JP2008198486A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system simplifying a facility, miniaturizing the size and preventing oxidation deterioration of an anode of a fuel cell stack. <P>SOLUTION: The fuel cell system 1 is equipped with a reformer 2 for power generation producing first reformed gas by reforming first raw fuel; an SOFC stack 3 generating power with first reformed gas obtained in the reformer 2 for power generation and air; a reformer 4 for starting/stopping producing second reformed gas for protecting an anode 3a of the SOFC stack 3 from oxidation deterioration in starting/stopping of the fuel cell system 1 by reforming second raw fuel, the reformer 2 for power generation, the SOFC stack 3 and the reformer 4 for starting/stopping are housed in a module container 5 to form a module, and the reformer 2 for power generation is installed between the SOFC stack 3 and the reformer 4 for starting/stopping on the inside of the module container 5. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、原燃料及び空気を導入して発電を行う燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system that generates power by introducing raw fuel and air.

燃料電池システムの一つとして固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）システムがある。一般に固体酸化物形燃料電池システムは、灯油や都市ガス等の炭化水素燃料（原燃料）を改質して水素含有ガス（改質ガス）を生成する改質器と、この改質器で得られた改質ガスと空気とを電気化学的に発電反応させる燃料電池スタックとを備えている。燃料電池スタックは、通常５５０〜１０００℃程度の高温下で作動される。そのようなＳＯＦＣシステムとしては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。
特開２００２−３５８９９７号公報 One type of fuel cell system is a solid oxide fuel cell (SOFC) system. In general, a solid oxide fuel cell system is obtained by reforming a hydrocarbon fuel (raw fuel) such as kerosene or city gas to produce a hydrogen-containing gas (reformed gas), and the reformer. A fuel cell stack that electrochemically generates and reacts the reformed gas and air. The fuel cell stack is usually operated at a high temperature of about 550 to 1000 ° C. As such an SOFC system, for example, one described in Patent Document 1 is known.
JP 2002-358997 A

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、燃料電池システムの起動時には、改質器が改質ガスを生成可能な温度まで昇温される間、燃料電池スタックのアノード（燃料極）の酸化劣化を防止するために、水素等の還元性ガスをアノードに供給する必要がある。また、燃料電池システムの停止時には、改質器により改質ガスが生成されなくなった後に、同様の理由から還元性ガスをアノードに供給する必要がある。水素の供給源としては、水素ガスボンベ、水素吸蔵・吸熱発生材、電解水素など種々のものがある。しかし、このような水素供給源を用いると、システム（設備）が複雑化したり大規模化したりして、コストアップの要因となる。   However, the following problems exist in the prior art. That is, when the fuel cell system is started, while the reformer is heated to a temperature capable of generating reformed gas, reduction of hydrogen or the like is performed to prevent oxidative deterioration of the anode (fuel electrode) of the fuel cell stack. It is necessary to supply sex gas to the anode. Further, when the fuel cell system is stopped, it is necessary to supply the reducing gas to the anode for the same reason after the reformer stops generating the reformed gas. There are various hydrogen supply sources such as a hydrogen gas cylinder, a hydrogen storage / endothermic material, and electrolytic hydrogen. However, when such a hydrogen supply source is used, the system (equipment) becomes complicated or large-scale, which increases costs.

本発明の目的は、設備の簡素化・小規模化を図りつつ、燃料電池スタックのアノードの酸化劣化を防止することができる燃料電池システムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of preventing oxidative deterioration of the anode of a fuel cell stack while simplifying and reducing the size of equipment.

本発明の燃料電池システムは、第１原燃料を改質して第１改質ガスを生成する第１改質器と、第１改質器で生成された第１改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、第２原燃料を改質して、燃料電池スタックのアノードを酸化劣化から保護するための第２改質ガスを生成する第２改質器と、第１改質器、燃料電池スタック及び第２改質器を収容する容器とを備え、容器内における燃料電池スタックと第２改質器との間には、燃料電池スタックによる発電に寄与する部材が配置されていることを特徴とするものである。   The fuel cell system of the present invention generates power using a first reformer that reforms a first raw fuel to generate a first reformed gas, and a first reformed gas that is generated by the first reformer. A fuel cell stack for reforming, a second reformer for reforming the second raw fuel, and generating a second reformed gas for protecting the anode of the fuel cell stack from oxidative degradation, and a first reformer A fuel cell stack and a container containing the second reformer, and a member contributing to power generation by the fuel cell stack is disposed between the fuel cell stack and the second reformer in the container. It is characterized by this.

このような本発明の燃料電池システムの起動時には、例えば第２改質器を所定温度まで昇温した後、第２改質ガスが第２改質器によって生成され、その第２改質ガスが燃料電池スタックに供給される。その後、燃料電池スタックからの輻射熱や排ガス（オフガス）燃焼熱等によって第１改質器が所定温度まで昇温されると、第１改質ガスが第１改質器によって生成され、その第１改質ガスが燃料電池スタックに供給される。このように発電に用いる第１改質ガスが燃料電池スタックに供給される前には、燃料電池スタックのアノードを酸化劣化から保護するための第２改質ガスが燃料電池スタックに供給されることとなる。   At the time of starting the fuel cell system of the present invention, for example, after the second reformer is heated to a predetermined temperature, the second reformed gas is generated by the second reformer, and the second reformed gas is Supplied to the fuel cell stack. Thereafter, when the first reformer is heated to a predetermined temperature by radiation heat from the fuel cell stack, exhaust gas (off gas) combustion heat, or the like, the first reformed gas is generated by the first reformer, and the first reformer The reformed gas is supplied to the fuel cell stack. Thus, before the first reformed gas used for power generation is supplied to the fuel cell stack, the second reformed gas for protecting the anode of the fuel cell stack from oxidative degradation is supplied to the fuel cell stack. It becomes.

燃料電池システムの停止時には、例えば第２改質器を所定温度まで昇温した後、第２改質器により第２改質ガスが生成され、その第２改質ガスが燃料電池スタックに供給されると共に、燃料電池スタックへの第１改質ガスの供給が停止される。その後、燃料電池スタックが所定の温度まで降温されると、燃料電池スタックへの第２改質ガスの供給が停止される。このように燃料電池スタックへの第１改質ガスの供給が停止された後には、燃料電池スタックのアノードを酸化劣化から保護するための第２改質ガスが燃料電池スタックに供給されることとなる。   When the fuel cell system is stopped, for example, after the temperature of the second reformer is raised to a predetermined temperature, the second reformer gas is generated by the second reformer, and the second reformed gas is supplied to the fuel cell stack. At the same time, the supply of the first reformed gas to the fuel cell stack is stopped. Thereafter, when the temperature of the fuel cell stack is lowered to a predetermined temperature, the supply of the second reformed gas to the fuel cell stack is stopped. Thus, after the supply of the first reformed gas to the fuel cell stack is stopped, the second reformed gas for protecting the anode of the fuel cell stack from oxidative degradation is supplied to the fuel cell stack. Become.

ここで、電池スタックのアノードを酸化劣化から保護するための第２改質ガスとしては、水素含有ガス等の還元性ガスが好適である。水素含有ガスは、炭化水素系燃料を改質することで得られる。従って、第２原燃料として炭化水素系燃料を使用し、第２改質器により炭化水素系燃料を改質して第２改質ガスを生成することにより、水素供給源である水素ガスボンベ等を使用しなくて済む。しかも、第２改質器は、第１改質器と共に容器内に配置されている。これにより、燃料電池システムのスペース効率が良好となり、システム（設備）の簡素化及び小規模化を図ることができる。   Here, as the second reformed gas for protecting the anode of the battery stack from oxidative deterioration, a reducing gas such as a hydrogen-containing gas is suitable. The hydrogen-containing gas can be obtained by reforming a hydrocarbon fuel. Therefore, by using a hydrocarbon fuel as the second raw fuel and reforming the hydrocarbon fuel with the second reformer to generate the second reformed gas, a hydrogen gas cylinder or the like that is a hydrogen supply source can be obtained. You don't have to use it. In addition, the second reformer is disposed in the container together with the first reformer. Thereby, the space efficiency of the fuel cell system is improved, and the system (facility) can be simplified and downsized.

また、容器内における燃料電池スタックと第２改質器との間に、燃料電池スタックによる発電に寄与する部材を配置することにより、燃料電池システムの起動時に第２改質器が昇温される際、第２改質器から燃料電池スタックへの伝熱が、燃料電池スタックによる発電に寄与する部材に遮られるようになる。このため、燃料電池スタックは、第２改質器からの輻射熱を受けにくくなる。従って、第２改質器からの輻射熱によって燃料電池スタックの温度が必要以上に高くなることが抑制される。これにより、第２改質ガスが燃料電池スタックに供給される前に、燃料電池スタックのアノードが酸化劣化することを確実に防止できる。   Further, by disposing a member that contributes to power generation by the fuel cell stack between the fuel cell stack and the second reformer in the container, the temperature of the second reformer is raised when the fuel cell system is started up. At this time, heat transfer from the second reformer to the fuel cell stack is blocked by a member that contributes to power generation by the fuel cell stack. For this reason, the fuel cell stack is unlikely to receive radiant heat from the second reformer. Accordingly, it is possible to suppress the temperature of the fuel cell stack from becoming higher than necessary due to the radiant heat from the second reformer. Accordingly, it is possible to reliably prevent the anode of the fuel cell stack from being deteriorated by oxidation before the second reformed gas is supplied to the fuel cell stack.

好ましくは、燃料電池スタックによる発電に寄与する部材が第１改質器である。この場合には、燃料電池システムの起動・停止時に、第１改質器が第２改質器から燃料電池スタックへの伝熱を遮るだけでなく、燃料電池スタックからの輻射熱やオフガス燃焼熱等を受けやすくなる。従って、第１改質器が高温の熱源を必要とする場合に有効である。   Preferably, the member that contributes to power generation by the fuel cell stack is the first reformer. In this case, at the start / stop of the fuel cell system, the first reformer not only blocks heat transfer from the second reformer to the fuel cell stack, but also radiant heat from the fuel cell stack, off-gas combustion heat, etc. It becomes easy to receive. Therefore, it is effective when the first reformer requires a high-temperature heat source.

また、燃料電池スタックに供給される空気を予熱する空気予熱器を更に備え、燃料電池スタックによる発電に寄与する部材が空気予熱器であっても良い。このように空気予熱器を容器内に配置することにより、燃料電池システムのスペース効率が一層良くなると共に、空気予熱器が第２改質器から燃料電池スタックへの伝熱を遮ることとなる。   Further, an air preheater that preheats air supplied to the fuel cell stack may be further provided, and the member that contributes to power generation by the fuel cell stack may be an air preheater. By arranging the air preheater in the container in this manner, the space efficiency of the fuel cell system is further improved, and the air preheater blocks heat transfer from the second reformer to the fuel cell stack.

また、好ましくは、第２改質器と燃料電池スタックによる発電に寄与する部材との間には断熱材が介在されている。この場合には、第２改質器から燃料電池スタックへの伝熱が十分低減されるため、第２改質器からの輻射熱による燃料電池スタックの温度上昇が一層抑制されるようになる。   Preferably, a heat insulating material is interposed between the second reformer and a member that contributes to power generation by the fuel cell stack. In this case, since the heat transfer from the second reformer to the fuel cell stack is sufficiently reduced, an increase in the temperature of the fuel cell stack due to radiant heat from the second reformer is further suppressed.

本発明によれば、設備の簡素化・小規模化を図りつつ、燃料電池スタックのアノードの酸化劣化を防止することができる。これにより、燃料電池システムにかかるコストを削減することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to prevent oxidative degradation of the anode of the fuel cell stack while simplifying and downsizing the equipment. As a result, the cost for the fuel cell system can be reduced.

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

図１は、本発明に係わる燃料電池システムの第１実施形態を示すシステム構成図である。同図において、本実施形態の燃料電池システム１は、原燃料（第１原燃料）を改質して改質ガス（第１改質ガス）を生成する発電用改質器（第１改質器）２と、この発電用改質器２で得られた改質ガスと空気とを用いて発電を行う固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）スタック３と、原燃料（第２原燃料）を改質して改質ガス（第２改質ガス）を生成する起動・停止用改質器（第２改質器）４とを備えている。発電用改質器２、ＳＯＦＣスタック３及び起動・停止用改質器４は、モジュール容器５内に収容されてモジュール化されている。   FIG. 1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention. In the figure, the fuel cell system 1 of the present embodiment reforms a raw fuel (first raw fuel) to generate a reformed gas (first reformed gas) (first reformer). 2), a solid oxide fuel cell (SOFC) stack 3 that generates power using the reformed gas and air obtained by the power reformer 2, and a raw fuel (second raw fuel) A start / stop reformer (second reformer) 4 for reforming and generating a reformed gas (second reformed gas) is provided. The power reformer 2, the SOFC stack 3, and the start / stop reformer 4 are housed in a module container 5 and modularized.

また、燃料電池システム１は、発電用原燃料及び水蒸気が混合された発電用改質原料をモジュール容器５の外部から発電用改質器２に供給するための原料供給系６と、起動・停止用原燃料及び水蒸気が混合された起動・停止用改質原料をモジュール容器５の外部から起動・停止用改質器４に供給するための原料供給系７とを備えている。   Further, the fuel cell system 1 includes a raw material supply system 6 for supplying a power generation reforming raw material mixed with a power generation raw fuel and steam to the power generation reformer 2 from the outside of the module container 5, and start / stop And a raw material supply system 7 for supplying a starting / stopping reformed raw material mixed with raw fuel and steam to the starting / stopping reformer 4 from the outside of the module container 5.

原料供給系６は、発電用改質器２と接続された原料導入管８と、発電用原燃料の供給量を調整する電磁バルブ９と、水蒸気の供給量を調整する電磁バルブ１０とを有している。発電用原燃料としては、例えば灯油や都市ガス等の炭化水素燃料が用いられる。原料供給系６は、例えば水気化器（図示せず）で得られた水蒸気に燃料気化器（図示せず）で得られた原燃料ガスを混合させて発電用改質原料ガスを生成する。そして、その発電用改質原料ガスが原料導入管８内を通って発電用改質器２に導入される。   The raw material supply system 6 includes a raw material introduction pipe 8 connected to the power generation reformer 2, an electromagnetic valve 9 that adjusts the supply amount of raw power for power generation, and an electromagnetic valve 10 that adjusts the supply amount of water vapor. is doing. As the raw power for power generation, for example, hydrocarbon fuel such as kerosene or city gas is used. The raw material supply system 6 mixes the raw fuel gas obtained by the fuel vaporizer (not shown) with, for example, water vapor obtained by the water vaporizer (not shown) to generate the reforming raw material gas for power generation. Then, the power generation reforming material gas is introduced into the power generation reformer 2 through the material introduction pipe 8.

原料供給系７は、起動・停止用改質器４と接続された原料導入管１１と、起動・停止用原燃料の供給量を調整する電磁バルブ１２と、水蒸気の供給量を調整する電磁バルブ１３とを有している。起動・停止用原燃料としては、灯油や都市ガス等の炭化水素燃料が用いられる。原料供給系７は、原料供給系６と同様に、例えば水気化器（図示せず）で得られた水蒸気に燃料気化器（図示せず）で得られた原燃料ガスを混合させて起動・停止用改質原料ガスを生成する。そして、その起動・停止用改質原料ガスが原料導入管１１内を通って起動・停止用改質器４に導入される。   The raw material supply system 7 includes a raw material introduction pipe 11 connected to the start / stop reformer 4, an electromagnetic valve 12 that adjusts the supply amount of raw fuel for start / stop, and an electromagnetic valve that adjusts the supply amount of water vapor. 13. Hydrocarbon fuels such as kerosene and city gas are used as starting / stopping raw fuel. Similarly to the raw material supply system 6, the raw material supply system 7 is activated by mixing raw fuel gas obtained by a fuel vaporizer (not shown) with, for example, water vapor obtained by a water vaporizer (not shown). A stop reforming source gas is generated. Then, the starting / stopping reforming raw material gas is introduced into the starting / stopping reformer 4 through the raw material introduction pipe 11.

発電用改質器２は、発電用改質原料を改質触媒で水蒸気改質反応させて、水素及び一酸化炭素を含有する改質ガスを生成する。この改質ガスは、ＳＯＦＣスタック３による発電に用いられるガスである。水蒸気改質反応は非常に大きな吸熱反応であり、反応温度が５５０〜７５０℃程度と比較的高いので、高温の熱源が必要となる。このため、発電用改質器２は、ＳＯＦＣスタック３の近傍に配置され、ＳＯＦＣスタック３からの輻射熱及びオフガス燃焼熱を利用して水蒸気改質反応を行う。具体的には、発電用改質器２は、ＳＯＦＣスタック３と起動・停止用改質器４との間に配置されている。   The power generation reformer 2 generates a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide by causing the reforming raw material for power generation to undergo a steam reforming reaction with a reforming catalyst. This reformed gas is a gas used for power generation by the SOFC stack 3. The steam reforming reaction is a very large endothermic reaction, and since the reaction temperature is relatively high at about 550 to 750 ° C., a high-temperature heat source is required. For this reason, the power reformer 2 is disposed in the vicinity of the SOFC stack 3 and performs a steam reforming reaction using radiant heat from the SOFC stack 3 and off-gas combustion heat. Specifically, the power reformer 2 is disposed between the SOFC stack 3 and the start / stop reformer 4.

ＳＯＦＣスタック３は、改質ガス供給管１４を介して発電用改質器２と接続されている。また、ＳＯＦＣスタック３には、モジュール容器５の外部から空気を導入するための空気導入管１５が接続されている。空気導入管１５には、空気の導入量を調整する電磁バルブ１６が設けられている。   The SOFC stack 3 is connected to the power generator reformer 2 via a reformed gas supply pipe 14. The SOFC stack 3 is connected to an air introduction pipe 15 for introducing air from the outside of the module container 5. The air introduction pipe 15 is provided with an electromagnetic valve 16 that adjusts the amount of air introduced.

また、空気導入管１５には、ＳＯＦＣスタック３に供給される空気を予熱する空気予熱器１７が設けられている。空気予熱器１７としては、例えば熱交換器が使用される。なお、空気予熱器１７は、図示の通りモジュール容器５内に配置されていても良いし、モジュール容器５の外部に配置されていても良い   The air introduction pipe 15 is provided with an air preheater 17 that preheats the air supplied to the SOFC stack 3. For example, a heat exchanger is used as the air preheater 17. The air preheater 17 may be disposed in the module container 5 as illustrated, or may be disposed outside the module container 5.

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

起動・停止用改質器４は、起動・停止用改質原料を改質触媒で水蒸気改質反応させて、還元性を有する水素を含有する改質ガスを生成するものである。この改質ガスは、燃料電池システム１の起動・停止時にＳＯＦＣスタック３のアノード３ａを酸化劣化から保護するためのガスである。起動・停止用改質器４は、発電用改質器２に対してＳＯＦＣスタック３の反対側、つまりＳＯＦＣスタック３による発電反応時にＳＯＦＣスタック３からの輻射熱及びオフガス燃焼熱を直接受けにくい位置に、発電用改質器２から離間して配置されている。なお、起動・停止用改質器４は、特に発電に寄与するものでないので、発電用改質器２に比べて小容量であっても良い。   The start / stop reformer 4 generates a reformed gas containing hydrogen having reducibility by causing the reforming raw material for start / stop to undergo a steam reforming reaction with a reforming catalyst. This reformed gas is a gas for protecting the anode 3a of the SOFC stack 3 from oxidative degradation when the fuel cell system 1 is started and stopped. The start / stop reformer 4 is located on the opposite side of the SOFC stack 3 with respect to the power reformer 2, that is, at a position where it is difficult to directly receive radiant heat and off-gas combustion heat from the SOFC stack 3 during a power generation reaction by the SOFC stack 3. The power reformer 2 is spaced apart from the power generation reformer 2. The start / stop reformer 4 does not particularly contribute to power generation, and may have a smaller capacity than the power reformer 2.

起動・停止用改質器４は、改質ガス供給管１８を介して原料導入管８と分岐接続されている。起動・停止用改質器４により生成された改質ガスは、改質ガス供給管１８、原料導入管８、発電用改質器２及び改質ガス供給管１４を介してＳＯＦＣスタック３に供給される。ここでは、起動・停止用改質器４で生成された改質ガスによって発電用改質器２の改質触媒を還元させるために、改質ガス供給管１８を発電用改質器２の入力側に分岐接続したが、改質ガス供給管１８を発電用改質器２の出力側（改質ガス供給管１４）に接続しても良い。   The start / stop reformer 4 is branched and connected to the raw material introduction pipe 8 via a reformed gas supply pipe 18. The reformed gas generated by the start / stop reformer 4 is supplied to the SOFC stack 3 via the reformed gas supply pipe 18, the raw material introduction pipe 8, the power generation reformer 2 and the reformed gas supply pipe 14. Is done. Here, in order to reduce the reforming catalyst of the power reformer 2 by the reformed gas generated by the start / stop reformer 4, the reformed gas supply pipe 18 is connected to the power reformer 2. However, the reformed gas supply pipe 18 may be connected to the output side (the reformed gas supply pipe 14) of the power generation reformer 2.

また、燃料電池システム１は、運転時にシステム全体を制御する制御装置１９を備えている。制御装置１９は、電磁バルブ９，１０を制御することで原燃料及び水蒸気の供給をそれぞれ制御し、電磁バルブ１２，１３を制御することで原燃料及び水蒸気の供給量をそれぞれ制御し、電磁バルブ１６を制御することで空気の導入量を制御する。   The fuel cell system 1 also includes a control device 19 that controls the entire system during operation. The control device 19 controls the supply of raw fuel and water vapor by controlling the electromagnetic valves 9 and 10, respectively, and controls the supply amount of raw fuel and water vapor by controlling the electromagnetic valves 12 and 13, respectively. The amount of air introduced is controlled by controlling 16.

図２は、燃料電池システム１の起動時に、制御装置１９により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。本制御処理の実行は、例えば図示しない起動スイッチが操作されることで開始される。以下、図２に示すフローチャートを用いて、燃料電池システム１の起動時の運転方法について説明する。   FIG. 2 is a flowchart showing a control processing procedure executed by the control device 19 when the fuel cell system 1 is started. The execution of this control process is started, for example, by operating a start switch (not shown). Hereinafter, the operation method at the start-up of the fuel cell system 1 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

まず、例えば起動・停止用改質器４の近傍に配置されたバーナやヒータ（図示せず）等の熱源によって、起動・停止用改質器４を所定の温度まで加熱する。続いて、電磁バルブ１２，１３を制御して、起動・停止用改質器４に向けて原燃料及び水蒸気を供給することにより、起動・停止用改質器４に起動・停止用改質原料を供給する（手順１０１）。   First, for example, the start / stop reformer 4 is heated to a predetermined temperature by a heat source such as a burner or a heater (not shown) arranged in the vicinity of the start / stop reformer 4. Subsequently, the starting and stopping reforming raw materials are supplied to the starting and stopping reformer 4 by controlling the electromagnetic valves 12 and 13 and supplying the raw fuel and steam to the starting and stopping reformer 4. (Procedure 101).

ここで、起動・停止用改質器４の改質触媒表面に炭素が析出する、いわゆるコーキングが発生すると、改質触媒が劣化して改質反応を阻害する。これを防止するためには、最初に水蒸気のみを起動・停止用改質器４に供給し、その後で原燃料を起動・停止用改質器４に供給するのが望ましい。まず水蒸気のみが起動・停止用改質器４に供給されると、水蒸気が発電用改質器２及び改質ガス供給管１４を介してＳＯＦＣスタック３に供給される。その後、原燃料が起動・停止用改質器４に供給されると、起動・停止用改質器４により改質ガスが生成され、この改質ガスが発電用改質器２及び改質ガス供給管１４を介してＳＯＦＣスタック３に供給される。   Here, when carbon is deposited on the reforming catalyst surface of the start / stop reformer 4, so-called coking occurs, the reforming catalyst deteriorates and inhibits the reforming reaction. In order to prevent this, it is desirable to supply only the steam to the start / stop reformer 4 first and then supply the raw fuel to the start / stop reformer 4. First, when only steam is supplied to the start / stop reformer 4, the steam is supplied to the SOFC stack 3 via the power reformer 2 and the reformed gas supply pipe 14. Thereafter, when the raw fuel is supplied to the start / stop reformer 4, a reformed gas is generated by the start / stop reformer 4, and this reformed gas is converted into the power reformer 2 and the reformed gas. It is supplied to the SOFC stack 3 via the supply pipe 14.

また、電磁バルブ１６を制御して、ＳＯＦＣスタック３のカソード３ｂに空気を供給する（手順１０２）。なお、この発電用空気の供給の開始は、手順１０１の前または手順１０１と同時に実行しても良い。   Further, the electromagnetic valve 16 is controlled to supply air to the cathode 3b of the SOFC stack 3 (procedure 102). The start of the supply of power generation air may be executed before the procedure 101 or simultaneously with the procedure 101.

その後、ＳＯＦＣスタック３からのアノードオフガス燃焼熱あるいはヒータ等によりモジュール容器５内が昇温される。そして、発電用改質器２の温度が所定の温度（前述の５５０〜７５０℃程度）に到達したら、電磁バルブ９，１０を制御して、発電用改質器２に向けて原燃料及び水蒸気を供給することにより、発電用改質器２に発電用改質原料を供給する（手順１０３）。すると、発電用改質器２により改質ガスが生成され、この改質ガスが改質ガス供給管１４を介してＳＯＦＣスタック３に供給される。   Thereafter, the temperature inside the module container 5 is raised by the anode off-gas combustion heat from the SOFC stack 3 or a heater. Then, when the temperature of the power reformer 2 reaches a predetermined temperature (about 550 to 750 ° C.), the electromagnetic valves 9 and 10 are controlled to feed the raw fuel and steam toward the power reformer 2. Is supplied to the power reformer 2 (procedure 103). Then, the reformed gas is generated by the power reformer 2, and this reformed gas is supplied to the SOFC stack 3 through the reformed gas supply pipe 14.

このとき、発電用改質器２のコーキング（前述）を防止するために、上記と同様に最初に水蒸気のみを発電用改質器２に供給し、その後で原燃料を発電用改質器２に供給するのが望ましい。その後、ＳＯＦＣスタック３が所定の温度まで昇温された後、ＳＯＦＣスタック３から電流を取り出すことにより、ＳＯＦＣスタック３による発電が開始される。   At this time, in order to prevent coking (described above) of the power generation reformer 2, only steam is first supplied to the power generation reformer 2 in the same manner as described above, and then the raw fuel is converted into the power generation reformer 2. It is desirable to supply. Thereafter, after the temperature of the SOFC stack 3 is raised to a predetermined temperature, electric power is taken out from the SOFC stack 3 to start power generation by the SOFC stack 3.

続いて、電磁バルブ１２，１３を制御して、原燃料及び水蒸気の供給を停止することにより、起動・停止用改質器４への起動・停止用改質原料の供給を停止する（手順１０４）。また、起動・停止用改質器４またはその近傍に設けられた熱源からの熱出力を停止する。   Subsequently, the supply of the starting / stopping reforming raw material to the starting / stopping reformer 4 is stopped by stopping the supply of raw fuel and steam by controlling the electromagnetic valves 12 and 13 (procedure 104). ). Further, the heat output from the heat source provided in or near the start / stop reformer 4 is stopped.

このような燃料電池システム１の起動時には、起動・停止用改質器４で生成された改質ガスがＳＯＦＣスタック３に供給され始めると、ＳＯＦＣスタック３がアノード３ａの酸化劣化点（例えば４００℃）以上の温度まで昇温されても、改質ガスによってアノード３ａの酸化劣化が防止される。   When the fuel cell system 1 is started, when the reformed gas generated by the start / stop reformer 4 starts to be supplied to the SOFC stack 3, the SOFC stack 3 is oxidized at the oxidation deterioration point (eg, 400 ° C.) of the anode 3a. ) Even when the temperature is raised to the above temperature, the reformed gas prevents the oxidative deterioration of the anode 3a.

図３は、燃料電池システム１の停止時に、制御装置１９により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。本制御処理の実行は、例えば図示しない停止スイッチが操作されることで開始される。以下、図３に示すフローチャートを用いて、燃料電池システム１の停止時の運転方法について説明する。   FIG. 3 is a flowchart showing a control processing procedure executed by the control device 19 when the fuel cell system 1 is stopped. The execution of this control process is started, for example, by operating a stop switch (not shown). Hereinafter, the operation method when the fuel cell system 1 is stopped will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

まず、例えば起動・停止用改質器４の近傍に配置されたヒータ（図示せず）等によって、起動・停止用改質器４を所定の温度まで加熱する。また、電磁バルブ９，１０を制御して、原燃料及び水蒸気の供給量を減らすことにより、発電用改質器２への発電用改質原料の供給量を減らす。これにより、発電用改質器２で生成される改質ガスの供給量が減少する。   First, for example, the start / stop reformer 4 is heated to a predetermined temperature by a heater (not shown) disposed in the vicinity of the start / stop reformer 4. Further, the supply amount of the reforming raw material for power generation to the power reformer 2 is reduced by controlling the electromagnetic valves 9 and 10 to reduce the supply amount of raw fuel and water vapor. Thereby, the supply amount of the reformed gas generated by the power reformer 2 is reduced.

そして、電磁バルブ１２，１３を制御して、起動・停止用改質器４に向けて少量の原燃料及び水蒸気を供給することにより、起動・停止用改質器４に少量の起動・停止用改質原料を供給する（手順１１１）。すると、起動・停止用改質器４により改質ガスが生成され、この改質ガスが少量だけＳＯＦＣスタック３のアノード３ａに供給される。   Then, by controlling the electromagnetic valves 12 and 13 and supplying a small amount of raw fuel and steam toward the start / stop reformer 4, a small amount of start / stop is supplied to the start / stop reformer 4. A reforming raw material is supplied (procedure 111). Then, the reformed gas is generated by the start / stop reformer 4, and a small amount of the reformed gas is supplied to the anode 3a of the SOFC stack 3.

また、電磁バルブ９，１０を制御して、原燃料及び水蒸気の供給を停止することにより、発電用改質器２への発電用改質原料の供給を停止する（手順１１２）。これにより、発電用改質器２で生成された改質ガスの供給が停止する。   Further, the supply of the power generation reforming raw material to the power generation reformer 2 is stopped by controlling the electromagnetic valves 9 and 10 to stop the supply of raw fuel and water vapor (procedure 112). As a result, the supply of the reformed gas generated by the power generation reformer 2 is stopped.

続いて、例えば電磁バルブ１６を制御して、ＳＯＦＣスタック３のカソード３ｂに供給される空気量を増やす。これにより、ＳＯＦＣスタック３への改質ガスの供給量を少量とする（前述）ことでＳＯＦＣスタック３からのアノードオフガス燃焼熱が減少することと相俟って、モジュール容器５内の降温が開始される（手順１１３）。なお、この手順は、手順１１２の前に実行しても良い。   Subsequently, for example, the electromagnetic valve 16 is controlled to increase the amount of air supplied to the cathode 3 b of the SOFC stack 3. As a result, the temperature inside the module container 5 starts to be reduced in combination with the reduction of the anode off-gas combustion heat from the SOFC stack 3 by reducing the amount of reformed gas supplied to the SOFC stack 3 (described above). (Procedure 113). Note that this procedure may be executed before the procedure 112.

ＳＯＦＣスタック３内がアノード３ａの酸化劣化点以下の温度になった後、電磁バルブ１２，１３を制御して、原燃料及び水蒸気の供給を停止することにより、起動・停止用改質器４への起動・停止用改質原料の供給を停止する（手順１１４）。また、起動・停止用改質器４またはその近傍に設けられた熱源からの熱出力を停止する。   After the temperature inside the SOFC stack 3 reaches the temperature below the oxidation deterioration point of the anode 3a, the electromagnetic valves 12 and 13 are controlled to stop the supply of raw fuel and steam to the start / stop reformer 4. The supply of the starting / stopping reforming raw material is stopped (procedure 114). Further, the heat output from the heat source provided in or near the start / stop reformer 4 is stopped.

ここで、改質ガス供給管１４，１８内の改質ガスに比べて冷めにくいＳＯＦＣスタック３がアノード３ａの酸化劣化点以下の温度まで降温するまでの間は、起動・停止用改質器４で生成された改質ガスがＳＯＦＣスタック３に供給され続けるので、アノード３ａの酸化劣化が防止される。   Here, until the SOFC stack 3 which is hard to cool compared to the reformed gas in the reformed gas supply pipes 14 and 18 is cooled to a temperature below the oxidation deterioration point of the anode 3a, the starter / stop reformer 4 is started. Since the reformed gas generated in (5) continues to be supplied to the SOFC stack 3, oxidative degradation of the anode 3a is prevented.

以上のような本実施形態にあっては、炭化水素系の原燃料を改質して改質ガス（水素含有ガス）を生成する起動・停止用改質器４を設け、その起動・停止用改質器４で得られた改質ガスをＳＯＦＣスタック３に供給することにより、ＳＯＦＣスタック３のアノード３ａを酸化劣化から保護するようにしたので、水素供給源として水素ガスボンベ、水素吸蔵・吸熱発生材、電解水素等を使用しなくて済む。また、発電用改質原料を作るための原燃料と起動・停止用改質原料を作るための原燃料とが全く同じであれば、それらの原燃料の供給源を共有化することができる。さらに、起動・停止用改質器４は発電用改質器２と共にモジュール容器５内に配置されているので、省スペース化が図られる。以上により、システム（設備）の簡単化、小規模化及び低コスト化を図ることができる。   In the present embodiment as described above, the start / stop reformer 4 for reforming hydrocarbon raw fuel to generate a reformed gas (hydrogen-containing gas) is provided, and the start / stop reformer is provided. By supplying the reformed gas obtained in the reformer 4 to the SOFC stack 3, the anode 3a of the SOFC stack 3 is protected from oxidative degradation, so that a hydrogen gas cylinder, hydrogen occlusion / endothermic generation as a hydrogen supply source There is no need to use materials, electrolytic hydrogen, etc. Further, if the raw fuel for producing the reforming raw material for power generation and the raw fuel for producing the starting / stopping reforming raw material are exactly the same, the supply source of these raw fuels can be shared. Furthermore, since the start / stop reformer 4 is disposed in the module container 5 together with the power generation reformer 2, space saving is achieved. As described above, simplification, downsizing, and cost reduction of the system (facility) can be achieved.

また、モジュール容器５内において、起動・停止用改質器４は発電用改質器２を挟んでＳＯＦＣスタック３の反対側に配置されているので、起動・停止用改質器４からＳＯＦＣスタック３に向かう輻射熱が発電用改質器２により遮られるようになる。   Further, in the module container 5, the start / stop reformer 4 is disposed on the opposite side of the SOFC stack 3 with the power generation reformer 2 interposed therebetween, so that the start / stop reformer 4 is connected to the SOFC stack. The radiant heat toward 3 is blocked by the power reformer 2.

このため、燃料電池システム１の起動時に起動・停止用改質器４が昇温される際、起動・停止用改質器４からの輻射熱をＳＯＦＣスタック３が受熱しにくくなるため、起動・停止用改質器４からの輻射熱によってＳＯＦＣスタック３の温度が必要以上に高くなることが防止される。これにより、起動・停止用改質器４で生成された改質ガスがＳＯＦＣスタック３に供給される前、例えば水蒸気のみがＳＯＦＣスタック３に供給されている状態でも、ＳＯＦＣスタック３のアノード３ａの酸化劣化を防止することができる。   For this reason, when the temperature of the start / stop reformer 4 is increased when the fuel cell system 1 is started, the SOFC stack 3 is less likely to receive the radiant heat from the start / stop reformer 4. It is possible to prevent the temperature of the SOFC stack 3 from becoming higher than necessary due to the radiant heat from the reformer 4. As a result, before the reformed gas generated in the start / stop reformer 4 is supplied to the SOFC stack 3, for example, even when only steam is supplied to the SOFC stack 3, the anode 3a of the SOFC stack 3 Oxidative degradation can be prevented.

また、燃料電池システム１の停止時には、起動・停止用改質器４からＳＯＦＣスタック３への伝熱によってＳＯＦＣスタック３の降温時間が必要以上に長くなることが防止される。このため、起動・停止用改質器４で生成される改質ガスの供給量を少なくし、消費エネルギーを削減することが可能となる。   Further, when the fuel cell system 1 is stopped, it is possible to prevent the temperature drop time of the SOFC stack 3 from becoming longer than necessary due to heat transfer from the start / stop reformer 4 to the SOFC stack 3. For this reason, it becomes possible to reduce the supply amount of the reformed gas produced by the start / stop reformer 4 and reduce the energy consumption.

なお、上記第１実施形態では、発電用改質器２と起動・停止用改質器４とが離間して配置されているが、特にこれには限られない。つまり、燃料電池システム１の起動時に、起動・停止用改質器４から発電用改質器２を経由した伝熱によりＳＯＦＣスタック３が所定の温度以上になる虞がない場合、燃料電池システム１の停止時に、起動・停止用改質器４から発電用改質器２を経由した伝熱によりＳＯＦＣスタック３の降温時間が長くなる虞がない場合には、発電用改質器２と起動・停止用改質器４とを接合しても良い。   In the first embodiment, the power generation reformer 2 and the start / stop reformer 4 are spaced apart from each other. However, the present invention is not limited to this. In other words, when the fuel cell system 1 is started, if there is no possibility that the SOFC stack 3 becomes higher than a predetermined temperature due to heat transfer from the start / stop reformer 4 via the power generation reformer 2, the fuel cell system 1 When there is no possibility that the temperature drop time of the SOFC stack 3 will be prolonged due to heat transfer from the start / stop reformer 4 via the power reformer 2 at the time of stoppage, A stop reformer 4 may be joined.

また、発電用改質器２及び起動・停止用改質器４の筐体の材質としては、起動・停止用改質器４からＳＯＦＣスタック３への伝熱を低減するため、熱伝導率の低いものを用いるのが望ましい。   The power reformer 2 and the start / stop reformer 4 are made of a material for reducing the heat transfer from the start / stop reformer 4 to the SOFC stack 3. It is desirable to use a low one.

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

同図において、本実施形態の燃料電池システム２０は、モジュール容器５内における発電用改質器２と起動・停止用改質器４との間に介在された断熱材２１を備えている。断熱材２１としては、シリカやアルミナ系等が用いられる。   In the figure, the fuel cell system 20 of the present embodiment includes a heat insulating material 21 interposed between the power reformer 2 and the start / stop reformer 4 in the module container 5. As the heat insulating material 21, silica, alumina, or the like is used.

このような断熱材２１を設けることにより、起動・停止用改質器４から発電用改質器２を経由したＳＯＦＣスタック３への伝熱が一層低減されるようになる。これにより、燃料電池システム２０の起動時に、ＳＯＦＣスタック３のアノード３ａの酸化劣化を一層防止することができる。   By providing such a heat insulating material 21, heat transfer from the start / stop reformer 4 to the SOFC stack 3 via the power generation reformer 2 is further reduced. Thereby, when the fuel cell system 20 is started, the oxidative deterioration of the anode 3a of the SOFC stack 3 can be further prevented.

図５は、本発明に係わる燃料電池システムの第３実施形態を示すシステム構成図である。図中、第１実施形態と同一または同等の部材及び要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。   FIG. 5 is a system configuration diagram showing a third embodiment of the fuel cell system according to the present invention. In the figure, members and elements that are the same as or equivalent to those in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

同図において、本実施形態の燃料電池システム３０は、モジュール容器５内における発電用改質器２と起動・停止用改質器４との間に配置された冷媒流通部材３１と、改質ガス供給管１８に設けられた熱交換器３２とを備えている。スペースの観点から、冷媒流通部材３１と熱交換器３２とは一体化されているのが望ましい。   In the figure, the fuel cell system 30 of the present embodiment includes a refrigerant flow member 31 disposed between the power reformer 2 and the start / stop reformer 4 in the module container 5, and a reformed gas. And a heat exchanger 32 provided in the supply pipe 18. From the viewpoint of space, it is desirable that the refrigerant flow member 31 and the heat exchanger 32 are integrated.

熱交換器３２には、冷却媒体として液体の水を熱交換器３２に供給するため水供給管３３と、冷却媒体として空気を熱交換器３２に供給するため空気供給管３４とが並列に接続されている。水供給管３３には、水の供給量を調整する電磁バルブ３５が設けられ、空気供給管３４には、空気の供給量を調整する電磁バルブ３６が設けられている。   A water supply pipe 33 for supplying liquid water as a cooling medium to the heat exchanger 32 and an air supply pipe 34 for supplying air as a cooling medium to the heat exchanger 32 are connected to the heat exchanger 32 in parallel. Has been. The water supply pipe 33 is provided with an electromagnetic valve 35 for adjusting the supply amount of water, and the air supply pipe 34 is provided with an electromagnetic valve 36 for adjusting the supply amount of air.

冷媒流通部材３１は、熱交換器３２を通過した水または空気を流通させることで、起動・停止用改質器４で発生した輻射熱を吸収するための部材である。冷媒流通部材３１は、例えば複数の流路部を有する多管型構造をなしている。冷媒流通部材３１には排出管３７が接続されており、冷媒流通部材３１内を流通した水または空気が排出管３７を通ってモジュール容器５の外部に排出される。   The refrigerant flow member 31 is a member for absorbing the radiant heat generated by the start / stop reformer 4 by circulating the water or air that has passed through the heat exchanger 32. The refrigerant distribution member 31 has a multi-tubular structure having a plurality of flow paths, for example. A discharge pipe 37 is connected to the refrigerant flow member 31, and water or air flowing through the refrigerant flow member 31 is discharged to the outside of the module container 5 through the discharge pipe 37.

また、燃料電池システム３０は、上述した制御装置１９に代えて、制御装置３８を備えている。制御装置３８は、電磁バルブ９，１０を制御することで原燃料及び水蒸気の供給量をそれぞれ制御し、電磁バルブ１２，１３を制御することで原燃料及び水蒸気の供給量をそれぞれ制御し、電磁バルブ１６を制御することで空気の導入量を制御し、電磁バルブ３５，３６を制御することで水または空気の供給量を制御する。   The fuel cell system 30 includes a control device 38 instead of the control device 19 described above. The control device 38 controls the supply amounts of raw fuel and water vapor by controlling the electromagnetic valves 9 and 10, respectively, and controls the supply amounts of raw fuel and water vapor by controlling the electromagnetic valves 12 and 13, respectively. The amount of air introduced is controlled by controlling the valve 16, and the supply amount of water or air is controlled by controlling the electromagnetic valves 35 and 36.

図６は、燃料電池システム３０の起動時に、制御装置３８により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。以下、図６に示すフローチャートを用いて、燃料電池システム３０の起動時の運転方法について説明する。   FIG. 6 is a flowchart showing a control processing procedure executed by the control device 38 when the fuel cell system 30 is started. Hereinafter, the operation method at the time of starting of the fuel cell system 30 will be described using the flowchart shown in FIG.

まず電磁バルブ３５を制御して、熱交換器３２を介して冷媒流通部材３１に水を供給する（手順１２１）。そして、例えば起動・停止用改質器４の近傍に配置されたバーナやヒータ（図示せず）等によって起動・停止用改質器４を加熱する。このとき、冷媒流通部材３１内には水が流通しているため、昇温している起動・停止用改質器４からの輻射熱が冷媒流通部材３１内の水に吸収（吸熱）される。   First, the electromagnetic valve 35 is controlled to supply water to the refrigerant flow member 31 through the heat exchanger 32 (procedure 121). Then, the start / stop reformer 4 is heated by, for example, a burner or a heater (not shown) disposed in the vicinity of the start / stop reformer 4. At this time, since water is circulating in the refrigerant circulation member 31, the radiant heat from the start / stop reformer 4 whose temperature has been increased is absorbed (heat absorption) in the water in the refrigerant circulation member 31.

そして、電磁バルブ１２，１３を制御して、起動・停止用改質器４に向けて原燃料及び水蒸気を供給することにより、起動・停止用改質器４に起動・停止用改質原料を供給する（手順１２２）。このとき、上述したように起動・停止用改質器４のコーキングを防止すべく、最初に水蒸気のみを起動・停止用改質器４に供給し、その後で原燃料を起動・停止用改質器４に供給する。   Then, by controlling the electromagnetic valves 12 and 13 and supplying raw fuel and steam to the start / stop reformer 4, the start / stop reforming material is supplied to the start / stop reformer 4. Supply (procedure 122). At this time, as described above, in order to prevent coking of the start / stop reformer 4, first, only steam is supplied to the start / stop reformer 4, and then the raw fuel is reformed for start / stop. Supply to vessel 4.

まず水蒸気のみが起動・停止用改質器４に供給されると、水蒸気がＳＯＦＣスタック３に向けて改質ガス供給管１８内を流れるようになる。このとき、熱交換器３２には蒸発潜熱の大きな水が流通しているので、改質ガス供給管１８内の水蒸気は、熱交換器３２により冷却された状態で発電用改質器２及び改質ガス供給管１４を介してＳＯＦＣスタック３のアノード３ａに供給されることとなる。   First, when only steam is supplied to the start / stop reformer 4, the steam flows in the reformed gas supply pipe 18 toward the SOFC stack 3. At this time, since water having a large latent heat of vaporization flows through the heat exchanger 32, the water vapor in the reformed gas supply pipe 18 is cooled by the heat exchanger 32 and the power reformer 2 and the reformer. The gas is supplied to the anode 3 a of the SOFC stack 3 through the quality gas supply pipe 14.

起動・停止用改質器４への水蒸気の供給を開始した後は、熱電対等の温度センサによって改質ガス供給管１４，１８内の温度を検出し、改質ガス供給管１４，１８内を流れる水蒸気の温度が水の沸点以上で且つアノード３ａの酸化劣化点以下に保持されるように電磁バルブ３５を例えばＰＩＤ制御するのが望ましい。これにより、改質ガス供給管１４，１８内を流れる水蒸気の凝縮による水溜まりの発生を防止することができる。   After the supply of water vapor to the start / stop reformer 4 is started, the temperature in the reformed gas supply pipes 14 and 18 is detected by a temperature sensor such as a thermocouple, and the inside of the reformed gas supply pipes 14 and 18 is detected. It is desirable to perform PID control of the electromagnetic valve 35, for example, so that the temperature of the flowing water vapor is maintained above the boiling point of water and below the oxidation deterioration point of the anode 3a. Thereby, it is possible to prevent the occurrence of a water pool due to condensation of water vapor flowing in the reformed gas supply pipes 14 and 18.

その後、起動・停止用改質原料が起動・停止用改質器４に供給されると、起動・停止用改質器４により改質ガスが生成され、この改質ガスが改質ガス供給管１８、発電用改質器２及び改質ガス供給管１４を介してＳＯＦＣスタック３のアノード３ａに供給される。   Thereafter, when the starting / stopping reforming raw material is supplied to the starting / stopping reformer 4, the reforming gas is generated by the starting / stopping reformer 4, and this reformed gas is supplied to the reformed gas supply pipe. 18, and supplied to the anode 3 a of the SOFC stack 3 through the power generation reformer 2 and the reformed gas supply pipe 14.

また、電磁バルブ１６を制御して、ＳＯＦＣスタック３のカソード３ｂに空気を供給する（手順１２３）。なお、ＳＯＦＣスタック３への空気の供給は、手順１２２の前または手順１２２と同時に実行しても良い。   Further, the electromagnetic valve 16 is controlled to supply air to the cathode 3b of the SOFC stack 3 (procedure 123). The supply of air to the SOFC stack 3 may be performed before the procedure 122 or simultaneously with the procedure 122.

そして、改質ガスがＳＯＦＣスタック３に到達した後、電磁バルブ３５を制御して、熱交換器３２ひいては冷媒流通部材３１への水の供給を停止する（手順１２４）。その後、ＳＯＦＣスタック３からの輻射熱やアノードオフガス燃焼熱、或いはヒータ等によりモジュール容器５内の昇温が開始される。   Then, after the reformed gas reaches the SOFC stack 3, the electromagnetic valve 35 is controlled to stop the supply of water to the heat exchanger 32 and thus the refrigerant flow member 31 (procedure 124). Thereafter, the temperature rise in the module container 5 is started by radiant heat from the SOFC stack 3, anode off-gas combustion heat, a heater, or the like.

そして、発電用改質器２が所定の温度まで昇温されたら、電磁バルブ９，１０を制御して、発電用改質器２に向けて原燃料及び水蒸気を供給することにより、発電用改質器２に発電用改質原料を供給する（手順１２５）。すると、発電用改質器２により改質ガスが生成され、この改質ガスが改質ガス供給管１４を介してＳＯＦＣスタック３のアノード３ａに供給される。その後、ＳＯＦＣスタック３が所定の温度まで昇温された後、ＳＯＦＣスタック３から電流を取り出すことにより、ＳＯＦＣスタック３による発電が開始される。   When the power reformer 2 is heated to a predetermined temperature, the electromagnetic valves 9 and 10 are controlled to supply raw fuel and steam to the power reformer 2, thereby improving the power reformer. The reforming raw material for power generation is supplied to the mass device 2 (procedure 125). Then, the reformed gas is generated by the power reformer 2, and this reformed gas is supplied to the anode 3 a of the SOFC stack 3 through the reformed gas supply pipe 14. Thereafter, after the temperature of the SOFC stack 3 is raised to a predetermined temperature, electric power is taken out from the SOFC stack 3 to start power generation by the SOFC stack 3.

続いて、電磁バルブ１２，１３を制御して、原燃料及び水蒸気の供給を停止することにより、起動・停止用改質器４への起動・停止用改質原料の供給を停止する（手順１２６）。また、起動・停止用改質器４またはその近傍に設けられた熱源からの熱出力を停止する。   Subsequently, the supply of the starting / stopping reforming raw material to the starting / stopping reformer 4 is stopped by stopping the supply of raw fuel and steam by controlling the electromagnetic valves 12 and 13 (procedure 126). ). Further, the heat output from the heat source provided in or near the start / stop reformer 4 is stopped.

このような燃料電池システム３０の起動時においては、起動・停止用改質器４を昇温する際に、冷媒流通部材３１内に水を流通させるようにしたので、起動・停止用改質器４からの輻射熱が冷媒流通部材３１内の水に吸収されるようになる。これにより、起動・停止用改質器４からＳＯＦＣスタック３への伝熱によるＳＯＦＣスタック３の温度上昇が一層抑制される。また、改質ガス供給管１８内を流れる水蒸気を熱交換器３２により冷却するため、当該水蒸気によるＳＯＦＣスタック３の温度上昇も抑制される。その結果、ＳＯＦＣスタック３のアノード３ａの酸化劣化を一層防止することができる。   At the time of starting up the fuel cell system 30, when the temperature of the start / stop reformer 4 is increased, water is circulated in the refrigerant flow member 31. The radiant heat from 4 is absorbed by the water in the refrigerant flow member 31. Thereby, the temperature rise of the SOFC stack 3 due to heat transfer from the start / stop reformer 4 to the SOFC stack 3 is further suppressed. Further, since the water vapor flowing through the reformed gas supply pipe 18 is cooled by the heat exchanger 32, the temperature rise of the SOFC stack 3 due to the water vapor is also suppressed. As a result, the oxidative deterioration of the anode 3a of the SOFC stack 3 can be further prevented.

図７は、燃料電池システム３０の停止時に、制御装置３８により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。以下、図７に示すフローチャートを用いて、燃料電池システム３０の停止時の運転方法について説明する。   FIG. 7 is a flowchart showing a control processing procedure executed by the control device 38 when the fuel cell system 30 is stopped. Hereinafter, the operation method when the fuel cell system 30 is stopped will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

まず電磁バルブ３６を制御して、熱交換器３２を介して冷媒流通部材３１に空気を供給する（手順１３１）。続いて、例えば起動・停止用改質器４の近傍に配置されたヒータ（図示せず）等によって、起動・停止用改質器４を所定の温度まで加熱する。また、電磁バルブ９，１０を制御して、原燃料及び水蒸気の供給量を減らすことにより、発電用改質器２への発電用改質原料の供給量を減らす。これにより、発電用改質器２で生成される改質ガスの供給量が減少する。   First, the electromagnetic valve 36 is controlled to supply air to the refrigerant flow member 31 through the heat exchanger 32 (procedure 131). Subsequently, the start / stop reformer 4 is heated to a predetermined temperature by, for example, a heater (not shown) disposed in the vicinity of the start / stop reformer 4. Further, the supply amount of the reforming raw material for power generation to the power reformer 2 is reduced by controlling the electromagnetic valves 9 and 10 to reduce the supply amount of raw fuel and water vapor. Thereby, the supply amount of the reformed gas generated by the power reformer 2 is reduced.

そして、電磁バルブ１２，１３を制御して、起動・停止用改質器４に向けて少量の原燃料及び水蒸気を供給することにより、起動・停止用改質器４に少量の起動・停止用改質原料を供給する（手順１３２）。このとき、上述したように、まず水蒸気のみを起動・停止用改質器４に供給し、その後で原燃料を起動・停止用改質器４に供給する。すると、起動・停止用改質器４により改質ガスが生成され、この改質ガスが少量だけＳＯＦＣスタック３のアノード３ａに供給される。   Then, by controlling the electromagnetic valves 12 and 13 and supplying a small amount of raw fuel and steam toward the start / stop reformer 4, a small amount of start / stop is supplied to the start / stop reformer 4. A reforming raw material is supplied (procedure 132). At this time, as described above, first, only steam is supplied to the start / stop reformer 4, and then raw fuel is supplied to the start / stop reformer 4. Then, the reformed gas is generated by the start / stop reformer 4, and a small amount of the reformed gas is supplied to the anode 3a of the SOFC stack 3.

また、電磁バルブ９，１０を制御して、原燃料及び水蒸気の供給を停止することにより、発電用改質器２への発電用改質原料の供給を停止する（手順１３３）。これにより、発電用改質器２で生成された改質ガスの供給が停止する。   Moreover, the supply of the reforming raw material for power generation to the power reformer 2 is stopped by controlling the electromagnetic valves 9 and 10 to stop the supply of raw fuel and water vapor (procedure 133). As a result, the supply of the reformed gas generated by the power generation reformer 2 is stopped.

続いて、例えば電磁バルブ１６を制御して、ＳＯＦＣスタック３のカソード３ｂに供給される空気量を増やす。これにより、ＳＯＦＣスタック３への改質ガスの供給量を少量とすることでＳＯＦＣスタック３からのアノードオフガス燃焼熱が減少することと相俟って、モジュール容器５内の降温が開始される（手順１３４）。なお、この手順は、手順１３３の前に実行しても良い。   Subsequently, for example, the electromagnetic valve 16 is controlled to increase the amount of air supplied to the cathode 3 b of the SOFC stack 3. As a result, the temperature drop in the module container 5 is started in combination with the reduction of the anode off-gas combustion heat from the SOFC stack 3 by reducing the amount of reformed gas supplied to the SOFC stack 3 ( Procedure 134). Note that this procedure may be executed before the procedure 133.

このとき、上記のように温度センサによって改質ガス供給管１４，１８内の温度を検出し、改質ガス供給管１４，１８内を流れる改質ガスの温度が水の沸点以上で且つアノード３ａの酸化劣化点以下に保持されるように電磁バルブ３６を例えばＰＩＤ制御するのが望ましい。これにより、改質ガス中に含まれる水分の凝縮により改質ガス供給管１４，１８内に水溜まりが生じることが防止される。また、熱交換器３２に空気を供給するので、液体のような蒸発衝撃を引き起こすこと無く、改質ガス供給管１８内の改質ガスを冷却することができる。   At this time, the temperature in the reformed gas supply pipes 14 and 18 is detected by the temperature sensor as described above, and the temperature of the reformed gas flowing in the reformed gas supply pipes 14 and 18 is equal to or higher than the boiling point of water and the anode 3a. For example, it is desirable to perform PID control of the electromagnetic valve 36 so as to be kept below the oxidation deterioration point. Thereby, it is possible to prevent a water pool from being generated in the reformed gas supply pipes 14 and 18 due to condensation of moisture contained in the reformed gas. Further, since air is supplied to the heat exchanger 32, the reformed gas in the reformed gas supply pipe 18 can be cooled without causing an evaporation shock such as liquid.

その後、ＳＯＦＣスタック３の温度がアノード３ａの酸化劣化点以下になったら、電磁バルブ１２，１３を制御して、原燃料及び水蒸気の供給を停止することにより、起動・停止用改質器４への起動・停止用改質原料の供給を停止する（手順１３５）。また、起動・停止用改質器４またはその近傍に設けられた熱源からの熱出力を停止する。そして、電磁バルブ３６を制御して、熱交換器３２への空気の供給を停止する（手順１３６）。   After that, when the temperature of the SOFC stack 3 becomes equal to or lower than the oxidation deterioration point of the anode 3a, the electromagnetic valves 12 and 13 are controlled to stop the supply of raw fuel and water vapor to the start / stop reformer 4. The supply of the starting / stopping reforming raw material is stopped (procedure 135). Further, the heat output from the heat source provided in or near the start / stop reformer 4 is stopped. Then, the electromagnetic valve 36 is controlled to stop the supply of air to the heat exchanger 32 (procedure 136).

このように燃料電池システム３０の停止時には、ＳＯＦＣスタック３に供給される改質ガスを熱交換器３２により冷却するので、ＳＯＦＣスタック３の降温時間が短くなる。これにより、起動・停止用改質器４で生成される改質ガスの供給量を更に少なくし、消費エネルギーを一層削減することができる。   As described above, when the fuel cell system 30 is stopped, the reformed gas supplied to the SOFC stack 3 is cooled by the heat exchanger 32, so the temperature drop time of the SOFC stack 3 is shortened. Thereby, the supply amount of the reformed gas generated by the start / stop reformer 4 can be further reduced, and the energy consumption can be further reduced.

図８は、本発明に係わる燃料電池システムの第４実施形態を示すシステム構成図である。図中、第１実施形態と同一または同等の部材及び要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。   FIG. 8 is a system configuration diagram showing a fourth embodiment of the fuel cell system according to the present invention. In the figure, members and elements that are the same as or equivalent to those in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

同図において、本実施形態の燃料電池システム４０は、モジュール容器５内において発電用改質器２、ＳＯＦＣスタック３、起動・停止用改質器４及び空気予熱器１７の配置パターンが上記第１実施形態と異なっている。   In the figure, the fuel cell system 40 of the present embodiment has the arrangement pattern of the power reformer 2, the SOFC stack 3, the start / stop reformer 4 and the air preheater 17 in the module container 5 as described above. It is different from the embodiment.

具体的には、ＳＯＦＣスタック３と起動・停止用改質器４との間には、空気予熱器１７が配置されている。これにより、起動・停止用改質器４からＳＯＦＣスタック３に向かう輻射熱の大部分は、空気予熱器１７及び空気導入管１５の一部により遮られることになる。また、発電用改質器２は、ＳＯＦＣスタック３からの輻射熱及びオフガス燃焼熱を利用して水蒸気改質反応を行うために、ＳＯＦＣスタック３の近傍に配置されている。   Specifically, an air preheater 17 is disposed between the SOFC stack 3 and the start / stop reformer 4. As a result, most of the radiant heat from the start / stop reformer 4 toward the SOFC stack 3 is blocked by a part of the air preheater 17 and the air introduction pipe 15. The power reformer 2 is disposed in the vicinity of the SOFC stack 3 in order to perform a steam reforming reaction using radiant heat from the SOFC stack 3 and off-gas combustion heat.

このような本実施形態においても、燃料電池システム４０の起動時に、起動・停止用改質器４からの輻射熱をＳＯＦＣスタック３が受けにくくなるため、起動・停止用改質器４からの輻射熱によるＳＯＦＣスタック３の温度上昇が防止される。これにより、システム（設備）の簡単化、小規模化及び低コスト化を図りつつ、ＳＯＦＣスタック３のアノード３ａの酸化劣化を防止することができる。   Also in this embodiment, since the SOFC stack 3 is less likely to receive the radiant heat from the start / stop reformer 4 when the fuel cell system 40 is started, it is caused by the radiant heat from the start / stop reformer 4. The temperature rise of the SOFC stack 3 is prevented. Thereby, it is possible to prevent oxidative deterioration of the anode 3a of the SOFC stack 3 while simplifying the system (facility), reducing the size, and reducing the cost.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ＳＯＦＣスタック３と起動・停止用改質器４との間に発電用改質器２または空気予熱器１７を配置するようにしたが、ＳＯＦＣスタック３と起動・停止用改質器４との間に配置すべき部材としては特にこれらに限られず、ＳＯＦＣスタック３による発電に寄与する部材であれば良い。   The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the power reformer 2 or the air preheater 17 is disposed between the SOFC stack 3 and the start / stop reformer 4. The members to be disposed between the reformer 4 are not limited to these, and any member that contributes to power generation by the SOFC stack 3 may be used.

また、上記実施形態では、改質原料を水蒸気改質反応させる改質器を備えているが、本発明は、改質原料を自己熱改質反応や部分改質反応させる改質器を備えるシステムにも適用可能である。   In the above embodiment, the reformer is provided with a reformer that causes a steam reforming reaction of the reforming raw material, but the present invention is a system that includes a reformer that causes the reforming raw material to undergo a self-thermal reforming reaction or a partial reforming reaction. It is also applicable to.

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

本発明に係わる燃料電池システムの第１実施形態を示すシステム構成図である。1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention. 図１に示した燃料電池システムの起動時に、制御装置により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing a control processing procedure executed by a control device when the fuel cell system shown in FIG. 1 is started. 図１に示した燃料電池システムの停止時に、制御装置により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing a control processing procedure executed by a control device when the fuel cell system shown in FIG. 1 is stopped. 本発明に係わる燃料電池システムの第２実施形態を示すシステム構成図である。It is a system block diagram which shows 2nd Embodiment of the fuel cell system concerning this invention. 本発明に係わる燃料電池システムの第３実施形態を示すシステム構成図である。It is a system block diagram which shows 3rd Embodiment of the fuel cell system concerning this invention. 図５に示した燃料電池システムの起動時に、制御装置により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing procedure performed by a control apparatus at the time of starting of the fuel cell system shown in FIG. 図５に示した燃料電池システムの停止時に、制御装置により実行される制御処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing procedure performed by a control apparatus at the time of the stop of the fuel cell system shown in FIG. 本発明に係わる燃料電池システムの第４実施形態を示すシステム構成図である。It is a system block diagram which shows 4th Embodiment of the fuel cell system concerning this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…燃料電池システム、２…発電用改質器（第１改質器）、３…固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）スタック、３ａ…アノード、４…起動・停止用改質器（第２改質器）、５…モジュール容器、１５…空気導入管、１７…空気予熱器、２０…燃料電池システム、２１…断熱材、３０…燃料電池システム、４０…燃料電池システム。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 2 ... Power generation reformer (first reformer), 3 ... Solid oxide fuel cell (SOFC) stack, 3a ... Anode, 4 ... Start / stop reformer (second Reformer), 5 ... module container, 15 ... air introduction pipe, 17 ... air preheater, 20 ... fuel cell system, 21 ... heat insulating material, 30 ... fuel cell system, 40 ... fuel cell system.

Claims (4)

第１原燃料を改質して第１改質ガスを生成する第１改質器と、
前記第１改質器で生成された前記第１改質ガスを用いて発電を行う燃料電池スタックと、
第２原燃料を改質して、前記燃料電池スタックのアノードを酸化劣化から保護するための第２改質ガスを生成する第２改質器と、
前記第１改質器、前記燃料電池スタック及び前記第２改質器を収容する容器とを備え、
前記容器内における前記燃料電池スタックと前記第２改質器との間には、前記燃料電池スタックによる発電に寄与する部材が配置されていることを特徴とする燃料電池システム。 A first reformer that reforms the first raw fuel to generate a first reformed gas;
A fuel cell stack that generates electric power using the first reformed gas generated in the first reformer;
A second reformer for reforming a second raw fuel to generate a second reformed gas for protecting the anode of the fuel cell stack from oxidative degradation;
A container for accommodating the first reformer, the fuel cell stack, and the second reformer;
A member that contributes to power generation by the fuel cell stack is disposed between the fuel cell stack and the second reformer in the container. 前記燃料電池スタックによる発電に寄与する部材が前記第１改質器であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein a member that contributes to power generation by the fuel cell stack is the first reformer. 前記燃料電池スタックに供給される空気を予熱する空気予熱器を更に備え、
前記燃料電池スタックによる発電に寄与する部材が前記空気予熱器であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 An air preheater for preheating air supplied to the fuel cell stack;
The fuel cell system according to claim 1, wherein the member that contributes to power generation by the fuel cell stack is the air preheater. 前記第２改質器と前記燃料電池スタックによる発電に寄与する部材との間には断熱材が介在されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein a heat insulating material is interposed between the second reformer and a member that contributes to power generation by the fuel cell stack.
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