JP2010080192A - Operation shutdown method for fuel battery, and fuel battery system - Google Patents

Operation shutdown method for fuel battery, and fuel battery system Download PDF

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JP2010080192A JP2008245899A JP2008245899A JP2010080192A JP 2010080192 A JP2010080192 A JP 2010080192A JP 2008245899 A JP2008245899 A JP 2008245899A JP 2008245899 A JP2008245899 A JP 2008245899A JP 2010080192 A JP2010080192 A JP 2010080192A
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Ichiro Gonda
一郎 権田
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敦 渡邉
Masahiro Shibata
昌宏 柴田
Hiroya Ishikawa
浩也 石川
Keizo Furusaki
圭三 古崎
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique which shortens the shutdown time of a fuel battery system and makes it less likely to oxidize a catalyst in a reformer, at an operation shutdown, and to provide a fuel electrode for fuel battery cell. <P>SOLUTION: An amount of supply of a hydrocarbon gas supplied via a hydrocarbon line 12 is reduced, while an oxidizer gas is continuously supplied to a power generating stack 10 via an oxidant line 14 at the time of the operation shutdown and air only is supplied to a heating burner 30, and a mixed gas, where the molar ratio of steam content/carbon content of a hydrocarbon gas and steam is 2-4 is supplied to the power generating stack 10 through the reformer 40. When the temperature of the reformer 40, obtained from a reformer temperature sensor 42, lowers to 200-550°C, supplying of the hydrocarbon gas is stopped. Furthermore, while supplying steam continuously, supplying of water is stopped, at a stage where the temperature of a vaporizer 50, obtained from a vaporizer temperature sensor 52, reaches 100°C, after a fixed quantity of water is supplied to and stored in the vaporizer 50. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池の運転停止方法及び燃料電池システム、特に高温で運転する固体酸化物形燃料電池スタックを用いた燃料電池システム及びその運転停止方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell operation stop method and a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system using a solid oxide fuel cell stack operating at a high temperature and a method for stopping the fuel cell system.

固体酸化物形燃料電池システムは、高温で運転されているため、システムの停止時に可燃性ガスのパージを行うとともに固体酸化物形燃料電池を構成する発電スタックの冷却が必要である。そこで、従来、可燃性ガスをパージするために水蒸気を利用し、発電スタックを内部から冷却することによりシステムを停止させていた。(例えば、特許文献1,2参照)。
特開2005−340075公報 特開2005−044684公報
Since the solid oxide fuel cell system is operated at a high temperature, it is necessary to purge the combustible gas when the system is stopped and to cool the power generation stack constituting the solid oxide fuel cell. Therefore, conventionally, water vapor is used to purge the combustible gas, and the system is stopped by cooling the power generation stack from the inside. (For example, refer to Patent Documents 1 and 2).
JP 2005-340075 A JP 2005-044684 A

ところが、上記方法では、上記固体燃料形電池システムでは起動時間を早めるために発電スタックを断熱容器に収納しているにもかかわらず、発電スタックを内部から冷却するのみであり、発電スタックを外部から冷却する構造となっていなかった。したがって、システムの停止時に発電スタックの冷却を短時間で行うことができないため、システムの停止に時間がかかるという問題があった。   However, in the above method, the solid fuel cell system only cools the power generation stack from the inside even though the power generation stack is housed in a heat insulating container in order to increase the startup time. It was not structured to cool. Therefore, since the power generation stack cannot be cooled in a short time when the system is stopped, there is a problem that it takes time to stop the system.

また、システムの停止時に燃料電池内部が空気で満たされると、システムを停止した後、改質器内の触媒や燃料電池セルの燃料極が酸化しやすくなるという問題もあった。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、燃料電池システムの停止時間を短くするとともに、運転停止時の改質器内の触媒や燃料電池セルの燃料極を酸化させにくくする技術を提供することを目的とする。
Further, if the fuel cell interior is filled with air when the system is stopped, the catalyst in the reformer and the fuel electrode of the fuel cell are easily oxidized after the system is stopped.
The present invention has been made in view of these problems, and provides a technique for shortening the stop time of the fuel cell system and making it difficult to oxidize the catalyst in the reformer and the fuel electrode of the fuel cell when the operation is stopped. For the purpose.

かかる問題を解決するためになされた本発明の燃料電池の運転停止方法は、外部から空気及び燃料ガスの供給を受けて断熱容器(20:この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための最良の形態」欄において用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。)内を加熱する加熱手段(30)によって加熱され、水蒸気及び炭化水素ガスの混合ガスを気化器(50)によって得て、混合ガスを改質器(40)に通して得られた水素含有ガスを、酸化剤ガスが流されている発電スタック(10)に供給して発電させる燃料電池の運転停止方法において、運転停止時に、加熱手段(30)へ空気のみを供給し、炭化水素ガスの供給量を低減させ、その低減させた炭化水素ガスと水蒸気との水蒸気量/炭素量のモル比が2〜4の混合ガスを得て、混合ガスを改質器(40)に通して得られた水素含有ガスを、酸化剤ガスが連続して流されている発電スタック(10)に供給し、改質器(40)の温度が200℃〜550℃に降温したときに、炭化水素ガスの供給を停止し、さらに、水蒸気の供給は継続して行いながら、気化器(50)の温度が100℃に達した段階で、気化器(50)へ一定量の水を供給して保存した後、水の供給を停止することを特徴とする。   In order to solve such a problem, the fuel cell shutdown method of the present invention receives an external supply of air and fuel gas, and receives a heat insulating container (20: In this section, in order to facilitate understanding of the invention, Where necessary, the reference numerals used in the column “Best Mode for Carrying Out the Invention” are attached, but this reference is not meant to limit the scope of claims. ) To obtain a mixed gas of water vapor and hydrocarbon gas by the vaporizer (50), and the hydrogen-containing gas obtained by passing the mixed gas through the reformer (40), and the oxidant gas is flowed. In the method of stopping the operation of the fuel cell that supplies power to the power generation stack (10) and generates power, when the operation is stopped, only the air is supplied to the heating means (30), and the amount of hydrocarbon gas supplied is reduced. A mixed gas having a water vapor / carbon molar ratio of 2 to 4 between the generated hydrocarbon gas and water vapor is obtained, and the hydrogen-containing gas obtained by passing the mixed gas through the reformer (40) is converted into an oxidant. When the gas is continuously supplied to the power generation stack (10) and the temperature of the reformer (40) is lowered to 200 ° C. to 550 ° C., the supply of hydrocarbon gas is stopped, The supply of water is continued, and when the temperature of the vaporizer (50) reaches 100 ° C, a certain amount of water is supplied to the vaporizer (50) and stored, and then the water supply is stopped. It is characterized by.

このような燃料電池の運転停止方法によれば、運転停止時に、改質器(40)の温度が200℃〜550℃に降温するまで、発電スタック(10)へ連続して酸化剤ガス及び水素含有ガスが供給される。   According to such a fuel cell shutdown method, the oxidant gas and hydrogen are continuously supplied to the power generation stack (10) until the temperature of the reformer (40) drops to 200 ° C. to 550 ° C. at the time of shutdown. The contained gas is supplied.

つまり、改質器(40)の温度が200℃〜550℃に降温するまで、カソードに酸化剤ガス、アノードに炭化水素ガスと水蒸気との混合ガスが改質器(40)を介して供給される。そして、改質器(40)の温度が200℃〜550℃に降温したら炭化水素ガスの供給を停止する。   That is, until the temperature of the reformer (40) drops to 200 ° C. to 550 ° C., an oxidant gas is supplied to the cathode and a mixed gas of hydrocarbon gas and water vapor is supplied to the anode via the reformer (40). The And if the temperature of a reformer (40) falls to 200 to 550 degreeC, supply of hydrocarbon gas will be stopped.

これは、改質によって発生する水素の自然発火温度が550℃であるので、改質器(40)温度が550℃に降温したところで炭化水素ガスの供給を停止する。すると改質によって発生する水素の自然発火が止まるため燃料電池内部での発熱がなくなるので、燃料電池が冷却される。   Since the spontaneous ignition temperature of hydrogen generated by reforming is 550 ° C., the supply of hydrocarbon gas is stopped when the reformer (40) temperature is lowered to 550 ° C. Then, spontaneous combustion of hydrogen generated by reforming stops, and heat generation in the fuel cell is eliminated, so that the fuel cell is cooled.

また、炭化水素ガスと水蒸気との混合ガスの水蒸気量/炭素量はモル比(以降、水蒸気量/炭素量をS/ Cと呼ぶ)で2〜4である。S/Cが2未満の場合は、発電スタック(10)アノードや改質器(40)の改質触媒の炭化が発生しやすく、S/Cが4より大きいと、水の供給量が増加することになり、気化器(50)のみが急激に冷却されるので水蒸気が発生せず、結果として水蒸気改質反応が行われない。したがって、S/Cは2〜4が適切である。   The water vapor amount / carbon amount of the mixed gas of hydrocarbon gas and water vapor is 2 to 4 in terms of a molar ratio (hereinafter, the water vapor amount / carbon amount is referred to as S / C). When the S / C is less than 2, carbonization of the reforming catalyst of the power generation stack (10) anode and the reformer (40) is likely to occur, and when the S / C is greater than 4, the amount of water supply increases. As a result, only the vaporizer (50) is rapidly cooled, so that no steam is generated, resulting in no steam reforming reaction. Therefore, S / C is suitably 2-4.

さらに、運転停止時に、空気及び燃料の供給を受けて加熱をする加熱手段(30)に空気のみが供給される。つまり、燃料供給がなくなるので加熱が行われなくなるとともに、供給される空気によって燃料電池外部が冷却されるので冷却時間を短くすることができる。   Furthermore, when the operation is stopped, only air is supplied to the heating means (30) which receives the supply of air and fuel and heats it. That is, since the fuel supply is lost, heating is not performed, and the outside of the fuel cell is cooled by the supplied air, so that the cooling time can be shortened.

また、水蒸気の供給は継続しながら気化器(50)の温度が100℃に達した段階で、気化器(50)へ一定量の水を供給し保存してから水の供給を停止する。このようにすると、気化器(50)より下流側が水蒸気で満たされることになるので、アノードや改質触媒の酸化を抑制することができる。   In addition, when the temperature of the vaporizer (50) reaches 100 ° C. while the supply of water vapor is continued, a certain amount of water is supplied to the vaporizer (50) and stored, and then the supply of water is stopped. If it does in this way, since a downstream side will be filled with water vapor | steam from the vaporizer | carburetor (50), the oxidation of an anode or a reforming catalyst can be suppressed.

ここで、改質器(40)温度が550℃より高い温度で炭化水素ガスの供給を止めて水蒸気のみを供給した場合、アノードや改質触媒が酸化しやすい。一方200℃より低い温度で炭化水素ガスの供給を停止して水蒸気のみを供給した場合、改質器(40)内で水蒸気が凝縮して、気化器(50)の下流側を水蒸気で満たせなくなることになる。したがって、改質器(40)温度は200℃〜550℃が適切となる。   Here, when the supply of the hydrocarbon gas is stopped at the temperature of the reformer (40) higher than 550 ° C. and only water vapor is supplied, the anode and the reforming catalyst are easily oxidized. On the other hand, when the supply of hydrocarbon gas is stopped at a temperature lower than 200 ° C. and only steam is supplied, the steam is condensed in the reformer (40), and the downstream side of the vaporizer (50) cannot be filled with the steam. It will be. Therefore, the temperature of the reformer (40) is appropriately 200 ° C to 550 ° C.

ここで、「一定量の水」とは、アノード内で水の過飽和による凝縮が起こらない程度の量を意味している。
ところで、燃料電池の運転停止時における炭化水素ガスの供給量を低減させることで改質器(40)において水蒸気改質が行われるので、吸熱反応が進み、改質器(40)におけるガスの冷却が適度に促進される。しかし、炭化水素ガスの低減量が多すぎると供給される炭化水素ガスが少なくなるので、カソード側の酸化剤ガスがアノード側に回り込み、アノードの酸化を招く可能性が高くなる。
Here, “a certain amount of water” means an amount that does not cause condensation due to supersaturation of water in the anode.
By the way, since the steam reforming is performed in the reformer (40) by reducing the supply amount of the hydrocarbon gas when the fuel cell is stopped, the endothermic reaction proceeds and the gas cooling in the reformer (40) is performed. Is moderately promoted. However, if the amount of reduction of the hydrocarbon gas is too large, the amount of hydrocarbon gas to be supplied is reduced, so that there is a high possibility that the oxidant gas on the cathode side will circulate to the anode side and cause oxidation of the anode.

そこで、本発明のように、燃料電池の運転停止時の炭化水素ガスの供給量を発電時の最大投入量の0.1〜0.7倍に低減させると、改質器(40)におけるガスの冷却を適度に促進させるとともにカソード側の酸化剤ガスのアノード側への回り込みを防止し、アノードの酸化を抑制することができる。   Therefore, as in the present invention, when the supply amount of hydrocarbon gas when the fuel cell is stopped is reduced to 0.1 to 0.7 times the maximum input amount during power generation, the gas in the reformer (40) is reduced. As a result, the oxidant gas on the cathode side can be prevented from entering the anode side and the oxidation of the anode can be suppressed.

また、気化器で得た水蒸気と炭化水素ガスとの混合ガスを、量を減らしながら改質器(40)に供給しているため、改質反応が進み水素が生成されるので、アノードは還元雰囲気に曝されるので好適である。   In addition, since the mixed gas of water vapor and hydrocarbon gas obtained by the vaporizer is supplied to the reformer (40) while reducing the amount, the reforming reaction proceeds and hydrogen is generated, so the anode is reduced. It is suitable because it is exposed to the atmosphere.

ところで、非常時など燃料電池を急速に停止させたい場合がある。その際、本発明のように、炭化水素ガスの供給を停止して、酸化剤ガスが継続して流されている発電スタック10に、水蒸気の供給は継続して行いながら、気化器(50)の温度が100℃に達した段階で、気化器(50)へ一定量の水を供給して保存した後、水の供給を停止するとよい。   By the way, there is a case where it is desired to stop the fuel cell rapidly such as in an emergency. At that time, as in the present invention, the supply of the hydrocarbon gas is stopped, and the vaporizer (50) is continuously supplied with the steam to the power generation stack 10 in which the oxidant gas is continuously supplied. When the temperature reaches 100 ° C., a certain amount of water is supplied to the vaporizer (50) and stored, and then the water supply is stopped.

このようにすると、炭化水素ガスの供給を停止することによって発電を急速に停止させることができるとともに、気化器(50)の温度が100℃で気化器(50)内に一定量の水が供給された状態で気化器(50)への水の供給が停止されるので、気化器(50)の下流側が水蒸気で満たされる。したがって、改質器(40)の改質触媒や発電スタック(10)アノードの酸化を抑制することができる。   In this way, power generation can be stopped rapidly by stopping the supply of hydrocarbon gas, and a certain amount of water is supplied into the vaporizer (50) at a temperature of the vaporizer (50) of 100 ° C. Since the supply of water to the vaporizer (50) is stopped in this state, the downstream side of the vaporizer (50) is filled with water vapor. Therefore, oxidation of the reforming catalyst of the reformer (40) and the power generation stack (10) anode can be suppressed.

また、本発明のように、燃料電池の運転停止の後、次の起動開始までの間に、一定量の水を気化器(50)に供給して保存するようにすると、運転停止から次の起動開始までの間も気化器(50)の下流側が水蒸気で満たされるため、改質器(40)の改質触媒や発電スタック(10)のアノードの酸化を抑制することができる。   In addition, as in the present invention, when a certain amount of water is supplied to the vaporizer (50) and stored after the fuel cell operation is stopped until the next start-up, the following operation is performed after the operation is stopped. Since the downstream side of the vaporizer (50) is filled with water vapor until the start of activation, oxidation of the reforming catalyst of the reformer (40) and the anode of the power generation stack (10) can be suppressed.

ところで、改質器(40)内の改質触媒及び発電スタック(10)内のアノードを水蒸気雰囲気に曝しておくことが最も簡便な酸化抑制方法として考えられるが、水蒸気が凝縮して結露水がアノードライン内に滞留すると、システムを再起動させる際に大きなロスになる。   By the way, it is considered that the reforming catalyst in the reformer (40) and the anode in the power generation stack (10) are exposed to a steam atmosphere as the simplest oxidation suppressing method. If it stays in the anode line, there will be a large loss in restarting the system.

そこで、本発明のように、発電スタック(10)のカソード側へ供給している酸化剤ガスをアノード側へ送るための切り替え手段(94)を備え、燃料電池の運転停止時において、気化器(50)の温度が100℃に達したら、切り替え手段(94)を切り替えることでカソード側に供給していた酸化剤ガスをアノード側へ送ることで水蒸気をパージするようにするとよい。   Therefore, as in the present invention, it is provided with switching means (94) for sending the oxidant gas supplied to the cathode side of the power generation stack (10) to the anode side, and the vaporizer ( When the temperature of 50) reaches 100 ° C., the switching means (94) may be switched to purge the water vapor by sending the oxidant gas supplied to the cathode side to the anode side.

このようにすると、切り替え手段(94)を切り替えることによりカソードへ供給していた酸化剤ガスをアノードへ流すことで、水蒸気のパージを行うことができる。この酸化剤ガスによるパージでアノード側が水蒸気過飽和状態になることを防止すること、つまり、アノード側に供給していた水蒸気が凝縮して停留することを防止ができる。したがって、再起動時にアノードでの水の滞留がないため、アノードへのガスの供給がスムーズになる。   If it does in this way, the purge of water vapor | steam can be performed by flowing the oxidizing gas supplied to the cathode to an anode by switching a switching means (94). This purge with the oxidant gas can prevent the anode side from becoming supersaturated with water vapor, that is, the water vapor supplied to the anode side can be prevented from condensing and retaining. Therefore, there is no stagnation of water at the anode at the time of restarting, so that the gas supply to the anode becomes smooth.

このとき、アノードには酸化剤ガスが導入されるが、酸化剤ガスは、改質器(40)の改質触媒及びアノードの酸化温度より低い温度であるため、改質触媒及びアノードの酸化は抑制できる。   At this time, an oxidant gas is introduced into the anode. Since the oxidant gas is at a temperature lower than the oxidation temperature of the reforming catalyst and the anode of the reformer (40), the oxidation of the reforming catalyst and the anode is performed. Can be suppressed.

さらに、水蒸気パージ用のブロワ(ポンプ)を別途用意する必要がなく、システムの構成が簡便になる。また、燃料電池の運転を一旦停止した後に、次の起動を行う際には、気化器(50)には一定量の水が保存されているので、起動時のスタック昇温段階でアノードラインは、気化器(50)に保存していた水が気化することにより酸化剤ガスがパージされる。   Furthermore, it is not necessary to separately prepare a steam purge blower (pump), and the system configuration is simplified. In addition, when the next start-up is performed after the operation of the fuel cell is temporarily stopped, since a certain amount of water is stored in the vaporizer (50), the anode line is turned on at the stack temperature rising stage at the start-up. When the water stored in the vaporizer (50) is vaporized, the oxidant gas is purged.

ところで、燃料電池システム(1)に用いる発電スタック(10)として、本発明のように、固体酸化物燃料電池スタックであると、作動温度が700℃〜1000℃と比較的高いので、運転停止時の冷却時間が短くなるという効果が得られやすいものとなる。   By the way, as the power generation stack (10) used in the fuel cell system (1), the solid oxide fuel cell stack as in the present invention has a relatively high operating temperature of 700 ° C. to 1000 ° C. The effect of shortening the cooling time is easily obtained.

本発明の燃料電池システム(1)は、断熱容器(20)内に、発電スタック(10)、炭化水素ライン(12)、酸化剤ライン(14)、排出ライン(16)、改質器(40)、改質器温度検出手段(42)、気化器(50)、気化器温度検出手段(52)、加熱手段(30)を備え、さらに制御手段(60)を備えている。   The fuel cell system (1) of the present invention includes a power generation stack (10), a hydrocarbon line (12), an oxidant line (14), a discharge line (16), a reformer (40) in a heat insulating container (20). ), A reformer temperature detecting means (42), a vaporizer (50), a vaporizer temperature detecting means (52), a heating means (30), and a control means (60).

発電スタック(10)は、炭化水素ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電をするものであり、炭化水素ライン(12)は、発電スタック(10)に炭化水素ガスを供給し、酸化剤ライン(14)は、発電スタック(10)に酸化剤ガスを供給し、排出ライン(16)と、発電に寄与しないガス及び使用済みガスを発電スタック(10)から排出する。   The power generation stack (10) is configured to generate electricity by receiving supply of hydrocarbon gas and oxidant gas, and the hydrocarbon line (12) supplies hydrocarbon gas to the power generation stack (10) to generate oxidant line. (14) supplies an oxidant gas to the power generation stack (10), and discharges from the power generation stack (10) a gas that does not contribute to power generation and a used gas.

また、改質器(40)は、炭化水素ガスを水蒸気改質により水素含有ガスに改質し、改質器温度検出手段(42)は、改質器(40)の温度を検出し、気化器(50)は、改質器(40)に水蒸気を供給するために水を気化させ、気化器温度検出手段(52)は、気化器(50)の温度を検出する。また、加熱手段(30)は、外部から空気及び燃料ガスの供給を受けて断熱容器(20)内を加熱する。   The reformer (40) reforms the hydrocarbon gas into a hydrogen-containing gas by steam reforming, and the reformer temperature detection means (42) detects the temperature of the reformer (40) and vaporizes it. The vaporizer (50) vaporizes water to supply steam to the reformer (40), and the vaporizer temperature detection means (52) detects the temperature of the vaporizer (50). The heating means (30) receives the supply of air and fuel gas from the outside and heats the inside of the heat insulating container (20).

さらに、制御手段(60)は、運転停止時に、加熱手段(30)へ空気のみを供給し、炭化水素ライン(12)を介して供給する炭化水素ガスの供給量を低減させる。
そして、低減させた炭化水素ガスと水蒸気との水蒸気量/炭素量のモル比が2〜4の混合ガスを得て、混合ガスを改質器(40)に通して得られた水素含有ガスを、酸化剤ガスが連続して流されている発電スタック(10)に供給する。
Furthermore, the control means (60) supplies only air to the heating means (30) when the operation is stopped, and reduces the supply amount of hydrocarbon gas supplied via the hydrocarbon line (12).
And the mixed gas whose molar ratio of the water vapor amount / carbon amount of the reduced hydrocarbon gas and water vapor is 2 to 4 is obtained, and the hydrogen-containing gas obtained by passing the mixed gas through the reformer (40) is obtained. The oxidant gas is continuously supplied to the power generation stack (10).

そして、改質器温度検出手段(42)から改質器(40)の温度を取得し、取得した改質器(40)の温度が200℃〜550℃に降温したときに、炭化水素ガスの供給を停止し、さらに、水蒸気の供給は継続して行いながら、気化器温度検出手段(52)から気化器(50)の温度を取得し、取得した気化器(50)の温度が100℃に達した段階で、気化器(50)へ一定量の水を供給して保存した後、水の供給を停止する。   And when the temperature of the reformer (40) is acquired from the reformer temperature detecting means (42) and the temperature of the acquired reformer (40) is lowered to 200 ° C. to 550 ° C., the hydrocarbon gas While the supply is stopped and the water vapor is continuously supplied, the temperature of the vaporizer (50) is acquired from the vaporizer temperature detecting means (52), and the temperature of the acquired vaporizer (50) is 100 ° C. At the reached stage, a certain amount of water is supplied to the vaporizer (50) and stored, and then the water supply is stopped.

このような燃料電池システム(1)では、運転停止時に、改質器(40)の温度が200℃〜550℃に降温するまで、発電スタック(10)へ連続して酸化剤ガス及び水素含有ガスが供給される。   In such a fuel cell system (1), when the operation is stopped, the oxidizing gas and the hydrogen-containing gas are continuously supplied to the power generation stack (10) until the temperature of the reformer (40) is lowered to 200 ° C to 550 ° C. Is supplied.

つまり、改質器(40)の温度が200℃〜550℃に降温するまで、発電スタック(10)のカソードに酸化剤ガス、アノードに水素含有ガスが改質器(40)を介して供給される。そして、改質器(40)の温度が200℃〜550℃に降温したら炭化水素ガスの供給を停止する。   That is, until the temperature of the reformer (40) drops to 200 ° C. to 550 ° C., the oxidizing gas is supplied to the cathode of the power generation stack (10) and the hydrogen-containing gas is supplied to the anode via the reformer (40). The And if the temperature of a reformer (40) falls to 200 to 550 degreeC, supply of hydrocarbon gas will be stopped.

これは、改質によって発生する水素の自然発火温度が550℃であるので、改質器(40)温度が550℃に降温したところで炭化水素ガスの供給を停止する。すると改質によって発生する水素の自然発火が止まるので燃料電池内部での発熱がなくなるので、燃料電池が冷却される。   Since the spontaneous ignition temperature of hydrogen generated by reforming is 550 ° C., the supply of hydrocarbon gas is stopped when the reformer (40) temperature is lowered to 550 ° C. Then, the spontaneous ignition of hydrogen generated by the reforming stops and heat generation in the fuel cell is eliminated, so that the fuel cell is cooled.

また、炭化水素ガスと水蒸気の混合ガスの炭化水素ガスと水蒸気の混合ガスとのS/Cは2〜4である。S/Cが2未満の場合はアノードや改質触媒の炭化が発生しやすく、S/Cが4より大きいと、水の供給量が増加することになり、気化器(50)のみが急激に冷却されるので水蒸気が発生せず、結果として水蒸気改質反応が行われない。したがって、S/Cは2〜4が適切である。   Moreover, S / C of the mixed gas of hydrocarbon gas and water vapor of hydrocarbon gas and water vapor is 2-4. When the S / C is less than 2, carbonization of the anode and the reforming catalyst is likely to occur. When the S / C is greater than 4, the amount of water supplied increases, and only the vaporizer (50) rapidly Since it is cooled, no steam is generated, resulting in no steam reforming reaction. Therefore, S / C is suitably 2-4.

さらに、運転停止時に、空気及び燃料の供給を受けて加熱をする加熱手段(30)に空気のみが供給される。つまり、燃料供給がなくなるので加熱が行われなくなるとともに、供給される空気によって燃料電池外部が冷却されるので、燃料電池システム(1)の冷却時間を短くすることができる。   Furthermore, when the operation is stopped, only air is supplied to the heating means (30) which receives the supply of air and fuel and heats it. That is, since the fuel supply is lost, heating is not performed, and the outside of the fuel cell is cooled by the supplied air, so that the cooling time of the fuel cell system (1) can be shortened.

また、水蒸気の供給は継続しながら気化器(50)の温度が100℃に達した段階で、気化器(50)へ一定量の水を供給し保存してから水の供給を停止する。このようにすると、気化器(50)より下流側が水蒸気で満たされることになるので、アノードや改質触媒の酸化を抑制することができる。   In addition, when the temperature of the vaporizer (50) reaches 100 ° C. while the supply of water vapor is continued, a certain amount of water is supplied to the vaporizer (50) and stored, and then the supply of water is stopped. If it does in this way, since a downstream side will be filled with water vapor | steam from the vaporizer | carburetor (50), the oxidation of an anode or a reforming catalyst can be suppressed.

ここで、改質器(40)温度が550℃より高い温度で炭化水素ガスの供給を止めて水蒸気のみを供給した場合、アノードや改質触媒が酸化しやすい。一方200℃より低い温度で炭化水素ガスの供給を停止して、水蒸気のみを供給した場合、改質器(40)内で水蒸気が凝縮して、気化器(50)の下流側を水蒸気で満たせなくなることになる。したがって、改質器(40)温度は200℃〜550℃が適切となる。   Here, when the supply of the hydrocarbon gas is stopped at the temperature of the reformer (40) higher than 550 ° C. and only water vapor is supplied, the anode and the reforming catalyst are easily oxidized. On the other hand, when the supply of the hydrocarbon gas is stopped at a temperature lower than 200 ° C. and only the steam is supplied, the steam is condensed in the reformer (40), and the downstream side of the vaporizer (50) is filled with the steam. It will disappear. Therefore, the temperature of the reformer (40) is appropriately 200 ° C to 550 ° C.

また、本発明のように、制御手段(60)が停止時の炭化水素ガスの供給量を発電時の最大投入量の0.1から0.7倍に低減させると、改質器(40)におけるガスの冷却を適度に促進させるとともにカソード側の酸化剤ガスのアノード側への回り込みを防止し、アノードの酸化を抑制することができる。   Further, as in the present invention, when the control means (60) reduces the supply amount of hydrocarbon gas when stopped to 0.1 to 0.7 times the maximum input amount during power generation, the reformer (40) As a result, the cooling of the gas is moderately promoted, and the oxidant gas on the cathode side is prevented from entering the anode side, thereby suppressing the oxidation of the anode.

また、本発明のように、制御手段(60)が、炭化水素ガスの供給を停止して、酸化剤ガスは連続して発電スタック(10)に供給し、継続して気化器(50)への水の供給を行い、気化器温度検出手段(52)から取得した気化器(50)の温度が100℃に達したときに、気化器(50)へ一定量の水を供給した後、水の供給を停止する。   Further, as in the present invention, the control means (60) stops the supply of the hydrocarbon gas, the oxidant gas is continuously supplied to the power generation stack (10), and continuously to the vaporizer (50). When a temperature of the vaporizer (50) obtained from the vaporizer temperature detection means (52) reaches 100 ° C., a certain amount of water is supplied to the vaporizer (50), Stop supplying.

すると、炭化水素ガスの供給を停止することによって発電を急速に停止させることができるとともに、気化器(50)の温度が100℃で気化器(50)内に一定量の水が供給された状態で気化器(50)への水の供給が停止される。   Then, power generation can be stopped rapidly by stopping the supply of hydrocarbon gas, and a certain amount of water is supplied into the vaporizer (50) at a temperature of the vaporizer (50) of 100 ° C. The water supply to the vaporizer (50) is stopped.

したがって、気化器(50)の下流側が水蒸気で満たされる。したがって、燃料電池の改質触媒やアノードの酸化を抑制することができる。
また、本発明のように、燃料電池の運転停止の後、次の起動開始までの間に、一定量の水を気化器(50)に供給して保存するようにすると、運転停止から次の起動開始までの間も気化器(50)の下流側が水蒸気で満たされるため、改質触媒やアノードの酸化を抑制することができる。
Therefore, the downstream side of the vaporizer (50) is filled with water vapor. Accordingly, oxidation of the fuel cell reforming catalyst and the anode can be suppressed.
In addition, as in the present invention, when a certain amount of water is supplied to the vaporizer (50) and stored after the fuel cell operation is stopped until the next start-up, the following operation is performed after the operation is stopped. Since the downstream side of the vaporizer (50) is filled with water vapor until the start of startup, oxidation of the reforming catalyst and the anode can be suppressed.

また、本発明のように、発電スタック(10)のカソード側へ供給している酸化剤ガスをアノード側へ送るための切り替え手段(94)を備え、制御手段(60)が、燃料電池の運転停止時に、気化器(50)の温度が100℃に達したら、切り替え手段(94)を切り替えることでカソード側に供給していた酸化剤ガスをアノード側へ送ることで水蒸気をパージするようにする。   Further, as in the present invention, there is provided switching means (94) for sending the oxidant gas supplied to the cathode side of the power generation stack (10) to the anode side, and the control means (60) operates the fuel cell. When the temperature of the vaporizer (50) reaches 100 ° C. at the time of stopping, the switching means (94) is switched to purge the water vapor by sending the oxidant gas supplied to the cathode side to the anode side. .

このようにすると、切り替え手段(94)を切り替えることによりカソードへ供給していた酸化剤ガスをアノードへ流すことで、水蒸気のパージを行うことができる。この酸化剤ガスによるパージでアノード側が水蒸気過飽和状態になることを防止すること、つまり、アノード側に供給していた水蒸気が凝縮して停留することを防止ができる。したがって、再起動時にアノードに水の滞留がないので、ガスの供給がスムーズに行うことが可能になる。
ところで、燃料電池システム(1)に用いる発電スタック(10)として、本発明のように、固体酸化物燃料電池スタックであると、作動温度が700℃〜1000℃と比較的高いので、運転停止時の冷却時間が短くなるという効果が得られやすいものとなる。
If it does in this way, the purge of water vapor | steam can be performed by flowing the oxidizing gas supplied to the cathode to an anode by switching a switching means (94). This purge with the oxidant gas can prevent the anode side from becoming supersaturated with water vapor, that is, the water vapor supplied to the anode side can be prevented from condensing and retaining. Accordingly, there is no stagnation of water at the anode at the time of restarting, so that the gas can be supplied smoothly.
By the way, as the power generation stack (10) used in the fuel cell system (1), the solid oxide fuel cell stack as in the present invention has a relatively high operating temperature of 700 ° C. to 1000 ° C. The effect of shortening the cooling time is easily obtained.

[第1実施形態]
以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
[First Embodiment]
Embodiments to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. The embodiment of the present invention is not limited to the following embodiment, and can take various forms as long as they belong to the technical scope of the present invention.

(固体酸化物形燃料電池システム1の構成)
図1は、本発明が適用された固体酸化物形燃料電池システム1の概略の構成を示すブロック図である。
(Configuration of solid oxide fuel cell system 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a solid oxide fuel cell system 1 to which the present invention is applied.

固体酸化物形燃料電池システム1は、図1に示すように、断熱容器20内に、発電スタック10、炭化水素ライン12、酸化剤ライン14、排出ライン16、改質器40、改質器温度センサ42、気化器50、気化器温度センサ52、加熱バーナ30を備え、さらに、断熱容器20の外には制御器60を備えている。   As shown in FIG. 1, the solid oxide fuel cell system 1 includes a power generation stack 10, a hydrocarbon line 12, an oxidant line 14, a discharge line 16, a reformer 40, a reformer temperature, in a heat insulating container 20. A sensor 42, a vaporizer 50, a vaporizer temperature sensor 52, and a heating burner 30 are provided, and a controller 60 is provided outside the heat insulating container 20.

発電スタック10は、固体酸化物形の燃料電池セルを積層したものである。燃料電池セルは、アノード(燃料極)とカソード(空気極)との間に電解質層が形成されている。
アノードは、NiあるいはNiとセラミックとのサーメットで形成され、カソードは、ペロブスカイト系酸化物、各種貴金属及び貴金属とセラミックとのサーメットで形成されている。また、電解質層は、YSZ、ScSZ、SDC、GDC、ペロブスカイト系酸化物等の固体酸化物により形成されている。
The power generation stack 10 is a stack of solid oxide fuel cells. In the fuel cell, an electrolyte layer is formed between an anode (fuel electrode) and a cathode (air electrode).
The anode is formed of cermet of Ni or Ni and ceramic, and the cathode is formed of perovskite oxide, various noble metals and cermet of noble metal and ceramic. The electrolyte layer is made of a solid oxide such as YSZ, ScSZ, SDC, GDC, or perovskite oxide.

アノードには、炭化水素ライン12から供給された炭化水素ガスが改質器40で改質されて得られる水素含有ガスが供給され、カソードには、酸化剤ライン14から供給された空気が供給される。また、加熱バーナ30で700℃〜1000℃に加熱され発電を行う。発電スタック10が発電可能な温度に達したら、加熱バーナ30は消火されるが、発電スタック10は断熱容器20内にあるため、700℃〜1000℃の範囲内で熱自立する。   A hydrogen-containing gas obtained by reforming the hydrocarbon gas supplied from the hydrocarbon line 12 by the reformer 40 is supplied to the anode, and air supplied from the oxidant line 14 is supplied to the cathode. The Moreover, it heats with the heating burner 30 at 700 to 1000 degreeC, and generates electric power. When the power generation stack 10 reaches a temperature at which power generation is possible, the heating burner 30 is extinguished, but since the power generation stack 10 is in the heat insulating container 20, the heat self-sustains within a range of 700 ° C to 1000 ° C.

炭化水素ライン12は、発電スタック10に炭化水素ガスを供給するラインであり、脱硫器80、燃料ポンプ74及び電磁弁92が設置されている。
脱硫器80は、既存インフラを活用して外部から供給される都市ガスやプロパンガスなどの炭化水素ガスを脱硫するものであり、燃料ポンプ74は、脱硫器80で脱硫した炭化水素ガスを気化器50へ供給する。
The hydrocarbon line 12 is a line for supplying hydrocarbon gas to the power generation stack 10, and is provided with a desulfurizer 80, a fuel pump 74, and a solenoid valve 92.
The desulfurizer 80 desulfurizes hydrocarbon gas such as city gas and propane gas supplied from the outside using existing infrastructure, and the fuel pump 74 vaporizes the hydrocarbon gas desulfurized by the desulfurizer 80. 50.

電磁弁92は、炭化水素ライン12に対して外部からの炭化水素ガスの供給又は遮断を切り替えるための切替弁であり、フェールセーフの観点から炭化水素ライン12に2個の電磁弁92が配置されている。   The solenoid valve 92 is a switching valve for switching the supply or shut-off of the hydrocarbon gas from the outside to the hydrocarbon line 12, and two solenoid valves 92 are arranged in the hydrocarbon line 12 from the viewpoint of fail-safe. ing.

また、燃料ポンプ74の作動/非作動及び供給する炭化水素ガスの量は、制御器60から制御される。
酸化剤ライン14は、発電スタック10に酸化剤ガスである空気を供給するラインであり、空気取入口近傍に空気ポンプ70が設置されている。空気ポンプ70で、空気取入口から取り入れた空気を発電スタック10へ供給する。また、空気ポンプ70の作動/非作動及び供給する空気量は、制御器60から制御される。
In addition, the controller 60 controls the operation / inactivation of the fuel pump 74 and the amount of hydrocarbon gas to be supplied.
The oxidant line 14 is a line that supplies air, which is an oxidant gas, to the power generation stack 10, and an air pump 70 is installed in the vicinity of the air intake. The air pump 70 supplies air taken from the air intake to the power generation stack 10. The controller 60 controls the operation / non-operation of the air pump 70 and the amount of air to be supplied.

排出ライン16は、発電に寄与しないガス及び使用済みガスを発電スタック10から排出するラインである。
改質器40は、発電スタック10で発電に必要となる水素を発生させる装置であり、炭化水素ガスを水蒸気改質により水素含有ガスに改質する。
The discharge line 16 is a line for discharging gas that does not contribute to power generation and used gas from the power generation stack 10.
The reformer 40 is a device that generates hydrogen necessary for power generation in the power generation stack 10, and reforms a hydrocarbon gas into a hydrogen-containing gas by steam reforming.

炭化水素ガスの改質方法として、部分酸化改質や水蒸気改質がある。部分酸化改質は発熱反応、水蒸気改質は吸熱反応という違いがあり、発電スタック10の温度制御としては水蒸気改質が容易なため、本実施形態では、水蒸気改質を実施する。また、部分酸化改質よりも水蒸気改質を用いることで、発電効率が高くなるため、一般に水蒸気改質が適用されている。   Hydrocarbon gas reforming methods include partial oxidation reforming and steam reforming. There is a difference between partial oxidation reforming and exothermic reaction, and steam reforming is an endothermic reaction, and steam reforming is easy for temperature control of the power generation stack 10, and therefore steam reforming is performed in this embodiment. Further, steam reforming is generally applied because power generation efficiency is increased by using steam reforming rather than partial oxidation reforming.

また、改質器40には改質器の温度を検出し、制御器60へ出力する改質器温度センサ42が取り付けられている。
気化器50は、改質器40に、水蒸気改質のための水蒸気を供給するために水を気化させるものである。気化器50の前段には、水蒸気を発生させるための純水を供給するための水供給ポンプ72が備えられており、気化器50は、水供給ポンプ72で供給された純水を気化させ、炭化水素ライン12から供給される炭化水素ガスと混合し、改質器40に供給する。
The reformer 40 is provided with a reformer temperature sensor 42 that detects the temperature of the reformer and outputs it to the controller 60.
The vaporizer 50 vaporizes water to supply the reformer 40 with steam for steam reforming. A front stage of the vaporizer 50 is provided with a water supply pump 72 for supplying pure water for generating water vapor, and the vaporizer 50 vaporizes the pure water supplied by the water supply pump 72, It is mixed with the hydrocarbon gas supplied from the hydrocarbon line 12 and supplied to the reformer 40.

水供給ポンプ72の作動/非作動及び供給する純水の量は、制御器60から制御される。
また、気化器50には、気化器の温度を検出し、制御器60へ出力する気化器温度センサ52が取り付けられている。
The controller 60 controls the operation / non-operation of the water supply pump 72 and the amount of pure water to be supplied.
Further, a vaporizer temperature sensor 52 that detects the temperature of the vaporizer and outputs the vaporizer temperature to the controller 60 is attached to the vaporizer 50.

加熱バーナ30は、外部から空気及び燃料ガスの供給を受けて、発電スタック10を700℃〜1000℃に加熱するものであり、発電スタック10などとともに断熱容器20内に収納される。   The heating burner 30 is supplied with air and fuel gas from the outside, and heats the power generation stack 10 to 700 ° C. to 1000 ° C., and is housed in the heat insulating container 20 together with the power generation stack 10 and the like.

加熱バーナ30には空気ブロワ76で空気と、空気ブロワ76で供給する空気量に応じて空燃比を設定した比例弁90を通して燃料ガスとが送り込まれ、図示しない着火源によって着火され、断熱容器20内部を加熱する。   The heating burner 30 is fed with air by an air blower 76 and fuel gas through a proportional valve 90 in which an air-fuel ratio is set in accordance with the amount of air supplied by the air blower 76, and is ignited by an ignition source (not shown). 20 The inside is heated.

また、比例弁に燃料ガスを供給するラインには、外部からの燃料ガスの供給又は遮断を切り替えるための電磁弁92が2個配置されている。この電磁弁92が2個配置されているのは、炭化水素ライン12に配置されている電磁弁92と同じように、フェイルセーフの観点からである。   In addition, two electromagnetic valves 92 for switching the supply or shutoff of the fuel gas from the outside are arranged on the line for supplying the fuel gas to the proportional valve. The two electromagnetic valves 92 are arranged from the viewpoint of fail-safe, like the electromagnetic valves 92 arranged in the hydrocarbon line 12.

また、気化器50及び改質器40は加熱する必要があるため、発電スタック10と同じ断熱容器20内に収めることにより、気化器50及び改質器40は、加熱バーナ30で発電スタック10とともに加熱される。また、水蒸気パージ用のブロワ(ポンプ)を別途用意する必要がなく、システムの構成が簡便になる。   Further, since the vaporizer 50 and the reformer 40 need to be heated, the vaporizer 50 and the reformer 40 are brought together with the power generation stack 10 by the heating burner 30 by being stored in the same heat insulating container 20 as the power generation stack 10. Heated. Further, it is not necessary to separately prepare a steam purge blower (pump), and the system configuration is simplified.

制御器60は、運転時及び運転停止時の固体酸化物形燃料電池システム1の制御を行うものであり、図示しないCPU、ROM、RAM及びI/Oを備えている。また、制御器60には、ポンプ70,72,74,76を駆動させるために必要な図示しないセンサの出力が接続されている。   The controller 60 controls the solid oxide fuel cell system 1 during operation and when operation is stopped, and includes a CPU, a ROM, a RAM, and an I / O (not shown). The controller 60 is connected to an output of a sensor (not shown) necessary for driving the pumps 70, 72, 74 and 76.

制御器60には、予め起動、発電、定常停止、非常停止の各シーケンスにおいて、補機類をどのように制御すべきかプログラムされた制御ソフトが内蔵されており、この制御ソフトに基づいて固体酸化物形燃料電池システム1が作動する。   The controller 60 has built-in control software programmed in advance for how to control the auxiliary equipment in each sequence of start-up, power generation, steady stop, and emergency stop. Based on this control software, solid oxidation is performed. The physical fuel cell system 1 operates.

(定常停止シーケンス)
次に、運転状態にある固体酸化物形燃料電池システム1を定常停止させる場合の制御器60による定常停止シーケンスについて図2に基づいて説明する。
(Steady stop sequence)
Next, a steady stop sequence by the controller 60 when the solid oxide fuel cell system 1 in the operating state is stopped will be described with reference to FIG.

定常停止シーケンスの動作は、制御器60に内蔵された制御ソフトに基づいて行われる。定常停止シーケンス開始の信号が外部から制御器60に入力されると、定常停止シーケンスは開始される。   The operation of the steady stop sequence is performed based on control software built in the controller 60. When a signal for starting a stationary stop sequence is input from the outside to the controller 60, the stationary stop sequence is started.

定常停止が開始されると、図2に示すように、スタックの冷却を早く行うために、まず、空気ブロワ76によって、加熱バーナ30を経由して断熱容器内に新鮮な空気を供給して冷却する。空気ブロワ76で供給する冷却用空気の量は、空気ブロワ76が供給可能な最大量の空気が好ましい。   When the steady stop is started, as shown in FIG. 2, in order to cool the stack quickly, first, the air blower 76 supplies fresh air to the insulated container via the heating burner 30 and cools it. To do. The amount of cooling air supplied by the air blower 76 is preferably the maximum amount of air that can be supplied by the air blower 76.

また、スタック内部からも冷却を行うために、スタックのカソードには、酸化剤ガスを供給し続ける。
また、発電中にアノードへ供給されていた水素含有ガスは、燃料電池セルにおいて空気中の酸素と反応することで発電する際にジュール熱発生の元になる。したがって、水素含有ガスの供給量を減らすために燃料ポンプ74から供給する炭化水素ガスの量を低減させる。この場合、燃料ポンプ74の実用的な動作範囲を考慮するとして、炭化水素ガス供給量は発電時の最大供給量の0.1倍から0.7倍とする。
Further, in order to perform cooling from the inside of the stack, the oxidant gas is continuously supplied to the cathode of the stack.
In addition, the hydrogen-containing gas that has been supplied to the anode during power generation reacts with oxygen in the air in the fuel cell to generate Joule heat. Therefore, the amount of hydrocarbon gas supplied from the fuel pump 74 is reduced in order to reduce the supply amount of the hydrogen-containing gas. In this case, considering the practical operating range of the fuel pump 74, the hydrocarbon gas supply amount is set to 0.1 to 0.7 times the maximum supply amount during power generation.

このように、炭化水素ガス供給量を減量することで、改質器40で水蒸気改質が行われるので、吸熱反応が進み、改質器40でのガスの冷却が適度に促進される。0.7倍の炭化水素ガスより多い供給量の場合、改質により発生する水素の自然発火温度が約550℃であり、また、供給する水素含有ガスの熱量が大きいため、発電スタック10の燃料電池セルの冷却が起こりにくい。   Thus, since the steam reforming is performed in the reformer 40 by reducing the hydrocarbon gas supply amount, the endothermic reaction proceeds, and the cooling of the gas in the reformer 40 is appropriately promoted. In the case of a supply amount larger than 0.7 times the hydrocarbon gas, since the spontaneous ignition temperature of hydrogen generated by reforming is about 550 ° C., and the amount of heat of the hydrogen-containing gas supplied is large, the fuel of the power generation stack 10 Battery cells are less likely to cool.

一方、0.1倍の炭化水素ガスより少ない供給量の場合、カソード側の酸化剤ガスがアノード側に回り込み、アノードの酸化を招く可能性が高くなる。
また、改質触媒の炭化を抑制するために、水蒸気の供給量は炭化水素ガスに含まれる炭素量に比べて発電時と同じか多くする必要があり、割合として表される数値であるS/C(水蒸気量/炭素量:モル比)は、2〜4とする。なお、S/Cの値は、2.5〜3が望ましい。
On the other hand, when the supply amount is less than 0.1 times the hydrocarbon gas, there is a high possibility that the oxidant gas on the cathode side will circulate to the anode side and cause oxidation of the anode.
Further, in order to suppress carbonization of the reforming catalyst, the supply amount of water vapor needs to be the same as or larger than the amount of carbon contained in the hydrocarbon gas, and is a numerical value expressed as a ratio. C (water vapor amount / carbon amount: molar ratio) is set to 2 to 4. The value of S / C is preferably 2.5-3.

このようにしてバーナ空気、酸化剤ガス、炭化水素ガス、水蒸気を改質器温度が200℃〜550℃の範囲に降温するまで供給する。改質によって発生する水素の自然発火温度が550℃であるので、改質器温度が200℃〜550℃の範囲に到達したところで炭化水素ガスの供給を停止すれば、改質によって発生する水素の自然発火が止まるので発電スタック10から排出されるガス温度は低下する。   In this way, burner air, oxidant gas, hydrocarbon gas, and water vapor are supplied until the temperature of the reformer falls to a range of 200 ° C to 550 ° C. Since the spontaneous ignition temperature of hydrogen generated by reforming is 550 ° C., if the supply of hydrocarbon gas is stopped when the reformer temperature reaches the range of 200 ° C. to 550 ° C., the hydrogen generated by reforming Since spontaneous ignition stops, the gas temperature discharged from the power generation stack 10 decreases.

一方、改質器温度が550℃より高い温度で炭化水素ガスの供給を止めて水蒸気のみをアノードラインに供給した場合、改質触媒及びアノードの水蒸気による酸化を招きやすい。200℃より低い温度で炭化水素ガスの供給を停止して水蒸気のみをアノードラインに供給する場合、改質器40内部で水蒸気が凝縮する可能性がある。   On the other hand, when the reformer temperature is higher than 550 ° C. and the supply of hydrocarbon gas is stopped and only steam is supplied to the anode line, oxidation of the reforming catalyst and the anode by steam is likely to occur. When the supply of hydrocarbon gas is stopped at a temperature lower than 200 ° C. and only the steam is supplied to the anode line, the steam may be condensed inside the reformer 40.

したがって、改質器温度が200℃〜550℃の範囲に到達したところで炭化水素ガスの供給を停止するのである。
そして、炭化水素ガスの供給を停止した後、引き続き、アノードへは水蒸気のみを供給し、空気ブロワ76による発電スタック10の外部への冷却空気の供給と、カソードへの酸化剤ガスの供給を行う。
Therefore, the supply of hydrocarbon gas is stopped when the reformer temperature reaches the range of 200 ° C to 550 ° C.
Then, after the supply of hydrocarbon gas is stopped, only water vapor is supplied to the anode, and cooling air is supplied to the outside of the power generation stack 10 by the air blower 76 and oxidant gas is supplied to the cathode. .

これにより、アノードライン内の可燃性ガスのパージと発電スタック10の冷却を加速することができる。また、カソード側に供給している酸化剤ガスがアノード側へ回り込んできて、アノードが酸化することを抑制することが可能となる。   Thereby, the purge of the combustible gas in the anode line and the cooling of the power generation stack 10 can be accelerated. Further, it is possible to suppress the oxidizing gas supplied to the cathode side from flowing into the anode side and oxidizing the anode.

そして、気化器50の温度が100℃にまで降温したら、引き続き、カソードへの酸化剤ガスの供給を行いながら、気化器50への水の供給を停止して、アノードへの水蒸気の供給を停止する。これにより、アノード内の水蒸気の、過飽和による凝縮を防止できる。   When the temperature of the vaporizer 50 is lowered to 100 ° C., the supply of water to the vaporizer 50 is stopped while the supply of the oxidant gas to the cathode is continued, and the supply of water vapor to the anode is stopped. To do. Thereby, the condensation by the supersaturation of the water vapor in the anode can be prevented.

また、水の供給を停止するとき、アノードが酸化雰囲気に曝されるのを防止するために、気化器50には一定量の水が保存されるように供給してから水の供給を停止する。この場合の「一定量」とは、アノード内で水の過飽和による凝縮が起こらない程度の量を意味する。   Further, when the supply of water is stopped, in order to prevent the anode from being exposed to the oxidizing atmosphere, the supply of water is stopped after supplying a certain amount of water to the vaporizer 50. . The “constant amount” in this case means an amount that does not cause condensation due to supersaturation of water in the anode.

そして、発電スタックの温度が十分に冷却された後、スタック外側を冷却するために供給していた空気と、カソード側への酸化剤ガスの供給を停止して、定常停止シーケンスは終了する。   Then, after the temperature of the power generation stack is sufficiently cooled, the supply of the air supplied to cool the outside of the stack and the oxidant gas to the cathode side is stopped, and the steady stop sequence ends.

(非常停止シーケンス)
次に、運転状態にある固体酸化物形燃料電池システム1を非常停止させる場合の制御器60による定常停止シーケンスについて図3に基づいて説明する。非常停止シーケンスも制御器60に内蔵された制御ソフトに基づいて行われる。
(Emergency stop sequence)
Next, the steady stop sequence by the controller 60 when the solid oxide fuel cell system 1 in the operating state is brought to an emergency stop will be described with reference to FIG. The emergency stop sequence is also performed based on control software built in the controller 60.

非常停止シーケンス開始の信号が外部から制御器60に入力されると、非常停止シーケンスは開始される。非常停止シーケンスでは、発電スタック10の冷却のために、まず、空気ブロワ76によって、加熱バーナ30を経由して断熱容器内に新鮮な空気を供給して冷却する。空気ブロワ76で供給する冷却用空気の量は、空気ブロワ76が供給可能な最大量の空気が好ましい。   When an emergency stop sequence start signal is externally input to the controller 60, the emergency stop sequence is started. In the emergency stop sequence, in order to cool the power generation stack 10, first, fresh air is supplied into the insulated container via the heating burner 30 and cooled by the air blower 76. The amount of cooling air supplied by the air blower 76 is preferably the maximum amount of air that can be supplied by the air blower 76.

発電スタック10内部からも冷却を行うために、発電スタック10のカソードに酸化剤ガスを供給する。また、発電中にアノードへ供給されていた水素含有ガスは、可燃性ガスのため早い段階でパージする必要がある。したがって、非常停止開始の信号が出たら燃料ポンプ74による炭化水素ガスの供給を停止する。   In order to perform cooling also from the inside of the power generation stack 10, an oxidant gas is supplied to the cathode of the power generation stack 10. Further, the hydrogen-containing gas supplied to the anode during power generation needs to be purged at an early stage because of the combustible gas. Therefore, when an emergency stop start signal is output, the supply of hydrocarbon gas by the fuel pump 74 is stopped.

しかし、この場合、改質触媒が酸化温度にある可能性が高いためアノードには気化器50に水を供給して水蒸気を供給して、アノード内の水素含有ガスをパージしつつ、カソード側からの酸化剤ガスの回り込みを防止してアノードの酸化と改質触媒の酸化を抑制する。   However, in this case, since the reforming catalyst is likely to be at the oxidation temperature, water is supplied to the vaporizer 50 and water vapor is supplied to the anode from the cathode side while purging the hydrogen-containing gas in the anode. This prevents the oxidant gas from flowing in and suppresses oxidation of the anode and oxidation of the reforming catalyst.

このようにして発電スタック10には酸化剤ガスと水蒸気を気化器50の温度が100℃に降温するまで供給する。
そして、気化器温度が100℃にまで降温したら、引き続き、カソードへの酸化剤ガスの供給を行いながら、気化器50への水供給を停止して、アノードへの水蒸気の供給を停止することで、アノード内の水蒸気の過飽和による凝縮を防止できる。
In this way, the oxidant gas and water vapor are supplied to the power generation stack 10 until the temperature of the vaporizer 50 drops to 100 ° C.
When the vaporizer temperature is lowered to 100 ° C., the water supply to the vaporizer 50 is stopped while the supply of the oxidant gas to the cathode is continued, and the supply of water vapor to the anode is stopped. Further, condensation due to supersaturation of water vapor in the anode can be prevented.

ただし、アノードが酸化雰囲気に曝されるのを防止するために、気化器50には一定量の水が保存されるように供給してから水の供給を停止する。この場合の一定量とは、アノード内で水の過飽和による凝縮が起こらない程度の量とする。   However, in order to prevent the anode from being exposed to the oxidizing atmosphere, the supply of water is stopped after supplying the vaporizer 50 so that a certain amount of water is stored. The fixed amount in this case is an amount that does not cause condensation due to supersaturation of water in the anode.

そして、発電スタック10の温度が十分に冷却された後、発電スタック10の外側を冷却するために供給していた空気と、カソード側への酸化剤ガスの供給を停止して、非常定常停止シーケンスは終了する。   Then, after the temperature of the power generation stack 10 is sufficiently cooled, the supply of the oxidant gas to the cathode and the air supplied to cool the outside of the power generation stack 10 is stopped, and an emergency steady stop sequence Ends.

(運転停止から起動までの作動)
次に、固体酸化物形燃料電池システム1を停止させてから、次回起動するまでの作動について説明する。
(Operation from shutdown to startup)
Next, the operation from when the solid oxide fuel cell system 1 is stopped to when it is started next time will be described.

固体酸化物形燃料電池システム1を停止させるのは、定常停止、非常停止に加えて停電の計3通りが考えられるが、いずれの場合でも、改質触媒の炭化、酸化及びアノードの酸化を抑制する必要がある。   The solid oxide fuel cell system 1 can be stopped in three ways: steady stop and emergency stop, as well as blackouts. In either case, the reforming catalyst carbonization, oxidation, and anode oxidation are suppressed. There is a need to.

アノードの酸化抑制には、常に還元雰囲気にあることが最も望ましいが、還元雰囲気を達成するには水素をアノード側にとどめておく必要がある。しかし、水素は可燃性ガスのため安全面を考慮すると望ましくない。   In order to suppress the oxidation of the anode, it is most desirable to always be in a reducing atmosphere, but in order to achieve the reducing atmosphere, it is necessary to keep hydrogen on the anode side. However, since hydrogen is a flammable gas, it is not desirable in consideration of safety.

また、次善の案としては、不活性ガスを使用することも考えられるが、付帯設備が大きくなる難点がある。そこで、定常停止、非常停止、停電の後から、次のシステムの起動までの間、改質触媒及びアノードを水蒸気雰囲気に曝しておく案が考えられる。そこで、定常停止シーケンスの終了時、非常停止シーケンスの終了時及び停電時から次の運転起動シーケンス開始までの間に、一定量の水を気化器50に供給して保存することで、改質触媒及びアノードが酸化雰囲気に曝されることを防止することが可能になる。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態につき図4、図5及び図6に基づき説明する。図4は、固体酸化物形燃料電池システム2の概略構成を示すブロック図であり、図5は、固体酸化物形燃料電池システム2を定常停止させる場合のシーケンス図である。また、図6は、固体酸化物形燃料電池システム2を非常停止させる場合のシーケンス図である。
In addition, as a second best plan, it may be possible to use an inert gas, but there is a problem that the incidental facilities become large. In view of this, it is conceivable to expose the reforming catalyst and the anode to a steam atmosphere during the period from the steady stop, emergency stop, and power failure until the next system startup. Therefore, by supplying a predetermined amount of water to the vaporizer 50 and storing it at the end of the steady stop sequence, from the end of the emergency stop sequence and from the time of power failure to the start of the next operation start sequence, the reforming catalyst is stored. And the anode can be prevented from being exposed to an oxidizing atmosphere.
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the solid oxide fuel cell system 2, and FIG. 5 is a sequence diagram when the solid oxide fuel cell system 2 is stopped steadily. FIG. 6 is a sequence diagram when the solid oxide fuel cell system 2 is brought to an emergency stop.

改質器40内の改質触媒及び発電スタック10内のアノードを水蒸気雰囲気に曝しておくことが最も簡便な酸化抑制方法として考えられるが、水蒸気が凝縮して結露水がアノードライン内に滞留すると、システムを再起動させる際に大きなロスになるため防止する必要がある。   Although it is considered that the reforming catalyst in the reformer 40 and the anode in the power generation stack 10 are exposed to a steam atmosphere as the simplest oxidation suppressing method, when the steam condenses and the condensed water stays in the anode line. When restarting the system, it will be a big loss and must be prevented.

そこで、図4に示すように、図1に示す固体酸化物形燃料電池システム1に対して、気化器50の上流側でカソードの酸化剤ガスがアノードラインに流れる流路と流路切り替え弁94及び逆止弁96を設ける。なお、逆止弁96は、流路切り替え弁94が故障した場合に、アノードガスがカソードに回り込むことを防止するための弁である。   Therefore, as shown in FIG. 4, with respect to the solid oxide fuel cell system 1 shown in FIG. 1, the flow path of the cathode oxidant gas to the anode line on the upstream side of the vaporizer 50 and the flow path switching valve 94. And a check valve 96 is provided. The check valve 96 is a valve for preventing the anode gas from flowing into the cathode when the flow path switching valve 94 fails.

この場合の停止シーケンスの動作を図5及び図6に示す。図5は、図2からの変更を示す図、つまり、固体酸化物形燃料電池システム2を定常停止させる場合のシーケンス図である。図6は、図3からの変更を示す図、つまり、固体酸化物形燃料電池システム2を非常停止させる場合のシーケンス図である。   The operation of the stop sequence in this case is shown in FIGS. FIG. 5 is a diagram showing a change from FIG. 2, that is, a sequence diagram when the solid oxide fuel cell system 2 is steadily stopped. FIG. 6 is a diagram showing a change from FIG. 3, that is, a sequence diagram when the solid oxide fuel cell system 2 is brought to an emergency stop.

図5及び図6に示すシーケンスが図2及び図3に示すシーケンスと異なるのは、気化器50の温度が100℃にまで降温したら、カソードへ供給していた酸化剤ガスを、流路切り替え弁94を切り替えることでアノードへ空気ポンプ70が流せる最低流量Qmin(>0)だけ一定時間(図5及び図6中、Bで示す期間)供給した後、流路切り替え弁94を再度切り替えて、アノードラインへの酸化剤ガスの導入を止める。   The sequence shown in FIGS. 5 and 6 is different from the sequence shown in FIGS. 2 and 3 when the temperature of the vaporizer 50 is lowered to 100 ° C., the oxidant gas supplied to the cathode is changed to the flow path switching valve. After the supply of a minimum flow rate Qmin (> 0) that allows the air pump 70 to flow to the anode by switching 94, the flow path switching valve 94 is switched again to supply the anode. Stop introducing oxidant gas to the line.

また、気化器50への水供給は気化器50に一定量の水が保存される間(図5及び図6中、Aで示す期間)だけ行ってから停止する。
この停止シーケンスでは、アノードには酸化剤ガスが導入されるが、改質器40の改質触媒及びアノードの酸化温度より低い温度であるため、改質触媒及びアノードの酸化は抑制できる。
Further, the water supply to the vaporizer 50 is stopped only after a certain amount of water is stored in the vaporizer 50 (the period indicated by A in FIGS. 5 and 6).
In this stop sequence, an oxidant gas is introduced into the anode, but since the temperature is lower than the oxidation temperature of the reforming catalyst and the anode of the reformer 40, the oxidation of the reforming catalyst and the anode can be suppressed.

さらに、水蒸気パージ用のブロワ(ポンプ)を別途用意する必要がなく、システムの構成が簡便になる。また、次の起動を行う際には、気化器50には一定量の水が保存されているので、起動時のスタック昇温段階でアノードラインは、気化器50に保存していた水が気化することにより酸化剤ガスがパージされる。   Furthermore, it is not necessary to separately prepare a steam purge blower (pump), and the system configuration is simplified. In addition, when the next start-up is performed, since a certain amount of water is stored in the vaporizer 50, the water stored in the vaporizer 50 is vaporized in the anode line at the stack temperature rising stage at the start-up. By doing so, the oxidant gas is purged.

[その他の実施形態]
上記実施形態では、発電スタック10として、固体酸化物形の燃料電池セルを積層したもの(固体酸化物形燃料電池スタック)を用いていたが、固体高分子形の燃料電池セルを積層したもの(固体高分子型燃料電池スタック)であってもよい。
[Other Embodiments]
In the above embodiment, a stack of solid oxide fuel cells (solid oxide fuel cell stack) is used as the power generation stack 10, but a stack of solid polymer fuel cells ( Solid polymer fuel cell stack).

また、空気ポンプ70の代わりにブロワを用いてもよい。   A blower may be used instead of the air pump 70.

固体酸化物形燃料電池システム1の概略の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a solid oxide fuel cell system 1. FIG. 固体酸化物形燃料電池システム1を定常停止させる場合の制御器60による定常停止シーケンス図である。It is a steady stop sequence diagram by the controller 60 when the solid oxide fuel cell system 1 is stopped steadily. 固体酸化物形燃料電池システム1を非常停止させる場合の制御器60による定常停止シーケンス図である。It is a steady stop sequence diagram by the controller 60 when the solid oxide fuel cell system 1 is brought to an emergency stop. 固体酸化物形燃料電池システム2の概略の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a solid oxide fuel cell system 2. FIG. 固体酸化物形燃料電池システム2を定常停止させる場合の制御器60による定常停止シーケンス図である。It is a stationary stop sequence diagram by the controller 60 when the solid oxide fuel cell system 2 is stopped steadily. 固体酸化物形燃料電池システム2を非常停止させる場合の制御器60による定常停止シーケンス図である。It is a steady stop sequence diagram by the controller 60 when the solid oxide fuel cell system 2 is brought to an emergency stop.

符号の説明Explanation of symbols

1,2…固体酸化物形燃料電池システム、10…発電スタック、12…炭化水素ライン、14…酸化剤ライン、16…排出ライン、20…断熱容器、30…加熱バーナ、40…改質器、42…改質器温度センサ、50…気化器、52…気化器温度センサ、60…制御器、70…空気ポンプ、72…水供給ポンプ、74…燃料ポンプ、76…空気ブロワ、80…脱硫器、90…比例弁、92…電磁弁、94…流路切り替え弁、96…逆止弁。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Solid oxide fuel cell system, 10 ... Power generation stack, 12 ... Hydrocarbon line, 14 ... Oxidant line, 16 ... Discharge line, 20 ... Thermal insulation container, 30 ... Heating burner, 40 ... Reformer, 42 ... reformer temperature sensor, 50 ... vaporizer, 52 ... vaporizer temperature sensor, 60 ... controller, 70 ... air pump, 72 ... water supply pump, 74 ... fuel pump, 76 ... air blower, 80 ... desulfurizer 90 ... Proportional valve, 92 ... Solenoid valve, 94 ... Flow path switching valve, 96 ... Check valve.

Claims (12)

外部から空気及び燃料ガスの供給を受けて断熱容器内を加熱する加熱手段によって加熱され、
水蒸気及び炭化水素ガスの混合ガスを気化器によって得て、前記混合ガスを改質器に通して得られた水素含有ガスを、酸化剤ガスが流されている発電スタックに供給して発電させる燃料電池の運転停止方法において、
運転停止時に、
前記加熱手段へ空気のみを供給し、
前記炭化水素ガスの供給量を低減させ、
該低減させた炭化水素ガスと前記水蒸気との水蒸気量/炭素量のモル比が2〜4の混合ガスを得て、
前記混合ガスを前記改質器に通して得られた水素含有ガスを、酸化剤ガスが連続して流されている前記発電スタックに供給し、
前記改質器の温度が200℃〜550℃に降温したときに、前記炭化水素ガスの供給を停止し、
さらに、水蒸気の供給は継続して行いながら、前記気化器の温度が100℃に達した段階で、前記気化器へ一定量の水を供給して保存した後、水の供給を停止する
ことを特徴とする燃料電池の運転停止方法。
It is heated by heating means that receives the supply of air and fuel gas from the outside and heats the inside of the heat insulating container,
A fuel that generates a mixed gas of water vapor and hydrocarbon gas by a vaporizer and supplies the hydrogen-containing gas obtained by passing the mixed gas through a reformer to a power generation stack in which an oxidant gas is flowed to generate power. In the battery shutdown method,
When the operation is stopped
Supplying only air to the heating means;
Reducing the supply of hydrocarbon gas,
Obtaining a mixed gas having a water vapor / carbon molar ratio of 2 to 4 between the reduced hydrocarbon gas and the water vapor,
Supplying the hydrogen-containing gas obtained by passing the mixed gas through the reformer to the power generation stack in which an oxidant gas is continuously flowed;
When the temperature of the reformer falls to 200 ° C. to 550 ° C., the supply of the hydrocarbon gas is stopped,
Furthermore, the water supply is continuously performed, and when the temperature of the vaporizer reaches 100 ° C., a certain amount of water is supplied to the vaporizer and stored, and then the water supply is stopped. A fuel cell shutdown method.
請求項1に記載の燃料電池の運転停止方法において、
前記燃料電池の運転停止時の炭化水素ガスの供給量を発電時の最大投入量の0.1〜0.7倍に低減させることを特徴とする燃料電池の運転停止方法。
In the fuel cell shutdown method according to claim 1,
A method of stopping a fuel cell, comprising reducing the amount of hydrocarbon gas supplied when the fuel cell is stopped to 0.1 to 0.7 times the maximum amount of fuel gas input during power generation.
外部から空気及び燃料ガスの供給を受けて断熱容器内を加熱する加熱手段によって加熱され、
水蒸気及び炭化水素ガスの混合ガスを気化器によって得て、前記混合ガスを改質器に通して得られた水素含有ガスを、酸化剤ガスが流されている発電スタックに供給して発電させる燃料電池の運転停止方法において、
運転停止時に、
前記加熱手段へ空気のみを供給し、
前記炭化水素ガスの供給を停止し、酸化剤ガスが継続して流されている前記発電スタックに、
水蒸気の供給は継続して行いながら、前記気化器の温度が100℃に達した段階で、前記気化器へ一定量の水を供給して保存した後、水の供給を停止する
ことを特徴とする燃料電池の運転停止方法。
It is heated by heating means that receives the supply of air and fuel gas from the outside and heats the inside of the heat insulating container,
A fuel that generates a mixed gas of water vapor and hydrocarbon gas by a vaporizer and supplies the hydrogen-containing gas obtained by passing the mixed gas through a reformer to a power generation stack in which an oxidant gas is flowed to generate power. In the battery shutdown method,
When the operation is stopped
Supplying only air to the heating means;
In the power generation stack where the supply of the hydrocarbon gas is stopped and the oxidant gas is continuously flowed,
The supply of water is stopped after supplying a certain amount of water to the vaporizer and storing it when the temperature of the vaporizer reaches 100 ° C. while continuously supplying water vapor. To stop the operation of the fuel cell.
請求項1〜請求項3の何れかに記載の燃料電池の運転停止方法において、
前記燃料電池の運転停止の後、次の起動開始までの間に、一定量の水を前記気化器に供給して保存することを特徴とする燃料電池の運転停止方法。
In the fuel cell operation stop method according to any one of claims 1 to 3,
A fuel cell operation stop method comprising: supplying a predetermined amount of water to the vaporizer and storing after the fuel cell operation stop until the next start-up.
請求項1〜請求項4の何れかに記載の燃料電池の運転停止方法において、
前記発電スタックのカソード側へ供給している酸化剤ガスをアノード側へ送るための切り替え手段を備え、
前記燃料電池の運転停止時において、前記気化器の温度が100℃に達したら、前記切り替え手段を切り替えることでカソード側に供給していた酸化剤ガスをアノード側へ送ることで水蒸気をパージすることを特徴とする燃料電池の運転停止方法。
In the fuel cell operation stop method according to any one of claims 1 to 4,
Comprising switching means for sending the oxidant gas supplied to the cathode side of the power generation stack to the anode side,
When the temperature of the vaporizer reaches 100 ° C. when the operation of the fuel cell is stopped, the steam is purged by sending the oxidant gas supplied to the cathode side to the anode side by switching the switching means. A method for stopping the operation of a fuel cell.
請求項1〜請求項5の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記発電スタックは、固体酸化物形燃料電池スタックであることを特徴とする燃料電池の運転停止方法。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
The fuel cell operation stop method, wherein the power generation stack is a solid oxide fuel cell stack.
断熱容器内に、
炭化水素ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電をする発電スタックと、
前記発電スタックに炭化水素ガスを供給する炭化水素ラインと、
前記発電スタックに酸化剤ガスを供給する酸化剤ラインと、
発電に寄与しないガス及び使用済みガスを前記発電スタックから排出する排出ラインと、
前記炭化水素ガスを水蒸気改質により水素含有ガスに改質する改質器と、
前記改質器の温度を検出する改質器温度検出手段と、
前記改質器に水蒸気を供給するために水を気化させる気化器と、
前記気化器の温度を検出する気化器温度検出手段と、
外部から空気及び燃料ガスの供給を受けて前記断熱容器内を加熱する加熱手段と、
を備え、
さらに、運転停止時に、前記加熱手段へ空気のみを供給し、
前記炭化水素ラインを介して供給する前記炭化水素ガスの供給量を低減させ、該低減させた炭化水素ガスと水蒸気との水蒸気量/炭素量のモル比が2〜4の混合ガスを得て、前記混合ガスを前記改質器に通して得られた水素含有ガスを、酸化剤ガスが連続して流されている前記発電スタックに供給し、
前記改質器温度検出手段から前記改質器の温度を取得し、取得した前記改質器の温度が200℃〜550℃に降温したときに、前記炭化水素ガスの供給を停止し、
さらに、水蒸気の供給は継続して行いながら、前記気化器温度検出手段から前記気化器の温度を取得し、取得した前記気化器の温度が100℃に達した段階で、前記気化器へ一定量の水を供給して保存した後、水の供給を停止する制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
In an insulated container,
A power generation stack that generates electricity by receiving supply of hydrocarbon gas and oxidant gas;
A hydrocarbon line for supplying hydrocarbon gas to the power generation stack;
An oxidant line for supplying oxidant gas to the power generation stack;
An exhaust line for discharging gas that does not contribute to power generation and used gas from the power generation stack;
A reformer for reforming the hydrocarbon gas into a hydrogen-containing gas by steam reforming;
Reformer temperature detecting means for detecting the temperature of the reformer;
A vaporizer for vaporizing water to supply steam to the reformer;
Vaporizer temperature detection means for detecting the temperature of the vaporizer;
Heating means for heating the inside of the heat insulation container by receiving supply of air and fuel gas from the outside;
With
Furthermore, when the operation is stopped, only air is supplied to the heating means,
Reducing the supply amount of the hydrocarbon gas to be supplied through the hydrocarbon line, obtaining a mixed gas having a water vapor amount / carbon amount molar ratio of 2 to 4 between the reduced hydrocarbon gas and water vapor; Supplying the hydrogen-containing gas obtained by passing the mixed gas through the reformer to the power generation stack in which an oxidant gas is continuously flowed;
Obtaining the temperature of the reformer from the reformer temperature detecting means, and when the obtained temperature of the reformer is lowered to 200 ° C. to 550 ° C., the supply of the hydrocarbon gas is stopped,
Furthermore, while continuously supplying water vapor, the temperature of the vaporizer is acquired from the vaporizer temperature detecting means, and when the acquired temperature of the vaporizer reaches 100 ° C., a certain amount is supplied to the vaporizer. A fuel cell system comprising control means for stopping the supply of water after the water is supplied and stored.
請求項7に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御手段は、
前記運転停止時の炭化水素ガスの供給量を発電時の最大投入量の0.1〜0.7倍に低減させることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 7, wherein
The control means includes
A fuel cell system, wherein the supply amount of hydrocarbon gas at the time of stopping the operation is reduced to 0.1 to 0.7 times the maximum input amount at the time of power generation.
断熱容器内に、
炭化水素ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電をする発電スタックと、
前記発電スタックに炭化水素ガスを供給する炭化水素ラインと、
前記発電スタックに酸化剤ガスを供給する酸化剤ラインと、
発電に寄与しないガス及び使用済みガスを前記発電スタックから排出する排出ラインと、
前記炭化水素ガスを水蒸気改質により水素含有ガスに改質する改質器と、
前記改質器の温度を検出する改質器温度検出手段と、
前記改質器に水蒸気を供給するために水を気化させる気化器と、
前記気化器の温度を検出する気化器温度検出手段と、
外部から空気及び燃料ガスの供給を受けて前記断熱容器内を加熱する加熱手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記炭化水素ガスの供給を停止して、前記酸化剤ガスは連続して前記発電スタックに供給し、継続して気化器への水の供給を行い、前記気化器温度検出手段から取得した前記気化器の温度が100℃に達したときに、前記気化器へ一定量の水を供給した後、水の供給を停止することを特徴とする燃料電池システム。
In an insulated container,
A power generation stack that generates electricity by receiving supply of hydrocarbon gas and oxidant gas;
A hydrocarbon line for supplying hydrocarbon gas to the power generation stack;
An oxidant line for supplying oxidant gas to the power generation stack;
An exhaust line for discharging gas that does not contribute to power generation and used gas from the power generation stack;
A reformer for reforming the hydrocarbon gas into a hydrogen-containing gas by steam reforming;
Reformer temperature detecting means for detecting the temperature of the reformer;
A vaporizer for vaporizing water to supply steam to the reformer;
Vaporizer temperature detection means for detecting the temperature of the vaporizer;
Heating means for heating the inside of the heat insulation container by receiving supply of air and fuel gas from the outside;
With
The control means includes
The supply of the hydrocarbon gas is stopped, the oxidant gas is continuously supplied to the power generation stack, the water is continuously supplied to the vaporizer, and the vaporization obtained from the vaporizer temperature detection means When the temperature of the vessel reaches 100 ° C., the supply of water is stopped after supplying a certain amount of water to the vaporizer.
請求項7〜請求項9の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御手段は、
運転停止の後、次の起動開始までの間に、一定量の水を前記気化器に供給して保存することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 7 to 9,
The control means includes
A fuel cell system characterized in that a certain amount of water is supplied to the vaporizer and stored after the operation is stopped until the next start-up.
請求項7〜請求項10の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記発電スタックのカソード側へ供給している酸化剤ガスをアノード側へ送るための切り替え手段を備え、
前記制御手段は、
運転停止時に、前記気化器温度検出手段から取得した前記気化器の温度が100℃に達したら、前記切り替え手段を切り替えることでカソード側に供給していた酸化剤ガスをアノード側へ送ることで水蒸気をパージすることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 7 to 10,
Comprising switching means for sending the oxidant gas supplied to the cathode side of the power generation stack to the anode side,
The control means includes
When the temperature of the vaporizer obtained from the vaporizer temperature detection means reaches 100 ° C. when the operation is stopped, the oxidant gas supplied to the cathode side is sent to the anode side by switching the switching means, thereby steaming Purging the fuel cell system
請求項7〜請求項11の何れかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記発電スタックは、固体酸化物形燃料電池スタックであることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 7 to 11,
The fuel cell system, wherein the power generation stack is a solid oxide fuel cell stack.
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