JP2014232709A - Fuel battery device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell device.
近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス(水素含有ガス)と酸素含有ガス(空気)とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを複数個配列してなるセルスタックが知られている。また、セルスタックを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールや、燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている。 In recent years, as a next-generation energy, a cell stack in which a plurality of fuel cells that can obtain electric power using a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air) are arranged is known. Various fuel cell modules in which a cell stack is stored in a storage container and fuel cell devices in which a fuel cell module is stored in an outer case have been proposed.
またこのような燃料電池装置の運転方法も多数提案されており、通常の燃料電池の運転停止のほか、燃料電池の異常を検知して運転停止を行なうなど、運転停止に関しても様々な運転停止方法が検討されている。 Many operation methods of such a fuel cell device have been proposed, and various operation stop methods are also available for the operation stop such as detecting the abnormality of the fuel cell in addition to the normal operation stop of the fuel cell. Is being considered.
このような運転停止方法の一例としては、例えば、燃料ガスや酸化ガスの送給を高温状態で停止した後、燃料電池内を不活性ガスでパージすることで、高温状態で発電運転を停止させる運転停止工程を備える運転方法が例示されている(例えば、特許文献1参照。)。 As an example of such an operation stop method, for example, after stopping the supply of fuel gas or oxidizing gas in a high temperature state, the power generation operation is stopped in a high temperature state by purging the fuel cell with an inert gas. The driving | running method provided with a driving | operation stop process is illustrated (for example, refer patent document 1).
ところで、このような燃料電池装置の運転停止あたり、一般的には空気を用いて温度を下げて運転停止させることが検討されているが、この場合において、停止条件によっては燃料電池セルが酸化し、破損につながるおそれがあるという問題があった。 By the way, when such a fuel cell device is shut down, it is generally considered to stop the operation by lowering the temperature using air. In this case, depending on the stop condition, the fuel cell is oxidized. There was a problem that could lead to damage.
そこで、特許文献1のように高温状態において不活性ガスで燃料電池内をパージすることも提案されているが、この場合においては、不活性ガスが大量に必要となるおそれがあり、燃料電池装置が大型化するという問題もあった。
Therefore, it has been proposed to purge the inside of the fuel cell with an inert gas in a high temperature state as in
それゆえ、本発明では燃料電池装置の運転停止処理において、燃料電池セルの酸化を抑制しつつ、少ない量の不活性ガスで効率よく運転停止処理を行なうことができ、大型化を抑制できる燃料電池装置を提供することを目的とする。 Therefore, according to the present invention, in the operation stop processing of the fuel cell device, the operation stop processing can be efficiently performed with a small amount of inert gas while suppressing the oxidation of the fuel cell, and the increase in size can be suppressed. An object is to provide an apparatus.
本発明の燃料電池装置は、収納容器内に、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう燃料電池セルを収納してなる燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュール内の温度を測定する温度計測手段と、前記燃料電池セルに供給する燃料ガスを水蒸気改質にて生成するための改質器と、該改質器に原燃料を供給する原燃料供給ラインと、前記改質器に水を供給する水供給ラインと、前記燃料電池セルに前記酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給ラインと、前記燃料電池モジュール内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ラインと、各供給ラインを流れる流体の供給および停止を制御する制御装置とを備え、該制御装置は、前記燃料電池モジュールの運転を停止する場合において、該運転の停止条件に応じて、前記原燃料供給ライン、前記酸素含有ガス供給ライン、前記水供給ラインおよび前記不活性ガス供給ラインを流れる流体の供給および停止を変更する制御を行なうことを特徴とす
る。
The fuel cell device of the present invention includes a fuel cell module in which a fuel cell that generates power with fuel gas and an oxygen-containing gas is stored in a storage container, and a temperature measuring means for measuring the temperature in the fuel cell module. A reformer for generating fuel gas to be supplied to the fuel cell by steam reforming, a raw fuel supply line for supplying raw fuel to the reformer, and supplying water to the reformer A water supply line, an oxygen-containing gas supply line for supplying the oxygen-containing gas to the fuel cell, an inert gas supply line for supplying an inert gas into the fuel cell module, and a fluid flowing through each supply line A control device for controlling the supply and stop of the fuel cell, and when the operation of the fuel cell module is stopped, the control device is configured to control the raw fuel supply line, the acid, and Containing gas supply line, and performing control to change the supply and stop of the fluid flowing through the water supply line and the inert gas supply line.
本発明の燃料電池装置は、制御装置が、燃料電池モジュールの運転を停止する場合において、該運転の停止条件に応じて、原燃料供給ライン、酸素含有ガス供給ライン、水供給ラインおよび不活性ガス供給ラインを流れる流体の供給および停止を変更する制御を行なうことから、運転停止条件に応じて、各供給ラインを流れる流体の供給および停止を制御することで、燃料電池セルの酸化を抑制しつつ、少ない量の不活性ガスで効率よく運転停止処理を行なうことができ、大型化を抑制することができる。 In the fuel cell device of the present invention, when the control device stops the operation of the fuel cell module, the raw fuel supply line, the oxygen-containing gas supply line, the water supply line, and the inert gas are selected according to the operation stop condition. Since the control for changing the supply and stop of the fluid flowing through the supply line is performed, the supply and stop of the fluid flowing through each supply line is controlled according to the operation stop condition, thereby suppressing the oxidation of the fuel cell. Therefore, the operation stop process can be efficiently performed with a small amount of inert gas, and the increase in size can be suppressed.
図1は、本実施形態の燃料電池装置を備える燃料電池システムの構成の一例を示す構成図である。図1に示す燃料電池システムは、本実施形態の燃料電池装置の一例である発電ユニットと、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニットと、これらのユニット間を水が循環するための循環配管とから構成されている。なお、以降の図において同一の構成については同一の符号を用いて説明する。 FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of a configuration of a fuel cell system including the fuel cell device of the present embodiment. The fuel cell system shown in FIG. 1 includes a power generation unit that is an example of the fuel cell device of the present embodiment, a hot water storage unit that stores hot water after heat exchange, and a circulation pipe that circulates water between these units. It is composed of In the following drawings, the same components are described using the same reference numerals.
図1に示す発電ユニットは、燃料側電極層、固体電解質層、空気側電極層を有する固体酸化物形の燃料電池セルを複数個組み合わせてなるセルスタック5、都市ガス等の原燃料を後述する改質器3に供給する原燃料供給ポンプ1を有する原燃料供給ライン、セルスタック5を構成する燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給ポンプ(ブロワ)2を有する酸素含有ガス供給ライン、原燃料と水蒸気により原燃料を水蒸気改質する改質器3を備えている。原燃料供給ライン1には原燃料供給ポンプ1より供給される原燃料の量を測定する原燃料流量計41が設けられており、また酸素含有ガス供給ラインには、酸素含有ガス供給ポンプ2より供給される酸素含有ガスの量を測定する酸素含有ガス流量計42が設けられている。
The power generation unit shown in FIG. 1 will be described later with a
なお、図1に示す発電ユニットでは、セルスタック5と改質器3とを収納容器に収納することで燃料電池モジュール4(以下、モジュールという場合がある。)が構成され、図1においては、二点鎖線により囲って示している。なお、図1には示していないが、セルスタック5から排出される発電に使用されなかった排ガスを排出する排ガスラインには、該排ガスを浄化するための浄化装置を設けることができるほか、モジュール4内には発電で使用されなかった燃料ガスを燃焼させるための着火装置を設けることができる。
In the power generation unit shown in FIG. 1, a fuel cell module 4 (hereinafter sometimes referred to as a module) is configured by storing the
また、図1に示す発電ユニットにおいては、セルスタック5を構成する燃料電池セルの発電により生じた排ガス(排熱)と水とで熱交換を行なう熱交換器8に水を循環させる循環配管15、熱交換器8で生成された凝縮水を純水に処理するための水処理装置9、水処理装置9にて処理された水(純水)を貯水するための水タンク11とが設けられており、水タンク11と熱交換器8との間が凝縮水供給管10により接続されている。なお、本実施形態においては、モジュール4と熱交換器8との間を排ガスラインと呼ぶ。また、水処理装置9としてはイオン交換樹脂を備えるイオン交換樹脂装置を用いることが好ましい。
Further, in the power generation unit shown in FIG. 1, a
水タンク11に貯水された水は、水タンク11と改質器3とを接続する水供給管13に備えられた水ポンプ12により改質器3に供給される。なお、該水供給管13には、水ポンプ12より供給される水の流量を測定する水流量計43が設けられており、本実施形態においては、この水ポンプ12と改質器3との間を水供給ラインと呼ぶ。
The water stored in the water tank 11 is supplied to the
さらに図1に示す発電ユニットは、モジュール4にて発電された直流電力を交流電力に変換し、変換された電気の外部負荷への供給量を調整するための供給電力調整部(パワーコンディショナ)6、熱交換器8の出口に設けられ熱交換器8の出口を流れる水(循環水流)の水温を測定するための出口水温センサ14のほか、後述する各種機器の動作を制御する制御装置7が設けられており、循環配管15内で水を循環させる循環ポンプ17とあわせて発電ユニットが構成されている。なお、制御装置7はマイクロコンピュータを有しており、入出力インターフェイス、CPU、RAMおよびROMを備えている。なお、CPUは、燃料電池装置の運転を実施するものであり、RAMはプログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ROMはプログラムを記憶するものである。
Further, the power generation unit shown in FIG. 1 converts the DC power generated by the
そして、これら発電ユニットを構成する各装置を、外装ケース内に収納することで、設置や持ち運び等が容易な燃料電池装置とすることができる。なお、貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク16を具備して構成されている。なお、循環ポンプ17は貯湯ユニット側に設けることもできる。
And each apparatus which comprises these electric power generation units can be set as a fuel cell apparatus with easy installation, carrying, etc. by accommodating in an exterior case. The hot water storage unit includes a hot water storage tank 16 for storing hot water after heat exchange. The
ここで、図1に示した燃料電池システムの運転方法について説明する。 Here, an operation method of the fuel cell system shown in FIG. 1 will be described.
セルスタック5の発電に必要な燃料ガスを生成するにあたり、制御装置7は原燃料供給ポンプ1、水ポンプ12を作動させる。それにより、改質器3に原燃料(天然ガス、灯油等)と水とが供給され、改質器3で水蒸気改質を行なうことにより、水素を含む燃料ガスが生成されて燃料電池セルの燃料極層側に供給される。
In generating fuel gas necessary for power generation in the
一方、制御装置7は酸素含有ガス供給ポンプ2を動作させることにより、燃料電池セルの酸素極層側に酸素含有ガス(空気)を供給する。
On the other hand, the
なお、制御装置7はモジュール4において着火装置(図示せず)を作動させることにより、セルスタック5の発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させる。それにより、モジュール内の温度(セルスタック5や改質器3の温度)が上昇し、効率よい発電を行なうことができる。
The
セルスタック5の発電に伴って生じた排ガスは、浄化装置にて浄化された後、熱交換器8に供給され、循環配管15を流れる水とで熱交換される。熱交換器8での熱交換により生じたお湯は、循環配管15を流れて貯湯タンク16に貯水される。一方、熱交換器8での熱交換によりセルスタック5より排出される排ガスに含まれる水が凝縮水となり、凝縮水供給管10を通じて、水処理装置9に供給される。凝縮水は、水処理装置9にて純水とされて、水タンク11に供給される。水タンク11に貯水された水は、水ポンプ12により水供給管13を介して改質器3に供給される。このように、凝縮水を有効利用すること
により、水自立運転を行なうことができる。
The exhaust gas generated with the power generation of the
なお、上述の例においては熱交換器8にて生成される凝縮水のみを改質器3に供給する構成の燃料電池装置を用いて説明したが、改質器3に供給する水として水道水を利用することもできる。この場合、水道水に含まれる不純物を処理するための水処理装置として、例えば、活性炭フィルター、逆浸透膜装置、イオン交換樹脂装置等を、この順に接続することで、純水を効率よく精製することができる。なお、水道水を用いる場合においても、水処理装置にて生成した純水が、水タンク11に貯水されるよう各装置を接続する。
In the above-described example, the fuel cell device configured to supply only the condensed water generated by the
続いて、図1に示すモジュール4の一例について説明する。図2、図3は、本実施形態の燃料電池装置を構成するモジュール4の一例を示し、図2はモジュール4を示す外観斜視図であり、図3は図2に示すモジュール4の断面図である。
Next, an example of the
図2に示すモジュール4においては、収納容器18の内部に、内部を燃料ガスが流通するガス流路(図示せず)を有する柱状の燃料電池セル19を立設させた状態で一列に配列し、隣接する燃料電池セル19間が集電部材(図示せず)を介して電気的に直列に接続されているとともに、燃料電池セル19の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材(図示せず)でマニホールド20に固定してなるセルスタック5を2つ備えるセルスタック装置21を収納して構成されている。なお、セルスタック5の両端部には、セルスタック5(燃料電池セル19)の発電により生じた電気を集電して外部に引き出すための、電気引き出し部を有する導電部材が配置されている(図示せず)。なお、図2においては、セルスタック装置21が2つのセルスタック5を備えている場合を示しているが、適宜その個数は変更することができ、例えばセルスタック5を1つだけ備えていてもよい。また、収納容器18には、モジュール4の温度を測定するための温度計測手段である熱電対27が設けられている。
In the
また、図2においては、燃料電池セル19として、内部を燃料ガスが長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型で、ガス流路を有する支持体の表面に、燃料極層、固体電解質層および酸素極層を順に積層してなる固体酸化物形の燃料電池セル19を例示している。なお、燃料電池セル19においては、内部を酸素含有ガスが長手方向に流通するガス流路を有する形状とすることもでき、この場合、内側より酸素極層、固体電解質層、燃料極層を順に設け、モジュール4の構成は適宜変更すればよい。さらには、燃料電池セルは中空平板型に限られるものではなく、例えば平板型や円筒型とすることもでき、あわせて収納容器18の形状を適宜変更することが好ましい。
In FIG. 2, the
また、図2に示すモジュール4においては、燃料電池セル19の発電で使用する燃料ガスを得るために、原燃料供給管25を介して供給される都市ガス等の原燃料を改質して燃料ガスを生成するための改質器3をセルスタック5の上方に配置している。また、改質器3は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行なうことができる構造とすることができ、水を気化させるための気化部23と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒(図示せず)が配置された改質部22とを備えている。
Further, in the
そして、改質器3で生成された燃料ガス(水素含有ガス)は、燃料ガス流通管24を介してマニホールド20に供給され、マニホールド20より燃料電池セル19の内部に設けられたガス流路に供給される。なお、セルスタック装置21の構成は、燃料電池セル19の種類や形状により、適宜変更することができ、例えばセルスタック装置21に改質器3を含むこともできる。
The fuel gas (hydrogen-containing gas) generated by the
また図2においては、収納容器18の一部(前後面)を取り外し、内部に収納されるセルスタック装置21を後方に取り出した状態を示している。ここで、図2に示したモジュ
ール4においては、セルスタック装置21を、収納容器18内にスライドして収納することが可能である。
FIG. 2 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the
なお、収納容器18の内部には、マニホールド20に並置されたセルスタック5の間に配置され、酸素含有ガスが燃料電池セル19の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、反応ガス導入部材26が配置されている。
The
図3に示すように、モジュール4を構成する収納容器18は、内壁29と外壁30とを有する二重構造で、外壁30により収納容器18の外枠が形成されるとともに、内壁29によりセルスタック装置21を収納する発電室31が形成されている。さらに収納容器18においては、内壁29と外壁30との間を、モジュール4の底部より供給され、燃料電池セル19に導入する酸素含有ガスが流通する反応ガス流路36としている。なお酸素含有ガスはモジュール4の底部に設けられた酸素含有ガス供給口(図示せず)より供給されて、反応ガス流路36を流れる。
As shown in FIG. 3, the
ここで、収納容器18内には、収納容器18の上部より、上端側に酸素含有ガスが流入するための酸素含有ガス流入口(図示せず)とフランジ部39とを備え、下端部に燃料電池セル19の下端部に酸素含有ガスを導入するための反応ガス流出口32が設けられてなる反応ガス導入部材26が、内壁29を貫通して挿入されて固定されている。なお、フランジ部39と内壁29との間には断熱部材33が配置されている。
Here, the
なお、図3においては、反応ガス導入部材26が、収納容器18の内部に並置された2つのセルスタック5間に位置するように配置されているが、セルスタック5の数により、適宜配置することができる。例えば、収納容器18内にセルスタック5を1つだけ収納する場合には、反応ガス導入部材26を2つ設け、セルスタック5を両側面側から挟み込むように配置することができる。
In FIG. 3, the reaction
また発電室31内には、モジュール4内の熱が極端に放散され、燃料電池セル19(セルスタック5)の温度が低下して発電量が低減しないよう、モジュール4内の温度を高温に維持するための断熱部材33が適宜設けられている。
Further, in the
断熱部材33は、セルスタック5の近傍に配置することが好ましく、特には、燃料電池セル19の配列方向に沿ってセルスタック5の側面側に配置するとともに、セルスタック5の側面における燃料電池セル19の配列方向に沿った幅と同等またはそれ以上の幅を有する断熱部材33を配置することが好ましい。なお、セルスタック5の両側面側に断熱部材33を配置することが好ましい。それにより、セルスタック5の温度が低下することを効果的に抑制できる。さらには、反応ガス導入部材26より導入される酸素含有ガスが、セルスタック5の側面側より排出されることを抑制でき、セルスタック5を構成する燃料電池セル19間の酸素含有ガスの流れを促進することができる。なお、セルスタック5の両側面側に配置された断熱部材33においては、燃料電池セル19に供給される酸素含有ガスの流れを調整し、セルスタック5の長手方向および燃料電池セル19の積層方向における温度分布を低減するための開口部34が設けられている。なお、複数の断熱部材33を組み合わせて開口部34を形成するようにしてもよい。
The
また、燃料電池セル19の配列方向に沿った内壁29の内側には、排ガス用内壁35が設けられており、内壁29と排ガス用内壁35との間が、発電室31内の排ガスが上方から下方に向けて流れる排ガス流路37とされている。なお、排ガス流路37は、収納容器18の底部に設けられた排気孔40と通じている。また、排ガス用内壁35のセルスタック5側にも断熱部材33が設けられている。
Further, an exhaust gas
それにより、モジュール4の運転に伴って生じる排ガスは、排ガス流路37を流れた後、排気孔40より排気される構成となっている。なお、排気孔40は収納容器18の底部の一部を切り欠くようにして形成してもよく、また管状の部材を設けることにより形成してもよい。また、排気孔40内に、モジュール4より排出される排ガスを浄化するための浄化装置(例えば、ハニカム状の燃焼触媒等)を設けることもできる。
Thereby, the exhaust gas generated by the operation of the
なお、図示はしていないが、モジュール4においては、燃料電池セル19を通過した燃料ガスを着火させるための着火装置が、燃料電池セル19と改質器3との間に位置するように、収納容器2の側面より挿入されていることが好ましい。なお、着火装置により燃料電池セル19を通過した燃料ガスを着火させることにより、モジュール4内の温度を高温とすることができるほか、燃料電池セル19、改質器3の温度を高温に維持することができる。
Although not shown, in the
以下に、本実施形態の燃料電池セル19の構成について説明する。なお、燃料電池セル19として、従来知られている中空平板型の燃料電池セル19を用いて説明する。
Below, the structure of the
燃料電池セル19は、一対の対向する平坦面をもつ柱状の導電性支持基板(以下、支持基板と略す場合がある)の一方の平坦面上に燃料側電極層、固体電解質層及び空気側電極層を順次積層してなる柱状(中空平板状)からなる。また、燃料電池セル19の他方の平坦面上にはインターコネクタが設けられており、インターコネクタの外面(上面)にはP型半導体層が設けられている。P型半導体層を介して、集電部材をインターコネクタに接続させることにより、両者の接触がオーム接触となり、電位降下を少なくし集電性能の低下を有効に回避することが可能となる。また、支持基板は燃料側電極層を兼ねるものとし、その表面に固体電解質層および空気側電極層を順次積層してセルを構成することもできる。
The
燃料側電極層は、一般的に公知のものを使用することができ、多孔質の導電性セラミックス、例えば希土類元素が固溶しているZrO2(安定化ジルコニアと称し、部分安定化も含むものとする)とNiおよび/またはNiOとから形成することができる。 As the fuel-side electrode layer, generally known ones can be used, and porous conductive ceramics, for example, ZrO 2 in which rare earth elements are dissolved (referred to as stabilized zirconia, including partial stabilization). ) And Ni and / or NiO.
固体電解質層は、燃料側電極層、空気側電極層間の電子の橋渡しをする電解質としての機能を有していると同時に、燃料ガスと酸素含有ガスとのリークを防止するためにガス遮断性を有することが必要とされ、3〜15モル%の希土類元素が固溶したZrO2から形成される。なお、上記特性を有する限りにおいては、他の材料等を用いて形成してもよい。 The solid electrolyte layer functions as an electrolyte that bridges the electrons between the fuel side electrode layer and the air side electrode layer, and at the same time has a gas barrier property to prevent leakage between the fuel gas and the oxygen-containing gas. And is formed from ZrO 2 in which 3 to 15 mol% of rare earth elements are dissolved. In addition, as long as it has the said characteristic, you may form using another material etc.
空気側電極層は、一般的に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、いわゆるABO3型のペロブスカイト型酸化物からなる導電性セラミックスから形成することができる。空気側電極層はガス透過性を有していることが必要であり、開気孔率が20%以上、特に30〜50%の範囲にあることが好ましい。 The air-side electrode layer is not particularly limited as long as it is generally used. For example, the air-side electrode layer can be formed from a conductive ceramic made of a so-called ABO 3 type perovskite oxide. The air-side electrode layer needs to have gas permeability, and the open porosity is preferably 20% or more, particularly preferably in the range of 30 to 50%.
支持基板としては、燃料ガスを燃料側電極層まで透過するためにガス透過性であること、さらには、インターコネクタを介して集電するために導電性であることが要求される。したがって、支持基板としては、導電性セラミックスやサーメット等を用いることができる。燃料電池セル19を作製するにあたり、燃料側電極層または固体電解質層との同時焼成により支持基板を作製する場合においては、鉄族金属成分と特定希土類酸化物とから支持基板を形成することが好ましい。また、支持基板は、ガス透過性を備えるために開気孔率が30%以上、特に35〜50%の範囲にあるのが好適であり、そしてまたその導電率は300S/cm以上、特に440S/cm以上であるのが好ましい。また、支持基板の形状は柱状であれば良く、円筒状であってもよい。
The support substrate is required to be gas permeable in order to permeate the fuel gas to the fuel side electrode layer, and further to be conductive in order to collect current through the interconnector. Therefore, conductive ceramics or cermets can be used as the support substrate. In producing the
P型半導体層としては、遷移金属ペロブスカイト型酸化物からなる層を例示することができる。具体的には、インターコネクタを構成する材料よりも電子伝導性が大きいもの、例えば、BサイトにMn、Fe、Coなどが存在するLaMnO3系酸化物、LaFeO3系酸化物、LaCoO3系酸化物などの少なくとも一種からなるP型半導体セラミックスを使用することができる。このようなP型半導体層の厚みは、一般に、30〜100μmの範囲にあることが好ましい。 An example of the P-type semiconductor layer is a layer made of a transition metal perovskite oxide. Specifically, a material having higher electronic conductivity than the material constituting the interconnector, for example, LaMnO 3 -based oxide, LaFeO 3 -based oxide, LaCoO 3 -based oxide in which Mn, Fe, Co, etc. are present at the B site P-type semiconductor ceramics made of at least one kind of material can be used. In general, the thickness of such a P-type semiconductor layer is preferably in the range of 30 to 100 μm.
インターコネクタは、上述したとおり、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物(LaCrO3系酸化物)、もしくは、ランタンストロンチウムチタン系のペロブスカイト型酸化物(LaSrTiO3系酸化物)が好適に使用される。これらの材料は、導電性を有し、かつ燃料ガス(水素含有ガス)および酸素含有ガス(空気等)と接触しても還元も酸化もされない。また、インターコネクタは支持基板に形成されたガス流路を流通する燃料ガス、および支持基板の外側を流通する酸素含有ガスのリークを防止するために緻密質でなければならず、93%以上、特に95%以上の相対密度を有していることが好ましい。 As described above, a lanthanum chromite-based perovskite oxide (LaCrO 3 -based oxide) or a lanthanum strontium titanium-based perovskite-type oxide (LaSrTiO 3 -based oxide) is preferably used as the interconnector. These materials have conductivity and are neither reduced nor oxidized even when they come into contact with a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air or the like). In addition, the interconnector must be dense to prevent leakage of the fuel gas flowing through the gas flow path formed in the support substrate and the oxygen-containing gas flowing outside the support substrate, 93% or more, In particular, it is preferable to have a relative density of 95% or more.
このような燃料電池セル19を備えるモジュール4において、特にモジュール4の運転停止時において、支持基板や燃料側電極層に空気が供給されると、支持基板や燃料側電極層に含まれるNiが酸化されてNiOとなることで体積膨張し、それにより燃料電池セル19にクラックが入る等の破損が生じる場合があるため、モジュール4の運転停止においては、燃料電池セル19の酸化を抑制しつつ運転を停止する運転制御が求められる。
In the
特に、モジュール4の運転停止においては、通常の運転停止のほか、異常による運転停止など、様々なタイプの運転停止があるため、これら各種の運転停止に対応できる運転制御が求められる。
In particular, in the operation stop of the
また、運転停止時において、窒素ガス等の不活性ガスを用いてモジュール4内をパージすることも知られているが、この場合、別途窒素ガスボンベが必要となり、このパージに大量の不活性ガスが必要となると、ボンベ自体が大型化し、それにより燃料電池装置が大型化するという問題がある。それゆえ、窒素ボンベ自体も小型の窒素ボンベで十分対応できる運転停止制御が可能な燃料電池装置が求められている。
It is also known to purge the inside of the
そこで、本実施形態の燃料電池装置は、燃料電池モジュールの運転を停止する場合において、制御装置7が、モジュール4の運転停止条件に応じて、原燃料供給ライン、酸素含有ガス供給ライン、水供給ラインおよび不活性ガス供給ラインを流れる流体の供給および停止を変更する制御を行なうことを特徴とする。以降の説明について、各ラインを流れる流体の供給および停止を変更することを、各ラインを稼働するまたは停止すると表現する。なお言うまでもないが、原燃料供給ラインを流れる流体とは原燃料であり、酸素含有ガス供給ラインを流れる流体とは酸素含有ガスであり、水供給ラインを流れる流体とは水であり、不活性ガス供給ラインを流れる流体とは不活性ガスである。
Therefore, in the fuel cell device of this embodiment, when the operation of the fuel cell module is stopped, the
図4〜図7は、本実施形態のモジュール4(燃料電池装置)の運転の停止制御の一例を示すフローチャートである。以下、図に示すフローチャートに基づいて、運転停止制御について説明する。 4-7 is a flowchart which shows an example of the stop control of the driving | operation of the module 4 (fuel cell apparatus) of this embodiment. The operation stop control will be described below based on the flowchart shown in the figure.
まず、制御装置10は、停止処理をスタートするにあたり、ステップS1にて、その停止処理の開始が燃料電池装置の異常による処理か否かを判別する。停止処理の開始が異常によるものでない場合は、言い換えれば通常停止処理の場合は、続いてステップS7に進み、モジュール温度が第1の設定温度未満か否かを判別する。
First, when starting the stop process, the
支持基板や燃料側電極層が含有するNiは所定の温度以上において、空気による酸化反応が進みNiOとなるが、所定の温度未満であれば酸化反応は進まない(もしくは進みにくい)ため、モジュールの温度が所定の温度未満であれば、原燃料供給ライン、酸素含有ガス供給ラインおよび水供給ラインの稼働を直ちに停止しても、燃料電池セルが酸化により破損することは抑制できるととともに、効率よくモジュールの運転停止を行なうことができる。 Ni contained in the support substrate and the fuel-side electrode layer proceeds to NiO at a predetermined temperature or higher and becomes NiO. However, if the temperature is lower than the predetermined temperature, the oxidation reaction does not proceed (or is difficult to proceed). If the temperature is lower than the predetermined temperature, even if the operation of the raw fuel supply line, the oxygen-containing gas supply line, and the water supply line is stopped immediately, the fuel cell can be prevented from being damaged by oxidation, and efficiently The module can be shut down.
それゆえ、ステップS7において、モジュール温度が上記の所定の温度を反映した第1の設定温度未満である場合には、続いてステップS8に進み、原燃料供給ライン、酸素含有ガス供給ラインおよび水供給ラインの稼働を同時に停止する(以下、この3つのラインの稼働を同時に停止することをシャットダウンと呼ぶ。)制御を行なう。それにより、燃料電池セルが酸化により破損することを抑制できるととともに、効率よくモジュールの運転停止を行なうことができる。 Therefore, when the module temperature is lower than the first set temperature reflecting the predetermined temperature in step S7, the process proceeds to step S8, and the raw fuel supply line, oxygen-containing gas supply line, and water supply are continued. Control is performed to stop the operation of the lines at the same time (hereinafter, the operation of these three lines is stopped simultaneously). Thus, the fuel cell can be prevented from being damaged by oxidation, and the operation of the module can be efficiently stopped.
一方、ステップS7において、モジュール温度が第1の設定温度以上である場合には、ステップS9に進み、原燃料供給ライン、酸素含有ガス供給ラインおよび水供給ラインより供給される、原燃料、酸素含有ガスおよび水のそれぞれの量を徐々に低下する通常停止処理の制御を行なう。 On the other hand, if the module temperature is equal to or higher than the first set temperature in step S7, the process proceeds to step S9, and the raw fuel, oxygen-containing material supplied from the raw fuel supply line, oxygen-containing gas supply line, and water supply line is advanced. Control of the normal stop process for gradually decreasing the respective amounts of gas and water is performed.
なお、上述の第1の設定温度とは、Niの酸化が進まない温度範囲であればよいが、モジュールの運転停止を効率よく行なうことを目的として、例えば300℃以下の範囲で適宜設定することができる。 Note that the first set temperature described above may be a temperature range in which Ni oxidation does not proceed, but for the purpose of efficiently stopping the operation of the module, for example, set appropriately within a range of 300 ° C. or less, for example. Can do.
ステップS1にて、停止処理の開始が燃料電池装置の異常によるものと判別された場合には、続いてステップS2に進み、その停止処理の開始がシステム重故障であるか否かを判別する。 If it is determined in step S1 that the start of the stop process is due to an abnormality in the fuel cell device, the process proceeds to step S2 to determine whether the start of the stop process is a system serious failure.
システム重故障であると判別された場合に、そのままモジュールの運転停止処理を時間をかけて実施すると、その間に更に燃料電池装置に故障が生じるおそれがあるため、システム重故障と判別された場合には、直ちにシャットダウン処理を行なうことが好ましい。 If it is determined that there is a system serious failure, if the module shutdown process is performed over time, there is a risk of further failure of the fuel cell device during that time. It is preferable to immediately perform a shutdown process.
なお、システム重故障とは、燃料電池装置の構成に応じて予め適宜設定すればよいが、例えば、温度計測手段28により測定されたモジュール4の温度が800℃以上となった場合や、図には示していないがCO濃度センサにより測定された燃料電池装置内のCOの累積濃度が、あらかじめ定められた累積濃度となった場合等を設定することができる。
The system serious failure may be appropriately set in advance according to the configuration of the fuel cell device. For example, when the temperature of the
ステップS2にて、システム重故障ではないと判別された場合には、続いてステップS3に進み、上述したステップS7と同様にモジュール温度が第1の設定温度未満か否かを判別する。 If it is determined in step S2 that there is no system serious failure, the process proceeds to step S3, where it is determined whether the module temperature is lower than the first set temperature as in step S7 described above.
ステップS3にて、モジュール温度が第1の設定温度未満と判別された場合には、上述のステップS8と同様に、原燃料供給ライン、酸素含有ガス供給ラインおよび水供給ラインをシャットダウンする。それにより、燃料電池セルが酸化により破損することを抑制できるととともに、効率よくモジュールの運転停止を行なうことができる。 If it is determined in step S3 that the module temperature is lower than the first set temperature, the raw fuel supply line, the oxygen-containing gas supply line, and the water supply line are shut down as in step S8 described above. Thus, the fuel cell can be prevented from being damaged by oxidation, and the operation of the module can be efficiently stopped.
一方で、ステップS3にて、モジュール温度が第1の設定温度以上と判別された場合には、燃料電池装置の何に異常が生じているかを検知して、その結果に基づいて適宜制御を行なうことで、燃料電池セルが酸化により破損することを抑制できるととともに、効率よくモジュールの運転停止を行なうことができる。 On the other hand, when it is determined in step S3 that the module temperature is equal to or higher than the first set temperature, what is abnormal in the fuel cell device is detected, and appropriate control is performed based on the result. Thus, the fuel cell can be prevented from being damaged by oxidation, and the operation of the module can be efficiently stopped.
それゆえ、ステップS3にて、モジュール温度が第1の設定温度以上と判別された場合には、続いてステップS4に進み、酸素含有ガス供給ラインに異常があるか否かを判別する。 Therefore, when it is determined in step S3 that the module temperature is equal to or higher than the first set temperature, the process proceeds to step S4, where it is determined whether there is an abnormality in the oxygen-containing gas supply line.
なお、酸素含有ガス供給ラインに異常があるか否かとは、例えば制御装置7が酸素含有ガス供給ポンプ2に対して伝送した信号に基づく酸素含有ガスの供給量と、酸素含有ガス流量計42が計測した実際の酸素含有ガスの流量とを比較して、その差が所定の範囲外となった場合に、酸素含有ガス供給ラインに異常があると判別すればよい。
Whether or not there is an abnormality in the oxygen-containing gas supply line means that, for example, the supply amount of the oxygen-containing gas based on the signal transmitted from the
酸素含有ガス供給ラインに異常があると判別された場合には、続いてステップS10に進み、不活性ガス供給ラインを稼働させて、モジュール4内に不活性ガスの供給を開始するとともに、酸素含有ガス供給ラインを停止する。すなわち、異常が生じていると判別された酸素含有ガス供給ラインを停止し、代わりに不活性ガスの供給を開始することで、燃料電池セルの酸化をより効率よく抑制することができる。
When it is determined that there is an abnormality in the oxygen-containing gas supply line, the process proceeds to step S10, where the inert gas supply line is operated to start supplying the inert gas into the
なお、不活性ガス供給ラインの稼働を開始し、酸素含有ガス供給ラインを停止してしばらくの間は、モジュール4内に空気が多く残っているため、直ちに原燃料供給ラインおよび水供給ラインを停止すると、酸化反応が生じて、燃料電池セルの破損を生じるおそれがあるため、ステップS10においては、原燃料供給ラインおよび水供給ラインはそのまま継続して稼働させておくことが好ましい。
Since the inert gas supply line is started and the oxygen-containing gas supply line is stopped, a large amount of air remains in the
続いて、ステップS11に進み、上述のステップS3、7と同様に、モジュール温度が第1の設定温度未満か否かを判別する。モジュール温度が第1の設定温度未満である場合には、上述のステップS8と同様に、不活性ガス供給ライン、原燃料供給ラインおよび水供給ラインの稼働を停止する。 Then, it progresses to step S11 and it is discriminate | determined whether module temperature is less than 1st setting temperature similarly to the above-mentioned step S3,7. When the module temperature is lower than the first set temperature, the operation of the inert gas supply line, the raw fuel supply line, and the water supply line is stopped as in step S8 described above.
一方で、ステップS11にて、モジュール温度が第1の設定温度以上であると判別された場合には、そのまま不活性ガスの供給を継続する。続いてステップS13に進み、不活性ガスの供給が開始されてから、所定の時間であるT1分が経過したか否かを判別する。 On the other hand, when it is determined in step S11 that the module temperature is equal to or higher than the first set temperature, the supply of the inert gas is continued as it is. Then, it progresses to step S13 and it is discriminate | determined whether T1 minutes which are predetermined time passed since supply of the inert gas was started.
ここで、T1分が経過していないと判別された場合には、再度ステップS11に戻って、モジュール温度が第1の設定温度未満か否かを判別する。一方、T1分が経過した場合には、続いて排ガスラインを閉鎖する。 Here, when it is determined that the time T1 has not elapsed, the process returns to step S11 again to determine whether the module temperature is lower than the first set temperature. On the other hand, when T1 minutes have elapsed, the exhaust gas line is subsequently closed.
モジュール温度が高い状態で、不活性ガス供給ラインの稼働を停止する制御を行なった場合、モジュール内の排ガスを排気する排ガスラインを空気が逆流し、その逆流した空気によって、燃料電池セルが酸化されてしまうおそれがある。 When control is performed to stop the operation of the inert gas supply line while the module temperature is high, the air flows backward through the exhaust gas line exhausting the exhaust gas in the module, and the fuel cell is oxidized by the air flowing backward. There is a risk that.
それゆえ、例えば排ガスラインに電磁弁等を設けておき、ステップS13において、不活性ガスの供給が開始されてからT1分が経過したと判別された場合には、電磁弁を閉鎖して、排ガスラインを閉鎖することが好ましい。それにより、モジュール温度が高い状態で不活性ガス供給ラインの稼働を停止する場合であっても、排ガスラインからの逆流を抑制でき、燃料電池セルの酸化を抑制することができる。 Therefore, for example, an electromagnetic valve or the like is provided in the exhaust gas line, and if it is determined in step S13 that T1 minutes have passed since the supply of the inert gas has started, the electromagnetic valve is closed and the exhaust gas is discharged. It is preferable to close the line. Thereby, even if it is a case where operation | movement of an inert gas supply line is stopped in the state where module temperature is high, the backflow from an exhaust gas line can be suppressed and the oxidation of a fuel cell can be suppressed.
なお、所定の時間T1分とは、モジュールを構成する収納容器の体積や、不活性ガスを貯蔵する不活性ガスボンベ(例えば窒素ボンベ)の容量等に基づいて、適宜設定することができるが、例えば不活性ガスのボンベの容量が15〜30L程度である場合には、1〜10分程度で設定することが好ましい。ちなみに、この場合において、不活性ガス供給ラインを稼働させてT1分が経過した時点で、モジュール4内の空気は不活性ガスにて排ガ
スラインより排気され、モジュール4内が不活性ガスにてパージできる時間となるように、設定することが好ましい。それにより、大型の不活性ガスボンベが必要なく、少量の不活性ガスにて効率よく停止処理を行なうことができる。
The predetermined time T1 minutes can be appropriately set based on the volume of the storage container constituting the module, the capacity of an inert gas cylinder (for example, a nitrogen cylinder) that stores the inert gas, etc. When the capacity of the cylinder of the inert gas is about 15 to 30 L, it is preferably set in about 1 to 10 minutes. Incidentally, in this case, when the inert gas supply line is operated and T1 minutes have elapsed, the air in the
ステップS14にて排ガスラインを閉鎖した後は、モジュール4内が不活性ガスにてパージされることから、ステップS12に進んで、不活性ガス供給ライン、原燃料供給ラインおよび水供給ラインの稼働を停止する。
After the exhaust gas line is closed in step S14, the inside of the
ステップS4にて、酸素含有ガス供給ラインに異常がないと判別された場合には、続いてステップS5に進み、原燃料供給ラインまたは水供給ラインに異常があるか否かを判別する。 If it is determined in step S4 that there is no abnormality in the oxygen-containing gas supply line, the process proceeds to step S5 to determine whether there is an abnormality in the raw fuel supply line or the water supply line.
なお、原燃料供給ラインに異常があるか否かとは、例えば制御装置7が原燃料供給ポンプ1に対して伝送した信号に基づく原燃料の供給量と、原燃料流量計41が計測した実際の原燃料の流量とを比較して、その差が所定の範囲外となった場合に、原燃料供給ラインに異常があると判別すればよい。
Whether or not there is an abnormality in the raw fuel supply line refers to, for example, the amount of raw fuel supplied based on the signal transmitted from the
水供給ラインに異常があるか否かについても同様に、例えば制御装置7が水ポンプ12に対して伝送した信号に基づく水の供給量と、水流量計43が計測した実際の水の流量とを比較して、その差が所定の範囲外となった場合に、水供給ラインに異常があると判別すればよい。
Similarly, regarding whether or not there is an abnormality in the water supply line, for example, the water supply amount based on the signal transmitted from the
ここで、原燃料供給ラインまたは水供給ラインに異常がないと判別された場合には、いわゆる各供給ラインには異常がないものと判別して、ステップS6に進み通常停止処理を行なう。 Here, when it is determined that there is no abnormality in the raw fuel supply line or the water supply line, it is determined that there is no abnormality in each of the so-called supply lines, and the process proceeds to step S6 and a normal stop process is performed.
一方、原燃料供給ラインまたは水供給ラインに異常があると判別された場合には、ステップS15に進み、不活性ガスラインを稼働させるとともに、原燃料供給ラインおよび水供給ラインを停止する制御を行なう。なお、この場合において、モジュールの温度を早期に低下させることを目的として、酸素含有ガス供給ラインの稼働は継続しておくことが好ましい。 On the other hand, when it is determined that there is an abnormality in the raw fuel supply line or the water supply line, the process proceeds to step S15, where the inert gas line is operated and the raw fuel supply line and the water supply line are stopped. . In this case, the operation of the oxygen-containing gas supply line is preferably continued for the purpose of quickly reducing the temperature of the module.
ステップS15にて、不活性ガスラインを稼働させるとともに、原燃料供給ラインおよび水供給ラインを停止する制御を行なった後は、続いてステップS16に進み、モジュール温度が第1の設定温度未満か否かを判別する。 In step S15, after the inert gas line is operated and the control for stopping the raw fuel supply line and the water supply line is performed, the process proceeds to step S16 to determine whether the module temperature is lower than the first set temperature. Is determined.
ステップS16にて、モジュール温度が第1の温度未満と判別された場合には、続いて、ステップS17に進んで不活性ガス供給ラインの稼働を停止する。モジュールの温度が第1の設定温度未満であれば、不活性ガスを供給しなくても燃料電池セルの酸化反応が進まないことから、不活性ガス供給ラインの稼働を停止することで、不活性ガスの使用量が増大することを抑制することができる。なお、この間、酸素含有ガス供給ラインは継続して稼働している。 When it is determined in step S16 that the module temperature is lower than the first temperature, the process proceeds to step S17, and the operation of the inert gas supply line is stopped. If the temperature of the module is lower than the first set temperature, the oxidation reaction of the fuel cell does not proceed even if the inert gas is not supplied. It can suppress that the usage-amount of gas increases. During this time, the oxygen-containing gas supply line continues to operate.
ステップS17にて不活性ガス供給ラインの稼働を停止した後は、ステップS18に進み、モジュール温度が第2の設定温度未満か否かを判別する。なお第2の設定温度は、第1の設定温度よりも低い温度に設定され、酸素含有ガス供給ラインからの酸素含有ガスが供給されなくても特に問題が生じない温度であり、例えば90〜120℃の範囲で適宜設定することができる。 After stopping the operation of the inert gas supply line in step S17, the process proceeds to step S18 to determine whether the module temperature is lower than the second set temperature. The second set temperature is set to a temperature lower than the first set temperature, and is a temperature that does not cause any problem even if the oxygen-containing gas from the oxygen-containing gas supply line is not supplied. It can be appropriately set within the range of ° C.
ステップS18にて、モジュールの温度が第2の設定温度以上の場合は、このフローを
くり返し行なう。一方、ステップS18にて、モジュールの温度が第2の設定温度未満となった場合には、ステップS20に進み、酸素含有ガス供給ラインの稼働を停止する。それにより、酸素含有ガス供給ラインを効率よく停止させることができる。
If the module temperature is equal to or higher than the second set temperature in step S18, this flow is repeated. On the other hand, if the module temperature becomes lower than the second set temperature in step S18, the process proceeds to step S20, and the operation of the oxygen-containing gas supply line is stopped. Thereby, an oxygen-containing gas supply line can be stopped efficiently.
ステップS16にて、モジュール温度が第1の設定温度以上であると判別された場合には、そのまま不活性ガスの供給を継続する。続いてステップS20に進み、不活性ガスの供給が開始されてから、所定の時間であるT2分が経過したか否かを判別する。 When it is determined in step S16 that the module temperature is equal to or higher than the first set temperature, the supply of the inert gas is continued as it is. Then, it progresses to step S20 and it is discriminate | determined whether T2 minutes which are predetermined time passed since supply of the inert gas was started.
ここで、T2分が経過していないと判別された場合には、再度ステップS16に戻って、モジュール温度が第1の設定温度未満か否かを判別する。一方、ステップS20において、T2分が経過したと判別された場合には、モジュール内が既に不活性ガスにてパージができていると判断して、続いてステップS21に進んで酸素含有ガス供給ラインを停止する。それにより、T2分までの間は、酸素含有ガスと不活性ガスとでモジュール4の温度を低下させることができるとともに、これ以降は不活性ガスのみが供給されることで、燃料電池セルの酸化を抑制することができる。
Here, when it is determined that T2 minutes have not elapsed, the process returns to step S16 again to determine whether or not the module temperature is lower than the first set temperature. On the other hand, if it is determined in step S20 that T2 minutes have elapsed, it is determined that the inside of the module has already been purged with an inert gas, and then the process proceeds to step S21 to proceed to the oxygen-containing gas supply line. To stop. As a result, the temperature of the
なお、T2分とは燃料電池装置の大きさ等に基づいて適宜設定することができ、例えば図6で示したT1分と同じとすることもできる。 The T2 minutes can be set as appropriate based on the size of the fuel cell device and the like, and can be the same as the T1 minutes shown in FIG. 6, for example.
続いてステップS21にて酸素ガス供給ラインを停止した後、続いてステップS22に進み、不活性ガスの供給が開始されてから、所定の時間であるT3分が経過したか否かを判別する。なお、T3分は上述のT2分よりも長いことは言うまでもない。 Subsequently, after stopping the oxygen gas supply line in step S21, the process proceeds to step S22, where it is determined whether or not a predetermined time T3 has elapsed since the supply of the inert gas was started. Needless to say, T3 is longer than T2 described above.
ステップS22にて、T3分が経過していないと判別された場合は、再度S21に戻って、不活性ガスの供給が開始されてから、所定の時間であるT3分が経過するまでこれをくり返す。 If it is determined in step S22 that T3 minutes have not elapsed, the process returns to S21 again, and this is repeated until T3 minutes, which is a predetermined time, have passed after the supply of the inert gas is started. return.
一方、ステップS22にて、T3分が経過したと判別された場合は、続いてステップS23に進んで、排ガスラインを閉鎖する。 On the other hand, when it is determined in step S22 that T3 minutes have elapsed, the process proceeds to step S23 to close the exhaust gas line.
モジュール温度が高い状態で、不活性ガス供給ラインの稼働を停止する制御を行なった場合、モジュール内の排ガスを排気する排ガスラインを空気が逆流し、その逆流した空気によって、燃料電池セルが酸化されてしまうおそれがある。 When control is performed to stop the operation of the inert gas supply line while the module temperature is high, the air flows backward through the exhaust gas line exhausting the exhaust gas in the module, and the fuel cell is oxidized by the air flowing backward. There is a risk that.
それゆえ、例えば排ガスラインに電磁弁等を設けておき、ステップS22において、不活性ガスの供給が開始されてからT3分が経過したと判別された場合には、電磁弁を閉鎖して、排ガスラインを閉鎖することが好ましい。それにより、モジュール温度が高い状態で不活性ガス供給ラインの稼働を停止する場合であっても、排ガスラインからの逆流を抑制でき、燃料電池セルの酸化を抑制することができる。 Therefore, for example, an electromagnetic valve or the like is provided in the exhaust gas line, and if it is determined in step S22 that T3 minutes have passed since the supply of the inert gas has started, the electromagnetic valve is closed and the exhaust gas is It is preferable to close the line. Thereby, even if it is a case where operation | movement of an inert gas supply line is stopped in the state where module temperature is high, the backflow from an exhaust gas line can be suppressed and the oxidation of a fuel cell can be suppressed.
また、所定の時間T3分とは、モジュールを構成する収納容器の体積や、不活性ガスを貯蔵する不活性ガスボンベ(例えば窒素ボンベ)の容量等に基づいて、適宜設定することができるが、例えば不活性ガスのボンベの容量が15〜30L程度である場合には、10〜15分程度で設定することが好ましい。 Further, the predetermined time T3 minutes can be appropriately set based on the volume of the storage container constituting the module, the capacity of an inert gas cylinder (for example, a nitrogen cylinder) that stores the inert gas, etc. When the capacity of the cylinder of the inert gas is about 15 to 30 L, it is preferably set in about 10 to 15 minutes.
ちなみに、この場合において、不活性ガス供給ラインを稼働させてT3分が経過した時点で、モジュール4内の空気は不活性ガスにて排ガスラインより排気され、モジュール4内が不活性ガスにてパージできる時間となるように、設定することが好ましい。それにより、大型の不活性ガスボンベが必要なく、少量の不活性ガスにて効率よく停止処理を行なうことができる。
Incidentally, in this case, when T3 minutes have passed since the inert gas supply line was operated, the air in the
ステップS23にて排ガスラインを閉鎖した後は、モジュール4内が不活性ガスにてパージされることから、ステップS24に進んで、不活性ガス供給ラインの稼働を停止する。
After the exhaust gas line is closed in step S23, the inside of the
上述したように、モジュール(燃料電池装置)の運転の停止処理を、運転の停止条件に応じて、原燃料供給ライン、酸素含有ガス供給ライン、水供給ラインおよび不活性ガス供給ラインの稼働および停止を変更する制御を行なうことで、燃料電池セルの酸化を抑制しつつ、少ない量の不活性ガスで効率よく運転停止処理を行なうことができ、大型化を抑制することができる。 As described above, the operation of stopping the operation of the module (fuel cell device) is performed according to the operation stop condition, and the operation and stop of the raw fuel supply line, the oxygen-containing gas supply line, the water supply line, and the inert gas supply line. By performing the control to change the fuel cell, it is possible to efficiently perform the operation stop process with a small amount of inert gas while suppressing the oxidation of the fuel cell, and to suppress the increase in size.
図8は、外装ケース内に図1で示したモジュール4と、モジュール4を動作させるための補機(図示せず)とを収納してなる本実施形態の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図8においては一部構成を省略して示している。
FIG. 8 is an exploded perspective view showing an example of the fuel cell device of this embodiment in which the
図8に示す燃料電池装置44は、支柱45と外装板46から構成される外装ケース内を仕切板47により上下に区画し、その上方側を上述したモジュール4を収納するモジュール収納室48とし、下方側をモジュール4を動作させるための補機を収納する補機収納室49として構成されている。なお、補機収納室49に収納する補機を省略して示している。
The
また、仕切板47には、補機収納室49の空気をモジュール収納室48側に流すための空気流通口50が設けられており、モジュール収納室48を構成する外装板46の一部に、モジュール収納室48内の空気を排気するための排気口51が設けられている。
Further, the partition plate 47 is provided with an
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。 Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、図6、図7においては、上記説明においては、先にモジュールの温度を判別した後に、不活性ガスを供給開始してからの時間を判別する制御について説明したが、逆に先に不活性ガスを供給開始してからの時間を判別し、続いてモジュールの温度を判別する制御としてもよい。特に不活性ガスのボンベが小型の場合は、不活性ガスの量が少ないことから、この順序とすることが特に有効である。また、この場合において、不活性ガスの供給開始からの時間であるT1〜T3は、それぞれ不活性ガスボンベの容量に基づいて、容量が切れる前の時間で設定することが好ましい。 For example, in FIGS. 6 and 7, in the above description, the control for determining the time since the supply of the inert gas was started after the temperature of the module was previously determined was described. Control may be performed in which the time from the start of supply of the active gas is determined, and then the temperature of the module is determined. This order is particularly effective when the inert gas cylinder is small, since the amount of inert gas is small. In this case, it is preferable to set T1 to T3, which are times from the start of the supply of the inert gas, based on the capacity of the inert gas cylinder, respectively, before the capacity is turned off.
また、上述の例ではいわゆる中空平板型と呼ばれる燃料電池セル19を用いて説明したが、一般に横縞型と呼ばれる複数の発電素子部を支持体上に設けてなる横縞型の燃料電池セルを用いることもできる。
In the above-described example, the
また、上述の例では燃料電池セル19としてガス流路に燃料ガスを流す構成の燃料電池セル19を用いて説明したが、ガス流路が酸素含有ガスを流す構成の燃料電池セルであっても同様とすることができる。
In the above-described example, the
1:原燃料供給ポンプ
2:酸素含有ガス供給ポンプ
3:改質器
4:燃料電池モジュール
7:制御装置
12:水ポンプ
18:収納容器
19:燃料電池セル
27:温度計測手段(熱電対)
52:燃料電池装置
1: Raw fuel supply pump 2: Oxygen-containing gas supply pump 3: Reformer 4: Fuel cell module 7: Control device 12: Water pump 18: Storage container 19: Fuel cell 27: Temperature measuring means (thermocouple)
52: Fuel cell device
Claims (10)
該燃料電池モジュール内の温度を測定する温度計測手段と、
前記燃料電池セルに供給する燃料ガスを水蒸気改質にて生成するための改質器と、
該改質器に原燃料を供給する原燃料供給ラインと、
前記改質器に水を供給する水供給ラインと、
前記燃料電池セルに前記酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給ラインと、
前記燃料電池モジュール内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ラインと、
各供給ラインを流れる流体の供給および停止を制御する制御装置とを備え、
該制御装置は、前記燃料電池モジュールの運転を停止する場合において、該運転の停止条件に応じて、前記原燃料供給ライン、前記酸素含有ガス供給ライン、前記水供給ラインおよび前記不活性ガス供給ラインを流れる流体の供給および停止を変更する制御を行なうことを特徴とする燃料電池装置。 A fuel cell module in which a fuel cell that generates power with fuel gas and oxygen-containing gas is stored in a storage container;
Temperature measuring means for measuring the temperature in the fuel cell module;
A reformer for generating the fuel gas supplied to the fuel cell by steam reforming;
A raw fuel supply line for supplying raw fuel to the reformer;
A water supply line for supplying water to the reformer;
An oxygen-containing gas supply line for supplying the oxygen-containing gas to the fuel battery cell;
An inert gas supply line for supplying an inert gas into the fuel cell module;
A control device for controlling supply and stop of fluid flowing through each supply line,
The control device, when stopping the operation of the fuel cell module, according to the stop condition of the operation, the raw fuel supply line, the oxygen-containing gas supply line, the water supply line and the inert gas supply line A fuel cell device that performs control to change supply and stop of fluid flowing through the fuel cell.
The control device closes the exhaust gas line through which the exhaust gas from the fuel cell module flows when the time from the start of supplying the fluid flowing through the inert gas supply line becomes T3 minutes longer than T2 minutes. The fuel cell device according to claim 9, wherein subsequently, control is performed to stop the supply of fluid flowing through the inert gas supply line.
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