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JP2012009206A - Power generator - Google Patents

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JP2012009206A
JP2012009206A JP2010142569A JP2010142569A JP2012009206A JP 2012009206 A JP2012009206 A JP 2012009206A JP 2010142569 A JP2010142569 A JP 2010142569A JP 2010142569 A JP2010142569 A JP 2010142569A JP 2012009206 A JP2012009206 A JP 2012009206A
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gas
fuel
burner
reformer
fuel cell
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JP2010142569A
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Japanese (ja)
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JP5548534B2 (en
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Yojiro Umeda
要次郎 梅田
Tsutomu Sofue
務 祖父江
Naomasa Sugimoto
尚優 杉本
Tatsuki Watarai
立樹 渡會
Hideki Yoshida
英樹 吉田
Takehiro Seyama
雄広 勢山
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Tokyo Gas Co Ltd
Rinnai Corp
Gastar Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
Rinnai Corp
Gastar Co Ltd
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    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

【課題】 固体酸化物形の燃料電池を用いた発電装置において、バーナの失火を防止できる技術を提供する。
【解決手段】 発電装置2は、改質器26と、燃料電池セル25と、オフガス燃焼部27と、バーナ64と、制御装置100を備える。改質器26は、燃料ガスと水蒸気の混合ガスを改質ガスに改質する。燃料電池セル25は、固体酸化物形の燃料電池セル25であって、改質ガスをカソード空気と反応させて発電する。オフガス燃焼部27では、燃料電池セル25からのオフガスを燃焼し、その燃焼熱によって改質器26を加熱する。バーナ64は、燃料ガスを燃焼し、その燃焼熱によって改質器26を加熱する。制御装置100は、発電装置2の起動時において、バーナ64に供給する燃料ガス及び空気の供給量を減少させる処理と、燃料電池セル25に供給させるカソード空気の供給量を減少させる処理を同時に実行しない。
【選択図】図2
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of preventing a burner from being misfired in a power generator using a solid oxide fuel cell.
A power generator includes a reformer, a fuel battery cell, an off-gas combustion unit, a burner, and a control device. The reformer 26 reforms a mixed gas of fuel gas and water vapor into a reformed gas. The fuel cell 25 is a solid oxide fuel cell 25, and generates electricity by reacting the reformed gas with cathode air. The off gas combustion unit 27 burns off gas from the fuel cell 25 and heats the reformer 26 with the combustion heat. The burner 64 burns fuel gas and heats the reformer 26 with the combustion heat. The control device 100 simultaneously executes a process for reducing the supply amount of the fuel gas and air supplied to the burner 64 and a process for reducing the supply amount of the cathode air supplied to the fuel cell 25 when the power generation device 2 is started. do not do.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、固体酸化物を利用する燃料電池によって発電する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for generating electricity by a fuel cell using a solid oxide.

特許文献1には、固体酸化物を利用する燃料電池を用いた発電装置の例が開示されている。ただし特許文献1はまだ公開されていない。特許文献1の発電装置は、改質器と、燃料電池セルと、バーナを備える。改質器は、燃料ガスと水蒸気の混合ガスを改質ガスに改質する。燃料電池セルは、改質ガスを有酸素ガスと反応させて発電する。バーナは、燃料ガスを燃焼し、その燃焼熱によって改質器を加熱する。特許文献1の発電装置は、燃料電池セルが作動温度に到達する前に、改質器を作動温度に到達させることに成功している。   Patent Document 1 discloses an example of a power generation device using a fuel cell using a solid oxide. However, Patent Document 1 has not been disclosed yet. The power generation device of Patent Document 1 includes a reformer, a fuel battery cell, and a burner. The reformer reforms a mixed gas of fuel gas and water vapor into a reformed gas. The fuel cell generates electricity by reacting the reformed gas with an aerobic gas. The burner burns fuel gas and heats the reformer with the combustion heat. The power generation device of Patent Document 1 has succeeded in causing the reformer to reach the operating temperature before the fuel cell reaches the operating temperature.

特願2009−115299号Japanese Patent Application No. 2009-115299

特許文献1の発電装置を、以下の(a)〜(f)の順に従って動作させる場合がある。
(a)燃料電池セルに有酸素ガスを供給するとともに、バーナに燃料ガス及び有酸素ガスを供給して燃料ガスを燃焼させる。バーナの燃焼熱によって改質器が加熱される。燃料電池セルに供給される有酸素ガスは、バーナの燃焼熱で予熱された上で供給され、燃料電池セルを加熱する。改質器は、燃料電池セルよりも早く温度上昇する。
(b)改質器が好適な作動温度に達する前であって、所定の温度に達した場合、改質器に水を供給し、改質器内で加熱して水蒸気を発生させる。
(c)改質器の過加熱を防止するために、バーナに供給する燃料ガス及び有酸素ガスの供給量を減少させる。それと同時に、後述するオフガスへの点火を行い易くするために、燃料電池セルに供給する有酸素ガスの供給量を減少させる。
(d)改質器が好適な作動温度に達した場合、改質器にさらに燃料ガスを供給する。改質器において、供給された燃料ガスと改質器内で発生した水蒸気との混合ガスを改質ガスに改質させる。
(e)作動温度に達した燃料電池セルに改質ガスを供給して発電を行うとともに、燃料電池セルの先端で、発電に利用されなかった余剰の改質ガス(オフガス)に点火して燃焼させる。オフガスの燃焼熱は改質器や燃料電池セルの加熱に利用される。
(f)発電及びオフガス燃焼の促進のため、燃料電池セルに供給する有酸素ガスの供給量を再び増加させる。
In some cases, the power generation device of Patent Document 1 is operated in the following order (a) to (f).
(A) While supplying an aerobic gas to a fuel battery cell, a fuel gas and an aerobic gas are supplied to a burner, and a fuel gas is burned. The reformer is heated by the combustion heat of the burner. The aerobic gas supplied to the fuel cell is supplied after being preheated by the combustion heat of the burner, and heats the fuel cell. The reformer rises in temperature faster than the fuel cell.
(B) Before the reformer reaches a suitable operating temperature and reaches a predetermined temperature, water is supplied to the reformer and heated in the reformer to generate steam.
(C) In order to prevent overheating of the reformer, the supply amounts of fuel gas and aerobic gas supplied to the burner are reduced. At the same time, the supply amount of the aerobic gas supplied to the fuel cells is decreased in order to facilitate ignition of off gas to be described later.
(D) When the reformer reaches a suitable operating temperature, further fuel gas is supplied to the reformer. In the reformer, a mixed gas of the supplied fuel gas and water vapor generated in the reformer is reformed into a reformed gas.
(E) The reformed gas is supplied to the fuel cell that has reached the operating temperature to generate power, and the excess reformed gas (off-gas) that has not been used for power generation is ignited and burnt at the tip of the fuel cell. Let Off-gas combustion heat is used to heat the reformer and the fuel cell.
(F) In order to promote power generation and off-gas combustion, the supply amount of aerobic gas supplied to the fuel cell is increased again.

しかしながら、上記の(c)において、燃料電池セルに供給する有酸素ガスの供給量と、バーナに供給する有酸素ガスの供給量を同時に減少させると、燃料電池セルを収容する収容室内が急激に減圧してしまうことが分かってきた。そのため、さらに同時にバーナに供給する燃料ガスの供給量を減少させる指示を行ったとしても、上記の収容室内の急激な減圧によって、燃料ガスの供給路にも負圧が生じ、一時的に燃料ガスが指示値より大幅に多く供給されてしまう場合があることも分かってきた。その結果、バーナに供給される燃料ガスの量が、バーナに供給される有酸素ガスの量と比べて多くなり過ぎ、バーナが失火してしまう場合があることが分かってきた。本明細書では、バーナの失火を防止できる発電装置を実現するための技術を開示する。   However, in the above (c), if the supply amount of the aerobic gas supplied to the fuel cell and the supply amount of the aerobic gas supplied to the burner are decreased at the same time, the accommodation chamber for containing the fuel cell is rapidly changed. It has been found that the pressure is reduced. Therefore, even if an instruction to reduce the supply amount of the fuel gas supplied to the burner at the same time is given, a negative pressure is also generated in the fuel gas supply path due to the sudden pressure reduction in the above-described storage chamber, and the fuel gas is temporarily It has also been found that there may be a case where a significantly larger amount is supplied than the indicated value. As a result, it has been found that the amount of fuel gas supplied to the burner becomes too large compared to the amount of aerobic gas supplied to the burner, and the burner may misfire. In this specification, the technique for implement | achieving the electric power generating apparatus which can prevent misfire of a burner is disclosed.

本明細書では、固体酸化物形の燃料電池を用いる発電装置を開示する。発電装置は、改質器と、燃料電池セルと、燃焼部と、バーナと、制御装置を備える。改質器は、燃料ガスと水蒸気の混合ガスを改質ガスに改質する。燃料電池セルは、固体酸化物形の燃料電池セルであって、改質ガスを有酸素ガスと反応させて発電する。燃焼部は、燃料電池セルからのオフガスを燃焼し、その燃焼熱によって改質器を加熱する。バーナは、燃料ガスを燃焼し、その燃焼熱によって改質器を加熱する。
制御装置は、発電装置の起動時に、少なくとも、
(1)燃料電池セルに有酸素ガスを供給する処理手順と、
(2)バーナに燃料ガス及び有酸素ガスを供給して燃料ガスを燃焼させ、その燃焼熱によって改質器を加熱する処理手順と、
(3a)上記の(1)及び(2)の処理手順の後に、バーナに供給する燃料ガス及び有酸素ガスの供給量を減少させる処理手順と、
(3b)上記の(1)及び(2)の処理手順の後に、燃料電池セルに供給する有酸素ガスの供給量を減少させる処理手順を実行し、
上記の(3a)と(3b)の処理手順を異なるタイミングで実行することを特徴とする。
In the present specification, a power generation device using a solid oxide fuel cell is disclosed. The power generation device includes a reformer, a fuel battery cell, a combustion unit, a burner, and a control device. The reformer reforms a mixed gas of fuel gas and water vapor into a reformed gas. The fuel cell is a solid oxide fuel cell and generates electricity by reacting the reformed gas with an aerobic gas. The combustion unit burns off-gas from the fuel battery cell and heats the reformer with the combustion heat. The burner burns fuel gas and heats the reformer with the combustion heat.
The control device is at least when starting the power generation device,
(1) a processing procedure for supplying an aerobic gas to a fuel cell;
(2) Supplying fuel gas and aerobic gas to the burner to burn the fuel gas and heating the reformer with the combustion heat;
(3a) A processing procedure for reducing the supply amount of fuel gas and aerobic gas supplied to the burner after the processing procedures of (1) and (2) above;
(3b) After the processing procedures (1) and (2) above, execute a processing procedure for reducing the supply amount of the aerobic gas supplied to the fuel cell,
The processing procedures (3a) and (3b) are executed at different timings.

本発明者らの鋭意研究の結果、燃料電池セルに供給する有酸素ガスの供給量の減少と、バーナに供給する燃料ガス及び有酸素ガスの供給量の減少が同時に行われない場合には、それらが同時に行われる場合に比べて、収容室内の急激な減圧が抑制されることが判明した。その場合、バーナに燃料ガスが指示値より大幅に多く供給される事態が起こりにくくなることも判明した。上記の発電装置は、この知見に基づいて創作されている。
上記の発電装置では、制御装置は、バーナに供給する燃料ガス及び有酸素ガスの供給量を減少させる処理手順と、燃料電池セルに供給する有酸素ガスの供給量を減少させる処理手順を異なるタイミングで実行する。即ち、収容室内の減圧の原因となる2つの処理手順を同時に実行しない。この構成を備えるために、上記の発電装置では、収容室内の急激な減圧が抑制され、バーナに燃料ガスが指示値より大幅に多く供給される事態が起こりにくくなる。従って、バーナの失火を防止することができる。
As a result of the diligent research by the present inventors, when the decrease in the supply amount of the aerobic gas supplied to the fuel cell and the decrease in the supply amount of the fuel gas and the aerobic gas supplied to the burner are not performed simultaneously, It has been found that sudden pressure reduction in the accommodation chamber is suppressed as compared to the case where these are performed simultaneously. In that case, it has also been found that the situation in which the fuel gas is supplied to the burner much more than the indicated value is less likely to occur. The above power generator is created based on this knowledge.
In the above power generation device, the control device has different timings for the processing procedure for reducing the supply amount of the fuel gas and the aerobic gas supplied to the burner and the processing procedure for reducing the supply amount of the aerobic gas supplied to the fuel cell. Run with. That is, the two processing procedures that cause the decompression of the storage chamber are not executed simultaneously. In order to have this configuration, in the power generation device described above, rapid pressure reduction in the accommodation chamber is suppressed, and a situation in which fuel gas is supplied to the burner significantly more than the indicated value is less likely to occur. Therefore, the misfire of the burner can be prevented.

さらに、上記の(3b)の処理手順は、燃料電池セルに供給する有酸素ガスの供給量を段階的に減少させる処理手順であることが好ましい。この構成を備えるため、収容室内の減圧を段階的に行うことができる。収容室内の急激な減圧がさらに抑制される。従って、バーナの失火をより確実に防止することができる。   Further, the processing procedure (3b) is preferably a processing procedure for gradually reducing the supply amount of the aerobic gas supplied to the fuel cell. Since this configuration is provided, pressure reduction in the accommodation chamber can be performed in stages. Rapid decompression in the storage chamber is further suppressed. Accordingly, it is possible to more reliably prevent the burner from being misfired.

制御装置は、上記の(3a)の処理手順の実行後であって、バーナに供給する燃料ガス及び有酸素ガスの供給量が所定量まで減少した後に、上記の(3b)の処理手順を実行してもよい。この場合、バーナに供給する燃料ガス及び有酸素ガスの供給量の減少を先行して行うことにより、改質器の過加熱を早い段階で防止することができる。また、燃料電池セルに供給する有酸素ガスの供給量の減少に伴って収容室内が減圧する場合においても、バーナに供給する燃料ガスの供給量は既に所定量まで減少済みであるため、バーナに多くの燃料ガスが供給される事態が起こりにくくなる。従って、バーナの失火を防止することができる。   The control device executes the processing procedure of (3b) after the processing procedure of (3a) is executed and the supply amount of the fuel gas and the aerobic gas supplied to the burner is reduced to a predetermined amount. May be. In this case, it is possible to prevent overheating of the reformer at an early stage by reducing the supply amount of the fuel gas and the aerobic gas supplied to the burner in advance. Even when the chamber is depressurized as the supply amount of the aerobic gas supplied to the fuel cell decreases, the supply amount of the fuel gas supplied to the burner has already been reduced to a predetermined amount. A situation in which a large amount of fuel gas is supplied is less likely to occur. Therefore, the misfire of the burner can be prevented.

制御装置は、上記の(3b)の処理手順の実行後であって、燃料電池セルに供給する有酸素ガスの供給量が所定量まで減少した後に、上記の(3a)の処理手順を実行してもよい。この場合、燃料電池セルに供給する有酸素ガスの供給量を先行して所定量まで減少させることにより、オフガスへの点火を早い段階で行うことができる。早い段階から、オフガス燃焼熱を改質器の連続加熱に利用することができる。   The control device executes the processing procedure (3a) after the processing procedure (3b) is executed and the supply amount of the aerobic gas supplied to the fuel cell is reduced to a predetermined amount. May be. In this case, the off-gas can be ignited at an early stage by reducing the supply amount of the aerobic gas supplied to the fuel battery cell to a predetermined amount in advance. From an early stage, off-gas combustion heat can be used for continuous heating of the reformer.

第1実施例の発電装置を示す正面断面図。1 is a front sectional view showing a power generator according to a first embodiment. 第1実施例の発電装置を示す側面断面図。Side surface sectional drawing which shows the electric power generating apparatus of 1st Example. 第1実施例の発電装置の起動時の動作を示すフローチャート。The flowchart which shows the operation | movement at the time of starting of the electric power generating apparatus of 1st Example. 第1実施例における、バーナに対する燃料ガスと空気の供給量及びカソード空気の供給量を示すグラフ。The graph which shows the supply_amount | feed_rate of the fuel gas and air with respect to a burner, and the supply_amount | feed_rate of cathode air in 1st Example. 第2実施例における、バーナに対する燃料ガスと空気の供給量及びカソード空気の供給量を示すグラフ。The graph which shows the supply_amount | feed_rate of the fuel gas and air with respect to a burner, and the supply_amount | feed_rate of cathode air in 2nd Example.

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
(形態1) バーナは燃料ガスを表面燃焼させる形態の燃焼バーナ、例えば耐熱セラミックプレートを備える赤外線バーナとする。
(形態2) バーナは、改質器と燃料電池セルの双方が好適な作動温度に到達した場合に停止する。
(形態3) 発電装置は、排ガス通路内を通過する排ガスと、カソード空気通路内を通過するカソード空気との間で熱交換を行う熱交換器を備える。
The main features of the embodiments described below are listed.
(Embodiment 1) The burner is a combustion burner having a form in which fuel gas is subjected to surface combustion, for example, an infrared burner including a heat-resistant ceramic plate.
(Embodiment 2) The burner stops when both the reformer and the fuel cell reach a suitable operating temperature.
(Mode 3) The power generation device includes a heat exchanger that performs heat exchange between the exhaust gas passing through the exhaust gas passage and the cathode air passing through the cathode air passage.

(第1実施例)
第1実施例について説明する。図1は本実施例に係る発電装置の正面断面を模式的に示す図であり、図2は発電装置の側面断面を模式的に示す図である。図1及び図2に示すように、発電装置2は、6面がすべて断熱材で形成された箱状の本体ケーシング4を備える。本体ケーシング4内には、内側から順に、複数のセルスタック24等を収容する収容室10と、収容室10内で発生した排ガスを外部に排出するための排ガス通路40と、発電に用いられる有酸素ガス(空気)を通過させるカソード空気通路50が設けられている。また、図2に示すように、本体ケーシング4の周壁の一部にはバーナ64が設けられている。また、本体ケーシング4の外部には、制御装置100が備えられている。
(First embodiment)
A first embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a front cross-section of the power generator according to the present embodiment, and FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a side cross-section of the power generator. As shown in FIG.1 and FIG.2, the electric power generating apparatus 2 is provided with the box-shaped main body casing 4 by which all six surfaces were formed with the heat insulating material. In the main casing 4, a storage chamber 10 that stores a plurality of cell stacks 24 and the like in order from the inside, an exhaust gas passage 40 for exhausting exhaust gas generated in the storage chamber 10 to the outside, and used for power generation. A cathode air passage 50 through which oxygen gas (air) passes is provided. As shown in FIG. 2, a burner 64 is provided on a part of the peripheral wall of the main casing 4. A control device 100 is provided outside the main casing 4.

前記収容室10は、内側ケーシング18と2枚の邪魔板20の内側に形成される空間である。内側ケーシング18は、上方を開放した箱状部材である。邪魔板20の上端は本体ケーシング4の内側上面に取り付けられ、下端は内側ケーシング18の内側に差し込まれている。邪魔板20の上端付近には、排ガス通過孔22が開口され、収容室10内で発生する高温の排ガスを、収容室10から前記排ガス通路40に送り出し可能としている。   The storage chamber 10 is a space formed inside the inner casing 18 and the two baffle plates 20. The inner casing 18 is a box-shaped member that opens upward. The upper end of the baffle plate 20 is attached to the inner upper surface of the main body casing 4, and the lower end is inserted into the inner casing 18. An exhaust gas passage hole 22 is opened near the upper end of the baffle plate 20 so that high-temperature exhaust gas generated in the storage chamber 10 can be sent from the storage chamber 10 to the exhaust gas passage 40.

収容室10内には、複数のセルスタック24、改質器26、改質ガス供給管28、改質ガス室30、導入管32、マニホールド34が収容される。各セルスタック24は、複数の燃料電池セル25を棒状に積層したものである。セルスタック24は、図示を省略するが、支持基板の周面が燃料極と固体電解質層と酸素極で覆われており、複数の燃料電池セル25で構成されている。セルスタック24は、隣接する燃料電池セル25の酸素極と燃料極とが、インターコネクタと集電部材を介して電気的に接続されることにより、燃料電池セル25が多数本直列に接続されて形成されている。   A plurality of cell stacks 24, a reformer 26, a reformed gas supply pipe 28, a reformed gas chamber 30, an introduction pipe 32, and a manifold 34 are accommodated in the accommodation chamber 10. Each cell stack 24 is formed by stacking a plurality of fuel battery cells 25 in a rod shape. Although not shown, the cell stack 24 is composed of a plurality of fuel cells 25 in which the peripheral surface of the support substrate is covered with a fuel electrode, a solid electrolyte layer, and an oxygen electrode. In the cell stack 24, an oxygen electrode and a fuel electrode of adjacent fuel cells 25 are electrically connected via an interconnector and a current collecting member, whereby a large number of fuel cells 25 are connected in series. Is formed.

燃料電池セル25の燃料極の内部には、図示を省略するが、セルスタック24が延びる方向(図1の上下方向)に貫通する複数の改質ガス通路が並列に形成されている。燃料電池セル25は、この改質ガス通路に後述する改質ガスが供給されることにより、供給された改質ガスを周囲の有酸素ガス(空気)と反応させて発電する。なお、本実施例では、改質ガスが水素と一酸化炭素からなり、有酸素ガスとしては空気が用いられる。以下では、燃料電池セル25に供給される空気のことをカソード空気と呼ぶ。発電反応によって水蒸気と二酸化炭素からなる排ガスが生じる。この発電反応は発熱を伴うため、発生する排ガスは高温となる。   A plurality of reformed gas passages penetrating in the direction in which the cell stack 24 extends (the vertical direction in FIG. 1) are formed in parallel inside the fuel electrode of the fuel cell 25, although not shown. The fuel cell 25 generates electric power by reacting the supplied reformed gas with the surrounding aerobic gas (air) when a reformed gas described later is supplied to the reformed gas passage. In this embodiment, the reformed gas is composed of hydrogen and carbon monoxide, and air is used as the aerobic gas. Hereinafter, the air supplied to the fuel cell 25 is referred to as cathode air. An exhaust gas composed of water vapor and carbon dioxide is generated by the power generation reaction. Since this power generation reaction is accompanied by heat generation, the generated exhaust gas has a high temperature.

燃料電池セル25において、燃料極は多孔質であり、ニッケル(Ni)を一成分とするニッケル/YSZサーメット(混合焼結体)からなる。固体電解質層は緻密質であり、ジルコニア(ZrO2)にイットリア(Y2O3)を加えた混合物からなる。酸素極は多孔質であり、ペロブスカイト型酸化物であるLSM(La1−xSrxMnO3)からなる。インターコネクタは導電性セラミックからなる。   In the fuel battery cell 25, the fuel electrode is porous and made of nickel / YSZ cermet (mixed sintered body) containing nickel (Ni) as one component. The solid electrolyte layer is dense and consists of a mixture of zirconia (ZrO2) and yttria (Y2O3). The oxygen electrode is porous and is made of LSM (La1-xSrxMnO3) which is a perovskite oxide. The interconnector is made of a conductive ceramic.

各燃料電池セル25の上端部では、改質ガス通路が開放されており、発電のために消費されなかった余剰の改質ガス、いわゆるオフガスが放出される。以下では、発電のために消費されることなく各燃料電池セル25の上端部から放出される改質ガスを広く「オフガス」と呼ぶ。各セルスタック24の上端近傍には、図示しないスパーク電極が配設されている。スパーク電極が火花放電することによって、オフガスに点火し、オフガスを燃焼させることができる。以下では、各セルスタック24の上端部を、オフガス燃焼部27と呼び換える場合がある。   At the upper end portion of each fuel cell 25, the reformed gas passage is opened, and surplus reformed gas that has not been consumed for power generation, so-called off-gas, is released. Hereinafter, the reformed gas discharged from the upper end portion of each fuel cell 25 without being consumed for power generation is widely referred to as “off gas”. A spark electrode (not shown) is disposed near the upper end of each cell stack 24. When the spark electrode is subjected to spark discharge, the offgas can be ignited and the offgas can be burned. Hereinafter, the upper end of each cell stack 24 may be referred to as the off-gas combustion unit 27 in some cases.

各セルスタック24は、図1、図2に示すように、収容室10内の下部に設けられたマニホールド34上に立設されている。本実施例では、図1に示すように、セルスタック24を3列に配置しているが、セルスタック24の配置数は3列に限るものではなく、これより多くても少なくても良い。   As shown in FIGS. 1 and 2, each cell stack 24 is erected on a manifold 34 provided at a lower portion in the storage chamber 10. In this embodiment, as shown in FIG. 1, the cell stacks 24 are arranged in three rows. However, the number of the cell stacks 24 is not limited to three rows, and may be larger or smaller.

マニホールド34は、内部に図示しない改質ガス流路を備え、かつ、上面に、マニホールド34内部を流れる改質ガスを前記燃料電池セル25の改質ガス通路内に供給するための細孔が複数開口されている。なお、本実施例では、マニホールド34の下方には導入管32を介して改質ガス室30が設けられている。このため、改質器26から改質ガス供給管28を通じて供給される改質ガスは、改質ガス室30、導入管32を介してマニホールド34に供給される。改質器26からの改質ガスを、改質ガス室30と導入管32を介してマニホールド34に供給することにより、各燃料電池セル25に均等に改質ガスを供給しやすくなる。   The manifold 34 has a reformed gas flow path (not shown) inside, and a plurality of pores for supplying the reformed gas flowing inside the manifold 34 into the reformed gas passage of the fuel cell 25 on the upper surface. It is open. In the present embodiment, the reformed gas chamber 30 is provided below the manifold 34 via the introduction pipe 32. For this reason, the reformed gas supplied from the reformer 26 through the reformed gas supply pipe 28 is supplied to the manifold 34 through the reformed gas chamber 30 and the introduction pipe 32. By supplying the reformed gas from the reformer 26 to the manifold 34 via the reformed gas chamber 30 and the introduction pipe 32, it becomes easier to supply the reformed gas evenly to each fuel cell 25.

改質器26は、燃料ガスを水蒸気改質して、燃料電池セル25における発電反応に使用される改質ガスを生成するものである。この改質器26は、セルスタック24の上端部(オフガス燃焼部27)の上方に配置されており、前記セルスタック24の先端部で燃焼されるオフガスの燃焼熱を改質に利用できるようにしてある。   The reformer 26 steam-reforms the fuel gas to generate a reformed gas used for the power generation reaction in the fuel battery cell 25. The reformer 26 is disposed above the upper end portion (off gas combustion portion 27) of the cell stack 24 so that the combustion heat of the off gas burned at the tip end portion of the cell stack 24 can be used for reforming. It is.

改質器26には、外部から燃料ガスを供給するための燃料ガス供給管46と、水蒸気の元となる水(純水)を供給するための水供給管48が備えられている。燃料ガス供給管46には、改質器26への燃料ガスの供給量を調整するための調整弁46aが備えられる。また、水供給管48には、改質器26への水の供給量を調整するための調整弁48aが備えられる。改質器26内には図示しない気化機構が備えられている。気化機構は、供給された水を加熱して水蒸気を発生させる。なお、本実施例では、燃料ガスには例えばメタンを主成分とするガスが使用される。このようなガスとしては例えば都市ガスが挙げられる。   The reformer 26 is provided with a fuel gas supply pipe 46 for supplying fuel gas from the outside, and a water supply pipe 48 for supplying water (pure water) that is a source of water vapor. The fuel gas supply pipe 46 is provided with an adjustment valve 46 a for adjusting the amount of fuel gas supplied to the reformer 26. Further, the water supply pipe 48 is provided with an adjustment valve 48 a for adjusting the amount of water supplied to the reformer 26. A vaporizing mechanism (not shown) is provided in the reformer 26. The vaporization mechanism generates water vapor by heating the supplied water. In this embodiment, for example, a gas mainly composed of methane is used as the fuel gas. An example of such a gas is city gas.

改質器26は、金属製の扁平な箱型のケーシングと、その内部で蛇行する経路が形成されており、その経路内に改質触媒が充填されている。改質器26内の気化機構で発生した水蒸気と、外部から供給された燃料ガスとの混合ガスは、改質器26内を通過する間に、改質触媒によって水素と一酸化炭素からなる改質ガスに改質される。この改質反応は吸熱を伴うため、改質器26は好適な温度に加熱されている必要がある。本実施例のようにメタンを主成分とする燃料ガスの好適な改質温度は400℃以上(より好ましくは600℃以上)である。改質器26は、400℃以上になるように加熱されていることが好ましい。改質器26で改質された改質ガスは、改質ガス供給管28を通って改質ガス室30に送り込まれ、改質ガス室30、導入管32、マニホールド34を通過して各燃料電池セル25の改質ガス通路内へと送り込まれる。   In the reformer 26, a flat box-shaped casing made of metal and a meandering path are formed, and the reforming catalyst is filled in the path. The mixed gas of the water vapor generated by the vaporization mechanism in the reformer 26 and the fuel gas supplied from outside is reformed from hydrogen and carbon monoxide by the reforming catalyst while passing through the reformer 26. The gas is reformed. Since this reforming reaction is endothermic, the reformer 26 needs to be heated to a suitable temperature. The preferred reforming temperature of the fuel gas containing methane as a main component as in this embodiment is 400 ° C. or higher (more preferably 600 ° C. or higher). The reformer 26 is preferably heated to 400 ° C. or higher. The reformed gas reformed by the reformer 26 is sent to the reformed gas chamber 30 through the reformed gas supply pipe 28, and passes through the reformed gas chamber 30, the introduction pipe 32, and the manifold 34 to each fuel. It is fed into the reformed gas passage of the battery cell 25.

排ガス通路40は、収容室10の外側に設けられている。排ガス通路40は、上記燃料電池セル25での発電反応及びオフガスの燃焼によって発生した高温の排ガスを通過させるための通路である。この排ガス通路40は、図1に示すように、内側ケーシング18と外側ケーシング51との間に設けられる空間であって、収容室10の底面及び一対の側面を覆うようにして設けられている。   The exhaust gas passage 40 is provided outside the storage chamber 10. The exhaust gas passage 40 is a passage through which high-temperature exhaust gas generated by the power generation reaction and off-gas combustion in the fuel battery cell 25 passes. As shown in FIG. 1, the exhaust gas passage 40 is a space provided between the inner casing 18 and the outer casing 51, and is provided so as to cover the bottom surface and the pair of side surfaces of the storage chamber 10.

外側ケーシング51は上方が開放した箱状部材である。図1に示すように、外側ケーシング51の側壁の上端は内側に折り曲げられ、更に底面に向かって折り曲げられ、内側壁51a、外側壁51b、上端縁51cを形成している。内側壁51aは、内側ケーシング18内に差し込まれて備えられている。   The outer casing 51 is a box-shaped member that is open at the top. As shown in FIG. 1, the upper end of the side wall of the outer casing 51 is bent inward and further bent toward the bottom surface to form an inner wall 51a, an outer wall 51b, and an upper edge 51c. The inner wall 51a is provided by being inserted into the inner casing 18.

内側壁51aの上端付近には排ガス通過孔52が開口され、上記邪魔板20の排ガス通過孔22とダクト54で連通されている。従って、収容室10内で発生した排ガスは、邪魔板20の排ガス通過孔22からダクト54及び排ガス通過孔52を通って排ガス通路40内に供給される。外側壁51bには熱交換用の複数枚のフィン56が備えられている。各フィン56は、半分が排ガス通路40内に突出するように備えられ、他の半分がカソード空気通路50内に突出するように備えられている。底面51dには、外部と連通した排ガス排出管58が設けられ、排ガス通路40を通過してきた排ガスを外部に排出する。従って、燃料電池セル25での発電反応及びオフガスの燃焼によって発生した高温の排ガスは、改質器26を加熱した後、邪魔板20の排ガス通過孔22からダクト54を通って排ガス通路40の上部に流入する。排ガス通路40の上部から流入した排ガスは、フィン56で熱交換を行いながら排ガス通路40内を下方に向けて流れる。改質器26の加熱及びフィン56による熱交換によって排ガスの温度は下げられる。フィン56での熱交換を終えた排ガスは、排ガス通路40の底面51dの排ガス排出管58から排出される。   An exhaust gas passage hole 52 is opened near the upper end of the inner wall 51a, and communicates with the exhaust gas passage hole 22 of the baffle plate 20 by a duct 54. Accordingly, the exhaust gas generated in the storage chamber 10 is supplied from the exhaust gas passage hole 22 of the baffle plate 20 through the duct 54 and the exhaust gas passage hole 52 into the exhaust gas passage 40. The outer wall 51b is provided with a plurality of fins 56 for heat exchange. Each fin 56 is provided so that half protrudes into the exhaust gas passage 40 and the other half protrudes into the cathode air passage 50. An exhaust gas exhaust pipe 58 communicating with the outside is provided on the bottom surface 51d, and exhaust gas that has passed through the exhaust gas passage 40 is exhausted to the outside. Accordingly, the high-temperature exhaust gas generated by the power generation reaction and off-gas combustion in the fuel cell 25 heats the reformer 26, and then passes through the duct 54 from the exhaust gas passage hole 22 of the baffle plate 20 and the upper part of the exhaust gas passage 40. Flow into. The exhaust gas flowing in from the upper part of the exhaust gas passage 40 flows downward in the exhaust gas passage 40 while performing heat exchange with the fins 56. The temperature of the exhaust gas is lowered by heating the reformer 26 and heat exchange by the fins 56. The exhaust gas after the heat exchange in the fins 56 is discharged from the exhaust gas discharge pipe 58 on the bottom surface 51 d of the exhaust gas passage 40.

カソード空気通路50は、上記の排ガス通路40の外側に設けられている。カソード空気通路50は、燃料電池セル25での発電反応及びオフガスの燃焼に用いられるカソード空気を通過させるための通路である。カソード空気通路50は、図1に示すように、外側ケーシング51の外側壁51b、上端縁51c、底面51dと本体ケーシング4の内側との間、及び、外側ケーシング51の内側壁51aと邪魔板20との間に設けられる空間である。上述のように、カソード空気通路50内には、外側壁51bに備えられた複数枚のフィン56の半分が突出している。本体ケーシング4の底面には、外部と連通したカソード空気供給管60が設けられ、カソード空気を外部からカソード空気通路50内に供給可能としている。カソード空気供給管60には、カソード空気の供給量を調整する調整弁60aが備えられる。カソード空気通路50内に供給されたカソード空気は、フィン56で熱交換を行いながらカソード空気通路50内を上方に向けて流れる。その熱交換によってカソード空気は加熱される。熱交換を終えたカソード空気は、外側ケーシング51の上端縁51cと本体ケーシング4の内側との間、及び、外側ケーシング51の内側壁51aと邪魔板20との間の空間を通り、収容室10内へ供給される。収容室10内に供給されるカソード空気は、燃料電池セル25での発電反応や、オフガスの燃焼に利用される。また、収容室10内に供給されるカソード空気は、上記の熱交換によって高温となっているため、燃料電池セル25の加熱にも利用される。   The cathode air passage 50 is provided outside the exhaust gas passage 40 described above. The cathode air passage 50 is a passage for allowing cathode air used for power generation reaction and off-gas combustion in the fuel cell 25 to pass therethrough. As shown in FIG. 1, the cathode air passage 50 is formed between the outer wall 51 b, the upper edge 51 c, the bottom surface 51 d of the outer casing 51 and the inside of the main casing 4, and the inner wall 51 a of the outer casing 51 and the baffle plate 20. It is the space provided between. As described above, half of the plurality of fins 56 provided on the outer wall 51 b protrudes into the cathode air passage 50. A cathode air supply pipe 60 communicating with the outside is provided on the bottom surface of the main casing 4 so that the cathode air can be supplied into the cathode air passage 50 from the outside. The cathode air supply pipe 60 is provided with an adjustment valve 60a for adjusting the supply amount of the cathode air. The cathode air supplied into the cathode air passage 50 flows upward in the cathode air passage 50 while performing heat exchange with the fins 56. The cathode air is heated by the heat exchange. The cathode air after the heat exchange passes through the space between the upper end edge 51 c of the outer casing 51 and the inside of the main casing 4 and between the inner wall 51 a of the outer casing 51 and the baffle plate 20, and the accommodating chamber 10. Supplied in. The cathode air supplied into the storage chamber 10 is used for a power generation reaction in the fuel battery cell 25 and off-gas combustion. Further, since the cathode air supplied into the storage chamber 10 is heated to a high temperature by the heat exchange described above, it is also used for heating the fuel cell 25.

バーナ64は、本体ケーシング4の改質器26の側方部分に形成された貫通孔部66内に設けられ、改質器26を出口側から加熱できるようにしてある。ここに言う出口側とは、改質ガス供給管28側のことである。本実施例のバーナ64は、燃料ガスを表面燃焼させる形態の燃焼バーナである。このような燃焼バーナとしては、例えば耐熱セラミックプレートを備える赤外線バーナがある。本体ケーシング4の貫通孔部66には、バーナ64に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給管68と、バーナ64に燃料ガスを供給するガス供給管70が備えられている。燃焼用空気供給管68には、バーナ64に供給する燃焼用空気の供給量を調整する調整弁68aが備えられる。ガス供給管70には、バーナ64に供給する燃料ガスの供給量を調整する調整弁70aが備えられる。なお、バーナ64に供給される燃料ガスは、改質器26に供給される燃料ガスと同じガスである。   The burner 64 is provided in a through-hole portion 66 formed in a side portion of the reformer 26 of the main casing 4 so that the reformer 26 can be heated from the outlet side. The outlet side referred to here is the reformed gas supply pipe 28 side. The burner 64 of the present embodiment is a combustion burner having a form in which fuel gas is subjected to surface combustion. An example of such a combustion burner is an infrared burner provided with a heat-resistant ceramic plate. The through-hole portion 66 of the main casing 4 is provided with a combustion air supply pipe 68 that supplies combustion air to the burner 64 and a gas supply pipe 70 that supplies fuel gas to the burner 64. The combustion air supply pipe 68 is provided with an adjustment valve 68 a that adjusts the amount of combustion air supplied to the burner 64. The gas supply pipe 70 is provided with an adjustment valve 70 a that adjusts the amount of fuel gas supplied to the burner 64. The fuel gas supplied to the burner 64 is the same gas as the fuel gas supplied to the reformer 26.

制御装置100は、本体ケーシング4に設けられた上記の各部品と電気的に接続されており、それらの動作を制御する。   The control device 100 is electrically connected to the above-described components provided in the main casing 4 and controls their operations.

次に、図3を参照して発電装置2の起動時の動作について説明する。図3を参照して発電装置2の起動時の動作を示すフローチャートである。発電装置2を起動させると、以下に説明する処理が順に実行される。   Next, the operation at the time of starting the power generation device 2 will be described with reference to FIG. It is a flowchart which shows the operation | movement at the time of starting of the electric power generating apparatus 2 with reference to FIG. When the power generation device 2 is activated, the processes described below are sequentially executed.

発電装置2を起動させると、制御装置100は、調整弁60aを開いて、燃料電池セル25へのカソード空気の供給を開始する(S2)。具体的には、調整弁60aが開かれることによって、カソード空気供給管60を通してカソード空気通路50内にカソード空気が供給される。カソード空気通路50内に供給された空気は、カソード空気通路50を通って収容室10内の燃料電池セルに供給される。   When the power generation device 2 is activated, the control device 100 opens the regulating valve 60a and starts supplying cathode air to the fuel cell 25 (S2). Specifically, cathode air is supplied into the cathode air passage 50 through the cathode air supply pipe 60 by opening the regulating valve 60a. The air supplied into the cathode air passage 50 is supplied to the fuel cells in the storage chamber 10 through the cathode air passage 50.

次いで、制御装置100は、バーナ64を作動させる(S4)。具体的には、制御装置100は、調整弁68aと調整弁70aを開いてバーナ燃焼用の燃料ガス及び空気をバーナ64に供給するとともに、供給した燃焼ガスに点火して燃焼を開始させる。バーナ64によって燃料ガスの燃焼が開始されると、燃焼によって生じた燃焼排ガスが改質器26に当てられ、改質器26が加熱される。このとき、改質器26の単位時間当たりの温度上昇幅は、燃料電池セル25の単位時間当たりの温度上昇幅より大きくなる。改質器26の温度は燃料電池セル25の温度より早く上昇する。   Next, the control device 100 operates the burner 64 (S4). Specifically, the control device 100 opens the regulating valve 68a and the regulating valve 70a to supply fuel gas and air for burner combustion to the burner 64, and ignites the supplied combustion gas to start combustion. When combustion of the fuel gas is started by the burner 64, the combustion exhaust gas generated by the combustion is applied to the reformer 26, and the reformer 26 is heated. At this time, the temperature increase width per unit time of the reformer 26 is larger than the temperature increase width per unit time of the fuel cell 25. The temperature of the reformer 26 rises faster than the temperature of the fuel battery cell 25.

バーナ64の燃焼によって生じた排ガスは、改質器26を加熱した後、S2で燃料電池セル25に供給されたカソード空気と混合されて、邪魔板20の排ガス通過孔22からダクト54を通って排ガス通路40の上部に流入する。排ガス通路40の上部から流入した排ガスは、フィン56で熱交換を行いながら排ガス通路40内を下方に向けて流れる。改質器26の加熱及びフィン56による熱交換によって排ガスの温度は下げられる。フィン56での熱交換を終えた排ガスは、排ガス通路40の底面の排ガス排出管58から排出される。   The exhaust gas generated by the combustion of the burner 64 heats the reformer 26, and then is mixed with the cathode air supplied to the fuel cell 25 in S2, and passes through the duct 54 from the exhaust gas passage hole 22 of the baffle plate 20. It flows into the upper part of the exhaust gas passage 40. The exhaust gas flowing in from the upper part of the exhaust gas passage 40 flows downward in the exhaust gas passage 40 while performing heat exchange with the fins 56. The temperature of the exhaust gas is lowered by heating the reformer 26 and heat exchange by the fins 56. The exhaust gas after the heat exchange in the fins 56 is discharged from the exhaust gas discharge pipe 58 on the bottom surface of the exhaust gas passage 40.

一方、S2でカソード空気供給管60からカソード空気通路50内に供給されたカソード空気は、フィン56で熱交換を行いながらカソード空気通路50内を上方に向けて流れる。このフィン56による熱交換によってカソード空気は加熱される。加熱されたカソード空気は収容室10内へ供給され、燃料電池セル25の加熱に利用される。   On the other hand, the cathode air supplied from the cathode air supply pipe 60 into the cathode air passage 50 in S <b> 2 flows upward in the cathode air passage 50 while performing heat exchange with the fins 56. The cathode air is heated by heat exchange by the fins 56. The heated cathode air is supplied into the storage chamber 10 and used for heating the fuel cell 25.

次いで、制御装置100は、改質器26が所定の温度に達したか否かを監視する(S6)。ここに言う所定の温度は、改質器の好適な作動温度には満たない程度の温度(本実施例では約100℃)を言う。S6でYESの場合、制御装置100は、調整弁48aを開き、改質器26内に水を供給する(S8)。改質器26内に供給された水は、内部の気化機構で加熱されて水蒸気になる。   Next, the control device 100 monitors whether or not the reformer 26 has reached a predetermined temperature (S6). The predetermined temperature mentioned here refers to a temperature (about 100 ° C. in the present embodiment) that is less than a suitable operating temperature of the reformer. In the case of YES in S6, the control device 100 opens the regulating valve 48a and supplies water into the reformer 26 (S8). The water supplied into the reformer 26 is heated by an internal vaporization mechanism to become steam.

次いで、制御装置100は、調整弁68aと調整弁70aの開度を小さくして、バーナ64に供給する燃料ガスと空気の供給量を所定量(例えば6〜7割程度の量)まで減少させる(S10)。図4に示すように、本実施例では、制御装置100は、バーナ燃焼用の燃料ガスの供給量が2.0L/min程度から1.3L/min程度まで減少させ、空気の供給量を30L/min程度から20L/min程度まで減少させる。なお、図4は、発電装置2の起動時の動作に伴うバーナ64に対する燃料ガスと空気の供給量及びカソード空気の供給量を示すグラフである。これによって、バーナ64の単位時間当たりの加熱量が小さくなり、改質器26の過加熱が防止される。   Next, the control device 100 reduces the opening amounts of the adjusting valve 68a and the adjusting valve 70a to reduce the supply amount of fuel gas and air supplied to the burner 64 to a predetermined amount (for example, an amount of about 60 to 70%). (S10). As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the control device 100 reduces the supply amount of the fuel gas for burner combustion from about 2.0 L / min to about 1.3 L / min, and reduces the supply amount of air to 30 L. Decrease from about / min to about 20 L / min. FIG. 4 is a graph showing the supply amount of fuel gas and air and the supply amount of cathode air to the burner 64 accompanying the operation at the time of starting the power generation device 2. As a result, the amount of heating per unit time of the burner 64 is reduced, and overheating of the reformer 26 is prevented.

次いで、制御装置100は、調整弁60aの開度を小さくして、図4に示すように、カソード空気の供給量を所定量(例えば3割程度の量)まで減少させる(S12)。図4に示すように、本実施例では、制御装置100は、数秒間でカソード空気の供給量が100L/min程度から30L/min程度まで減少するように調整弁60aの開度を小さくする。これによって、後述するオフガスへの点火が行い易くなる。上記のS10において、既にバーナ64に供給する燃料ガスと空気の供給量を所定量まで減少させているため、S12でカソード空気の供給量を減少させたことによって収容室10内が減圧することで燃料ガス及び空気の供給量の若干の増加が見られるものの、その減圧の影響でバーナ64に指示値を大幅に上回る燃料ガスが供給されてしまう事態は起こりにくい(図4参照)。そのため、バーナ64の失火を防止することができる。   Next, the control device 100 reduces the opening degree of the regulating valve 60a to reduce the supply amount of the cathode air to a predetermined amount (for example, an amount of about 30%) as shown in FIG. 4 (S12). As shown in FIG. 4, in this embodiment, the control device 100 reduces the opening of the adjustment valve 60 a so that the supply amount of cathode air decreases from about 100 L / min to about 30 L / min in a few seconds. This facilitates ignition of off-gas which will be described later. In S10 described above, the supply amount of fuel gas and air already supplied to the burner 64 has been reduced to a predetermined amount. Therefore, the inside of the storage chamber 10 is depressurized by reducing the supply amount of cathode air in S12. Although there is a slight increase in the amount of fuel gas and air supplied, it is unlikely that the fuel gas will be supplied to the burner 64 significantly above the indicated value due to the reduced pressure (see FIG. 4). Therefore, misfire of the burner 64 can be prevented.

次いで、制御装置100は、改質器26が好適な作動温度(400℃以上)に達したか否かを監視する(S14)。S14でYESの場合、制御装置100は、調整弁46aを開き、改質器26に燃料ガスを供給する(S16)。改質器26内では、S16で供給された燃料ガスと、S8で生成された水蒸気との混合ガスの改質反応が行われ、一酸化炭素と水素を主成分とする好適な改質ガスが生成される(S18)。S18で生成される改質ガスは、改質ガス供給管28、改質ガス室30、導入管32、マニホールド34を経て各燃料電池セル25の改質ガス通路内に供給される。なお、この時点では燃料電池セル25は未だ作動温度である600℃に達していないため、発電反応を十分に行えない。従って、この時点で改質ガス通路内に供給される改質ガスは、発電に利用されることなくオフガスとして各燃料電池セル25の上端から放出される。なお、改質ガス通路内に入り込んでいた空気は改質ガスによって追い出されるため、燃料電池セル25の温度がある程度上がっても、周囲の酸素によって燃料極が酸化することはない。   Next, the control device 100 monitors whether or not the reformer 26 has reached a suitable operating temperature (400 ° C. or higher) (S14). If YES in S14, the control device 100 opens the adjustment valve 46a and supplies fuel gas to the reformer 26 (S16). In the reformer 26, a reforming reaction of a mixed gas of the fuel gas supplied in S16 and the water vapor generated in S8 is performed, and a suitable reformed gas mainly composed of carbon monoxide and hydrogen is obtained. Is generated (S18). The reformed gas generated in S18 is supplied into the reformed gas passage of each fuel cell 25 through the reformed gas supply pipe 28, the reformed gas chamber 30, the introduction pipe 32, and the manifold 34. At this point, the fuel cell 25 has not yet reached the operating temperature of 600 ° C., and therefore cannot sufficiently generate a power generation reaction. Therefore, the reformed gas supplied into the reformed gas passage at this time is discharged from the upper end of each fuel cell 25 as off-gas without being used for power generation. Since the air that has entered the reformed gas passage is driven out by the reformed gas, the fuel electrode is not oxidized by the surrounding oxygen even if the temperature of the fuel cell 25 rises to some extent.

次いで、制御装置100は、各燃料電池セル25の上端(オフガス燃焼部27)近傍のスパーク電極を作動させてオフガスに点火し、オフガスを燃焼させる(S20)。なお、S12でカソード空気の供給量を減少させたことにより、収容室10内のカソード空気の流れは緩やかとなっているため、S20におけるオフガスへの点火は容易に行われる。オフガスの燃焼が開始されると、制御装置100は、調整弁60aの開度を再び大きくして、燃料電池セル25に供給されるカソード空気の供給量を所定量まで増加させる(S22)。カソード空気の供給量が所定量まで増加することによって、オフガスの燃焼が促進される。オフガスの燃焼熱は、バーナ64の燃焼熱とともに、改質器26の加熱に利用される。また、バーナ64の燃焼とオフガスの燃焼によって生じる高温の排ガスは、燃料電池セル25に供給されるカソード空気と熱交換される。その熱交換によって高温となったカソード空気が燃料電池セル25に供給されることによって燃料電池セル25が加熱される。   Next, the control device 100 operates the spark electrode in the vicinity of the upper end (off-gas combustion unit 27) of each fuel cell 25 to ignite off-gas and burn off-gas (S20). In addition, since the flow of the cathode air in the storage chamber 10 becomes gentle due to the decrease in the supply amount of the cathode air in S12, the off-gas is easily ignited in S20. When the off-gas combustion is started, the control device 100 increases the opening degree of the regulating valve 60a again to increase the supply amount of the cathode air supplied to the fuel cell 25 to a predetermined amount (S22). By increasing the supply amount of cathode air to a predetermined amount, combustion of off-gas is promoted. The combustion heat of the off gas is used for heating the reformer 26 together with the combustion heat of the burner 64. Further, the high-temperature exhaust gas generated by the combustion of the burner 64 and the off-gas combustion is heat-exchanged with the cathode air supplied to the fuel cell 25. The cathode air heated to a high temperature by the heat exchange is supplied to the fuel cell 25, whereby the fuel cell 25 is heated.

次いで、各燃料電池セル25の温度が好適な作動温度(約600℃以上)に達すると(S24)、各燃料電池セル25は、改質ガス通路内に供給されている改質ガスを周囲のカソード空気と反応させて発電反応を行う(S26)。発電反応によって水蒸気と二酸化炭素からなる高温の排ガスが生じる。また、発電のために消費されなかったオフガスは、引き続き各オフガス燃焼部27で燃焼される。発電反応及びオフガスの燃焼によって生じた高温の排ガスは、改質器26の加熱に利用される。また、高温の排ガスは、燃料電池セル25に供給されるカソード空気と熱交換される。熱交換によって高温となったカソード空気が燃料電池セル25に供給されることによって燃料電池セル25も加熱され続ける。S24により、改質器26と燃料電池セル25の双方が好適な作動温度を下回ることなく運転されることとなる。その結果、発電装置2は熱自立する。   Next, when the temperature of each fuel cell 25 reaches a suitable operating temperature (about 600 ° C. or higher) (S24), each fuel cell 25 uses the reformed gas supplied in the reformed gas passage to the surroundings. A power generation reaction is performed by reacting with the cathode air (S26). A high-temperature exhaust gas composed of water vapor and carbon dioxide is generated by the power generation reaction. Further, the off gas that has not been consumed for power generation is continuously burned in each off gas combustion unit 27. High-temperature exhaust gas generated by power generation reaction and off-gas combustion is used for heating the reformer 26. The high-temperature exhaust gas is heat-exchanged with the cathode air supplied to the fuel battery cell 25. The cathode air that has been heated to a high temperature by the heat exchange is supplied to the fuel cell 25 so that the fuel cell 25 is also continuously heated. By S24, both the reformer 26 and the fuel cell 25 are operated without falling below a suitable operating temperature. As a result, the power generation device 2 is thermally independent.

制御装置100は、改質器26と燃料電池セル25の双方が好適な作動温度を下回ることなく運転される場合に、バーナ64の燃焼を停止させる(S28)。S28を終了すると、起動に伴う発電装置2の一連の動作は終了する。以後、発電装置2は、熱自立した状態で連続運転される。   The control device 100 stops the combustion of the burner 64 when both the reformer 26 and the fuel battery cell 25 are operated without falling below a suitable operating temperature (S28). When S28 ends, the series of operations of the power generation device 2 that accompanies startup ends. Thereafter, the power generation device 2 is continuously operated in a state where heat is self-supporting.

以上、本実施例の発電装置について説明した。本実施例では、図3のS10、S12に示すように、制御装置100は、バーナ64に供給する燃料ガス及び空気の供給量を減少させる処理(S10)と、燃料電池セル25に供給させるカソード空気の供給量を減少させる処理(S12)を同時に実行しない。即ち、収容室10内の減圧の原因となる2つの処理手順が異なるタイミングで実行される。そのため、本実施例の発電装置2では、収容室10内の急激な減圧が抑制され、バーナ64に燃料ガスが指示値より大幅に多く供給される事態が起こりにくくなる。従って、バーナ64の失火を防止することができる。本実施例では、制御装置100は、バーナ64に供給する燃料ガス及び有酸素ガスの供給量が所定量まで減少した後で、燃料電池セル25に供給させるカソード空気の供給量を減少させる処理を実行する。バーナ64に供給する燃料ガス及び空気の供給量の減少を先行して行うことにより、改質器26の過加熱を早い段階で防止することができる。   Heretofore, the power generation apparatus according to the present embodiment has been described. In this embodiment, as shown in S10 and S12 of FIG. 3, the control device 100 reduces the supply amount of fuel gas and air supplied to the burner 64 (S10) and the cathode supplied to the fuel cell 25. The process (S12) for reducing the supply amount of air is not performed at the same time. That is, two processing procedures that cause decompression in the storage chamber 10 are executed at different timings. For this reason, in the power generation device 2 of the present embodiment, rapid pressure reduction in the storage chamber 10 is suppressed, and a situation in which fuel gas is supplied to the burner 64 significantly more than the indicated value is less likely to occur. Therefore, misfire of the burner 64 can be prevented. In the present embodiment, the control device 100 performs a process of reducing the supply amount of the cathode air supplied to the fuel cell 25 after the supply amounts of the fuel gas and the aerobic gas supplied to the burner 64 are reduced to a predetermined amount. Execute. By reducing the amount of fuel gas and air supplied to the burner 64 in advance, overheating of the reformer 26 can be prevented at an early stage.

(第2実施例)
図5に示すように、カソード空気の供給量を所定の指示値まで減少させる場合、カソード空気の供給量を段階的に減少させてもよい。図5に示すように、本実施例では、制御装置100は、調整弁60aの開度を、約10秒毎に、3回に分けて、所定の指示値に対応する開度になるように小さくする。この構成によると、カソード空気の供給量の減少に伴う収容室10内の減圧を段階的に行うことができる。収容室10内の急激な減圧を抑制することができるため、バーナ64に燃料ガスが指示値より大幅に多く供給される事態がより起こりにくくなる。バーナ64の失火をより確実に防止することができる。
(Second embodiment)
As shown in FIG. 5, when the supply amount of cathode air is decreased to a predetermined instruction value, the supply amount of cathode air may be decreased stepwise. As shown in FIG. 5, in this embodiment, the control device 100 divides the opening degree of the regulating valve 60 a into three times about every 10 seconds so that the opening degree corresponds to a predetermined instruction value. Make it smaller. According to this configuration, the internal pressure of the storage chamber 10 can be reduced stepwise as the cathode air supply amount decreases. Since rapid decompression in the storage chamber 10 can be suppressed, a situation in which fuel gas is supplied to the burner 64 much more than the indicated value is less likely to occur. The misfire of the burner 64 can be prevented more reliably.

(その他の実施例)
上記の各実施例では、制御装置100は、バーナ64に供給する燃料ガス及び空気の供給量を減少させる処理(図3のS10)の実行後に、カソード空気の供給量を所定の指示値まで減少させる処理を実行(図3のS12)する。これに代えて、制御装置100は、カソード空気の供給量を所定の指示値まで減少させる処理(S12)を実行し、カソード空気の供給量が所定の指示値まで減少した後に、バーナ64に供給する燃料ガス及び空気の供給量を減少させる処理(S10)を行ってもよい。この場合、カソード空気の供給量を先行して所定量まで減少させることにより、オフガスの点火を早い段階で行うことができる。早い段階から、オフガス燃焼熱を改質器26の連続加熱に利用することができるようになる。
(Other examples)
In each of the embodiments described above, the control device 100 reduces the cathode air supply amount to a predetermined instruction value after performing the process of reducing the supply amount of fuel gas and air supplied to the burner 64 (S10 in FIG. 3). Is executed (S12 in FIG. 3). Instead, the control device 100 executes a process (S12) for reducing the supply amount of the cathode air to a predetermined instruction value, and supplies the burner 64 to the burner 64 after the supply amount of the cathode air is reduced to the predetermined instruction value. The process (S10) which reduces the supply amount of the fuel gas and air to perform may be performed. In this case, off-gas ignition can be performed at an early stage by reducing the supply amount of the cathode air to a predetermined amount in advance. From an early stage, off-gas combustion heat can be used for continuous heating of the reformer 26.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

2 発電装置
4 本体ケーシング
10 収容室
24 セルスタック
25 燃料電池セル
26 改質器
27 オフガス燃焼部
40 排ガス通路
46 燃料ガス供給管
46a 調整弁
48 水供給管
48a 調整弁
50 カソード空気通路
58 排ガス排出管
60 カソード空気供給管
60a 調整弁
64 バーナ
68 燃焼用空気供給管
68a 調整弁
70 ガス供給管
70a 調整弁
2 Power generator 4 Main body casing 10 Accommodating chamber 24 Cell stack 25 Fuel cell 26 Reformer 27 Off-gas combustion section 40 Exhaust gas passage 46 Fuel gas supply pipe 46a Adjustment valve 48 Water supply pipe 48a Adjustment valve 50 Cathode air passage 58 Exhaust gas exhaust pipe 60 Cathode air supply pipe 60a Adjustment valve 64 Burner 68 Combustion air supply pipe 68a Adjustment valve 70 Gas supply pipe 70a Adjustment valve

Claims (4)

固体酸化物形の燃料電池を用いる発電装置であり、
燃料ガスと水蒸気の混合ガスを改質ガスに改質する改質器と、
改質ガスを有酸素ガスと反応させて発電する固体酸化物形の燃料電池セルと、
燃料電池セルからのオフガスを燃焼し、その燃焼熱によって改質器を加熱する燃焼部と、
燃料ガスを燃焼し、その燃焼熱によって改質器を加熱するバーナと、
制御装置を備え、
前記制御装置は、前記発電装置の起動時に、少なくとも、
(1)バーナに燃料ガス及び有酸素ガスを供給して燃料ガスを燃焼させ、その燃焼熱によって改質器を加熱する処理手順と、
(2)燃料電池セルに有酸素ガスを供給する処理手順と、
(3a)前記(1)及び(2)の処理手順の後に、バーナに供給する燃料ガス及び有酸素ガスの供給量を減少させる処理手順と、
(3b)前記(1)及び(2)の処理手順の後に、燃料電池セルに供給する有酸素ガスの供給量を減少させる処理手順を実行し、
前記(3a)と(3b)の処理手順を異なるタイミングで実行することを特徴とする発電装置。
A power generation device using a solid oxide fuel cell;
A reformer for reforming a mixed gas of fuel gas and water vapor into a reformed gas;
A solid oxide fuel cell that generates electricity by reacting the reformed gas with an aerobic gas; and
A combustion section that burns off-gas from the fuel cell and heats the reformer by the combustion heat;
A burner that burns fuel gas and heats the reformer with the combustion heat;
Equipped with a control device,
The control device is at least when starting the power generation device,
(1) Supplying fuel gas and aerobic gas to the burner to burn the fuel gas, and heating the reformer with the combustion heat;
(2) a processing procedure for supplying aerobic gas to the fuel cell;
(3a) After the processing procedures of (1) and (2), a processing procedure for reducing the amount of fuel gas and aerobic gas supplied to the burner;
(3b) After the processing procedures of (1) and (2), execute a processing procedure for reducing the supply amount of the aerobic gas supplied to the fuel cell,
The power generation apparatus characterized by executing the processing procedures (3a) and (3b) at different timings.
前記(3b)の処理手順は、燃料電池セルに供給する有酸素ガスの供給量を段階的に減少させる処理手順であることを特徴とする請求項1の発電装置。   The power generation apparatus according to claim 1, wherein the processing procedure of (3b) is a processing procedure for gradually reducing the supply amount of the aerobic gas supplied to the fuel battery cell. 前記制御装置が、前記(3a)の処理手順の実行後であって、バーナに供給する燃料ガス及び有酸素ガスの供給量が所定量まで減少した後に、前記(3b)の処理手順を実行することを特徴とする請求項1又は2の発電装置。   The control device executes the processing procedure of (3b) after the processing procedure of (3a) is executed and the supply amount of the fuel gas and the aerobic gas supplied to the burner is reduced to a predetermined amount. The power generator according to claim 1 or 2, wherein 前記制御装置が、前記(3b)の処理手順の実行後であって、燃料電池セルに供給する有酸素ガスの供給量が所定量まで減少した後に、前記(3a)の処理手順を実行することを特徴とする請求項1又は2の発電装置。   The control device executes the processing procedure of (3a) after the processing procedure of (3b) is executed and after the supply amount of the aerobic gas supplied to the fuel cell is reduced to a predetermined amount. The power generator according to claim 1 or 2.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012009207A (en) * 2010-06-23 2012-01-12 Rinnai Corp Power generator
JP2013171636A (en) * 2012-02-17 2013-09-02 Toto Ltd Fuel cell device
WO2019066207A1 (en) * 2017-09-28 2019-04-04 주식회사 경동나비엔 Dual-structured fuel cell box and fuel cell system using same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008135268A (en) * 2006-11-28 2008-06-12 Kyocera Corp Starting method of fuel cell device
JP2008243597A (en) * 2007-03-27 2008-10-09 Kyocera Corp Fuel cell device
JP2009032555A (en) * 2007-07-27 2009-02-12 Kyocera Corp Fuel cell device
JP2010267394A (en) * 2009-05-12 2010-11-25 Rinnai Corp Power generator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008135268A (en) * 2006-11-28 2008-06-12 Kyocera Corp Starting method of fuel cell device
JP2008243597A (en) * 2007-03-27 2008-10-09 Kyocera Corp Fuel cell device
JP2009032555A (en) * 2007-07-27 2009-02-12 Kyocera Corp Fuel cell device
JP2010267394A (en) * 2009-05-12 2010-11-25 Rinnai Corp Power generator

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012009207A (en) * 2010-06-23 2012-01-12 Rinnai Corp Power generator
JP2013171636A (en) * 2012-02-17 2013-09-02 Toto Ltd Fuel cell device
WO2019066207A1 (en) * 2017-09-28 2019-04-04 주식회사 경동나비엔 Dual-structured fuel cell box and fuel cell system using same
KR20190036996A (en) * 2017-09-28 2019-04-05 주식회사 경동나비엔 Dual structure fuel cell box and fuel cell system using thereof
KR102209710B1 (en) * 2017-09-28 2021-01-29 주식회사 경동나비엔 Dual structure fuel cell box and fuel cell system using thereof

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