JP2010146747A - Fuel cell system and power generation method using the same - Google Patents
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Abstract
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。
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
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
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
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
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
The
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
The
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
The
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 /
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
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
“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
In the following description, it is assumed that the preventive determination criterion information is the operating time (operating time) of the
Of course, only the output of the
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
“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
(1) A function of determining whether or not the
In the present embodiment, the operating time of the
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
(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
In the present embodiment, the
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
(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
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
In the present embodiment, the
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
Then, when it is determined by the opening time determination means 31 c that the predetermined breaking open time has elapsed, the
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
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
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
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
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
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
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
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
Specifically, by opening the
As a result, the
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
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
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
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
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 /
The
In FIG. 5, an
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
The
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 /
(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
As a result, a reduction current is applied to the
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
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
In the present embodiment, the
As a result, the
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
At this time, the DC /
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
Specifically, the
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
Further, the DC /
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 /
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 /
(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
Specifically, the
By closing the third connecting / disconnecting
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 /
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
(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
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
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
The
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
The mixer 57 has a function of selectively switching raw fuel, exhaust fuel gas or air supplied from the
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
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
These
The deterioration prevention means and the deterioration recovery means can connect the
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
The
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
The
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
Further, a
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
In this embodiment, the
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
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
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
The fuel pumps 52 and 53, the
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
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
In the present embodiment, the
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 /
(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
Specifically, the stack
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
(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
Thereby, it is possible to prevent the temperature of the fuel reformer 58 from decreasing when the
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
<Overview of fuel electrode side passage>
The fuel introduced from the
The
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
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
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
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
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
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
The
This heated gas is introduced into the reformer
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
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
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
<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
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
At this time, for example, when the reaction efficiency of the
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
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
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
Specifically, the
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
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
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
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
When it is determined that all the fuel cells are deteriorated, all the fuel cells are connected to the
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
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
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
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
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
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.
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
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
80, 81, 84, 85
A1-A4 Fuel cell system
Claims (16)
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.
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. .
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.
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.
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.
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.
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.
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
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:
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.
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.
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.
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.
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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