JP2010108720A - Fuel cell power generation system, and method of operating the same - Google Patents

Fuel cell power generation system, and method of operating the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of operating a fuel cell power generation system excellent in safety. <P>SOLUTION: With the rotational frequency of an air blower set at Rr (step 501), the outlet temperature of an oxidant electrode is measured (step 502), when it is determined that the outlet temperature of the oxidant electrode is higher than a reference value set in advance (step 504), correction to increase the set value of the rotational frequency of the air blower by a prescribed amount is performed (step 505), and the corrected value is substituted for the set value of the rotational frequency (step 506). Whether a counter value is not less than 5 or not is determined (step 508), when the value is less than 5, the system goes back to the step 504, and processes in the steps 504-508 are carried out. On the other hand, when the counter value is determined to be not less than 5 in the step 508, it is determined that abnormality of the fuel cell power generation system has been detected, and measures such as sounding an alarm, stopping the system, or the like are taken. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、単電池を複数積層して構成される燃料電池スタックに水素含有ガス及び空気をそれぞれ供給して電気化学反応により発電を行う燃料電池発電システム及びその運転方法に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell power generation system that generates power by an electrochemical reaction by supplying a hydrogen-containing gas and air to a fuel cell stack configured by stacking a plurality of single cells, and an operation method thereof.

燃料電池発電システムは、水素等の燃料と空気等の酸化剤を燃料電池本体に供給して、電気化学的に反応させることにより、燃料の持つ化学エネルギーを電気エネルギーに直接変換して外部へ取り出す発電装置である。この燃料電池発電システムは、比較的小型であるにもかかわらず、高効率で、環境性に優れるという特徴を持つ。また、発電に伴う発熱を温水や蒸気として回収することにより、コージェネレーションシステムとしての適用が可能である。   The fuel cell power generation system supplies a fuel such as hydrogen and an oxidant such as air to the fuel cell body and causes them to react electrochemically, thereby converting the chemical energy of the fuel directly into electrical energy and taking it out. It is a power generation device. This fuel cell power generation system is characterized by high efficiency and excellent environmental performance despite its relatively small size. Moreover, it can be applied as a cogeneration system by collecting the heat generated by power generation as hot water or steam.

このような燃料電池本体は、電解質の違い等により様々なタイプのものに分類されるが、なかでも、電解質に固体高分子電解質膜を用いた固体高分子形燃料電池は、低温動作性や高出力密度等の特徴から、一般家庭用を視野に入れた小型コージェネレーションシステムや電気自動車用の動力源としての用途に適しており、今後、市場規模が急激に拡大することが予想されている。   Such fuel cell bodies are classified into various types depending on the difference in electrolytes. Among them, the polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer electrolyte membrane as the electrolyte has low-temperature operability and high performance. From the characteristics such as power density, it is suitable for use as a power source for small cogeneration systems and electric vehicles for general home use, and the market size is expected to expand rapidly in the future.

この固体高分子形燃料電池発電システムは、一般家庭用の小型コージェネレーションシステムを例にとると、都市ガスやLPG等に代表される炭化水素系燃料から水素含有ガスを製造する改質装置、改質装置で製造された水素含有ガスと大気中の空気を燃料極及び酸化剤極にそれぞれ供給して起電力を発生させる燃料電池スタック、燃料電池スタックで発生した電気エネルギーを外部負荷に供給する電気制御装置、及び発電に伴う発熱を回収する熱利用系等から構成されている。   This polymer electrolyte fuel cell power generation system is, for example, a reformer, a reformer for producing hydrogen-containing gas from hydrocarbon fuels typified by city gas, LPG, etc., taking a small cogeneration system for general households as an example. The fuel cell stack that generates the electromotive force by supplying the hydrogen-containing gas and air in the atmosphere produced by the gas generator to the fuel electrode and the oxidant electrode, and the electricity that supplies the electric energy generated by the fuel cell stack to the external load It comprises a control device and a heat utilization system that recovers heat generated by power generation.

ここで、燃料に都市ガスやLPG等の炭化水素系燃料の代わりに純水素を燃料として供給するシステムにおいては、システム内に改質装置を設置する必要がないため、起動時間の短縮化、コンパクト化を実現することができる。このような純水素燃料電池発電システムは、集合住宅用のコージェネレーションシステムとしての適用が期待されている。   Here, in a system that supplies pure hydrogen as fuel instead of hydrocarbon fuel such as city gas or LPG, there is no need to install a reformer in the system, so the startup time is shortened and compact. Can be realized. Such a pure hydrogen fuel cell power generation system is expected to be applied as a cogeneration system for an apartment house.

このような純水素燃料電池発電システムでは、例えば、特許文献1に記載されているように、燃料極に水素、酸化剤極に空気を供給して発電を行うと共に、燃焼排ガスを触媒燃焼器で燃焼させ、発生する熱量を回収する熱交換器とからなるシステム構成となっている。   In such a pure hydrogen fuel cell power generation system, as described in Patent Document 1, for example, hydrogen is supplied to the fuel electrode and air is supplied to the oxidant electrode to generate power, and the combustion exhaust gas is generated by a catalytic combustor. It has a system configuration including a heat exchanger that recovers the amount of heat generated by combustion.

また、水素排ガスを燃料極に循環させて運転する純水素燃料電池発電システムにおいては、徐々に燃料極の窒素分圧や水蒸気分圧が上昇するため、例えば、特許文献2に記載されているように、定期的に排出する必要があるアノード排ガスを、燃焼器や排出処理装置に供給して、排熱回収または排ガス処理するシステムも考案されている。このような構成は車載用システムにおいても適用されている。   Further, in a pure hydrogen fuel cell power generation system that operates by circulating hydrogen exhaust gas to the fuel electrode, the nitrogen partial pressure and the water vapor partial pressure of the fuel electrode gradually increase. For example, as described in Patent Document 2 In addition, a system for recovering exhaust heat or treating exhaust gas by supplying anode exhaust gas that needs to be discharged periodically to a combustor or an exhaust treatment device has been devised. Such a configuration is also applied to an in-vehicle system.

さらに、特許文献3に記載されているように、上述したような純水素燃料電池発電システムにおいて、燃料極から排出される水素含有ガスを酸化剤極に還流させて酸化剤極で処理し、燃料極出口に配設されていた触媒燃焼器等の水素処理装置を省略または小型化を実現したシステムも考案されている。
特開2006−86080号公報 特開2005−285525号公報 特開2008−146900号公報
Further, as described in Patent Document 3, in the pure hydrogen fuel cell power generation system as described above, the hydrogen-containing gas discharged from the fuel electrode is recirculated to the oxidant electrode and processed at the oxidant electrode. A system has also been devised in which a hydrogen treatment device such as a catalytic combustor disposed at the pole outlet is omitted or downsized.
JP 2006-86080 A JP 2005-285525 A JP 2008-146900 A

しかしながら、上述したような純水素燃料電池発電システムにおいては、いずれも集合住宅向けあるいは車載用のように設置スペースが限られる場合には、システムのさらなる簡素化及びコンパクト化の実現が望まれる。   However, in the pure hydrogen fuel cell power generation system as described above, when the installation space is limited, such as for an apartment house or a vehicle, it is desired that the system be further simplified and made compact.

また、特許文献3に示されているように、上述したような燃料電池発電システムにおいては、酸化剤極に空気が供給されている間は、酸化剤極入口における水素濃度が、爆発限界である4%(100%LEL)未満、より好ましくは安全率を考慮して1%(25%LEL)未満となるように留意する必要があるため、この条件を常に満たすことができる簡便な運転方法の開発が切望されている。   Moreover, as shown in Patent Document 3, in the fuel cell power generation system as described above, the hydrogen concentration at the oxidant electrode inlet is the explosion limit while air is supplied to the oxidant electrode. Since it is necessary to pay attention to less than 4% (100% LEL), more preferably less than 1% (25% LEL) in consideration of the safety factor, a simple operation method that can always satisfy this condition Development is anxious.

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、システムのさらなる簡素化及びコンパクト化を可能とすると共に、安全性に優れた燃料電池発電システム及びその運転方法を提供することにある。   The present invention has been proposed to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to enable further simplification and downsizing of the system and to provide a fuel cell with excellent safety. An object is to provide a power generation system and an operation method thereof.

上記の目的を達成するため、請求項2に記載の発明は、燃料極及び酸化剤極を備えた燃料電池スタックと、前記燃料極に水素含有ガスを供給する燃料供給ラインと、酸化剤極に空気を供給する酸化剤供給ラインと、前記酸化剤極での既反応空気を排出する酸化剤排出ラインと、前記燃料極から排出される水素含有ガスを前記酸化剤極入口に還流させる水素還流ラインとが設けられた燃料電池発電システムの運転方法であって、前記燃料電池スタックの発電時における酸素利用率が、前記燃料極に供給する燃料の燃料利用率により決定される所定値以下となるように、前記酸化剤極に供給する空気流量を制御する燃料電池発電システムの運転方法において、前記酸化剤極の出口温度を計測し、この温度が予め設定された所定値を超えた場合に、前記酸化剤極に供給する空気流量の設定値を補正する処理を行うことを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, the invention described in claim 2 is directed to a fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidant electrode, a fuel supply line for supplying a hydrogen-containing gas to the fuel electrode, An oxidant supply line that supplies air, an oxidant discharge line that discharges the already-reacted air at the oxidant electrode, and a hydrogen reflux line that recirculates the hydrogen-containing gas discharged from the fuel electrode to the oxidant electrode inlet The oxygen utilization rate during power generation of the fuel cell stack is less than or equal to a predetermined value determined by the fuel utilization rate of the fuel supplied to the fuel electrode. Further, in the operation method of the fuel cell power generation system for controlling the flow rate of air supplied to the oxidant electrode, the outlet temperature of the oxidant electrode is measured, and when this temperature exceeds a predetermined value, It is characterized in carrying out the process of correcting the set value of the air flow rate supplied to the serial oxidant electrode.

上記のような構成を有する請求項2に記載の発明によれば、酸化剤極出口温度を監視し、この検出値に基づいて、空気ブロワの回転数の設定値を所定量増加させる補正を行うことにより、常に、酸化剤極入口の水素濃度が所定値以下となるように制御することができるので、簡便で、安全性の高い燃料電池発電システムの運転方法を提供することができる。   According to the second aspect of the invention having the above-described configuration, the oxidant electrode outlet temperature is monitored, and based on this detected value, correction is performed to increase the set value of the rotational speed of the air blower by a predetermined amount. Thus, since the hydrogen concentration at the oxidant electrode inlet can always be controlled to be equal to or lower than the predetermined value, a simple and highly safe operation method of the fuel cell power generation system can be provided.

請求項7に記載の発明は、燃料極及び酸化剤極を備えた燃料電池スタックと、前記燃料極に水素含有ガスを供給する燃料供給ラインと、酸化剤極に空気を供給する酸化剤供給ラインと、前記酸化剤極での既反応空気を排出する酸化剤排出ラインと、前記燃料極から排出される水素含有ガスを前記酸化剤極入口に還流させる水素還流ラインとが設けられた燃料電池発電システムの運転方法であって、前記燃料電池スタックの発電時における酸素利用率が、前記燃料極に供給する燃料の燃料利用率により決定される所定値以下となるように、前記酸化剤極に供給する空気流量を制御する燃料電池発電システムの運転方法において、前記酸化剤極の出口温度を計測し、この温度が予め設定された所定値を超えた場合に、前記燃料極から前記酸化剤極入口に還流させる水素量の設定値を補正する処理を行うことを特徴とするものである。   The invention according to claim 7 is a fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidant electrode, a fuel supply line that supplies a hydrogen-containing gas to the fuel electrode, and an oxidant supply line that supplies air to the oxidant electrode. And an oxidant discharge line that discharges the already reacted air at the oxidant electrode, and a hydrogen recirculation line that circulates the hydrogen-containing gas discharged from the fuel electrode to the oxidant electrode inlet. An operation method of the system, wherein the oxygen utilization rate during power generation of the fuel cell stack is supplied to the oxidant electrode so that it is not more than a predetermined value determined by the fuel utilization rate of the fuel supplied to the fuel electrode. In the operation method of the fuel cell power generation system for controlling the air flow rate, the outlet temperature of the oxidant electrode is measured, and when the temperature exceeds a predetermined value set in advance, the fuel electrode to the oxidant electrode It is characterized in carrying out the process of correcting the set value of the amount of hydrogen to be recirculated to the mouth.

上記のような構成を有する請求項7に記載の発明によれば、酸化剤極出口温度を監視し、この検出値に基づいて、燃料排出用比例弁の開度の設定値を所定量増加させる補正を行うことにより、常に、酸化剤極入口の水素濃度が所定値以下となるように制御することができるので、簡便で、安全性の高い燃料電池発電システムの運転方法を提供することができる。   According to the seventh aspect of the invention having the above-described configuration, the oxidant electrode outlet temperature is monitored, and the set value of the opening degree of the fuel discharge proportional valve is increased by a predetermined amount based on the detected value. By performing the correction, it is possible to always control the hydrogen concentration at the oxidant electrode inlet to be equal to or lower than a predetermined value. Therefore, it is possible to provide a simple and highly safe operation method of the fuel cell power generation system. .

以上のような本発明によれば、システムのさらなる簡素化及びコンパクト化を可能とすると共に、安全性に優れた燃料電池発電システム及びその運転方法を提供することができる。   According to the present invention as described above, it is possible to provide a fuel cell power generation system having excellent safety and an operation method thereof, while further simplifying and downsizing the system.

以下、本発明を適用した実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図1及び図9は本発明に係る燃料電池発電システム及びその運転方法に関する実施形態を示す構成図であり、図中の実線はガス配管、破線は電気配線の結線図、太い点線は後述する制御装置による制御をそれぞれ示している。   Hereinafter, embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. 1 and 9 are configuration diagrams showing embodiments of the fuel cell power generation system and its operating method according to the present invention, in which solid lines are gas piping, broken lines are connection diagrams of electrical wiring, and thick dotted lines are described later. The control by the control device is shown.

(1)第1実施形態
本実施形態の概要は、酸化剤極の出口に配設した温度計の検出値に基づいて、空気ブロワの回転数の設定値を適宜補正することにより、酸化剤極入口における水素濃度が、爆発限界である4%(100%LEL)未満、より好ましくは安全率を考慮して1%(25%LEL)未満となるように制御するというものである。
(1) First Embodiment The outline of the present embodiment is that an oxidant electrode is corrected by appropriately correcting the set value of the rotational speed of the air blower based on a detection value of a thermometer disposed at the outlet of the oxidant electrode. The hydrogen concentration at the inlet is controlled to be less than 4% (100% LEL) which is the explosion limit, and more preferably less than 1% (25% LEL) in consideration of the safety factor.

(1−1)構成
図1に示すように、本実施形態の燃料電池発電システムにおいては、燃料電池スタック1の燃料極1aに燃料供給ライン4が接続され、この燃料供給ライン4を介して、水素供給源2から水素が供給されるように構成されている。また、燃料極1aからの排出ガスは、水素還流ライン5を経由して酸化剤極1bへ還流されるように構成されている。なお、前記燃料供給ライン4には、水素供給弁10aが設けられている。
(1-1) Configuration As shown in FIG. 1, in the fuel cell power generation system of this embodiment, a fuel supply line 4 is connected to the fuel electrode 1 a of the fuel cell stack 1, and the fuel supply line 4 Hydrogen is supplied from the hydrogen supply source 2. Further, the exhaust gas from the fuel electrode 1 a is configured to be returned to the oxidant electrode 1 b via the hydrogen reflux line 5. The fuel supply line 4 is provided with a hydrogen supply valve 10a.

一方、燃料電池スタック1の酸化剤極1bには、酸化剤供給ライン6及び酸化剤排出ライン7が接続され、この酸化剤供給ライン6を介して、空気ブロワ3からの空気が供給されるように構成されている。また、前記酸化剤排出ライン7には、酸化剤極1bの出口側に酸化剤極出口温度を検出する温度計20が設置されている。なお、前記酸化剤供給ライン6には空気供給弁10bが、また、酸化剤排出ライン7には空気排出弁10dが設けられている。さらに、前記酸化剤排出ライン7には前記空気排出弁10dの下流側に、簡易触媒燃焼器8及び熱交換器9が接続されている。   On the other hand, an oxidant supply line 6 and an oxidant discharge line 7 are connected to the oxidant electrode 1b of the fuel cell stack 1, and air from the air blower 3 is supplied via the oxidant supply line 6. It is configured. The oxidant discharge line 7 is provided with a thermometer 20 for detecting the oxidant electrode outlet temperature on the outlet side of the oxidant electrode 1b. The oxidant supply line 6 is provided with an air supply valve 10b, and the oxidant discharge line 7 is provided with an air discharge valve 10d. Further, a simple catalyst combustor 8 and a heat exchanger 9 are connected to the oxidant discharge line 7 on the downstream side of the air discharge valve 10d.

なお、前記簡易触媒燃焼器8としては、従来から用いられている燃料極排出ガスを連続的に処理する触媒燃焼器または水素処理器とは大きく異なり、空気ブロワ等による空気供給等の複雑な操作及び複雑な構造を必要とせず、例えば、ハニカム状の構造体に銅系や貴金属系などの酸化触媒を添着させたものが用いられる。   The simple catalyst combustor 8 is greatly different from the conventionally used catalyst combustor or hydrogen processor for continuously processing the fuel electrode exhaust gas, and complicated operations such as air supply by an air blower or the like. In addition, for example, a honeycomb structure having a copper-based or noble metal-based oxidation catalyst added thereto is used without requiring a complicated structure.

また、燃料電池スタック1の冷却板11を流通する冷媒は、冷却水ポンプ12を介して前記熱交換器9に導入されるように構成され、この熱交換器9によって、冷却板11を流通する冷媒及び酸化剤極排ガスの排熱が回収され、貯湯槽13に蓄熱されるように構成されている。   Further, the refrigerant flowing through the cooling plate 11 of the fuel cell stack 1 is configured to be introduced into the heat exchanger 9 via the cooling water pump 12, and flows through the cooling plate 11 by the heat exchanger 9. The exhaust heat of the refrigerant and the oxidant electrode exhaust gas is recovered and stored in the hot water storage tank 13.

また、燃料電池スタック1で得られた直流電力は、電気制御装置14により交流電力に変換されて、外部負荷15に供給されるように構成されている。なお、この電気制御装置14は燃料電池スタック1の負荷電流を制御する機能も有している。   Further, the DC power obtained by the fuel cell stack 1 is converted into AC power by the electric control device 14 and supplied to the external load 15. The electric control device 14 also has a function of controlling the load current of the fuel cell stack 1.

そして、本実施形態においては、制御装置30によって、前記水素供給弁10a、空気供給弁10b、空気排出弁10dの開閉が制御されると共に、後述するフローチャートに示したように、前記温度計20の検出値に基づいて、前記空気ブロワ3の回転数の設定値が適宜補正されるように構成されている。   In the present embodiment, the control device 30 controls the opening and closing of the hydrogen supply valve 10a, the air supply valve 10b, and the air discharge valve 10d, and, as shown in the flowchart described later, the thermometer 20 Based on the detected value, the set value of the rotational speed of the air blower 3 is appropriately corrected.

上述したように、上記のような燃料電池発電システムにおいては、酸化剤極に空気が供給されている間は、酸化剤極入口における水素濃度が、爆発限界である4%(100%LEL)未満、より好ましくは安全率を考慮して1%(25%LEL)未満となるように留意する必要があるため、制御装置30によって、この条件を満たすように制御される。   As described above, in the fuel cell power generation system as described above, while air is being supplied to the oxidant electrode, the hydrogen concentration at the oxidant electrode inlet is less than the explosion limit of 4% (100% LEL). More preferably, it is necessary to take care that the safety factor is less than 1% (25% LEL) in consideration of the safety factor. Therefore, the control device 30 performs control so as to satisfy this condition.

すなわち、制御装置30によって、発電時には所定範囲の燃料利用率、酸素利用率で運転すると共に、起動停止時には水素流量、空気流量を制御すると共に、前記水素供給弁10a、空気供給弁10b、空気排出弁10dの開閉を制御するように構成されている。また、燃料電池発電システムの安全性を監視すべく、酸化剤極入口に水素濃度検出器(図示せず)を設置し、必要に応じてシステムを停止する機能を持たせている。   That is, the controller 30 operates with a fuel utilization rate and oxygen utilization rate within a predetermined range during power generation, and controls the hydrogen flow rate and air flow rate during startup and stop, and also supplies the hydrogen supply valve 10a, air supply valve 10b, and air discharge. It is configured to control the opening and closing of the valve 10d. In addition, in order to monitor the safety of the fuel cell power generation system, a hydrogen concentration detector (not shown) is installed at the oxidant electrode inlet and has a function of stopping the system if necessary.

ここで、制御装置30について説明する。制御装置30は、図2に示すように、温度計20を監視してその検出値を取得する検出部31と、この検出値が予め設定された判定基準を満たすか否かを判定する判定部32と、その検出値が判定基準を満たしていない場合に空気ブロワ3の回転数の設定値を補正する補正部33と、補正された空気ブロワ3の回転数の設定値を記憶する記憶部34と、補正された空気ブロワ3の回転数の設定値に基づいてシステムの運転制御を行う制御部35とを備えている。   Here, the control device 30 will be described. As shown in FIG. 2, the control device 30 includes a detection unit 31 that monitors the thermometer 20 and acquires a detection value thereof, and a determination unit that determines whether or not the detection value satisfies a predetermined determination criterion. 32, a correction unit 33 that corrects the setting value of the rotational speed of the air blower 3 when the detected value does not satisfy the determination criterion, and a storage unit 34 that stores the corrected setting value of the rotational speed of the air blower 3. And a control unit 35 that controls the operation of the system based on the corrected setting value of the rotational speed of the air blower 3.

(1−2)運転方法
(1−2−1)起動時
本実施形態の燃料電池発電システムの起動方法の概略は以下の通りである。すなわち、起動時には、前記水素供給弁10a、空気供給弁10b及び空気排出弁10dはすべて遮断され、燃料電池スタック1は密封された状態にある。この状態で起動指令がなされると、まず燃料極入口の水素供給弁10a及び空気排出弁10dが開かれ、燃料極1aに水素が供給される。その後、空気ブロワ3が稼動されると共に空気供給弁10bが開かれ、酸化剤極1bに空気が供給される。酸化剤極1bへの空気供給直後に、電気制御装置4により燃料電池スタックの負荷電流を上昇させ、定格発電に移行した後、起動を完了する。
(1-2) Operation Method (1-2-1) At Startup The outline of the startup method of the fuel cell power generation system of the present embodiment is as follows. That is, at the time of start-up, the hydrogen supply valve 10a, the air supply valve 10b, and the air discharge valve 10d are all shut off, and the fuel cell stack 1 is sealed. When an activation command is issued in this state, first, the hydrogen supply valve 10a and the air discharge valve 10d at the fuel electrode inlet are opened, and hydrogen is supplied to the fuel electrode 1a. Thereafter, the air blower 3 is operated, the air supply valve 10b is opened, and air is supplied to the oxidant electrode 1b. Immediately after supplying air to the oxidant electrode 1b, the load current of the fuel cell stack is increased by the electric control device 4, and after starting the rated power generation, the start-up is completed.

なお、本実施形態の燃料電池発電システムにおいては、上述したように、燃料極1aに供給する水素量及び酸化剤極1bに供給する空気量は、酸化剤極入口における水素濃度が4%(100%LEL)未満となるように制御されている。   In the fuel cell power generation system of the present embodiment, as described above, the hydrogen concentration supplied to the fuel electrode 1a and the air amount supplied to the oxidant electrode 1b have a hydrogen concentration of 4% (100% at the oxidant electrode inlet). % LEL).

図3は、起動時におけるより詳細なタイミングチャートを示したものである。すなわち、起動指令がなされると(図中、時刻T0)、燃料極入口の水素供給弁10a及び空気排出弁10dが開かれ(図中、A点及びB点)、燃料極1aに水素が供給される。   FIG. 3 shows a more detailed timing chart at the time of startup. That is, when a start command is issued (time T0 in the figure), the hydrogen supply valve 10a and the air discharge valve 10d at the fuel electrode inlet are opened (points A and B in the figure), and hydrogen is supplied to the fuel electrode 1a. Is done.

起動指令がなされた後(図中時刻T0)、燃料極1aに水素供給を開始し、水素還流ライン6を経由して、水素含有ガスが酸化剤極1bに到達する前に(図中時刻T1)、酸化剤極1bへの空気供給を開始すると共に、酸化剤極入口における水素濃度が4%以下、より好ましくは1%以下となるように空気流量を決定するように制御される。その後、水素流量及び負荷電流の上昇を開始し(図中時刻T2)、水素流量と負荷電流を同期させて負荷電流を上昇させ、起動操作を完了させる(図中時刻T3)。   After the start command is issued (time T0 in the figure), hydrogen supply to the fuel electrode 1a is started, and before the hydrogen-containing gas reaches the oxidant electrode 1b via the hydrogen reflux line 6 (time T1 in the figure). ), Air supply to the oxidant electrode 1b is started, and the air flow rate is controlled so that the hydrogen concentration at the oxidant electrode inlet is 4% or less, more preferably 1% or less. Thereafter, the hydrogen flow rate and the load current are started to rise (time T2 in the figure), the hydrogen flow rate and the load current are synchronized to increase the load current, and the starting operation is completed (time T3 in the figure).

また、起動前に酸化剤極1aに水素が封入されている場合には、起動直後には酸化剤極1bより水素が排出される。このような場合には、空気排出弁10dの下流に設けられた簡易触媒燃焼器8を用いて、保管中に進入した空気により燃焼処理されるように構成されている。   Further, when hydrogen is sealed in the oxidant electrode 1a before starting, hydrogen is discharged from the oxidant electrode 1b immediately after starting. In such a case, the simple catalyst combustor 8 provided downstream of the air discharge valve 10d is used to perform combustion processing with the air that has entered during storage.

(1−2−2)定格運転時
定格運転時には、電力需要により決定される負荷電流値に応じて水素流量を決定し、その水素流量に応じて酸化剤極入口における水素濃度が4%以下、より好ましくは1%以下となるように空気流量を決定するように制御される。すなわち、図4に示したように、水素濃度が4%未満、より好ましくは1%未満となる酸素利用率及び水素利用率において運転を行うように制御するように構成されている。
(1-2-2) During rated operation During rated operation, the hydrogen flow rate is determined according to the load current value determined by the power demand, and the hydrogen concentration at the oxidant electrode inlet is 4% or less according to the hydrogen flow rate, More preferably, the air flow rate is controlled to be 1% or less. That is, as shown in FIG. 4, the control is performed so that the operation is performed at an oxygen utilization rate and a hydrogen utilization rate at which the hydrogen concentration is less than 4%, more preferably less than 1%.

言い換えれば、燃料極1aに供給される燃料の燃料利用率が、酸化剤極1bに供給される空気の酸素利用率により決定される所定値以上となるように、あるいは、酸化剤極1bに供給される空気の酸素利用率が、燃料極1aに供給される燃料の燃料利用率により決定される所定値以下となるように、前記酸化剤極に供給する空気流量を制御するように構成されている。   In other words, the fuel utilization rate of the fuel supplied to the fuel electrode 1a is greater than or equal to a predetermined value determined by the oxygen utilization rate of the air supplied to the oxidant electrode 1b, or is supplied to the oxidant electrode 1b. The flow rate of air supplied to the oxidant electrode is controlled so that the oxygen utilization rate of the air to be supplied is not more than a predetermined value determined by the fuel utilization rate of the fuel supplied to the fuel electrode 1a. Yes.

(空気流量の制御方法)
本実施形態において、発電時の空気流量の制御は以下のようにして行われる。例えば、図4に示したように、発電時に水素利用率96.2%相当の水素流量で発電を実施した場合には、酸素利用率を60%未満で運転することにより、酸化剤極入口における水素濃度を1%未満にすることができる。一方、酸素利用率が増加した場合には酸化剤極出口温度が上昇するという点に着目し、温度計20を監視して、酸化剤極出口温度の上昇が所定温度範囲となるまで空気ブロワ3の回転数の設定値を増加させるように制御する。
(Air flow rate control method)
In the present embodiment, control of the air flow rate during power generation is performed as follows. For example, as shown in FIG. 4, when power generation is performed at a hydrogen flow rate corresponding to a hydrogen utilization rate of 96.2% during power generation, the oxygen utilization rate is less than 60%, so that The hydrogen concentration can be less than 1%. On the other hand, paying attention to the fact that the oxidant electrode outlet temperature increases when the oxygen utilization rate increases, the thermometer 20 is monitored, and the air blower 3 is increased until the increase in the oxidant electrode outlet temperature falls within a predetermined temperature range. Control to increase the set value of the number of rotations.

なお、その際に、水素流量の設定は、負荷電流の関数で求められた値を水素流量制御装置(図示せず)によって実現する。一方、空気流量は、予め空気ブロワの回転数を種々変化させて、酸素利用率が60%未満となる流量値を求め、この流量値が得られる空気ブロワの回転数を、発電時のブロワ回転数の設定値“Rr”とする。   At that time, the setting of the hydrogen flow rate is realized by a hydrogen flow rate control device (not shown) with a value obtained as a function of the load current. On the other hand, the air flow rate is obtained by changing the rotational speed of the air blower in advance to obtain a flow rate value at which the oxygen utilization rate is less than 60%. The number is set to “Rr”.

すなわち、図5のフローチャートに示すように、空気ブロワ3の回転数が、発電時空気流量“QAr”に相当するブロワ回転数である“Rr”に設定された状態で(ステップ501)、温度計20によって酸化剤極出口温度が計測され(ステップ502)、カウンターが“0”にセットされる(ステップ503)。そして、制御装置30の判定部32において、酸化剤極出口温度が予め設定された基準値と比較され(ステップ504)、該出口温度が基準値より高いと判定された場合には、制御装置30の補正部33によって、空気ブロワ3の回転数の設定値を所定量増加させる補正が行われる(ステップ505)。   That is, as shown in the flowchart of FIG. 5, the thermometer is set in a state where the rotational speed of the air blower 3 is set to “Rr” which is the rotational speed of the blower corresponding to the power generation air flow rate “QAr” (step 501). The oxidant electrode outlet temperature is measured by 20 (step 502), and the counter is set to “0” (step 503). Then, the determination unit 32 of the control device 30 compares the oxidant electrode outlet temperature with a preset reference value (step 504), and if it is determined that the outlet temperature is higher than the reference value, the control device 30 The correction unit 33 corrects the set value of the rotational speed of the air blower 3 by a predetermined amount (step 505).

次に、空気ブロワ3の回転数の設定値が補正後の値に置き換えられ(ステップ506)、カウンターが“1”進められる(ステップ507)。続いて、カウンター値が5以上か否かが判定され(ステップ508)、5未満の場合にはステップ504に戻り、再度ステップ504〜ステップ508の処理が行われる。一方、ステップ508において、カウンター値が5以上であると判定された場合には、燃料電池発電システムの異常を検知したとして、アラームを鳴らしたり、該システムを停止させるなどの処置がなされる。   Next, the set value of the rotational speed of the air blower 3 is replaced with the corrected value (step 506), and the counter is advanced by "1" (step 507). Subsequently, it is determined whether or not the counter value is 5 or more (step 508). If the counter value is less than 5, the process returns to step 504, and the processing from step 504 to step 508 is performed again. On the other hand, when it is determined in step 508 that the counter value is 5 or more, it is determined that an abnormality of the fuel cell power generation system is detected, and an alarm is sounded or the system is stopped.

また、ステップ504において、酸化剤極出口温度が基準値より低いと判定された場合には、酸化剤極1bに供給される空気の酸素利用率は正常範囲内にある、言い換えれば、燃料電池発電システムの運転状態は正常であるので、本処理を終了する。   If it is determined in step 504 that the oxidant electrode outlet temperature is lower than the reference value, the oxygen utilization rate of the air supplied to the oxidant electrode 1b is within the normal range, in other words, fuel cell power generation. Since the operating state of the system is normal, this process is terminated.

(1−2−3)停止保管時
次に、停止指令がなされた場合には、図6のタイミングチャートに示したように、空気供給弁10b、空気排出弁10dを閉止すると共に、負荷運転を継続する。徐々に電圧が低下し、所定の値を下回った時点で水素供給弁10aを閉止する。
(1-2-3) Stop Storage Next, when a stop command is issued, as shown in the timing chart of FIG. 6, the air supply valve 10b and the air discharge valve 10d are closed and the load operation is performed. continue. When the voltage gradually decreases and falls below a predetermined value, the hydrogen supply valve 10a is closed.

すなわち、図中、時刻T4にて停止指令がなされると、空気供給弁10b及び空気排出弁10dが遮断され(図中、D点及びE点)、燃料電池スタックの酸化剤極への空気供給が停止される。また、時刻T4にて同時に電気制御装置14の運転モードを固定抵抗運転モードに切り替え(図中、F点)、燃料電池スタック1に固定抵抗を接続して、酸化剤極1bの酸素を消費させる。このとき、酸化剤極1bでの酸素消費量に応じて水素還流ライン5から水素が充填されると共に、燃料電池スタック1の平均セル電圧は徐々に低下する。   That is, when a stop command is issued at time T4 in the figure, the air supply valve 10b and the air discharge valve 10d are shut off (points D and E in the figure), and air is supplied to the oxidant electrode of the fuel cell stack. Is stopped. At the time T4, the operation mode of the electric control device 14 is simultaneously switched to the fixed resistance operation mode (point F in the figure), and a fixed resistor is connected to the fuel cell stack 1 to consume oxygen in the oxidizer electrode 1b. . At this time, hydrogen is charged from the hydrogen reflux line 5 according to the oxygen consumption amount at the oxidizer electrode 1b, and the average cell voltage of the fuel cell stack 1 gradually decreases.

燃料電池スタック1の平均セル電圧がV0(ここでは0.1V)を下回った時刻T5において、電気制御装置14を停止モードに切り替え(図中、G点)、燃料電池スタック1に接続した固定抵抗を遮断すると共に、水素供給弁10aを遮断して燃料極1aの水素供給を停止する(図中、H点)。このとき、燃料電池スタック1は水素及び窒素の混合雰囲気で密封される。   At time T5 when the average cell voltage of the fuel cell stack 1 is lower than V0 (here, 0.1V), the electric control device 14 is switched to the stop mode (point G in the figure), and the fixed resistor connected to the fuel cell stack 1 And the hydrogen supply valve 10a is shut off to stop the hydrogen supply of the fuel electrode 1a (point H in the figure). At this time, the fuel cell stack 1 is sealed in a mixed atmosphere of hydrogen and nitrogen.

(1−3)効果
上述したように、本実施形態の燃料電池発電システムによれば、従来、酸素利用率を所定範囲に制御するために用いていた空気流量計や、排出燃料を酸化剤極に還流させて酸化剤極で処理する際に必要とされた触媒燃焼器等の水素処理装置が不要となるので、システムのコンパクト化、簡素化が可能となる。また、空気ブロワの性能低下等に起因する空気ブロワの出力特性の低下による空気流量の低下、すなわち酸素利用率増加に伴う、酸化剤極入口における水素濃度の増加を防止することができる。さらに、停止保管時に燃料電池スタックを水素封入することにより、触媒の劣化を防止することができる。
(1-3) Effect As described above, according to the fuel cell power generation system of the present embodiment, the air flow meter that has been used to control the oxygen utilization rate within a predetermined range or the discharged fuel as an oxidizer electrode. Thus, a hydrogen treatment device such as a catalytic combustor required for processing at the oxidant electrode after being refluxed is not required, and the system can be made compact and simple. Further, it is possible to prevent a decrease in the air flow rate due to a decrease in the output characteristics of the air blower due to a decrease in the performance of the air blower, that is, an increase in the hydrogen concentration at the oxidant electrode inlet accompanying an increase in the oxygen utilization rate. Furthermore, catalyst deterioration can be prevented by enclosing the fuel cell stack with hydrogen during stop storage.

また、燃料電池スタックを密封するシステムにおいては、従来燃料極及び酸化剤極の出入口の合計4箇所に閉止弁を配置する必要があったが、本実施形態においては、排出燃料を酸化剤極に還流させているため、閉止弁を3箇所にすることができ、システムの簡素化が可能となる。   Further, in the system for sealing the fuel cell stack, it has been necessary to place stop valves at a total of four locations of the entrance and exit of the conventional fuel electrode and oxidant electrode, but in this embodiment, the exhausted fuel is used as the oxidant electrode. Since the recirculation is performed, the number of stop valves can be three, and the system can be simplified.

さらに、本実施形態の燃料電池発電システムの運転方法によれば、酸化剤極出口温度を監視し、この検出値に基づいて、空気ブロワの回転数の設定値を所定量増加させる補正を行うことにより、常に、酸化剤極入口の水素濃度が所定値以下となるように制御することができるので、簡便で、安全性の高い燃料電池発電システムの運転方法を提供することができる。   Furthermore, according to the operation method of the fuel cell power generation system of the present embodiment, the oxidant electrode outlet temperature is monitored, and correction for increasing the set value of the rotational speed of the air blower by a predetermined amount is performed based on the detected value. Thus, the hydrogen concentration at the oxidant electrode inlet can always be controlled to be equal to or lower than the predetermined value, so that a simple and highly safe operation method of the fuel cell power generation system can be provided.

(1−4)第1実施形態の変形例1
図7は、上記第1実施形態で示した空気流量の制御方法の変形例における処理の流れを示すフローチャートである。すなわち、上記第1実施形態においては、燃料電池スタック1の酸化剤極1bの出口温度を計測し、その検出値に基づいて、空気ブロワ3の回転数を制御したが、本変形例は、燃料電池スタックの定格発電時における所定時間当たりの電圧低下量を計測し、この電圧低下量が予め設定された所定値よりも増大している場合には、空気流量の低下に伴う酸素利用率の増大と判断し、順次ブロワ回転数の設定値を増加させて、電圧低下量に対する応答性を測定し、ブロワ回転数の設定値を補正する構成としたものである。
(1-4) Modification 1 of the first embodiment
FIG. 7 is a flowchart showing the flow of processing in a modification of the air flow rate control method shown in the first embodiment. That is, in the first embodiment, the outlet temperature of the oxidant electrode 1b of the fuel cell stack 1 is measured, and the rotational speed of the air blower 3 is controlled based on the detected value. When the amount of voltage drop per predetermined time during rated power generation of the battery stack is measured and this amount of voltage drop is greater than a preset value, the oxygen utilization rate increases as the air flow rate decreases The setting value of the blower rotational speed is sequentially increased, the response to the voltage drop is measured, and the setting value of the blower rotational speed is corrected.

すなわち、図7のフローチャートに示すように、空気ブロワ3の回転数が、発電時空気流量“QAr”に相当するブロワ回転数である“Rr”に設定された状態で(ステップ701)、カウンターが“0”にセットされ(ステップ702)、燃料電池スタック電圧が測定される(ステップ703)。続いて、ディレイタイマーが例えば10秒にセットされ(ステップ704)、この時間内における電圧低下量が測定される(ステップ705)。   That is, as shown in the flowchart of FIG. 7, in a state where the rotation speed of the air blower 3 is set to “Rr” which is the blower rotation speed corresponding to the power generation air flow rate “QAr” (step 701), It is set to “0” (step 702), and the fuel cell stack voltage is measured (step 703). Subsequently, the delay timer is set to 10 seconds, for example (step 704), and the amount of voltage drop within this time is measured (step 705).

そして、制御装置30の判定部32において、ステップ705で測定された電圧低下量が予め設定された基準値と比較され(ステップ706)、該電圧低下量が基準値より大きいと判定された場合には、制御装置30の補正部33によって、空気ブロワ3の回転数の設定値を所定量増加させる補正が行われる(ステップ707)。   Then, when the determination unit 32 of the control device 30 compares the voltage decrease amount measured in step 705 with a preset reference value (step 706), and determines that the voltage decrease amount is greater than the reference value. The correction unit 33 of the control device 30 performs correction to increase the set value of the rotation speed of the air blower 3 by a predetermined amount (step 707).

次に、空気ブロワ3の回転数の設定値が補正後の値に置き換えられ(ステップ708)、カウンターが“1”進められる(ステップ709)。続いて、カウンター値が5以上か否かが判定され(ステップ710)、5未満の場合にはステップ703に戻り、再度ステップ703〜ステップ710の処理が行われる。一方、ステップ710において、カウンター値が5以上であると判定された場合には、燃料電池発電システムの異常を検知したとして、アラームを鳴らしたり、該システムを停止させるなどの処置がなされる。   Next, the set value of the rotation speed of the air blower 3 is replaced with the corrected value (step 708), and the counter is advanced by "1" (step 709). Subsequently, it is determined whether or not the counter value is 5 or more (step 710). When the counter value is less than 5, the process returns to step 703, and the processing of steps 703 to 710 is performed again. On the other hand, when it is determined in step 710 that the counter value is 5 or more, it is determined that an abnormality of the fuel cell power generation system is detected, and an alarm is sounded or the system is stopped.

また、ステップ706において、電圧低下量が基準値より小さいと判定された場合には、酸化剤極1bに供給される空気の酸素利用率は正常範囲内にある、言い換えれば、燃料電池発電システムの運転状態は正常であるので、本処理を終了する。   If it is determined in step 706 that the voltage drop amount is smaller than the reference value, the oxygen utilization rate of the air supplied to the oxidizer electrode 1b is within the normal range, in other words, the fuel cell power generation system. Since the operation state is normal, this process is terminated.

(1−5)第1実施形態の変形例2
本変形例は、酸化剤極入口の水素濃度の増加を改善するための方法として、図3に示した起動時空気流量“QAo”に相当する空気ブロワ回転数“Ro”を補正する(増加させる)ことで、空気流量を増加させるように制御するものである。
(1-5) Modification 2 of the first embodiment
This modification corrects (increases) the air blower rotational speed “Ro” corresponding to the starting air flow rate “QAo” shown in FIG. 3 as a method for improving the increase in the hydrogen concentration at the oxidant electrode inlet. Thus, the air flow rate is controlled to increase.

図8は、本変形例における処理の流れを示すフローチャートである。すなわち、本変形例においては、起動時において、平均開回路電圧(図3のP点)を測定すると共に、その値が予め設定された所定値未満の場合には、空気流量低下に伴う水素濃度増加と判断し、順次ブロワ回転数の設定値を増加させて、平均開回路電圧低下量に対する応答性を測定し、ブロワ回転数の設定値を補正する構成としたものである。   FIG. 8 is a flowchart showing the flow of processing in this modification. That is, in this modification, the average open circuit voltage (point P in FIG. 3) is measured at the time of start-up, and if the value is less than a predetermined value set in advance, the hydrogen concentration accompanying the decrease in air flow rate It is determined that the setting value of the blower rotational speed is increased, the responsiveness to the average open circuit voltage drop is measured, and the setting value of the blower rotational speed is corrected.

なお、上述したような水素濃度増加を判断するための平均開回路電圧としては、例えば0.9Vから0.95Vの範囲で選定する。本構成を採用することにより、長期運転に伴って、電解質膜の水素クロスオーバー量の増加に伴う酸素利用率増加を補正することができる。   The average open circuit voltage for determining the increase in hydrogen concentration as described above is selected in the range of 0.9V to 0.95V, for example. By adopting this configuration, it is possible to correct an increase in the oxygen utilization rate accompanying an increase in the hydrogen crossover amount of the electrolyte membrane with a long-term operation.

すなわち、図8のフローチャートに示すように、水素流量が起動時の初期設定値である“QHo”に設定され(ステップ801)、ディレイタイマーがT1−Toにセットされ(ステップ802)、空気ブロワ3の回転数が起動時の空気流量“QAo”に相当する空気ブロワ回転数“Ro”に設定され(ステップ803)、カウンターが“0”にセットされ(ステップ804)、平均開回路電圧が測定される(ステップ805)。   That is, as shown in the flowchart of FIG. 8, the hydrogen flow rate is set to “QHo”, which is an initial set value at the time of startup (step 801), the delay timer is set to T1-To (step 802), and the air blower 3 Is set to the air blower speed “Ro” corresponding to the air flow rate “QAo” at start-up (step 803), the counter is set to “0” (step 804), and the average open circuit voltage is measured. (Step 805).

そして、制御装置30の判定部32において、ディレイタイマーの時間内における平均開回路電圧が予め設定された基準値と比較され(ステップ806)、該平均開回路電圧が基準値より低いと判定された場合には、空気流量低下に伴う水素濃度増加と判断され、制御装置30の補正部33によって、空気ブロワ3の起動時の設定値“Ro”を所定量増加させる補正が行われる(ステップ807)。   Then, the determination unit 32 of the control device 30 compares the average open circuit voltage within the time of the delay timer with a preset reference value (step 806), and determines that the average open circuit voltage is lower than the reference value. In this case, it is determined that the hydrogen concentration increases due to the decrease in the air flow rate, and the correction unit 33 of the control device 30 performs a correction to increase the set value “Ro” when starting the air blower 3 by a predetermined amount (step 807). .

次に、起動時の空気ブロワ3の回転数の設定値“Ro”が補正後の値に置き換えられると共に、発電時の空気ブロワ3の回転数の設定値“Rr”も同様の補正がなされた後の設定値に置き換えられ(ステップ808)、カウンターが“1”進められる(ステップ809)。続いて、カウンター値が5以上か否かが判定され(ステップ810)、5未満の場合にはステップ806に戻り、再度ステップ806〜ステップ810の処理が行われる。一方、ステップ810において、カウンター値が5以上であると判定された場合には、燃料電池発電システムの異常を検知したとして、アラームを鳴らしたり、該システムを停止させるなどの処置がなされる。   Next, the setting value “Ro” of the rotation speed of the air blower 3 at the time of start-up is replaced with the corrected value, and the setting value “Rr” of the rotation speed of the air blower 3 at the time of power generation is also corrected in the same way. Subsequent setting values are replaced (step 808), and the counter is advanced by "1" (step 809). Subsequently, it is determined whether or not the counter value is 5 or more (step 810). If the counter value is less than 5, the process returns to step 806, and the processes of steps 806 to 810 are performed again. On the other hand, if it is determined in step 810 that the counter value is 5 or more, it is determined that an abnormality of the fuel cell power generation system is detected, and an alarm is sounded or the system is stopped.

また、ステップ806において、平均開回路電圧が基準値より高いと判定された場合には、酸化剤極1bに供給される空気の酸素利用率は正常範囲内にある、言い換えれば、燃料電池発電システムの運転状態は正常であるので、本処理を終了する。   If it is determined in step 806 that the average open circuit voltage is higher than the reference value, the oxygen utilization rate of the air supplied to the oxidizer electrode 1b is within the normal range, in other words, the fuel cell power generation system. Since this operation state is normal, this processing is terminated.

なお、本変形例においては、空気流量低下に伴う水素濃度増加を、1セル当たりの平均開回路電圧で判定したが、平均開回路電圧の低下量の上限値、あるいは、燃料電池スタック全体の開回路電圧の下限値で判定する制御を用いても良い。   In this modification, the increase in the hydrogen concentration accompanying the decrease in the air flow rate is determined by the average open circuit voltage per cell, but the upper limit value of the decrease in the average open circuit voltage or the opening of the entire fuel cell stack. Control using the lower limit value of the circuit voltage may be used.

また、上述したように、ステップ808において、起動時の空気ブロワ3の回転数の設定値“Ro”と同時に、発電時の空気ブロワ3の回転数の設定値“Rr”を補正することにより、図3に示した発電時の空気流量設定値“QAr”を予め増加させることができる。本構成を採用することにより、長期運転に伴って、電解質膜の水素クロスオーバー量の増加に伴う酸素利用率増加を補正することができる。   Further, as described above, in step 808, by correcting the setting value “Rr” of the air blower 3 during power generation simultaneously with the setting value “Ro” of the rotation speed of the air blower 3 at startup, The air flow rate set value “QAr” during power generation shown in FIG. 3 can be increased in advance. By adopting this configuration, it is possible to correct an increase in the oxygen utilization rate accompanying an increase in the hydrogen crossover amount of the electrolyte membrane with a long-term operation.

(2)第2実施形態
本実施形態の概要は、前記水素還流ライン5に分岐ライン40を設け、この分岐ライン40に燃料排出用比例弁41を配設し、酸化剤極1bの出口に配設した温度計の検出値に基づいて、燃料排出用比例弁41の開度の設定値を適宜補正することにより、酸化剤極入口における水素濃度が、爆発限界である4%(100%LEL)未満、より好ましくは安全率を考慮して1%(25%LEL)未満となるように制御するというものである。
(2) Second Embodiment The outline of this embodiment is that a branch line 40 is provided in the hydrogen recirculation line 5, a fuel discharge proportional valve 41 is provided in the branch line 40, and is arranged at the outlet of the oxidizer electrode 1 b. By appropriately correcting the set value of the opening degree of the fuel discharge proportional valve 41 based on the detected value of the thermometer provided, the hydrogen concentration at the oxidant electrode inlet is 4% (100% LEL), which is the explosion limit. Is less than 1%, more preferably less than 1% (25% LEL) in consideration of the safety factor.

(2−1)構成
本実施形態の燃料電池発電システムにおいては、図9に示すように、燃料極1aからの排出ガスの一部を前記簡易触媒燃焼器8に還流させるために、前記水素還流ライン5に分岐ライン40が設けられると共に、この分岐ライン40には、燃料排出用比例弁41が設けられている。また、前記酸化剤排出ライン7には、酸化剤極1bの出口側に酸化剤極出口温度を検出する温度計20が設置されている。
(2-1) Configuration In the fuel cell power generation system of the present embodiment, as shown in FIG. 9, the hydrogen recirculation is performed in order to recirculate a part of the exhaust gas from the fuel electrode 1a to the simple catalytic combustor 8. A branch line 40 is provided in the line 5, and a fuel discharge proportional valve 41 is provided in the branch line 40. The oxidant discharge line 7 is provided with a thermometer 20 for detecting the oxidant electrode outlet temperature on the outlet side of the oxidant electrode 1b.

また、本実施形態の燃料電池発電システムにおいては、制御装置30は、前記温度計20の検出値に基づいて、前記燃料排出用比例弁41の開度の設定値を適宜補正するように構成されている。具体的には、温度計20の検出値が所定値より高い場合には、水素還流ライン5の分岐ライン40に設けられた燃料排出用比例弁41の開度の設定値を増加させることによって、酸化剤極1bに還流される水素流量を減少させるように制御する。その他の構成は上記第1実施形態と同様であるので、説明は省略する。   Further, in the fuel cell power generation system of the present embodiment, the control device 30 is configured to appropriately correct the set value of the opening degree of the fuel discharge proportional valve 41 based on the detected value of the thermometer 20. ing. Specifically, when the detection value of the thermometer 20 is higher than a predetermined value, by increasing the set value of the opening degree of the fuel discharge proportional valve 41 provided in the branch line 40 of the hydrogen recirculation line 5, Control is performed so as to decrease the flow rate of hydrogen refluxed to the oxidizer electrode 1b. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof will be omitted.

(2−2)還流水素量の制御方法
本実施形態において、発電時の還流水素量の制御は以下のようにして行われる。すなわち、酸素利用率が増加した場合には、酸化剤極出口温度が上昇するという点に着目し、温度計20を監視して、酸化剤極出口温度の上昇が所定温度範囲となるまで燃料排出用比例弁41の開度の設定値を適宜補正するように構成されている。
(2-2) Method for controlling the amount of refluxing hydrogen In the present embodiment, the amount of refluxing hydrogen during power generation is controlled as follows. That is, when the oxygen utilization rate increases, paying attention to the fact that the oxidant electrode outlet temperature increases, the thermometer 20 is monitored, and the fuel is discharged until the increase in the oxidant electrode outlet temperature reaches a predetermined temperature range. The setting value of the opening degree of the proportional valve 41 is appropriately corrected.

すなわち、図10のフローチャートに示すように、燃料排出用比例弁41の開度が初期設定値である“Ko”に設定された状態で(ステップ1001)、温度計20によって酸化剤極出口温度が計測され(ステップ1002)、カウンターが“0”にセットされる(ステップ1003)。そして、制御装置30の判定部32において、酸化剤極出口温度が予め設定された基準値と比較され(ステップ1004)、該出口温度が基準値より高いと判定された場合には、制御装置30の補正部33によって、燃料排出用比例弁41の開度の設定値を所定量増加させる補正が行われる(ステップ1005)。   That is, as shown in the flowchart of FIG. 10, in a state where the opening degree of the fuel discharge proportional valve 41 is set to the initial setting value “Ko” (step 1001), the oxidizer electrode outlet temperature is set by the thermometer 20. Measurement is performed (step 1002), and the counter is set to “0” (step 1003). Then, the determination unit 32 of the control device 30 compares the oxidant electrode outlet temperature with a preset reference value (step 1004), and if it is determined that the outlet temperature is higher than the reference value, the control device 30. The correction unit 33 corrects the set value of the opening degree of the fuel discharge proportional valve 41 by a predetermined amount (step 1005).

次に、燃料排出用比例弁41の開度の設定値が補正後の値に置き換えられ(ステップ1006)、カウンターが“1”進められる(ステップ1007)。続いて、カウンター値が5以上か否かが判定され(ステップ1008)、5未満の場合にはステップ1004に戻り、再度ステップ1004〜ステップ1008の処理が行われる。一方、ステップ1008において、カウンター値が5以上であると判定された場合には、燃料電池発電システムの異常を検知したとして、アラームを鳴らしたり、該システムを停止させるなどの処置がなされる。   Next, the set value of the opening degree of the fuel discharge proportional valve 41 is replaced with the corrected value (step 1006), and the counter is advanced by "1" (step 1007). Subsequently, it is determined whether or not the counter value is 5 or more (step 1008). If the counter value is less than 5, the process returns to step 1004, and the processing of steps 1004 to 1008 is performed again. On the other hand, if it is determined in step 1008 that the counter value is 5 or more, it is determined that an abnormality of the fuel cell power generation system is detected, and an alarm is sounded or the system is stopped.

また、ステップ1004において、酸化剤極出口温度が基準値より低いと判定された場合には、酸化剤極1bに供給される空気の酸素利用率は正常範囲内にある、言い換えれば、燃料電池発電システムの運転状態は正常であるので、本処理を終了する。   When it is determined in step 1004 that the oxidant electrode outlet temperature is lower than the reference value, the oxygen utilization rate of the air supplied to the oxidant electrode 1b is within the normal range, in other words, fuel cell power generation. Since the operating state of the system is normal, this process is terminated.

(2−3)効果
本実施形態においても上記第1実施形態と同様の効果が得られる。特に、本実施形態の燃料電池発電システムの運転方法によれば、酸化剤極出口温度を監視し、この検出値に基づいて、燃料排出用比例弁41の開度の設定値を所定量増加させる補正を行うことにより、常に、酸化剤極入口の水素濃度が所定値以下となるように制御することができるので、簡便で、安全性の高い燃料電池発電システムの運転方法を提供することができる。
(2-3) Effects In the present embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained. In particular, according to the operation method of the fuel cell power generation system of the present embodiment, the oxidant electrode outlet temperature is monitored, and the set value of the opening degree of the fuel discharge proportional valve 41 is increased by a predetermined amount based on the detected value. By performing the correction, it is possible to always control the hydrogen concentration at the oxidant electrode inlet to be equal to or lower than a predetermined value. Therefore, it is possible to provide a simple and highly safe operation method of the fuel cell power generation system. .

(2−4)第2実施形態の変形例1
図11は、上記第2実施形態で示した還流水素量の制御方法の変形例における処理の流れを示すフローチャートである。すなわち、上記第2実施形態においては、燃料電池スタック1の酸化剤極1bの出口温度を計測し、その検出値に基づいて、燃料排出用比例弁41の開度の設定値を増加させるように制御したが、本変形例においては、燃料電池スタックの定格発電時における所定時間当たりの電圧低下量を計測し、この電圧低下量が予め設定された所定値よりも増大している場合には、空気流量低下又は還流水素量増加に伴う酸素利用率の増大と判断し、順次燃料排出用比例弁41の開度の設定値を増加させて、電圧低下量に対する応答性を測定し、燃料排出用比例弁41の開度の設定値を補正する構成としたものである。
(2-4) Modification 1 of the second embodiment
FIG. 11 is a flowchart showing the flow of processing in a modified example of the method for controlling the amount of refluxing hydrogen shown in the second embodiment. That is, in the second embodiment, the outlet temperature of the oxidant electrode 1b of the fuel cell stack 1 is measured, and the set value of the opening degree of the fuel discharge proportional valve 41 is increased based on the detected value. Although controlled, in this modification, the amount of voltage drop per predetermined time during rated power generation of the fuel cell stack is measured, and when this amount of voltage drop is greater than a predetermined value, It is determined that the oxygen utilization rate increases with a decrease in the air flow rate or an increase in the amount of recirculated hydrogen, and the set value of the opening ratio of the fuel discharge proportional valve 41 is sequentially increased to measure the response to the voltage decrease amount. In this configuration, the set value of the opening degree of the proportional valve 41 is corrected.

すなわち、図11のフローチャートに示すように、燃料排出用比例弁41の開度が初期設定値である“Ko”に設定された状態で(ステップ1101)、カウンターが“0”にセットされ(ステップ1102)、燃料電池スタック電圧が測定される(ステップ1103)。続いて、ディレイタイマーが例えば10秒にセットされ(ステップ1104)、この時間内における電圧低下量が測定される(ステップ1105)。   That is, as shown in the flowchart of FIG. 11, the counter is set to “0” (step 1101) while the opening degree of the fuel discharge proportional valve 41 is set to the initial setting value “Ko” (step 1101). 1102), the fuel cell stack voltage is measured (step 1103). Subsequently, the delay timer is set to 10 seconds, for example (step 1104), and the amount of voltage drop within this time is measured (step 1105).

そして、制御装置30の判定部32において、ステップ1105で測定された電圧低下量が予め設定された基準値と比較され(ステップ1106)、該電圧低下量が基準値より大きいと判定された場合には、空気流量低下又は還流水素量増加に伴う水素濃度増加と判断され、制御装置30の補正部33によって、燃料排出用比例弁41の開度の設定値を所定量増加させる補正が行われる(ステップ1107)。   Then, when the determination unit 32 of the control device 30 compares the voltage decrease amount measured in step 1105 with a preset reference value (step 1106), and determines that the voltage decrease amount is greater than the reference value. Is determined to be an increase in the hydrogen concentration accompanying a decrease in the air flow rate or an increase in the amount of recirculated hydrogen, and the correction unit 33 of the control device 30 performs a correction to increase the set value of the opening degree of the fuel discharge proportional valve 41 by a predetermined amount ( Step 1107).

次に、燃料排出用比例弁41の開度の設定値が補正後の値に置き換えられ(ステップ1108)、カウンターが“1”進められる(ステップ1109)。続いて、カウンター値が5以上か否かが判定され(ステップ1110)、5未満の場合にはステップ1103に戻り、再度ステップ1103〜ステップ1110の処理が行われる。一方、ステップ1110において、カウンター値が5以上であると判定された場合には、燃料電池発電システムの異常を検知したとして、アラームを鳴らしたり、該システムを停止させるなどの処置がなされる。   Next, the set value of the opening degree of the fuel discharge proportional valve 41 is replaced with the corrected value (step 1108), and the counter is advanced by "1" (step 1109). Subsequently, it is determined whether or not the counter value is 5 or more (step 1110). If the counter value is less than 5, the process returns to step 1103, and the processing from step 1103 to step 1110 is performed again. On the other hand, if it is determined in step 1110 that the counter value is 5 or more, it is determined that an abnormality of the fuel cell power generation system is detected, and an alarm is sounded or the system is stopped.

また、ステップ1106において、電圧低下量が基準値より小さいと判定された場合には、酸化剤極1bに供給される空気の酸素利用率は正常範囲内にある、言い換えれば、燃料電池発電システムの運転状態は正常であるので、本処理を終了する。   If it is determined in step 1106 that the voltage drop amount is smaller than the reference value, the oxygen utilization rate of the air supplied to the oxidant electrode 1b is within the normal range, in other words, the fuel cell power generation system. Since the operation state is normal, this process is terminated.

(2−5)第2実施形態の変形例2
図12は、本変形例における処理の流れを示すフローチャートである。すなわち、本変形例においては、起動時において、平均開回路電圧(図3のP点)を測定すると共に、その値が予め設定された所定値未満の場合には、空気流量低下又は還流水素量増加に伴う水素濃度増加と判断し、順次燃料排出用比例弁41の開度の設定値を増加させて、平均開回路電圧低下量に対する応答性を測定し、燃料排出用比例弁41の開度の設定値を補正する構成としたものである。
(2-5) Modification 2 of the second embodiment
FIG. 12 is a flowchart showing the flow of processing in this modification. That is, in this modified example, the average open circuit voltage (point P in FIG. 3) is measured at the time of start-up, and if the value is less than a predetermined value set in advance, the air flow rate decreases or the amount of recirculated hydrogen It is determined that the hydrogen concentration increases with the increase, the set value of the fuel discharge proportional valve 41 is sequentially increased, the response to the average open circuit voltage drop is measured, and the fuel discharge proportional valve 41 is opened. The set value is corrected.

なお、上述したような水素濃度増加を判断するための平均開回路電圧としては、例えば0.9Vから0.95Vの範囲で選定する。本構成を採用することにより、長期運転に伴って、電解質膜の水素クロスオーバー量の増加に伴う酸素利用率増加を補正することができる。   The average open circuit voltage for determining the increase in hydrogen concentration as described above is selected in the range of 0.9V to 0.95V, for example. By adopting this configuration, it is possible to correct an increase in the oxygen utilization rate accompanying an increase in the hydrogen crossover amount of the electrolyte membrane with a long-term operation.

すなわち、図12のフローチャートに示すように、水素流量が起動時の初期設定値である“QHo”に設定され(ステップ1201)、燃料排出用比例弁41の開度が起動時の設定値である“Ko”に設定され(ステップ1202)、ディレイタイマーがT1−Toにセットされ(ステップ1203)、空気ブロワ3の回転数が起動時の空気流量“QAo”に相当するブロワ回転数“Ro”に設定され(ステップ1204)、カウンターが“0”にセットされ(ステップ1205)、平均開回路電圧が測定される(ステップ1206)。   That is, as shown in the flowchart of FIG. 12, the hydrogen flow rate is set to “QHo” which is an initial set value at the start (step 1201), and the opening degree of the fuel discharge proportional valve 41 is the set value at the start. "Ko" is set (step 1202), the delay timer is set to T1-To (step 1203), and the rotation speed of the air blower 3 is set to the blower rotation speed "Ro" corresponding to the air flow rate "QAo" at startup. Set (step 1204), the counter is set to “0” (step 1205), and the average open circuit voltage is measured (step 1206).

そして、制御装置30の判定部32において、ディレイタイマーの時間内における平均開回路電圧が予め設定された基準値と比較され(ステップ1207)、該平均開回路電圧が基準値より低いと判定された場合には、空気流量低下又は還流水素量増加に伴う水素濃度増加と判断され、制御装置30の補正部33によって、燃料排出用比例弁41の開度の起動時の設定値“Ko”を所定量増加させる補正が行われる(ステップ1208)。   Then, the determination unit 32 of the control device 30 compares the average open circuit voltage within the time of the delay timer with a preset reference value (step 1207), and determines that the average open circuit voltage is lower than the reference value. In this case, it is determined that the hydrogen concentration increases due to a decrease in the air flow rate or an increase in the amount of recirculated hydrogen, and the correction unit 33 of the control device 30 sets the set value “Ko” at the start of the opening of the fuel discharge proportional valve 41 Correction for increasing the quantity is performed (step 1208).

次に、起動時の燃料排出用比例弁41の開度の設定値“Ko”が補正後の値に置き換えられ(ステップ1209)、カウンターが“1”進められる(ステップ1210)。続いて、カウンター値が5以上か否かが判定され(ステップ1211)、5未満の場合にはステップ1207に戻り、再度ステップ1207〜ステップ1211の処理が行われる。一方、ステップ1211において、カウンター値が5以上であると判定された場合には、燃料電池発電システムの異常を検知したとして、アラームを鳴らしたり、該システムを停止させるなどの処置がなされる。   Next, the set value “Ko” of the opening degree of the fuel discharge proportional valve 41 at the time of startup is replaced with the corrected value (step 1209), and the counter is advanced by “1” (step 1210). Subsequently, it is determined whether or not the counter value is 5 or more (step 1211). When the counter value is less than 5, the process returns to step 1207, and the processing of steps 1207 to 1211 is performed again. On the other hand, if it is determined in step 1211 that the counter value is 5 or more, it is determined that an abnormality of the fuel cell power generation system is detected, and an alarm is sounded or the system is stopped.

また、ステップ1207において、平均開回路電圧が基準値より高いと判定された場合には、酸化剤極1bに供給される空気の酸素利用率は正常範囲内にある、言い換えれば、燃料電池発電システムの運転状態は正常であるので、本処理を終了する。   If it is determined in step 1207 that the average open circuit voltage is higher than the reference value, the oxygen utilization rate of the air supplied to the oxidant electrode 1b is within the normal range, in other words, the fuel cell power generation system. Since this operation state is normal, this processing is terminated.

なお、本変形例においては、空気流量低下又は還流水素量増加に伴う水素濃度増加を、1セル当たりの平均開回路電圧で判定したが、平均開回路電圧の低下量の上限値、あるいは、燃料電池スタック全体の開回路電圧の下限値で判定する制御を用いても良い。   In this modification, the increase in the hydrogen concentration accompanying the decrease in the air flow rate or the increase in the reflux hydrogen amount is determined by the average open circuit voltage per cell, but the upper limit value of the decrease in the average open circuit voltage or the fuel You may use the control determined by the lower limit of the open circuit voltage of the whole battery stack.

(3)他の実施形態
本発明は、上述したような実施形態やその変形例に限定されるものではなく、上記の制御方法を組み合わせて適用しても良く、これにより、より信頼性の高い燃料電池発電システムを実現することができる。
(3) Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications thereof, and may be applied in combination with the above-described control methods, thereby providing higher reliability. A fuel cell power generation system can be realized.

また、上記第1実施形態においては、空気流量の設定値の補正を、空気ブロワの回転数を対象として行ったが、酸化剤供給ラインに空気供給用比例弁や空気流量計を設け、この比例弁の開度や空気流量計の設定値を補正するようにしても良い。   In the first embodiment, the set value of the air flow rate is corrected for the rotation speed of the air blower. However, an oxidant supply line is provided with a proportional valve for air supply and an air flow meter, and this proportionality is set. You may make it correct | amend the opening degree of a valve, or the setting value of an air flowmeter.

本発明に係る燃料電池発電システムの第1実施形態の構成を示す図。The figure which shows the structure of 1st Embodiment of the fuel cell power generation system which concerns on this invention. 制御装置30の構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control device 30. 本発明に係る燃料電池発電システムの起動時における発電起動動作を示すタイミングチャート。The timing chart which shows the electric power generation starting operation | movement at the time of starting of the fuel cell power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池発電システムの定格運転時における燃料利用率と酸素利用率の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the fuel usage rate and oxygen usage rate at the time of the rated operation of the fuel cell power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池発電システムの第1実施形態における発電時の空気流量の補正処理の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of the correction process of the air flow rate at the time of the electric power generation in 1st Embodiment of the fuel cell power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池発電システムの運転停止時における発電停止動作を示すタイミングチャート。The timing chart which shows the electric power generation stop operation | movement at the time of operation stop of the fuel cell power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池発電システムの第1実施形態の変形例1における発電時の空気流量の補正処理の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of the correction process of the air flow rate at the time of the electric power generation in the modification 1 of 1st Embodiment of the fuel cell electric power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池発電システムの第1実施形態の変形例2における起動時の空気流量の補正処理の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of the correction process of the air flow rate at the time of starting in the modification 2 of 1st Embodiment of the fuel cell power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池発電システムの第2実施形態の構成を示す図。The figure which shows the structure of 2nd Embodiment of the fuel cell power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池発電システムの第2実施形態における発電時の還流水素量の補正処理の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of the correction | amendment process of the recirculation | reflux hydrogen amount at the time of electric power generation in 2nd Embodiment of the fuel cell power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池発電システムの第2実施形態の変形例1における発電時の還流水素量の補正処理の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of the correction | amendment process of the amount of recirculation | reflux hydrogen at the time of power generation in the modification 1 of 2nd Embodiment of the fuel cell power generation system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池発電システムの第2実施形態の変形例2における起動時の還流水素量の補正処理の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of the correction | amendment process of the recirculation | reflux hydrogen amount at the time of starting in the modification 2 of 2nd Embodiment of the fuel cell power generation system which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池スタック
1a…燃料極
1b…酸化剤極
1c…電解質膜
2…水素供給源
3…空気ブロワ
4…燃料供給ライン
5…水素還流ライン
6…酸化剤供給ライン
7…酸化剤排出ライン
8…簡易触媒燃焼器
9…熱交換器
10a…水素供給弁
10b…空気供給弁
10c…水素排出弁
10d…空気排出弁
11…冷却板
12…冷却水ポンプ
13…貯湯槽
14…電気制御装置
15…外部負荷
20…温度計
30…制御装置
40…分岐ライン
41…燃料排出用比例弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell stack 1a ... Fuel electrode 1b ... Oxidant electrode 1c ... Electrolyte membrane 2 ... Hydrogen supply source 3 ... Air blower 4 ... Fuel supply line 5 ... Hydrogen recirculation line 6 ... Oxidant supply line 7 ... Oxidant discharge line 8 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Simple catalyst combustor 9 ... Heat exchanger 10a ... Hydrogen supply valve 10b ... Air supply valve 10c ... Hydrogen discharge valve 10d ... Air discharge valve 11 ... Cooling plate 12 ... Cooling water pump 13 ... Hot water tank 14 ... Electric control device 15 ... External load 20 ... Thermometer 30 ... Control device 40 ... Branch line 41 ... Fuel discharge proportional valve

Claims (10)

  1. 燃料極及び酸化剤極を備えた燃料電池スタックと、前記燃料極に水素含有ガスを供給する燃料供給ラインと、酸化剤極に空気を供給する酸化剤供給ラインと、前記酸化剤極での既反応空気を排出する酸化剤排出ラインと、前記燃料極から排出される水素含有ガスを前記酸化剤極入口に還流させる水素還流ラインとが設けられた燃料電池発電システムにおいて、
    前記酸化剤排出ラインには、酸化剤極の出口側に酸化剤極出口温度を検出する温度計が設置され、この温度計の検出値が予め設定された所定値を超えた場合に、前記酸化剤極に供給する空気流量の設定値を補正するように構成したことを特徴とする燃料電池発電システム。
    A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidant electrode; a fuel supply line that supplies a hydrogen-containing gas to the fuel electrode; an oxidant supply line that supplies air to the oxidant electrode; In the fuel cell power generation system provided with an oxidant discharge line that discharges reaction air and a hydrogen recirculation line that recirculates the hydrogen-containing gas discharged from the fuel electrode to the oxidant electrode inlet,
    The oxidant discharge line is provided with a thermometer for detecting the oxidant electrode outlet temperature on the outlet side of the oxidant electrode, and when the detected value of the thermometer exceeds a predetermined value, the oxidation A fuel cell power generation system configured to correct a set value of a flow rate of air supplied to the agent electrode.
  2. 燃料極及び酸化剤極を備えた燃料電池スタックと、前記燃料極に水素含有ガスを供給する燃料供給ラインと、酸化剤極に空気を供給する酸化剤供給ラインと、前記酸化剤極での既反応空気を排出する酸化剤排出ラインと、前記燃料極から排出される水素含有ガスを前記酸化剤極入口に還流させる水素還流ラインとが設けられた燃料電池発電システムの運転方法であって、
    前記燃料電池スタックの発電時における酸素利用率が、前記燃料極に供給する燃料の燃料利用率により決定される所定値以下となるように、前記酸化剤極に供給する空気流量を制御する燃料電池発電システムの運転方法において、
    前記酸化剤極の出口温度を計測し、この温度が予め設定された所定値を超えた場合に、前記酸化剤極に供給する空気流量の設定値を補正する処理を行うことを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
    A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidant electrode; a fuel supply line that supplies a hydrogen-containing gas to the fuel electrode; an oxidant supply line that supplies air to the oxidant electrode; An operating method of a fuel cell power generation system provided with an oxidant discharge line that discharges reaction air and a hydrogen recirculation line that recirculates a hydrogen-containing gas discharged from the fuel electrode to the oxidant electrode inlet,
    A fuel cell that controls the flow rate of air supplied to the oxidant electrode so that the oxygen utilization rate during power generation of the fuel cell stack is less than or equal to a predetermined value determined by the fuel utilization rate of the fuel supplied to the fuel electrode. In the operation method of the power generation system,
    A fuel characterized by measuring the outlet temperature of the oxidant electrode and correcting the set value of the air flow rate supplied to the oxidant electrode when the temperature exceeds a predetermined value. Operation method of battery power generation system.
  3. 燃料極及び酸化剤極を備えた燃料電池スタックと、前記燃料極に水素含有ガスを供給する燃料供給ラインと、酸化剤極に空気を供給する酸化剤供給ラインと、前記酸化剤極での既反応空気を排出する酸化剤排出ラインと、前記燃料極から排出される水素含有ガスを前記酸化剤極入口に還流させる水素還流ラインとが設けられた燃料電池発電システムの運転方法であって、
    前記燃料電池スタックの発電時における酸素利用率が、前記燃料極に供給する燃料の燃料利用率により決定される所定値以下となるように、前記酸化剤極に供給する空気流量を制御する燃料電池発電システムの運転方法において、
    前記燃料電池スタックの起電力の低下速度が、予め設定された所定値を超えた場合に、前記酸化剤極に供給する空気流量の設定値を補正する処理を行うことを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
    A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidant electrode; a fuel supply line that supplies a hydrogen-containing gas to the fuel electrode; an oxidant supply line that supplies air to the oxidant electrode; An operating method of a fuel cell power generation system provided with an oxidant discharge line that discharges reaction air and a hydrogen recirculation line that recirculates a hydrogen-containing gas discharged from the fuel electrode to the oxidant electrode inlet,
    A fuel cell that controls the flow rate of air supplied to the oxidant electrode so that the oxygen utilization rate during power generation of the fuel cell stack is less than or equal to a predetermined value determined by the fuel utilization rate of the fuel supplied to the fuel electrode. In the operation method of the power generation system,
    The fuel cell power generation, wherein when the rate of decrease in the electromotive force of the fuel cell stack exceeds a predetermined value set in advance, a process for correcting a set value of the air flow rate supplied to the oxidant electrode is performed. How to operate the system.
  4. 燃料極及び酸化剤極を備えた燃料電池スタックと、前記燃料極に水素含有ガスを供給する燃料供給ラインと、酸化剤極に空気を供給する酸化剤供給ラインと、前記酸化剤極での既反応空気を排出する酸化剤排出ラインと、前記燃料極から排出される水素含有ガスを前記酸化剤極入口に還流させる水素還流ラインとが設けられた燃料電池発電システムの運転方法であって、
    前記燃料電池スタックの発電時における酸素利用率が、前記燃料極に供給する燃料の燃料利用率により決定される所定値以下となるように、前記酸化剤極に供給する空気流量を制御する燃料電池発電システムの運転方法において、
    発電開始過程または停止過程において開回路電圧を計測し、この開回路電圧が予め設定された所定値を下回った場合に、発電開始過程又は発電時に前記酸化剤極に供給する空気流量の設定値を補正する処理を行うことを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
    A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidant electrode; a fuel supply line that supplies a hydrogen-containing gas to the fuel electrode; an oxidant supply line that supplies air to the oxidant electrode; An operating method of a fuel cell power generation system provided with an oxidant discharge line that discharges reaction air and a hydrogen recirculation line that recirculates a hydrogen-containing gas discharged from the fuel electrode to the oxidant electrode inlet,
    A fuel cell that controls the flow rate of air supplied to the oxidant electrode so that the oxygen utilization rate during power generation of the fuel cell stack is less than or equal to a predetermined value determined by the fuel utilization rate of the fuel supplied to the fuel electrode. In the operation method of the power generation system,
    When the open circuit voltage is measured during the power generation start process or the stop process, and the open circuit voltage falls below a predetermined value, the set value of the air flow rate supplied to the oxidizer electrode during the power generation start process or power generation is set. A method of operating a fuel cell power generation system, characterized by performing a correction process.
  5. 前記酸化剤極に供給する空気流量の設定値を補正する処理が行われた場合に、補正後の設定値を、該処理後に酸化剤極に供給する空気流量の設定値として適用することを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載の燃料電池発電システムの運転方法。   When the process for correcting the set value of the air flow rate supplied to the oxidant electrode is performed, the corrected set value is applied as the set value of the air flow rate supplied to the oxidant electrode after the process. The operation method of the fuel cell power generation system according to any one of claims 2 to 4.
  6. 燃料極及び酸化剤極を備えた燃料電池スタックと、前記燃料極に水素含有ガスを供給する燃料供給ラインと、酸化剤極に空気を供給する酸化剤供給ラインと、前記酸化剤極での既反応空気を排出する酸化剤排出ラインと、前記燃料極から排出される水素含有ガスを前記酸化剤極入口に還流させる水素還流ラインとが設けられた燃料電池発電システムにおいて、
    前記水素還流ラインに分岐ラインが設けられ、この分岐ラインに燃料排出用比例弁が設置されると共に、前記酸化剤排出ラインには、酸化剤極の出口側に酸化剤極出口温度を検出する温度計が設置され、この温度計の検出値が予め設定された所定値を超えた場合に、前記酸化剤極に還流させる水素量の設定値を補正するように構成したことを特徴とする燃料電池発電システム。
    A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidant electrode; a fuel supply line that supplies a hydrogen-containing gas to the fuel electrode; an oxidant supply line that supplies air to the oxidant electrode; In the fuel cell power generation system provided with an oxidant discharge line that discharges reaction air and a hydrogen recirculation line that recirculates the hydrogen-containing gas discharged from the fuel electrode to the oxidant electrode inlet,
    A branch line is provided in the hydrogen reflux line, and a fuel discharge proportional valve is installed in the branch line, and the oxidant discharge line has a temperature at which an oxidant electrode outlet temperature is detected on the outlet side of the oxidant electrode. A fuel cell, wherein a meter is installed, and when the detected value of the thermometer exceeds a predetermined value set in advance, the set value of the amount of hydrogen recirculated to the oxidizer electrode is corrected. Power generation system.
  7. 燃料極及び酸化剤極を備えた燃料電池スタックと、前記燃料極に水素含有ガスを供給する燃料供給ラインと、酸化剤極に空気を供給する酸化剤供給ラインと、前記酸化剤極での既反応空気を排出する酸化剤排出ラインと、前記燃料極から排出される水素含有ガスを前記酸化剤極入口に還流させる水素還流ラインとが設けられた燃料電池発電システムの運転方法であって、
    前記燃料電池スタックの発電時における酸素利用率が、前記燃料極に供給する燃料の燃料利用率により決定される所定値以下となるように、前記酸化剤極に供給する空気流量を制御する燃料電池発電システムの運転方法において、
    前記酸化剤極の出口温度を計測し、この温度が予め設定された所定値を超えた場合に、前記燃料極から前記酸化剤極入口に還流させる水素量の設定値を補正する処理を行うことを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
    A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidant electrode; a fuel supply line that supplies a hydrogen-containing gas to the fuel electrode; an oxidant supply line that supplies air to the oxidant electrode; An operating method of a fuel cell power generation system provided with an oxidant discharge line that discharges reaction air and a hydrogen recirculation line that recirculates a hydrogen-containing gas discharged from the fuel electrode to the oxidant electrode inlet,
    A fuel cell that controls the flow rate of air supplied to the oxidant electrode so that the oxygen utilization rate during power generation of the fuel cell stack is less than or equal to a predetermined value determined by the fuel utilization rate of the fuel supplied to the fuel electrode. In the operation method of the power generation system,
    The outlet temperature of the oxidant electrode is measured, and when this temperature exceeds a predetermined value set in advance, a process for correcting the set value of the amount of hydrogen recirculated from the fuel electrode to the oxidant electrode inlet is performed. A method for operating a fuel cell power generation system.
  8. 燃料極及び酸化剤極を備えた燃料電池スタックと、前記燃料極に水素含有ガスを供給する燃料供給ラインと、酸化剤極に空気を供給する酸化剤供給ラインと、前記酸化剤極での既反応空気を排出する酸化剤排出ラインと、前記燃料極から排出される水素含有ガスを前記酸化剤極入口に還流させる水素還流ラインとが設けられた燃料電池発電システムの運転方法であって、
    前記燃料電池スタックの発電時における酸素利用率が、前記燃料極に供給する燃料の燃料利用率により決定される所定値以下となるように、前記酸化剤極に供給する空気流量を制御する燃料電池発電システムの運転方法において、
    前記燃料電池スタックの起電力の低下速度が、予め設定された所定値を超えた場合に、前記燃料極から前記酸化剤極入口に還流させる水素量の設定値を補正する処理を行うことを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
    A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidant electrode; a fuel supply line that supplies a hydrogen-containing gas to the fuel electrode; an oxidant supply line that supplies air to the oxidant electrode; An operating method of a fuel cell power generation system provided with an oxidant discharge line that discharges reaction air and a hydrogen recirculation line that recirculates a hydrogen-containing gas discharged from the fuel electrode to the oxidant electrode inlet,
    A fuel cell that controls the flow rate of air supplied to the oxidant electrode so that the oxygen utilization rate during power generation of the fuel cell stack is less than or equal to a predetermined value determined by the fuel utilization rate of the fuel supplied to the fuel electrode. In the operation method of the power generation system,
    When the rate of decrease in the electromotive force of the fuel cell stack exceeds a predetermined value set in advance, a process for correcting a set value of the amount of hydrogen recirculated from the fuel electrode to the oxidant electrode inlet is performed. A method for operating the fuel cell power generation system.
  9. 燃料極及び酸化剤極を備えた燃料電池スタックと、前記燃料極に水素含有ガスを供給する燃料供給ラインと、酸化剤極に空気を供給する酸化剤供給ラインと、前記酸化剤極での既反応空気を排出する酸化剤排出ラインと、前記燃料極から排出される水素含有ガスを前記酸化剤極入口に還流させる水素還流ラインとが設けられた燃料電池発電システムの運転方法であって、
    前記燃料電池スタックの発電時における酸素利用率が、前記燃料極に供給する燃料の燃料利用率により決定される所定値以下となるように、前記酸化剤極に供給する空気流量を制御する燃料電池発電システムの運転方法において、
    発電開始過程または停止過程において開回路電圧を計測し、この開回路電圧が予め設定された所定値を下回った場合に、前記燃料極から前記酸化剤極入口に還流させる水素量の設定値を補正する処理を行うことを特徴とする燃料電池発電システムの運転方法。
    A fuel cell stack including a fuel electrode and an oxidant electrode; a fuel supply line that supplies a hydrogen-containing gas to the fuel electrode; an oxidant supply line that supplies air to the oxidant electrode; An operating method of a fuel cell power generation system provided with an oxidant discharge line that discharges reaction air and a hydrogen recirculation line that recirculates a hydrogen-containing gas discharged from the fuel electrode to the oxidant electrode inlet,
    A fuel cell that controls the flow rate of air supplied to the oxidant electrode so that the oxygen utilization rate during power generation of the fuel cell stack is less than or equal to a predetermined value determined by the fuel utilization rate of the fuel supplied to the fuel electrode. In the operation method of the power generation system,
    The open circuit voltage is measured during the power generation start or stop process, and when the open circuit voltage falls below a predetermined value, the set value of the amount of hydrogen recirculated from the fuel electrode to the oxidant electrode inlet is corrected. A method for operating a fuel cell power generation system, characterized in that the processing is performed.
  10. 前記燃料極から前記酸化剤極入口に還流させる水素量の設定値を補正する処理が行われた場合に、補正後の設定値を、該処理後に前記酸化剤極入口に還流させる水素量の設定値として適用することを特徴とする請求項7乃至請求項9のいずれか1項に記載の燃料電池発電システムの運転方法。   When processing for correcting the set value of the amount of hydrogen recirculated from the fuel electrode to the oxidant electrode inlet is performed, the corrected set value is set to the amount of hydrogen to be recirculated to the oxidant electrode inlet after the processing. The operation method of the fuel cell power generation system according to any one of claims 7 to 9, wherein the operation method is applied as a value.
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