手段としては、特に熱交換器に限られず、ペルチェ吸熱素子等を使用しても良い。   In the above embodiment, the steam and reformed gas flowing in the reformed gas supply pipe toward the SOFC stack 3 are cooled by the heat exchanger. However, as a means for cooling the steam and reformed gas, The heat exchanger is not limited, and a Peltier heat absorption element or the like may be used.

また、上記実施形態では、改質原料を水蒸気改質(SR)反応させる改質器を備えているが、本発明は、改質原料を自己熱改質(ATR)反応させる改質器を備えるシステムにも適用可能である。このような自己熱改質では、まず最初に水蒸気のみを改質器に供給するため、上記実施形態と同様に改質ガス供給管内を流れる水蒸気を冷却する。また、改質原料を改質器に供給する前に、空気を改質器に供給する場合には、改質ガス供給管内を流れる水蒸気及び空気を冷却する。   Moreover, in the said embodiment, although the reformer which carries out the steam reforming (SR) reaction of the reforming raw material is provided, this invention is provided with the reformer which carries out the autothermal reforming (ATR) reaction of the reforming raw material. It is also applicable to the system. In such autothermal reforming, only the steam is first supplied to the reformer, so that the steam flowing in the reformed gas supply pipe is cooled as in the above embodiment. In addition, when air is supplied to the reformer before the reforming raw material is supplied to the reformer, the steam and air flowing in the reformed gas supply pipe are cooled.

さらに、上記実施形態は、固体酸化物形燃料電池(SOFC)についてであるが、本発明は、例えばSOFCと同じ高温型燃料電池である溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)等にも適用可能である。   Furthermore, although the said embodiment is about a solid oxide fuel cell (SOFC), this invention is applicable also to the molten carbonate fuel cell (MCFC) etc. which are the same high temperature type fuel cells as SOFC, for example. is there.

本発明に係わる燃料電池システムの第1実施形態を示すシステム構成図である。1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention. 図1に示した燃料電池システムの起動時に、制御装置により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing a control processing procedure executed by a control device when the fuel cell system shown in FIG. 1 is started. 図1に示した燃料電池システムの停止時に、制御装置により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing a control processing procedure executed by a control device when the fuel cell system shown in FIG. 1 is stopped. 本発明に係わる燃料電池システムの第2実施形態を示すシステム構成図である。It is a system block diagram which shows 2nd Embodiment of the fuel cell system concerning this invention. 図4に示した燃料電池システムの起動時に、制御装置により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing a control processing procedure executed by the control device when the fuel cell system shown in FIG. 4 is started. 図4に示した燃料電池システムの停止時に、制御装置により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing a control processing procedure executed by the control device when the fuel cell system shown in FIG. 4 is stopped.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池システム、2…改質器、3…固体酸化物形燃料電池(SOFC)スタック、3a…アノード、9…改質ガス供給管(改質ガス流路)、12…熱交換器(冷却手段)、13…水供給管(流体供給手段、冷却手段)、14…空気供給管(流体供給手段、冷却手段)、20…燃料電池システム、21…改質器、26…改質ガス供給管(改質ガス流路)、27…熱交換器(冷却手段)、28…水供給管(流体供給手段、冷却手段)、29…空気供給管(流体供給手段、冷却手段)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 2 ... Reformer, 3 ... Solid oxide fuel cell (SOFC) stack, 3a ... Anode, 9 ... Reformed gas supply pipe (reformed gas flow path), 12 ... Heat exchanger ( Cooling means), 13 ... Water supply pipe (fluid supply means, cooling means), 14 ... Air supply pipe (fluid supply means, cooling means), 20 ... Fuel cell system, 21 ... Reformer, 26 ... Reformed gas supply Pipe (reformed gas flow path), 27 ... heat exchanger (cooling means), 28 ... water supply pipe (fluid supply means, cooling means), 29 ... air supply pipe (fluid supply means, cooling means).

Claims (4)

原燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器と改質ガス流路を介して接続され、前記改質器で生成された前記改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、
前記改質ガス流路内を流れるガスを冷却する冷却手段とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
A reformer for reforming raw fuel to generate reformed gas;
A fuel cell stack connected to the reformer via a reformed gas flow path and generating power using the reformed gas generated by the reformer;
And a cooling means for cooling the gas flowing in the reformed gas flow path.
前記改質器は、前記原燃料に水蒸気を加えて前記原燃料を改質反応させて、前記改質ガスを生成することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the reformer generates the reformed gas by adding steam to the raw fuel to cause a reforming reaction of the raw fuel. 前記冷却手段は、前記改質ガス流路に設けられた熱交換器と、前記熱交換器に冷却流体を供給する流体供給手段とを有することを特徴とする請求項1または2記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell according to claim 1, wherein the cooling means includes a heat exchanger provided in the reformed gas flow path, and a fluid supply means for supplying a cooling fluid to the heat exchanger. system. 前記流体供給手段は、前記熱交換器に前記冷却流体として水を供給する手段と、前記熱交換器に前記冷却流体として空気を供給する手段とを有することを特徴とする請求項3記載の燃料電池システム。   4. The fuel according to claim 3, wherein the fluid supply means includes means for supplying water as the cooling fluid to the heat exchanger and means for supplying air as the cooling fluid to the heat exchanger. Battery system.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010013817A1 (en) 2008-07-31 2010-02-04 三井・デュポンポリケミカル株式会社 Composition containing styrene resin, and molded article
JP2015162442A (en) * 2014-02-28 2015-09-07 日本特殊陶業株式会社 FUEL CELL SYSTEM, CONTROL DEVICE FOR FUEL CELL SYSTEM, AND METHOD FOR CONTROLLING FUEL CELL SYSTEM

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002216808A (en) * 2001-01-17 2002-08-02 Honda Motor Co Ltd Fuel gas generator for fuel cells
JP2003104706A (en) * 2001-07-27 2003-04-09 Honda Motor Co Ltd Fuel reformer and start-up method thereof
JP2005050563A (en) * 2003-07-29 2005-02-24 Nissan Motor Co Ltd Fuel reforming system
JP2005293951A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 Sumitomo Precision Prod Co Ltd Fuel cell and operation method thereof
WO2006090685A1 (en) * 2005-02-22 2006-08-31 Mitsubishi Materials Corporation Solid oxide type fuel cell and operation method thereof
JP2006269332A (en) * 2005-03-25 2006-10-05 Idemitsu Kosan Co Ltd Solid oxide fuel cell system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002216808A (en) * 2001-01-17 2002-08-02 Honda Motor Co Ltd Fuel gas generator for fuel cells
JP2003104706A (en) * 2001-07-27 2003-04-09 Honda Motor Co Ltd Fuel reformer and start-up method thereof
JP2005050563A (en) * 2003-07-29 2005-02-24 Nissan Motor Co Ltd Fuel reforming system
JP2005293951A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 Sumitomo Precision Prod Co Ltd Fuel cell and operation method thereof
WO2006090685A1 (en) * 2005-02-22 2006-08-31 Mitsubishi Materials Corporation Solid oxide type fuel cell and operation method thereof
JP2006269332A (en) * 2005-03-25 2006-10-05 Idemitsu Kosan Co Ltd Solid oxide fuel cell system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010013817A1 (en) 2008-07-31 2010-02-04 三井・デュポンポリケミカル株式会社 Composition containing styrene resin, and molded article
JP2015162442A (en) * 2014-02-28 2015-09-07 日本特殊陶業株式会社 FUEL CELL SYSTEM, CONTROL DEVICE FOR FUEL CELL SYSTEM, AND METHOD FOR CONTROLLING FUEL CELL SYSTEM

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