JP2005044653A - Fuel cell system and operation method of fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システム、及びその燃料電池システムの運転方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system that generates power using a fuel cell, and a method for operating the fuel cell system.
従来の燃料電池システムには、図10に示すような構成のものがある。図10に示すとおり、従来の燃料電池システムは、燃料極(図示せず)及び空気極(図示せず)を有する燃料電池1と、外部から供給される天然ガス中の硫黄成分を除去する脱硫器3と、脱硫器3から供給される天然ガスと水蒸気とを用いた水蒸気改質反応により水素リッチな改質ガスを生成する燃料処理器2と、燃料処理器2を加熱するためのバーナ4とを備えている。
A conventional fuel cell system has a configuration as shown in FIG. As shown in FIG. 10, the conventional fuel cell system includes a
燃料電池1の空気極には、空気供給路7aを介して、外部から空気が供給される。また、燃料電池1の燃料極には、改質ガス供給路7bを介して、燃料処理器2において生成された改質ガスが供給される。燃料電池1において、このようにして供給された空気中の酸素と改質ガス中の水素とを反応させることによって発電が行われる。
Air is supplied to the air electrode of the
なお、燃料電池1において反応に利用されなかった空気は排気路7cから排出される。また、同じく反応に利用されなかった未反応ガスは未反応ガス供給路7dを介してバーナ4へ供給される。
In addition, the air which was not utilized for reaction in the
また、天然ガスが通流する天然ガス供給路7eには、天然ガスの供給元と脱硫器3との間に天然ガスの通流/遮断を行うための電磁弁5が、脱硫器3と燃料処理器2との間に脱硫器3へガスが逆流することを防止するための電磁弁6がそれぞれ設けられている。
Further, in the natural
以上のように構成された従来の燃料電池システムが運転を開始する場合、前述したように、外部から空気が、燃料処理器2から改質ガスが燃料電池1にそれぞれ供給される。その結果、燃料電池1において発電が開始される。
When the conventional fuel cell system configured as described above starts operation, air is supplied from the outside and the reformed gas is supplied from the
一方、従来の燃料電池システムが運転を終了する場合においては、電磁弁5を閉じることによって燃料電池システムへの天然ガスの供給を遮断するとともに、電磁弁6を閉じることによって脱硫器3へのガスの逆流を防止する。
On the other hand, when the operation of the conventional fuel cell system is terminated, the supply of natural gas to the fuel cell system is shut off by closing the
このように、従来の燃料電池システムには、燃料処理器より上流の天然ガス供給路に複数の電磁弁を設けているものがある(例えば、特許文献1を参照。)。また、燃料処理器より下流の改質ガス供給路及び未反応ガス供給路等に複数の電磁弁を設けているものもある(例えば、特許文献2を参照。)。
ところで、前述したように、従来の燃料電池システムは運転を終了させる場合に電磁弁5,6を閉じるため、脱硫器3、燃料処理器2、及び燃料電池1を含むガス供給路において閉鎖経路が生じることになる。システム運転中においては、システム内部の温度は数10℃で安定しているが、システム運転終了後ではこの温度が低下する。また、脱硫器3は吸着反応により天然ガスから硫黄成分を除去している。これらの理由により、システムの運転終了時に形成される閉鎖経路では圧力低下が生じる。
By the way, as described above, the conventional fuel cell system closes the
このように、閉鎖経路で圧力低下が生じた場合、閉鎖経路が負圧となり、その結果電磁弁5,6が固着してしまうために正常に作動しなくなったり、外部から空気が流入することにより脱硫器3の性能劣化が引き起こされる等の不都合が生じる場合がある。
In this way, when a pressure drop occurs in the closed path, the closed path becomes negative pressure, and as a result, the
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は運転終了後に形成される流路の閉鎖経路の負圧化を回避し、良好な運転を継続させることができる燃料電池システム、及びその燃料電池システムの運転方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the object thereof is a fuel cell system capable of avoiding negative pressure in a closed path of a flow path formed after the end of operation and continuing good operation. And providing an operation method of the fuel cell system.
前記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、外部の供給元から供給される原料ガスを用いて燃料ガスを生成する燃料処理器と、前記燃料処理器を加熱するためのバーナと、前記燃料処理器から供給される燃料ガスと外部から供給される酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、前記供給元から前記燃料処理器へ原料ガスを供給するための原料ガス供給路と、前記燃料処理器から前記燃料電池へ燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、前記燃料電池から前記バーナへ前記燃料電池にて反応に利用されなかった未反応ガスを供給するための未反応ガス供給路と、前記原料ガス供給路、前記燃料ガス供給路及び前記未反応ガス供給路のうち少なくとも1つの供給路を流れるガスの通流/遮断を行うための複数の弁と、前記複数の弁の開閉動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、運転を終了させる場合に、特定の位置よりガスの通流方向の上流に位置する前記弁を閉状態とするとともに、残りの弁を開状態とし、所定時間経過した後に、前記閉状態とされた弁のうち、前記通流方向の最下流に位置する弁よりも上流に位置する弁を一時的に開状態とすることにより、前記閉状態とされた弁により形成される経路に原料ガスの元圧を与えるように構成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a fuel cell system of the present invention includes a fuel processor that generates a fuel gas using a raw material gas supplied from an external supply source, and a burner that heats the fuel processor. , A fuel cell that generates power using a fuel gas supplied from the fuel processor and an oxidant gas supplied from the outside, and a raw material gas supply for supplying the raw material gas from the supply source to the fuel processor A fuel gas supply path for supplying fuel gas from the fuel processor to the fuel cell, and for supplying unreacted gas that has not been used for reaction in the fuel cell from the fuel cell to the burner. A plurality of valves for conducting / blocking a gas flowing through at least one of the raw gas supply path, the fuel gas supply path, and the unreacted gas supply path; Above A control unit that controls the opening and closing operation of a number of valves, and when the operation is terminated, the control unit closes the valve located upstream in the gas flow direction from a specific position, The remaining valves are opened, and after a predetermined time has elapsed, among the valves that are in the closed state, the valves that are located upstream of the valve that is located on the most downstream side in the flow direction are temporarily opened. By this, it is comprised so that the original pressure of source gas may be given to the path | route formed with the valve made into the said closed state.
このように構成すると、運転終了の際に形成される閉鎖経路の負圧化を回避することができ、良好な運転を継続させることが可能となる。 If comprised in this way, the negative pressure of the closed path | route formed at the time of completion | finish of operation can be avoided, and it becomes possible to continue favorable driving | operation.
また、前記発明に係る燃料電池システムにおいて、前記閉状態とされた弁により形成される経路の圧力を測定する圧力測定手段を更に備え、前記制御部は、前記圧力測定手段による測定値が所定値以下となったときに、前記閉状態とされた弁のうち、前記通流方向の最下流に位置する弁よりも上流に位置する弁を一時的に開状態とすることにより、前記閉状態とされた弁により形成される経路に原料ガスの元圧を与えるように構成されていることが好ましい。 The fuel cell system according to the invention further includes pressure measuring means for measuring a pressure of a path formed by the valve in the closed state, and the control unit has a predetermined value measured by the pressure measuring means. Among the valves that are in the closed state when the following, the valve that is located upstream from the valve that is located in the most downstream in the flow direction is temporarily opened, It is preferable that the original pressure of the source gas is applied to the path formed by the formed valve.
また、前記発明に係る燃料電池システムにおいて、前記閉状態とされた弁により形成される経路の温度を測定する温度測定手段を更に備え、前記制御部は、前記温度測定手段による測定値が所定値以下となったときに、前記閉状態とされた弁のうち、前記通流方向の最下流に位置する弁よりも上流に位置する弁を一時的に開状態とすることにより、前記閉状態とされた弁により形成される経路に原料ガスの元圧を与えるように構成されていることが好ましい。 The fuel cell system according to the invention further includes temperature measuring means for measuring a temperature of a path formed by the closed valve, and the control unit has a predetermined value measured by the temperature measuring means. Among the valves that are in the closed state when the following, the valve that is located upstream from the valve that is located in the most downstream in the flow direction is temporarily opened, It is preferable that the original pressure of the source gas is applied to the path formed by the formed valve.
また、前記発明に係る燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記通流方向の最下流に位置する弁よりも上流に位置する弁が複数ある場合に、当該複数の弁のうち上流側の弁から順次一時的に開状態とするように構成されていることが好ましい。 Further, in the fuel cell system according to the invention, when the control unit includes a plurality of valves positioned upstream from the valve positioned most downstream in the flow direction, an upstream side valve among the plurality of valves. It is preferable to be configured so as to be sequentially opened from the beginning.
また、前記発明に係る燃料電池システムにおいて、外部の供給元から供給される原料ガスに含まれる硫黄成分を除去する脱硫器を更に備え、当該脱硫器は、前記ガスの通流/遮断を行うための複数の弁よりも上流に配設されていることが好ましい。 The fuel cell system according to the invention further includes a desulfurizer that removes a sulfur component contained in the raw material gas supplied from an external supply source, and the desulfurizer performs the flow / cut-off of the gas. It is preferable that it is arrange | positioned upstream from these several valves.
また、本発明に係る燃料電池システムは、外部の供給元から供給される原料ガスを用いて燃料ガスを生成する燃料処理器と、前記燃料処理器を加熱するためのバーナと、前記燃料処理器から供給される燃料ガスと外部から供給される酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、前記供給元から前記燃料処理器へ原料ガスを供給するための原料ガス供給路と、前記燃料処理器から前記燃料電池へ燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、前記燃料電池から前記バーナへ前記燃料電池にて反応に利用されなかった未反応ガスを供給するための未反応ガス供給路と、前記原料ガス供給路、前記燃料ガス供給路及び前記未反応ガス供給路のうち少なくとも1つの供給路を流れるガスの通流/遮断を行うための複数の弁とを備え、前記複数の弁よりも上流に配され、外部の供給元から供給される原料ガスに含まれる硫黄成分を除去する脱硫器を備えることを特徴とする。 Further, the fuel cell system according to the present invention includes a fuel processor that generates a fuel gas using a raw material gas supplied from an external supply source, a burner for heating the fuel processor, and the fuel processor. A fuel cell that generates power using a fuel gas supplied from the outside and an oxidant gas supplied from outside, a source gas supply path for supplying source gas from the supply source to the fuel processor, and the fuel A fuel gas supply path for supplying fuel gas from the processor to the fuel cell, and an unreacted gas supply for supplying unreacted gas that was not used in the fuel cell for reaction from the fuel cell to the burner A plurality of valves for conducting / blocking a gas flowing through at least one of the source gas supply path, the fuel gas supply path, and the unreacted gas supply path, Valve Also arranged upstream, characterized in that it comprises a desulfurizer for removing sulfur components contained in the raw material gas supplied from an external source.
また、本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、外部の供給元から供給される原料ガスを用いて燃料ガスを生成する燃料処理器と、前記燃料処理器を加熱するためのバーナと、前記燃料処理器から供給される燃料ガスと外部から供給される酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、前記供給元から前記燃料処理器へ原料ガスを供給するための原料ガス供給路と、前記燃料処理器から前記燃料電池へ燃料ガスを供給するための燃料ガス供給路と、前記燃料電池から前記バーナへ前記燃料電池にて反応に利用されなかった未反応ガスを供給するための未反応ガス供給路と、前記原料ガス供給路、前記燃料ガス供給路及び前記未反応ガス供給路のうち少なくとも1つの供給路を流れるガスの通流/遮断を行うための複数の弁とを備える燃料電池システムの運転方法であって、運転を終了させる場合に、特定の位置よりガスの通流方向の上流に位置する前記弁を閉状態にし、残りの弁を開状態にするステップと、所定時間経過した後に、前記閉状態とされた弁のうち、前記通流方向の最下流に位置する弁よりも上流に位置する弁を一時的に開状態とすることにより、前記閉状態とされた弁により形成される経路に原料ガスの元圧を与えるステップとを有することを特徴とする。 The operating method of the fuel cell system according to the present invention includes a fuel processor that generates a fuel gas using a raw material gas supplied from an external supply source, a burner for heating the fuel processor, A fuel cell that generates power using a fuel gas supplied from the fuel processor and an oxidant gas supplied from the outside; and a source gas supply path for supplying the source gas from the supply source to the fuel processor; A fuel gas supply path for supplying fuel gas from the fuel processor to the fuel cell, and an unreacted gas for supplying unreacted gas that has not been used for reaction in the fuel cell from the fuel cell to the burner. A fuel comprising: a reactive gas supply path; and a plurality of valves for conducting / blocking a gas flowing through at least one of the source gas supply path, the fuel gas supply path, and the unreacted gas supply path A method for operating a pond system, wherein when the operation is to be terminated, the valve located upstream in the gas flow direction from a specific position is closed, and the remaining valves are opened, and a predetermined time. After the passage, among the valves that are in the closed state, the valve that is in the closed state by temporarily opening the valve that is located upstream of the valve that is located in the most downstream in the flow direction. And applying a source pressure of the source gas to the path formed by the step.
また、前記発明に係る燃料電池システムの運転方法において、前記経路に原料ガスの元圧を与えるステップは、前記閉状態とされた弁により形成される経路の圧力が所定値以下となったときに、前記閉状態とされた弁のうち、前記通流方向の最下流に位置する弁よりも上流に位置する弁を一時的に開状態とすることにより、前記閉状態とされた弁により形成される経路に原料ガスの元圧を与えることが好ましい。 Further, in the operating method of the fuel cell system according to the invention, the step of applying the source pressure of the raw material gas to the path is when the pressure of the path formed by the closed valve becomes a predetermined value or less. The valve that is in the closed state is formed by the valve in the closed state by temporarily opening the valve located upstream of the valve located in the most downstream in the flow direction. It is preferable to apply the source pressure of the source gas to the path.
また、前記発明に係る燃料電池システムの運転方法において、前記経路に原料ガスの元圧を与えるステップは、前記閉状態とされた弁により形成される経路の温度が所定値以下となったときに、前記閉状態とされた弁のうち、前記通流方向の最下流に位置する弁よりも上流に位置する弁を一時的に開状態とすることにより、前記閉状態とされた弁により形成される経路に原料ガスの元圧を与えることが好ましい。 Further, in the operating method of the fuel cell system according to the invention, the step of applying the source pressure of the raw material gas to the path is when the temperature of the path formed by the closed valve becomes a predetermined value or less. The valve that is in the closed state is formed by the valve in the closed state by temporarily opening the valve located upstream of the valve located in the most downstream in the flow direction. It is preferable to apply the source pressure of the source gas to the path.
さらに、前記発明に係る燃料電池システムの運転方法において、前記経路に原料ガスの元圧を与えるステップは、前記通流方向の最下流に位置する弁よりも上流に位置する弁が複数ある場合に、当該複数の弁のうち上流側の弁から順次一時的に開状態にすることが好ましい。 Furthermore, in the operation method of the fuel cell system according to the invention, the step of applying the source pressure of the raw material gas to the path is when there are a plurality of valves located upstream from the valve located downstream in the flow direction. Of the plurality of valves, it is preferable to temporarily open the valves sequentially from the upstream valve.
本発明の燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法は、運転終了後に形成される流路の閉鎖経路の負圧化を回避し、良好な運転を継続させることができる。 The fuel cell system and the operation method of the fuel cell system according to the present invention can avoid the negative pressure in the closed path of the flow path formed after the end of the operation, and can continue the good operation.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図1に示すとおり、実施の形態1の燃料電池システムは、燃料極(図示せず)及び空気極(図示せず)を有する燃料電池11と、外部から供給されるメタン、天然ガス、又は都市ガス等の原料ガス中の硫黄成分を除去する脱硫器13と、脱硫器13から供給される原料ガスと水蒸気とを用いた水蒸気改質反応により水素リッチな改質ガス(以下、燃料ガスという)を生成する燃料処理器12と、燃料処理器12を加熱するためのバーナ14と、燃料処理器12に対して供給される原料ガスの圧力を所定の値まで昇圧するための原料ガス昇圧器15とを備えている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to
原料ガスの供給元(図示せず)、脱硫器13、原料ガス昇圧器15、及び燃料処理器12は、原料ガスが通流するための原料ガス供給路16によって接続されている。この原料ガス供給路16には、脱硫器13と原料ガス昇圧器15との間に脱硫器13へガスが逆流することを防止するための電磁弁22が、原料ガス昇圧器15と燃料処理器12との間に原料ガスの通流/遮断を行うための電磁弁23がそれぞれ設けられている。
The source gas supply source (not shown), the
また、燃料処理器12と燃料電池11とは、燃料処理器12において生成された燃料ガスが通流するための燃料ガス供給路18によって接続されている。この燃料ガス供給路18には、燃料ガスの通流/遮断を行うための電磁弁25が設けられている。
The
燃料処理器12において生成された燃料ガスは、燃料ガス供給路18を介して燃料電池11の燃料極へ供給される。また、燃料電池11の空気極には、空気供給路30を介して、外部から空気が供給される。燃料電池11において、このようにして供給された燃料ガス中の水素と空気中の酸素とを反応させることによって発電が行われる。なお、燃料電池11において反応に利用されなかった空気は排気路31から排出される。
The fuel gas generated in the
また、燃料電池11とバーナ14とは、燃料電池11にて反応に利用されなかった未反応ガスが通流するための未反応ガス供給路20によって接続されている。この未反応ガス供給路20には、未反応ガスの通流/遮断を行うための電磁弁27が設けられている。
The
燃料ガス供給路18と未反応ガス供給路20とは、燃料処理器12から排出される燃料ガスを燃料電池11に供給することなくバーナ14へ供給するためのバイパス路19によって接続されている。バイパス路19の一端は燃料処理器12と電磁弁25との間に、他端は電磁弁27とバーナ14との間にそれぞれ接続されている。このバイパス路19には、燃料ガスの通流/遮断を行うための電磁弁26が設けられている。
The fuel
また、電磁弁22と原料ガス昇圧器15との間の原料ガス供給路16には、バーナ14と接続された燃焼用ガス供給路17が接続されている。脱硫器13によって硫黄成分が除去された原料ガスの一部は、燃焼用ガスとして、燃焼用ガス供給路17を介してバーナ14へ供給される。この燃焼用ガス供給路17には、燃焼用ガスの通流/遮断を行うための電磁弁24が設けられている。
A combustion
バーナ14は、未反応ガス供給路20を介して供給される未反応ガス、燃焼用ガス供給路17を介して供給される燃焼用ガス、及び外部から供給される燃焼用空気等を利用して燃焼を行い、その結果得られた火炎及び燃焼ガスによって燃料処理器12を加熱する。バーナ14での燃焼により生じた燃焼ガスは、燃料処理器12内に設けられた通路を流れ、その通路付近に配置されている改質器(図示せず)等を加熱する。この燃料処理器12内に設けられた通路は大気と連通しており、当該通路を流れる燃焼ガスは、最終的に大気側へ排出される。したがって、この燃料処理器12内に設けられた通路と大気との連通部が、本実施の形態の燃料電池システムにおけるガスの最下流となる。
The
前述した7個の電磁弁21〜27は、制御装置40と接続されている。制御装置40は、後述するタイミングで電磁弁21〜27の開閉動作を制御する。
The seven
次に、以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システムの動作について説明する。 Next, the operation of the fuel cell system of the present embodiment configured as described above will be described.
図2は、本発明の実施の形態1に係る燃料電池システムが備える電磁弁21〜27の開閉動作のタイミングを示すタイミングチャートである。なお、以下では、図2に示すとおり、燃料電池システムが起動を開始してから発電を開始するまでの期間を起動期間、発電を開始してから終了するまでの期間を発電期間、発電を終了してから運転を終了するまでの期間を運転終了動作期間、運転が終了してから後の期間を運転終了後期間とそれぞれ呼ぶことにする。
FIG. 2 is a timing chart showing the timing of the opening / closing operation of the
起動期間が始まるとき、制御装置40は、電磁弁21,22,26を開状態とし、電磁弁23,24,25,27を閉状態とする。これにより、原料ガスの供給元から脱硫器13へ原料ガス供給路16を介して原料ガスが供給される。
When the start-up period starts, the
起動期間中において、制御装置40は、電磁弁24を所定時間だけ開状態とする。このように電磁弁24が開状態とされている間、脱硫器13にて硫黄成分が除去された原料ガスが燃焼用ガスとして燃焼用ガス供給路17を介してバーナ14に供給される。バーナ14は、このようにして供給された燃焼用ガスを利用して燃焼を開始する。
During the startup period, the
また、制御装置40は、電磁弁24が開状態とされている期間中に、電磁弁23を開状態とする。これにより、原料ガス昇圧器15によって圧力が所定の値まで昇圧された原料ガスが原料ガス供給路16を介して燃料処理器12へ供給される。燃料処理器12は、このようにして供給された原料ガスを利用して燃料ガスの生成処理を開始する。
Further, the
起動期間中に燃料処理器12にて生成される燃料ガスには多くの一酸化炭素が含有されている。そのような燃料ガスを燃料電池11に供給した場合、燃料電池11が有する触媒が被毒することになる。そこで、起動期間中では、燃料処理器12にて生成された燃料ガスはバイパス路19を介してバーナ14へ供給され燃焼に供される。そして、燃料ガスの一酸化炭素濃度が相当程度低下した際に、次の発電期間に移行する。
The fuel gas generated in the
発電期間が始まるとき、制御装置40は、電磁弁25,27を開状態とするとともに、電磁弁26を閉状態とする。これにより、燃料処理器12にて生成され排出された燃料ガスは、バイパス路19を流れることなく、燃料ガス供給路18を介して燃料電池11へ供給される。燃料電池11は、このようにして供給された燃料ガスと外部から供給された空気とを用いて発電を開始する。また、燃料電池11にて反応に利用されなかった未反応ガスが未反応ガス供給路20を介してバーナ14へ供給されて燃焼に供される。
When the power generation period starts, the
運転終了動作期間が始まるとき、制御装置40は、電磁弁21,22を閉状態とするとともに、電磁弁24,26を開状態とする。これにより、脱硫器13に対する原料ガスの供給が停止し、且つ脱硫器13へのガスの逆流が防止される。また、脱硫器13から原料ガスが排出されないため、電磁弁24,26を開状態としても、燃焼用ガス及び燃料ガスはバーナ14へ供給されない。
When the operation end operation period starts, the
そして、運転終了後期間が始まるとき、制御装置40は、電磁弁23,24を閉状態とする。これにより、電磁弁21〜24が閉状態となり、電磁弁25〜27が開状態となる。その結果、燃料処理器12に原料ガスが供給されることを防止することができる。また、燃料処理器12から燃料ガスが排出されることがないため、電磁弁25が開状態であっても、燃料電池11へ燃料ガスが供給されることはない。
Then, when the period after the operation ends, the
図3は、このように電磁弁21〜24が閉状態となり、電磁弁25〜27が開状態となる運転終了後期間における脱硫器13の圧力変化を示すグラフである。図3に示すとおり、運転終了直後の脱硫器13の圧力は原料ガスの元圧P2であるが、時間とともに低下し、運転が終了してから時間t1が経過したときに大気圧P0と等しくなる。そして、その後も圧力低下が続くため、運転が終了してから時間t1経過後は負圧になる。なお、発明者等が実験を行った結果、運転が終了してから約1時間で脱硫器13の圧力が大気圧まで低下するというデータが得られている。
FIG. 3 is a graph showing the pressure change of the
本実施の形態において、制御装置40は、運転が終了してから時間t1が経過する前、例えば図2及び図3における時間tの時点から、閉状態となっている電磁弁21〜24のうち最下流に位置する電磁弁23,24よりも上流に位置する電磁弁21,22を一時的に開状態にする。これにより、電磁弁21,23,24で囲まれた経路内にある脱硫器13,原料ガス供給路16,及び燃焼用ガス供給路17の圧力が正圧であるときに、これらに対して原料ガスの元圧を与えることができる。その結果、これら脱硫器13,原料ガス供給路16,及び燃焼用ガス供給路17の負圧化を回避することができる。
In the present embodiment, the
自動車用の燃料電池システム、及び日毎に起動停止が行われる燃料電池システム等の起動停止の繰り返しを比較的頻繁に行う燃料電池システムの場合、運転終了後に形成される流路の閉鎖経路の負圧化により多大な悪影響を受けるおそれがあるが、本発明ではその負圧化を回避することができるので、そのような燃料電池システムであっても良好な運転を継続させることができる。 In the case of fuel cell systems for automobiles and fuel cell systems that start and stop relatively frequently, such as fuel cell systems that start and stop every day, negative pressure in the closed path of the flow path that is formed after the end of operation However, in the present invention, since the negative pressure can be avoided, good operation can be continued even with such a fuel cell system.
なお、本実施の形態では、運転終了後期間において、制御装置40が電磁弁21,22を同一のタイミングで一時的に開状態にしたが、図4に示すように、上流側にある電磁弁21を電磁弁22よりも先に開状態にするようにしてもよい。この場合、まず電磁弁21が開状態となっている間に電磁弁21と電磁弁22とで囲まれた経路内にある脱硫器13及び原料ガス供給路16に原料ガスの元圧が与えられ、次いで電磁弁21が閉じた後であって電磁弁22が開状態となっている間に電磁弁22,23,24で囲まれた経路内にある原料ガス供給路16及び燃焼用ガス供給路17に原料ガスの元圧と同等の圧力を与えることができる。これにより、電磁弁21と電磁弁22とで囲まれた経路内にある脱硫器13及び原料ガス供給路16の圧力を原料ガスの元圧と同等にするために必要な圧力供給を行うだけで、電磁弁21,23,24で囲まれた経路内にある脱硫器13,原料ガス供給路16及び燃焼用ガス供給路17の負圧化を回避することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態では、運転終了後期間が始まるとき、電磁弁21〜24が閉状態で、電磁弁25〜27が開状態となっており、運転終了後期間中に閉状態となっている電磁弁21〜24のうちの最下流の電磁弁23,24よりも上流に位置する電磁弁21,22を一時的に開状態としているが、このような動作に限られるわけではない。例えば、運転終了後期間が始まるとき、電磁弁21〜26が閉状態で、電磁弁27が開状態となっており、運転終了後期間中に閉状態となっている電磁弁21〜26のうちの最下流の電磁弁24〜26よりも上流に位置する電磁弁21〜23を一時的に開状態とするようにしてもよい。この場合、電磁弁21,24,25,26で囲まれた経路内にある脱硫器13,原料ガス供給路16,燃焼用ガス供給路17,及び燃料ガス供給路18の負圧化を回避することが可能となる。
In this embodiment, when the period after the operation ends, the
また、運転終了後期間が始まるとき、すべての電磁弁21〜27が閉状態となっており、運転終了後期間中に閉状態となっている電磁弁21〜27のうちの最下流の電磁弁24,25,27よりも上流に位置する電磁弁21〜23,26を一時的に開状態とするようにしてもよい。この場合、電磁弁21,24,25,27で囲まれた経路内にある脱硫器13,原料ガス供給路16,燃焼用ガス供給路17,及び燃料ガス供給路18の負圧化を回避することが可能となる。
Further, when the period after the operation ends, all the
なお、図2を参照して説明したように、本実施の形態では運転終了後期間における一連の電磁弁21〜27の開閉動作を1回のみ行っているが、これに限定されるわけではなく、複数回実行するようにしてもよい。すなわち、例えば運転終了後、所定の時間間隔で一連の電磁弁21〜27の開閉動作を繰り返し行うようにしてもよい。
As described with reference to FIG. 2, in the present embodiment, a series of opening / closing operations of the
(実施の形態2)
実施の形態2に係る燃料電池システムは、原料ガス供給路等の内部の圧力を測定する圧力測定手段を備え、その圧力測定手段で測定した圧力に基づいて電磁弁の開閉動作を行うものである。
(Embodiment 2)
The fuel cell system according to
図5は、本発明の実施の形態2に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図5に示すとおり、電磁弁21と電磁弁22との間の原料ガス供給路16には、当該原料ガス供給路16の内部の圧力を測定する圧力計28が接続されている。この圧力計28は、制御装置40と接続されており、圧力の測定値を示す信号を制御装置40に対して送信する。なお、本実施の形態の燃料電池システムのその他の構成については実施の形態1の場合と同様であるので同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to
次に、以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システムの動作について説明する。 Next, the operation of the fuel cell system of the present embodiment configured as described above will be described.
図6は、本発明の実施の形態2に係る燃料電池システムが備える電磁弁21〜27の開閉動作のタイミングを示すタイミングチャートである。なお、起動期間、発電期間、及び運転終了動作期間における電磁弁21〜27の開閉動作は実施の形態1の場合と同様であるから説明を省略する。
FIG. 6 is a timing chart showing the timing of the opening / closing operation of the
図6に示すように、運転終了後期間が始まるとき、制御装置40は、電磁弁23,24を閉状態とする。これにより、電磁弁21〜24が閉状態となり、電磁弁25〜27が開状態となる。その結果、燃料処理器12に原料ガスが供給されることを防止することができる。また、燃料処理器12から燃料ガスが排出されることがないため、電磁弁25が開状態であっても、燃料電池11へ燃料ガスが供給されることはない。
As shown in FIG. 6, when the period after the operation ends, the
運転終了後期間中、制御装置40は、圧力計28から送信される原料ガス供給路16内の圧力Pの測定値を示す信号に基づいて、圧力Pが予め定められた閾値P1以下であるか否かを判定する。ここでP1は正圧の値とする。
During the period after the end of operation, the
制御装置40は、圧力Pが閾値P1以下であると判定した場合、閉状態となっている電磁弁21〜24のうち最下流に位置する電磁弁23及び24よりも上流に位置する電磁弁21及び22を一時的に開状態にする。これにより、電磁弁21,23,24で囲まれた経路内にある脱硫器13、原料ガス供給路16、及び燃焼用ガス供給路17の圧力が正圧であるときに、これらに対して原料ガスの元圧を与えることができる。その結果、これら脱硫器13,原料ガス供給路16,及び燃焼用ガス供給路17の負圧化を回避することができる。
When the
なお、本実施の形態では、運転終了後期間において、制御装置40が電磁弁21,22を同一のタイミングで一時的に開状態にしたが、実施の形態1の場合と同様に、上流側にある電磁弁21を電磁弁22よりも先に開状態にするようにしてもよい。
In the present embodiment, the
また、運転終了後期間が始まるとき、電磁弁21〜26が閉状態で、電磁弁27が開状態となっていたり、すべての電磁弁21〜27が閉状態となっている場合であっても、同様な動作を行うことによって、脱硫器13,原料ガス供給路16,燃焼用ガス供給路17,及び燃料ガス供給路18の負圧化を回避することが可能となることも、実施の形態1の場合と同様である。
Further, when the period after the operation ends, even when the
また、本実施の形態の燃料電池システムにおいては、電磁弁21と電磁弁22との間の原料ガス供給路16に圧力計28が接続されているが、他の閉鎖経路、例えば電磁弁22と電磁弁23との間の原料ガス供給路16、電磁弁22と電磁弁24との間の燃焼用ガス供給路17、電磁弁23と電磁弁25との間の燃料ガス供給路18、又は電磁弁25と電磁弁27との間の未反応ガス供給路20等に圧力計28が接続されていてもよい。
In the fuel cell system of the present embodiment, the
さらに、本実施の形態の燃料電池システムにおいては、1個の圧力計28が設けられているが、例えば、電磁弁21と電磁弁22との間の原料ガス供給路16に第1の圧力計が接続されており、電磁弁22と電磁弁23との間の原料ガス供給路16に第2の圧力計が接続される等、複数の圧力計が設けられていてもよい。
Furthermore, in the fuel cell system of the present embodiment, one
なお、図6を参照して説明したように、本実施の形態では運転終了後期間における一連の電磁弁21〜27の開閉動作を1回のみ行っているが、これに限定されるわけではなく、複数回実行するようにしてもよい。すなわち、例えば運転終了後期間において、P≦P1となる度に一連の電磁弁21〜27の開閉動作を繰り返し行うようにしてもよい。
As described with reference to FIG. 6, in the present embodiment, a series of opening and closing operations of the
(実施の形態3)
実施の形態3に係る燃料電池システムは、原料ガス供給路等の経路の内部の温度を測定する温度測定手段を備え、その温度測定手段で測定した温度に基づいて電磁弁の開閉動作を行うものである。
(Embodiment 3)
The fuel cell system according to Embodiment 3 includes temperature measuring means for measuring the temperature inside a path such as a raw material gas supply path, and opens and closes the solenoid valve based on the temperature measured by the temperature measuring means. It is.
図7は、本発明の実施の形態3に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図7に示すとおり、電磁弁21と電磁弁22との間の原料ガス供給路16には、当該原料ガス供給路16の内部の温度を測定する熱電対29が接続されている。この熱電対29は、制御装置40と接続されており、温度の測定値を示す信号を制御装置40に対して送信する。なお、本実施の形態の燃料電池システムのその他の構成については実施の形態1の場合と同様であるので同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention. As shown in FIG. 7, a
次に、以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システムの動作について説明する。 Next, the operation of the fuel cell system of the present embodiment configured as described above will be described.
図8は、本発明の実施の形態3に係る燃料電池システムが備える電磁弁21〜27の開閉動作のタイミングを示すタイミングチャートである。なお、起動期間、発電期間、及び運転終了動作期間における電磁弁21〜27の開閉動作は実施の形態1の場合と同様であるから説明を省略する。
FIG. 8 is a timing chart showing the timing of the opening / closing operation of the
図8に示すように、運転終了後期間が始まるとき、制御装置40は、電磁弁23,24を閉状態とする。これにより、電磁弁21〜24が閉状態となり、電磁弁25〜27が開状態となる。その結果、燃料処理器12に原料ガスが供給されることを防止することができる。また、燃料処理器12から燃料ガスが排出されることがないため、電磁弁25が開状態であっても、燃料電池11へ燃料ガスが供給されることはない。
As shown in FIG. 8, when the period after the operation ends, the
運転終了後期間中、制御装置40は、熱電対29から送信される原料ガス供給路16内の温度Tの測定値を示す信号に基づいて、温度Tが予め定められた閾値T1以下であるか否かを判定する。ここでT1は、使用する電磁弁の開弁圧からの算出値に基づいて決定される。
Whether the temperature T is equal to or lower than a predetermined threshold T1 based on a signal indicating the measured value of the temperature T in the source
制御装置40は、温度Tが閾値T1以下であると判定した場合、閉状態となっている電磁弁21〜24のうち最下流に位置する電磁弁23及び24よりも上流に位置する電磁弁21及び22を一時的に開状態にする。これにより、電磁弁21,23,24で囲まれた経路内にある脱硫器13、原料ガス供給路16、及び燃焼用ガス供給路17の圧力が正圧であるときに、これらに対して原料ガスの元圧を与えることができる。その結果、これら脱硫器13,原料ガス供給路16,及び燃焼用ガス供給路17の負圧化を回避することができる。
When the
なお、本実施の形態では、運転終了後期間において、制御装置40が電磁弁21,22を同一のタイミングで一時的に開状態にしたが、実施の形態1の場合と同様に、上流側にある電磁弁21を電磁弁22よりも先に開状態にするようにしてもよい。
In the present embodiment, the
また、運転終了後期間が始まるとき、電磁弁21〜26が閉状態で、電磁弁27が開状態となっていたり、すべての電磁弁21〜27が閉状態となっている場合であっても、同様な動作を行うことによって、脱硫器13,原料ガス供給路16,燃焼用ガス供給路17,及び燃料ガス供給路18の負圧化を回避することが可能となることも、実施の形態1の場合と同様である。
Further, when the period after the operation ends, even when the
また、本実施の形態の燃料電池システムにおいては、温度検出手段として熱電対を用いたが、これに限られるわけではなく、例えばサーミスタ等を温度検出手段として用いてもよいことは言うまでもない。 In the fuel cell system according to the present embodiment, the thermocouple is used as the temperature detecting means. However, the present invention is not limited to this. For example, a thermistor or the like may be used as the temperature detecting means.
また、本実施の形態の燃料電池システムにおいては、電磁弁21と電磁弁22との間の原料ガス供給路16に熱電対29が接続されているが、他の閉鎖経路、例えば電磁弁22と電磁弁23との間の原料ガス供給路16、電磁弁22と電磁弁24との間の燃焼用ガス供給路17、電磁弁23と電磁弁25との間の燃料ガス供給路18、又は電磁弁25と電磁弁27との間の未反応ガス供給路20等に熱電対29が接続されていてもよい。
In the fuel cell system of the present embodiment, the
さらに、本実施の形態の燃料電池システムにおいては、1個の熱電対29が設けられているが、例えば、電磁弁21と電磁弁22との間の原料ガス供給路16に第1の熱電対が接続されており、電磁弁22と電磁弁23との間の原料ガス供給路16に第2の熱電対が接続される等、複数の熱電対が設けられていてもよい。
Furthermore, in the fuel cell system of the present embodiment, one
なお、図8を参照して説明したように、本実施の形態では運転終了後期間における一連の電磁弁21〜27の開閉動作を1回のみ行っているが、これに限定されるわけではなく、複数回実行するようにしてもよい。すなわち、例えば運転終了後期間において、T≦TP1となる度に一連の電磁弁21〜27の開閉動作を繰り返し行うようにしてもよい。
Note that, as described with reference to FIG. 8, in the present embodiment, a series of opening / closing operations of the
(実施の形態4)
図9は、本発明の実施の形態4に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図9に示すように、本実施の形態の燃料電池システムの場合、原料ガス供給路16における原料ガスの通流/遮断を行うための電磁弁21を脱硫器13との間に設けている。この電磁弁21は、脱硫器13へガスが逆流することを防止する機能をも有している。そのため、本実施の形態の燃料電池システムは、図1に示す電磁弁22を設けない構成となっている。
(Embodiment 4)
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to
なお、本実施の形態の燃料電池システムのその他の構成については実施の形態1の場合と同様であるので同一符号を付して説明を省略する。
In addition, since it is the same as that of the case of
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池システムの場合、外部の原料ガスの供給元と脱硫器13との間に電磁弁が設けられていないため、起動期間、発電期間、運転終了動作期間、運転終了後期間の何れの期間においても、脱硫器13には原料ガスの元圧が与えられている。したがって、脱硫器13が吸着反応により原料ガスから硫黄成分を除去したとしても、原料ガス供給路16の負圧化を回避することができる。
In the case of the fuel cell system of the present embodiment configured as described above, since no solenoid valve is provided between the external source gas supply source and the
なお、実施の形態4においても、実施の形態1の場合と同様に制御装置40が電磁弁21,23〜27の開閉動作を制御することによって、閉状態とされた電磁弁により形成された経路の負圧化を回避することができる。
In the fourth embodiment, as in the case of the first embodiment, the
本発明に係る燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法は、運転終了後に形成される流路の閉鎖経路の負圧化を回避することができ、特に起動停止が頻繁に行われる自動車用の燃料電池システム、及び日毎に起動停止が行われる燃料電池発電システム等に有用である。 The fuel cell system and the operation method of the fuel cell system according to the present invention can avoid the negative pressure of the closed path of the flow path formed after the end of the operation, and particularly the fuel for automobiles that are frequently started and stopped. It is useful for a battery system, a fuel cell power generation system that is started and stopped every day, and the like.
11 燃料電池
12 燃料処理器
13 脱硫器
14 バーナ
15 原料ガス昇圧器
16 原料ガス供給路
17 燃焼用ガス供給路
18 燃料ガス供給路
19 バイパス路
20 未反応ガス供給路
21〜27 電磁弁
28 圧力計
29 熱電対
30 空気供給路
31 排気路
40 制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記制御部は、運転を終了させる場合に、特定の位置よりガスの通流方向の上流に位置する前記弁を閉状態とするとともに、残りの弁を開状態とし、所定時間経過した後に、前記閉状態とされた弁のうち、前記通流方向の最下流に位置する弁よりも上流に位置する弁を一時的に開状態とすることにより、前記閉状態とされた弁により形成される経路に原料ガスの元圧を与えるように構成されていることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel processor that generates fuel gas using raw material gas supplied from an external supply source, a burner for heating the fuel processor, and a fuel gas supplied from the fuel processor are supplied from the outside. A fuel cell that generates power using an oxidant gas, a source gas supply path for supplying source gas from the supply source to the fuel processor, and supply of fuel gas from the fuel processor to the fuel cell A fuel gas supply channel for supplying the unburned gas from the fuel cell to the burner, an unreacted gas supply channel for supplying an unreacted gas not used in the reaction in the fuel cell, the raw material gas supply channel, and the fuel. A plurality of valves for conducting / blocking a gas flowing through at least one of the gas supply path and the unreacted gas supply path, and a controller for controlling the opening / closing operation of the plurality of valves,
The control unit, when terminating the operation, closes the valve located upstream in the gas flow direction from a specific position, opens the remaining valves, and after a predetermined time has elapsed, A path formed by the closed valve by temporarily opening a valve located upstream of the valve located downstream of the flow direction in the closed state. A fuel cell system configured to apply a source pressure of a raw material gas to the fuel cell system.
前記制御部は、前記圧力測定手段による測定値が所定値以下となったときに、前記閉状態とされた弁のうち、前記通流方向の最下流に位置する弁よりも上流に位置する弁を一時的に開状態とすることにより、前記閉状態とされた弁により形成される経路に原料ガスの元圧を与えるように構成されている、請求項1に記載の燃料電池システム。 Pressure measuring means for measuring the pressure of the path formed by the closed valve;
The control unit is a valve located upstream from a valve located at the most downstream side in the flow direction among the closed valves when a measured value by the pressure measuring unit becomes a predetermined value or less. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is configured to apply an original pressure of the raw material gas to a path formed by the valve in the closed state by temporarily opening the valve.
前記制御部は、前記温度測定手段による測定値が所定値以下となったときに、前記閉状態とされた弁のうち、前記通流方向の最下流に位置する弁よりも上流に位置する弁を一時的に開状態とすることにより、前記閉状態とされた弁により形成される経路に原料ガスの元圧を与えるように構成されている、請求項1に記載の燃料電池システム。 Temperature measuring means for measuring a temperature of a path formed by the closed valve;
The control unit is a valve located upstream from a valve located downstream in the flow direction among the valves that are in the closed state when a value measured by the temperature measurement unit becomes a predetermined value or less. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is configured to apply an original pressure of the raw material gas to a path formed by the valve in the closed state by temporarily opening the valve.
当該脱硫器は、前記ガスの通流/遮断を行うための複数の弁よりも上流に配設されている、請求項1乃至請求項4の何れかに記載の燃料電池システム。 A desulfurizer for removing sulfur components contained in the raw material gas supplied from an external supplier;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the desulfurizer is disposed upstream of a plurality of valves for conducting / blocking the gas.
前記複数の弁よりも上流に配され、外部の供給元から供給される原料ガスに含まれる硫黄成分を除去する脱硫器を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel processor that generates fuel gas using raw material gas supplied from an external supply source, a burner for heating the fuel processor, and a fuel gas supplied from the fuel processor are supplied from the outside. A fuel cell that generates power using an oxidant gas, a source gas supply path for supplying source gas from the supply source to the fuel processor, and supply of fuel gas from the fuel processor to the fuel cell A fuel gas supply channel for supplying the unburned gas from the fuel cell to the burner, an unreacted gas supply channel for supplying an unreacted gas not used in the reaction in the fuel cell, the raw material gas supply channel, and the fuel. A plurality of valves for conducting / blocking a gas flowing through at least one of the gas supply path and the unreacted gas supply path;
A fuel cell system comprising a desulfurizer that is disposed upstream of the plurality of valves and that removes sulfur components contained in a raw material gas supplied from an external supply source.
運転を終了させる場合に、特定の位置よりガスの通流方向の上流に位置する前記弁を閉状態にし、残りの弁を開状態にするステップと、
所定時間経過した後に、前記閉状態とされた弁のうち、前記通流方向の最下流に位置する弁よりも上流に位置する弁を一時的に開状態とすることにより、前記閉状態とされた弁により形成される経路に原料ガスの元圧を与えるステップと
を有することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。 A fuel processor that generates fuel gas using raw material gas supplied from an external supply source, a burner for heating the fuel processor, and a fuel gas supplied from the fuel processor are supplied from the outside. A fuel cell that generates power using an oxidant gas, a source gas supply path for supplying source gas from the supply source to the fuel processor, and supply of fuel gas from the fuel processor to the fuel cell A fuel gas supply channel for supplying the unburned gas from the fuel cell to the burner, an unreacted gas supply channel for supplying an unreacted gas not used in the reaction in the fuel cell, the raw material gas supply channel, and the fuel. A method of operating a fuel cell system comprising a gas supply path and a plurality of valves for conducting / blocking a gas flowing through at least one of the unreacted gas supply paths,
When terminating the operation, closing the valve located upstream in the gas flow direction from a specific position and opening the remaining valves; and
After a predetermined time has elapsed, among the valves that are in the closed state, a valve that is located upstream of the valve that is located in the most downstream direction in the flow direction is temporarily opened to be in the closed state. Applying a source pressure of the raw material gas to a path formed by the valve, and a method for operating the fuel cell system.
The step of applying the source pressure of the raw material gas to the path is sequentially performed sequentially from the upstream valve among the plurality of valves when there are a plurality of valves positioned upstream from the valve positioned at the most downstream side in the flow direction. The operation method of the fuel cell system according to any one of claims 7 to 9, wherein the fuel cell system is in an open state.
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