JP2012069383A - Fuel cell system and operational method thereof - Google Patents
Fuel cell system and operational method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012069383A JP2012069383A JP2010213287A JP2010213287A JP2012069383A JP 2012069383 A JP2012069383 A JP 2012069383A JP 2010213287 A JP2010213287 A JP 2010213287A JP 2010213287 A JP2010213287 A JP 2010213287A JP 2012069383 A JP2012069383 A JP 2012069383A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- exhaust gas
- combustion exhaust
- gas
- cathode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃料電池システム及びその運転方法に関し、特に低加湿条件の下で運転される高分子電解質形燃料電池の高分子電解質膜の劣化防止機構に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and an operating method thereof, and more particularly to a mechanism for preventing deterioration of a polymer electrolyte membrane of a polymer electrolyte fuel cell operated under a low humidification condition.
現在、高分子電解質形燃料電池と、高分子電解質形燃料電池のアノードに水分を含む燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、高分子電解質形燃料電池のカソードに水分を含む酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、を少なくとも備える燃料電池システムの実用化(例えば、電気自動車等の移動体用の発電システム、家庭用コジェネレーションシステムとしての実用化)に向けて、様々な検討がなされている。 Currently, a polymer electrolyte fuel cell, a fuel gas supply device that supplies fuel gas containing moisture to the anode of the polymer electrolyte fuel cell, and an oxidant gas containing moisture to the cathode of the polymer electrolyte fuel cell Various studies have been made for the practical application of a fuel cell system including at least an oxidant gas supply device (for example, a power generation system for a moving body such as an electric vehicle and a practical cogeneration system for home use). ing.
これらの検討の中で、燃料電池システムのエネルギー変換効率を十分に確保するための技術開発は重要な検討課題の1つであり、例えば、燃料ガスの露点をTdaとし、酸化剤ガスの露点をTdcとし、高分子電解質形燃料電池の温度をTcellとする場合、Tcell>TdaかつTcell>Tdcを満たす運転条件(以下、この運転条件を「低加湿条件」という)の下で運転させる燃料電池システムの運転方法、又は、これに基づき作動する燃料電池システムが、エネルギー変換効率を十分に確保可能な燃料電池システム及びその運転方法の1つとして提案されている。 Among these examinations, technological development for ensuring sufficient energy conversion efficiency of the fuel cell system is one of the important considerations. For example, the dew point of the fuel gas is set to Tda and the dew point of the oxidant gas is set. When Tdc is set and the temperature of the polymer electrolyte fuel cell is Tcell, the fuel cell system is operated under operating conditions satisfying Tcell> Tda and Tcell> Tdc (hereinafter, these operating conditions are referred to as “low humidification conditions”). The fuel cell system which operates based on this, or the fuel cell system which operates based on this, is proposed as one of the fuel cell system which can fully ensure energy conversion efficiency, and its operation method.
一方、燃料電池システムの運転方法としては、電気エネルギーや熱エネルギーを必要としない状態においては燃料電池システムを稼動させる必要がないため、通常、電気エネルギーや熱エネルギーが必要となった場合に燃料電池システムを起動し、電気エネルギーや熱エネルギーが不必要となった場合には燃料電池システムの運転を停止させる、起動停止型の運転方法が求められている。 On the other hand, as a method of operating the fuel cell system, it is not necessary to operate the fuel cell system in a state where no electric energy or thermal energy is required. There is a need for a start-stop type operating method that starts the system and stops the operation of the fuel cell system when electrical energy or thermal energy is no longer needed.
ところで、燃料電池システムでは、高分子電解質形燃料電池を起動及び停止させる際、高分子電解質形燃料電池の状態は閉回路状態から開回路状態に移行する。ここで、燃料電池システムが低加湿条件の下で運転される場合、その起動及び停止に伴い高分子電解質形燃料電池の状態が閉回路状態から開回路状態に移行すると、高分子電解質膜の劣化が著しく進行する。その結果、このような燃料電池システムでは、その高分子電解質膜の劣化に起因して、高分子電解質膜の分解物であるフッ化物イオンが高分子電解質形燃料電池のアノード及びカソードから排出される。 By the way, in the fuel cell system, when starting and stopping the polymer electrolyte fuel cell, the state of the polymer electrolyte fuel cell shifts from the closed circuit state to the open circuit state. Here, when the fuel cell system is operated under a low humidification condition, the polymer electrolyte membrane deteriorates when the state of the polymer electrolyte fuel cell shifts from the closed circuit state to the open circuit state with the start and stop of the fuel cell system. Progresses significantly. As a result, in such a fuel cell system, due to deterioration of the polymer electrolyte membrane, fluoride ions, which are decomposition products of the polymer electrolyte membrane, are discharged from the anode and cathode of the polymer electrolyte fuel cell. .
そこで、この問題を解決するために、燃料電池システムが低加湿条件の下で発電運転されている状態からその発電運転を停止させる際に、燃料ガスあるいは酸化剤ガスの露点を制御して、高分子電解質形燃料電池の温度と燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方の露点とを一致させ、その後、高分子電解質形燃料電池と負荷との電気的な接続を切断することにより、高分子電解質膜中の含水量を制御し、これにより、発電運転の停止時の低加湿状態を回避して高分子電解質膜の劣化を防止する燃料電池システム及びその運転方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in order to solve this problem, when the power generation operation is stopped from a state where the fuel cell system is operating under low humidification conditions, the dew point of the fuel gas or oxidant gas is controlled to The polymer electrolyte membrane is made by matching the temperature of the molecular electrolyte fuel cell with the dew point of at least one of the fuel gas and the oxidant gas, and then disconnecting the electrical connection between the polymer electrolyte fuel cell and the load. There has been proposed a fuel cell system and a method for operating the same that control the moisture content in the inside, thereby avoiding a low humidified state when the power generation operation is stopped and preventing deterioration of the polymer electrolyte membrane (for example, Patent Documents) 1).
しかしながら、上記の従来技術では、燃料電池システム停止時における運転方法が提案されているものの、起動時に関しては不十分である。燃料電池システム起動時においては、スタックの転極を防ぐため、必ず燃料ガス及び酸化剤ガスの供給後に外部回路と接続しなければならない。この場合、外部回路との接続前に必ず開回路状態になるため、高分子電解質膜が劣化しやすい低加湿条件の下での開回路状態を防ぐことは難しい。 However, in the above-described conventional technology, although an operation method at the time of stopping the fuel cell system has been proposed, it is insufficient at the time of startup. When starting the fuel cell system, it must be connected to an external circuit after supplying the fuel gas and the oxidant gas in order to prevent the stack from reversing. In this case, since the open circuit state is surely established before connection with the external circuit, it is difficult to prevent the open circuit state under low humidification conditions in which the polymer electrolyte membrane is likely to deteriorate.
特に、燃料電池システムの異常停止後の再起動時においては、低加湿条件の下で運転している燃料電池の温度を急激に低下させることが困難であり、通常起動時よりさらに低加湿条件の下での開回路状態になりやすく、高分子電解質膜の劣化を抑制するのは困難である。 In particular, at the time of restart after an abnormal stop of the fuel cell system, it is difficult to rapidly reduce the temperature of the fuel cell operating under low humidification conditions. It is difficult to suppress deterioration of the polymer electrolyte membrane because it tends to be in an open circuit state below.
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成により低加湿条件の下で運転される高分子電解質形燃料電池の高分子電解質膜の劣化を防止可能な燃料電池システム及びその運転方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and is a fuel capable of preventing deterioration of a polymer electrolyte membrane of a polymer electrolyte fuel cell operated under a low humidification condition with a simple configuration. It aims at providing a battery system and its operating method.
本発明者らは、上記目的を達成するべく鋭意研究を重ねた結果、燃料電池の起動時に、バーナで燃焼用燃料料ガスを燃焼させて改質反応に必要な熱を供給する際に生成される燃焼排ガスを燃料電池カソードに供給することが好適であることを見出し、本発明を想到するに至った。 As a result of intensive research to achieve the above object, the inventors of the present invention are generated when fuel gas for combustion is burned with a burner to supply heat necessary for the reforming reaction when the fuel cell is started. The present inventors have found that it is preferable to supply the combustion exhaust gas to the fuel cell cathode.
そこで、本発明のある形態(aspect)に係る燃料電池システムは、アノードに供給される水素含有ガスとカソードに供給される酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電する高分子電解質形の燃料電池と、原料ガスを水蒸気改質反応させて水素含有ガスを生成し、該生成した水素含有ガスを前記燃料電池のアノードに供給する水素生成器と、前記酸化剤ガスを前記燃料電池のカソードに供給する酸化剤ガス供給装置と、燃焼用燃料ガスを燃焼用空気により燃焼させて水を含んだ燃焼排ガスを生成し、かつ前記燃焼により前記水素生成器に前記水蒸気改質反応に必要な熱を供給するバーナと、燃料電池システムの起動動作時に、前記バーナで生成された燃焼排ガスを前記燃料電池のカソードに供給するよう構成された燃焼排ガス供給機構と、を備える。 Accordingly, a fuel cell system according to an aspect of the present invention is a polymer electrolyte fuel cell that generates power using a hydrogen-containing gas supplied to an anode and an oxidant gas containing oxygen supplied to a cathode. And a hydrogen generator for generating a hydrogen-containing gas by subjecting the raw material gas to a steam reforming reaction, and supplying the generated hydrogen-containing gas to the anode of the fuel cell; and supplying the oxidizing gas to the cathode of the fuel cell An oxidant gas supply device that burns combustion fuel gas with combustion air to produce combustion exhaust gas containing water, and supplies the hydrogen generator with heat necessary for the steam reforming reaction by the combustion And a combustion exhaust gas supply mechanism configured to supply the combustion exhaust gas generated by the burner to the cathode of the fuel cell at the start-up operation of the fuel cell system.
この構成によれば、燃料電池システムの起動動作時に、燃焼排ガス供給機構によって、バーナで生成され水を含んだ燃焼排ガスが燃料電池のカソードに供給されるので、当該燃焼排ガスの水により高分子電解質膜が潤され、当該高分子電解質膜の含水量が相対的に上昇する。このため、簡易な構成により低加湿条件の下で運転される高分子電解質形燃料電池の高分子電解質膜の劣化を防止することができる。 According to this configuration, during the start-up operation of the fuel cell system, the combustion exhaust gas supply mechanism supplies the combustion exhaust gas containing water generated by the burner to the cathode of the fuel cell. The membrane is moistened and the water content of the polymer electrolyte membrane is relatively increased. For this reason, deterioration of the polymer electrolyte membrane of the polymer electrolyte fuel cell operated under low humidification conditions can be prevented with a simple configuration.
前記燃焼排ガス供給機構が、前記酸化剤ガス供給器からの酸化剤ガスと前記バーナで生成された前記燃焼排ガスとを選択的に前記燃料電池のカソードに供給するよう構成されており、前記燃焼排ガス供給機構は、燃料電池システムの起動動作時に、前記バーナで生成された前記燃焼排ガスを前記燃料電池のカソードに供給し、その後、前記酸化剤ガス供給器からの前記酸化剤ガスを前記燃料電池のカソードに供給するよう構成されていてもよい。 The combustion exhaust gas supply mechanism is configured to selectively supply the oxidant gas from the oxidant gas supplier and the combustion exhaust gas generated by the burner to the cathode of the fuel cell, and the combustion exhaust gas The supply mechanism supplies the combustion exhaust gas generated by the burner to the cathode of the fuel cell during the start-up operation of the fuel cell system, and then supplies the oxidant gas from the oxidant gas supplier to the fuel cell. You may be comprised so that it may supply to a cathode.
前記燃料電池システムの起動動作時に、前記燃料ガス供給装置が前記水素含有ガスを前記燃料電池アノードに供給した後、前記燃焼排ガス供給機構が前記バーナで生成された前記燃焼排ガスを燃料電池カソードに供給し、その後、前記酸化剤ガス供給器が前記酸化剤ガスを前記燃料電池のカソードに供給するよう構成されていてもよい。 During the start-up operation of the fuel cell system, after the fuel gas supply device supplies the hydrogen-containing gas to the fuel cell anode, the combustion exhaust gas supply mechanism supplies the combustion exhaust gas generated by the burner to the fuel cell cathode. Then, the oxidant gas supply unit may be configured to supply the oxidant gas to the cathode of the fuel cell.
この構成によれば、燃料電池のカソードに酸化剤ガスが供給される前に、燃料電池のアノードに水素含有ガスが供給されるので、高分子電解質膜を透過してアノードに酸化剤ガスが混入することによるアノードの電位上昇を防ぐことができる。その結果、アノードの触媒の劣化を抑制することができる。 According to this configuration, since the hydrogen-containing gas is supplied to the anode of the fuel cell before the oxidant gas is supplied to the cathode of the fuel cell, the oxidant gas is mixed into the anode through the polymer electrolyte membrane. As a result, an increase in potential of the anode can be prevented. As a result, deterioration of the anode catalyst can be suppressed.
前記燃焼排ガス供給機構によって前記バーナから前記燃料電池のカソードに供給される燃焼排ガスの経路に設けられ、該燃焼排ガスに熱を放出させる放熱器をさらに備えてもよい。 There may be further provided a radiator provided in the path of the combustion exhaust gas supplied from the burner to the cathode of the fuel cell by the combustion exhaust gas supply mechanism and releasing heat to the combustion exhaust gas.
この構成によれば、放熱器で降温されて相対湿度が上昇した燃焼排ガスがカソードに供給されるので、より好適に高分子電解質膜を潤しかつその劣化を防止することができる。 According to this configuration, the combustion exhaust gas whose temperature has been lowered by the radiator and increased in relative humidity is supplied to the cathode, so that the polymer electrolyte membrane can be more suitably moistened and its deterioration can be prevented.
前記燃焼排ガス供給機構によって前記バーナから前記燃料電池のカソードに供給される燃焼排ガスの経路に設けられ、該燃焼排ガス中のCO又はNOxを酸化させるよう該燃焼排ガスを触媒燃焼させる触媒燃焼器をさらに備えてもよい。 Wherein provided from the burner by the combustion exhaust gas supply mechanism in the path of the flue gas supplied to the cathode of the fuel cell, a catalytic combustor which catalytic combustion of the flue gas so as to oxidize CO or NO x in the combustion in the exhaust gas Further, it may be provided.
この構成によれば、触媒燃焼器によりその含有するCO又はNOxが酸化されて除去された燃焼排ガスが燃料電池のカソードに供給されるので、カソードの触媒のCO又はNOxによる被毒を防止することができる。 According to this configuration, since the combustion exhaust gas in which CO or NO x contained therein is oxidized and removed by the catalytic combustor is supplied to the cathode of the fuel cell, poisoning of the cathode catalyst by CO or NO x is prevented. can do.
また、本発明の他の形態(aspect)に係る燃料電池システムの運転方法は、アノードに供給される水素含有ガスとカソードに供給される酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電する高分子電解質形の燃料電池と、原料ガスを水蒸気改質反応させて水素含有ガスを生成し、該生成した水素含有ガスを前記燃料電池のアノードに供給する水素生成器と、前記酸化剤ガスを前記燃料電池のカソードに供給する酸化剤ガス供給装置と、燃焼用燃料ガスを燃焼用空気により燃焼させて水を含んだ燃焼排ガスを生成し、かつ前記燃焼により前記水素生成器に前記水蒸気改質反応に必要な熱を供給するバーナと、前記バーナで生成された燃焼排ガスを前記燃料電池のカソードに供給する燃焼排ガス供給機構と、を備えた燃料電池システムの運転方法であって、燃料電池システムの起動動作時に、前記燃焼排ガス供給機構を用いて、前記バーナで生成された前記燃焼排ガスを前記燃料電池のカソードに供給する。 Also, a method for operating a fuel cell system according to another aspect of the present invention includes a polymer electrolyte that generates power using a hydrogen-containing gas supplied to an anode and an oxidant gas containing oxygen supplied to a cathode. -Type fuel cell, a hydrogen generator for generating a hydrogen-containing gas by subjecting a raw material gas to a steam reforming reaction, and supplying the generated hydrogen-containing gas to the anode of the fuel cell; and the oxidant gas for the fuel cell An oxidant gas supply device for supplying to the cathode of the combustion chamber, combustion fuel gas is combusted with combustion air to generate combustion exhaust gas containing water, and the hydrogen generator is required for the steam reforming reaction by the combustion And a combustion exhaust gas supply mechanism for supplying combustion exhaust gas generated by the burner to a cathode of the fuel cell. During the start-up operation of the pond system, with the combustion exhaust gas supply mechanism to supply the combustion exhaust gas generated by the burner to the cathode of the fuel cell.
この構成によれば、上述のように、簡易な構成により低加湿条件の下で運転される高分子電解質形燃料電池の高分子電解質膜の劣化を防止することができる。 According to this configuration, as described above, it is possible to prevent deterioration of the polymer electrolyte membrane of the polymer electrolyte fuel cell operated under a low humidification condition with a simple configuration.
本発明によれば、燃料電池システム及びその運転方法において、簡易な構成により低加湿条件の下で運転される高分子電解質形燃料電池の高分子電解質膜の劣化を防止することができる。 According to the present invention, in the fuel cell system and the operation method thereof, it is possible to prevent deterioration of the polymer electrolyte membrane of the polymer electrolyte fuel cell operated under a low humidification condition with a simple configuration.
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付してその重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference symbols throughout the drawings, and redundant description thereof is omitted.
(実施の形態1)
[構成]
図1は本発明の実施の形態1に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
(Embodiment 1)
[Constitution]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the fuel cell system according to
図1に示すように、本実施の形態1の燃料電池システム101Aは、燃料電池1と、水素生成器2と、酸化剤ガス供給装置3と、バーナ4と、燃焼排ガス供給機構5と、を備える(comprise)。また、燃料電池1は低加湿条件の下で運転される。
As shown in FIG. 1, the
<一般的な要素>
燃料電池1は高分子電解質形燃料電池で構成されている。燃料電池1を構成する高分子電解質形燃料電池は、燃料ガスとしての水素含有ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電するものであればよい。このような高分子電解質形燃料電池は周知であるので、その詳しい説明を省略し、本発明と関連する事項のみ説明する。燃料電池1はアノード1aとカソード1bとこれらの間に挟まれた高分子電解質膜(図示せず)とを含むMEA(membrane-electrode assembly)を備えるセルが複数積層されて構成されている。このような燃料電池1には、アノード1aに水素含有ガスを導く内部燃料ガス経路11とカソード1bに酸化剤ガスを導く内部酸化剤ガス経路12とが形成されている。内部燃料ガス経路11の下流端には燃料ガス排出ライン8が接続され、内部酸化剤ガス経路12の下流端には酸化剤ガス排出ライン9が接続されている。燃料電池1は、外部から内部燃料ガス経路11を通じてアノード1aに供給される水素含有ガスと外部から内部酸化剤ガス経路12を通じてカソード1bに供給される酸素を含む酸化剤ガスとを用いて発電する。発電に用いられなかった未消費の水素含有ガス(オフガス)は、内部燃料ガス経路11を通じて燃料ガス排出ライン8に排出される。また、発電に用いられなかった未消費の酸化剤ガスは、内部酸化剤ガス経路12を通じて酸化剤ガス排出ライン9に排出される。
<General elements>
The
内部燃料ガス経路11の上流端には燃料ガス供給ライン6が接続され、燃料ガス供給ライン6の上流端に、水素生成器2が接続されている。水素生成器2は周知のもので構成することができる。水素生成器2は、外部から供給される原料ガスを外部から供給される水と水蒸気改質反応させて水素含有ガスを生成し、この生成した水素含有ガスを上述のように燃料ガスとして燃料電池1のアノード1aに供給する。原料ガスとして、インフラストラクチャーから供給される天然ガス、天然ガスを主成分とする都市ガス、LPG(liquefied petroleum gas)等、あるいは、ボンベに充填されたプロパンガスやブタンガス等の炭化水素系のガスを用いることができる。
A fuel
水素生成器2は、バーナ4によって加熱されるように構成されている。バーナ4は、周知のもので構成することができる。バーナ4は、燃焼用燃料ガスを燃焼用空気により燃焼させて水を含んだ露点の高い燃焼排ガスを生成し、かつこの燃焼により水素生成器2に水蒸気改質反応に必要な熱を供給する。燃焼排ガスは燃焼排ガスライン10を通じて大気に排出される。燃焼用燃料ガスは燃焼用空気で燃焼させることによって水を含む燃焼排ガスを生成するものであればよい。燃焼用燃料ガスとして、一般的には、原料ガス及び/又はオフガスが用いられる。もちろん、燃焼用燃料ガスとして、専用の燃料ガスを用いてもよい。
The hydrogen generator 2 is configured to be heated by the
また、燃料電池1の内部酸化剤ガス経路12の上流端には酸化剤ガス供給ライン7が接続されている。酸化剤ガス供給ライン7の上流端に酸化剤ガス供給装置3が接続されている。酸化剤ガス供給装置3は、例えば、シロッコファン等の送風機で構成され、酸化剤ガスとしての空気を上述のように酸化剤ガス供給ライン7及び内部酸化剤ガス経路12を通じて燃料電池1のカソード1bに供給する。
An oxidant gas supply line 7 is connected to the upstream end of the internal
<燃焼排ガス供給機構5>
燃焼排ガス供給機構5は、本実施の形態1の燃料電池システム101Aを特徴付ける要素である。燃焼排ガス供給機構5は、燃料電池システム101Aの起動動作時に、バーナ4で生成された燃焼排ガスを燃料電池1のカソード1bに供給するよう構成されている。本実施の形態1では、燃焼排ガス供給機構5は、例えば、燃焼排ガスライン10と酸化剤ガス供給ライン7とを接続する燃焼排ガス分岐ライン5aと、燃焼排ガス分岐ライン5aに設けられた第1開閉弁5bと、酸化剤ガス供給ライン7の燃焼排ガス分岐ライン5aと当該酸化剤ガス供給ライン7との接続点より上流の部分に設けられた第2開閉弁5cとを備える。そして、第1開閉弁5b及び第2開閉弁5cが、後述するように、制御器21により制御されて、燃料電池システム101Aの起動動作時に、バーナ4で生成された燃焼排ガスを燃料電池1のカソード1bに供給するよう動作する。なお、燃焼排ガス供給機構5の構成は種々考えられ、この構成には限定されない。燃焼排ガス供給機構5の他の構成例を、実施の形態2で説明する。
<Combustion exhaust
The combustion exhaust
<制御器21>
制御器21は、燃料電池システム101Aの全体の動作を制御する。制御器21には、所定のセンサ及び入力装置等から必要なデータが入力され、制御器21はこれらの入力データを適宜処理し、所定の要素(水素生成器2、酸化剤ガス供給装置3、バーナ4、燃焼排ガス供給機構5等)に制御信号を出力してこれらを制御する。制御器21は、制御機能を有するものであればよい。制御器21は、例えば、マイクロコントローラ、MPU、PLC(Programmable Logic Controller)、論理回路等で構成することができる。また、制御器21は、集中制御する単独の制御器によって構成されていてもよく、互いに協働して分散制御する複数の制御器によって構成されていてもよい。例えば、制御器21は燃焼排ガス供給機構5の第1開閉弁5b及び第2開閉弁5cのみを制御し、燃料電池システム101Aの他の要素を他の制御器が制御するよう構成してもよい。
<
The
[動作]
次に、以上のように構成された燃料電池システム101Aの動作(燃料電池システム101Aの運転方法)を説明する。燃料電池システム101Aは、発電運転をする発電動作と、制御器21以外の要素が停止している停止状態(待機動作)と、燃料電池システム101Aを停止状態から発電動作に移行させる起動動作と、燃料電池システム101Aを発電動作から停止状態に移行させる停止動作との4つの動作モードを有する。起動動作とは、具体的には、制御器21が起動信号を出力してから燃料電池1が発電を開始する直前までの期間をいう。
[Operation]
Next, an operation of the
図2は図1の燃料電池システムの起動動作を示すフローチャートである。以下の動作は制御器21の制御により遂行される。また、停止状態では、第1開閉弁5b及び第2開閉弁5cは共に閉止されている。
FIG. 2 is a flowchart showing the start-up operation of the fuel cell system of FIG. The following operations are performed under the control of the
図2に示すように、起動動作が開始されると、水素生成器2が暖機される(ステップS1)。具体的には、バーナ4に燃焼用空気及び燃焼用燃料ガスが供給されるとともにバーナ4が点火される。これにより、バーナ4で燃焼用燃料ガスが燃焼用空気で燃焼されて露点の高い燃焼排ガスが生成される。この燃焼排ガスは燃焼排ガスライン10を通じて大気に排出される。また、バーナ4における燃焼により水素生成器2が加熱されて暖められる。なお、これに合わせて燃料電池1も適宜暖機される。
As shown in FIG. 2, when the start-up operation is started, the hydrogen generator 2 is warmed up (step S1). Specifically, combustion air and combustion fuel gas are supplied to the
水素生成器2の暖機が完了すると、燃料電池1のカソード1bへ燃焼排ガスが供給される(ステップS2)。具体的には、第2開閉弁5cが閉止されたまま第1開閉弁5bが開放される。すると、バーナ4で生成された燃焼排ガスが燃焼排ガスライン10と燃焼排ガス分岐ライン5aと酸化剤ガス供給ライン7とを通って燃料電池1のカソード1bに供給される。これにより、露点の高い燃焼排ガスに含まれる水によって高分子電解質膜が潤され、当該高分子電解質膜の含水量が上昇する。なお、水素生成器2の暖機が完了したか否かは、例えば、水素生成器2の温度をモニタすることにより、あるいは暖機開始からの経過時間を計測すること等により判定される。
When the warm-up of the hydrogen generator 2 is completed, combustion exhaust gas is supplied to the
次に、燃料電池1のアノード1aに水素含有ガスが供給される(ステップS3)。具体的には、水素生成器2に原料ガス及び水が供給されて、水蒸気改質反応により水素含有ガスが生成され、この生成された水素含有ガスが燃料ガス供給ライン6を通って燃料電池1のアノード1aに供給される。なお、水素含有ガスは水蒸気改質反応に用いられなかった水を適宜含んでいる。
Next, a hydrogen-containing gas is supplied to the
次に、燃料電池1のカソード1bに酸化剤ガスが供給される(ステップS4)。具体的には、第2開閉弁5cが開放されるとともに酸化剤ガス供給装置3が起動され、酸化剤ガスとしての空気が、酸化剤ガス供給ライン7を通ってその途中で燃焼排ガスと混合されて燃料電池1のカソード1bに供給される。これにより、燃料電池1は開回路状態となるが、露点の高い燃焼排ガス中の水により高分子電解質膜の含水量が相対的に上昇しているので、当該高分子電解質膜の劣化が抑制される。
Next, an oxidant gas is supplied to the
次に、発電が開始される(ステップS5)。具体的には、燃料電池1が外部回路(負荷)に接続され、それにより、燃料電池1が発電を開始する。これにより、燃料電池システム101Aが発電動作に移行し、起動動作が完了する。なお、この後、燃料電池システム101Aは、制御器21から停止信号が出力されると、停止動作を経て停止状態に移行する。
Next, power generation is started (step S5). Specifically, the
ここで、燃焼排ガスのカソード1bへの供給期間は、燃料電池1が開回路状態にある間、高分子電解質膜の劣化を防止できる程度に当該高分子電解質膜を潤すことができる期間であればよい。従って、高分子電解質膜の劣化を防止できる限り、燃焼排ガスのカソード1bへの供給を任意のタイミングで停止することができる。例えば、燃焼排ガスのカソード1bへの供給を、酸化剤ガスのカソード1bへの供給の前、それと同時、及びその後のいずれのタイミングで停止してもよい。また、発電動作において、燃焼排ガスのカソード1bへの供給を継続してもよい。
Here, the supply period of the combustion exhaust gas to the
以上に説明したような本実施の形態1に燃料電池システム及びその運転方法によれば、燃焼排ガス供給機構5を設けるという簡易な構成により、低加湿条件の下で運転される高分子電解質形の燃料電池1の高分子電解質膜の劣化を防止することができる。
According to the fuel cell system and the operation method thereof according to the first embodiment as described above, the polymer electrolyte type operated under low humidification conditions with a simple configuration in which the combustion exhaust
(実施の形態2)
図3は本発明の実施の形態2に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。図4は図3の燃料電池システムの起動動作を示すフローチャートである。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a block diagram schematically showing the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 4 is a flowchart showing the starting operation of the fuel cell system of FIG.
図3に示すように、本実施の形態2の燃料電池システム101Bは、燃焼排ガス供給機構5の構成が実施の形態1の燃料電池システム101Aと異なり、その他は実施の形態1の燃料電池システム101Aと同じである。
As shown in FIG. 3, the
本実施の形態2の燃料電池システム101Bにおける燃焼排ガス供給機構5は、燃焼排ガス分岐ライン5aと三方弁5dとを備える。三方弁5dは、燃焼排ガス分岐ライン5aと酸化剤ガス供給ライン7との接続点に設けられていて、制御器21の制御により、酸化剤ガス供給ライン7の三方弁5dより上流の部分と燃焼排ガス分岐ライン5aとを、酸化剤ガス供給ライン7の三方弁5dより下流側の部分に選択的に接続する。これにより、酸化剤ガス供給装置3からの酸化剤ガスとバーナ4で生成された燃焼排ガスとが選択的に燃料電池1のカソード1bに供給される。
The combustion exhaust
図4に示すように、このように構成された燃料電池システム101Bの動作(運転方法)は、実施の形態1の燃料電池システム101Aの動作におけるステップS4がステップS6に置き換えられている点以外は、実施の形態1の燃料電池システム101Aの動作と同じである。ステップS6では、燃料電池1のカソード1bへ酸化剤ガスが供給されると同時に燃料電池1のカソード1bへの燃焼排ガスの供給が停止される。
As shown in FIG. 4, the operation (operating method) of the
このような、本実施の形態2の燃料電池システム101Bによれば、実施の形態1と同様の効果が得られ、かつ燃焼排ガス供給機構5の構成をより簡素化することができる。
According to the
(実施の形態3)
図5は本発明の実施の形態3に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。図6は図5の燃料電池システムの起動動作を示すフローチャートである。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a block diagram schematically showing the configuration of the fuel cell system according to
図5に示すように、本実施の形態3の燃料電池システム101Cは、バーナ4へ燃焼用燃料ガスの供給する構成が具体的に特定されている点が実施の形態1の燃料電池システム101Aと異なり、その他は実施の形態1の燃料電池システム101Aと同じである。
As shown in FIG. 5, the fuel cell system 101C of the third embodiment is different from the
本実施の形態3の燃料電池システム101Bにおいては、燃料ガス排出ライン8がバーナ4の燃焼用燃料ガス入り口(図示せず)に接続されている。また、燃料ガス供給ライン6と燃料ガス排出ライン8とを接続する燃料ガスバイパスライン31が設けられ、この燃料ガスバイパスライン31と燃料ガス排出ライン8との接続点に三方弁32が設けられている。三方弁32は、制御器21の制御により、燃料ガス供給ライン6の三方弁32より上流の部分を、燃料ガス供給ライン6の三方弁32より下流の部分と燃料ガスバイパスライン31とに選択的に接続する。これにより、水素生成器2で生成された水素含有ガスが、バーナ4と燃料電池1のアノード1aとに選択的に供給される。
In the
次にこのように構成された燃料電池システム101Cの動作(運転方法)を説明する。 Next, the operation (operation method) of the fuel cell system 101C configured as described above will be described.
図6に示すように、起動動作が開始されると、水素生成器2が暖機される(ステップS11)。水素生成器2の暖機方法は基本的に実施の形態1と同じである。但し、本実施の形態3では、三方弁32が、燃料ガス供給ライン6の三方弁32より上流の部分を燃料ガスバイパスライン31に接続するよう制御され、それにより水素生成器2で生成された水素含有ガスが燃焼用燃料ガスとしてバーナ4に供給される。バーナ4は、この水素含有ガスを燃焼させて水素生成器2を暖機する。
As shown in FIG. 6, when the start-up operation is started, the hydrogen generator 2 is warmed up (step S11). The method for warming up the hydrogen generator 2 is basically the same as in the first embodiment. However, in the third embodiment, the three-
水素生成器2の暖機が完了すると、燃料電池1のアノード1aへ水素含有ガスが供給される(ステップS12)。具体的には、三方弁32が、燃料ガス供給ライン6の三方弁32より上流の部分を燃料ガス供給ライン6の三方弁32より下流の部分に接続するよう制御され。これにより、水素生成器2で生成された水素含有ガスが燃料電池1のアノード1aに供給される。また、燃料電池1で消費されなかった水素含有ガス(オフガス)が燃焼用燃料ガスとして燃料ガス排出ライン8を通ってバーナ4に供給され、当該バーナ4により燃焼させられる。
When the warm-up of the hydrogen generator 2 is completed, a hydrogen-containing gas is supplied to the
次に、燃料電池1のカソード1bに燃焼排ガスが供給され(ステップS13)、その後、燃料電池1のカソード1bに酸化剤ガスが供給される(ステップS14)、その後、発電が開始される(ステップS15)。これらステップにおける具体的な動作は、実施の形態1と同じであるので、その説明を省略する。
Next, combustion exhaust gas is supplied to the
このような、本実施の形態3の燃料電池システム101Cによれば、実施の形態1と同様の効果が得られる。また、燃料電池1のカソード1bに酸化剤ガスが供給される前に、アノード1aに水素含有ガスが供給されるので、高分子電解質膜を透過してアノード1aに酸化剤ガスが混入することによるアノード1aの電位上昇を防ぐことができ、アノード1aの触媒の劣化を抑制することができる。また、アノード1aに水素含有ガスを供給してから、カソード1bに酸化剤ガスとして空気を供給することになるので、アノード1aに空気が残っていた場合でも転極することがなく、アノード1a及びカソード1bの触媒層の耐久性を十分に確保することが可能となる。
According to the fuel cell system 101C of the third embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, since the hydrogen-containing gas is supplied to the
なお、燃料電池システム101Cの起動から所定時間、原料ガスをバーナ4に供給するよう構成してもよい。
In addition, you may comprise so that raw material gas may be supplied to the
(実施の形態4)
図7は本発明の実施の形態4に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
(Embodiment 4)
FIG. 7 is a block diagram schematically showing the configuration of the fuel cell system according to
図7に示すように、本実施の形態4の燃料電池システム101Dは、燃焼排ガスライン10の当該燃焼排ガスライン10と燃焼排ガス分岐ライン5aとの接続点より上流の部分に放熱器33が設けられている点が実施の形態1の燃料電池システム101Aと異なり、その他は実施の形態1の燃料電池システム101Aと同じである。
As shown in FIG. 7, in the fuel cell system 101D of the fourth embodiment, a
放熱器33は、燃焼排ガスライン10を流れる燃焼排ガスを放熱させるよう構成されている。具体的には、例えば、表面にフィンを有し内部を燃焼排ガスが流れる管路とこの管路の表面に送風してこれを冷却する風冷却ファンとによって構成することができる。また、例えば、燃焼排ガスを冷却流体と熱交換させて冷却する熱交換器で構成してもよい。この場合、冷却流体として、燃料電池1の排熱を回収して利用する給湯システムの貯湯水を用いてもよい。
The
このように構成された本実施の形態4によれば、実施の形態1と同様の効果が得られ、かつ高温の燃焼排ガスが放熱器33により降温されて相対湿度が上昇した燃焼排ガスが燃料電池1のカソード1bに供給されるので、高分子電解質膜をより好適に潤すことができる。
According to the fourth embodiment configured as described above, the same effect as that of the first embodiment is obtained, and the combustion exhaust gas in which the relative humidity is increased by lowering the temperature of the high-temperature combustion exhaust gas by the
(実施の形態5)
図8は本発明の実施の形態5に係る燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。
(Embodiment 5)
FIG. 8 is a block diagram schematically showing the configuration of the fuel cell system according to
図8に示すように、本実施の形態5の燃料電池システム101Eは、燃焼排ガスライン10の当該燃焼排ガスライン10と燃焼排ガス分岐ライン5aとの接続点より上流の部分に触媒燃焼器34が設けられている点が実施の形態1の燃料電池システム101Aと異なり、その他は実施の形態1の燃料電池システム101Aと同じである。
As shown in FIG. 8, in the
触媒燃焼器34は、燃焼排ガスライン10を流れる燃焼排ガスを触媒燃焼させるよう構成されている。具体的には、触媒燃焼器34は、例えば、ハニカム状アルミナ担体に担持した白金触媒を備えた反応容器で構成され、燃焼排ガス中のCO(一酸化炭素)及びNOx(窒素酸化物)を酸化させるよう該燃焼排ガスを触媒燃焼させる。燃焼排ガスを燃料電池1のカソード1bに供給する場合、燃焼排ガス中の酸素の比率を低くすることが必要である。酸素の比率が高いと、カソード1bの電位が上昇してその触媒が酸化劣化する可能性があるからである。しかし、燃焼排ガス中の酸素の比率を低くしようとすると、バーナ4への燃焼用空気の供給量をできる限り少なくする必要があり、燃焼用燃料ガスの燃焼時にCOが副生しやすくなる。また、バーナ4の燃焼温度が高いことから、NOxが副生することがある。これらCO及びNOxは燃料電池1のカソード1bの触媒を被毒する可能性がある。そこで、触媒燃焼器34を設けることにより、燃焼排ガス中のCO及びNOxがカソード1bの触媒を被毒させない化合物にまで酸化される。これにより、カソード1bに供給する燃焼排ガス中の触媒被毒物を除去することができる。その結果、実施の形態1と同様の効果が得られ、かつ燃料電池1の耐久性をより向上することが可能となる。なお、触媒燃焼器34の触媒は、CO及びNOxのいずれかを酸化するものであってもよい。
The catalytic combustor 34 is configured to catalytically burn the combustion exhaust gas flowing through the combustion
(実施の形態6)
本発明の実施の形態6は、実施の形態1乃至5の燃料電池システム101A〜101Eの異常停止時における起動動作を例示するものである。
(Embodiment 6)
The sixth embodiment of the present invention exemplifies the starting operation at the time of abnormal stop of the
図9は本発明の実施の形態6に係る燃料電池システムの異常停止時における起動動作を示すフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart showing the starting operation at the time of abnormal stop of the fuel cell system according to
図9に示すように、本実施の形態6では、燃料電池システム101A〜101Eが異常停止した後、再起動するには、まず、水素生成器2が起動される(ステップS21)。
As shown in FIG. 9, in the sixth embodiment, after the
次いで、燃料電池1のアノード1aに水素含有ガスが供給される(ステップS22)。
Next, a hydrogen-containing gas is supplied to the
次いで、燃料電池1のカソード1bに燃焼排ガスが供給される(ステップS23)。
Next, combustion exhaust gas is supplied to the
次いで、燃料電池1のカソード1bに酸化剤ガスが供給される(ステップS24)。
Next, an oxidant gas is supplied to the
次いで、発電が開始される(ステップS25)。 Next, power generation is started (step S25).
なお、ステップS22〜24における具体的な動作は実施の形態1乃至5の燃料電池システム101A〜101Eの起動動作と同じであるので、その説明を省略する。
In addition, since the specific operation | movement in step S22-24 is the same as the starting operation of
例えば、原料にメタンガスを用いて、これを空気燃焼させた場合、
CH4+2O2+8N2→CO2+2H2O+8N2
という反応が進む。この反応が完全に進むと、この燃焼ガスのうちの2/(1+2+8)=2/11が水となる。ここで、1気圧=1013hPaであるから、水蒸気圧は
1013×2/11=184.18hPaとなる。
For example, when methane gas is used as a raw material,
CH 4 + 2O 2 + 8N 2 → CO 2 + 2H 2 O + 8N 2
The reaction proceeds. When this reaction proceeds completely, 2 / (1 + 2 + 8) = 2/11 of the combustion gas becomes water. Here, since 1 atmospheric pressure = 1013 hPa, the water vapor pressure is 1013 × 2/11 = 184.18 hPa.
そして、58.3℃のときの飽和水蒸気圧が184.18hPaであるので、この燃焼ガスの露点は58℃である。よって、メタンガスを主成分として含む原料をバーナ4で燃焼用燃料として燃焼させることによって、燃料電池1の温度が58℃以上で、カソード1bにおける酸化剤ガスの露点が58℃以下で発電していた燃料電池システム101A〜101Eにおいて、異常停止し、その後、再起動する場合には、この運転方法により燃料電池1の低加湿条件の下での開回路状態を防ぐことができ、燃料電池1の耐久性を十分に確保することが可能となる。
And since the saturated water vapor pressure at the time of 58.3 degreeC is 184.18 hPa, the dew point of this combustion gas is 58 degreeC. Therefore, by burning the raw material containing methane gas as a main component as the combustion fuel in the
なお、このような効果を得るためには、実施の形態1乃至5の燃料電池システム101A〜101Eを、例えば、原料ガスとして天然ガス(メタンガスであればより好適である。)を用い、水素生成器2の起動から所定時間、バーナ4に燃焼用燃料ガスとして当該原料ガスを供給するよう構成すればよい。
In order to obtain such an effect, the
(その他の実施の形態)
実施の形態1乃至6において、水素生成器2を、原料ガスを水蒸気改質反応により水素含有ガスを生成する改質部と変成部及び又はCO低減部とを備えるよう構成してもよい。ここで、変成部は改質部で生成された水素含有ガスのCO濃度を変成反応により低減する機能を有する。また、CO低減部は、改質部又は変成部から流出する水素含有ガスのCO濃度を酸化反応又はメタン化反応により低減する機能を有する。この構成により、CO濃度が低減された水素含有ガスを燃料ガスとして燃料電池1のアノード1aに供給することができる。
(Other embodiments)
In the first to sixth embodiments, the hydrogen generator 2 may be configured to include a reforming unit that generates a hydrogen-containing gas from the raw material gas by a steam reforming reaction, a shift unit, and / or a CO reduction unit. Here, the shift unit has a function of reducing the CO concentration of the hydrogen-containing gas generated in the reforming unit by a shift reaction. Further, the CO reduction unit has a function of reducing the CO concentration of the hydrogen-containing gas flowing out from the reforming unit or the shift unit by an oxidation reaction or a methanation reaction. With this configuration, a hydrogen-containing gas with a reduced CO concentration can be supplied to the
実施の形態1乃至6において、アノード1aへの水素含有ガスの供給開始のタイミングは、水素生成器2の暖機完了から発電開始までの間のいずれのタイミングでもよい。但し、高分子電解質膜を透過してアノード1aに酸化剤ガスが混入することによるアノード1aの触媒の劣化抑制の観点からは、カソード1bへの酸化剤ガスの供給を開始する前が好ましい。
In
実施の形態2を実施の形態3乃至6のいずれかのように変形してもよい。また、この他、実施の形態1乃至6を、互いに相手を排除しない限り、適宜、組み合わせてもよい。
The second embodiment may be modified as in any of the third to sixth embodiments. In addition,
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。 From the foregoing description, many modifications and other embodiments of the present invention are obvious to one skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.
本発明に係る燃料電池システム及びその運転方法は、燃料電池の起動の際における低加湿条件の下での開回路状態による高分子電解質膜の劣化等を防止できる燃料電池システム及びその運転方法として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The fuel cell system and the operation method thereof according to the present invention are useful as a fuel cell system capable of preventing deterioration of a polymer electrolyte membrane due to an open circuit state under a low humidification condition when starting the fuel cell, and an operation method thereof. It is.
1 燃料電池
1a アノード
1b カソード
2 水素生成器
3 酸化剤ガス供給装置
4 バーナ
5 燃焼排ガス供給機構
5a 燃焼排ガス分岐ライン
5b 第1開閉弁
5c 第2開閉弁
5d 三方弁
6 燃料ガス供給ライン
7 酸化剤ガス供給ライン
8 燃料ガス排出ライン
9 酸化剤ガス排出ライン
10 燃焼排ガスライン
11 内部燃料ガス経路
12 内部酸化剤ガス経路
21 制御器
31 燃料ガスバイパスライン
32 三方弁
33 放熱器
34 触媒燃焼器
101A 燃料電池システム
101B 燃料電池システム
101C 燃料電池システム
101D 燃料電池システム
101E 燃料電池システム
DESCRIPTION OF
Claims (10)
原料ガスを水蒸気改質反応させて水素含有ガスを生成し、該生成した水素含有ガスを前記燃料電池のアノードに供給する水素生成器と、
前記酸化剤ガスを前記燃料電池のカソードに供給する酸化剤ガス供給装置と、
燃焼用燃料ガスを燃焼用空気により燃焼させて水を含んだ燃焼排ガスを生成し、かつ前記燃焼により前記水素生成器に前記水蒸気改質反応に必要な熱を供給するバーナと、
燃料電池システムの起動動作時に、前記バーナで生成された燃焼排ガスを前記燃料電池のカソードに供給するよう構成された燃焼排ガス供給機構と、を備える、燃料電池システム。 A polymer electrolyte fuel cell that generates electricity using a hydrogen-containing gas supplied to the anode and an oxidant gas containing oxygen supplied to the cathode;
A hydrogen generator for generating a hydrogen-containing gas by subjecting a raw material gas to a steam reforming reaction, and supplying the generated hydrogen-containing gas to the anode of the fuel cell;
An oxidant gas supply device for supplying the oxidant gas to the cathode of the fuel cell;
A burner for burning combustion fuel gas with combustion air to produce combustion exhaust gas containing water, and supplying the hydrogen generator with heat necessary for the steam reforming reaction by the combustion;
A fuel cell system comprising: a combustion exhaust gas supply mechanism configured to supply combustion exhaust gas generated by the burner to a cathode of the fuel cell during a startup operation of the fuel cell system.
前記燃焼排ガス供給機構は、燃料電池システムの起動動作時に、前記バーナで生成された前記燃焼排ガスを前記燃料電池のカソードに供給し、その後、前記酸化剤ガス供給器からの前記酸化剤ガスを前記燃料電池のカソードに供給するよう構成されている、請求項1に記載の燃料電池システム。 The combustion exhaust gas supply mechanism is configured to selectively supply the oxidant gas from the oxidant gas supplier and the combustion exhaust gas generated by the burner to the cathode of the fuel cell;
The combustion exhaust gas supply mechanism supplies the combustion exhaust gas generated by the burner to the cathode of the fuel cell during the start-up operation of the fuel cell system, and then supplies the oxidant gas from the oxidant gas supply device to the cathode. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is configured to supply a cathode of the fuel cell.
原料ガスを水蒸気改質反応させて水素含有ガスを生成し、該生成した水素含有ガスを前記燃料電池のアノードに供給する水素生成器と、
前記酸化剤ガスを前記燃料電池のカソードに供給する酸化剤ガス供給装置と、
燃焼用燃料ガスを燃焼用空気により燃焼させて水を含んだ燃焼排ガスを生成し、かつ前記燃焼により前記水素生成器に前記水蒸気改質反応に必要な熱を供給するバーナと、
前記バーナで生成された燃焼排ガスを前記燃料電池のカソードに供給する燃焼排ガス供給機構と、を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
燃料電池システムの起動動作時に、前記燃焼排ガス供給機構を用いて、前記バーナで生成された前記燃焼排ガスを前記燃料電池のカソードに供給する、燃料電池システムの運転方法。 A polymer electrolyte fuel cell that generates electricity using a hydrogen-containing gas supplied to the anode and an oxidant gas containing oxygen supplied to the cathode;
A hydrogen generator for generating a hydrogen-containing gas by subjecting a raw material gas to a steam reforming reaction, and supplying the generated hydrogen-containing gas to the anode of the fuel cell;
An oxidant gas supply device for supplying the oxidant gas to the cathode of the fuel cell;
A burner for burning combustion fuel gas with combustion air to produce combustion exhaust gas containing water, and supplying the hydrogen generator with heat necessary for the steam reforming reaction by the combustion;
A combustion exhaust gas supply mechanism for supplying combustion exhaust gas generated by the burner to the cathode of the fuel cell, and a method for operating a fuel cell system,
A method for operating a fuel cell system, wherein the combustion exhaust gas generated by the burner is supplied to a cathode of the fuel cell by using the combustion exhaust gas supply mechanism during start-up operation of the fuel cell system.
前記燃焼排ガス供給機構を用いて、燃料電池システムの起動動作時に、前記バーナで生成された前記燃焼排ガスを前記燃料電池のカソードに供給し、その後、前記酸化剤ガス供給器からの前記酸化剤ガスを前記燃料電池のカソードに供給する、請求項6に記載の燃料電池システムの運転方法。 The combustion exhaust gas supply mechanism is configured to selectively supply the oxidant gas from the oxidant gas supplier and the combustion exhaust gas generated by the burner to the cathode of the fuel cell;
The combustion exhaust gas supply mechanism is used to supply the combustion exhaust gas generated by the burner to the cathode of the fuel cell during the start-up operation of the fuel cell system, and then the oxidant gas from the oxidant gas supplier The method for operating the fuel cell system according to claim 6, wherein the fuel cell system is supplied to a cathode of the fuel cell.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010213287A JP2012069383A (en) | 2010-09-24 | 2010-09-24 | Fuel cell system and operational method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010213287A JP2012069383A (en) | 2010-09-24 | 2010-09-24 | Fuel cell system and operational method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012069383A true JP2012069383A (en) | 2012-04-05 |
Family
ID=46166392
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010213287A Pending JP2012069383A (en) | 2010-09-24 | 2010-09-24 | Fuel cell system and operational method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012069383A (en) |
-
2010
- 2010-09-24 JP JP2010213287A patent/JP2012069383A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4510877B2 (en) | Fuel cell system | |
US20130115538A1 (en) | Power generation system and method of operating the same | |
WO2012153482A1 (en) | Power generation system, and method for operating same | |
US9385384B2 (en) | Power generation system and method of operating the same | |
US20190190050A1 (en) | Solid oxide fuel cell system | |
JP5601945B2 (en) | Starting method of solid oxide fuel cell | |
JP5132839B2 (en) | Power generation system and operation method thereof | |
EP2595228B1 (en) | Power generation system and method of operating the same | |
EP2639870A1 (en) | Electricity-generation system and method for operating same | |
JP5002220B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2005327513A (en) | Hot standby method for solid oxide fuel cell and system for the same | |
US9640820B2 (en) | Power generation system and method of operating the same | |
JP2012069383A (en) | Fuel cell system and operational method thereof | |
JP4590872B2 (en) | Operation method of fuel cell power generator | |
Cui et al. | One thousand-hour long term characteristics of a propane-fueled solid oxide fuel cell hot zone | |
JP2014111509A (en) | Hydrogen generator and method for operating the same | |
WO2022215224A1 (en) | Fuel cell system | |
JP5537218B2 (en) | Fuel cell system and method for starting fuel cell system | |
JP2001155747A (en) | Fuel cell system | |
JP2006152901A (en) | Hybrid system | |
JP6029436B2 (en) | Power generation system and method for operating power generation system | |
JP2006156088A (en) | Hydrogen separation film module system | |
JP2006139920A (en) | Hybrid system | |
EP4077211A1 (en) | Reversible fuel cell system architecture | |
JP3969976B2 (en) | Fuel reforming system and fuel cell system |