JP2005093222A

JP2005093222A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2005093222A
Application number: JP2003324596A
Authority: JP
Inventors: Minoru Suzuki; 稔鈴木; Kouta Yokoyama; 晃太横山
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2023-09-17
Also published as: JP4502614B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system which can prevent the degradation of power generation performance due to carbon deposition. <P>SOLUTION: The fuel cell system comprises a solid oxide fuel cell 6 for performing a fuel cell power generation by using a raw fuel gas; a primary fuel gas feed passage 16 and a secondary fuel gas feed passage 18 for feeding the raw fuel gas into the solid oxide fuel cell; a recycling passage 27 for returning a part of a reaction fuel gas, after performing the fuel cell power generation reaction into the solid oxide fuel cell 6 to the primary fuel gas feed passage 16; a recycling blower 10 arranged in the recycling passage 27; and a partial oxidation reactor 12 arranged in the secondary fuel gas feed passage 18. At stoppage of the operation of the recycling blower 10, the raw fuel gas is fed into the partial oxidation reactor 12 through the secondary fuel gas feed passage, and a partial reaction fuel gas partially reacted in the partial oxidation reactor 12 is fed into the solid oxide fuel cell 6. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池からの反応燃料ガスの一部をリサイクルブロアの作用によって引き込んで原燃料ガスと混合して固体酸化物形燃料電池に供給する燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system in which a part of a reaction fuel gas from a solid oxide fuel cell is drawn by the action of a recycle blower, mixed with raw fuel gas, and supplied to the solid oxide fuel cell.

従来から、燃料電池システムとして固体酸化物形燃料電池を用いたものが知られている。この固体酸化物形燃料電池は、酸化物イオンを伝導する固体電解質の両側に、燃料ガス及び空気中の酸素をそれぞれ酸化、還元する機能を有する燃料極及び空気極を配設したものである。固体電解質の材料としては、一般的にイットリアをドープしたジルコニアが用いられており、７００℃〜１０００℃の高温で、燃料ガス中に含まれる水素、一酸化炭素及び炭化水素と酸化剤ガス（一般的に空気）中の酸素とを電気化学反応させて燃料電池発電反応が行われる。 Conventionally, a fuel cell system using a solid oxide fuel cell is known. In this solid oxide fuel cell, a fuel electrode and an air electrode each having a function of oxidizing and reducing fuel gas and oxygen in the air are disposed on both sides of a solid electrolyte that conducts oxide ions. As a material for the solid electrolyte, zirconia doped with yttria is generally used, and hydrogen, carbon monoxide, hydrocarbons and oxidant gas (general) contained in the fuel gas at a high temperature of 700 ° C. to 1000 ° C. In general, the fuel cell power generation reaction is performed by electrochemical reaction with oxygen in the air.

固体酸化物形燃料電池の用途としては、数十ｋＷ〜数ＭＷ程度のビルや工場に設置する分散電源やコージェネレーションに加えて、１０ＭＷ〜数百ＭＷの大型発電プラント分野が想定されている。また、近年、１ｋＷ〜１０ｋＷ程度の小型のコージェネレーションシステムとしても開発が行われている。このような小型のコージェネレーションシステムでは、周辺機器を含めたコストの低減が課題となり、大型のシステムで用いる燃料電池保護機能などをそのまま用いることができない。 As applications of solid oxide fuel cells, in addition to distributed power sources and cogeneration installed in buildings and factories of about several tens of kW to several MW, large power plant fields of 10 MW to several hundred MW are assumed. In recent years, development has also been made as a small cogeneration system of about 1 kW to 10 kW. In such a small cogeneration system, cost reduction including peripheral devices becomes an issue, and a fuel cell protection function used in a large system cannot be used as it is.

固体酸化物形燃料電池は上述したように作動温度が高温であるため、そのシステムに異常が発生したときに、固体酸化物形燃料電池を安定的に降温させて燃料電池を保護するための燃料電池保護機能が設けられる。大型の燃料電池システムでは、異常発生時に原燃料ガスの供給が遮断され、別途用意したガスボンベから水素と窒素の混合ガスが供給され、この混合ガスを用いて固体酸化物形燃料電池が運転されるように構成されている（例えば、非特許文献１参照）。 Since the operating temperature of the solid oxide fuel cell is high as described above, a fuel for protecting the fuel cell by stably cooling the solid oxide fuel cell when an abnormality occurs in the system. A battery protection function is provided. In a large fuel cell system, the supply of raw fuel gas is cut off when an abnormality occurs, and a mixed gas of hydrogen and nitrogen is supplied from a separately prepared gas cylinder, and a solid oxide fuel cell is operated using this mixed gas. (For example, refer nonpatent literature 1).

また、炭化水素やアルコールなどの炭化水素系物質を燃料とする燃料電池システムにおいては、燃料改質のために水蒸気が必要となる。例えば、メタンガスを燃料とする場合、次の化学式（１）で示すような改質反応が行われる。 Further, in a fuel cell system using a hydrocarbon-based material such as hydrocarbon or alcohol as fuel, steam is required for fuel reforming. For example, when methane gas is used as a fuel, a reforming reaction represented by the following chemical formula (1) is performed.

ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯ・・・（１）
この改質反応を行うためには、水蒸気発生器、水タンク、水精製器及び燃料電池排気中の水を分離するための凝縮水分離器などが必要となり、燃料電池システムの構成が複雑化するとともに、システム全体が大型化する。また、水蒸気発生器の水蒸気を用いる場合、水蒸気発生器へイオン交換水を供給しなければならず、装置自体の構成が複雑になることに加えて、イオン交換樹脂を定期的にメンテナンスしなければならず、このメンテナンス費用も発生する。１ｋＷ〜１０ｋＷ程度の小型の燃料電池システムの場合、システムの運用時の経済性を確保するためには、できるだけメンテナンス費用を削減することが望ましい。 CH ₄ + H ₂ O → 3H ₂ + CO (1)
In order to perform this reforming reaction, a steam generator, a water tank, a water purifier, a condensate separator for separating water in the fuel cell exhaust, and the like are required, and the configuration of the fuel cell system becomes complicated. At the same time, the entire system becomes larger. In addition, when using water vapor from a water vapor generator, ion exchange water must be supplied to the water vapor generator, and in addition to complicating the configuration of the device itself, the ion exchange resin must be regularly maintained. In addition, this maintenance cost also occurs. In the case of a small fuel cell system of about 1 kW to 10 kW, it is desirable to reduce the maintenance cost as much as possible in order to ensure economic efficiency during system operation.

こうしたことから、燃料改質のための水蒸気発生器を不要にする技術として、固体酸化物形燃料電池システムでは、炭化水素系燃料の改質を行うために、燃料リサイクルを用いることが知られている（例えば、非特許文献２参照）。 For this reason, it is known that in the solid oxide fuel cell system, fuel recycling is used to reform hydrocarbon fuels as a technology that eliminates the need for a steam generator for fuel reforming. (For example, refer nonpatent literature 2).

燃料リサイクルとは、燃料電池で燃料電池反応を行った後の反応燃料ガスの一部を燃料電池の燃料ガス供給側に戻すことであり、固体酸化物形燃料電池においては、反応燃料ガスの一部をリサイクルを行うことにより、燃料電池反応を行った後の反応燃料ガスに含まれる水蒸気を炭化水素系燃料の水蒸気改質反応に必要な水蒸気として用いることができ、これによって、水蒸気を供給するための水蒸気発生器などの装置が不要となる。従って、システム全体の大型化が回避できるとともに、イオン交換樹脂に係るメンテナンス費用も不要となる。 The fuel recycling is to return a part of the reaction fuel gas after the fuel cell reaction in the fuel cell to the fuel gas supply side of the fuel cell. In the solid oxide fuel cell, one of the reaction fuel gases is returned. By recycling the part, the water vapor contained in the reaction fuel gas after the fuel cell reaction can be used as the water vapor necessary for the steam reforming reaction of the hydrocarbon-based fuel, thereby supplying water vapor Therefore, an apparatus such as a steam generator is not required. Therefore, an increase in the size of the entire system can be avoided, and maintenance costs related to the ion exchange resin are not required.

この反応燃料ガスの一部をリサイクルする方法として、エジェクタ方式と、リサイクルブロワ方式がある。エジェクタ方式とは、反応燃料ガスの一部をリサイクルするのにエジェクタを用いる方式であり、燃料を加圧してエジェクタで噴出させることで負圧を発生させ、発生する負圧を利用して反応燃料ガスを吸引するものであり、信頼性が高いという利点がある。しかし、１ｋＷ〜１０ｋＷ程度の小型の固体酸化物形燃料電池システムでは、原燃料ガス流量が少ないので、エジェクタの口径を小さくしても（例えば、０．５ｍｍ程度以下）必要なリサイクルガス流量が得られない。また、エジェクタの吸引能力に余裕がないため、定格出力から出力を下げて発電する部分負荷運転をするときには、必要なリサイクルガスの流量が得られなくなる。このようなことから、小型の燃料電池システムでは、エジェクタ方式を採用することは難しい。 As a method of recycling a part of the reaction fuel gas, there are an ejector method and a recycle blower method. The ejector system is a system that uses an ejector to recycle a part of the reaction fuel gas. The fuel is pressurized and ejected by the ejector to generate a negative pressure, and the generated negative pressure is used to react the fuel. The gas is sucked and has an advantage of high reliability. However, in a small solid oxide fuel cell system of about 1 kW to 10 kW, since the raw fuel gas flow rate is small, a necessary recycle gas flow rate can be obtained even if the diameter of the ejector is reduced (for example, about 0.5 mm or less). I can't. Further, since there is no margin in the suction capacity of the ejector, the necessary flow rate of the recycle gas cannot be obtained when performing partial load operation for generating power by reducing the output from the rated output. For this reason, it is difficult to adopt the ejector method in a small fuel cell system.

また、リサイクルブロア方式とは、反応燃料ガスの一部をリサイクルするのにリサイクルブロアを用いる方式であり、リサイクルブロアを駆動させて反応燃料ガスの一部を固体酸化物形燃料電池の供給側に送り込むものである。この方式では、反応燃料ガスを電動ファンで駆動するため、エジェクタ方式と異なり、リサイクルガスの流量に影響を受けないという利点があり、小型システムに採用することが可能である。しかし、リサイクルブロワは高温の反応燃料ガスを固体酸化物形燃料電池の供給側に送るためのものであるために、リサイクルブロア自体が高温で可動することになり、エジェクタ方式と比較すると電動ファンなどの部品の故障発生率が高くなる。また、固体酸化物形燃料電池の稼働中にリサイクルブロワに不具合が発生して燃料リサイクルが停止すると、固体酸化物形燃料電池の燃料極側に水蒸気が供給されなくなり、この状態で炭化水素系の原燃料ガスを燃料極側に供給すると、固体酸化物形燃料電池の燃料極上で炭素が析出してセル性能の低下をもたらすという問題がある。 The recycle blower method uses a recycle blower to recycle a part of the reaction fuel gas. The recycle blower is driven to move a part of the reaction fuel gas to the supply side of the solid oxide fuel cell. It is what you send in. In this system, since the reaction fuel gas is driven by an electric fan, unlike the ejector system, there is an advantage that it is not affected by the flow rate of the recycled gas, and it can be employed in a small system. However, since the recycle blower is used to send high-temperature reactive fuel gas to the supply side of the solid oxide fuel cell, the recycle blower itself can move at a high temperature. The failure rate of parts becomes higher. In addition, if a failure occurs in the recycle blower during operation of the solid oxide fuel cell and fuel recycling is stopped, water vapor is not supplied to the fuel electrode side of the solid oxide fuel cell. When the raw fuel gas is supplied to the fuel electrode side, there is a problem in that carbon is deposited on the fuel electrode of the solid oxide fuel cell and cell performance is deteriorated.

スティミングら著「ソリッドオキサイドフューエルセル５」第１００頁図３エレクトロケミカルソサイエティー出版１９９７年Stiming et al., “Solid Oxide Fuel Cell 5”, page 100 Figure 3 Electrochemical Society Publishing 1997 スティミングら著「ソリッドオキサイドフューエルセル５」第９９頁図２エレクトロケミカルソサイエティー出版１９９７年Stiming et al. “Solid Oxide Fuel Cell 5” Page 99 Figure 2 Electrochemical Society Publishing 1997

小型の燃料電池システムにおいては、水蒸気発生器などが不要となる燃料リサイクル方法を採用することが有効である。しかし、この燃料リサイクル方法におけるエジェクタ方式は、上述したように小型の燃料電池システムに適用することが困難であるために、リサイクルブロワを用いる方式が考えられる。この方式は、リサイクルガスの流量に影響を受けないという利点があり、小型の燃料電池システムに提供することが可能であるが、適用したときには、次の通りの問題が発生する。即ち、リサイクルブロア自体が反応燃料ガスという高温環境中において使用されるために、電動ファンなどの部品の故障発生率が高くなる問題があり、また固体酸化物形燃料電池の駆動中にリサイクルブロワが作動停止して燃料リサイクルが停止すると、固体酸化物形燃料電池の燃料極側に水蒸気が供給されなくなり、この状態で炭化水素系の原燃料ガスが供給されると、固体酸化物形燃料電池の燃料極上で炭素が析出してセル性能の低下をもたらすという問題が生じ、このようなセル性能の低下を防止するためには、燃料極側に還元性ガス（例えば、一酸化炭素、水素）を、また空気極側に空気を供給する必要がある。 In a small fuel cell system, it is effective to employ a fuel recycling method that eliminates the need for a steam generator or the like. However, since the ejector system in this fuel recycling method is difficult to apply to a small fuel cell system as described above, a system using a recycle blower can be considered. This method has an advantage that it is not affected by the flow rate of the recycle gas, and can be provided to a small fuel cell system. However, when it is applied, the following problems occur. That is, since the recycle blower itself is used in a high temperature environment such as a reaction fuel gas, there is a problem that the failure occurrence rate of parts such as an electric fan is increased, and the recycle blower is operated during the operation of the solid oxide fuel cell. When the operation is stopped and fuel recycling is stopped, water vapor is not supplied to the fuel electrode side of the solid oxide fuel cell, and if hydrocarbon-based raw fuel gas is supplied in this state, the solid oxide fuel cell In order to prevent the cell performance from deteriorating due to the deposition of carbon on the fuel electrode, reducing gas (for example, carbon monoxide, hydrogen) is introduced to the fuel electrode side. In addition, it is necessary to supply air to the air electrode side.

本発明の目的は、燃料電池システムの構成が複雑化するのを回避するとともに、システムの運転コストを抑えて安定して発電電流を供給することができ、またシステムの一部に不具合が発生したときには、燃料電池の発電性能を低下させることなく休止状態に移行することができる燃料電池システムを提供することである。 An object of the present invention is to avoid the complication of the configuration of the fuel cell system, to suppress the operating cost of the system and to stably supply the generated current, and to cause a problem in a part of the system. Sometimes, it is to provide a fuel cell system capable of shifting to a dormant state without reducing the power generation performance of the fuel cell.

本発明の請求項１に記載の燃料電池システムは、原燃料ガスを用いて燃料電池発電を行う固体酸化物形燃料電池と、前記固体酸化物形燃料電池に原燃料ガスを供給するための主燃料ガス送給流路及び副燃料ガス送給流路と、前記固体酸化物形燃料電池での燃料電池発電反応を行った後の反応燃料ガスを排出する反応燃料ガス排出流路と、前記燃料電池発電反応を行った後の反応燃料ガスの一部を前記主燃料ガス送給流路及び／又は固体酸化物形燃料電池に戻すリサイクル流路と、前記リサイクル流路に配設されたリサイクルブロアと、前記副燃料ガス送給流路に配設された部分酸化反応器と、を備え、
通常運転時、原燃料ガスが前記主燃料ガス送給流路を通して前記固体酸化物形燃料電池に供給されるとともに、前記固体酸化物形燃料電池からの反応燃料ガスの一部が前記リサイクルブロアの作用によって前記リサイクル流路を通して前記主燃料ガス送給流路及び／又は前記固体酸化物形燃料電池に供給され、
前記リサイクルブロアの作動停止時、前記原燃料ガスが前記副燃料ガス送給流路を通して前記部分酸化反応器に送給され、前記部分酸化反応器にて部分反応された部分反応燃料ガスが前記固体酸化物形燃料電池に供給されることを特徴とする。 A fuel cell system according to claim 1 of the present invention includes a solid oxide fuel cell that performs fuel cell power generation using raw fuel gas, and a main fuel cell for supplying raw fuel gas to the solid oxide fuel cell. A fuel gas supply channel and a sub fuel gas supply channel, a reaction fuel gas discharge channel for discharging a reaction fuel gas after performing a fuel cell power generation reaction in the solid oxide fuel cell, and the fuel A recycle flow path for returning a part of the reaction fuel gas after the battery power generation reaction to the main fuel gas supply flow path and / or the solid oxide fuel cell, and a recycle blower disposed in the recycle flow path And a partial oxidation reactor disposed in the auxiliary fuel gas supply flow path,
During normal operation, raw fuel gas is supplied to the solid oxide fuel cell through the main fuel gas supply channel, and a part of the reaction fuel gas from the solid oxide fuel cell is supplied to the recycle blower. Is supplied to the main fuel gas supply channel and / or the solid oxide fuel cell through the recycle channel by the action,
When the operation of the recycle blower is stopped, the raw fuel gas is supplied to the partial oxidation reactor through the auxiliary fuel gas supply flow path, and the partial reaction fuel gas partially reacted in the partial oxidation reactor is supplied to the solid fuel gas. It is supplied to an oxide fuel cell.

また、本発明の請求項２に記載の燃料電池システムでは、前記固体酸化物形燃料電池に関連して固定抵抗が設けられており、前記リサイクルブロアの作動不良時、前記固体酸化物形燃料電池の出力側が前記固定抵抗に電気的に接続されることを特徴とする。 In the fuel cell system according to claim 2 of the present invention, a fixed resistor is provided in association with the solid oxide fuel cell, and the solid oxide fuel cell is operated when the recycle blower is malfunctioning. The output side is electrically connected to the fixed resistor.

本発明の請求項１に記載された燃料電池システムによれば、固体酸化物形燃料電池に原燃料ガスを供給するための主燃料ガス送給流路及び副燃料ガス送給流路とが設けられており、リサイクルブロアが正常に作動して固体酸化物形燃料電池からの反応燃料ガスの一部がリサイクルされるときには、原燃料ガスが主燃料ガス送給流路を通して供給されるが、リサイクルブロアの作動が停止したときには、反応燃料ガスのリサイクルが行われないので、原燃料ガスは部分酸化反応器が配設されている副燃料ガス送給流路を通して供給される。リサイクルブロワが停止すると、原燃料ガスの改質反応に必要な水蒸気が供給されなくなるが、原燃料ガスが副燃料ガス送給流路を通して供給され、この原燃料ガスが部分酸化反応器にて燃焼反応され、水素を含む還元性ガスと水とが生成され、還元性ガス及び水を含むガスが固体酸化物形燃料電池に供給されるので、固体酸化物形燃料電池の燃料極部での炭素析出を抑制することができる。 According to the fuel cell system described in claim 1 of the present invention, the main fuel gas supply channel and the auxiliary fuel gas supply channel for supplying the raw fuel gas to the solid oxide fuel cell are provided. When the recycle blower operates normally and a part of the reaction fuel gas from the solid oxide fuel cell is recycled, the raw fuel gas is supplied through the main fuel gas supply flow path. When the operation of the blower is stopped, since the reaction fuel gas is not recycled, the raw fuel gas is supplied through the auxiliary fuel gas supply passage in which the partial oxidation reactor is disposed. When the recycle blower stops, the water vapor required for the reforming reaction of the raw fuel gas is not supplied, but the raw fuel gas is supplied through the auxiliary fuel gas supply passage, and this raw fuel gas is burned in the partial oxidation reactor. As a result of the reaction, a reducing gas containing hydrogen and water are generated, and the gas containing the reducing gas and water is supplied to the solid oxide fuel cell, so that carbon at the fuel electrode portion of the solid oxide fuel cell is obtained. Precipitation can be suppressed.

また、部分酸化反応器は起動に要する時間が短く、還元性ガス及び水の発生を短時間で行うことができるので、リサイクルブロワの不具合を検知した場合には、原燃料ガスを部分酸化反応器に送給して還元性ガスをすぐに発生することができ、それによって、固体酸化物形燃料電池を炭素析出から保護することができる。この部分酸化反応器は、例えばルテニウムを含む触媒を用いるのが望ましく、ルテニウムを含む触媒上では炭素析出が発生しにくいという特徴があり、このルテニウムを含む触媒を用いることによっても燃料電池を炭素析出から保護することができる。更に、部分酸化反応器は、装置構成が簡略であるためシステム全体の簡略化を図ることができる。 In addition, since the partial oxidation reactor takes a short time to start up and can generate reducing gas and water in a short time, if a malfunction of the recycle blower is detected, the raw fuel gas is removed from the partial oxidation reactor. The reductive gas can be immediately generated by supplying to the solid oxide fuel cell, thereby protecting the solid oxide fuel cell from carbon deposition. For this partial oxidation reactor, for example, it is desirable to use a catalyst containing ruthenium, and carbon deposition is unlikely to occur on the catalyst containing ruthenium. The fuel cell can also be deposited by using this ruthenium containing catalyst. Can be protected from. Furthermore, since the partial oxidation reactor has a simple apparatus configuration, the entire system can be simplified.

また、本発明の請求項２に記載された燃料電池システムによれば、固体酸化物形燃料電池に関連して固定抵抗が設けられており、通常運転時にはその発電電力はインバータを介して外部負荷に供給されるが、リサイクルブロアの停止時にはその発電電力は固定抵抗に供給される。固体酸化物形燃料電池の燃料極部は一般的にニッケルを含む材質から形成されており、それ故に、炭素析出が比較的発生しやすく、単に部分酸化反応器からの還元性ガス及び水を供給するのみでは燃料極上に炭素析出が発生する可能性が高い。そこで、リサイクルブロワが停止したときは、固体酸化物形燃料電池の発電を完全に停止するのではなく、負荷として固定抵抗に電気的に接続して固体酸化物形燃料電池の発電反応が低い出力状態で継続して運転されるようにし、このときの平均セル電圧が例えば０．８Ｖ程度となるように固定抵抗の抵抗値を設定することができる。このように固定抵抗に接続することによって、固体酸化物形燃料電池での燃料電池反応によってその燃料極側で水蒸気が生成され、燃料極に生じる炭素析出を抑制することができる。 Further, according to the fuel cell system described in claim 2 of the present invention, the fixed resistance is provided in relation to the solid oxide fuel cell, and during normal operation, the generated power is supplied to the external load via the inverter. However, when the recycle blower is stopped, the generated power is supplied to the fixed resistor. The fuel electrode portion of a solid oxide fuel cell is generally formed of a material containing nickel. Therefore, carbon deposition is relatively easy to occur and simply supplies reducing gas and water from a partial oxidation reactor. If only this is done, there is a high possibility of carbon deposition on the fuel electrode. Therefore, when the recycle blower stops, the power generation of the solid oxide fuel cell is not stopped completely, but the power generation reaction of the solid oxide fuel cell is low by electrically connecting to a fixed resistor as a load. The resistance value of the fixed resistor can be set so that the average cell voltage at this time is about 0.8 V, for example. By connecting to the fixed resistor in this way, water vapor is generated on the fuel electrode side by the fuel cell reaction in the solid oxide fuel cell, and carbon deposition generated in the fuel electrode can be suppressed.

燃料極における炭素析出は、固体酸化物形燃料電池の作動温度が高いときに起こりやすいが、固体酸化物形燃料電池の定格作動温度レベルでは、固体酸化物形燃料電池の発電性能が高い（換言すると、燃料電池の内部抵抗が低い）ため、固体酸化物形燃料電池の発電電流値が大きく、水蒸気の発生量が多くなることから炭素析出の抑制効果が高くなる。一方、固体酸化物形燃料電池の作動温度が低くなると、定格作動運転を行う温度での特性に比較して、固体酸化物形燃料電池の内部抵抗が高くなるため、同じ抵抗に接続していても、電流量が下がり、水蒸気の発生量が少なくなるが、作動温度の低下によって炭素析出が発生しにくくなる。従って、原燃料ガス流量に対して過剰な発電が行われて固体酸化物形燃料電池が劣化することを防止することができる。 Carbon deposition at the anode is likely to occur when the operating temperature of the solid oxide fuel cell is high, but the power generation performance of the solid oxide fuel cell is high at the rated operating temperature level of the solid oxide fuel cell (in other words, Then, since the internal resistance of the fuel cell is low), the generated current value of the solid oxide fuel cell is large, and the amount of water vapor generated increases, so that the effect of suppressing carbon deposition is enhanced. On the other hand, when the operating temperature of the solid oxide fuel cell becomes lower, the internal resistance of the solid oxide fuel cell becomes higher than the characteristics at the temperature at which the rated operating operation is performed. However, although the amount of current decreases and the amount of water vapor generated decreases, carbon deposition is less likely to occur due to a decrease in operating temperature. Therefore, it is possible to prevent deterioration of the solid oxide fuel cell due to excessive power generation with respect to the raw fuel gas flow rate.

このように、作動温度が高いほど固体酸化物形燃料電池から発生する水蒸気量が多くなり、その温度が下がってくると発電電流がそれに伴って下がるという応答性を示すようになり、作動温度が高いほど炭素析出の抑制がしやすく、作動温度が下がった際にも過剰な発電が行われて固体酸化物形燃料電池が劣化するということもなく、固体酸化物形燃料電池を安定に温度低下させることができる。 Thus, the higher the operating temperature, the greater the amount of water vapor generated from the solid oxide fuel cell, and when the temperature decreases, the responsiveness that the generated current decreases with it is shown. The higher the value, the easier it is to suppress carbon deposition, and even when the operating temperature drops, excessive power generation occurs and the solid oxide fuel cell does not deteriorate. Can be made.

以下、図１〜図３を参照して、本発明を実施するための燃料電池システムの最良の実施形態について説明する。図１は、一実施形態の燃料電池システムを簡略的に示すシステムブロック図であり、図２は、図１の燃料電池システムの制御系を簡略的に示すブロック図であり、図３は、図１の燃料電池システムにおける負荷への接続切換えを説明するためのブロック図である。 Hereinafter, the best embodiment of a fuel cell system for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a system block diagram schematically illustrating a fuel cell system according to an embodiment, FIG. 2 is a block diagram schematically illustrating a control system of the fuel cell system of FIG. 1, and FIG. It is a block diagram for demonstrating connection switching to the load in 1 fuel cell system.

図１において、図示の燃料電池システム２は、固体酸化物形燃料電池６、脱硫器８、リサイクルブロワ１０、部分酸化反応器１２及び燃焼器１４を備えている。この実施形態では、固体酸化物形燃料電池６には、燃料電池反応、燃料ガスの改質反応及び内部熱交換の機能が包含されている。 In FIG. 1, the illustrated fuel cell system 2 includes a solid oxide fuel cell 6, a desulfurizer 8, a recycle blower 10, a partial oxidation reactor 12, and a combustor 14. In this embodiment, the solid oxide fuel cell 6 includes functions of a fuel cell reaction, a fuel gas reforming reaction, and an internal heat exchange.

この燃料電池システム２では、原燃料ガスとして炭化水素系燃料ガス、例えばメタンガスを主成分とするガスであって、例えば天然ガスが用いられ、埋設供給管、ガスボンベのような天然ガス供給源４からの天然ガスが供給される。天然ガス供給源８からの天然ガス（原燃料ガス）は燃料ガス供給流路５を介して供給され、この燃料ガス供給流路５に脱硫器８が配設されている。脱硫器８は、天然ガスに含まれている硫黄成分を除去する。 In this fuel cell system 2, a hydrocarbon-based fuel gas such as methane gas as a main component is used as a raw fuel gas, for example, natural gas is used, and is supplied from a natural gas supply source 4 such as an embedded supply pipe or a gas cylinder. Natural gas is supplied. Natural gas (raw fuel gas) from a natural gas supply source 8 is supplied through a fuel gas supply channel 5, and a desulfurizer 8 is disposed in the fuel gas supply channel 5. The desulfurizer 8 removes sulfur components contained in natural gas.

燃料ガス供給流路５は分岐し、主燃料ガス送給流路１６を介して固体酸化物燃料電池６の燃料極側の導入部に接続されているとともに、副燃料ガス送給流路１８を介して同様に燃料極側の導入部に接続されている。主燃料ガス送給流路１６には第１開閉弁２０が配設されているとともに、副燃料ガス送給流路１８には第２開閉弁２２及び部分酸化反応器１２が配設されている。第１開閉弁２０が開状態で、第２開閉弁２２が閉状態のときには、天然ガス供給源５からの天然ガスは主燃料ガス送給流路１６を通して固体酸化物形燃料電池６の燃料極側に送給され、一方、第１開閉弁２０が閉状態で、第２開閉弁２２が開状態のときには、天然ガス供給源４からの天然ガスは副燃料ガス送給流路１８を通り、部分酸化反応器１２にて燃焼反応され、水素を含む還元性ガス及び水が生成され、これらを含むガスが固体酸化物形燃料電池６の燃料極側に送給される。尚、部分酸化物形燃料電池６に関連して第２空気ブロア３０が設けられ、第２空気ブロア３０からの空気が部分酸化反応器１２に送給される。 The fuel gas supply flow path 5 branches and is connected to the introduction portion on the fuel electrode side of the solid oxide fuel cell 6 through the main fuel gas supply flow path 16, and the sub fuel gas supply flow path 18 is connected to the fuel gas supply flow path 5. In the same manner, it is connected to the introduction part on the fuel electrode side. A first on-off valve 20 is disposed in the main fuel gas supply passage 16, and a second on-off valve 22 and the partial oxidation reactor 12 are disposed in the auxiliary fuel gas supply passage 18. . When the first on-off valve 20 is in the open state and the second on-off valve 22 is in the closed state, the natural gas from the natural gas supply source 5 passes through the main fuel gas supply passage 16 and the fuel electrode of the solid oxide fuel cell 6. On the other hand, when the first on-off valve 20 is in the closed state and the second on-off valve 22 is in the open state, the natural gas from the natural gas supply source 4 passes through the auxiliary fuel gas supply passage 18, A combustion reaction is performed in the partial oxidation reactor 12 to generate a reducing gas containing hydrogen and water, and the gas containing these is fed to the fuel electrode side of the solid oxide fuel cell 6. A second air blower 30 is provided in association with the partial oxide fuel cell 6, and air from the second air blower 30 is supplied to the partial oxidation reactor 12.

固体酸化物形燃料電池６の燃料極側の排出部には反応燃料ガス排出流路２１が接続され、この反応燃料ガス排出流路２１に燃焼器１４及び再生器２６が配設されている。また、固体酸化物形燃料電池６の空気極側の導入部には空気送給流路２３が接続され、この空気送給流路２３が再生器２６を通して延びているとともに、この空気送給流路２３に関連して第１空気ブロア２８が設けられている。また、固体酸化物形燃料電池６の空気極側の排出部には空気排出流路２５が接続され、この空気排出流路２５が燃焼器１４に接続されている。このように構成されているので、第１空気ブロア２８からの空気が空気送給流路２３を通して固体酸化物形燃料電池６の空気極側に送給され、かく送給される空気は再生器２６において反応燃焼ガス排出流路２１を流れる反応燃料ガスとの間で熱交換されて加熱される。固体酸化物形燃料電池６の空気極側から排出される空気とその燃料極側から排出される反応燃料ガスとは燃焼器１４に送給され、この燃焼器１４にて、空気極側からの空気を利用して反応燃焼ガスが完全に燃焼され、かく燃焼した燃焼ガス（反応燃焼ガス）が反応燃焼ガス排出流路２１を通して外部に排出される。 A reaction fuel gas discharge passage 21 is connected to the discharge portion on the fuel electrode side of the solid oxide fuel cell 6, and a combustor 14 and a regenerator 26 are disposed in the reaction fuel gas discharge passage 21. In addition, an air supply passage 23 is connected to the introduction portion on the air electrode side of the solid oxide fuel cell 6, and this air supply passage 23 extends through the regenerator 26, and this air supply flow A first air blower 28 is provided in connection with the passage 23. An air discharge passage 25 is connected to the discharge portion on the air electrode side of the solid oxide fuel cell 6, and the air discharge passage 25 is connected to the combustor 14. With this configuration, the air from the first air blower 28 is supplied to the air electrode side of the solid oxide fuel cell 6 through the air supply passage 23, and the supplied air is used as the regenerator. In 26, heat is exchanged with the reaction fuel gas flowing through the reaction combustion gas discharge passage 21 and heated. The air discharged from the air electrode side of the solid oxide fuel cell 6 and the reaction fuel gas discharged from the fuel electrode side are supplied to the combustor 14. The reaction combustion gas is completely burned using air, and the combustion gas thus burned (reaction combustion gas) is discharged to the outside through the reaction combustion gas discharge passage 21.

この形態では、固体酸化物形燃料電池６の燃料極側の排出部と主燃料送給流路１６（具体的には、第１開閉弁２０の配設部位よりも下流側部位）とがリサイクル流路２７を介して接続され、このリサイクル流路２７にリサイクルブロア１０が配設されている。リサイクルブロア１０が作動すると、燃料極側から排出された反応燃料ガスの一部がリサイクルブロア１０により吸引され、このリサイクル流路２７を通して主燃料送給流路１６に戻され、主燃料送給流路１６を通して送給される天然ガス（原燃料ガス）に固体酸化物形燃料電池６の反応燃料ガスが混合され、かく混合された混合ガスが固体酸化物形燃料電池６の導入部に送給される。この実施形態では、リサイクル流路２７を通してリサイクルされる反応燃料ガスを主燃料ガス送給流路１６に戻しているが、このような構成に代えて、固体酸化物形燃料電池６の燃料極側の導入部に戻すようにしてもよい。 In this embodiment, the discharge portion on the fuel electrode side of the solid oxide fuel cell 6 and the main fuel feed passage 16 (specifically, the downstream portion of the portion where the first on-off valve 20 is disposed) are recycled. The recycle blower 10 is disposed in the recycle flow path 27 and connected through the flow path 27. When the recycle blower 10 is operated, a part of the reaction fuel gas discharged from the fuel electrode side is sucked by the recycle blower 10 and returned to the main fuel supply flow path 16 through the recycle flow path 27, and the main fuel supply flow The reaction gas of the solid oxide fuel cell 6 is mixed with natural gas (raw fuel gas) fed through the passage 16, and the mixed gas is fed to the introduction portion of the solid oxide fuel cell 6. Is done. In this embodiment, the reaction fuel gas recycled through the recycle channel 27 is returned to the main fuel gas supply channel 16, but instead of such a configuration, the fuel electrode side of the solid oxide fuel cell 6 is used. You may make it return to the introduction part.

図２及び図３を参照して、固体酸化物形燃料電池６の出力側には切換スイッチ３２が接続され、この切換スイッチ３２の一方の端子３３ａにはインバータ３４が接続され、このインバータ３４は各種電機機器などの外部負荷３６に電気的に接続される。また、切換スイッチ３２の他方の端子３３ｂには固定抵抗３８が電気的に接続されている。リサイクルブロア１０には、また、その回転数を検出する回転数検出手段４０（例えば、回転センサから構成される）が設けられ、この回転数検出手段４０からの検出信号が制御手段４２に送給される。制御手段４２は例えばマイクロプロセッサから構成され、回転数検出手段４０の検出信号などに基づいて固体酸化物形燃料電池６、切換スイッチ３２、第１開閉弁２０、第２開閉弁２２、リサイクルブロア１０，第１空気ブロア２８、第２空気ブロア３０及び部分酸化反応器１２などを作動制御する。 2 and 3, a changeover switch 32 is connected to the output side of the solid oxide fuel cell 6, and an inverter 34 is connected to one terminal 33a of the changeover switch 32. It is electrically connected to an external load 36 such as various electric devices. A fixed resistor 38 is electrically connected to the other terminal 33 b of the changeover switch 32. The recycle blower 10 is also provided with a rotation speed detection means 40 (for example, composed of a rotation sensor) for detecting the rotation speed, and a detection signal from the rotation speed detection means 40 is sent to the control means 42. Is done. The control means 42 is composed of, for example, a microprocessor, and based on the detection signal of the rotation speed detection means 40, the solid oxide fuel cell 6, the changeover switch 32, the first on-off valve 20, the second on-off valve 22, and the recycle blower 10 , The first air blower 28, the second air blower 30, and the partial oxidation reactor 12 are controlled.

上述した燃料電池システム２は、次のように運転される。まず、通常運転時について説明すると、このときには、第１開閉弁２０が開状態に、第２開閉弁２２が閉状態に保たれ、炭化水素系燃料としての原燃料ガス（天然ガス）は、天然ガス供給源４から脱硫器８に送給され、この脱硫器８によって、原燃料ガスに含まれている硫黄成分が除去され、硫黄成分が除去された燃料ガスが固体酸化物形燃料電池６の燃料極側に供給される。この通常運転時には、リサイクルブロワ１０が作動され、固体酸化物形燃料電池６の燃料極側から排出された反応燃料ガスの一部を吸い込み、主燃料ガス送給流路１６を流れる原燃料ガスと、リサイクルブロワ１０の作用によりリサイクル流路２７を通して戻された反応燃料ガスとが混合されて固体酸化物形燃料電池６の燃料極側に供給される。このように供給された混合ガスは、固体酸化物形燃料電池６のセル内に導入され、改質反応と発電反応が同時に行われる。 The fuel cell system 2 described above is operated as follows. First, the normal operation will be described. At this time, the first on-off valve 20 is kept open, the second on-off valve 22 is kept closed, and the raw fuel gas (natural gas) as the hydrocarbon fuel is natural. The gas is supplied from the gas supply source 4 to the desulfurizer 8, and the sulfur component contained in the raw fuel gas is removed by the desulfurizer 8, and the fuel gas from which the sulfur component is removed becomes the solid oxide fuel cell 6. Supplied to the fuel electrode side. At the time of this normal operation, the recycle blower 10 is operated, and a part of the reaction fuel gas discharged from the fuel electrode side of the solid oxide fuel cell 6 is sucked, and the raw fuel gas flowing through the main fuel gas supply passage 16 and The reaction fuel gas returned through the recycle flow path 27 by the action of the recycle blower 10 is mixed and supplied to the fuel electrode side of the solid oxide fuel cell 6. The mixed gas supplied in this way is introduced into the cells of the solid oxide fuel cell 6 and the reforming reaction and the power generation reaction are performed simultaneously.

固体酸化物形燃料電池６は、酸化物イオンを伝導する固体電解質２４を備え、この固体電解質２４の片側の空気極側に後述するようにして空気が供給され、その他側の燃料極側に改質された混合燃料ガスが供給され、改質された混合燃料ガスと空気中の酸素との燃料電池反応により発電が行われる。この固体酸化物形燃料電池６の燃料極側から排出された反応燃料ガスは、その一部が上述したようにリサイクルブロワ１０に引き込まれ、その残部が燃焼器１４に送給される。燃焼器１４には、固体酸化物形燃料電池６の空気極側から排出された排空気も送給され、反応燃料ガスは燃焼器１４で燃焼される。燃焼器１４から排出される排出ガスは、反応燃料ガス排気流路２１及び再生器２６を通して大気中に放出される。また、固体酸化物形燃料電池６の空気極側に供給される空気は、第１空気ブロワ２８から空気送給流路２３を通して供給され、かく送給される際に、再生器２６において、燃焼器１４からの排気ガスとの間で熱交換され、熱交換により予熱された空気が固体酸化物形燃料電池６の空気極側に送給される。そして、固体酸化物形燃料電池６の空気極側からの排空気は燃焼器１４に送給され、反応燃料ガスの燃焼に用いられる。このとき、切換スイッチ３２は図３に実線で示す状態で、端子３３ａ側に接続されており、従って、固体酸化物形燃料電池６にて発電された電力は、切換スイッチ３２は端子３３ａを介してインバータ３４に送給され、インバータ３４にて所定電圧及び所定周波数（商業用電力と同じ電圧及び周波数）の電力に変換された後外部負荷３６に送給され、この発生電力が外部負荷３６にて消費される。尚、このときには、第２開閉弁２２が閉状態に、また部分酸化反応器１２及び第２空気ブロア３０が作動停止状態に保たれており、従って、副燃料ガス送給流路１８を通して原燃料ガス（天然ガス）が送給されることはない。 The solid oxide fuel cell 6 includes a solid electrolyte 24 that conducts oxide ions. Air is supplied to one air electrode side of the solid electrolyte 24 as described later, and the solid oxide fuel cell 6 is modified to the other fuel electrode side. The refined mixed fuel gas is supplied, and power generation is performed by a fuel cell reaction between the reformed mixed fuel gas and oxygen in the air. A part of the reaction fuel gas discharged from the fuel electrode side of the solid oxide fuel cell 6 is drawn into the recycle blower 10 as described above, and the remaining part is fed to the combustor 14. Exhaust air discharged from the air electrode side of the solid oxide fuel cell 6 is also supplied to the combustor 14, and the reaction fuel gas is combusted in the combustor 14. Exhaust gas discharged from the combustor 14 is released into the atmosphere through the reaction fuel gas exhaust passage 21 and the regenerator 26. In addition, the air supplied to the air electrode side of the solid oxide fuel cell 6 is supplied from the first air blower 28 through the air supply passage 23 and is combusted in the regenerator 26 when supplied. Heat exchanged with the exhaust gas from the vessel 14 and air preheated by the heat exchange is supplied to the air electrode side of the solid oxide fuel cell 6. Then, the exhaust air from the air electrode side of the solid oxide fuel cell 6 is supplied to the combustor 14 and used for combustion of the reaction fuel gas. At this time, the changeover switch 32 is connected to the terminal 33a in the state shown by the solid line in FIG. 3, and therefore, the electric power generated by the solid oxide fuel cell 6 is supplied to the changeover switch 32 via the terminal 33a. Is then supplied to the inverter 34, converted into power of a predetermined voltage and a predetermined frequency (same voltage and frequency as commercial power) by the inverter 34, and then supplied to the external load 36, and this generated power is supplied to the external load 36. Is consumed. At this time, the second on-off valve 22 is closed, and the partial oxidation reactor 12 and the second air blower 30 are kept in an inoperative state. Gas (natural gas) is not delivered.

このような運転中にリサイクルブロア１０に作動不良が生じてその回転数が低下すると、燃料電池システム２は次のように運転される。即ち、回転数検知手段４０の検出信号に基づいてリサイクルブロア１０の回転数の低下を検知すると、制御手段４２はリサイクルブロア１０を作動停止し、第１開閉弁２０を閉状態に、また第２開閉弁２２を開状態にするとともに、第２空気ブロア３０及び部分酸化反応器１２を作動する。かくすると、天然ガス供給源４からの天然ガス（原燃料ガス）は、脱硫器８で硫黄成分が除去された後に副燃料ガス送給流路１８を通して部分酸化反応器１２に送給される。部分酸化反応器１２には、例えば、アルミナを担体としてルテニウムを担持した触媒が設けられており、第２空気ブロワ３０からの空気がこの部分酸化反応器１２に送給されると、この部分酸化反応器１２において天然ガスが部分酸化反応し、還元ガス（水素ガスを含む還元ガス）及び水を含む部分酸化ガスが固体酸化物形燃料電池６に送給される。部分酸化反応器１２が作動すると、その触媒部位が例えば電気加熱により加熱され、触媒反応部位の一部分の温度が急速に昇温し、部分酸化反応が直ぐに行われ、このようにして部分酸化反応が行われると、その後はその反応熱によって、部分酸化反応が持続して行われる。この部分酸化反応器１２においては、部分酸化反応の反応温度が７００℃以上に上昇すると炭素析出が発生する可能性があるので、反応温度の上昇を抑制するために、例えば、反応に必要な理論燃料の０．３倍の空気を第２空気ブロワ３０で供給して部分酸化反応を行うようにするのが望ましい。尚、このとき、第１開閉弁２０が閉状態に保たれ、またリサイクルブロア１０が作動停止しているので、主燃料ガス送給流路１６を通して燃料ガスが送給されることがなく、またリサイクル流路２７を通して反応燃料ガスの一部がリサイクルされることもない。 If a malfunction occurs in the recycle blower 10 during such operation and the rotational speed thereof decreases, the fuel cell system 2 is operated as follows. That is, when detecting a decrease in the rotation speed of the recycle blower 10 based on the detection signal of the rotation speed detection means 40, the control means 42 stops the operation of the recycle blower 10, closes the first on-off valve 20, and the second While opening the on-off valve 22, the second air blower 30 and the partial oxidation reactor 12 are operated. Thus, the natural gas (raw fuel gas) from the natural gas supply source 4 is fed to the partial oxidation reactor 12 through the auxiliary fuel gas feed channel 18 after the sulfur component is removed by the desulfurizer 8. The partial oxidation reactor 12 is provided with, for example, a catalyst supporting ruthenium using alumina as a carrier. When the air from the second air blower 30 is supplied to the partial oxidation reactor 12, the partial oxidation reactor 12 is subjected to this partial oxidation reaction. The natural gas undergoes a partial oxidation reaction in the reactor 12, and a reducing gas (reducing gas including hydrogen gas) and a partially oxidizing gas containing water are supplied to the solid oxide fuel cell 6. When the partial oxidation reactor 12 is activated, the catalytic site is heated by, for example, electric heating, the temperature of a part of the catalytic reaction site is rapidly increased, and the partial oxidation reaction is performed immediately. Thus, the partial oxidation reaction is performed. After being carried out, the partial oxidation reaction is continuously carried out by the reaction heat thereafter. In this partial oxidation reactor 12, carbon precipitation may occur when the reaction temperature of the partial oxidation reaction rises to 700 ° C. or higher. Therefore, in order to suppress the increase in the reaction temperature, for example, a theory necessary for the reaction It is desirable to perform partial oxidation reaction by supplying 0.3 times the fuel air by the second air blower 30. At this time, the first on-off valve 20 is kept closed, and the recycle blower 10 is deactivated, so that no fuel gas is supplied through the main fuel gas supply passage 16, and Part of the reaction fuel gas is not recycled through the recycle channel 27.

また、このようにリサイクルブロア１０の作動が停止すると、制御手段４２は切換スイッチ３２を図３に破線で示す状態に切り換え、その端子３３ｂ側に接続される。この端子３３ｂには固定抵抗３８が接続され、その抵抗値は、定格運転温度条件で部分酸化反応器１２から供給される還元性ガスが固体酸化物形燃料電池６の燃料極側に供給されたときに、固体酸化物形燃料電池６の単セルあたりの電圧が、例えば０．８Ｖ程度になるように設定される。尚、この固定抵抗３８は、発熱量が大きいときには空冷ファンによって放熱するのが望ましい。 When the operation of the recycle blower 10 is stopped in this way, the control means 42 switches the changeover switch 32 to the state indicated by the broken line in FIG. 3, and is connected to the terminal 33b side. A fixed resistor 38 is connected to the terminal 33b, and the resistance value thereof is that the reducing gas supplied from the partial oxidation reactor 12 under the rated operating temperature condition is supplied to the fuel electrode side of the solid oxide fuel cell 6. Sometimes, the voltage per unit cell of the solid oxide fuel cell 6 is set to about 0.8V, for example. The fixed resistor 38 preferably radiates heat with an air cooling fan when the amount of heat generated is large.

このように固体酸化物形燃料電池６の出力側が固定抵抗３８に接続されるので、その発電電力は切換スイッチ３２の端子３３ｂを介して固定抵抗３８に流れ、この固定抵抗３８で消費される。このとき、部分酸化反応器１２への原燃料ガスの流量（第２空気ブロワ３０からの空気流量は燃料ガスの理論燃焼量の例えば０．３倍に設定される）及び固体酸化物形燃料電池６の空気極側に供給される第１空気ブロワ２８からの空気量とを調整することによって、燃料電池発電反応を維持しながら固体酸化物形燃料電池６の温度を徐々に下げていくことができる。つまり、固体酸化物形燃料電池６を固定抵抗３８に接続して発電電流を逃がすことによって、安定に燃料電池システム２を停止させることができる。 Since the output side of the solid oxide fuel cell 6 is thus connected to the fixed resistor 38, the generated power flows to the fixed resistor 38 via the terminal 33 b of the changeover switch 32 and is consumed by the fixed resistor 38. At this time, the flow rate of the raw fuel gas to the partial oxidation reactor 12 (the air flow rate from the second air blower 30 is set to 0.3 times the theoretical combustion amount of the fuel gas, for example) and the solid oxide fuel cell By adjusting the amount of air from the first air blower 28 supplied to the air electrode side of the fuel cell 6, the temperature of the solid oxide fuel cell 6 can be gradually lowered while maintaining the fuel cell power generation reaction. it can. That is, the fuel cell system 2 can be stably stopped by connecting the solid oxide fuel cell 6 to the fixed resistor 38 to release the generated current.

上述した構成の燃料電池システム２を再起動させ発電性能の確認実験を行ったところ、再起動後の運転において、停止前と同じ発電性能が得られた。このことから、この燃料電池システム２では、固体酸化物形燃料電池６において炭素析出が抑制されたと考えられ、発電性能の低下が防止できることが確認された。 When the fuel cell system 2 configured as described above was restarted and a power generation performance confirmation experiment was performed, the same power generation performance as before the stop was obtained in the operation after the restart. From this, in this fuel cell system 2, it was considered that carbon deposition was suppressed in the solid oxide fuel cell 6, and it was confirmed that a decrease in power generation performance could be prevented.

比較例として、固体酸化物形燃料電池６の燃料電池を開回路にして、固定抵抗３８への接続を行わず、その他の条件は上記実施例と全て同じにして固体酸化物形燃料電池６の外部負荷３６への発電出力を停止した。その後、再起動して固体酸化物形燃料電池６の発電性能を確認したところ、停止前よりも約５％の電圧低下が確認された。この電圧低下の理由は、固体酸化物形燃料電池６の燃料極上への炭素析出によるものであった。 As a comparative example, the solid oxide fuel cell 6 is opened and the connection to the fixed resistor 38 is not performed. The power generation output to the external load 36 was stopped. Thereafter, when the power was restarted and the power generation performance of the solid oxide fuel cell 6 was confirmed, a voltage drop of about 5% was confirmed compared to before the stop. The reason for this voltage drop was due to carbon deposition on the fuel electrode of the solid oxide fuel cell 6.

天然ガスなどを原燃料ガスとして固体酸化物形燃料電池で発電する燃料電池システムにおいて、リサイクルブロワを用い、リサイクルブロワが停止したときに、原燃料ガスを部分酸化反応器に通して還元性ガスを含む部分酸化ガスにして固体酸化物形燃料電池に供給し、また固体酸化物形燃料電池の発電電力を外部負荷から切り換えて固定抵抗に送給することによって、燃料極への炭素の析出を防止して燃料電池システムを停止することができ、固体酸化物形燃料電池を安定して停止させる技術として有効に用いることができる。また、安定して停止させるための装置構成を複雑にすることなく燃料電池システムを停止することができるので、システム全体を小型化することもでき、またシステムの設備費用も安価となる。 In a fuel cell system that generates power with a solid oxide fuel cell using natural gas as raw fuel gas, a recycle blower is used. When the recycle blower stops, the raw fuel gas is passed through a partial oxidation reactor to produce reducing gas. It is supplied to the solid oxide fuel cell as a partially oxidized gas, and the generated power of the solid oxide fuel cell is switched from an external load and sent to a fixed resistor to prevent carbon deposition on the fuel electrode. Thus, the fuel cell system can be stopped, and can be effectively used as a technique for stably stopping the solid oxide fuel cell. In addition, since the fuel cell system can be stopped without complicating the configuration of the apparatus for stably stopping the system, the entire system can be reduced in size, and the equipment cost of the system can be reduced.

燃料電池システムの一実施形態を簡略的に示すシステムブロック図である。1 is a system block diagram schematically illustrating an embodiment of a fuel cell system. 図１の燃料電池システムの制御径を簡略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows simply the control diameter of the fuel cell system of FIG. 図１の燃料電池システムにおける負荷への接続切換えを説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating connection switching to the load in the fuel cell system of FIG.

Explanation of symbols

２燃料電池システム
６固体酸化物形燃料電池
８脱硫器
１０リサイクルブロワ
１２部分酸化反応器
１６主燃料ガス送給流路
１８副燃料ガス送給流路
２１反応燃料ガス排出流路
２３空気送給流路
２７リサイクル流路
２８第１空気ブロワ
３０第２空気ブロワ
３２切換スイッチ
３４インバータ
３６外部負荷
３８固定抵抗 2 Fuel Cell System 6 Solid Oxide Fuel Cell 8 Desulfurizer 10 Recycle Blower 12 Partial Oxidation Reactor 16 Main Fuel Gas Supply Channel 18 Sub Fuel Gas Supply Channel 21 Reactive Fuel Gas Discharge Channel 23 Air Supply Flow Path 27 Recycle path 28 First air blower 30 Second air blower 32 Changeover switch 34 Inverter 36 External load 38 Fixed resistance

Claims

A solid oxide fuel cell that performs fuel cell power generation using raw fuel gas, and a main fuel gas supply passage and a sub fuel gas supply passage for supplying raw fuel gas to the solid oxide fuel cell And a reaction fuel gas discharge channel for discharging the reaction fuel gas after performing the fuel cell power generation reaction in the solid oxide fuel cell, and a part of the reaction fuel gas after performing the fuel cell power generation reaction A recycle flow path for returning the main fuel gas supply flow path and / or solid oxide fuel cell, a recycle blower disposed in the recycle flow path, and a sub fuel gas supply flow path. A partial oxidation reactor,
During normal operation, raw fuel gas is supplied to the solid oxide fuel cell through the main fuel gas supply channel, and a part of the reaction fuel gas from the solid oxide fuel cell is supplied to the recycle blower. Is supplied to the main fuel gas supply channel and / or the solid oxide fuel cell through the recycle channel by the action,
When the operation of the recycle blower is stopped, the raw fuel gas is supplied to the partial oxidation reactor through the auxiliary fuel gas supply flow path, and the partial reaction fuel gas partially reacted in the partial oxidation reactor is supplied to the solid fuel gas. A fuel cell system that is supplied to an oxide fuel cell.

A fixed resistor is provided in relation to the solid oxide fuel cell, and an output side of the solid oxide fuel cell is electrically connected to the fixed resistor when the recycle blower malfunctions. The fuel cell system according to claim 1.