JP2003109634A - Fuel cell system and operation method of fuel cell - Google Patents

Fuel cell system and operation method of fuel cell

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To stably perform reduction processing of a fuel cell while confirming the condition of an electrode and the like, and to automatically control hydrogen density in accordance with the situation in the fuel cell. SOLUTION: This fuel cell system comprises a fuel supply pipe 19/20 having a gas adjusting part 15 for adjusting a flow rate of a fuel gas 1 and supplying the fuel gas 1, a fuel cell pipe 12/3 having a double pipe structure of an inner pipe 12 having an opened end and an outer pipe 3 having a closed end, and provided with a cell of the fuel cell on an outer face of the outer pipe 3, and a control part 13 measuring the voltage of a cell 11 of the fuel cell mounted on a terminal end of a flow passage of the fuel gas 1 supplied from the fuel supply pipe 19/20, passed through the inner pipe 12, turned at the closed end, and flowing between the inner pipe 12 and the outer pipe 3, and controlling the gas adjusting part 15 on the basis of a result of the measurement of the voltage.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
及び燃料電池の運転方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell system and a method for operating a fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の燃料電池発電システムの概略構成
の一例を図10に示す。ただし、図10では、ガス供給
源、ガスの予熱と熱交換に関する部分、及び、発電され
た電力の集電に関わる部分等は省略している。
2. Description of the Related Art FIG. 10 shows an example of a schematic configuration of a conventional fuel cell power generation system. However, in FIG. 10, a gas supply source, a part related to preheating and heat exchange of gas, a part related to collection of generated electric power, and the like are omitted.

【0003】図10を参照して、燃料電池は、ガス供給
部であるヘッダ110と、発電部であるセルチューブ1
11とを具備する。ヘッダ110は、仕切板110a、
底板110b、供給室110c、排出室110dを有す
る。また、セルチューブは、案内管112を有する。
Referring to FIG. 10, a fuel cell includes a header 110 which is a gas supply section and a cell tube 1 which is a power generation section.
And 11. The header 110 includes a partition plate 110a,
It has a bottom plate 110b, a supply chamber 110c, and a discharge chamber 110d. The cell tube also has a guide tube 112.

【0004】ヘッダ110の内部は、仕切板110aに
より上下方向に区分けされ、上方が供給室110c、下
方が排出室110dとして構成されている。ヘッダ11
0の底板110bには、セルチューブ111の上端部
(一端部)が排出室110dとガスの出入りが出来るよ
うに連結され、支持されている。セルチューブ111の
下端部(他端部)は、閉塞されている。セルチューブ1
11の内部には、案内管112が、同軸をなして挿入さ
れている。案内管112は、その一端部(上端部)が、
上記供給室110cとガスの出入りが出来るように、上
記仕切板110aに連結され、支持されている。このよ
うなセルチューブ111及び案内管112は、複数本存
在し、ヘッダ110に連結され、支持されている。ここ
で、セルチューブ111は、多孔質の基体管の外周面に
燃料電池セルを形成された燃焼電池を構成する円筒型セ
ルチューブである。
The inside of the header 110 is vertically divided by a partition plate 110a, and the upper part is a supply chamber 110c and the lower part is a discharge chamber 110d. Header 11
An upper end portion (one end portion) of the cell tube 111 is connected to and supported by the bottom plate 110b of No. 0 and the discharge chamber 110d so that gas can flow in and out. The lower end (the other end) of the cell tube 111 is closed. Cell tube 1
A guide tube 112 is coaxially inserted into the inside of the shaft 11. The guide tube 112 has one end (upper end)
The partition plate 110a is connected and supported so that gas can flow in and out of the supply chamber 110c. There are a plurality of such cell tubes 111 and guide tubes 112, which are connected to and supported by the header 110. Here, the cell tube 111 is a cylindrical cell tube that constitutes a combustion battery in which fuel cells are formed on the outer peripheral surface of a porous substrate tube.

【0005】セルチューブ111上に形成された燃料電
池セル(図示せず)は、燃料極−電解質−空気極(積
層)を一つの単位として、セルチューブ111の基体管
の外周表面において、基体管の長手方向に一定の幅毎に
複数連続して形成されている。そして、隣接する燃料電
池セルの電解質及び空気極と燃料極とが、インタコネク
タの膜で接合されている。インタコネクタ上には、イン
タコネクタを保護するための保護膜が形成される場合も
ある。
A fuel cell (not shown) formed on the cell tube 111 has a base tube formed on the outer peripheral surface of the base tube of the cell tube 111 with the fuel electrode-electrolyte-air electrode (laminated) as one unit. A plurality of them are continuously formed with a constant width in the longitudinal direction. Then, the electrolyte and the air electrode of the adjacent fuel cell and the fuel electrode are joined by the membrane of the interconnector. A protective film for protecting the interconnector may be formed on the interconnector.

【0006】このような構成をなす燃料電池の定常的な
運転では、供給室110c内に水素やメタンのような燃
料ガス1を供給すると共に、セルチューブ111の外周
面に沿って酸素や空気のような酸化剤ガス2を供給す
る。そうすると、燃料ガス1が各案内管112に対して
ばらつきの無い流量で流入して、案内管112の先端ま
で達する。しかる後、燃料ガス1は、セルチューブ11
1内の閉塞された下端部(他端部)より折り返し、セル
チューブ111の下端部(他端部)から上端部(一端
側)へ向かって流通する。そして、基体管の側面(壁
面)を外側に向かって拡散し、燃料極に達する。一方、
酸化剤ガス2は、外部から進入し、セルチューブ111
の外周部上の空気極に達する。そして、燃料ガス1と酸
化剤ガス2がセルチューブ111の前記燃料電池セル2
で電気化学的に反応して電力を発生する。
In the steady operation of the fuel cell having such a structure, the fuel gas 1 such as hydrogen or methane is supplied into the supply chamber 110c, and oxygen or air is supplied along the outer peripheral surface of the cell tube 111. Such an oxidizing gas 2 is supplied. Then, the fuel gas 1 flows into each guide tube 112 at a uniform flow rate and reaches the tip of the guide tube 112. After that, the fuel gas 1 becomes the cell tube 11
It folds back from the closed lower end (other end) in 1 and flows from the lower end (other end) of the cell tube 111 toward the upper end (one end). Then, the side surface (wall surface) of the base tube diffuses outward and reaches the fuel electrode. on the other hand,
The oxidant gas 2 enters from the outside and enters the cell tube 111.
Reach the air electrode on the outer periphery of the. The fuel gas 1 and the oxidant gas 2 are the fuel cell 2 of the cell tube 111.
To generate electric power by reacting electrochemically.

【0007】しかし、製造後最初の運転の場合には、装
置立上げ時に、まず、酸化している電極(燃料極)や、
リード線の機能を有するリード膜の還元を行なう必要が
ある。すなわち、セルチューブ111は、電極等を全て
酸化雰囲気で焼成して作製するため、電極等は全て酸化
している。例えば、燃料極としてニッケルを用いる場合
には、酸化ニッケルになっている。燃料電池として使用
する際には、それらを還元し、本来の機能を果たせるよ
うにする必要がある(酸化ニッケルをニッケルに還元す
る)。
However, in the case of the first operation after manufacturing, when the apparatus is started up, first, the oxidized electrode (fuel electrode) and the
It is necessary to reduce the lead film having the function of the lead wire. That is, since the cell tube 111 is manufactured by firing all the electrodes and the like in an oxidizing atmosphere, all the electrodes and the like are oxidized. For example, when nickel is used as the fuel electrode, it is nickel oxide. When used as a fuel cell, it is necessary to reduce them so that they can perform their original functions (reduce nickel oxide to nickel).

【0008】その場合、還元作業においては、燃料電池
の全体の電圧を監視しながら、水素流量を増加させる。
図9を参照して、説明する。縦軸は、左側が燃料電池セ
ル1個当たりの開放電圧であり、右側が燃料電池の燃料
の出口での水素濃度(出口水素濃度)である。横軸は、
燃料電池システム内の温度である。還元処理は炉内の温
度を少しずつ上昇させながら進める。また、温度の低い
段階では、安全のために、供給する燃料ガス中の水素濃
度を低くしている。
In this case, in the reduction operation, the hydrogen flow rate is increased while monitoring the overall voltage of the fuel cell.
This will be described with reference to FIG. On the vertical axis, the left side is the open circuit voltage per fuel cell, and the right side is the hydrogen concentration at the fuel outlet of the fuel cell (outlet hydrogen concentration). The horizontal axis is
The temperature in the fuel cell system. The reduction process proceeds while gradually raising the temperature inside the furnace. Further, at a low temperature stage, the hydrogen concentration in the supplied fuel gas is lowered for safety.

【0009】温度の上昇と共に、燃料極の還元が進行す
る。それに伴い、水素が消費され、開放電圧(OCV)
が増加し、出口水素濃度が低下する。水素が枯渇する
と、金属の集電部分が酸化され発電不可能になる。それ
を避ける為に、出口水素濃度が0%になる直前に、供給
する燃料ガス中の水素濃度を上昇させ、出口水素濃度を
5%程度になるように上昇させる。5%までしか上げな
いのは、安全(水素の爆発下限界を考慮)のためと、燃
料の無駄を無くすためである。そして、このプロセス
を、燃料電池システム内の温度が、700〜1000℃
となり、かつ燃料電池セル1個当たりの開放電圧が概ね
1.2Vになるまで続ける。
The reduction of the fuel electrode progresses as the temperature rises. Along with that, hydrogen is consumed, and open circuit voltage (OCV)
And the outlet hydrogen concentration decreases. When the hydrogen is exhausted, the current collecting part of the metal is oxidized and it becomes impossible to generate electricity. In order to avoid this, immediately before the outlet hydrogen concentration becomes 0%, the hydrogen concentration in the supplied fuel gas is increased so that the outlet hydrogen concentration becomes about 5%. The reason for raising only 5% is for safety (considering the lower limit of explosion of hydrogen) and for eliminating waste of fuel. The temperature in the fuel cell system is 700 to 1000 ° C.
And the open circuit voltage per fuel cell becomes approximately 1.2V.

【0010】その水素濃度の調整は、燃料電池の全体の
電圧を監視しながら、燃料電池全体での水素濃度を調整
する方法をとっているので、供給する水素濃度の変化に
対する出口水素濃度の応答の予測が難しいこと、個々の
燃料電池セルにおける供給する燃料ガス中の水素濃度の
ばらつきを考慮できないこと、等の困難な点があり自動
化が難しい状況であった。
The adjustment of the hydrogen concentration is carried out by adjusting the hydrogen concentration of the entire fuel cell while monitoring the voltage of the entire fuel cell. Therefore, the response of the outlet hydrogen concentration to the change of the supplied hydrogen concentration. However, it is difficult to predict the above, and it is difficult to automate because there are difficulties such as the fact that it is not possible to consider the variation in hydrogen concentration in the fuel gas supplied to each fuel cell.

【0011】また、燃料極及びリード膜の還元の確認
は、微弱な電流を流すことにより、その電圧降下により
行なっていた。水素濃度が低い状況で、それを行なう
と、過電流を流してセルを損傷する可能性がある。従っ
て、微弱電流の調整は、自動化が難しい状況であった。
Further, the reduction of the fuel electrode and the lead film was confirmed by passing a weak current and by the voltage drop thereof. Doing so under conditions of low hydrogen concentration can lead to overcurrent and damage to the cell. Therefore, it was difficult to automate the adjustment of the weak current.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、燃料電池の電極等を安定的に還元することが可能な
燃料電池システム及び燃料電池の運転方法を提供するこ
とである。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system and a fuel cell operating method capable of stably reducing the electrodes and the like of the fuel cell.

【0013】また、別の目的としては、燃料電池の電極
等の還元の状態を安定的に確認することが可能な燃料電
池システム及び燃料電池の運転方法を提供することであ
る。
Another object of the present invention is to provide a fuel cell system and a fuel cell operating method capable of stably confirming the state of reduction of the electrodes and the like of the fuel cell.

【0014】更に、別の目的としては、燃料電池の燃料
ガスの分配状況を確認することが可能な燃料電池システ
ム及び燃料電池の運転方法を提供することである。
Still another object is to provide a fuel cell system and a fuel cell operating method capable of confirming the distribution status of the fuel gas in the fuel cell.

【0015】更に、別の目的としては、燃料電池の状況
に応じて水素濃度を自動的に制御することが可能な燃料
電池システム及び燃料電池の運転方法を提供することで
ある。
Another object of the present invention is to provide a fuel cell system and a fuel cell operating method capable of automatically controlling the hydrogen concentration according to the state of the fuel cell.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本課題を解決するための
手段の項における、図番号、符号は、特許請求の範囲と
発明の実施の形態との対応を示すために記したものであ
り、特許請求の範囲の解釈に用いてはならない。
Means for Solving the Problem In the section of the means for solving the problem, the reference numerals and symbols are given to show the correspondence between the claims and the embodiments of the invention. It should not be used to interpret the claims.

【0017】上記課題を解決するために、本発明の燃料
電池システムは、燃料ガス(図1、1)の流量を調整す
るガス調整部(図1、15)を有する、燃料ガス(図
1、1)を供給する燃料供給管(図1、19・20)
と、開放端を有する内管(図1、12)と閉塞端を有す
る外管(図1、3)の二重管構造を有し、外管(図1、
3)の外面に燃料電池セルを形成した燃料電池セル管
(図1、12・3)と、燃料供給管(図1、19・2
0)からの燃料ガス(図1、1)が内管(図1、12)
を通ってその閉塞端で折り返され、内管(図1、12)
と外管(図1、3)との間を流れ、燃料ガス(図1、
1)の流路の最終端に設けられた燃料電池セル(図1、
11)の電圧を測定し、その電圧の測定結果に基づい
て、ガス調節部(図1、15)の制御を行なう制御部
(図1、13)とを具備する。
In order to solve the above problems, the fuel cell system of the present invention has a fuel gas (FIG. 1, 1) having a gas adjusting section (FIG. 1, 15) for adjusting the flow rate of the fuel gas (FIG. 1, 1). Fuel supply pipe for supplying 1) (Fig. 1, 19 and 20)
And a double tube structure of an inner pipe (FIGS. 1 and 12) having an open end and an outer pipe (FIGS. 1 and 3) having a closed end.
3) a fuel cell tube having fuel cells formed on the outer surface (FIG. 1, 12/3) and a fuel supply tube (FIG. 1, 19.2)
0) Fuel gas (Fig. 1, 1) is the inner pipe (Fig. 1, 12)
The inner tube (Fig. 1, 12) folded back through its closed end
And the outer tube (Figs. 1, 3), and the fuel gas (Fig. 1,
1) The fuel cell (FIG. 1,
11) is provided, and the control unit (FIGS. 1 and 13) that controls the gas adjusting unit (FIGS. 1 and 15) based on the measurement result of the voltage is provided.

【0018】また、本発明の燃料電池システムは、燃料
ガス(図7、1)の流量を調整するガス調整部(図7、
15)を有する、燃料ガス(図7、1)を供給する燃料
供給管(図7、19・20)と、基体管の表面に燃料電
池セルを形成した燃料電池セル管(図7、3)と、燃料
供給管(図7、19・20)からの燃料ガス(図7、
1)が燃料電池セル管(図7、3)を流れ、燃料ガス
(図7、1)の流路の最終端に設けられた燃料電池セル
(図7、11)の電圧を測定し、その電圧の測定結果に
基づいて、ガス調節部(図7、15)の制御を行なう制
御部(図7、13)とを具備する。
Further, the fuel cell system of the present invention has a gas adjusting section (FIG. 7, 1) for adjusting the flow rate of the fuel gas (FIG. 7, 1).
15), a fuel supply pipe (FIGS. 7, 19 and 20) for supplying a fuel gas (FIGS. 7 and 1), and a fuel cell pipe in which fuel cells are formed on the surface of a base pipe (FIGS. 7 and 3) And fuel gas from the fuel supply pipe (Fig. 7, 19 and 20) (Fig. 7,
1) flows through the fuel cell tube (FIGS. 7 and 3), and the voltage of the fuel cell (FIGS. 7 and 11) provided at the final end of the flow path of the fuel gas (FIGS. 7 and 1) is measured. And a control unit (FIGS. 7 and 13) for controlling the gas adjustment unit (FIGS. 7 and 15) based on the voltage measurement result.

【0019】更に、本発明の燃料電池システムは、燃料
ガス(図3、1)の流量を調整するガス調整部(図3、
15)を有する、燃料ガス(図3、1)を供給する燃料
供給管(図3、19・20)と、開放端を有する内管
(図3、12)と閉塞端を有する外管(図3、3)の二
重管構造を有し、外管(図3、3)の外面に燃料電池セ
ルと、発電された電力を取出すリード膜とを形成した燃
料電池セル管(図3、12・3)と、燃料供給管(図
3、19・20)からの燃料ガス(図3、1)が内管
(図3、12)を通ってその閉塞端で折り返され、内管
(図3、12)と外管(図3、3)との間を流れ、燃料
ガス(図3、1)の流路の最終端に設けられたリード膜
(図3、11)の抵抗を測定し、その抵抗の測定結果に
基づいて、ガス調節部(図3、15)の制御を行なう制
御部(図3、13)とを具備する。
Further, in the fuel cell system of the present invention, the gas adjusting portion (FIG. 3, 1) for adjusting the flow rate of the fuel gas (FIG. 3, 1).
15), a fuel supply pipe (FIGS. 3, 19 and 20) for supplying a fuel gas (FIGS. 3, 1), an inner pipe having an open end (FIGS. 3, 12) and an outer pipe having a closed end (FIGS. 3, 3) having a double-tube structure, in which a fuel cell and a lead film for taking out the generated power are formed on the outer surface of the outer tube (FIGS. 3, 3) (FIGS. 3, 12). 3) and the fuel gas from the fuel supply pipe (FIGS. 3, 19 and 20) (FIGS. 3, 1) are passed through the inner pipe (FIGS. 3, 12) and folded back at their closed ends, so that the inner pipe (FIG. , 12) and the outer tube (FIGS. 3, 3), and measuring the resistance of the lead film (FIGS. 3, 11) provided at the final end of the flow path of the fuel gas (FIGS. 3, 1). And a control unit (FIG. 3, 13) for controlling the gas control unit (FIG. 3, 15) based on the measurement result of the resistance.

【0020】更に、本発明の燃料電池システムは、燃料
ガス(図8、1)の流量を調整するガス調整部(図8、
15)を有する、燃料ガス(図8、1)を供給する燃料
供給管(図8、19・20)と、基体管の表面に燃料電
池セルと、発電された電力を取出すリード膜とを形成し
た燃料電池セル管(図8、3)と、燃料供給管(図8、
19・20)からの燃料ガス(図8、1)が燃料電池セ
ル管(図8、3)を流れ、燃料ガス(図8、1)の流路
の最終端に設けられたリード膜(図8、10)の抵抗を
測定し、その抵抗の測定結果に基づいて、ガス調節部
(図8、15)の制御を行なう制御部(図8、13)と
具備する。
Further, in the fuel cell system of the present invention, the gas adjusting section (FIG. 8, 1) for adjusting the flow rate of the fuel gas (FIG. 8, 1).
15), a fuel supply pipe (FIGS. 8, 1 and 20) for supplying a fuel gas (FIGS. 8 and 1), a fuel cell and a lead film for extracting generated electric power on the surface of the base pipe. And the fuel supply pipe (Fig. 8, 3)
The fuel gas (Figs. 8 and 1) from (19, 20) flows through the fuel cell tube (Figs. 8 and 3), and the lead film (Fig. The control unit (FIGS. 8 and 13) controls the gas adjusting unit (FIGS. 8 and 15) based on the resistance measurement result.

【0021】更に、本発明の燃料電池システムは、燃料
ガス(図1/3/7/8、1)の排出時の水素濃度を測
定するガスセンサ(図1/3/7/8、14)を有す
る、燃料ガス(図1/3/7/8、1)を排出する燃料
排出管(図1/3/7/8、23・25)とを更に具備
し、制御部(図1/3/7/8、13)は、その電圧の
測定結果とその水素濃度測定の結果とに基づいて、ガス
調節部(図1/3/7/8、15)の制御を行なう。
Further, the fuel cell system of the present invention includes a gas sensor (Fig. 1/3/7/8, 14) for measuring the hydrogen concentration at the time of discharging the fuel gas (Fig. 1/3/7/8, 1). And a fuel discharge pipe (FIG. 1/3/7/8, 23.25) for discharging the fuel gas (FIG. 1/3/7/8, 1), and a control unit (FIG. 1/3 / 7/8, 13) controls the gas regulator (Fig. 1/3/7/8, 15) based on the voltage measurement result and the hydrogen concentration measurement result.

【0022】更に、本発明の燃料電池システムは、燃料
電池セル管(図1/3、12・3;図7/8、3)が、
他の燃料電池セル管よりも燃料ガス(図1/3/7/
8、1)の供給量が少ない。
Further, in the fuel cell system of the present invention, the fuel cell tube (Fig. 1/3, 12.3, Fig. 7/8, 3) is
Fuel gas than other fuel cell tubes (Fig. 1/3/7 /
The supply of 8 and 1) is small.

【0023】上記課題を解決するために、本発明の燃料
電池運転方法は、基体管の表面に形成された燃料電池セ
ルに燃料ガス(図1/7、1)を供給するステップと、
その燃料電池セルの内、燃料ガス(図1/7、1)の流
路における最後の燃料電池セル(図1/7、11)の電
圧を測定するステップと、その電圧の測定結果に基づい
て、燃料ガス(図1/7、1)の供給量を制御するステ
ップとを具備する。
In order to solve the above-mentioned problems, the fuel cell operating method of the present invention comprises a step of supplying a fuel gas (Fig. 1/7, 1) to the fuel cell formed on the surface of the base tube,
Based on the step of measuring the voltage of the last fuel cell (Fig. 1/7, 11) in the flow path of the fuel gas (Fig. 1/7, 1) among the fuel cells, and the measurement result of the voltage , Controlling the supply amount of the fuel gas (Fig. 1/7, 1).

【0024】また、本発明の燃料電池運転方法は、基体
管の表面に形成された燃料電池セルが発電した電力を取
出すリード膜に燃料ガス(図3/8、1)を供給するス
テップと、そのリード膜の内、燃料ガス(図3/8、
1)の流路における最後のリード膜(図3/8、10)
の抵抗を測定するステップと、そのリード抵抗の測定結
果に基づいて、燃料ガス(図3/8、1)の供給量を制
御するステップとを具備する。
Further, the fuel cell operating method of the present invention comprises the step of supplying the fuel gas (FIG. 3/8, 1) to the lead film for taking out the electric power generated by the fuel cell formed on the surface of the base tube. Of the lead film, fuel gas (Fig. 3/8,
The last lead film in the channel of 1) (Fig. 3/8, 10)
And measuring the resistance of the lead gas, and controlling the supply amount of the fuel gas (Fig. 3/8, 1) based on the measurement result of the lead resistance.

【0025】更に、本発明の燃料電池運転方法は、燃料
ガス(図1/3/7/8、1)の排出時の水素濃度を測
定するステップとを更に具備し、燃料ガス(図1/3/
7/8、1)の供給量を制御するステップは、その電圧
又は抵抗測定の結果とその水素濃度測定の結果に基づい
て行なわれる。
Furthermore, the fuel cell operating method of the present invention further comprises the step of measuring the hydrogen concentration at the time of discharging the fuel gas (Fig. 1/3/7/8, 1). 3 /
The step of controlling the supply amount of 7/8, 1) is performed based on the result of the voltage or resistance measurement and the result of the hydrogen concentration measurement.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明である燃料電池シス
テム及び燃料電池の運転方法の実施の形態に関して、添
付図面を参照して説明する。本実施例において、筒型の
うち円筒型の燃料電池セル管を有する燃料電池システム
とその運転方法に関して例を示して説明するが、他の燃
料電池にも適用が可能である。なお、各実施の形態にお
いて同一又は相当部分には同一の符号を付して説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a fuel cell system and a method for operating a fuel cell according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, a fuel cell system having a cylindrical fuel cell cell tube and a method of operating the same will be described by way of example, but the invention can be applied to other fuel cells. Note that the same or corresponding portions in the respective embodiments will be described with the same reference numerals.

【0027】(実施例1)本発明である燃料電池システ
ム及び燃料電池の運転方法の第一の実施の形態の構成に
ついて、図面を参照して説明する。図1は、本発明であ
る燃料電池システムの第一の実施の形態の構成を示す図
(断面図)であり、燃料電池システムは、燃料電池セル
管の外管としてのセルチューブ3、酸化剤供給室4、管
板A6と管板B7と供給室8と排出室9とを有するヘッ
ダ5、リード膜10、燃料電池セル11、燃料電池セル
管の内管としての案内管12、制御部13、ガスセンサ
14、ガス調整部としてのガス調整弁15、調整弁制御
ライン16、計測ラインA17、計測ラインB18、燃
料供給管としての燃料ガス供給管19及び燃料ガス導入
管20、酸化剤ガス供給管21、酸化剤ガス排出管2
2、燃料排出管としての燃料ガス出口管23及び燃料ガ
ス排出管25、ガスセンサライン24からなる。なお、
図1の構成は、図示しない断熱及びガスリークの安全性
を考慮した容器内に設置されている。また、本図面にお
いては、集電に関する構成について、省略している。
(Embodiment 1) The configuration of a first embodiment of a fuel cell system and a method of operating a fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram (cross-sectional view) showing a configuration of a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention. The fuel cell system includes a cell tube 3 as an outer tube of a fuel cell tube, an oxidant. A supply chamber 4, a header 5 having a tube plate A6, a tube plate B7, a supply chamber 8 and an exhaust chamber 9, a lead film 10, a fuel cell 11, a guide tube 12 as an inner tube of the fuel cell tube, and a controller 13. , Gas sensor 14, gas adjusting valve 15 as a gas adjusting unit, adjusting valve control line 16, measuring line A17, measuring line B18, fuel gas supplying pipe 19 and fuel gas introducing pipe 20 as a fuel supplying pipe, oxidant gas supplying pipe 21, oxidant gas discharge pipe 2
2. A fuel gas outlet pipe 23 as a fuel discharge pipe, a fuel gas discharge pipe 25, and a gas sensor line 24. In addition,
The configuration of FIG. 1 is installed in a container that takes into consideration heat insulation and gas leak safety (not shown). In addition, in the present drawing, a configuration relating to current collection is omitted.

【0028】本発明においては、燃料(水素)供給量が
最も少なくなる部分(図1、燃料電池セル11)の電圧
を自動監視(図1、制御部13)しながら、自動的に燃
料流量(濃度)を制御(図1、制御部13)し、電極や
リード膜の還元を良好に行なわせる点が、従来の技術と
異なる。燃料(水素)供給量が最も少なくなる部分にお
ける電圧に着目しているので、その部分において必要な
燃料が供給されれば、他の部分については問題が起こる
ことは無い。従って、燃料電池システム全体としての安
定性・信頼性が確保できる。また、電圧を取得し、それ
に基づいて自動的に制御を行なうので、個々人の能力に
依存しない安定的な方法であり、かつ人手の必要のない
効率的な方法である。従って、発電における信頼性が高
まり、故障の確率も減り、コストを削減することが可能
となる。
In the present invention, while automatically monitoring the voltage of the portion (FIG. 1, fuel cell 11) where the fuel (hydrogen) supply amount is the smallest (FIG. 1, control unit 13), the fuel flow rate ( Concentration) is controlled (FIG. 1, control unit 13) to satisfactorily reduce the electrodes and the lead film, which is different from the conventional technique. Since the focus is on the voltage in the part where the fuel (hydrogen) supply amount is the smallest, if the necessary fuel is supplied in that part, no problem will occur in other parts. Therefore, the stability and reliability of the fuel cell system as a whole can be secured. Further, since the voltage is acquired and the control is automatically performed based on the voltage, it is a stable method that does not depend on the ability of each individual, and is an efficient method that does not require human intervention. Therefore, the reliability in power generation is increased, the probability of failure is reduced, and the cost can be reduced.

【0029】以下に各構成を詳細に説明する。図1を参
照して、燃料電池システムについて説明する。
Each configuration will be described in detail below. The fuel cell system will be described with reference to FIG.

【0030】燃料電池セル管の外管としてのとしてのセ
ルチューブ3は、多孔質セラミックスの基体管の外周面
に燃料電池セルを形成された、燃焼電池を構成する円筒
型の管である。セルチューブ3は、一端側を排出室9
(後述)の管板B7(後述)に開放されて接合され、支
持されている。また、他端側は、閉塞され、酸化剤供給
室4へ延びている。セルチューブ3の内部には、案内管
12を有している。セルチューブ3の材質は、ジルコニ
アである。図1においては、1本のみを代表として図示
しているが、複数存在し、燃料電池システムの規模に応
じて、本数を決定する。基体管の長手方向の一定の幅毎
に、外周面上に燃料極、電解質、空気極が順に積層さ
れ、燃料電池セルを形成している(図示せず)。それぞ
れのセル同士は、インターコネクタで接合されている
(図示せず)。燃料ガス1が、案内管12(後述)を経
由して、セルチューブ3の下端部(他端部)よりセルチ
ューブ3の燃料電池セルへ供給される。そして、基体管
の厚み方向に孔中を拡散し燃料極に達し、セルチューブ
3の外側を流れる酸化剤ガス2と共に発電に寄与する。
The cell tube 3 as an outer tube of the fuel cell cell tube is a cylindrical tube constituting a combustion cell in which a fuel cell is formed on the outer peripheral surface of a porous ceramic substrate tube. The cell tube 3 has a discharge chamber 9 at one end.
It is opened and joined to and supported by a tube sheet B7 (described later) (described later). The other end side is closed and extends to the oxidant supply chamber 4. A guide tube 12 is provided inside the cell tube 3. The material of the cell tube 3 is zirconia. In FIG. 1, only one cell is shown as a representative, but a plurality of cells exist, and the number is determined according to the scale of the fuel cell system. A fuel electrode, an electrolyte, and an air electrode are sequentially stacked on the outer peripheral surface at regular intervals in the longitudinal direction of the base tube to form a fuel cell (not shown). Each cell is joined by an interconnector (not shown). The fuel gas 1 is supplied to the fuel cell of the cell tube 3 from the lower end (the other end) of the cell tube 3 via a guide tube 12 (described later). Then, it diffuses in the holes in the thickness direction of the base tube, reaches the fuel electrode, and contributes to power generation together with the oxidant gas 2 flowing outside the cell tube 3.

【0031】燃料電池セル11は、燃料極、電解質、空
気極が、この順に積層された燃料電池セルである。本実
施例では、特に、最も燃料(水素)供給量が少なくなる
セルチューブ3において、燃料(水素)供給量が最も少
なくなるセルチューブ3の上端部(一端部)側の最も端
にある燃料電池セルを指す。燃料極(アノードは、電解
質が酸素イオン導電体の場合、電解質中を輸送される酸
素イオンと、燃料ガス1中の水素又は一酸化炭素とを結
合させ、水又は二酸化炭素を生成するための触媒であ
り、電極でもある。本実施例では、ニッケル/ジルコニ
アである。電解質は、燃料電池セルが発電するための、
酸素イオンを輸送する酸素イオン導電体である。本実施
例では、安定化ジルコニアである。空気極(カソード)
は、電解質が酸素イオン導電体の場合、酸化剤ガス2中
の酸素をイオン化し、電解質へ供給するための触媒であ
り、電極でもある。本実施例では、ランタンマンガナイ
トである。
The fuel battery cell 11 is a fuel battery cell in which a fuel electrode, an electrolyte and an air electrode are laminated in this order. In the present embodiment, in particular, in the cell tube 3 that supplies the least amount of fuel (hydrogen), the fuel cell that is located at the most end on the upper end (one end) side of the cell tube 3 that supplies the least amount of fuel (hydrogen). Refers to a cell. Fuel electrode (The anode is a catalyst for producing water or carbon dioxide by combining oxygen ions transported in the electrolyte with hydrogen or carbon monoxide in the fuel gas 1 when the electrolyte is an oxygen ion conductor. In this embodiment, nickel / zirconia is used, and the electrolyte is used for the fuel cell to generate electricity.
It is an oxygen ion conductor that transports oxygen ions. In this example, it is stabilized zirconia. Air electrode (cathode)
When the electrolyte is an oxygen ion conductor, is a catalyst for ionizing oxygen in the oxidant gas 2 and supplying it to the electrolyte, and is also an electrode. In this example, it is lantern manganites.

【0032】燃料電池セルは、燃料電池システム内に複
数存在するセルチューブ3に複数個存在し、セルチュー
ブ3上の円周に沿って1周全てに連続的に形成され、か
つ、セルチューブ3の長手方向では一定の幅毎に形成さ
れる。隣同士の燃料電池セルは、インタコネクタ(図示
せず、セラミックスまたは金属膜)で直列に接続されて
いる。燃料電池セル11は、その中で、特に、最も燃料
(水素)供給量が少なくなる燃料電池セルである。
A plurality of fuel cells are present in a plurality of cell tubes 3 present in the fuel cell system, are continuously formed along the circumference of the cell tube 3 in one round, and the cell tubes 3 are provided. Are formed with a constant width in the longitudinal direction. Adjacent fuel cells are connected in series by an interconnector (not shown, ceramic or metal film). The fuel battery cell 11 is a fuel battery cell that supplies the least amount of fuel (hydrogen) among them.

【0033】リード膜10は、複数の燃料電池セル11
で発電した直流電力の一方の極を集電部(セルチューブ
3の上端部(一端部)に接続される電極端子(図示せ
ず))へ引き出すためのリード線の役割をする膜であ
る。燃料電池システム運転中に、膜が酸化されないよう
に、緻密な保護膜(金属酸化膜の絶縁層)が積層されて
いる。セルチューブ3の最も上端部(一端部)寄りであ
る燃料電池セル11の空気極(又は燃料極)と接続して
いる。そして、リード膜10は、その空気極からセルチ
ューブ3の外周部をその上端部(一端部)まで延びてい
る。周方向の幅は、発電する電力の大きさとそのリード
膜22の厚みにより、抵抗が充分低いように、発電基体
管全面であっても、ある特定の幅であってもよい。
The lead film 10 comprises a plurality of fuel cells 11
It is a film that plays a role of a lead wire for drawing out one pole of the DC power generated in 1. to a current collector (electrode terminal (not shown) connected to the upper end (one end) of the cell tube 3). A dense protective film (an insulating layer of a metal oxide film) is laminated so that the film is not oxidized during the operation of the fuel cell system. The cell tube 3 is connected to the air electrode (or fuel electrode) of the fuel cell 11 that is located at the uppermost end (one end) of the cell tube 3. The lead film 10 extends from the air electrode along the outer peripheral portion of the cell tube 3 to the upper end portion (one end portion) thereof. The width in the circumferential direction may be the entire surface of the power generation substrate tube or a specific width so that the resistance is sufficiently low depending on the magnitude of the generated power and the thickness of the lead film 22.

【0034】燃料電池セル管の内管としての案内管12
は、その上端部(一端部)で、供給室8に入った燃料ガ
ス1がセルチューブ3へ供給されるように管板A6と連
結し、開放されて接合している。そして、下端部(他端
部)は、セルチューブ3の内部の下端(他端、閉塞して
いる)付近において、そこに接することなく、開放され
ている。供給室に入った燃料ガス1は、案内管12の下
端部(他端部=セルチューブ3の下端(他端))に達
し、そこから出て、セルチューブ3の内部であって案内
管12の外部を、セルチューブ3の上端部(一端部)へ
向けて移動する。ガスは、その移動の間に、セルチュー
ブ3の側面を、その外側に向けて拡散し、チューブ外側
に設けられた燃料電池セルに達する。そして、そこにお
いて行なわれる発電に寄与する。
Guide tube 12 as inner tube of fuel cell cell tube
Is connected at its upper end (one end) to the tube plate A6 so that the fuel gas 1 having entered the supply chamber 8 is supplied to the cell tube 3, and is opened and joined. The lower end (the other end) is open in the vicinity of the lower end (the other end is closed) inside the cell tube 3 without contacting it. The fuel gas 1 that has entered the supply chamber reaches the lower end portion of the guide tube 12 (the other end portion = the lower end (the other end) of the cell tube 3), exits there, and is inside the cell tube 3 and inside the guide tube 12 The outside of the cell tube is moved toward the upper end (one end) of the cell tube 3. During the movement, the gas diffuses toward the outside of the side surface of the cell tube 3 and reaches the fuel cell provided outside the tube. And, it contributes to the power generation performed there.

【0035】燃料電池セル管は、内管としての案内管1
2と外管としてのセルチューブ3とが二重管構造を成し
ており、その外面に燃料電池セル及びリード膜が形成さ
れている。
The fuel cell tube is a guide tube 1 as an inner tube.
2 and the cell tube 3 as an outer tube form a double tube structure, and the fuel cell and the lead film are formed on the outer surface thereof.

【0036】制御部13は、燃料電池セル11からの計
測ラインA17(後述)と計測ラインB18(後述)と
を介した電圧出力に基づいて、調整弁制御ライン16
(後述)を介してガス調整弁15(後述)を調整し、燃
料ガス1の供給量を制御する制御装置である。その際、
予め設定された燃料電池セル11の出力電圧と供給され
る燃料ガス1の流量との関係のデータを、制御部13内
の記憶部(図示せず)に有している。また、ガスセンサ
14(後述)からのガスセンサライン24を介した使用
済み燃料ガス1の水素濃度に基づいて、調整弁制御ライ
ン16(後述)を介してガス調整弁15(後述)を調整
し、燃料ガス1の供給量を制御することも可能である。
その際、予め設定された水素濃度に入るように、供給側
の水素濃度を調整する。更に、両方を同時に参考にし
て、供給する燃料ガス1の供給量を決定することも可能
である。その際、予め設定された燃料電池セル11の出
力電圧と使用済み燃料ガス1の水素濃度と供給される燃
料ガス1の流量との関係のデータを、制御部13内の記
憶部(図示せず)に有している。
The control unit 13 controls the regulating valve control line 16 based on the voltage output from the fuel cell 11 through the measurement line A17 (described later) and the measurement line B18 (described later).
It is a control device that controls a supply amount of the fuel gas 1 by adjusting a gas adjusting valve 15 (described later) via (described later). that time,
Data on the relationship between the preset output voltage of the fuel cell unit 11 and the flow rate of the supplied fuel gas 1 is stored in a storage unit (not shown) in the control unit 13. Further, based on the hydrogen concentration of the spent fuel gas 1 from the gas sensor 14 (described later) via the gas sensor line 24, the gas regulating valve 15 (described later) is regulated via the regulating valve control line 16 (discussed below), and the fuel is adjusted. It is also possible to control the supply amount of the gas 1.
At that time, the hydrogen concentration on the supply side is adjusted so as to reach the preset hydrogen concentration. Further, it is possible to determine the supply amount of the fuel gas 1 to be supplied by referring to both of them at the same time. At that time, data of the relationship between the preset output voltage of the fuel cell 11, the hydrogen concentration of the spent fuel gas 1 and the flow rate of the supplied fuel gas 1 is stored in a storage unit (not shown) in the control unit 13. ) Have.

【0037】なお、制御部13は、燃料ガス1の制御だ
けでなく、燃料電池システム全体の制御を行なうための
制御装置と一体とすることも、別とすることも可能であ
る。
The control unit 13 may be integrated with or separate from a control device for controlling not only the fuel gas 1 but also the entire fuel cell system.

【0038】計測ラインA17は、燃料電池セル11の
電圧を測定するための電圧端子及びそのリード線であ
る。燃料電池セル11の一方の電極(例えば燃料極)
と、制御部13の測定端子とを接続している。同様に、
計測ラインB18は、燃料電池セル11の電圧を測定す
るための電圧端子及びそのリード線である。燃料電池セ
ル11の他方の電極(例えば空気極)と、制御部13の
測定端子とを接続している。
The measuring line A17 is a voltage terminal for measuring the voltage of the fuel cell 11 and its lead wire. One electrode of the fuel cell 11 (for example, fuel electrode)
And the measurement terminal of the control unit 13 are connected. Similarly,
The measurement line B18 is a voltage terminal for measuring the voltage of the fuel cell 11 and its lead wire. The other electrode (for example, an air electrode) of the fuel cell 11 is connected to the measurement terminal of the control unit 13.

【0039】ガスセンサ14は、燃料ガス出口管23の
ヘッダ5と反対の側の端部と、燃料ガス排出管25との
間に設置されている水素ガス用のセンサである。センサ
及びガスを流通させる配管とから成る。内部を通過する
使用済み燃料ガス1中に含まれる水素ガスの濃度を測定
する。ガスセンサライン24は、一端部をガスセンサ1
4に、他端部を制御部13に接続している。ガスセンサ
14で測定されたデータの出力を制御部13へ送るライ
ンである。
The gas sensor 14 is a sensor for hydrogen gas which is installed between the fuel gas outlet pipe 23 and the end of the fuel gas outlet pipe 23 on the side opposite to the header 5 and the fuel gas discharge pipe 25. It is composed of a sensor and piping for circulating gas. The concentration of hydrogen gas contained in the spent fuel gas 1 passing through the inside is measured. One end of the gas sensor line 24 is the gas sensor 1
4, the other end is connected to the control unit 13. It is a line that sends the output of the data measured by the gas sensor 14 to the control unit 13.

【0040】ガス調整部としてのガス調整弁15は、燃
料ガス供給管19の途中に接続される。制御部13から
出力される信号に基づいて、燃料ガス1のヘッダ5(セ
ルチューブ3)への供給量を調整する調整弁である。調
整弁制御ライン16は、一端部を制御部13に、他端部
をガス調整弁15に接続している。制御部13で設定さ
れたガス供給量に関わる信号を、ガス調整弁15へ送る
ラインである。
The gas adjusting valve 15 as a gas adjusting section is connected in the middle of the fuel gas supply pipe 19. It is an adjusting valve that adjusts the supply amount of the fuel gas 1 to the header 5 (cell tube 3) based on the signal output from the control unit 13. The regulating valve control line 16 has one end connected to the controller 13 and the other end connected to the gas regulating valve 15. It is a line that sends a signal related to the gas supply amount set by the control unit 13 to the gas regulating valve 15.

【0041】酸化剤供給室4は、ヘッダ5(後述)の下
方(一方)の側に隣接し、ヘッダ5の燃料ガスと、酸化
剤供給室4の酸化剤ガスが混合しないように隔離されて
いる。そして、セルチューブ3の大部分を含んでおり、
セルチューブ3に酸化剤ガスを供給する室である。
The oxidant supply chamber 4 is adjacent to the lower side (one side) of the header 5 (described later), and is isolated so that the fuel gas of the header 5 and the oxidant gas of the oxidant supply chamber 4 are not mixed. There is. And, including most of the cell tube 3,
This is a chamber for supplying an oxidant gas to the cell tube 3.

【0042】次に、供給室8と、排出室9と、管板A6
と、管板B7とを有するヘッダ5について説明する。供
給室8は、案内管12の上端部(一端部)の上部にあ
り、中空の直方体又は円柱状の形をしているガス分配室
である。本実施例では、直方体である。燃料ガス導入管
20(後述)から燃料ガス1の供給を受ける。内部にガ
スの流れを整える整流板のような機構(図示せず)が付
属している場合も有る。上部の天板には、燃料ガス導入
管20が連結し、開放されて接続している。また、底面
は管板A6(後述)であり、案内管12が取付けられて
いる。案内管12は、供給室8に入った燃料ガス1がセ
ルチューブ3へ供給されるように管板A6と連結し、開
放されて接合している。供給室8は、複数存在する各セ
ルチューブ3へ、均等に燃料ガス1を供給する。それと
共に、各セルチューブ3の支持も行なう、金属製の室で
ある。
Next, the supply chamber 8, the discharge chamber 9 and the tube sheet A6
And the header 5 having the tube sheet B7 will be described. The supply chamber 8 is a gas distribution chamber located above the upper end (one end) of the guide tube 12 and having a hollow rectangular parallelepiped shape or a cylindrical shape. In this embodiment, it is a rectangular parallelepiped. The fuel gas 1 is supplied from a fuel gas introduction pipe 20 (described later). There may be a case in which a mechanism (not shown) such as a straightening plate that regulates the flow of gas is attached inside. A fuel gas introduction pipe 20 is connected to the top plate on the upper side and is opened and connected. Further, the bottom surface is a tube plate A6 (described later), and the guide tube 12 is attached thereto. The guide tube 12 is connected to the tube plate A6 so that the fuel gas 1 entering the supply chamber 8 is supplied to the cell tube 3, and is opened and joined. The supply chamber 8 uniformly supplies the fuel gas 1 to each of the plurality of cell tubes 3 that are present. At the same time, it is a metal chamber that also supports the cell tubes 3.

【0043】排出室9は、セルチューブ3の上端部(一
端部)の上部にあり、中空の直方体又は円柱状の形をし
ているガス分配室である。本実施例では、直方体であ
る。燃料ガス出口管23(後述)から使用済みの燃料ガ
ス1を排出する。内部にガスの流れを整える整流板のよ
うな機構(図示せず)が付属している場合も有る。上部
の天板は管板A6(後述)であり、燃料ガス出口管23
が連結し、開放されて接続している。また、底面は管板
B7(後述)であり、セルチューブ3が取付けられてい
る。セルチューブ3は、セルチューブ3から排出される
使用済み燃料ガス1を収集可能なように管板B7と連結
し、開放されて接合している。それと共に、セルの支持
も行なう、金属製の室である。
The discharge chamber 9 is a gas distribution chamber located above the upper end (one end) of the cell tube 3 and having a hollow rectangular parallelepiped shape or a cylindrical shape. In this embodiment, it is a rectangular parallelepiped. The used fuel gas 1 is discharged from the fuel gas outlet pipe 23 (described later). There may be a case in which a mechanism (not shown) such as a straightening plate that regulates the flow of gas is attached inside. The upper top plate is a tube plate A6 (described later), and the fuel gas outlet tube 23
Are connected and open to connect. Further, the bottom surface is a tube plate B7 (described later), and the cell tube 3 is attached thereto. The cell tube 3 is connected to the tube sheet B7 so that the spent fuel gas 1 discharged from the cell tube 3 can be collected, and is opened and joined. At the same time, it is a metal chamber that also supports the cell.

【0044】管板A6は、供給室8の底面の板であり、
案内管12を接続するための孔が(案内管12の数だ
け)開口している。案内管12と、案内管12の上端部
(一端部)で、供給室8からの燃料ガス1の出入りが出
来るように連結し、供給室8側に開放されて接合してい
る。そして、案内管12を強固に支持している、金属製
の板である。また、燃料ガス出口管23と、排出室9か
らの燃料ガス1の出入りが出来るように連結し、排出室
9側に開放されて接合している。
The tube plate A6 is a plate on the bottom surface of the supply chamber 8,
The holes for connecting the guide tubes 12 are opened (as many as the guide tubes 12). The guide pipe 12 and the upper end portion (one end portion) of the guide pipe 12 are connected so that the fuel gas 1 can enter and leave the supply chamber 8, and are connected to the supply chamber 8 side so as to be open. And it is a metal plate that firmly supports the guide tube 12. Further, the fuel gas outlet pipe 23 and the fuel gas 1 are connected so that the fuel gas 1 can flow in and out of the discharge chamber 9 and are open and joined to the discharge chamber 9 side.

【0045】管板B7は、排出室9の底面の板であり、
セルチューブ3を接続するための孔が(セルチューブ3
の数だけ)開口している。また、セルチューブ3とセル
チューブ3の上端部(一端部)で燃料ガス1の出入りが
出来るように連結し、排出室9側に開放されて接合して
いる。そして、セルチューブ3を支持している、金属製
の板である。
The tube plate B7 is the bottom plate of the discharge chamber 9,
The hole for connecting the cell tube 3 is (cell tube 3
It's open). Further, the cell tube 3 and the upper end portion (one end portion) of the cell tube 3 are connected to each other so that the fuel gas 1 can flow in and out, and the fuel gas 1 is opened and joined to the discharge chamber 9 side. And it is a metal plate which supports the cell tube 3.

【0046】次に、燃料供給管としての燃料ガス供給管
19と燃料ガス導入管20について説明する。燃料ガス
供給管19は、燃料ガス1をヘッダ5へ供給する配管の
一つである。途中に、燃料ガス1の流量を調整するガス
調整弁15を有している。そして、一端部は、燃料ガス
導入管20に接続し、燃料ガス1を燃料ガス導入管20
へ流している。
Next, the fuel gas supply pipe 19 and the fuel gas introduction pipe 20 as fuel supply pipes will be described. The fuel gas supply pipe 19 is one of the pipes for supplying the fuel gas 1 to the header 5. A gas adjusting valve 15 for adjusting the flow rate of the fuel gas 1 is provided on the way. Then, one end is connected to the fuel gas introduction pipe 20, and the fuel gas 1 is connected to the fuel gas introduction pipe 20.
It is flowing to.

【0047】燃料ガス導入管20は、燃料ガス1をヘッ
ダ5へ供給する配管の一つである。その一端部を燃料ガ
ス供給管19に接続し、他端部をヘッダ5の供給室8の
天板に連結し、供給室8側に開放されて接合している。
また、燃料ガス出口管23と同軸の二重管構造を成して
いる。ただし、燃料ガス導入管20は外管、燃料ガス出
口管23は内管である。燃料ガス供給管19から来た燃
料ガス1を供給室8へ供給する。
The fuel gas introduction pipe 20 is one of the pipes for supplying the fuel gas 1 to the header 5. One end thereof is connected to the fuel gas supply pipe 19, and the other end is connected to the top plate of the supply chamber 8 of the header 5 and is open and joined to the supply chamber 8 side.
Further, it has a double pipe structure coaxial with the fuel gas outlet pipe 23. However, the fuel gas introduction pipe 20 is an outer pipe, and the fuel gas outlet pipe 23 is an inner pipe. The fuel gas 1 coming from the fuel gas supply pipe 19 is supplied to the supply chamber 8.

【0048】次に、燃料排出管としての燃料ガス出口管
23と燃料ガス排出管25について説明する。燃料ガス
出口管23は、使用済みの燃料ガス1をヘッダより排出
する配管の1つである。その一端部をヘッダ5の排出室
9の天板である管板A6に連結し、排出室9側に開放さ
れて接合されている。また、他端部は、ヘッダ5から離
れる方向に延び、その途中の部分は、燃料ガス導入管2
0と同軸の二重管構造を成している。ただし、燃料ガス
導入管20は外管、燃料ガス出口管23は内管である。
そして、二重管構造の先の他端部には、ガスセンサ14
を有している。
Next, the fuel gas outlet pipe 23 and the fuel gas exhaust pipe 25 as the fuel exhaust pipe will be described. The fuel gas outlet pipe 23 is one of the pipes for discharging the used fuel gas 1 from the header. One end thereof is connected to a tube plate A6 which is a top plate of the discharge chamber 9 of the header 5 and is opened and joined to the discharge chamber 9 side. The other end extends in a direction away from the header 5, and the middle part thereof is the fuel gas introduction pipe 2
It has a double tube structure coaxial with 0. However, the fuel gas introduction pipe 20 is an outer pipe, and the fuel gas outlet pipe 23 is an inner pipe.
The gas sensor 14 is provided at the other end of the double pipe structure.
have.

【0049】燃料ガス排出管25は、燃料ガス出口管2
3及びガスセンサ14を通過してきた使用済みの燃料ガ
ス1を排出する配管である。
The fuel gas discharge pipe 25 is the fuel gas outlet pipe 2
3 is a pipe for discharging the used fuel gas 1 that has passed through the gas sensor 3 and the gas sensor 14.

【0050】酸化剤ガス供給管21は、酸化剤ガス2を
酸化剤供給室4へ供給する配管である。供給された酸化
剤ガス2は、セルチューブ3の外周部の空気極に達し、
その発電に寄与する。酸化剤ガス排出管22は、酸化剤
供給室4で使用された使用済み酸化剤ガス4を排出する
配管である。
The oxidant gas supply pipe 21 is a pipe for supplying the oxidant gas 2 to the oxidant supply chamber 4. The supplied oxidant gas 2 reaches the air electrode on the outer peripheral portion of the cell tube 3,
Contribute to its power generation. The oxidant gas discharge pipe 22 is a pipe for discharging the used oxidant gas 4 used in the oxidant supply chamber 4.

【0051】なお、燃料ガス1は、水素、メタン、プロ
パンや都市ガス等の燃料ガス1と水蒸気との混合ガスで
ある。ただし、燃料電池システム立上げ時には、窒素バ
ランスの水素ガスと水蒸気との混合ガスである。また、
酸化剤ガスは、酸素、空気、あるいはそれらを含む混合
ガスである。
The fuel gas 1 is a mixed gas of the fuel gas 1 such as hydrogen, methane, propane and city gas and water vapor. However, when starting up the fuel cell system, it is a mixed gas of nitrogen-balanced hydrogen gas and water vapor. Also,
The oxidant gas is oxygen, air, or a mixed gas containing them.

【0052】では、本発明である燃料電池システム及び
燃料電池の運転方法の第一の実施の形態の動作に関し
て、図面を参照して説明する。図1を参照して、このよ
うな構成をなす燃料電池システムにおいて、燃料電池の
立ち上げを行なう。まず、酸化剤供給室4へ、酸化剤ガ
ス供給管21を介して酸化剤ガス2を供給する。供給す
る際、酸化剤ガス2を、ある一定の昇温速度で予熱する
ことにより、発電部(酸化剤供給室4内のセルチューブ
3及びその周辺部)も一定の昇温速度で昇温する。
The operation of the first embodiment of the fuel cell system and the method of operating the fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. Referring to FIG. 1, in the fuel cell system having such a configuration, the fuel cell is started up. First, the oxidant gas 2 is supplied to the oxidant supply chamber 4 through the oxidant gas supply pipe 21. At the time of supply, by preheating the oxidant gas 2 at a certain rate of temperature increase, the power generation unit (the cell tube 3 in the oxidant supply chamber 4 and its peripheral portion) is also heated at a rate of temperature increase. .

【0053】一方、燃料ガス1は、発電部の温度が低
く、発電がなされていない状況においては、まず、低水
素濃度(数%程度)の燃料ガス1を供給する。燃料ガス
1は、その流量を調整するガス調整弁15により流量を
調整されながら、燃料ガスを供給する燃料ガス供給管1
9及び燃料ガス導入管20を経由してヘッダ5へ供給さ
れる。そして、燃料電池システム内の全てのセルチュー
ブ3における全ての燃料極及びリード膜が還元されるよ
うに、燃料ガス1が、各燃料電池セル管の開放端を有す
る内管である案内管12へ分配、供給される。そして、
案内管12を通ってセルチューブ3の閉塞端である下端
部(他端部)で折り返され、案内管12とセルチューブ
3との間、すなわち内管と外管との間を、セルチューブ
3の上端部(一端部)へ向けて流れる。このとき、セル
チューブ3の壁面(側面)部分において、燃料ガス1が
外周方向へ拡散する。そして、燃料ガス1中の水素が、
燃料電池セル(燃料電池セル11を含む)の燃料極及び
リード膜に達し、それらを還元する。その際、燃料極及
びリード膜が供給される燃料ガス1中の水素を全て消費
して水素が枯渇することが無いように制御する。そのた
めに、以下のような制御を行なう。
On the other hand, as for the fuel gas 1, when the temperature of the power generation section is low and power is not being generated, first, the fuel gas 1 having a low hydrogen concentration (about several%) is supplied. The fuel gas 1 is supplied with the fuel gas while the flow rate of the fuel gas is adjusted by a gas adjusting valve 15 that adjusts the flow rate of the fuel gas.
It is supplied to the header 5 via 9 and the fuel gas introduction pipe 20. Then, the fuel gas 1 is guided to the guide tube 12, which is an inner tube having open ends of the fuel cell tubes, so that all the fuel electrodes and the lead films in all the cell tubes 3 in the fuel cell system are reduced. Distributed and supplied. And
The cell tube 3 is folded back through the guide tube 12 at the lower end portion (the other end portion) which is the closed end of the cell tube 3, and between the guide tube 12 and the cell tube 3, that is, between the inner tube and the outer tube. Flows toward the upper end (one end) of the. At this time, the fuel gas 1 diffuses in the outer peripheral direction at the wall surface (side surface) of the cell tube 3. And the hydrogen in the fuel gas 1
It reaches the fuel electrode and the lead film of the fuel cell (including the fuel cell 11) and reduces them. At that time, control is performed so that hydrogen in the fuel gas 1 supplied to the fuel electrode and the lead film is not consumed and hydrogen is exhausted. Therefore, the following control is performed.

【0054】図1を参照して、制御部13は、燃料ガス
1の流路の最終端に設けられた燃料電池セル11の電圧
を測定する。すなわち、燃料ガス1の供給量が燃料電池
システムの中で最も少ないセルチューブ3の、最も供給
量が少ない(排出室8に最も近い)燃料電池セル11の
電圧を測定し、監視している。そして、その電圧変化を
監視し、その値に異常が起こらないように、電圧の測定
結果に基づいて、ガス調整弁15を制御し、燃料ガス1
を供給量を調整している。そうしていれば、供給された
燃料ガス1中の水素濃度の不足が起きることはない。そ
の他の燃料電池セルは、燃料電池セル11よりも燃料ガ
ス1中の水素濃度が多いので、燃料電池セル11で問題
が無ければ、問題は発生しない。
With reference to FIG. 1, the control unit 13 measures the voltage of the fuel cell 11 provided at the final end of the flow path of the fuel gas 1. That is, the voltage of the fuel cell 11 having the smallest supply amount (closest to the discharge chamber 8) of the cell tube 3 having the smallest supply amount of the fuel gas 1 in the fuel cell system is measured and monitored. Then, the voltage change is monitored, and the gas regulating valve 15 is controlled based on the voltage measurement result so that the value does not become abnormal.
The supply amount is adjusted. If so, the hydrogen concentration in the supplied fuel gas 1 will not be insufficient. Since the other fuel cells have a higher hydrogen concentration in the fuel gas 1 than the fuel cells 11, no problem occurs if the fuel cells 11 have no problem.

【0055】更に、上記のように燃料電池セル11にお
いても充分な量の燃料ガス1が供給されていることを前
提として、以下のような制御を行なう。制御部13は、
ガスセンサ14で、燃料電池システムにおける出口で
の、燃料ガス1の排出時の水素濃度(以下「出口水素濃
度」)を測定している。ここでの値を、安全の面から5
%以下に抑えて、かつゼロでない一定の値を保つよう
に、ガス調整弁15を制御する。5%以下に保つのは、
爆発下限界を考慮した安全の面からの理由と、還元用水
素の利用率という効率の面からであり、ゼロでない一定
値に保つ(=余剰の水素がある)のは、セルチューブ3
における還元処理に充分な水素を安定的に供給するため
である。
Furthermore, as described above, the following control is performed on the premise that a sufficient amount of the fuel gas 1 is also supplied to the fuel cell unit 11. The control unit 13
The gas sensor 14 measures the hydrogen concentration at the time of discharging the fuel gas 1 at the outlet of the fuel cell system (hereinafter, “outlet hydrogen concentration”). The value here is 5 from the viewpoint of safety.
The gas regulating valve 15 is controlled so as to be kept to be not more than%, and to maintain a constant value other than zero. Keeping below 5%
The reason for maintaining safety at the lower explosive limit and the efficiency of reducing hydrogen utilization, and keeping it at a non-zero constant value (= excess hydrogen) is in the cell tube 3
This is because a sufficient amount of hydrogen can be stably supplied for the reduction treatment in step 1.

【0056】図2を参照して、更に説明する。縦軸は、
左側が燃料電池セル11の開放電圧(OCV)であり、
右側が燃料電池の燃料の出口での水素濃度(出口水素濃
度)である。横軸は、燃料電池システム内の温度であ
る。還元処理は炉内の温度を少しずつ上昇させながら進
める。還元が終了して温度が充分に高くなり発電の準備
が整うまでは、安全のために、供給する燃料ガス中の水
素濃度を低くしている。そして、セルチューブ3の燃料
極及びリード膜を還元して排出される使用済みの燃料ガ
ス1の出口ガス濃度は、5%で低く一定値に抑えてい
る。しかし、使用済みの状態で、まだ5%の水素ガス濃
度があることから、供給される燃料ガス1は必要量はあ
ったということが出来る。
Further description will be given with reference to FIG. The vertical axis is
The left side is the open circuit voltage (OCV) of the fuel cell 11,
The right side shows the hydrogen concentration at the fuel outlet of the fuel cell (outlet hydrogen concentration). The horizontal axis is the temperature in the fuel cell system. The reduction process proceeds while gradually raising the temperature inside the furnace. For safety, the hydrogen concentration in the supplied fuel gas is lowered until the temperature is sufficiently high and the power generation is ready after the reduction is completed. The outlet gas concentration of the spent fuel gas 1 discharged by reducing the fuel electrode and the lead film of the cell tube 3 is 5%, which is kept at a low constant value. However, since the hydrogen gas concentration is still 5% in the used state, it can be said that the fuel gas 1 supplied had a necessary amount.

【0057】更に、図2において、燃料電池セル11の
開放電圧(OCV)は、温度と共に緩やかに上昇してお
り、還元が良好に進んでいる。すなわち、十分な量の水
素ガスがあり、温度律速で還元が進んでいることが分か
る。実際の制御としては、まず、制御部13は、出口水
素濃度を予め設定した値(ここでは、5%)に設定し、
ガス調整弁15を調整して出口水素濃度5%を維持しな
がら、燃料ガスを流す。一方、制御部13は、温度と開
放電圧との関係のデータを(図示しない記憶部に)有
し、発電部の温度とデータから予測される開放電圧と、
実際の開放電圧(燃料電池セル11)とを比較する。そ
して、制御部13は、燃料電池セル11の開放電圧(V
OC)が、ある一定の水準(例えば予測値の±10%)
以内の場合、異常無しとして、そのままの制御を続け
る。しかし、実際の開放電圧が、一定の水準を下回った
場合、ガス調整弁15を調整し、燃料(水素)を増加さ
せ、開放電圧を適切な値になるようにする。
Further, in FIG. 2, the open circuit voltage (OCV) of the fuel cell unit 11 gradually rises with temperature, and the reduction is satisfactorily progressing. That is, it can be seen that there is a sufficient amount of hydrogen gas and the reduction proceeds at a temperature-controlled rate. As the actual control, first, the control unit 13 sets the outlet hydrogen concentration to a preset value (here, 5%),
The fuel gas is allowed to flow while adjusting the gas adjusting valve 15 to maintain the outlet hydrogen concentration of 5%. On the other hand, the control unit 13 has data (in a storage unit (not shown)) on the relationship between the temperature and the open circuit voltage, and the open circuit voltage predicted from the temperature of the power generation unit and the data,
The actual open circuit voltage (fuel cell 11) is compared. Then, the control unit 13 controls the open circuit voltage (V
OC) is a certain level (for example, ± 10% of the predicted value)
If it is within the range, it is determined that there is no abnormality and control continues as it is. However, when the actual open circuit voltage falls below a certain level, the gas regulating valve 15 is adjusted to increase the fuel (hydrogen) so that the open circuit voltage becomes an appropriate value.

【0058】続いて、温度が充分に上がった段階で、測
定された開放電圧(燃料電池セル11)が予め設定した
値(例えば1.2V)以上の場合、制御部13は、還元
が充分に進んでいると判断し、微弱な初期電流を流し、
各セルチューブ3の燃料電池セル及びリード膜が充分な
性能を有しているかを調べる。図4を参照して、横軸は
セルチューブ3の燃料電池セルを流れる電流である。ま
た、縦軸は、セルチューブ毎、(或いはセルチューブの
グループ毎)の電圧である。燃料電池セルの還元が上手
くいっていれば、曲線aに示すような電流電圧特性を示
す。制御部13は、微弱電流と電圧との関係が、予め
(図示しない記憶部に)有する電流と電圧との関係の基
準データと、実際の微弱電流と電圧との関係とを比較
し、ある一定の水準(例えば基準データの±2%)以内
の場合、異常無しとする。しかし、実際の微弱電流と電
圧との関係還元が、一定の水準を下回った場合、還元が
不充分と判断し、電流を切り、還元処理を再度行う。例
えば、曲線bに示す電流電圧特性では、内部抵抗が非常
に大きく、還元が不充分である。
Subsequently, when the measured open circuit voltage (fuel cell 11) is equal to or higher than a preset value (for example, 1.2 V) when the temperature has risen sufficiently, the control unit 13 causes sufficient reduction. Judge that it is progressing, apply a weak initial current,
It is examined whether the fuel cell and the lead film of each cell tube 3 have sufficient performance. Referring to FIG. 4, the horizontal axis represents the current flowing through the fuel cell of the cell tube 3. The vertical axis represents the voltage for each cell tube (or each group of cell tubes). If the reduction of the fuel cell is successful, the current-voltage characteristic as shown by the curve a is exhibited. The control unit 13 compares the relationship between the weak current and the voltage, the reference data of the relationship between the current and the voltage (in a storage unit (not shown)) that is stored in advance, and the actual relationship between the weak current and the voltage, and maintains a certain value. If it is within the level of (for example, ± 2% of the standard data), there is no abnormality. However, when the actual reduction of the relation between the weak current and the voltage is below a certain level, it is determined that the reduction is insufficient, the current is cut off, and the reduction process is performed again. For example, in the current-voltage characteristics shown by the curve b, the internal resistance is very large and the reduction is insufficient.

【0059】曲線bに示す状態は、燃料ガス1の供給量
が最も少ない燃料電池セル11よりも、更に燃料ガス1
の供給の少ないリード膜10における還元が不足し、リ
ード膜10の抵抗が高い可能性がある。従って、それを
防ぐためには、図3に示すように燃料電池セル11では
なく、リード膜10の抵抗を監視しておけば良い。図3
の構成は、図1と同様であり、ただし、計測ラインA1
7及び計測ラインB18をリード膜10に接続している
点が図1と異なる。図1と図3とを一緒にして、燃料ガ
ス1の供給量が最も少ない燃料電池セル11及び更に燃
料ガス1の供給の少ないリード膜10に計測ラインを接
続し、制御部13において制御に用いれば、還元処理を
より確実に行なうことが可能である。
In the state shown by the curve b, the fuel gas 1 is further supplied than the fuel cell 11 in which the supply amount of the fuel gas 1 is the smallest.
There is a possibility that the reduction in the lead film 10 in which the supply of oxygen is small is insufficient and the resistance of the lead film 10 is high. Therefore, in order to prevent this, the resistance of the lead film 10 may be monitored instead of the fuel cell 11 as shown in FIG. Figure 3
Is similar to that of FIG. 1, except that the measurement line A1
7 and the measurement line B18 are connected to the lead film 10, which is different from FIG. 1 and 3 are combined, a measurement line is connected to the fuel cell 11 that supplies the least amount of the fuel gas 1 and the lead film 10 that supplies the least amount of the fuel gas 1 and is used for control by the controller 13. If so, it is possible to perform the reduction treatment more reliably.

【0060】微弱な初期電流を流し、図4における曲線
aのような電流電圧特性が得られれば、燃料電池セルは
良好な状態であり、通常の発電を開始する。
If a weak initial current is passed and the current-voltage characteristic as shown by the curve a in FIG. 4 is obtained, the fuel cell is in a good state and normal power generation is started.

【0061】供給室8内に燃料ガス1が、燃料ガス供給
管19とガス調節弁15とを介して燃料ガス導入管20
から供給される。燃料ガス1は、各案内管12に対して
ばらつきの無い流量で流入する。燃料ガス1は、案内管
12を進み、案内管12の下端部(他端部)から出たと
ころでセルチューブ3の下端部(他端部)からセルチュ
ーブ3内で案内管12の外側を、セルチューブ3の上端
(一端)へ向けて流れる。このとき、セルチューブ3の
壁面(側面)部分に燃料ガス1が拡散し、燃料電池セル
11のアノード側に達する。一方、酸化剤供給室4内の
セルチューブ3の外周面に沿って酸素や空気のような酸
化剤ガス2が供給される。それらは燃料電池セルのカソ
ード側に達する。そして、燃料ガス1と酸化剤ガス2と
の燃料電池セルにおける電気化学的反応により、発電が
行なわれ、電力が発生する。
The fuel gas 1 is supplied into the supply chamber 8 through the fuel gas supply pipe 19 and the gas regulating valve 15 and the fuel gas introduction pipe 20.
Supplied from The fuel gas 1 flows into each guide tube 12 at a uniform flow rate. The fuel gas 1 travels through the guide tube 12, and when it comes out from the lower end (the other end) of the guide tube 12, the lower end (the other end) of the cell tube 3 moves outside the guide tube 12 inside the cell tube 3. It flows toward the upper end (one end) of the cell tube 3. At this time, the fuel gas 1 diffuses on the wall surface (side surface) of the cell tube 3 and reaches the anode side of the fuel cell 11. On the other hand, the oxidant gas 2 such as oxygen or air is supplied along the outer peripheral surface of the cell tube 3 in the oxidant supply chamber 4. They reach the cathode side of the fuel cell. Then, the electrochemical reaction between the fuel gas 1 and the oxidant gas 2 in the fuel battery cell causes electric power generation and generation of electric power.

【0062】使用済みの燃料ガス1は、セルチューブ3
の上端部(一端部)から排出室9へ移動する。そして、
燃料ガス出口管23とガスセンサ14とを介して燃料ガ
ス排出管25から排出される。一方、使用済みの酸化剤
ガス2は、酸化剤供給室4より酸化剤ガス排出管22か
ら排出される。
The used fuel gas 1 is the cell tube 3
From the upper end portion (one end portion) to the discharge chamber 9. And
It is discharged from the fuel gas discharge pipe 25 via the fuel gas outlet pipe 23 and the gas sensor 14. On the other hand, the used oxidant gas 2 is discharged from the oxidant supply chamber 4 through the oxidant gas discharge pipe 22.

【0063】以上のプロセスにより、セルチューブ3に
おけるリード膜10及び燃料電池セルの燃料極での、初
期の還元処理を自動的に行なうことが可能となり、人的
負担の低減と、コスト削減が可能となる。
By the above process, it becomes possible to automatically carry out the initial reduction treatment at the lead film 10 in the cell tube 3 and the fuel electrode of the fuel cell unit, thereby reducing the human burden and cost. Becomes

【0064】(実施例2)本発明である燃料電池システ
ム及び燃料電池の運転方法の第二の実施の形態の構成に
ついて、図面を参照して説明する。図1は、本発明であ
る燃料電池システムの第二の実施の形態の構成を示す図
(断面図)であり、燃料電池システムは、燃料電池セル
管の外管としてのセルチューブ3、酸化剤供給室4、管
板A6と管板B7と供給室8と排出室9とを有するヘッ
ダ5、リード膜10、燃料電池セル11、燃料電池セル
管の内管としての案内管12、制御部13、ガスセンサ
14、ガス調整部としてのガス調整弁15、調整弁制御
ライン16、計測ラインA17、計測ラインB18、燃
料供給管としての燃料ガス供給管19及び燃料ガス導入
管20、酸化剤ガス供給管21、酸化剤ガス排出管2
2、燃料排出管としての燃料ガス出口管23及び燃料ガ
ス排出管25、ガスセンサライン24からなる。なお、
図1の構成は、図示しない断熱及びガスリークの安全性
を考慮した容器内に設置されている。また、本図面にお
いては、集電に関する構成について、省略している。
(Embodiment 2) The configuration of the second embodiment of the fuel cell system and the method of operating the fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram (cross-sectional view) showing a configuration of a second embodiment of a fuel cell system according to the present invention. The fuel cell system includes a cell tube 3 as an outer tube of a fuel cell tube, an oxidant. A supply chamber 4, a header 5 having a tube plate A6, a tube plate B7, a supply chamber 8 and an exhaust chamber 9, a lead film 10, a fuel cell 11, a guide tube 12 as an inner tube of the fuel cell tube, and a controller 13. , Gas sensor 14, gas adjusting valve 15 as a gas adjusting unit, adjusting valve control line 16, measuring line A17, measuring line B18, fuel gas supplying pipe 19 and fuel gas introducing pipe 20 as a fuel supplying pipe, oxidant gas supplying pipe 21, oxidant gas discharge pipe 2
2. A fuel gas outlet pipe 23 as a fuel discharge pipe, a fuel gas discharge pipe 25, and a gas sensor line 24. In addition,
The configuration of FIG. 1 is installed in a container that takes into consideration heat insulation and gas leak safety (not shown). In addition, in the present drawing, a configuration relating to current collection is omitted.

【0065】本発明においては、定常時の燃料電池シス
テムの運転時に、燃料(水素)供給量が最も少なくなる
部分(図1、燃料電池セル11)の電圧を自動監視(図
1、制御部13)し、燃料電池システムにおける燃料ガ
ス1の異常時の燃料電池セルやリード膜の電圧変化に基
づいて、自動的に燃料流量(濃度)を適切に制御(図
1、制御部13)することにより、インターロックなど
による急激なシャットダウンを起こさずに、安全に事態
を処理する点が、従来の技術と異なる。燃料(水素)供
給量が最も少なくなる部分における電圧に着目している
ので、その部分において必要な燃料が供給し、適切に対
処すれば、他の部分については問題が起こることは無
い。従って、燃料電池システム全体としての安定性・信
頼性が確保できる。また、電圧を取得し、それに基づい
て自動的に制御を行なうので、個々人の能力に依存しな
い安定的な方法であり、かつ人手の必要のない効率的な
方法である。従って、発電における信頼性が高まり、故
障の確率も減り、コストを削減することが可能となる。
In the present invention, when the fuel cell system is operating in a steady state, the voltage of the portion (fuel cell 11 in FIG. 1) where the fuel (hydrogen) supply amount is the smallest is automatically monitored (FIG. 1, control unit 13). ) By automatically controlling the fuel flow rate (concentration) appropriately (FIG. 1, control unit 13) based on the voltage change of the fuel cell or the lead film when the fuel gas 1 in the fuel cell system is abnormal. Unlike the prior art, the situation is handled safely without causing a sudden shutdown due to an interlock or the like. Since the focus is on the voltage at the part where the fuel (hydrogen) supply amount is the smallest, if the necessary fuel is supplied at that part and appropriate measures are taken, no problems will occur for other parts. Therefore, the stability and reliability of the fuel cell system as a whole can be secured. Further, since the voltage is acquired and the control is automatically performed based on the voltage, it is a stable method that does not depend on the ability of each individual, and is an efficient method that does not require human intervention. Therefore, the reliability in power generation is increased, the probability of failure is reduced, and the cost can be reduced.

【0066】以下に各構成を詳細に説明する。図1を参
照して、燃料電池システムについて説明する。
Each configuration will be described in detail below. The fuel cell system will be described with reference to FIG.

【0067】制御部13は、燃料電池セル11からの計
測ラインA17(後述)と計測ラインB18(後述)と
を介した電圧出力に基づいて、調整弁制御ライン16を
介してガス調整弁15を調整し、燃料ガス1の供給量を
制御する制御装置である。例えば、燃料電池セル11の
出力電圧が、予め設定された基準電圧Vs以下になった
場合、燃料ガス1の供給量を自動的に除々に増加させ、
出力電圧を基準電圧Vs以上を維持するようにする。基
準電圧Vsのデータを、制御部13内の記憶部(図示せ
ず)に有している。また、ガスセンサ14(後述)から
のガスセンサライン24を介した使用済み燃料ガス1の
水素濃度に基づいて、調整弁制御ライン16(後述)を
介してガス調整弁15(後述)を調整し、燃料ガス1の
供給量を制御することも可能である。その際、予め設定
された基準水素濃度CH2に入るように、供給側の水素
濃度を調整する。基準水素濃度CH2のデータを、制御
部13内の記憶部(図示せず)に有している。更に、両
方を同時に参考にして、供給する燃料ガス1の供給量を
決定することも可能である。その際、基準電圧Vsと基
準水素濃度CH2と供給される燃料ガス1の流量との関
係のデータを、制御部13内の記憶部(図示せず)に有
している。
The control unit 13 controls the gas adjusting valve 15 via the adjusting valve control line 16 based on the voltage output from the fuel cell 11 via the measuring line A17 (described later) and the measurement line B18 (described later). It is a control device that adjusts and controls the supply amount of the fuel gas 1. For example, when the output voltage of the fuel cell 11 becomes equal to or lower than the preset reference voltage Vs, the supply amount of the fuel gas 1 is automatically and gradually increased,
The output voltage is maintained at the reference voltage Vs or higher. Data of the reference voltage Vs is stored in a storage unit (not shown) in the control unit 13. Further, based on the hydrogen concentration of the spent fuel gas 1 from the gas sensor 14 (described later) via the gas sensor line 24, the gas regulating valve 15 (described later) is regulated via the regulating valve control line 16 (discussed below), and the fuel is adjusted. It is also possible to control the supply amount of the gas 1. At that time, the hydrogen concentration on the supply side is adjusted so that the preset reference hydrogen concentration C H2 is reached . Data of the reference hydrogen concentration C H2 is stored in a storage unit (not shown) in the control unit 13. Further, it is possible to determine the supply amount of the fuel gas 1 to be supplied by referring to both of them at the same time. At that time, the storage unit (not shown) in the control unit 13 has data on the relationship between the reference voltage Vs, the reference hydrogen concentration C H2, and the flow rate of the supplied fuel gas 1.

【0068】なお、制御部13は、燃料ガス1の制御だ
けでなく、燃料電池システム全体の制御を行なうための
制御装置と一体とすることも、別とすることも可能であ
る。
The control unit 13 may be integrated with or separate from a control device for controlling not only the fuel gas 1 but also the entire fuel cell system.

【0069】上記以外の制御部13の機能及び、他の構
成の機能については、実施例1と同様であるので、その
説明を省略する。
The functions of the control unit 13 other than the above and the functions of other configurations are the same as those in the first embodiment, and therefore the description thereof is omitted.

【0070】なお、燃料ガス1は、水素、メタン、プロ
パンや都市ガス等の燃料ガス1と水蒸気との混合ガスで
ある。ただし、燃料電池システム立上げ時には、窒素バ
ランスの水素ガスと水蒸気との混合ガスである。また、
酸化剤ガスは、酸素、空気、あるいはそれらを含む混合
ガスである。
The fuel gas 1 is a mixed gas of the fuel gas 1 such as hydrogen, methane, propane and city gas, and water vapor. However, when starting up the fuel cell system, it is a mixed gas of nitrogen-balanced hydrogen gas and water vapor. Also,
The oxidant gas is oxygen, air, or a mixed gas containing them.

【0071】では、本発明である燃料電池システム及び
燃料電池の運転方法の第二の実施の形態の動作に関し
て、図面を参照して説明する。図1を参照して、このよ
うな構成をなす燃料電池システムにおいて、定常運転時
には、供給室8内に水素やメタンと水蒸気のような燃料
ガス1が、燃料ガス供給管19に供給される。そして、
制御部13に制御されたガス調整弁15において流量が
調整されながら、燃料ガス導入管20に達する。その
後、供給室8に供給され、そこから燃料ガス1は、各燃
料電池セル管の開放端を有する内管である案内管12へ
に対してばらつきの無い流量で流入する。
The operation of the second embodiment of the fuel cell system and fuel cell operating method according to the present invention will be described with reference to the drawings. Referring to FIG. 1, in the fuel cell system having such a configuration, during steady operation, fuel gas 1 such as hydrogen, methane, and steam is supplied to fuel gas supply pipe 19 in supply chamber 8. And
The gas adjustment valve 15 controlled by the controller 13 adjusts the flow rate and reaches the fuel gas introduction pipe 20. After that, the fuel gas 1 is supplied to the supply chamber 8, and from there, the fuel gas 1 flows into the guide pipe 12, which is an inner pipe having open ends of the fuel cell pipes, at a uniform flow rate.

【0072】燃料ガス供給管19及び燃料ガス導入管2
0からの燃料ガス1は、案内管12を進み、案内管12
の下端部(他端部)から出たところでセルチューブ3の
閉塞端である下端部(他端部)にぶつかる。そして、燃
料ガス1は、そこから折り返され、セルチューブ3内で
案内管12の外側、すなわち内管と外管との間を、セル
チューブ3の上端部(一端部)へ向けて流れる。このと
き、セルチューブ3の壁面(側面)部分に燃料ガス1が
拡散し、燃料電池セル(燃料電池セル11を含む)のア
ノード側に達する。一方、酸化剤供給室4内のセルチュ
ーブ3の外周面に沿って酸素や空気のような酸化剤ガス
2が供給される。それらは燃料電池セル(燃料電池セル
11を含む)のカソード側に達する。そして、燃料ガス
1と酸化剤ガス2との燃料電池セル(燃料電池セル11
を含む)における電気化学的反応により、発電が行なわ
れ、電力が発生する。
Fuel gas supply pipe 19 and fuel gas introduction pipe 2
Fuel gas 1 from 0 travels through the guide tube 12 and
When it comes out from the lower end (the other end) of the cell tube 3, it hits the lower end (the other end) which is the closed end of the cell tube 3. Then, the fuel gas 1 is folded back from there and flows inside the cell tube 3 outside the guide tube 12, that is, between the inner tube and the outer tube, toward the upper end portion (one end portion) of the cell tube 3. At this time, the fuel gas 1 diffuses on the wall surface (side surface) of the cell tube 3 and reaches the anode side of the fuel cell (including the fuel cell 11). On the other hand, the oxidant gas 2 such as oxygen or air is supplied along the outer peripheral surface of the cell tube 3 in the oxidant supply chamber 4. They reach the cathode side of the fuel cells (including the fuel cell 11). Then, the fuel cell (fuel cell 11
(Including), electric power is generated and electric power is generated.

【0073】この時、制御部13は、燃料ガス1の流路
の最終端に設けられた燃料電池セル11の電圧を測定す
る。すなわち、燃料ガス1の供給量が燃料電池システム
の中で最も少ないセルチューブ3の、最も供給量が少な
い(排出室8に最も近い)燃料電池セル11の電圧を測
定し、監視している。そして、その電圧の測定結果に基
づいて、制御部13は、燃料ガス1の流量を調整するた
めにガス調節弁15の制御を行なう。
At this time, the control unit 13 measures the voltage of the fuel cell 11 provided at the final end of the flow path of the fuel gas 1. That is, the voltage of the fuel cell 11 having the smallest supply amount (closest to the discharge chamber 8) of the cell tube 3 having the smallest supply amount of the fuel gas 1 in the fuel cell system is measured and monitored. Then, based on the measurement result of the voltage, the control unit 13 controls the gas regulating valve 15 to regulate the flow rate of the fuel gas 1.

【0074】上記のように燃料電池セル11において、
充分な量の燃料ガス1が供給され、正常な運転がなされ
ていることを前提として、以下のような制御を行なうこ
とも可能である。制御部13は、ガスセンサ14で、燃
料電池システムにおける出口での、燃料ガス1の排出時
の水素濃度(以下「出口水素濃度」)を測定している。
ここでの値を、予め設定された値以下に抑えるようにす
る。設定値以下に保つのは、燃料利用率を、予め設定さ
れた値以上に保つためである。
In the fuel cell 11 as described above,
It is also possible to perform the following control on the assumption that a sufficient amount of fuel gas 1 is supplied and normal operation is performed. The control unit 13 uses the gas sensor 14 to measure the hydrogen concentration at the outlet of the fuel cell system when the fuel gas 1 is discharged (hereinafter, “outlet hydrogen concentration”).
The value here is kept below a preset value. Keeping the value below the set value is for keeping the fuel utilization rate above the preset value.

【0075】図5を参照して、縦軸は、セルチューブ3
(あるいは複数のセルチューブ3からなるグループ)の
出力電圧であり、横軸は、運転経過時間(時間t
近)である。運転中のある時点(tの直前)におい
て、出力電圧が、予め設定された基準電圧Vsを下回っ
た場合、一定時間経過の後、時間tにおいて、制御部
13は、ガス調節弁15を調整して燃料ガス1流量を少
しずつ増加させる。そして、それにより、各燃料電池セ
ルへの燃料ガス1の供給が増え、燃料電池セル11の出
力電圧を基準電圧Vs以上に回復させることができるよ
うに、制御部13は、ガス調節弁15を制御する。
Referring to FIG. 5, the vertical axis represents the cell tube 3
(Or a plurality of groups of cell tube 3) is the output voltage of the horizontal axis is the operation elapsed time (around time t A). When the output voltage falls below a preset reference voltage Vs at a certain point in time (immediately before t A ) during operation, after a lapse of a certain time, at a time t A , the control unit 13 turns on the gas control valve 15. Adjust to gradually increase the fuel gas 1 flow rate. Then, as a result, the supply of the fuel gas 1 to each fuel cell increases, and the control unit 13 controls the gas control valve 15 so that the output voltage of the fuel cell 11 can be restored to the reference voltage Vs or higher. Control.

【0076】このとき、燃料ガス1流量を大幅に増やす
のではなく、基準電圧Vsを満たす程度(曲線cの時間
における電圧変化を参照)に少しだけ増やすのが重
要である。これにより、燃料側と空気側との間に大きな
差圧を発生させることはない。
At this time, it is important not to increase the flow rate of the fuel gas 1 significantly but to increase it slightly to the extent that the reference voltage Vs is satisfied (see the voltage change at the time t A of the curve c). As a result, a large pressure difference is not generated between the fuel side and the air side.

【0077】従来例を図6に示す。図6を参照して、縦
軸は、セルチューブ3(あるいは複数のセルチューブ3
からなるグループ)の出力電圧であり、横軸は、運転経
過時間(時間t付近)である。従来、出力電圧が、予
め設定された基準電圧Vsを下回った場合、インターロ
ックを発生させ、負荷遮断を行ない、燃料電池セルを保
護していた。しかし、電流停止に伴う急激なガス流量変
化により、燃料側と空気側との間に大きな差圧が発生
し、セルを損傷する可能性があった。しかし、本実施例
では、上記のように電流を停止せず(負荷遮断を行なわ
ず)、燃料ガス1の流量変化も極力抑えるようにしてい
るので、セルを損傷する可能性が無く、安全で信頼性の
高い方法である。
A conventional example is shown in FIG. Referring to FIG. 6, the vertical axis represents the cell tube 3 (or a plurality of cell tubes 3
The output voltage of the (group consisting of) and the horizontal axis are the elapsed operation time (near time t A ). Conventionally, when the output voltage is lower than a preset reference voltage Vs, an interlock is generated, a load is cut off, and a fuel cell is protected. However, due to the rapid gas flow rate change due to the current stoppage, a large pressure difference was generated between the fuel side and the air side, possibly damaging the cell. However, in the present embodiment, as described above, the current is not stopped (the load is not cut off) and the change in the flow rate of the fuel gas 1 is suppressed as much as possible, so that there is no possibility of damaging the cell and the safety is ensured. It is a reliable method.

【0078】使用済みの燃料ガス1は、セルチューブ3
の上端部(一端部)から排出室9へ移動する。そして、
燃料ガス出口管23とガスセンサ14とを介して燃料ガ
ス排出管25から排出される。一方、使用済みの酸化剤
ガス2は、酸化剤供給室4より酸化剤ガス排出管22か
ら排出される。
The used fuel gas 1 is the cell tube 3
From the upper end portion (one end portion) to the discharge chamber 9. And
It is discharged from the fuel gas discharge pipe 25 via the fuel gas outlet pipe 23 and the gas sensor 14. On the other hand, the used oxidant gas 2 is discharged from the oxidant supply chamber 4 through the oxidant gas discharge pipe 22.

【0079】以上のプロセスにより、セルチューブ3に
おける燃料電池セルの電圧値を監視により、燃料電池セ
ルの出力異常に対する自動的な対応が可能となり、人的
負担の低減と、コスト削減が可能となる。
By the above process, by monitoring the voltage value of the fuel cell in the cell tube 3, it becomes possible to automatically cope with the output abnormality of the fuel cell, thereby reducing the human burden and the cost. .

【0080】(実施例3)本発明である燃料電池システ
ム及び燃料電池の運転方法の第三の実施の形態の構成に
ついて、図面を参照して説明する。図7は、本発明であ
る燃料電池システムの第三の実施の形態の構成を示す図
(断面図)であり、燃料電池システムは、燃料電池セル
管としてのセルチューブ3、酸化剤供給室4、管板C2
6、管板D27、供給室8、排出室9、リード膜10、
燃料電池セル11、制御部13、ガスセンサ14、ガス
調整部としてのガス調整弁15、調整弁制御ライン1
6、計測ラインA17、計測ラインB18、燃料供給管
としての燃料ガス供給管19及び燃料ガス導入管20、
酸化剤ガス供給管21、酸化剤ガス排出管22、燃料排
出管としての燃料ガス出口管23及び燃料ガス排出管2
5、ガスセンサライン24、支持体A28、支持体B2
9からなる。なお、図7の構成は、図示しない断熱及び
ガスリークの安全性を考慮した容器内に設置されてい
る。また、本図面においては、集電に関する構成につい
て、省略している。
(Embodiment 3) The configuration of a third embodiment of the fuel cell system and the method of operating the fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a diagram (cross-sectional view) showing the configuration of the third embodiment of the fuel cell system according to the present invention. The fuel cell system includes a cell tube 3 as a fuel cell cell tube and an oxidant supply chamber 4. , Tube sheet C2
6, tube sheet D27, supply chamber 8, discharge chamber 9, lead film 10,
Fuel cell 11, control unit 13, gas sensor 14, gas adjusting valve 15 as a gas adjusting unit, adjusting valve control line 1
6, measurement line A17, measurement line B18, fuel gas supply pipe 19 as a fuel supply pipe and fuel gas introduction pipe 20,
Oxidant gas supply pipe 21, oxidant gas exhaust pipe 22, fuel gas outlet pipe 23 as fuel exhaust pipe, and fuel gas exhaust pipe 2
5, gas sensor line 24, support A28, support B2
It consists of 9. In addition, the configuration of FIG. 7 is installed in a container in consideration of heat insulation and gas leak safety not shown. In addition, in the present drawing, a configuration relating to current collection is omitted.

【0081】本実施例では、セルチューブ3が両端支持
(縦置き、横置き双方可能)となる。すなわち、支持体
A28及び支持体B29によって、2点で支持されてい
る。そして、供給室8側の管板C26及び排出室9側の
管板D27の2点でガスシールされている。すなわち、
2点でセルチューブを支持しつつ、支持して入る断熱材
とは別にシール専用の部材を導入している。燃料ガス1
は、供給室8からセルチューブ3に進入し、排出室9へ
排出されるという一方向(ワンスルー)のガスの流れで
ある。従って、案内管が不用な構造である。以上の点
が、実施例1と異なる。
In this embodiment, the cell tube 3 is supported at both ends (both vertically and horizontally). That is, it is supported at two points by the support A28 and the support B29. Gas sealing is performed at two points of the tube plate C26 on the supply chamber 8 side and the tube plate D27 on the discharge chamber 9 side. That is,
While supporting the cell tube at two points, a member dedicated to sealing is introduced in addition to the heat insulating material that is supported and entered. Fuel gas 1
Is a one-way (one-through) gas flow that enters the cell tube 3 from the supply chamber 8 and is discharged to the discharge chamber 9. Therefore, the guide tube is unnecessary. The above points are different from the first embodiment.

【0082】以下に各構成を詳細に説明する。図7を参
照して、燃料電池システムについて説明する。
Each configuration will be described in detail below. The fuel cell system will be described with reference to FIG. 7.

【0083】燃料電池セル管としてのセルチューブ3
は、多孔質セラミックスの基体管の外周面に燃料電池セ
ルを形成された、燃焼電池を構成する円筒型の管であ
る。セルチューブ3は、一端側を供給室8(後述)に、
他端側を排出室9(後述)に嵌合され、支持されてい
る。そして、一端側が供給室8(後述)と、他端側が排
出室9(後述)とガスの出入りが出来るように開放され
ている。内部に、実施例1〜実施例2にある案内管を、
含んでいない。材質は、例えばジルコニアなどである。
図7においては、3本のみを代表として図示している
が、複数存在し、燃料電池システムの規模に応じて、本
数を決定する。基体管の長手方向の一定の幅毎に、外周
面上に燃料極、電解質、空気極が順に積層され、燃料電
池。を形成している(図示せず)。それぞれのセル同士
は、インターコネクタで接合されている(図示せず)。
燃料ガス1が、供給室8(後述)を経由して、セルチュ
ーブ3の一端部よりセルチューブ3の燃料電池セルへ供
給される。そして、基体管の厚み方向に孔中を拡散し燃
料極に達し、セルチューブ3の外側を流れる酸化剤ガス
2と共に発電に寄与する。
Cell tube 3 as fuel cell cell tube
Is a cylindrical tube forming a combustion battery, in which fuel cells are formed on the outer peripheral surface of a porous ceramic base tube. The cell tube 3 has one end side in a supply chamber 8 (described later),
The other end is fitted and supported in the discharge chamber 9 (described later). The one end side is open to the supply chamber 8 (described later) and the other end side is opened to the discharge chamber 9 (described later) so that gas can flow in and out. Inside, the guide tube in Example 1 to Example 2,
Does not include. The material is, for example, zirconia.
In FIG. 7, only three cells are shown as a representative, but there are a plurality of cells and the number is determined according to the scale of the fuel cell system. A fuel cell, in which a fuel electrode, an electrolyte, and an air electrode are sequentially stacked on the outer peripheral surface at regular intervals in the longitudinal direction of the base tube. Are formed (not shown). Each cell is joined by an interconnector (not shown).
The fuel gas 1 is supplied to the fuel cell of the cell tube 3 from one end of the cell tube 3 via a supply chamber 8 (described later). Then, it diffuses in the holes in the thickness direction of the base tube, reaches the fuel electrode, and contributes to power generation together with the oxidant gas 2 flowing outside the cell tube 3.

【0084】燃料電池セル11は、燃料極、電解質、空
気極が、この順に積層された燃料電池セルである。本実
施例では、特に、最も燃料(水素)供給量が少なくなる
セルチューブ3において、燃料(水素)供給量が最も少
なくなるセルチューブ3の他端部(排出室9側)の最も
端にある燃料電池セルを指す。すなわち、最も、燃料ガ
ス1が届き難い場所である。燃料極(アノード)は、電
解質が酸素イオン導電体の場合、電解質中を輸送される
酸素イオンと、燃料ガス1中の水素又は一酸化炭素とを
結合させ、水又は二酸化炭素を生成するための触媒であ
り、電極でもある。本実施例では、ニッケル/ジルコニ
アである。電解質は、燃料電池セルが発電するための、
酸素イオンを輸送する酸素イオン導電体である。本実施
例では、安定化ジルコニアである。空気極(カソード)
は、電解質が酸素イオン導電体の場合、酸化剤ガス2中
の酸素をイオン化し、電解質へ供給するための触媒であ
り、電極でもある。本実施例では、ランタンマンガナイ
トである。
The fuel cell 11 is a fuel cell in which a fuel electrode, an electrolyte and an air electrode are laminated in this order. In the present embodiment, in particular, in the cell tube 3 that supplies the least amount of fuel (hydrogen), it is located at the end of the other end (on the side of the discharge chamber 9) of the cell tube 3 that supplies the least amount of fuel (hydrogen). Refers to fuel cells. That is, it is the most difficult place for the fuel gas 1 to reach. When the electrolyte is an oxygen ion conductor, the fuel electrode (anode) combines oxygen ions transported in the electrolyte with hydrogen or carbon monoxide in the fuel gas 1 to generate water or carbon dioxide. It is both a catalyst and an electrode. In this embodiment, it is nickel / zirconia. The electrolyte is for the fuel cell to generate electricity,
It is an oxygen ion conductor that transports oxygen ions. In this example, it is stabilized zirconia. Air electrode (cathode)
When the electrolyte is an oxygen ion conductor, is a catalyst for ionizing oxygen in the oxidant gas 2 and supplying it to the electrolyte, and is also an electrode. In this example, it is lantern manganites.

【0085】燃料電池セルは、燃料電池システム内に複
数存在するセルチューブ3に複数個存在し、セルチュー
ブ3上の円周に沿って1周全てに連続的に形成され、か
つ、セルチューブ3の長手方向では一定の幅毎に形成さ
れる。隣同士の燃料電池セルは、インタコネクタ(図示
せず、金属膜)で直列に接続されている。燃料電池セル
11は、その中で、特に、最も燃料(水素)供給量が少
なくなる燃料電池セルである。
A plurality of fuel cells are present in the cell tubes 3 which are present in the fuel cell system, and are continuously formed along the circumference of the cell tube 3 in one round. Are formed with a constant width in the longitudinal direction. Adjacent fuel cells are connected in series by an interconnector (not shown, metal film). The fuel battery cell 11 is a fuel battery cell that supplies the least amount of fuel (hydrogen) among them.

【0086】リード膜10は、複数の燃料電池セル11
で発電した直流電力の一方の極を集電部(セルチューブ
3の他端部(排出室9側)に接続される電極端子(図示
せず))へ引き出すためのリード線の役割をする膜であ
る。燃料電池システム運転中に、膜が酸化されないよう
に、緻密な保護膜(金属酸化膜の絶縁層)が積層されて
いる。セルチューブ3の最も上端部(一端部)寄りであ
る燃料電池セル11の空気極(又は燃料極)と接続して
いる。そして、リード膜10は、その空気極からセルチ
ューブ3の外周部をその他端部まで延びている。周方向
の幅は、発電する電力の大きさとそのリード膜10の厚
みにより、抵抗が充分低いように、設定される。
The lead film 10 is composed of a plurality of fuel cells 11
Membrane serving as a lead wire for drawing out one pole of the DC power generated in step 1 to a current collector (electrode terminal (not shown) connected to the other end of the cell tube 3 (on the discharge chamber 9 side)) Is. A dense protective film (an insulating layer of a metal oxide film) is laminated so that the film is not oxidized during the operation of the fuel cell system. The cell tube 3 is connected to the air electrode (or fuel electrode) of the fuel cell 11 that is located at the uppermost end (one end) of the cell tube 3. Then, the lead film 10 extends from the air electrode to the outer peripheral portion of the cell tube 3 to the other end portion. The width in the circumferential direction is set so that the resistance is sufficiently low depending on the magnitude of generated power and the thickness of the lead film 10.

【0087】酸化剤供給室4は、供給室8(の管板C2
6)と排出室9(の管板D27)との間にあり、それら
と隔離され、セルチューブ3を含んでいる。セルチュー
ブ3に酸化剤ガスを供給する室である。そして、内部の
管板C26及び管板D27それぞれの近傍に、支持体A
28及び支持体B29をそれぞれ固定している。ステン
レスや耐熱合金などの金属製の室である。
The oxidant supply chamber 4 is a tube plate C2 (of the supply chamber 8).
6) and (the tube plate D27 of) the discharge chamber 9 and isolated from them, including the cell tube 3. This is a chamber for supplying an oxidant gas to the cell tube 3. Then, the support A is provided in the vicinity of each of the inner tube sheet C26 and the tube sheet D27.
28 and the support B29 are each fixed. The room is made of metal such as stainless steel or heat-resistant alloy.

【0088】供給室8は、セルチューブ3の一端部にあ
り、中空の直方体や円柱状等の形をしているガス分配室
である。本実施例では、直方体である。燃料ガス1の供
給を受けるためのガス供給口8−1を有する。内部にガ
スの流れを整える整流板のような機構(図示せず)が付
属している場合も有る。一方の面は管板C26(後述)
であり、セルチューブ3が取付けられている。セルチュ
ーブ3は、供給室8に入った燃料ガス1がセルチューブ
3へ供給されるように管板C26と連結、接合してい
る。複数存在する各セルチューブ3へ、均等に燃料ガス
1を供給する、ステンレスや耐熱合金などの金属製の室
である。
The supply chamber 8 is a gas distribution chamber located at one end of the cell tube 3 and having a hollow rectangular parallelepiped shape or a cylindrical shape. In this embodiment, it is a rectangular parallelepiped. It has a gas supply port 8-1 for receiving the supply of the fuel gas 1. There may be a case in which a mechanism (not shown) such as a straightening plate that regulates the flow of gas is attached inside. One surface is a tube plate C26 (described later)
And the cell tube 3 is attached. The cell tube 3 is connected and joined to the tube plate C26 so that the fuel gas 1 having entered the supply chamber 8 is supplied to the cell tube 3. It is a chamber made of metal such as stainless steel or a heat-resistant alloy that uniformly supplies the fuel gas 1 to each of the cell tubes 3 existing in plural.

【0089】排出室9は、セルチューブ3の他端部にあ
り、中空の直方体や円柱状等の形をしているガス分配室
である。本実施例では、直方体である。使用済みの燃料
ガス1の排出を行なうためのガス排出口9−1を有す
る。内部にガスの流れを整える整流板のような機構(図
示せず)が付属している場合も有る。一方の面は管板D
27(後述)であり、セルチューブ3が取付けられてい
る。セルチューブ3は、セルチューブ3から排出される
使用済み燃料ガス1を収集可能なように管板D27と連
結、接合している。ステンレスや耐熱合金などの金属製
の室である。
The discharge chamber 9 is located at the other end of the cell tube 3 and is a gas distribution chamber having a hollow rectangular parallelepiped shape or a cylindrical shape. In this embodiment, it is a rectangular parallelepiped. It has a gas outlet 9-1 for discharging the used fuel gas 1. There may be a case in which a mechanism (not shown) such as a straightening plate that regulates the flow of gas is attached inside. One side is tube sheet D
27 (described later), to which the cell tube 3 is attached. The cell tube 3 is connected and joined to the tube plate D27 so that the spent fuel gas 1 discharged from the cell tube 3 can be collected. The room is made of metal such as stainless steel or heat-resistant alloy.

【0090】管板C26は、供給室8の一方の面の板で
あり、セルチューブ3を接続するための穴が(セルチュ
ーブ3の数だけ)開口している。セルチューブ3と、セ
ルチューブ3の一端部でガスの出入りが出来るように連
結し、開放されて接合している。接合部分は、管板C2
6とセルチューブ3との隙間からガスをリークさせない
ために、応力などによる位置ずれや振動や衝撃を吸収す
ることが可能なように、ステンレスや耐熱合金などの薄
い金属製の板のような柔軟性のある部材を使用する。必
要に応じて、ガスタイト性を確保するために、充填剤を
用いて、リークを完全に抑えるようにする。
The tube plate C26 is a plate on one surface of the supply chamber 8, and has holes (as many as the cell tubes 3) for connecting the cell tubes 3 open. The cell tube 3 and one end of the cell tube 3 are connected so that gas can flow in and out, and are connected by being opened. The joint is a tube sheet C2
6 does not leak gas from the gap between the cell tube 3 and the cell tube 3, so that it is possible to absorb displacement such as stress, vibration, and shock, such as a thin metal plate such as stainless steel or heat resistant alloy. Use a flexible material. If necessary, in order to ensure gas tightness, a filler is used to completely suppress the leak.

【0091】管板D27は、排出室9の一方の面の板で
あり、セルチューブ3を接続するための穴が(セルチュ
ーブ3の数だけ)開口している。セルチューブ3と、セ
ルチューブ3の他端部でガスの出入りが出来るように連
結し、開放されて接合している。接合部分は、管板D2
7とセルチューブ3との隙間からガスをリークさせない
ために、応力などによる位置ずれや振動や衝撃を吸収す
ることが可能なように、ステンレスや耐熱合金などの薄
い金属製の板のような柔軟性のある部材を使用する。必
要に応じて、ガスタイト性を確保するために、充填剤を
用いて、リークを完全に抑えるようにする。
The tube plate D27 is a plate on one surface of the discharge chamber 9, and has holes (as many as the number of cell tubes 3) for connecting the cell tubes 3 open. The cell tube 3 and the other end of the cell tube 3 are connected so that gas can flow in and out, and are opened and joined. The joint is a tube sheet D2
7 does not leak gas from the gap between the cell tube 3 and the cell tube 3, so that it is possible to absorb positional displacement due to stress, vibration, and shock, such as a thin metal plate such as stainless steel or heat-resistant alloy. Use a flexible material. If necessary, in order to ensure gas tightness, a filler is used to completely suppress the leak.

【0092】次に、燃料供給管としての燃料ガス供給管
19及び燃料ガス導入管20について説明する。燃料ガ
ス供給管19は、燃料ガス1を供給室8へ供給する配管
の一つである。そして、一端部は、燃料ガス1の流量を
調整するガス調整弁15に接続し、燃料ガス1を燃料ガ
ス導入管20へ流している。
Next, the fuel gas supply pipe 19 and the fuel gas introduction pipe 20 as fuel supply pipes will be described. The fuel gas supply pipe 19 is one of the pipes for supplying the fuel gas 1 to the supply chamber 8. Then, one end is connected to a gas adjusting valve 15 for adjusting the flow rate of the fuel gas 1, and the fuel gas 1 is flown into the fuel gas introducing pipe 20.

【0093】燃料ガス導入管20は、燃料ガス1を供給
室8へ供給する配管の一つである。その一端部を燃料ガ
ス1の流量を調整するガス調整弁15に接続し、他端部
を供給室8のガス供給口8−1に連結し、供給室8側に
開放されて接合している。燃料ガス供給管19から来た
燃料ガス1を供給室8へ供給する。
The fuel gas introduction pipe 20 is one of the pipes for supplying the fuel gas 1 to the supply chamber 8. One end thereof is connected to a gas adjusting valve 15 that adjusts the flow rate of the fuel gas 1, and the other end is connected to a gas supply port 8-1 of the supply chamber 8 and is open and joined to the supply chamber 8 side. . The fuel gas 1 coming from the fuel gas supply pipe 19 is supplied to the supply chamber 8.

【0094】次に、燃料排出管としての燃料ガス出口管
23及び燃料ガス排出管25について説明する。燃料ガ
ス出口管23は、使用済みの燃料ガス1を排出室9より
排出する配管の1つである。その一端部を排出室9のガ
ス排出口9−1に連結し、排出室9側に開放されて接合
されている。また、他端部は、ガスセンサ14に接続し
ている。
Next, the fuel gas outlet pipe 23 and the fuel gas exhaust pipe 25 as the fuel exhaust pipe will be described. The fuel gas outlet pipe 23 is one of the pipes for discharging the used fuel gas 1 from the discharge chamber 9. One end thereof is connected to the gas exhaust port 9-1 of the exhaust chamber 9 and is open and joined to the exhaust chamber 9 side. The other end is connected to the gas sensor 14.

【0095】燃料ガス排出管25は、一端部をガスセン
サ14(後述)に接続している。燃料ガス出口管23及
びガスセンサ14を通過してきた使用済みの燃料ガス1
を排出する配管である。
The fuel gas discharge pipe 25 has one end connected to the gas sensor 14 (described later). Used fuel gas 1 that has passed through the fuel gas outlet pipe 23 and the gas sensor 14.
It is a pipe for discharging.

【0096】支持体A28及び支持体B29は、管板C
26及び管板D27の近傍であって、供給室8及び排出
室9の外側の酸化剤供給室4内に固定されている。そし
て、セルチューブ3上の両端部の燃料電池セルが無い部
分において、セルチューブ3を支持している。また、セ
ルチューブ3の発電側の熱を遮断し、管板C26及び管
板D27、あるいは、セルチューブ3と管板C26又は
管板D27との接合部であるガスシール部分について、
熱的に保護する。材料としては、多孔質シリカ、多孔質
アルミナ、シリカ、アルミナ、マグネシアなどを主成分
とする多孔体などである。
The support A28 and the support B29 are the tube sheet C.
26 and the tube sheet D27, and is fixed in the oxidant supply chamber 4 outside the supply chamber 8 and the discharge chamber 9. The cell tube 3 is supported at the portions on both ends of the cell tube 3 where there are no fuel cells. Further, the heat of the cell tube 3 on the power generation side is shut off, and the tube sheet C26 and the tube sheet D27, or the gas seal portion which is the joint portion between the cell tube 3 and the tube sheet C26 or the tube sheet D27,
Thermal protection. Examples of the material include porous silica, porous alumina, silica, alumina, and a porous body containing magnesia as a main component.

【0097】なお、第一ガスとしての燃料ガス1は、水
素、メタン、プロパン、都市ガス等の燃料ガス1と水蒸
気との混合ガスである。ただし、燃料電池システム立上
げ時には、窒素バランスの水素ガスと水蒸気との混合ガ
スである。また、第二ガスとしての酸化剤ガスは、酸
素、空気、あるいはそれらを含む混合ガスである。
The fuel gas 1 as the first gas is a mixed gas of the fuel gas 1 such as hydrogen, methane, propane and city gas and water vapor. However, when starting up the fuel cell system, it is a mixed gas of nitrogen-balanced hydrogen gas and water vapor. The oxidant gas as the second gas is oxygen, air, or a mixed gas containing them.

【0098】図7における他の構成については、同番号
の実施例1の構成と同様であるので、その説明を省略す
る。
The other structure in FIG. 7 is the same as that of the embodiment 1 having the same number, and the description thereof will be omitted.

【0099】本発明である燃料電池システム及び燃料電
池の運転方法の第三の実施の形態の動作に関して、図面
を参照して説明する。図7を参照して、このような構成
をなす燃料電池システムにおいて、燃料電池の立ち上げ
を行なう。まず、酸化剤供給室4へ、酸化剤ガス供給管
21を介して酸化剤ガス2を供給する。供給する際、酸
化剤ガス2を、ある一定の昇温速度で予熱することによ
り、発電部(酸化剤供給室4内のセルチューブ3及びそ
の周辺部)も一定の昇温速度で昇温する。
The operation of the third embodiment of the fuel cell system and fuel cell operating method according to the present invention will be described with reference to the drawings. Referring to FIG. 7, in the fuel cell system having such a configuration, the fuel cell is started up. First, the oxidant gas 2 is supplied to the oxidant supply chamber 4 through the oxidant gas supply pipe 21. At the time of supply, by preheating the oxidant gas 2 at a certain rate of temperature increase, the power generation unit (the cell tube 3 in the oxidant supply chamber 4 and its peripheral portion) is also heated at a rate of temperature increase. .

【0100】一方、燃料ガス1は、発電部の温度が低
く、発電がなされていない状況においては、まず、低水
素濃度(数%程度)の燃料ガス1を供給する。燃料ガス
1は、その流量を調整するガス調整弁15により流量を
調整されながら、燃料ガスを供給する燃料ガス供給管1
9及び燃料ガス導入管20を経由して供給室8へ供給さ
れる。そして、燃料電池システム内の全てのセルチュー
ブ3における全ての燃料極及びリード膜が還元されるよ
うに、燃料ガス1が、セルチューブ3の一端部から各燃
料電池セル管であるセルチューブ3へ分配、供給され
る。そして、セルチューブ3の他端部へ向けて流れる。
このとき、セルチューブ3の壁面(側面)部分におい
て、燃料ガス1が外周方向へ拡散する。そして、燃料ガ
ス1中の水素が、燃料電池セル(燃料電池セル11を含
む)の燃料極及びリード膜に達し、それらを還元する。
その際、燃料極及びリード膜が供給される燃料ガス1中
の水素を全て消費して水素が枯渇することが無いように
制御する。そのために、以下のような制御を行なう。
On the other hand, as for the fuel gas 1, when the temperature of the power generation section is low and power is not being generated, first, the fuel gas 1 having a low hydrogen concentration (about several%) is supplied. The fuel gas 1 is supplied with the fuel gas while the flow rate of the fuel gas is adjusted by a gas adjusting valve 15 that adjusts the flow rate of the fuel gas.
It is supplied to the supply chamber 8 via 9 and the fuel gas introduction pipe 20. Then, the fuel gas 1 flows from one end of the cell tube 3 to each cell tube 3 which is each fuel cell cell tube so that all the fuel electrodes and the lead films in all the cell tubes 3 in the fuel cell system are reduced. Distributed and supplied. Then, it flows toward the other end of the cell tube 3.
At this time, the fuel gas 1 diffuses in the outer peripheral direction at the wall surface (side surface) of the cell tube 3. Then, the hydrogen in the fuel gas 1 reaches the fuel electrode and the lead film of the fuel cell (including the fuel cell 11) and reduces them.
At that time, control is performed so that hydrogen in the fuel gas 1 supplied to the fuel electrode and the lead film is not consumed and hydrogen is exhausted. Therefore, the following control is performed.

【0101】図7を参照して、制御部13は、燃料ガス
1の流路の最終端に設けられた燃料電池セル11の電圧
を測定する。すなわち、燃料ガス1の供給量が燃料電池
システムの中で最も少ないセルチューブ3の、最も供給
量が少ない(排出室8に最も近い)燃料電池セル11の
電圧を測定し、監視している。そして、その電圧変化を
監視し、その値に異常が起こらないように、電圧の測定
結果に基づいて、ガス調整弁15を制御し、燃料ガス1
の供給量を調整している。そうしていれば、供給された
燃料ガス1中の水素濃度の不足が起きることはない。そ
の他の燃料電池セルは、燃料電池セル11よりも燃料ガ
ス1中の水素濃度が多いので、燃料電池セル11で問題
が無ければ、問題は発生しない。
Referring to FIG. 7, control unit 13 measures the voltage of fuel cell 11 provided at the final end of the flow path of fuel gas 1. That is, the voltage of the fuel cell 11 having the smallest supply amount (closest to the discharge chamber 8) of the cell tube 3 having the smallest supply amount of the fuel gas 1 in the fuel cell system is measured and monitored. Then, the voltage change is monitored, and the gas regulating valve 15 is controlled based on the voltage measurement result so that the value does not become abnormal.
Is adjusting the supply amount of. If so, the hydrogen concentration in the supplied fuel gas 1 will not be insufficient. Since the other fuel cells have a higher hydrogen concentration in the fuel gas 1 than the fuel cells 11, no problem occurs if the fuel cells 11 have no problem.

【0102】更に、上記のように燃料電池セル11にお
いても充分な量の燃料ガス1が供給されていることを前
提として、以下のような制御を行なう。制御部13は、
ガスセンサ14で、燃料電池システムにおける出口で
の、燃料ガス1の排出時の水素濃度(以下「出口水素濃
度」)を測定している。ここでの値を、安全の面から5
%以下に抑えて、かつゼロでない一定の値を保つよう
に、ガス調整弁15を制御する。5%以下に保つのは、
爆発下限界を考慮した安全の面からの理由と、還元用水
素の利用率という効率の面からであり、ゼロでない一定
値に保つ(=余剰の水素がある)のは、セルチューブ3
における還元処理に充分な水素を安定的に供給するため
である。
Further, as described above, the following control is performed on the premise that a sufficient amount of the fuel gas 1 is supplied also to the fuel cell 11. The control unit 13
The gas sensor 14 measures the hydrogen concentration at the time of discharging the fuel gas 1 at the outlet of the fuel cell system (hereinafter, “outlet hydrogen concentration”). The value here is 5 from the viewpoint of safety.
The gas regulating valve 15 is controlled so as to be kept to be not more than%, and to maintain a constant value other than zero. Keeping below 5%
The reason for maintaining safety at the lower explosive limit and the efficiency of reducing hydrogen utilization, and keeping it at a non-zero constant value (= excess hydrogen) is in the cell tube 3
This is because a sufficient amount of hydrogen can be stably supplied for the reduction treatment in step 1.

【0103】図2を参照して、更に説明する。縦軸は、
左側が燃料電池セル11の開放電圧(OCV)であり、
右側が燃料電池の燃料の出口での水素濃度(出口水素濃
度)である。横軸は、燃料電池システム内の温度であ
る。還元処理は炉内の温度を少しずつ上昇させながら進
める。還元が終了して温度が充分に高くなり発電の準備
が整うまでは、安全のために、供給する燃料ガス中の水
素濃度を低くしている。そして、セルチューブ3の燃料
極及びリード膜を還元して排出される使用済みの燃料ガ
ス1の出口ガス濃度は、5%で低く一定値に抑えてい
る。しかし、使用済みの状態で、まだ5%の水素ガス濃
度があることから、供給される燃料ガス1は必要量はあ
ったということが出来る。
Further description will be given with reference to FIG. The vertical axis is
The left side is the open circuit voltage (OCV) of the fuel cell 11,
The right side shows the hydrogen concentration at the fuel outlet of the fuel cell (outlet hydrogen concentration). The horizontal axis is the temperature in the fuel cell system. The reduction process proceeds while gradually raising the temperature inside the furnace. For safety, the hydrogen concentration in the supplied fuel gas is lowered until the temperature is sufficiently high and the power generation is ready after the reduction is completed. The outlet gas concentration of the spent fuel gas 1 discharged by reducing the fuel electrode and the lead film of the cell tube 3 is 5%, which is kept at a low constant value. However, since the hydrogen gas concentration is still 5% in the used state, it can be said that the fuel gas 1 supplied had a necessary amount.

【0104】更に、図2において、燃料電池セル11の
開放電圧(OCV)は、温度と共に緩やかに上昇してお
り、還元が良好に進んでいる。すなわち、十分な量の水
素ガスがあり、温度律速で還元が進んでいることが分か
る。実際の制御としては、まず、制御部13は、出口水
素濃度を予め設定した値(ここでは、5%)に設定し、
ガス調整弁15を調整して出口水素濃度5%を維持しな
がら、燃料ガスを流す。一方、制御部13は、温度と開
放電圧との関係のデータを(図示しない記憶部に)有
し、発電部の温度とデータから予測される開放電圧と、
実際の開放電圧(燃料電池セル11)とを比較する。そ
して、制御部13は、燃料電池セル11の開放電圧(V
OC)が、ある一定の水準(例えば予測値の±10%)
以内の場合、異常無しとして、そのままの制御を続け
る。しかし、実際の開放電圧が、一定の水準を下回った
場合、ガス調整弁15を調整し、燃料(水素)を増加さ
せ、開放電圧を適切な値になるようにする。
Further, in FIG. 2, the open circuit voltage (OCV) of the fuel cell unit 11 gradually rises with temperature, and the reduction is satisfactorily progressing. That is, it can be seen that there is a sufficient amount of hydrogen gas and the reduction proceeds at a temperature-controlled rate. As the actual control, first, the control unit 13 sets the outlet hydrogen concentration to a preset value (here, 5%),
The fuel gas is allowed to flow while adjusting the gas adjusting valve 15 to maintain the outlet hydrogen concentration of 5%. On the other hand, the control unit 13 has data (in a storage unit (not shown)) on the relationship between the temperature and the open circuit voltage, and the open circuit voltage predicted from the temperature of the power generation unit and the data,
The actual open circuit voltage (fuel cell 11) is compared. Then, the control unit 13 controls the open circuit voltage (V
OC) is a certain level (for example, ± 10% of the predicted value)
If it is within the range, it is determined that there is no abnormality and control continues as it is. However, when the actual open circuit voltage falls below a certain level, the gas regulating valve 15 is adjusted to increase the fuel (hydrogen) so that the open circuit voltage becomes an appropriate value.

【0105】続いて、温度が充分に上がった段階で、測
定された開放電圧(燃料電池セル11)が予め設定した
値(例えば1.2V)以上の場合、制御部13は、還元
が充分に進んでいると判断し、微弱な初期電流を流し、
各セルチューブ3の燃料電池セル及びリード膜が充分な
性能を有しているかを調べる。図4を参照して、横軸は
セルチューブ3の燃料電池セルを流れる電流である。ま
た、縦軸は、セルチューブ毎、(或いはセルチューブの
グループ毎)の電圧である。燃料電池セルの還元が上手
くいっていれば、曲線aに示すような電流電圧特性を示
す。制御部13は、微弱電流と電圧との関係が、予め
(図示しない記憶部に)有する電流と電圧との関係の基
準データと、実際の微弱電流と電圧との関係とを比較
し、ある一定の水準(例えば基準データの±2%)以内
の場合、異常無しとする。しかし、実際の微弱電流と電
圧との関係還元が、一定の水準を下回った場合、還元が
不充分と判断し、電流を切り、還元処理を再度行う。例
えば、曲線bに示す電流電圧特性では、内部抵抗が非常
に大きく、還元が不充分である。
Subsequently, when the measured open-circuit voltage (fuel cell 11) is equal to or higher than a preset value (for example, 1.2 V) when the temperature has risen sufficiently, the control unit 13 causes the reduction to be sufficient. Judge that it is progressing, apply a weak initial current,
It is examined whether the fuel cell and the lead film of each cell tube 3 have sufficient performance. Referring to FIG. 4, the horizontal axis represents the current flowing through the fuel cell of the cell tube 3. The vertical axis represents the voltage for each cell tube (or each group of cell tubes). If the reduction of the fuel cell is successful, the current-voltage characteristic as shown by the curve a is exhibited. The control unit 13 compares the relationship between the weak current and the voltage, the reference data of the relationship between the current and the voltage (in a storage unit (not shown)) that is stored in advance, and the actual relationship between the weak current and the voltage, and maintains a certain value. If it is within the level of (for example, ± 2% of the standard data), there is no abnormality. However, when the actual reduction of the relation between the weak current and the voltage is below a certain level, it is determined that the reduction is insufficient, the current is cut off, and the reduction process is performed again. For example, in the current-voltage characteristics shown by the curve b, the internal resistance is very large and the reduction is insufficient.

【0106】曲線bに示す状態は、燃料ガス1の供給量
が最も少ない燃料電池セル11よりも、更に燃料ガス1
の供給の少ないリード膜10における還元不足の可能性
がある。従って、それを防ぐためには、図8に示すよう
に燃料電池セル11ではなく、リード膜10の抵抗を監
視しておけば良い。図8の構成は、図7と同様であり、
ただし、計測ラインA17及び計測ラインB18をリー
ド膜10に接続している点が図7と異なる。図7と図8
とを一緒にして、燃料ガス1の供給量が最も少ない燃料
電池セル11及び更に燃料ガス1の供給の少ないリード
膜10に計測ラインを接続し、制御部13において制御
に用いれば、より還元処理を確実に行なうことが可能で
ある。
In the state shown by the curve b, the fuel gas 1 is supplied more than the fuel cell 11 in which the supply amount of the fuel gas 1 is the smallest.
There is a possibility of insufficient reduction in the lead film 10 in which the supply of oxygen is small. Therefore, in order to prevent this, the resistance of the lead film 10 may be monitored instead of the fuel cell 11 as shown in FIG. The configuration of FIG. 8 is similar to that of FIG.
However, the point that the measurement line A17 and the measurement line B18 are connected to the lead film 10 is different from FIG. 7 and 8
When the measurement line is connected to the fuel cell 11 that supplies the least amount of the fuel gas 1 and the lead film 10 that supplies the least amount of the fuel gas 1 together and is used for control by the control unit 13, Can be reliably performed.

【0107】微弱な初期電流を流し、図4における曲線
aのような電流電圧特性が得られれば、燃料電池セルは
良好な状態であり、通常の発電を開始する。
If a weak initial current is passed and the current-voltage characteristic as shown by the curve a in FIG. 4 is obtained, the fuel cell is in a good state and normal power generation is started.

【0108】供給室8内に燃料ガス1が、燃料ガス供給
管19とガス調節弁15とを介して燃料ガス導入管20
から供給される。燃料ガス1は、各セルチューブ3に対
して、その一端部から、ばらつきの無い流量で流入し、
セルチューブ3の他端部へ向けて流れる。このとき、セ
ルチューブ3の壁面(側面)部分に燃料ガス1が拡散
し、燃料電池セル11のアノード側に達する。一方、酸
化剤供給室4内のセルチューブ3の外周面に沿って酸素
や空気のような酸化剤ガス2が供給される。それらは燃
料電池セルのカソード側に達する。そして、燃料ガス1
と酸化剤ガス2との燃料電池セルにおける電気化学的反
応により、発電が行なわれ、電力が発生する。
The fuel gas 1 is supplied into the supply chamber 8 through the fuel gas supply pipe 19 and the gas control valve 15 and the fuel gas introduction pipe 20 is supplied.
Supplied from The fuel gas 1 flows into each cell tube 3 from one end thereof at a uniform flow rate,
It flows toward the other end of the cell tube 3. At this time, the fuel gas 1 diffuses on the wall surface (side surface) of the cell tube 3 and reaches the anode side of the fuel cell 11. On the other hand, the oxidant gas 2 such as oxygen or air is supplied along the outer peripheral surface of the cell tube 3 in the oxidant supply chamber 4. They reach the cathode side of the fuel cell. And fuel gas 1
The electrochemical reaction between the oxidant gas 2 and the oxidant gas 2 causes electric power to be generated and electric power to be generated.

【0109】使用済みの燃料ガス1は、セルチューブ3
の他端部から排出室9へ移動する。そして、燃料ガス出
口管23とガスセンサ14とを介して燃料ガス排出管2
5から排出される。一方、使用済みの酸化剤ガス2は、
酸化剤供給室4より酸化剤ガス排出管22から排出され
る。
The used fuel gas 1 is the cell tube 3
From the other end to the discharge chamber 9. Then, the fuel gas discharge pipe 2 is provided via the fuel gas outlet pipe 23 and the gas sensor 14.
Emitted from 5. On the other hand, the used oxidant gas 2 is
It is discharged from the oxidant supply chamber 4 through the oxidant gas discharge pipe 22.

【0110】以上のプロセスにより、セルチューブ3に
おけるリード膜10及び燃料電池セルの燃料極での、初
期の還元処理を自動的に行なうことが可能となり、人的
負担の低減と、コスト削減が可能となる。
By the process described above, it becomes possible to automatically carry out the initial reduction treatment at the lead film 10 in the cell tube 3 and the fuel electrode of the fuel cell unit, thereby reducing human burden and cost reduction. Becomes

【0111】(実施例4)本発明である燃料電池システ
ム及び燃料電池の運転方法の第四の実施の形態の構成に
ついて、図面を参照して説明する。図7は、本発明であ
る燃料電池システムの第四の実施の形態の構成を示す図
(断面図)であり、燃料電池システムは、燃料電池セル
管としてのセルチューブ3、酸化剤供給室4、管板C2
6、管板D27、供給室8、排出室9、リード膜10、
燃料電池セル11、制御部13、ガスセンサ14、ガス
調整部としてのガス調整弁15、調整弁制御ライン1
6、計測ラインA17、計測ラインB18、燃料供給管
としての燃料ガス供給管19及び燃料ガス導入管20、
酸化剤ガス供給管21、酸化剤ガス排出管22、燃料排
出管としての燃料ガス出口管23及び燃料ガス排出管2
5、ガスセンサライン24、支持体A28、支持体B2
9からなる。なお、図7の構成は、図示しない断熱及び
ガスリークの安全性を考慮した容器内に設置されてい
る。また、本図面においては、集電に関する構成につい
て、省略している。
(Embodiment 4) The construction of a fourth embodiment of the fuel cell system and the method of operating the fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a diagram (cross-sectional view) showing the configuration of the fourth embodiment of the fuel cell system according to the present invention. The fuel cell system includes a cell tube 3 as a fuel cell cell tube and an oxidant supply chamber 4. , Tube sheet C2
6, tube sheet D27, supply chamber 8, discharge chamber 9, lead film 10,
Fuel cell 11, control unit 13, gas sensor 14, gas adjusting valve 15 as a gas adjusting unit, adjusting valve control line 1
6, measurement line A17, measurement line B18, fuel gas supply pipe 19 as a fuel supply pipe and fuel gas introduction pipe 20,
Oxidant gas supply pipe 21, oxidant gas exhaust pipe 22, fuel gas outlet pipe 23 as fuel exhaust pipe, and fuel gas exhaust pipe 2
5, gas sensor line 24, support A28, support B2
It consists of 9. In addition, the configuration of FIG. 7 is installed in a container in consideration of heat insulation and gas leak safety not shown. In addition, in the present drawing, a configuration relating to current collection is omitted.

【0112】本実施例では、セルチューブ3が両端支持
(縦置き、横置き双方可能)となる。すなわち、支持体
A28及び支持体B29によって、2点で支持されてい
る。そして、供給室8側の管板C26及び排出室9側の
管板D27の2点でガスシールされている。すなわち、
2点でセルチューブを支持しつつ、支持して入る断熱材
とは別にシール専用の部材を導入している。燃料ガス1
は、供給室8からセルチューブ3に進入し、排出室9へ
排出されるという一方向(ワンスルー)のガスの流れで
ある。従って、案内管が不用な構造である。以上の点
が、実施例2と異なる。
In this embodiment, the cell tube 3 is supported at both ends (both vertically and horizontally). That is, it is supported at two points by the support A28 and the support B29. Gas sealing is performed at two points of the tube plate C26 on the supply chamber 8 side and the tube plate D27 on the discharge chamber 9 side. That is,
While supporting the cell tube at two points, a member dedicated to sealing is introduced in addition to the heat insulating material that is supported and entered. Fuel gas 1
Is a one-way (one-through) gas flow that enters the cell tube 3 from the supply chamber 8 and is discharged to the discharge chamber 9. Therefore, the guide tube is unnecessary. The above points are different from the second embodiment.

【0113】以下に各構成を詳細に説明する。図7を参
照して、燃料電池システムについて説明する。
Each configuration will be described in detail below. The fuel cell system will be described with reference to FIG. 7.

【0114】制御部13は、燃料電池セル11からの計
測ラインA17(後述)と計測ラインB18(後述)と
を介した電圧出力に基づいて、調整弁制御ライン16を
介してガス調整弁15を調整し、燃料ガス1の供給量を
制御する制御装置である。例えば、燃料電池セル11の
出力電圧が、予め設定された基準電圧Vs以下になった
場合、燃料ガス1の供給量を自動的に除々に増加させ、
出力電圧を基準電圧Vs以上を維持するようにする。基
準電圧Vsのデータを、制御部13内の記憶部(図示せ
ず)に有している。また、ガスセンサ14(後述)から
のガスセンサライン24を介した使用済み燃料ガス1の
水素濃度に基づいて、調整弁制御ライン16(後述)を
介してガス調整弁15(後述)を調整し、燃料ガス1の
供給量を制御することも可能である。その際、予め設定
された基準水素濃度CH2に入るように、供給側の水素
濃度を調整する。基準水素濃度CH2のデータを、制御
部13内の記憶部(図示せず)に有している。更に、両
方を同時に参考にして、供給する燃料ガス1の供給量を
決定することも可能である。その際、基準電圧Vsと基
準水素濃度CH2と供給される燃料ガス1の流量との関
係のデータを、制御部13内の記憶部(図示せず)に有
している。
The control unit 13 controls the gas adjusting valve 15 via the adjusting valve control line 16 based on the voltage output from the fuel cell 11 via the measuring line A17 (described later) and the measuring line B18 (described later). It is a control device that adjusts and controls the supply amount of the fuel gas 1. For example, when the output voltage of the fuel cell 11 becomes equal to or lower than the preset reference voltage Vs, the supply amount of the fuel gas 1 is automatically and gradually increased,
The output voltage is maintained at the reference voltage Vs or higher. Data of the reference voltage Vs is stored in a storage unit (not shown) in the control unit 13. Further, based on the hydrogen concentration of the spent fuel gas 1 from the gas sensor 14 (described later) via the gas sensor line 24, the gas regulating valve 15 (described later) is regulated via the regulating valve control line 16 (discussed below), and the fuel is adjusted. It is also possible to control the supply amount of the gas 1. At that time, the hydrogen concentration on the supply side is adjusted so that the preset reference hydrogen concentration C H2 is reached . Data of the reference hydrogen concentration C H2 is stored in a storage unit (not shown) in the control unit 13. Further, it is possible to determine the supply amount of the fuel gas 1 to be supplied by referring to both of them at the same time. At that time, the storage unit (not shown) in the control unit 13 has data on the relationship between the reference voltage Vs, the reference hydrogen concentration C H2 and the flow rate of the supplied fuel gas 1.

【0115】なお、制御部13は、燃料ガス1の制御だ
けでなく、燃料電池システム全体の制御を行なうための
制御装置と一体とすることも、別とすることも可能であ
る。
The control unit 13 may be integrated with or separate from a control device for controlling not only the fuel gas 1 but also the entire fuel cell system.

【0116】上記以外の制御部13の機能及び、他の構
成の機能については、実施例3と同様であるので、その
説明を省略する。
The functions of the control unit 13 other than the above and the functions of other configurations are the same as those in the third embodiment, and therefore the description thereof is omitted.

【0117】なお、燃料ガス1は、水素、メタン、プロ
パンや都市ガス等の燃料ガス1と水蒸気との混合ガスで
ある。ただし、燃料電池システム立上げ時には、窒素バ
ランスの水素ガスと水蒸気との混合ガスである。また、
酸化剤ガスは、酸素、空気、あるいはそれらを含む混合
ガスである。
The fuel gas 1 is a mixed gas of the fuel gas 1 such as hydrogen, methane, propane and city gas and water vapor. However, when starting up the fuel cell system, it is a mixed gas of nitrogen-balanced hydrogen gas and water vapor. Also,
The oxidant gas is oxygen, air, or a mixed gas containing them.

【0118】では、本発明である燃料電池システム及び
燃料電池の運転方法の第四の実施の形態の動作に関し
て、図面を参照して説明する。図7を参照して、このよ
うな構成をなす燃料電池システムにおいて、定常運転時
には、供給室8内に水素やメタンと水蒸気のような燃料
ガス1が、燃料ガス供給管19に供給される。そして、
制御部13に制御されたガス調整弁15において流量が
調整されながら、燃料ガス導入管20に達する。その
後、供給室8に供給され、そこから燃料ガス1は、各燃
料電池セル管であるセルチューブ3へに対してばらつき
の無い流量で流入する。
The operation of the fourth embodiment of the fuel cell system and fuel cell operating method according to the present invention will now be described with reference to the drawings. Referring to FIG. 7, in the fuel cell system having such a configuration, during steady operation, fuel gas 1 such as hydrogen, methane, and steam is supplied to fuel gas supply pipe 19 in supply chamber 8. And
The gas adjustment valve 15 controlled by the controller 13 adjusts the flow rate and reaches the fuel gas introduction pipe 20. After that, the fuel gas 1 is supplied to the supply chamber 8, and from there, the fuel gas 1 flows into the cell tubes 3, which are the fuel cell cells, at a uniform flow rate.

【0119】燃料ガス供給管19及び燃料ガス導入管2
0からの燃料ガス1は、供給室8からセルチューブ3の
一端部へ供給され、他端部へ向けて流れる。このとき、
セルチューブ3の壁面(側面)部分に燃料ガス1が拡散
し、燃料電池セル(燃料電池セル11を含む)のアノー
ド側に達する。一方、酸化剤供給室4内のセルチューブ
3の外周面に沿って酸素や空気のような酸化剤ガス2が
供給される。それらは燃料電池セル(燃料電池セル11
を含む)のカソード側に達する。そして、燃料ガス1と
酸化剤ガス2との燃料電池セル(燃料電池セル11を含
む)における電気化学的反応により、発電が行なわれ、
電力が発生する。
Fuel gas supply pipe 19 and fuel gas introduction pipe 2
The fuel gas 1 from 0 is supplied from the supply chamber 8 to one end of the cell tube 3 and flows toward the other end. At this time,
The fuel gas 1 diffuses on the wall surface (side surface) portion of the cell tube 3 and reaches the anode side of the fuel cell (including the fuel cell 11). On the other hand, the oxidant gas 2 such as oxygen or air is supplied along the outer peripheral surface of the cell tube 3 in the oxidant supply chamber 4. They are fuel cells (fuel cell 11
(Including) is reached. Electric power is generated by an electrochemical reaction between the fuel gas 1 and the oxidant gas 2 in the fuel cell (including the fuel cell 11),
Electricity is generated.

【0120】この時、制御部13は、燃料ガス1の流路
の最終端に設けられた燃料電池セル11の電圧を測定す
る。すなわち、燃料ガス1の供給量が燃料電池システム
の中で最も少ないセルチューブ3の、最も供給量が少な
い(排出室8に最も近い)燃料電池セル11の電圧を測
定し、監視している。そして、その電圧の測定結果に基
づいて、制御部13は、燃料ガス1の流量を調整するた
めにガス調節弁15の制御を行なう。
At this time, the control unit 13 measures the voltage of the fuel cell 11 provided at the final end of the flow path of the fuel gas 1. That is, the voltage of the fuel cell 11 having the smallest supply amount (closest to the discharge chamber 8) of the cell tube 3 having the smallest supply amount of the fuel gas 1 in the fuel cell system is measured and monitored. Then, based on the measurement result of the voltage, the control unit 13 controls the gas regulating valve 15 to regulate the flow rate of the fuel gas 1.

【0121】上記のように燃料電池セル11において、
充分な量の燃料ガス1が供給され、正常な運転がなされ
ていることを前提として、以下のような制御を行なうこ
とも可能である。制御部13は、ガスセンサ14で、燃
料電池システムにおける出口での、燃料ガス1の排出時
の水素濃度(以下「出口水素濃度」)を測定している。
ここでの値を、予め設定された値以下に抑えるようにす
る。設定値以下に保つのは、燃料利用率を、予め設定さ
れた値以上に保つためである。
In the fuel cell 11 as described above,
It is also possible to perform the following control on the assumption that a sufficient amount of fuel gas 1 is supplied and normal operation is performed. The control unit 13 uses the gas sensor 14 to measure the hydrogen concentration at the outlet of the fuel cell system when the fuel gas 1 is discharged (hereinafter, “outlet hydrogen concentration”).
The value here is kept below a preset value. Keeping the value below the set value is for keeping the fuel utilization rate above the preset value.

【0122】図5を参照して、縦軸は、セルチューブ3
(あるいは複数のセルチューブ3からなるグループ)の
出力電圧であり、横軸は、運転経過時間(時間t
近)である。運転中のある時点(tの直前)におい
て、出力電圧が、予め設定された基準電圧Vsを下回っ
た場合、一定時間経過の後、時間tにおいて、制御部
13は、ガス調節弁15を調整して燃料ガス1流量を少
しずつ増加させる。そして、それにより、各燃料電池セ
ルへの燃料ガス1の供給が増え、燃料電池セル11の出
力電圧を基準電圧Vs以上に回復させることができるよ
うに、制御部13はガス調節弁15を制御する。
With reference to FIG. 5, the vertical axis represents the cell tube 3
(Or a plurality of groups of cell tube 3) is the output voltage of the horizontal axis is the operation elapsed time (around time t A). When the output voltage falls below a preset reference voltage Vs at a certain point in time (immediately before t A ) during operation, after a lapse of a certain time, at a time t A , the control unit 13 turns on the gas control valve 15. Adjust to gradually increase the fuel gas 1 flow rate. Then, as a result, the supply of the fuel gas 1 to each fuel cell increases, and the control unit 13 controls the gas control valve 15 so that the output voltage of the fuel cell 11 can be restored to the reference voltage Vs or higher. To do.

【0123】このとき、燃料ガス1流量を大幅に増やす
のではなく、基準電圧Vsを満たす程度(曲線cの時間
における電圧変化を参照)に少しだけ増やすのが重
要である。これにより、燃料側と空気側との間に大きな
差圧を発生させることはない。
At this time, it is important not to increase the flow rate of the fuel gas 1 to a large extent, but to slightly increase it to the extent that the reference voltage Vs is satisfied (see the voltage change at the time t A of the curve c). As a result, a large pressure difference is not generated between the fuel side and the air side.

【0124】従来例を図6に示す。図6を参照して、縦
軸は、セルチューブ3(あるいは複数のセルチューブ3
からなるグループ)の出力電圧であり、横軸は、運転経
過時間(時間t付近)である。従来、出力電圧が、予
め設定された基準電圧Vsを下回った場合、インターロ
ックを発生させ、負荷遮断を行ない、燃料電池セルを保
護していた。しかし、電流停止に伴う急激なガス流量変
化により、燃料側と空気側との間に大きな差圧が発生
し、セルを損傷する可能性があった。しかし、本実施例
では、上記のように電流を停止せず(負荷遮断を行なわ
ず)、燃料ガス1の流量変化も極力抑えるようにしてい
るので、セルを損傷する可能性が無く、安全で信頼性の
高い方法である。
FIG. 6 shows a conventional example. Referring to FIG. 6, the vertical axis represents the cell tube 3 (or a plurality of cell tubes 3
The output voltage of the (group consisting of) and the horizontal axis are the elapsed operation time (near time t A ). Conventionally, when the output voltage is lower than a preset reference voltage Vs, an interlock is generated, a load is cut off, and a fuel cell is protected. However, due to the rapid gas flow rate change due to the current stoppage, a large pressure difference was generated between the fuel side and the air side, possibly damaging the cell. However, in the present embodiment, as described above, the current is not stopped (the load is not cut off) and the change in the flow rate of the fuel gas 1 is suppressed as much as possible, so that there is no possibility of damaging the cell and the safety is ensured. It is a reliable method.

【0125】使用済みの燃料ガス1は、セルチューブ3
の上端部(一端部)から排出室9へ移動する。そして、
燃料ガス出口管23とガスセンサ14とを介して燃料ガ
ス排出管25から排出される。一方、使用済みの酸化剤
ガス2は、酸化剤供給室4より酸化剤ガス排出管22か
ら排出される。
The used fuel gas 1 is the cell tube 3
From the upper end portion (one end portion) to the discharge chamber 9. And
It is discharged from the fuel gas discharge pipe 25 via the fuel gas outlet pipe 23 and the gas sensor 14. On the other hand, the used oxidant gas 2 is discharged from the oxidant supply chamber 4 through the oxidant gas discharge pipe 22.

【0126】以上のプロセスにより、セルチューブ3に
ける燃料電池セルの電圧値を監視により、燃料電池セル
の出力異常に対する自動的な対応が可能となり、人的負
担の低減と、コスト削減が可能となる。
By the above process, by monitoring the voltage value of the fuel cell in the cell tube 3, it becomes possible to automatically cope with the output abnormality of the fuel cell, thereby reducing the human burden and the cost. Become.

【0127】本発明により、セルチューブ3にけるリー
ド膜及び燃料電池セルの燃料極での、初期の還元処理
を、燃料電池セル11の電圧監視により、自動的に行な
うことが可能となる。従って、従来のような人的負担が
必要無くなり、労力の削減が計れる。
According to the present invention, the initial reduction process at the lead film in the cell tube 3 and the fuel electrode of the fuel cell can be automatically performed by monitoring the voltage of the fuel cell 11. Therefore, there is no need for a human burden as in the past, and labor can be reduced.

【0128】また、最も燃料(水素)ガスの供給量が少
ない燃料電池セルのみについて監視すればよいので、装
置が簡便であり、容易に実行が可能である。従って、低
コストで行なうことが可能である。
Since only the fuel cells with the least amount of fuel (hydrogen) gas supplied need to be monitored, the device is simple and can be easily executed. Therefore, it can be performed at low cost.

【0129】加えて、還元処理の不充分な燃料電池セル
及びリード膜が無くなったことを確実に確認できるの
で、燃料電池システムの立上げを早期に確実に終了する
ことが出来る。従って、故障や不安定な運転状況などを
排除でき、信頼性及び安定性を向上させることが可能と
なる。
In addition, since it can be confirmed with certainty that the fuel cells and the lead film for which the reduction process has been insufficient have been lost, the start-up of the fuel cell system can be completed surely early. Therefore, it is possible to eliminate failures and unstable operating conditions, and improve reliability and stability.

【0130】また、燃料電池セルの電圧異常に対して
も、急激なインターロックによる負荷遮断を行なうこと
なく、緩やかな燃料ガス1の流量制御により、燃料電池
システムに負担のかからない対応を実施することが可能
となる。従って、システムの信頼性や長期信頼性を有す
ることが可能となる。
In addition, even if the voltage of the fuel cell unit is abnormal, the load of the fuel gas is not suddenly cut off and the flow rate of the fuel gas 1 is gently controlled so that the fuel cell system is not overloaded. Is possible. Therefore, it becomes possible to have system reliability and long-term reliability.

【0131】[0131]

【発明の効果】本発明により、燃料電池の状況に応じて
水素濃度を自動的に制御することにより、燃料電池の電
圧等を確認しながら、安定的に還元することが可能とな
る。
According to the present invention, by automatically controlling the hydrogen concentration according to the condition of the fuel cell, it is possible to perform stable reduction while confirming the voltage of the fuel cell and the like.

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

【図1】本発明である燃料電池システム及び燃料電池の
運転方法の第一及び第二実施の形態の構成を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of first and second embodiments of a fuel cell system and a method of operating a fuel cell according to the present invention.

【図2】本発明である燃料電池システム及び燃料電池の
運転方法の実施の形態における開放電圧及び出口水素濃
度と運転温度との関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an open circuit voltage, an outlet hydrogen concentration and an operating temperature in an embodiment of a fuel cell system and a fuel cell operating method according to the present invention.

【図3】本発明である燃料電池システム及び燃料電池の
運転方法の第一及び第二実施の形態の他の構成を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing another configuration of the first and second embodiments of the fuel cell system and the method of operating the fuel cell according to the present invention.

【図4】本発明である燃料電池システム及び燃料電池の
運転方法の実施の形態における燃料電池セルの電圧と電
流との関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the voltage and current of the fuel cell in the embodiment of the fuel cell system and the method of operating the fuel cell according to the present invention.

【図5】本発明である燃料電池システム及び燃料電池の
運転方法の実施の形態における燃料電池セルの電圧と運
転時間との関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a voltage of a fuel cell and an operating time in an embodiment of a fuel cell system and a fuel cell operating method according to the present invention.

【図6】従来例における燃料電池セルの電圧と運転時間
との関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a voltage of a fuel cell unit and an operating time in a conventional example.

【図7】本発明である燃料電池システム及び燃料電池の
運転方法の第三及び第四実施の形態の構成を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing configurations of third and fourth embodiments of a fuel cell system and a fuel cell operating method according to the present invention.

【図8】本発明である燃料電池システム及び燃料電池の
運転方法の第三及び第四実施の形態の他の構成を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing another configuration of the third and fourth embodiments of the fuel cell system and the method of operating the fuel cell according to the present invention.

【図9】従来の技術の実施の形態における開放電圧及び
出口水素濃度と運転温度との関係を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between an open circuit voltage, an outlet hydrogen concentration, and an operating temperature in an embodiment of a conventional technique.

【図10】従来の技術の実施の形態の構成を示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料ガス 2 酸化剤ガス 3 セルチューブ 4 酸化剤供給室 5 ヘッダ 6 管板A6 7 管板B7 8 供給室 9 排出室 10 リード膜 11 燃料電池セル 12 案内管 13 制御部 14 ガスセンサ 15 ガス調整弁 16 調整弁制御ライン 17 計測ラインA 18 計測ラインB 19 燃料ガス供給管 20 燃料ガス導入管 21 酸化剤ガス供給管 22 酸化剤ガス排出室 23 燃料ガス出口管 24 ガスセンサライン 25 燃料ガス排出管 26 管板C 27 管板D 28 支持体A 29 支持体B 110 ヘッダ 110a 仕切板 110b 底板 110c 供給室 110d 排出室 111 セルチューブ 112 案内管 1 fuel gas 2 Oxidizer gas 3 cell tube 4 Oxidant supply room 5 header 6 tube sheet A6 7 Tube plate B7 8 supply rooms 9 discharge chamber 10 Lead film 11 Fuel cells 12 guide tubes 13 Control unit 14 Gas sensor 15 Gas adjustment valve 16 Regulator valve control line 17 Measuring line A 18 Measuring line B 19 Fuel gas supply pipe 20 Fuel gas introduction pipe 21 Oxidant gas supply pipe 22 Oxidant gas discharge chamber 23 Fuel gas outlet pipe 24 Gas sensor line 25 Fuel gas exhaust pipe 26 Tube Sheet C 27 Tube Sheet D 28 Support A 29 Support B 110 header 110a partition plate 110b bottom plate 110c supply room 110d discharge chamber 111 cell tube 112 Guide tube

フロントページの続き (72)発明者 永田 勝巳 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 池田 浩二 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 Fターム(参考) 5H026 AA06 CC06 CC10 CV02 CV06 CX09 HH06 5H027 AA06 KK25 KK31 KK51 KK54 MM09 Continued front page    (72) Inventor Katsumi Nagata             1-1 Satinoura Town, Nagasaki City, Nagasaki Prefecture Mitsubishi Heavy Industries             Nagasaki Shipyard Co., Ltd. (72) Inventor Koji Ikeda             1-1 Satinoura Town, Nagasaki City, Nagasaki Prefecture Mitsubishi Heavy Industries             Nagasaki Shipyard Co., Ltd. F-term (reference) 5H026 AA06 CC06 CC10 CV02 CV06                       CX09 HH06                 5H027 AA06 KK25 KK31 KK51 KK54                       MM09

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】燃料ガスの流量を調整するガス調整部を有
する、前記燃料ガスを供給する燃料供給管と、 開放端を有する内管と閉塞端を有する外管の二重管構造
を有し、前記外管の外面に燃料電池セルを形成した燃料
電池セル管と、 前記燃料供給管からの燃料ガスが前記内管を通って前記
閉塞端で折り返され、前記内管と前記外管との間を流
れ、前記燃料ガスの流路の最終端に設けられた燃料電池
セルの電圧を測定し、前記電圧の測定結果に基づいて、
前記ガス調節部の制御を行なう制御部と、 を具備する、 燃料電池システム。
1. A double-pipe structure having a fuel supply pipe for supplying the fuel gas, which has a gas adjusting portion for adjusting the flow rate of the fuel gas, an inner pipe having an open end and an outer pipe having a closed end. A fuel battery cell tube having fuel cells formed on the outer surface of the outer tube, and fuel gas from the fuel supply tube is folded back at the closed end through the inner tube, and the inner tube and the outer tube Flowing through, measuring the voltage of the fuel cell provided at the final end of the flow path of the fuel gas, based on the measurement result of the voltage,
A fuel cell system, comprising: a controller that controls the gas regulator.
【請求項2】燃料ガスの流量を調整するガス調整部を有
する、前記燃料ガスを供給する燃料供給管と、 基体管の表面に燃料電池セルを形成した燃料電池セル管
と、 前記燃料供給管からの燃料ガスが前記燃料電池セル管を
流れ、前記燃料ガスの流路の最終端に設けられた燃料電
池セルの電圧を測定し、前記電圧の測定結果に基づい
て、前記ガス調節部の制御を行なう制御部と、 を具備する、 燃料電池システム。
2. A fuel supply pipe for supplying the fuel gas, the fuel supply pipe having a gas adjusting portion for adjusting the flow rate of the fuel gas, a fuel battery cell pipe having fuel battery cells formed on the surface of a base pipe, and the fuel supply pipe. From the fuel gas flowing through the fuel cell tube, the voltage of the fuel cell provided at the final end of the flow path of the fuel gas is measured, based on the measurement result of the voltage, the control of the gas adjustment unit A fuel cell system comprising:
【請求項3】燃料ガスの流量を調整するガス調整部を有
する、前記燃料ガスを供給する燃料供給管と、 開放端を有する内管と閉塞端を有する外管の二重管構造
を有し、前記外管の外面に燃料電池セルと、発電された
電力を取出すリード膜とを形成した燃料電池セル管と、 前記燃料供給管からの燃料ガスが前記内管を通って前記
閉塞端で折り返され、前記内管と前記外管との間を流
れ、前記燃料ガスの流路の最終端に設けられたリード膜
の抵抗を測定し、前記抵抗の測定結果に基づいて、前記
ガス調節部の制御を行なう制御部と、 を具備する、 燃料電池システム。
3. A double pipe structure having a fuel supply pipe for supplying the fuel gas, having a gas adjusting portion for adjusting the flow rate of the fuel gas, an inner pipe having an open end and an outer pipe having a closed end. A fuel cell formed with a fuel cell on the outer surface of the outer tube and a lead film for taking out the generated electric power; Flow between the inner tube and the outer tube, to measure the resistance of the lead film provided at the final end of the flow path of the fuel gas, based on the measurement result of the resistance, A fuel cell system comprising: a control unit that performs control.
【請求項4】燃料ガスの流量を調整するガス調整部を有
する、前記燃料ガスを供給する燃料供給管と、 基体管の表面に燃料電池セルと、発電された電力を取出
すリード膜とを形成した燃料電池セル管と、 前記燃料供給管からの燃料ガスが前記燃料電池セル管を
流れ、前記燃料ガスの流路の最終端に設けられたリード
膜の抵抗を測定し、前記抵抗の測定結果に基づいて、前
記ガス調節部の制御を行なう制御部と、 を具備する、 燃料電池システム。
4. A fuel supply pipe for supplying the fuel gas, which has a gas adjusting portion for adjusting the flow rate of the fuel gas, a fuel cell on the surface of the base pipe, and a lead film for taking out the generated electric power. And the fuel cell from the fuel supply pipe, the fuel gas flows from the fuel cell pipe, the resistance of the lead film provided at the final end of the flow path of the fuel gas is measured, the measurement result of the resistance. And a control unit that controls the gas control unit based on the above.
【請求項5】前記燃料ガスの排出時の水素濃度を測定す
るガスセンサを有する、前記燃料ガスを排出する燃料排
出管と、 を更に具備し、 前記制御部は、前記電圧の測定結果と前記水素濃度測定
の結果とに基づいて、前記ガス調節部の制御を行なう、 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の燃料電池システ
ム。
5. A fuel discharge pipe for discharging the fuel gas, the fuel discharge pipe having a gas sensor for measuring a hydrogen concentration at the time of discharging the fuel gas, wherein the control unit has the voltage measurement result and the hydrogen. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas regulator is controlled based on a result of concentration measurement.
【請求項6】前記燃料電池セル管は、他の燃料電池セル
管よりも燃料ガスの供給量が少ない、 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の燃料電池システ
ム。
6. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell cell pipe supplies a smaller amount of fuel gas than other fuel cell cell pipes.
【請求項7】基体管の表面に形成された燃料電池セルに
燃料ガスを供給するステップと、 前記燃料電池セルの内、前記燃料ガスの流路における最
後の燃料電池セルの電圧を測定するステップと、 前記電圧の測定結果に基づいて、前記燃料ガスの供給量
を制御するステップと、 を具備する、 燃料電池運転方法。
7. A step of supplying a fuel gas to a fuel cell formed on the surface of a substrate tube, and a step of measuring the voltage of the last fuel cell in the flow path of the fuel gas among the fuel cell. And a step of controlling the supply amount of the fuel gas based on the measurement result of the voltage, the fuel cell operating method.
【請求項8】基体管の表面に形成された燃料電池セルが
発電した電力を取出すリード膜に燃料ガスを供給するス
テップと、 前記リード膜の内、前記燃料ガスの流路における最後の
リード膜の抵抗を測定するステップと、 前記抵抗の測定結果に基づいて、前記燃料ガスの供給量
を制御するステップと、 を具備する、 燃料電池運転方法。
8. A step of supplying a fuel gas to a lead film for taking out electric power generated by a fuel cell formed on a surface of a substrate tube, and a final lead film in the flow path of the fuel gas among the lead films. Measuring the resistance of the fuel cell, and controlling the supply amount of the fuel gas based on the measurement result of the resistance.
【請求項9】前記燃料ガスの排出時の水素濃度を測定す
るステップと、 を更に具備し、 前記燃料ガスの供給量を制御するステップは、前記電圧
又は抵抗測定の結果と前記水素濃度測定の結果に基づい
て行なわれる、 請求項7又は8に記載の燃料電池運転方法。
9. The method further comprising the step of measuring a hydrogen concentration when the fuel gas is discharged, wherein the step of controlling the supply amount of the fuel gas comprises the result of the voltage or resistance measurement and the hydrogen concentration measurement. The fuel cell operating method according to claim 7, which is performed based on the result.
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006172944A (en) * 2004-12-16 2006-06-29 Tokyo Gas Co Ltd Horizontal-striped solid oxide type fuel cell bundle and unit
JP2007087756A (en) * 2005-09-21 2007-04-05 Toto Ltd Solid oxide fuel cell
JP2007123139A (en) * 2005-10-31 2007-05-17 Kyocera Corp Fuel cell system, and its fuel cell and cell for fuel cell
JP2008010367A (en) * 2006-06-30 2008-01-17 Toyota Motor Corp Diagnostic device and diagnostic method of fuel cell
JP2008288051A (en) * 2007-05-18 2008-11-27 Nissan Motor Co Ltd Insulating container for fuel cell stack and fuel cell device
JP2011054377A (en) * 2009-09-01 2011-03-17 Toto Ltd Fuel cell system
WO2011102290A1 (en) * 2010-02-16 2011-08-25 Toto株式会社 Fuel cell system
JP2011175946A (en) * 2010-02-26 2011-09-08 Toto Ltd Fuel cell device
JP2013161662A (en) * 2012-02-06 2013-08-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Evaluation method of fuel electrode
JP2014053177A (en) * 2012-09-07 2014-03-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Solid oxide fuel cell system and method for stopping solid oxide fuel cell system
JP2015079731A (en) * 2013-09-11 2015-04-23 三浦工業株式会社 Fuel cell system
JP2018106891A (en) * 2016-12-26 2018-07-05 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Control device of reduction processing system, reduction processing system, control method of reduction processing system, and control program of reduction processing system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0982348A (en) * 1995-09-11 1997-03-28 Yoyu Tansanengata Nenryo Denchi Hatsuden Syst Gijutsu Kenkyu Kumiai Fuel cell
JPH09306519A (en) * 1996-05-14 1997-11-28 Fuji Electric Co Ltd Power generating device for phosphoric acid fuel cell
JPH10106602A (en) * 1996-10-03 1998-04-24 Fuji Electric Co Ltd Phosphoric acid fuel cell
JP2000058095A (en) * 1998-08-07 2000-02-25 Kyushu Electric Power Co Inc Inspection method for solid-electrolyte fuel cell
JP2001060462A (en) * 1999-08-23 2001-03-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Cell-tube sealing structure

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0982348A (en) * 1995-09-11 1997-03-28 Yoyu Tansanengata Nenryo Denchi Hatsuden Syst Gijutsu Kenkyu Kumiai Fuel cell
JPH09306519A (en) * 1996-05-14 1997-11-28 Fuji Electric Co Ltd Power generating device for phosphoric acid fuel cell
JPH10106602A (en) * 1996-10-03 1998-04-24 Fuji Electric Co Ltd Phosphoric acid fuel cell
JP2000058095A (en) * 1998-08-07 2000-02-25 Kyushu Electric Power Co Inc Inspection method for solid-electrolyte fuel cell
JP2001060462A (en) * 1999-08-23 2001-03-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Cell-tube sealing structure

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006172944A (en) * 2004-12-16 2006-06-29 Tokyo Gas Co Ltd Horizontal-striped solid oxide type fuel cell bundle and unit
JP2007087756A (en) * 2005-09-21 2007-04-05 Toto Ltd Solid oxide fuel cell
JP2007123139A (en) * 2005-10-31 2007-05-17 Kyocera Corp Fuel cell system, and its fuel cell and cell for fuel cell
JP2008010367A (en) * 2006-06-30 2008-01-17 Toyota Motor Corp Diagnostic device and diagnostic method of fuel cell
JP2008288051A (en) * 2007-05-18 2008-11-27 Nissan Motor Co Ltd Insulating container for fuel cell stack and fuel cell device
JP2011054377A (en) * 2009-09-01 2011-03-17 Toto Ltd Fuel cell system
WO2011102290A1 (en) * 2010-02-16 2011-08-25 Toto株式会社 Fuel cell system
JP2011170983A (en) * 2010-02-16 2011-09-01 Toto Ltd Fuel cell system
JP2011175946A (en) * 2010-02-26 2011-09-08 Toto Ltd Fuel cell device
JP2013161662A (en) * 2012-02-06 2013-08-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Evaluation method of fuel electrode
JP2014053177A (en) * 2012-09-07 2014-03-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Solid oxide fuel cell system and method for stopping solid oxide fuel cell system
JP2015079731A (en) * 2013-09-11 2015-04-23 三浦工業株式会社 Fuel cell system
JP2018106891A (en) * 2016-12-26 2018-07-05 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Control device of reduction processing system, reduction processing system, control method of reduction processing system, and control program of reduction processing system

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