JP2010146747A - Fuel cell system and power generation method using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent operation from being disabled and retain power generation performance. <P>SOLUTION: A fuel cell system has a solid-oxide fuel cell 10 that performs power generation by separately bringing two gasses for power generation into flow contact with two poles, a fuel pole and an air pole which are stacked on both sides of an electrolyte film and feeds power to an external load 15 connected with the solid-oxide fuel cell 10. The system is provided with: deterioration prevention determining means 31a for determining whether or not the solid-oxide fuel cell 10 stats to deteriorate on the basis of prevention criterion information for preventing the solid-oxide fuel cell 10 from being deteriorated; and deterioration prevention means 31b for preventing the solid-oxide fuel cell 10 from being deteriorated when the deterioration prevention determining means 31a determine that the solid-oxide fuel cell 10 deteriorates. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池(SOFC)を用いた燃料電池システムとこれを用いた発電方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system using a solid oxide fuel cell (SOFC) and a power generation method using the same.

固体酸化物形燃料電池(SOFC)の実用化のためには、長寿命・高効率化は重要な課題である。イットリア安定化ジルコニア電解質を使用したSOFCの一般的な作動温度は1000℃であるが、この高い作動温度に起因して構成材料間の固相反応等が問題になっている。   Long life and high efficiency are important issues for practical application of solid oxide fuel cells (SOFC). The general operating temperature of SOFC using yttria-stabilized zirconia electrolyte is 1000 ° C. However, due to this high operating temperature, solid phase reaction between constituent materials has become a problem.

近年、上記問題の解決策として、作動温度の低減(600〜800℃)を目指した電極支持型薄膜電解質セルが注目されており、高い出力特性が報告されてはいるが、支持体となる電極の微細構造と長期安定性の相関に関する報告例は少ない。
電気化学会第75回大会講演要旨集 2008年3月 1B22 47ページ
In recent years, as a solution to the above problem, an electrode-supported thin-film electrolyte cell aimed at reducing the operating temperature (600 to 800 ° C.) has attracted attention, and although high output characteristics have been reported, an electrode serving as a support There are few reports on the correlation between microstructure and long-term stability.
Proceedings of the 75th Annual Meeting of the Electrochemical Society of Japan March 2008 1B22, p. 47

非特許文献1に詳述しているように、定電圧下で通電したときの電流密度は、通電時間の経過に伴い徐々に低下する。さらに発電を継続すると、電流密度の急激な低下を生じる。電流密度は発電前の状態に回復することはなく、その劣化現象は燃料極に起因すると考えられる。   As described in detail in Non-Patent Document 1, the current density when energized under a constant voltage gradually decreases as the energization time elapses. If power generation is further continued, the current density rapidly decreases. The current density does not recover to the state before power generation, and the deterioration phenomenon is considered to be caused by the fuel electrode.

次に、一定の電圧下での連続耐久実験として、通電と開回路状態での保持を繰り返した際の電流密度の変化を観察した結果、開回路状態で一定時間保持することにより電流密度が回復するという現象がある。
また、通電時の電流密度が再度低下するまでの時間は、開回路状態での保持時間と相関があり、そのような可逆的劣化現象は、通電で生成された水蒸気による燃料極内のNiの不活性化、及び燃料供給の阻害が原因であると考えられる。
Next, as a continuous endurance experiment under a constant voltage, the current density was recovered by holding for a certain period of time in the open circuit state as a result of observing changes in the current density when repeated energization and holding in the open circuit state There is a phenomenon that.
In addition, the time until the current density at the time of energization decreases again correlates with the holding time in the open circuit state, and such a reversible deterioration phenomenon is caused by Ni in the fuel electrode due to water vapor generated by energization. It is thought to be caused by inactivation and fuel supply interruption.

上記の観察により、燃料極内に蓄積された水蒸気により電池性能が低下したと予想されたので、電池を電解作動させることによる性能回復を試みている。
すなわち、定電圧保持試験により劣化が生じたセルを開回路電圧より高い端子電圧で一定時間保持した後、所定の定電圧下において電流密度の経時変化を観察した結果、電池の電解作動により燃料極内に留まっていた水蒸気が除去されたことが要因になっていると思料される。
Based on the above observations, it was predicted that the battery performance was degraded by the water vapor accumulated in the fuel electrode, so an attempt was made to recover the performance by electrolytically operating the battery.
That is, after maintaining a cell that has deteriorated in a constant voltage holding test at a terminal voltage higher than the open circuit voltage for a certain period of time, and observing a change in current density with time under a predetermined constant voltage, the result of the electrolytic operation of the battery is It is thought that this is due to the removal of water vapor that had remained inside.

そこで本発明は、燃料極内のNiの不活性化、及び燃料供給の阻害による固体酸化物型燃料電池の稼動不能を防止して、発電性能を維持できる燃料電池システムとこれを用いた発電方法の提供を目的としている。   Accordingly, the present invention provides a fuel cell system capable of maintaining the power generation performance by preventing the inactivation of the Ni in the fuel electrode and the inoperability of the solid oxide fuel cell due to the inhibition of the fuel supply, and the power generation method using the same The purpose is to provide.

上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池システムは、電解質の両側に積層した燃料極と空気極とに、二種類の発電用ガスを互いに分離して流接させることによる発電を行う固体酸化物型燃料電池と、この固体酸化物型燃料電池に接続される外部負荷に電力を送給するものであり、上記固体酸化物型燃料電池の劣化を予防するための予防判定基準情報に基づいて、その固体酸化物型燃料電池が劣化し始めるか否かを判定する劣化予防判定手段と、劣化予防判定手段によって固体酸化物型燃料電池が劣化すると判定したときには、その固体酸化物型燃料電池の劣化を予防する劣化予防手段とを設けている。   In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention is a solid that performs power generation by separating and flowing two kinds of power generation gas between a fuel electrode and an air electrode stacked on both sides of an electrolyte. Power is supplied to an oxide type fuel cell and an external load connected to the solid oxide type fuel cell, and is based on preventive criterion information for preventing deterioration of the solid oxide type fuel cell. When the solid oxide fuel cell is determined to be deteriorated by the deterioration prevention determination means for determining whether or not the solid oxide fuel cell starts to deteriorate, and the deterioration prevention determination means, the solid oxide fuel cell Degradation prevention means for preventing degradation of the

同上の目的を達成するための本発明に係る発電方法は、電解質の両側に積層した燃料極と空気極とに、二種類の発電用ガスを互いに分離して流接させることによる発電を行う固体酸化物型燃料電池を有し、この固体酸化物型燃料電池に接続される外部負荷に電力を送給する燃料電池システムを用いたものであり、上記固体酸化物型燃料電池の劣化を予防するための予防判定基準情報に基づいて、その固体酸化物型燃料電池が劣化し始めるか否かを判定し、固体酸化物型燃料電池が劣化すると判定したときには、その固体酸化物型燃料電池の劣化を予防することを内容としている。   A power generation method according to the present invention for achieving the above object is a solid that performs power generation by separating and flowing two kinds of power generation gases from each other on a fuel electrode and an air electrode stacked on both sides of an electrolyte. A fuel cell system having an oxide fuel cell and supplying power to an external load connected to the solid oxide fuel cell is used to prevent deterioration of the solid oxide fuel cell. Therefore, it is determined whether the solid oxide fuel cell starts to deteriorate based on the preventive determination criterion information for the deterioration, and when it is determined that the solid oxide fuel cell is deteriorated, the solid oxide fuel cell is deteriorated. The content is to prevent.

本発明によれば、燃料極内のNiの不活性化、及び燃料供給の阻害による固体酸化物型燃料電池の稼動不能になることを防止するとともに、発電性能を維持できる。   According to the present invention, it is possible to prevent the solid oxide fuel cell from becoming inoperable due to the inactivation of Ni in the fuel electrode and the inhibition of the fuel supply, and the power generation performance can be maintained.

以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図、図2は、その燃料電池システムの一部をなすコントロールユニットの機能を示すブロック図である。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing the function of a control unit forming a part of the fuel cell system.

本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムA1は、一例に係る固体酸化物型燃料電池(以下、単に「燃料電池」という。)10に接続される例えばモータ等の外部負荷15に電力を送給する構成のものである。   The fuel cell system A1 according to the first embodiment of the present invention is configured to supply power to an external load 15 such as a motor connected to a solid oxide fuel cell (hereinafter simply referred to as “fuel cell”) 10 according to an example. It is the structure of feeding.

具体的には、上記した燃料電池10と外部負荷15の他に、第一の断接器20、燃料を燃料電池10の燃料極10aに送給するための送給ポンプ21、その燃料電池10の空気極10bに空気を送給するためのコンプレッサ22、電圧計23、電流計24、交流抵抗計25及びコントロールユニット(以下、「C/U」と略記する。)30等を有して構成されている。   Specifically, in addition to the fuel cell 10 and the external load 15 described above, the first disconnector 20, the feed pump 21 for feeding fuel to the fuel electrode 10 a of the fuel cell 10, and the fuel cell 10 A compressor 22, a voltmeter 23, an ammeter 24, an AC resistance meter 25, a control unit (hereinafter abbreviated as “C / U”) 30 and the like for supplying air to the air electrode 10b of Has been.

燃料電池10は、複数のセルユニット12を互いに積層した単一のセルスタックをケース13内に収容したものである。なお、図1には、説明を簡略化するために一つのセルユニット12のみを示している。   The fuel cell 10 has a case 13 in which a single cell stack in which a plurality of cell units 12 are stacked on each other is accommodated. FIG. 1 shows only one cell unit 12 for the sake of simplicity.

セルユニット12は、Niを有する燃料極10aと空気極10bとを電解質10cの両側に対設した固体電解質型セル11…を備えたものであり、その燃料極10aと空気極10bとに、二種類の発電用ガスを互いに分離して流接させることによる発電を行うものである。
二種類の発電用ガスは、例えば空気と炭化水素燃料ガスである。
The cell unit 12 includes a solid electrolyte cell 11... In which a fuel electrode 10a having Ni and an air electrode 10b are provided on both sides of an electrolyte 10c. The cell unit 12 includes two fuel electrodes 10a and 10b. Power generation is performed by separating and flowing various types of power generation gas from each other.
Two types of power generation gas are, for example, air and hydrocarbon fuel gas.

第一の断接器20は、燃料電池10に対して外部負荷15を断接する例えばリレーであり、外部負荷15に接続する燃料電池10の出力端子14a,14bの中間に配設されている。
この第一の断接器20は、詳細を後述するC/U30の出力ポートに接続されており、そのC/U30から出力される断接信号によって断接動作するようになっている。
The first connecting / disconnecting device 20 is, for example, a relay that connects / disconnects the external load 15 to / from the fuel cell 10, and is disposed in the middle of the output terminals 14 a, 14 b of the fuel cell 10 connected to the external load 15.
The first disconnector 20 is connected to an output port of a C / U 30 whose details will be described later, and is connected and disconnected by a disconnection signal output from the C / U 30.

上記した出力端子14a,14bの一方には、燃料電池10の出力電流を測定するための上記した電流計24を、また、出力端子14a,14b間には当該出力電圧を測定するための電圧計23と交流抵抗計25をそれぞれ配設している。
上記の電流計23、電圧計24及び交流抵抗計25は、C/U30の入力ポート側に接続されて、各取得した測定値が入力されるようになっている。
The above-described ammeter 24 for measuring the output current of the fuel cell 10 is provided at one of the output terminals 14a and 14b, and the voltmeter for measuring the output voltage between the output terminals 14a and 14b. 23 and an AC ohm meter 25 are provided.
The ammeter 23, the voltmeter 24, and the AC ohmmeter 25 are connected to the input port side of the C / U 30 so that each acquired measurement value is input.

本実施形態においては、上記の電流計23と電圧計24とが、燃料電池10の出力を測定する出力測定器である。
また、交流抵抗計25が、燃料電池10の内部交流抵抗を測定するための内部抵抗測定器である。
In the present embodiment, the ammeter 23 and the voltmeter 24 described above are output measuring instruments that measure the output of the fuel cell 10.
The AC resistance meter 25 is an internal resistance measuring instrument for measuring the internal AC resistance of the fuel cell 10.

図2に示すように、C/U30は、CPU(Central Processing Unit)、インターフェース回路等(いずれも図示しない)からなる中央制御部31と、ハードディスク,半導体メモリ等からなるメモリ32とを有するものである。   As shown in FIG. 2, the C / U 30 includes a central control unit 31 including a CPU (Central Processing Unit), an interface circuit and the like (all not shown), and a memory 32 including a hard disk and a semiconductor memory. is there.

メモリ32には、中央制御部31に所要の機能を発揮させるためのプログラムの他、燃料電池10の劣化を予防するための予防判定基準情報、既に劣化した燃料電池10を回復させるための回復判定基準情報、第一の断接器20を開放しておく遮断開放時間等が記憶されている。   In the memory 32, in addition to a program for causing the central control unit 31 to perform a required function, preventive determination reference information for preventing the deterioration of the fuel cell 10, and a recovery determination for recovering the already deteriorated fuel cell 10 The reference information, the opening / closing time for opening the first disconnector 20 and the like are stored.

本実施形態における予防判定基準情報は、燃料電池10の稼動時間(運転時間)であるが、上記した電流計23や電圧計24等の出力測定器によって取得した燃料電池10の出力、又は交流抵抗計25等の内部抵抗測定器で取得した燃料電池10の内部抵抗であってもよい。
「稼動時間」は、例えば実験により劣化するまでの時間を予め計測して得たものである。
The preventive determination criterion information in the present embodiment is the operating time (operating time) of the fuel cell 10, but the output of the fuel cell 10 acquired by the output measuring instrument such as the ammeter 23 or the voltmeter 24, or the AC resistance The internal resistance of the fuel cell 10 acquired by an internal resistance measuring instrument such as a total of 25 may be used.
“Operating time” is obtained, for example, by measuring in advance the time until deterioration by experiment.

電圧計24を用いる場合には、一定電圧下における電流密度の下限値等を予防判定基準情報として適用することができる。
なお、以下には、予防判定基準情報が燃料電池10の稼動時間(運転時間)であるとして説明するが、当該稼動時間に、燃料電池10の出力やその内部交流抵抗を組み合わせたものを予防判定基準情報としてもよい。
また、燃料電池10の出力のみ又はその内部抵抗のみを予防判定基準情報とすることもできることは勿論である。
When the voltmeter 24 is used, the lower limit value of the current density under a certain voltage can be applied as the preventive determination reference information.
In the following description, it is assumed that the preventive determination criterion information is the operating time (operating time) of the fuel cell 10. However, a combination of the operating time and the output of the fuel cell 10 and its internal AC resistance is preventive determined. Reference information may be used.
Of course, only the output of the fuel cell 10 or only its internal resistance can be used as the preventive determination criterion information.

本実施形態において「劣化」とは、一定電圧下における出力電流密度が経時的に低下して、通常運転によっては回復し得ない状態をいう。これを「稼動不能状態」ということにする。
「通常運転」とは、燃料電池10に外部負荷15を接続した状態において稼動させることをいう。
「回復判定基準情報」は、例えば一定電圧下における電流密度の下限値等である。
In this embodiment, “deterioration” refers to a state in which the output current density under a constant voltage decreases with time and cannot be recovered by normal operation. This is referred to as an “inoperable state”.
“Normal operation” refers to operation with the external load 15 connected to the fuel cell 10.
“Recovery criterion information” is, for example, the lower limit value of the current density under a certain voltage.

メモリ32に記憶されている本燃料電池システムA1に用いるプログラムの実行により、C/U30、従ってまた、中央制御部31は以下の各機能を発揮する。
(1)燃料電池10の劣化を予防するための予防判定基準情報に基づいて、その燃料電池10が劣化し始めるか否かを判定する機能。この機能を「劣化予防判定手段31a」という。
本実施形態においては、上記したようにメモリ32に記憶した燃料電池10の稼動時間であり、この稼動時間が経過したか否かによって、燃料電池10が、従ってまた、固体電解質型セル11が劣化し始めるか否かを判定している。
By executing the program used in the fuel cell system A1 stored in the memory 32, the C / U 30, and thus the central control unit 31, exhibits the following functions.
(1) A function of determining whether or not the fuel cell 10 starts to deteriorate based on prevention determination reference information for preventing the deterioration of the fuel cell 10. This function is referred to as “deterioration prevention determination means 31a”.
In the present embodiment, the operating time of the fuel cell 10 stored in the memory 32 as described above, and depending on whether or not this operating time has elapsed, the fuel cell 10 and thus the solid electrolyte cell 11 are deteriorated. It is determined whether or not to start.

なお、燃料電池10の出力のみ又はその内部抵抗のみを予防判定基準情報とした場合には、電流計23や電圧計24等の出力測定器又は交流抵抗計25等の内部抵抗測定器を介して、予防判定基準情報を取得する機能、すなわち「基準情報取得手段31d」を設ければよい。   In addition, when only the output of the fuel cell 10 or only its internal resistance is used as the preventive judgment reference information, the output is measured via an output measuring instrument such as an ammeter 23 or a voltmeter 24 or an internal resistance measuring instrument such as an AC ohmmeter 25. A function for acquiring the prevention determination reference information, that is, “reference information acquisition means 31d” may be provided.

(2)劣化予防判定手段31aによって燃料電池10が劣化すると判定したときには、その燃料電池10の劣化を予防する機能。この機能を「劣化予防手段31b」という。
本実施形態においては、上記第一の断接器20によって、燃料電池10から外部負荷15を、所定の遮断開放時間だけ遮断開放させることによって行っている。
また、本実施形態においては、下記の開放時間判定手段31cによって所定の遮断開放時間が経過したと判定したときには、第一の断接器20によって、燃料電池10に外部負荷15を接続するようにしている。
(2) A function of preventing deterioration of the fuel cell 10 when the deterioration prevention determination means 31a determines that the fuel cell 10 is deteriorated. This function is referred to as “deterioration preventing means 31b”.
In the present embodiment, the first disconnector 20 is used to cut off and open the external load 15 from the fuel cell 10 for a predetermined cut-off time.
Further, in the present embodiment, when it is determined by the following opening time determination means 31 c that the predetermined interruption opening time has elapsed, the external load 15 is connected to the fuel cell 10 by the first disconnector 20. ing.

(3)所定の遮断開放時間が経過したか否かを判定する機能。この機能を「開放時間判定手段31c」という。
(4)メモリ32に記憶されている回復判定基準情報に基づいて、燃料電池10が既に劣化しているか否かを判定する機能。この機能を「劣化回復判定手段31d」という。
既述したように、既に劣化しているか否かの判定基準情報は、一定の電圧下における電流密度の下限値、換言すると所定の閾値である。
(3) A function for determining whether or not a predetermined shut-off time has elapsed. This function is referred to as “open time determination means 31c”.
(4) A function of determining whether or not the fuel cell 10 has already deteriorated based on the recovery determination criterion information stored in the memory 32. This function is referred to as “degradation recovery determination means 31d”.
As described above, the criterion information for determining whether or not the deterioration has already occurred is a lower limit value of the current density under a certain voltage, in other words, a predetermined threshold value.

(5)劣化回復判定手段31dによって燃料電池10が既に劣化していると判定したときには、その燃料電池10の劣化を回復する機能。この機能を「劣化回復手段31e」という。
本実施形態においては、上記第一の断接器20によって、燃料電池10から外部負荷15を所定の遮断開放時間だけ遮断開放することによって行っている。
(5) A function of recovering the deterioration of the fuel cell 10 when the deterioration recovery determining means 31d determines that the fuel cell 10 has already deteriorated. This function is referred to as “degradation recovery means 31e”.
In the present embodiment, the first disconnector 20 is used to cut off and open the external load 15 from the fuel cell 10 for a predetermined cut-off time.

この「遮断開放時間」は、既に劣化している燃料電池10の劣化を回復させるためのものであり、上記劣化予防手段31bによる遮断開放時間よりも長く設定している。
そして、上記の開放時間判定手段31cによって所定の遮断開放時間が経過したと判定したときには、第一の断接器20によって、燃料電池10に外部負荷15を接続するようにしている。
This “break open time” is for recovering the deterioration of the fuel cell 10 that has already deteriorated, and is set longer than the break open time by the deterioration preventing means 31b.
Then, when it is determined by the opening time determination means 31 c that the predetermined breaking open time has elapsed, the external load 15 is connected to the fuel cell 10 by the first disconnector 20.

上記した構成からなる第一の実施形態に係る燃料電池システムA1の動作について、図3,4を参照して説明する。図3は、燃料電池システムA1における予防動作を示すフローチャート、図4は、燃料電池システムA1における回復動作を示すフローチャートである。   The operation of the fuel cell system A1 according to the first embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a flowchart showing a preventive operation in the fuel cell system A1, and FIG. 4 is a flowchart showing a recovery operation in the fuel cell system A1.

上述した燃料電池システムA1を用いた発電方法は、上記燃料電池10の劣化を予防するための予防判定基準情報に基づいて、その燃料電池10が劣化し始めるか否かを判定し、燃料電池10が劣化すると判定したときには、その燃料電池10の劣化を予防することを内容としたものであり、その詳細は次のとおりである。   The power generation method using the fuel cell system A1 described above determines whether or not the fuel cell 10 starts to deteriorate based on the preventive determination criterion information for preventing the fuel cell 10 from deteriorating, and the fuel cell 10 Is determined to prevent deterioration of the fuel cell 10, the details of which are as follows.

まず、図3を参照して予防動作について説明する。
<予防動作>
ステップ1(図中、「S1」と略記する。以下同様。):通常運転を行って、ステップ2に進む。
First, the prevention operation will be described with reference to FIG.
<Preventive action>
Step 1 (abbreviated as “S1” in the figure. The same applies hereinafter): The normal operation is performed and the process proceeds to Step 2.

ステップ2:予防動作を実行するか否かの判定を行う。
例えば実験により予め劣化し始める時間を計測して、C/U30のメモリ32に記憶しておき、その劣化時間と実際の稼動時間と比較照合することにより、予防動作を実行するか否かの判定を行う。
また、例えば2巡目においては、ステップ4で行われた第一の断接器20による遮断開放時間に基づいて、予防動作を実行するか否かの判定を行うようにしてもよい。
Step 2: It is determined whether or not a preventive operation is to be executed.
For example, it is determined whether or not the preventive operation is to be executed by measuring the time at which deterioration starts in advance and storing it in the memory 32 of the C / U 30 and comparing the deterioration time with the actual operation time. I do.
Further, for example, in the second round, it may be determined whether or not the preventive operation is to be performed based on the disconnection / opening time by the first disconnector 20 performed in Step 4.

ステップ3:燃料電池10の予防動作を実行する。具体的には、第一の断接器20を開駆動することにより、上記燃料電池10から外部負荷15を遮断開放し、換言すると、燃料電池10の出力端子14a,14bを開回路状態にして燃料極10aを還元する。これにより、燃料電池10が稼動不能に陥ることを未然に防止できる。   Step 3: The preventive operation of the fuel cell 10 is executed. Specifically, by opening the first disconnector 20, the external load 15 is disconnected from the fuel cell 10, in other words, the output terminals 14 a and 14 b of the fuel cell 10 are opened. The fuel electrode 10a is reduced. Thereby, it is possible to prevent the fuel cell 10 from becoming inoperable.

ステップ4:予防動作を終了するか否かを判定する。例えばメモリ32に所定の遮断開放時間を設定しておき、その遮断開放時間が経過したか否かを判定する。ここで、当該時間が経過していなければステップ3に戻り、当該時間が経過していればステップ5に進む。
上記の遮断開放時間が予防動作の実行時間である。
Step 4: It is determined whether or not the preventive operation is finished. For example, a predetermined shut-off time is set in the memory 32, and it is determined whether or not the shut-off time has elapsed. Here, if the time has not elapsed, the process returns to step 3, and if the time has elapsed, the process proceeds to step 5.
The shut-off time is the execution time of the preventive operation.

最適な遮断開放時間は、遮断開放時間を異ならせて予防した他の燃料電池10を用いた通常運転を行って、遮断開放時間と、一定出力の運転効率が悪化するまでの時間との関係を調べることにより把握することができる。
ステップ5:ステップ1の通常運転に戻る。
The optimum shut-off time is the relationship between the shut-off time and the time until the operating efficiency of a constant output deteriorates by performing normal operation using another fuel cell 10 that has been prevented by varying the shut-off time. It can be grasped by examining.
Step 5: Return to the normal operation of Step 1.

次に、図4を参照して回復動作について説明する。
<回復動作>
ステップ1(図中、「S1」と略記する。以下同様。):通常運転を行って、ステップ2に進む。
Next, the recovery operation will be described with reference to FIG.
<Recovery action>
Step 1 (abbreviated as “S1” in the figure. The same applies hereinafter): The normal operation is performed and the process proceeds to Step 2.

ステップ2:回復動作を実行するか否かの判定を行う。
具体的には、実際に燃料電池10の出力端子14a,14bから出力されている電流密度が、予め設定した電流密度の下限値より小さいか否かを判定し、その下限値よりも小さいと判定すればステップ3に進み、そうでなければステップ1に戻る。
Step 2: It is determined whether or not the recovery operation is to be executed.
Specifically, it is determined whether or not the current density actually output from the output terminals 14a and 14b of the fuel cell 10 is smaller than a lower limit value of a preset current density, and is determined to be smaller than the lower limit value. If so, the process proceeds to step 3; otherwise, the process returns to step 1.

ステップ3:燃料電池10の回復動作を実行する。
具体的には、第一の断接器20を開駆動することにより、上記燃料電池10から外部負荷15を遮断開放し、換言すると、燃料電池10の出力端子14a,14bを開回路状態にして燃料極10aを還元する。
これにより、稼動不能に陥っている燃料電池10を稼動可能となるように回復させることができる。
Step 3: The recovery operation of the fuel cell 10 is executed.
Specifically, by opening the first disconnector 20, the external load 15 is disconnected from the fuel cell 10, in other words, the output terminals 14 a and 14 b of the fuel cell 10 are opened. The fuel electrode 10a is reduced.
As a result, the fuel cell 10 that has become inoperable can be recovered to be operable.

ステップ4:回復動作を終了するか否かを判定する。
例えばメモリ32に回復のための遮断開放時間を設定しておき、その遮断開放時間が経過したか否かを判定する。ここで、当該時間が経過していなければステップ3に戻り、当該時間が経過していればステップ5に進む。
ステップ5:ステップ1の通常発電運転に戻る。
Step 4: Determine whether to end the recovery operation.
For example, a cutoff opening time for recovery is set in the memory 32, and it is determined whether or not the cutoff opening time has elapsed. Here, if the time has not elapsed, the process returns to step 3, and if the time has elapsed, the process proceeds to step 5.
Step 5: Return to the normal power generation operation of Step 1.

以上のステップの実行により、たとえ何らかの事情により燃料電池10が劣化してしまったとしても、その回復を図ることができる。   By executing the above steps, even if the fuel cell 10 has deteriorated for some reason, it can be recovered.

次に、本発明の第二の実施形態に係る燃料電池システムについて、図5,6を参照して説明する。図5は、第二の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図、図6は、第二の実施形態に係る燃料電池システムの一部をなすコントローラユニットが有する機能を示すブロック図である。
なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
Next, a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the fuel cell system according to the second embodiment, and FIG. 6 is a block diagram showing functions of a controller unit forming a part of the fuel cell system according to the second embodiment. is there.
In addition, about the thing equivalent to what was demonstrated in embodiment mentioned above, the code | symbol same as them is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

第二の実施形態に係る燃料電池システムA2は、上述した燃料電池システムA1の構成に加えて、電源であるバッテリ40、DC/DCコンバータ41、第二の断接器42、インバータ43及び第三の断接器44を設けた構成のものである。   In addition to the configuration of the fuel cell system A1 described above, the fuel cell system A2 according to the second embodiment includes a battery 40 that is a power source, a DC / DC converter 41, a second disconnector 42, an inverter 43, and a third power source. The disconnector 44 is provided.

バッテリ40は、燃料電池10の燃料極10aを還元するための還元用の電力を送給し、また、インバータ43を介して外部負荷15に対して駆動用の電力を送給するためのものである。   The battery 40 supplies power for reduction for reducing the fuel electrode 10 a of the fuel cell 10, and also supplies power for driving to the external load 15 via the inverter 43. is there.

DC/DCコンバータ41は、インバータ43又は燃料電池10向けに電圧変換を行うためのものである。
インバータ43は、燃料電池10から出力された直流電力を交流に変換し、また、バッテリ40から送給された直流電力を交流に変換して外部負荷15に給電するためのものである。
なお、図5には、外部負荷15として交流モータ15を接続したものを示している。
The DC / DC converter 41 is for performing voltage conversion for the inverter 43 or the fuel cell 10.
The inverter 43 is for converting the DC power output from the fuel cell 10 into AC, and for converting the DC power supplied from the battery 40 into AC and supplying power to the external load 15.
In FIG. 5, an AC motor 15 connected as the external load 15 is shown.

第二の断接器42は、DC/DCコンバータ41と燃料電池10との間に介設され、C/U30の出力ポート側に接続されて断接動作するようになっている。
第三の断接器44は、上記DC/DCコンバータ41とインバータ43との間に介設されており、第二の断接器42と同じくC/U30の出力ポート側に接続されて断接動作するようになっている。
The second connecting / disconnecting device 42 is interposed between the DC / DC converter 41 and the fuel cell 10 and is connected to the output port side of the C / U 30 so as to be connected / disconnected.
The third disconnector 44 is interposed between the DC / DC converter 41 and the inverter 43, and is connected to the output port side of the C / U 30 in the same manner as the second disconnector 42. It is supposed to work.

C/U30は、メモリ32に記憶されている本燃料電池システムA2に用いるプログラムの実行により、上記燃料電池システムA1の各手段を実現しているが、本実施形態においては、上記した機能の劣化予防手段に代えて、次の機能を発揮する劣化予防手段を設けている。   The C / U 30 realizes each means of the fuel cell system A1 by executing the program used for the fuel cell system A2 stored in the memory 32. In the present embodiment, however, the above-described deterioration of the function is performed. Instead of the preventive means, a deterioration preventive means that exhibits the following functions is provided.

(7)劣化予防判定手段31aによって燃料電池10が劣化すると判定したときには、上記第一の断接部20を介して燃料電池10から外部負荷15を遮断開放時間だけ遮断開放させ、かつ、第二の断接器42を介してバッテリ40を燃料電池10に接続させる機能。これを「劣化防止手段31f」という。
これにより、燃料極10には還元電流が通電されて、劣化の始まりを未然に防止している。
(7) When it is determined by the deterioration prevention determination means 31a that the fuel cell 10 is deteriorated, the external load 15 is disconnected from the fuel cell 10 through the first connecting / disconnecting portion 20 for the cutoff opening time, and the second The function of connecting the battery 40 to the fuel cell 10 via the disconnector 42. This is referred to as “deterioration preventing means 31f”.
As a result, a reduction current is applied to the fuel electrode 10 to prevent the start of deterioration.

また、第一の断接部20を介して燃料電池10から外部負荷15を遮断開放時間だけ遮断開放させ、かつ、第二の断接器42を介してバッテリ40を燃料電池10に接続させているので、還元に要する時間を短縮することができる。   Further, the external load 15 is disconnected from the fuel cell 10 through the first connection / disconnection portion 20 for the disconnection / release time, and the battery 40 is connected to the fuel cell 10 through the second connection / disconnection device 42. Therefore, the time required for reduction can be shortened.

上記した構成からなる第二の実施形態に係る燃料電池システムA2の動作については、ステップ3を除き、図3,4において説明したものと同様であるので、ここでは、それら図3,4を参照して、予防動作と回復動作におけるステップ3について説明する。   Since the operation of the fuel cell system A2 according to the second embodiment having the above-described configuration is the same as that described in FIGS. 3 and 4 except for Step 3, refer to FIGS. Step 3 in the prevention operation and the recovery operation will be described.

まず、図3を参照して予防動作について説明する。
<予防動作>
ステップ1において通常運転を行ってステップ2に進み、ステップ2において予防動作を実行するか否かの判定を行ってステップ3に進む。
First, the prevention operation will be described with reference to FIG.
<Preventive action>
In step 1, normal operation is performed and the process proceeds to step 2. In step 2, it is determined whether or not the preventive operation is to be performed, and then the process proceeds to step 3.

ステップ3:燃料電池10の予防動作を実行する。
本実施形態においては、上記第一の断接部20を介して燃料電池10から外部負荷15を遮断開放時間だけ遮断開放するとともに、第2の断接器42を介してバッテリ40を燃料電池10に接続する。
これにより、燃料電池10の出力端子14a,14bが開回路状態になり、かつ、バッテリ40からの還元電流が燃料極10aに送給されて、その燃料極10aをより迅速に還元することができる。
Step 3: The preventive operation of the fuel cell 10 is executed.
In the present embodiment, the external load 15 is disconnected from the fuel cell 10 via the first connecting / disconnecting portion 20 for the disconnection opening time, and the battery 40 is connected to the fuel cell 10 via the second connecting / disconnecting device 42. Connect to.
As a result, the output terminals 14a and 14b of the fuel cell 10 are in an open circuit state, and the reduction current from the battery 40 is supplied to the fuel electrode 10a, so that the fuel electrode 10a can be reduced more quickly. .

より具体的には、第一の断接器20を開駆動、第二の断接器42を閉駆動、及び第三の断接器44を開駆動している。
このとき、DC/DCコンバータ41を制御して、燃料電池10の出力端子14a,14b間の電圧を増大させている。これにより、燃料極10aに還元電流が通電されるようになる。
そして、以後ステップ4以下に進んで同様の処理を行う。
More specifically, the first disconnector 20 is opened, the second disconnector 42 is closed, and the third disconnector 44 is opened.
At this time, the DC / DC converter 41 is controlled to increase the voltage between the output terminals 14 a and 14 b of the fuel cell 10. As a result, a reduction current is passed through the fuel electrode 10a.
Then, the process proceeds to step 4 and subsequent steps to perform the same processing.

次に、図4を参照して回復動作について説明する。
<回復動作>
ステップ1において通常発電運転を行ってステップ2に進み、ステップ2において予防動作を実行するか否かの判定を行ってステップ3に進む。
Next, the recovery operation will be described with reference to FIG.
<Recovery action>
In step 1, a normal power generation operation is performed and the process proceeds to step 2. In step 2, it is determined whether or not a preventive operation is to be performed, and the process proceeds to step 3.

ステップ3:燃料電池10の回復動作を実行する。
具体的には、上記第一の断接部20を介して燃料電池10から外部負荷15を遮断開放時間だけ遮断開放するとともに、第二の断接器42を介してバッテリ40を燃料電池10に接続する。これにより、燃料電池10が開回路状態になって燃料極10aが還元されるとともに、バッテリ40からも還元電流が送給されて燃料極10aの還元が促進される。
Step 3: The recovery operation of the fuel cell 10 is executed.
Specifically, the external load 15 is disconnected from the fuel cell 10 through the first connecting / disconnecting portion 20 for the disconnection opening time, and the battery 40 is connected to the fuel cell 10 through the second connecting / disconnecting device 42. Connecting. Thereby, the fuel cell 10 is in an open circuit state, the fuel electrode 10a is reduced, and a reduction current is also supplied from the battery 40 to promote reduction of the fuel electrode 10a.

具体的には、第一の断接器20を開駆動、第二の断接器42を閉駆動、及び第三の断接器44を開駆動する。
また、DC/DCコンバータ41を制御して、燃料電池10の出力端子14a,14b間の電圧を高める。これにより、燃料極10aに還元電流が通電されるようになる。
そして、以後ステップ4に以下に進んで同様の処理を行う。
Specifically, the first disconnector 20 is driven to open, the second disconnector 42 is closed, and the third disconnector 44 is driven to open.
Further, the DC / DC converter 41 is controlled to increase the voltage between the output terminals 14 a and 14 b of the fuel cell 10. As a result, a reduction current is passed through the fuel electrode 10a.
Thereafter, the process proceeds to step 4 to perform the same processing.

次に、第三の実施形態に係る燃料電池システムについて、上記した図5,6を参照して説明する。
すなわち、第三の実施形態に係る燃料電池システムA3は、上述した第二の実施形態に係る燃料電池システムA2のハードウェア構成と同一のものであるが、C/U30が有する機能が異なっている。
Next, a fuel cell system according to a third embodiment will be described with reference to FIGS.
That is, the fuel cell system A3 according to the third embodiment is the same as the hardware configuration of the fuel cell system A2 according to the second embodiment described above, but the functions of the C / U 30 are different. .

C/U30は、メモリ32に記憶されている本燃料電池システムA3に用いるプログラムの実行により、上記燃料電池システムA1の各手段を実現しているが、本実施形態においては、上記した機能を有する劣化予防手段に代えて、次の機能を発揮する劣化予防手段と劣化回復手段とを設けている。   The C / U 30 realizes each unit of the fuel cell system A1 by executing the program used for the fuel cell system A3 stored in the memory 32. In the present embodiment, the C / U 30 has the above-described functions. Instead of the deterioration prevention means, a deterioration prevention means and a deterioration recovery means that exhibit the following functions are provided.

(8)劣化予防判定手段31aによって燃料電池10が劣化すると判定したときには、第一の断接器20を介して燃料電池10に外部負荷15を接続し、かつ、第二の断接器42を介してバッテリ40を燃料電池10に接続する機能。これを「劣化予防手段31g」という。
具体的には、第一の断接器20を開駆動、第二の断接器42を閉駆動、及び第三の断接器44を閉駆動する。
第三の断接器44を閉駆動することにより、バッテリ40をインバータ43を介してモータ15に接続して、燃料電池10の劣化を予防しつつ、そのモータ15の回転駆動を継続することができる。
(8) When it is determined by the deterioration prevention determination means 31a that the fuel cell 10 is deteriorated, the external load 15 is connected to the fuel cell 10 via the first disconnector 20 and the second disconnector 42 is connected. A function of connecting the battery 40 to the fuel cell 10 via This is referred to as “deterioration preventing means 31 g”.
Specifically, the first breaker 20 is driven to open, the second breaker 42 is closed, and the third breaker 44 is closed.
By closing the third connecting / disconnecting device 44, the battery 40 is connected to the motor 15 via the inverter 43, and the rotation of the motor 15 can be continued while preventing the fuel cell 10 from deteriorating. it can.

また、DC/DCコンバータ41を制御して、燃料電池10の出力端子14a,14b間の電圧を増大させる。これにより、燃料極10aに還元電流が通電される。
そして、以後ステップ4以下に進んで同様の処理を行う。
これにより、燃料極10には還元電流が通電されて、劣化の始まりを未然に防止している。
Further, the DC / DC converter 41 is controlled to increase the voltage between the output terminals 14 a and 14 b of the fuel cell 10. Thereby, a reduction current is passed through the fuel electrode 10a.
Then, the process proceeds to step 4 and subsequent steps to perform the same processing.
As a result, a reduction current is applied to the fuel electrode 10 to prevent the start of deterioration.

(9)第一の断接器20を介して燃料電池10に外部負荷15を接続し、かつ、第二の断接器を介してバッテリ10を燃料電池40に接続する機能。この機能を「劣化回復手段31h」という。
具体的には劣化予防手段31gと、また、予防動作と回復動作についても燃料システムA2において説明したものと同様であるので、ここではそれらの説明を省略する。
(9) A function of connecting the external load 15 to the fuel cell 10 via the first disconnector 20 and connecting the battery 10 to the fuel cell 40 via the second disconnector. This function is referred to as “deterioration recovery means 31h”.
Specifically, the deterioration prevention means 31g, and the prevention operation and the recovery operation are the same as those described in the fuel system A2, and therefore, the description thereof is omitted here.

次に、他例に係る燃料電池を採用した第四の実施形態に係る燃料電池システムについて、図7,8を参照して説明する。図7は、他例に係る燃料電池の構成を示すブロック図、図8は、第四の実施形態に係る燃料電池システムの一部をなすコントロールユニットが有する機能を示すブロック図である。   Next, a fuel cell system according to a fourth embodiment employing a fuel cell according to another example will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a fuel cell according to another example, and FIG. 8 is a block diagram illustrating functions of a control unit that forms part of the fuel cell system according to the fourth embodiment.

以下に説明する第四の実施形態に係る燃料電池システムA4は、燃料電池の構成を除き、第一の実施形態において説明したものと同等の構成になっているので、それらと同等のものに同一の符号を付して説明を省略し、本実施形態においては、主に他例に係る燃料電池について説明する。   The fuel cell system A4 according to the fourth embodiment described below has the same configuration as that described in the first embodiment except for the configuration of the fuel cell. In the present embodiment, a fuel cell according to another example will be mainly described.

他例に係る燃料電池10Aは、燃料ポンプ50,51,52、燃料蒸発器50、セルスタック53、スタック加熱熱交換器54、送給器である循環ブロワ55、分岐バルブ56、ミキサ57、燃料改質器58、改質器過熱熱交換器70、燃焼器59,60、カソード空気加熱器61、空気ブロワ62〜64,69、遮断弁65,66、及び濃度センサ67,68等を有して構成されている。   A fuel cell 10A according to another example includes a fuel pump 50, 51, 52, a fuel evaporator 50, a cell stack 53, a stack heating heat exchanger 54, a circulation blower 55 as a feeder, a branch valve 56, a mixer 57, a fuel The reformer 58, the reformer superheat heat exchanger 70, the combustors 59 and 60, the cathode air heater 61, the air blowers 62 to 64 and 69, the shutoff valves 65 and 66, the concentration sensors 67 and 68, and the like. Configured.

燃料ポンプ51は、本燃料電池10Aの発電に必要な燃料を燃料蒸発器50に送給するものであり、この燃料ポンプ51と燃料蒸発器50との間には送給パイプ51aが連結されている。
また、燃料ポンプ51は、C/U30の出力ポート側に接続されて適宜駆動されるようになっている。
The fuel pump 51 supplies fuel necessary for power generation of the fuel cell 10A to the fuel evaporator 50. A feed pipe 51a is connected between the fuel pump 51 and the fuel evaporator 50. Yes.
The fuel pump 51 is connected to the output port side of the C / U 30 and is appropriately driven.

燃料蒸発器50は、燃料ポンプ51によって送給された燃料を蒸気化するものであり、この燃料蒸発器50とミキサ57との間には送給パイプ50aが接続されている。
ミキサ57は、燃料蒸発器50、分岐バルブ56及び空気ブロワ69から送給される、原燃料、排燃料ガス又は空気を選択的に切り替える機能を有するものであり、燃料改質器58、空気ブロワ69、分岐バルブ56との各間にそれぞれ送給パイプ57a,69a,56aが連結されている。
The fuel evaporator 50 vaporizes the fuel fed by the fuel pump 51, and a feed pipe 50 a is connected between the fuel evaporator 50 and the mixer 57.
The mixer 57 has a function of selectively switching raw fuel, exhaust fuel gas or air supplied from the fuel evaporator 50, the branch valve 56 and the air blower 69. The fuel reformer 58, air blower 69 and the branch valve 56 are connected with feed pipes 57a, 69a and 56a, respectively.

燃料改質器58は、蒸気化された原燃料を水素リッチな燃料ガスに改質するものであり、これと燃料電池10との間に送給パイプ58aが接続されており、その燃料ガスを燃料極10aに送給するようにしている。   The fuel reformer 58 reforms the vaporized raw fuel into a hydrogen-rich fuel gas, and a supply pipe 58a is connected between the fuel reformer 58 and the fuel cell 10, and the fuel gas is supplied to the fuel reformer 58. The fuel is supplied to the fuel electrode 10a.

濃度センサ67は、送給パイプ58aを流通する燃料ガスの一酸化炭素、また、濃度センサ68は当該酸素の各濃度をそれぞれ測定するためのものである。
これらの濃度センサ67,68は、例えば燃料電池10から外部負荷15を遮断開放した後、燃料電池10に外部負荷15を再度接続するときの接続基準情報を取得するものである。
劣化予防手段と劣化回復手段は、接続基準情報に基づき、第一の断接器20を介して燃料電池10に外部負荷15を接続することができる。
The concentration sensor 67 is for measuring carbon monoxide of the fuel gas flowing through the feed pipe 58a, and the concentration sensor 68 is for measuring each concentration of the oxygen.
These concentration sensors 67 and 68 acquire connection reference information when the external load 15 is reconnected to the fuel cell 10 after the external load 15 is cut off and opened from the fuel cell 10, for example.
The deterioration prevention means and the deterioration recovery means can connect the external load 15 to the fuel cell 10 via the first disconnector 20 based on the connection reference information.

上記した燃料極10aと上記した分岐バルブ56との間には送給パイプ55aが連結されており、その送給パイプ55aの途中に、燃料極10aから排出された排ガスを循環させるための循環ブロワ55が配設されている。
上記した空気ブロワ69、分岐バルブ56、循環ブロワ55及び遮断弁66は、C/U30の出力ポート側に接続されて適宜駆動されるようになっている。
A feed pipe 55a is connected between the fuel electrode 10a and the branch valve 56, and a circulation blower for circulating the exhaust gas discharged from the fuel electrode 10a in the middle of the feed pipe 55a. 55 is disposed.
The air blower 69, the branch valve 56, the circulation blower 55, and the shutoff valve 66 are connected to the output port side of the C / U 30 and are appropriately driven.

空気ブロワ62は、本燃料電池10の発電に必要な空気をカソード空気加熱器61に送給するものであり、この空気ブロワ62とカソード空気加熱器61との間には送給パイプ62aが連結されている。
また、空気ブロワ62は、C/U30の出力ポート側に接続されて適宜駆動されるようになっている。
The air blower 62 supplies air necessary for power generation of the fuel cell 10 to the cathode air heater 61, and a supply pipe 62 a is connected between the air blower 62 and the cathode air heater 61. Has been.
The air blower 62 is connected to the output port side of the C / U 30 and is appropriately driven.

カソード空気加熱器61は、セルスタック53に送給する空気を加熱するものであり、このカソード空気加熱器61と燃料極10aとの間に送給パイプ61aが連結されている。
また、燃料極10aと上記した燃料蒸発器50との間には送給パイプ50bが連結されており、その燃料極10aから排出された空気を燃料蒸発器50に送出して、空気ブロワ62から送給される空気との熱交換を行えるようにしている。
The cathode air heater 61 heats the air supplied to the cell stack 53, and a supply pipe 61a is connected between the cathode air heater 61 and the fuel electrode 10a.
Further, a feed pipe 50 b is connected between the fuel electrode 10 a and the above-described fuel evaporator 50, and air discharged from the fuel electrode 10 a is sent to the fuel evaporator 50, and is supplied from the air blower 62. Heat exchange with the supplied air can be performed.

燃焼器59は、燃料ポンプ52と空気ブロワ63とにより送給された燃料と空気とを燃焼させるものであり、この燃焼器59とスタック加熱熱交換器54との間には送給パイプ59aが連結されている。
本実施形態においては、燃焼器59がセル加熱器であるスタック加熱熱交換器54の加熱源である。
The combustor 59 burns fuel and air fed by the fuel pump 52 and the air blower 63, and a feed pipe 59 a is interposed between the combustor 59 and the stack heating heat exchanger 54. It is connected.
In this embodiment, the combustor 59 is a heating source of the stack heating heat exchanger 54 that is a cell heater.

スタック加熱熱交換器54は、セルスタック53に密接して配置されており、上記した燃焼器59から送出された加熱ガスによってセルスタック53を加熱するとともに、熱交換を行うためのものである。   The stack heating heat exchanger 54 is disposed in close contact with the cell stack 53, and heats the cell stack 53 with the heated gas sent from the combustor 59 and performs heat exchange.

また、スタック加熱熱交換器54と上記したカソード空気加熱器61との間には送給パイプ54aが連結されており、そのスタック加熱熱交換器54から排出された加熱ガスをカソード空気加熱器61に送給して、空気極10bに送給される空気との熱交換を行えるようにしている。   A feed pipe 54 a is connected between the stack heating heat exchanger 54 and the cathode air heater 61 described above, and the heated gas discharged from the stack heating heat exchanger 54 is supplied to the cathode air heater 61. To exchange heat with the air supplied to the air electrode 10b.

燃焼器60は、燃料ポンプ53と空気ブロワ64とにより送給された燃料と空気とを燃焼させるものであり、この燃焼器60と上記した分岐バルブ56との間には送給パイプ60aが連結されている。また、その送給パイプ60aの途中には遮断弁65が配設されている。
燃料ポンプ52,53、空気ブロワ63,64及び遮断弁65,69も、C/U30の出力ポート側に接続されて適宜駆動されるようになっている。
The combustor 60 burns fuel and air fed by the fuel pump 53 and the air blower 64, and a feed pipe 60a is connected between the combustor 60 and the above-described branch valve 56. Has been. A shutoff valve 65 is disposed in the middle of the feed pipe 60a.
The fuel pumps 52 and 53, the air blowers 63 and 64, and the shutoff valves 65 and 69 are also connected to the output port side of the C / U 30 and are appropriately driven.

改質器加熱熱交換器70は、燃料改質器58に密接して配置されており、燃焼器60との間に送給パイプ60bが接続されており、燃料極10aから排出されて燃焼器60によって加熱された排出ガスと、燃料改質器58により改質された燃料ガスとの間においては熱交換を行うようにしたものである。   The reformer heating heat exchanger 70 is disposed in close contact with the fuel reformer 58, and a feed pipe 60b is connected to the combustor 60, and is discharged from the fuel electrode 10a and combusted. Heat exchange is performed between the exhaust gas heated by 60 and the fuel gas reformed by the fuel reformer 58.

また、改質器加熱熱交換器70と送給パイプ61aとの間に送給パイプ70aが連結されており、改質器加熱熱交換器70から排出された排ガスをカソード空気加熱器61に送給するようにしている。これにより、カソード空気加熱器61における熱交換をさらに効率的に行えるようにしている。
本実施形態においては、燃焼器60が燃料改質器である改質器加熱熱交換器70の加熱源である。
A feed pipe 70 a is connected between the reformer heating heat exchanger 70 and the feed pipe 61 a, and exhaust gas discharged from the reformer heating heat exchanger 70 is sent to the cathode air heater 61. I am trying to pay. Thereby, the heat exchange in the cathode air heater 61 can be performed more efficiently.
In the present embodiment, the combustor 60 is a heating source of the reformer heating heat exchanger 70 that is a fuel reformer.

C/U30は、メモリ30に記憶されている本燃料電池システムA3に用いるプログラムの実行により、上記燃料電池システムA1の各手段を実現しているとともに、次の機能を有している。   The C / U 30 realizes each means of the fuel cell system A1 by executing a program used in the fuel cell system A3 stored in the memory 30, and has the following functions.

(9)劣化予防手段31bにより燃料電池10の劣化を予防しているときに、燃焼器59によってスタック加熱熱交換器54を加熱させる機能。この機能を「セル加熱手段31i」という。
具体的には、第一の断接器20を介して燃料電池10から外部負荷15を遮断開放しているときに、燃焼器59によってスタック加熱熱交換器54を加熱させている。
(9) A function of heating the stack heating heat exchanger 54 by the combustor 59 when the deterioration prevention means 31b prevents the fuel cell 10 from being deteriorated. This function is referred to as “cell heating means 31i”.
Specifically, the stack heating heat exchanger 54 is heated by the combustor 59 when the external load 15 is disconnected from the fuel cell 10 via the first disconnector 20.

これにより、第一の断接器20を介して燃料電池10から外部負荷15を遮断開放しているときにおけるセルスタック53の温度低下を防止して稼動温度帯域に留めておけるので、燃料電池10の再始動性を高めることができる。   Thereby, the temperature drop of the cell stack 53 can be prevented and kept in the operating temperature band when the external load 15 is disconnected and opened from the fuel cell 10 via the first disconnector 20, so that the fuel cell 10 The restartability can be improved.

(10)劣化予防手段31bにより燃料電池10の劣化を予防しているときに、燃焼器60によって改質器加熱熱交換器70を加熱させる機能。この機能を「改質器加熱手段31j」という。
これにより、第一の断接器20を介して燃料電池10から外部負荷15を遮断開放しているときにおける燃料改質器58の温度低下を防止することができ、燃料電池10の再始動性を高めることができる。
(10) A function of heating the reformer heating heat exchanger 70 by the combustor 60 when the deterioration prevention means 31b prevents the fuel cell 10 from deteriorating. This function is referred to as “reformer heating means 31j”.
Thereby, it is possible to prevent the temperature of the fuel reformer 58 from decreasing when the external load 15 is disconnected from the fuel cell 10 via the first disconnector 20, and the restartability of the fuel cell 10 can be prevented. Can be increased.

上述した第四の実施形態に係る燃料電池システムA4の動作について説明する。
燃料電池10の発電に必要な燃料と空気は、それぞれ燃料ポンプ51、空気ブロワ62から導入される。
<燃料極側流路の概要>
燃料ポンプ51から導入された燃料は、燃料蒸発器50で蒸気化される。
燃料蒸発器50は、送球パイプ50bを通じて燃料極10aから排出された排ガスと燃料との熱交換を行って、蒸気化した原燃料を昇温する。
The operation of the fuel cell system A4 according to the above-described fourth embodiment will be described.
Fuel and air necessary for power generation of the fuel cell 10 are introduced from a fuel pump 51 and an air blower 62, respectively.
<Overview of fuel electrode side passage>
The fuel introduced from the fuel pump 51 is vaporized by the fuel evaporator 50.
The fuel evaporator 50 performs heat exchange between the exhaust gas discharged from the fuel electrode 10a and the fuel through the ball feeding pipe 50b, and raises the temperature of the vaporized raw fuel.

燃料蒸発器50から送出された蒸気化した原燃料は、ミキサ57で空気、燃料極循環ガスと混合され、燃料改質器58に導入される。
このとき、燃料極ガスは、発電により生成された水蒸気と二酸化炭素を含んでいる。これら水蒸気、二酸化炭素及び空気ブロワ69から導入される空気に含まれる酸素は、燃料改質器58及び燃料極10aを含む循環経路内での炭素析出を抑制するために必要である。
The vaporized raw fuel delivered from the fuel evaporator 50 is mixed with air and the fuel electrode circulation gas by the mixer 57 and introduced into the fuel reformer 58.
At this time, the fuel electrode gas contains water vapor and carbon dioxide generated by power generation. These water vapor, carbon dioxide, and oxygen contained in the air introduced from the air blower 69 are necessary for suppressing carbon deposition in the circulation path including the fuel reformer 58 and the fuel electrode 10a.

燃料改質器58内では、導入された原燃料と酸素による部分酸化反応(発熱反応)、燃料と水蒸気による水蒸気改質反応(吸熱反応)、及びそれらの反応により生成した一酸化炭素と水蒸気によるシフト反応(発熱反応)等が進行する。
そして、燃料改質器58から送出された改質ガスが燃料極10aに導入される。
In the fuel reformer 58, a partial oxidation reaction (exothermic reaction) with the introduced raw fuel and oxygen, a steam reforming reaction (endothermic reaction) with the fuel and steam, and carbon monoxide and steam generated by these reactions. A shift reaction (exothermic reaction) proceeds.
Then, the reformed gas sent from the fuel reformer 58 is introduced into the fuel electrode 10a.

燃料極10aに導入された燃料に含まれる水素及び一酸化炭素は、空気極10bから電解質膜10cを介して供給される酸素イオンと電気化学反応を起こし、それぞれ水、二酸化炭素を生成する。このとき同時に、電子が電極(外部回路側)に供給される。   Hydrogen and carbon monoxide contained in the fuel introduced into the fuel electrode 10a cause an electrochemical reaction with oxygen ions supplied from the air electrode 10b through the electrolyte membrane 10c, thereby generating water and carbon dioxide, respectively. At the same time, electrons are supplied to the electrode (external circuit side).

そして、燃料極10aを介して排出される排出ガスは循環ブロワ55で昇圧され、これの一部が上記循環経路を循環する。
このときの循環率は、燃料改質器58等での炭素析出抑制に必要な水蒸気及び二酸化炭素量を基に決定される。
And the exhaust gas discharged | emitted via the fuel electrode 10a is pressure | voltage-risen by the circulation blower 55, and a part of this circulates through the said circulation path.
The circulation rate at this time is determined based on the amount of steam and carbon dioxide necessary for suppressing carbon deposition in the fuel reformer 58 and the like.

余剰の排気ガスは、分岐バルブ56から燃焼器60に導入される。
燃焼器60は、燃料極10aからの排気ガス中の一酸化炭素、水素を、新たに導入する空気と混合して燃焼させ、高温の加熱ガスを生成する。
この加熱ガスは、改質器加熱熱交換器70に導入され、燃料改質器58及び改質ガスの加熱に利用される。
Excess exhaust gas is introduced into the combustor 60 from the branch valve 56.
The combustor 60 mixes and burns carbon monoxide and hydrogen in the exhaust gas from the fuel electrode 10a with newly introduced air to generate a high-temperature heating gas.
This heated gas is introduced into the reformer heating heat exchanger 70 and used for heating the fuel reformer 58 and the reformed gas.

このとき、燃料改質器58の温度は、改質反応に必要な所定の温度に維持する必要がある。
すなわち、燃料改質器58の温度は、改質器加熱熱交換器70から導入される熱量、燃料改質器58で進行する吸熱反応熱量、発熱反応熱量及び入口ガスが持つエンタルピーと熱容量から決まる。
At this time, the temperature of the fuel reformer 58 needs to be maintained at a predetermined temperature necessary for the reforming reaction.
That is, the temperature of the fuel reformer 58 is determined by the amount of heat introduced from the reformer heating heat exchanger 70, the endothermic reaction heat amount that proceeds in the fuel reformer 58, the exothermic reaction heat amount, and the enthalpy and heat capacity of the inlet gas. .

吸熱反応量が多く、燃料改質器58の温度が所定の温度に達しない場合、燃料ポンプ53を介して追加燃料を燃焼器60に導入し、加熱ガスのエンタルピーを増やす。これにより、改質器加熱熱交換器70から導入される熱量が増加し、燃料改質器58の温度を所定の温度に維持することができる。   When the endothermic reaction amount is large and the temperature of the fuel reformer 58 does not reach a predetermined temperature, additional fuel is introduced into the combustor 60 via the fuel pump 53 to increase the enthalpy of the heated gas. As a result, the amount of heat introduced from the reformer heating heat exchanger 70 increases, and the temperature of the fuel reformer 58 can be maintained at a predetermined temperature.

改質器加熱熱交換器70から排出された加熱ガスは、スタック加熱排気ガスと混合されて、カソード空気加熱器61に導入される。カソード空気加熱器61は上記混合ガスから空気極10bに送出される空気に熱を伝え、当該空気を昇温する。   The heated gas discharged from the reformer heating heat exchanger 70 is mixed with the stack heating exhaust gas and introduced into the cathode air heater 61. The cathode air heater 61 transfers heat from the mixed gas to the air sent to the air electrode 10b, and raises the temperature of the air.

<空気極側流路の概要>
空気ブロワ62から導入された空気は、前記カソード空気加熱器61により昇温されて、燃料電池10の空気極10bに導入される。空気極10bに導入された空気中に含まれる酸素は、空気極10bで電子と反応し、酸素イオンを生成する。電子は、空気極10bから外部負荷回路を介して供給される。
<Outline of air electrode side passage>
The air introduced from the air blower 62 is heated by the cathode air heater 61 and introduced into the air electrode 10 b of the fuel cell 10. Oxygen contained in the air introduced into the air electrode 10b reacts with electrons at the air electrode 10b to generate oxygen ions. Electrons are supplied from the air electrode 10b via an external load circuit.

空気極10bで生成した酸素イオンは、電解質10cを介して燃料極10aへ伝導する。このとき、セルスタック(燃料極10a及び空気極10b)53の温度は、燃料電池反応(アノード反応/カソード反応)に必要な所定の温度に維持する必要がある。燃料極10a及び空気極10bの温度は、それぞれの電極上で進行する反応熱量(電力として取り出されなかった排熱量)、導入される燃料/空気ガスが持つエンタルピー、及びその熱容量から決まる。
このとき、例えば燃料電池10の反応効率が高く、セルスタック53の温度が所定の温度に達しない場合、燃料ポンプ52、空気ブロワ63を介して追加燃料と空気を燃焼器59に導入して高温ガスを生成させ、この高温ガスをスタック加熱熱交換器54へ導入する。
Oxygen ions generated at the air electrode 10b are conducted to the fuel electrode 10a through the electrolyte 10c. At this time, the temperature of the cell stack (fuel electrode 10a and air electrode 10b) 53 needs to be maintained at a predetermined temperature required for the fuel cell reaction (anode reaction / cathode reaction). The temperatures of the fuel electrode 10a and the air electrode 10b are determined from the amount of reaction heat (the amount of exhaust heat not extracted as electric power) that travels on each electrode, the enthalpy of the introduced fuel / air gas, and its heat capacity.
At this time, for example, when the reaction efficiency of the fuel cell 10 is high and the temperature of the cell stack 53 does not reach a predetermined temperature, additional fuel and air are introduced into the combustor 59 via the fuel pump 52 and the air blower 63 to increase the temperature. Gas is generated and this hot gas is introduced into the stack heating heat exchanger 54.

スタック加熱熱交換器54から導入される熱は、セルスタック53内の固体熱伝導の効果により、燃料極/空気極の両極を加熱することができる。これにより、セルスタック53へ熱を供給し、セルスタック53を所定の温度に維持することができる。   The heat introduced from the stack heating heat exchanger 54 can heat both the fuel electrode / air electrode due to the effect of solid heat conduction in the cell stack 53. Thereby, heat can be supplied to the cell stack 53 and the cell stack 53 can be maintained at a predetermined temperature.

スタック加熱熱交換器54から排出された加熱ガスは、燃料改質器58から排出された排気ガスと混合されて、カソード空気加熱器61に導入される。カソード空気加熱器61は上記混合ガスからカソード空気に熱を伝え、空気極10bに送出する空気を昇温する。   The heated gas discharged from the stack heating heat exchanger 54 is mixed with the exhaust gas discharged from the fuel reformer 58 and introduced into the cathode air heater 61. The cathode air heater 61 transfers heat from the mixed gas to the cathode air, and raises the temperature of the air sent to the air electrode 10b.

次に、本燃料電池システムA4による発電を終了するときの動作について、図9を参照して説明する。図9は、本燃料電池システムA4による発電を終了するときの動作を示すフローチャートである。   Next, an operation when power generation by the fuel cell system A4 is terminated will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a flowchart showing an operation when power generation by the fuel cell system A4 is terminated.

ステップ1(図中「S1」と略記する。以下同様。):システム終了指令により、ステップ2に進む。
ステップ2:燃料電池10の予防動作を実行してステップ3に進む。
具体的には、断接器50を開駆動する。図7に示す遮断弁65,66を閉駆動して、燃料流路を閉鎖する。同時に循環ブロワ55を作動させ、還元ガスを燃料極10aに循環させる。これにより燃料極10aが還元される。
Step 1 (abbreviated as “S1” in the figure. The same applies hereinafter): The system proceeds to Step 2 in response to a system termination command.
Step 2: The preventive operation of the fuel cell 10 is executed and the process proceeds to Step 3.
Specifically, the breaker 50 is opened. The shutoff valves 65 and 66 shown in FIG. 7 are closed to close the fuel flow path. At the same time, the circulation blower 55 is operated to circulate the reducing gas to the fuel electrode 10a. As a result, the fuel electrode 10a is reduced.

ステップ3:予防動作の終了を判定する。例えば、メモリ32に記憶されている遮断開放時間を参照して、当該時間が経過しているか否かを判定することによる。ここで、遮断開放時間を超えていればステップ4に進み、そうでなければステップ2に戻る。
ステップ4:通常の停止制御を行う。
Step 3: Determine the end of the preventive operation. For example, by referring to the shut-off time stored in the memory 32, it is determined whether or not the time has elapsed. If the shut-off time has been exceeded, the process proceeds to step 4; otherwise, the process returns to step 2.
Step 4: Normal stop control is performed.

次に、燃料電池の他例について、図10を参照して説明する。図10(A)は、二つの燃料スタックを並列した構成を示すブロック図、同図(B)は、二つの燃料スタックを直列した構成を示すブロック図である。   Next, another example of the fuel cell will be described with reference to FIG. FIG. 10A is a block diagram showing a configuration in which two fuel stacks are arranged in parallel, and FIG. 10B is a block diagram showing a configuration in which two fuel stacks are connected in series.

第一の他例に係る燃料電池10Bは、二つのセルスタック80,81を択一的に切り替えるリレーボックス82を介して並列接続したものであり、また、その燃料電池10Bを燃料電池システムA2,3に用いた構成を想定している。   The fuel cell 10B according to the first other example is one in which two cell stacks 80, 81 are connected in parallel via a relay box 82 that selectively switches, and the fuel cell 10B is connected to the fuel cell system A2, 3 is assumed.

この構成にした場合、劣化予防判定手段31aは、メモリ32に記憶されている劣化予防判定基準情報に基づいて、いずれかの燃料電池80,81が劣化し始めるか否かを判定し、劣化予防手段31bは、劣化予防判定手段31aによって判定した燃料電池80(81)の劣化を予防する。   In this configuration, the deterioration prevention determination unit 31a determines whether one of the fuel cells 80, 81 starts to deteriorate based on the deterioration prevention determination reference information stored in the memory 32, and prevents deterioration. The means 31b prevents the deterioration of the fuel cell 80 (81) determined by the deterioration prevention determination means 31a.

具体的には、劣化を予防しようとする燃料電池80(81)を断接器42を介してバッテリ40に接続する。これにより、当該燃料電池80(81)の燃料極10aに還元電流が通電されて予防が行われる。
なお、全ての燃料電池が劣化すると判定したときには、その全ての燃料電池をバッテリ40に接続する。
Specifically, the fuel cell 80 (81) to be prevented from being deteriorated is connected to the battery 40 via the disconnector 42. Thus, a reduction current is applied to the fuel electrode 10a of the fuel cell 80 (81) to prevent it.
When it is determined that all the fuel cells are deteriorated, all the fuel cells are connected to the battery 40.

また、劣化回復判定手段31dは、メモリ32に記憶されている回復判定基準情報に基づいて、いずれかの燃料電池が既に劣化しているか否かを判定し、劣化回復手段31eは、劣化回復判定手段31dによって既に劣化していると判定した燃料電池80(81)の劣化を回復させるようにする。   Further, the deterioration recovery determination means 31d determines whether any of the fuel cells has already deteriorated based on the recovery determination reference information stored in the memory 32, and the deterioration recovery means 31e The deterioration of the fuel cell 80 (81) determined to have already deteriorated by the means 31d is recovered.

第二の他例に係る燃料電池10Cは、二つのセルスタック84,85を切替スイッチ86を介して直列にして接続したものであり、この燃料電池10Cを燃料電池システムA2,3に用いた構成を想定している。   A fuel cell 10C according to a second other example is obtained by connecting two cell stacks 84 and 85 in series via a changeover switch 86, and this fuel cell 10C is used in fuel cell systems A2 and A3. Is assumed.

この構成の場合、劣化予防判定手段31dは、メモリ32に記憶されている劣化判定基準情報に基づいて、いずれかのセルスタック84,85が劣化し始めるか否かを判定し、劣化予防手段31bは、劣化予防判定手段31aによって判定した燃料電池84(85)の劣化を予防する。   In the case of this configuration, the deterioration prevention determination unit 31d determines whether any of the cell stacks 84 and 85 starts to deteriorate based on the deterioration determination reference information stored in the memory 32, and the deterioration prevention unit 31b. Prevents deterioration of the fuel cell 84 (85) determined by the deterioration prevention determination means 31a.

具体的には、例えば燃料電池スタック85の劣化を予防する場合には、切替えスイッチ686によってセルスタック84を切り離す。また、セルスタック84の劣化を予防する場合には、切替えスイッチ86によってセルスタック85を切り離すようにしている。
これにより、当該セルスタック84(85)の燃料極(図示しない)に還元電流が通電されて予防が行われる。
Specifically, for example, when the deterioration of the fuel cell stack 85 is prevented, the cell stack 84 is disconnected by the changeover switch 686. In order to prevent the cell stack 84 from being deteriorated, the cell stack 85 is separated by the changeover switch 86.
As a result, a reduction current is applied to the fuel electrode (not shown) of the cell stack 84 (85) to prevent it.

また、劣化回復判定手段31dは、メモリ32に記憶されている回復判定基準情報に基づいて、いずれかのセルスタック84(85)が既に劣化しているか否かを判定し、劣化回復手段31は、劣化回復手段31eによって既に劣化していると判定したセルスタック84(85)の劣化を回復させるようにする。
なお、本例においては、セルスタックを二つ設けた構成のものについて説明したが、二つに限る趣旨ではなく、三つ以上であっても適用できることは勿論である。
Further, the deterioration recovery determining means 31d determines whether any of the cell stacks 84 (85) has already deteriorated based on the recovery determination reference information stored in the memory 32, and the deterioration recovery means 31 Then, the deterioration of the cell stack 84 (85) determined to be already deteriorated by the deterioration recovery means 31e is recovered.
In this example, a configuration in which two cell stacks are provided has been described. However, the present invention is not limited to two, and may be applied to three or more.

なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
・以上詳細に説明したが、いずれにしても、上記各実施形態において説明した各構成は、それら各実施形態にのみ適用することに限らず、一の実施形態において説明した構成を、他の実施形態に準用若しくは適用し、さらには、それを任意に組み合わせることができるものである。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the following modifications can be made.
Although described in detail above, in any case, each configuration described in each of the above embodiments is not limited to being applied only to each of the above embodiments, and the configuration described in one embodiment is not limited to other embodiments. It can be applied mutatis mutandis or applied to the form, and can be arbitrarily combined.

・上述した実施形態においては、セル加熱器の加熱源と、改質器加熱器の加熱源とを別体にした構成したものを例示したが、それらを同一の加熱源にするとともに、セル加熱器と改質器加熱器とに加熱ガスを分流する分流路を配設した構成してもよい。
また、加熱ガスに限るものではなく、セル加熱器、改質器加熱器ともに電気ヒータにし、加熱源としてバッテリを採用してもよい。
-In embodiment mentioned above, although what comprised the heating source of a cell heater and the heating source of the reformer heater was illustrated separately, while making them into the same heating source, cell heating A diversion channel for diverting the heating gas may be provided between the heater and the reformer heater.
Moreover, it is not restricted to heating gas, A cell heater and a reformer heater may be made into an electric heater, and a battery may be employ | adopted as a heating source.

本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 同上の燃料電池システムの一部をなすコントロールユニットの機能を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function of the control unit which makes a part of fuel cell system same as the above. 同上の燃料電池システムにおける予防動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the prevention operation | movement in a fuel cell system same as the above. 同上の燃料電池システムにおける回復動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows recovery operation | movement in a fuel cell system same as the above. 本発明の第二の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system which concerns on 2nd embodiment of this invention. 同上の燃料電池システムのコントローラユニットが有する機能を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function which the controller unit of a fuel cell system same as the above has. 他例に係る燃料電池の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell which concerns on another example. 第四の実施形態に係る燃料電池システムの一部をなすコントロールユニットが有する機能を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function which the control unit which makes a part of fuel cell system which concerns on 4th embodiment has. 同上の燃料電池システムによる発電を終了するときの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement when complete | finishing the electric power generation by a fuel cell system same as the above. (A)は、二つの燃料スタックを並列した構成を示すブロック図、同図(B)は、二つの燃料スタックを直列した構成を示すブロック図である。(A) is a block diagram showing a configuration in which two fuel stacks are arranged in parallel, and (B) is a block diagram showing a configuration in which two fuel stacks are connected in series.

符号の説明Explanation of symbols

10 固体酸化物型燃料電池
10c 電解質膜
10a 燃料極
10b 空気極
11 セル
15 外部負荷
20 第一の断接器
23〜25 出力測定器(電圧計、電流計、内部抵抗器)
31a 劣化予防判定手段
31b,31f,31g 劣化予防手段
31c 劣化回復判定手段
31d,31e,31h 劣化回復手段
31i セル加熱手段
31j 改質器加熱手段
32 メモリ
42 第二の断接器
40 電源
59,60 加熱源
70 改質器加熱器(改質器加熱熱交換器)
80,81,84,85 セルスタック
84 セル加熱器(スタック過熱熱交換器)
A1〜A4 燃料電池システム
10 Solid Oxide Fuel Cell 10c Electrolyte Membrane 10a Fuel Electrode 10b Air Electrode 11 Cell 15 External Load 20 First Disconnector 23-25 Output Measuring Device (Voltmeter, Ammeter, Internal Resistor)
31a Deterioration prevention determination means 31b, 31f, 31g Deterioration prevention means 31c Deterioration recovery determination means 31d, 31e, 31h Deterioration recovery means 31i Cell heating means 31j Reformer heating means 32 Memory 42 Second disconnector 40 Power supply 59, 60 Heating source 70 Reformer heater (reformer heating heat exchanger)
80, 81, 84, 85 Cell stack 84 Cell heater (stack overheat heat exchanger)
A1-A4 Fuel cell system

Claims (16)

電解質の両側に積層した燃料極と空気極とに、二種類の発電用ガスを互いに分離して流接させることによる発電を行う固体酸化物型燃料電池を有し、その固体酸化物型燃料電池に接続される外部負荷に電力を送給する燃料電池システムであって、
上記固体酸化物型燃料電池の劣化を予防するための予防判定基準情報に基づいて、その固体酸化物型燃料電池が劣化し始めるか否かを判定する劣化予防判定手段と、
劣化予防判定手段によって固体酸化物型燃料電池が劣化すると判定したときには、その固体酸化物型燃料電池の劣化を予防する劣化予防手段とを設けたことを特徴とする燃料電池システム。
A solid oxide fuel cell having a solid oxide fuel cell that generates power by separating and flowing two kinds of power generation gas between a fuel electrode and an air electrode laminated on both sides of an electrolyte. A fuel cell system for supplying power to an external load connected to
Deterioration prevention determination means for determining whether or not the solid oxide fuel cell starts to deteriorate based on prevention determination reference information for preventing deterioration of the solid oxide fuel cell;
A fuel cell system comprising: a deterioration preventing means for preventing deterioration of the solid oxide fuel cell when the deterioration preventing determining means determines that the solid oxide fuel cell is deteriorated.
予防判定基準情報を予め記憶したメモリが設けられており、
劣化予防判定手段は、メモリに記憶されている予防判定基準情報に基づいて、固体酸化物型燃料電池が劣化し始めるか否かを判定することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
There is a memory that pre-stores preventive criteria information,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the deterioration prevention determination means determines whether or not the solid oxide fuel cell starts to deteriorate based on the prevention determination reference information stored in the memory. .
予防判定基準情報は、固体酸化物型燃料電池の稼動時間であることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 2, wherein the preventive determination criterion information is an operation time of the solid oxide fuel cell. 固体酸化物型燃料電池の出力を測定する出力測定器が設けられており、
出力測定器によって取得した固体酸化物型燃料電池の出力を予防判定基準情報としていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
An output measuring device for measuring the output of the solid oxide fuel cell is provided,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the output of the solid oxide fuel cell acquired by the output measuring device is used as preventive determination reference information.
固体酸化物型燃料電池の内部抵抗を測定する内部抵抗測定器が設けられており、
内部抵抗測定器で取得した固体酸化物型燃料電池の内部抵抗を予防判定基準情報としていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
An internal resistance measuring device for measuring the internal resistance of the solid oxide fuel cell is provided,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the internal resistance of the solid oxide fuel cell acquired by the internal resistance measuring device is used as preventive determination reference information.
固体酸化物型燃料電池に対して外部負荷を断接する第一の断接器を設けているとともに、
劣化予防手段は、第一の断接器を介して固体酸化物型燃料電池から外部負荷を遮断開放することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
While providing a first disconnector for connecting and disconnecting an external load to the solid oxide fuel cell,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein the deterioration preventing means cuts off and opens an external load from the solid oxide fuel cell via the first disconnector.
既に劣化した固体酸化物型燃料電池を回復させるための基準となる回復判定基準情報に基づいて、固体酸化物型燃料電池が既に劣化しているか否かを判定する劣化回復判定手段と、
劣化回復判定手段によって固体酸化物型燃料電池が既に劣化していると判定したときには、その固体酸化物型燃料電池の劣化を回復する劣化回復手段とを有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
Degradation recovery determination means for determining whether or not the solid oxide fuel cell has already deteriorated based on recovery determination criterion information serving as a reference for recovering the already deteriorated solid oxide fuel cell;
7. A deterioration recovery means for recovering the deterioration of the solid oxide fuel cell when the deterioration recovery determination means determines that the solid oxide fuel cell has already deteriorated. The fuel cell system according to any one of the above.
回復判定基準情報がメモリに記憶されており、
劣化回復判定手段は、メモリに記憶されている回復判定基準情報に基づいて、固体酸化物型燃料電池が既に劣化しているか否かを判定することを特徴とする請求項7に記載の燃料電池システム。
Recovery criteria information is stored in memory,
8. The fuel cell according to claim 7, wherein the deterioration recovery determination means determines whether or not the solid oxide fuel cell has already deteriorated based on the recovery determination reference information stored in the memory. system.
固体酸化物型燃料電池の燃料極を還元するための電源と、その固体酸化物型燃料電池と電源とを断接するための第二の断接器を設けているとともに、
劣化予防手段は、第一の断接器を介して固体酸化物型燃料電池から外部負荷を遮断開放し、かつ、第二の断接器を介して電源を固体酸化物型燃料電池に接続することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
A power source for reducing the anode of the solid oxide fuel cell and a second disconnector for connecting and disconnecting the solid oxide fuel cell and the power source are provided.
The deterioration preventing means cuts and opens an external load from the solid oxide fuel cell via the first disconnector and connects the power source to the solid oxide fuel cell via the second disconnector. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 8, wherein
固体酸化物型燃料電池の燃料極を還元するための電源と、その固体酸化物型燃料電池と電源とを断接するための第二の断接器を設けているとともに、
劣化予防手段は、第一の断接器を介して固体酸化物型燃料電池に外部負荷を接続し、かつ、第二の断接器を介して電源を固体酸化物型燃料電池に接続することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
A power source for reducing the anode of the solid oxide fuel cell and a second disconnector for connecting and disconnecting the solid oxide fuel cell and the power source are provided.
The deterioration prevention means connects an external load to the solid oxide fuel cell via the first disconnector and connects the power source to the solid oxide fuel cell via the second disconnector. The fuel cell system according to claim 1, wherein:
固体酸化物型燃料電池の燃料極に、これを還元するための還元用ガスを送給する送給器が設けられており、
劣化予防手段は、第一の断接器を介して固体酸化物型燃料電池から外部負荷を遮断開放し、かつ、送給器を介して燃料極に還元用ガスを送給することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
The fuel electrode of the solid oxide fuel cell is provided with a feeder for feeding a reducing gas for reducing this,
The deterioration preventing means is characterized in that the external load is cut off from the solid oxide fuel cell via the first disconnector and the reducing gas is supplied to the fuel electrode via the feeder. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6.
固体酸化物型燃料電池は、電解質の両側に燃料極と空気極とを積層したセルを有しているとともに、そのセルを加熱するためのセル加熱器と、このセル加熱器の加熱源とを設けており、
劣化予防手段により固体酸化物型燃料電池の劣化を予防しているときに、加熱源によってセル加熱器を加熱させるセル加熱手段を有していることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
A solid oxide fuel cell has a cell in which a fuel electrode and an air electrode are stacked on both sides of an electrolyte, and includes a cell heater for heating the cell and a heating source for the cell heater. Provided,
The cell heating means for heating the cell heater by a heating source when the deterioration prevention means prevents the deterioration of the solid oxide fuel cell. 2. The fuel cell system according to item 1.
固体酸化物型燃料電池の燃料極に送給する原燃料を改質するための燃料改質器が設けられているとともに、その燃料改質器を加熱するための改質器加熱器と、この改質器加熱器の加熱源とを設けており、
劣化予防手段により、固体酸化物型燃料電池の劣化を予防しているときに、加熱源によって改質器加熱器を加熱させる改質器加熱手段を有していることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
A fuel reformer for reforming the raw fuel to be supplied to the anode of the solid oxide fuel cell is provided, and a reformer heater for heating the fuel reformer, and this A heating source for the reformer heater,
2. The reformer heating means for heating the reformer heater by a heating source when the deterioration prevention means prevents the deterioration of the solid oxide fuel cell. The fuel cell system according to any one of -12.
固体酸化物型燃料電池は、電解質の両側に燃料極と空気極とを積層したセルを積み重ねた複数のセルスタックを有しており、
劣化予防判定手段は、予防判定基準情報に基づいて、いずれかのセルスタックが劣化し始めるか否かを判定し、
劣化予防手段は、劣化予防判定手段によって判定したセルスタックの劣化の予防を行うことを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
The solid oxide fuel cell has a plurality of cell stacks in which cells on which fuel electrodes and air electrodes are stacked are stacked on both sides of an electrolyte.
The deterioration prevention determination means determines whether any cell stack starts to deteriorate based on the prevention determination reference information,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 13, wherein the deterioration prevention means prevents the deterioration of the cell stack determined by the deterioration prevention determination means.
劣化回復判定手段は、回復判定基準情報に基づいて、いずれかのセルスタックが既に劣化しているか否かを判定し、
劣化回復手段は、劣化回復判定手段によって既に劣化していると判定したセルスタックの劣化の回復を行うことを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
The degradation recovery determination means determines whether any cell stack has already deteriorated based on the recovery criterion information,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 14, wherein the deterioration recovery means recovers the deterioration of the cell stack determined to have already deteriorated by the deterioration recovery determination means.
電解質の両側に積層した燃料極と空気極とに、二種類の発電用ガスを互いに分離して流接させることによる発電を行う固体酸化物型燃料電池を有し、この固体酸化物型燃料電池に接続される外部負荷に電力を送給する燃料電池システムを用いた発電方法であって、
上記固体酸化物型燃料電池の劣化を予防するための予防判定基準情報に基づいて、その固体酸化物型燃料電池が劣化し始めるか否かを判定し、固体酸化物型燃料電池が劣化すると判定したときには、その固体酸化物型燃料電池の劣化を予防することを特徴とする燃料電池システムを用いた発電方法。
There is a solid oxide fuel cell that generates power by separating and flowing two kinds of power generation gas between a fuel electrode and an air electrode stacked on both sides of an electrolyte, and this solid oxide fuel cell A power generation method using a fuel cell system for supplying power to an external load connected to
Based on the preventive criteria information for preventing the deterioration of the solid oxide fuel cell, it is determined whether or not the solid oxide fuel cell starts to deteriorate, and the solid oxide fuel cell is determined to deteriorate A power generation method using a fuel cell system characterized by preventing deterioration of the solid oxide fuel cell.
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