JP2015109149A - Solid oxide type fuel cell and shutdown and storage method thereof - Google Patents

Solid oxide type fuel cell and shutdown and storage method thereof Download PDF

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勝己 檜垣
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良一 宮地
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid oxide type fuel cell capable of maintaining a performance of a desulfurizer in the case of storage after stopping power generation while ensuring cost reduction and energy loss reduction.SOLUTION: The solid oxide type fuel cell includes: a modifier 1 which performs water vapor modification on raw material gas to produce fuel gas; a desulfurizer 2 provided in the middle of a raw material gas supply path 7 at an upstream side of the modifier 1; an evaporator 3 that is provided in the middle of the raw material gas supply path 7 at the upstream side of the modifier and a downstream side of the desulfurizer 2, evaporates water supplied through a water supply path 20 and mixes atomized water vapor with the raw material gas supplied through the raw material gas supply path 7; and a cell stack 5 including a plurality of fuel battery cells 4 for generating power by oxidizing and reducing the fuel gas and an oxidant. In the solid oxide type fuel cell, a folded-back part K is provided which is folded back in such a manner that the middle of the raw material gas supply path 7 between the desulfurizer 2 and the evaporator 3 is projected downward, to store water.

Description

本発明は、原燃料ガス供給路を通して供給される炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、改質器よりも上流側の原燃料ガス供給路の途中に設けられ、原燃料ガスに対して脱硫処理を行う脱硫器と、改質器よりも上流側且つ脱硫器よりも下流側の原燃料ガス供給路の途中に設けられ、水供給路を通して供給される水を気化すると共に、気化した水蒸気と原燃料ガス供給路を通して供給される原燃料ガスとを混合する気化器と、改質器にて生成された燃料ガス及び酸化剤の酸化及び還元により発電を行う複数個の燃料電池セルを有するセルスタックとを備える固体酸化物形燃料電池、及び、その停止保管方法に関する。   The present invention relates to a reformer that steam-reforms a hydrocarbon-based raw fuel gas supplied through a raw fuel gas supply path to generate fuel gas, and a raw fuel gas supply path upstream of the reformer. Provided in the middle of the desulfurizer that performs desulfurization treatment on the raw fuel gas and the raw fuel gas supply path upstream of the reformer and downstream of the desulfurizer, and supplied through the water supply path The vaporized water and the vaporizer that mixes the vaporized water vapor and the raw fuel gas supplied through the raw fuel gas supply path, and the oxidation and reduction of the fuel gas and oxidant generated in the reformer The present invention relates to a solid oxide fuel cell including a cell stack having a plurality of fuel cells that generate power, and a method for stopping and storing the same.

従来より、酸化物イオンを伝導する膜として固体電解質を用いた複数個の燃料電池セルを有するセルスタックを備える固体酸化物形燃料電池が知られている。固体酸化物形燃料電池では、一般的に、固体電解質としてイットリアをドープしたジルコニアが用いられており、この固体電解質の一方側には燃料ガス(例えば、水素等)を酸化するための燃料極が設けられ、その他方側には酸化剤(例えば、空気中の酸素)を還元するための空気極が設けられている。固体酸化物形燃料電池では、セルスタックの作動温度は約700℃〜1000℃と高く、このような高温下において、燃料ガスとしての水素等と酸化剤としての空気中の酸素とが電気化学反応を起こすことによって発電が行われる。   Conventionally, a solid oxide fuel cell including a cell stack having a plurality of fuel cells using a solid electrolyte as a membrane for conducting oxide ions is known. In a solid oxide fuel cell, zirconia doped with yttria is generally used as a solid electrolyte, and a fuel electrode for oxidizing a fuel gas (for example, hydrogen) is provided on one side of the solid electrolyte. Provided on the other side is an air electrode for reducing an oxidant (for example, oxygen in the air). In the solid oxide fuel cell, the operating temperature of the cell stack is as high as about 700 ° C. to 1000 ° C. Under such a high temperature, the hydrogen gas as the fuel gas and the oxygen in the air as the oxidant undergo an electrochemical reaction. Power is generated by causing

水素等の燃料ガスは、炭化水素系の原燃料ガスを改質器で改質(例えば、水蒸気を用いた水蒸気改質)することによって生成される。改質器に供給される原燃料ガス、例えば都市ガス、LPガスには、ガス漏洩時に知覚できるように硫黄を含有する付臭剤(着臭剤)成分が含まれている。付臭剤中の硫黄成分は、改質器に収容されている改質触媒の性能劣化を引き起こす原因となるため、改質器に送給する前に原燃料ガス中の付臭剤、特にその硫黄成分を除去する必要がある。このため、一般的に燃料電池を備えるシステムにおいては、改質器の上流側に脱硫器が配設され、脱硫器で原燃料ガス中の硫黄成分が除去された後に改質器に送給される。   Fuel gas such as hydrogen is generated by reforming a hydrocarbon-based raw fuel gas with a reformer (for example, steam reforming using steam). The raw fuel gas such as city gas and LP gas supplied to the reformer contains an odorant (odorant) component containing sulfur so that it can be perceived when gas leaks. Since the sulfur component in the odorant causes deterioration of the performance of the reforming catalyst accommodated in the reformer, the odorant in the raw fuel gas, especially its It is necessary to remove the sulfur component. For this reason, in a system generally equipped with a fuel cell, a desulfurizer is disposed upstream of the reformer, and after the sulfur component in the raw fuel gas is removed by the desulfurizer, the desulfurizer is supplied to the reformer. The

脱硫器については、常温での物理吸着性能を利用して除去する常温脱硫剤方式と、微量の水素を添加し付臭剤を硫化水素に変換し化学吸着性能を利用して除去する超高次脱硫方式がある。前者は、配管系統は簡略であるものの、吸着容量は後者のものと比較し小さいため、固体酸化物形燃料電池の寿命相当の量の脱硫剤を搭載するには、脱硫器の占める容積が多大となり、またコストアップとなる。一方、後者の方式は、添加する水素を、改質器の下流側から一部取り出して脱硫器へと戻すための配管系統が別途必要になることや、脱硫器の温度を例えば200℃〜300℃付近とするような設置上の配慮が必要なるが、脱硫器の容量は小さくて済み、配管系統を含めても全体の装置コストは常温脱硫方式よりも低くなる。
固体酸化物形燃料電池に超高次脱硫方式を適用した例としては、後述する特許文献1がある。
For desulfurizers, room-temperature desulfurization agent system that removes using physical adsorption performance at room temperature and ultra-high order that adds a small amount of hydrogen to convert odorant into hydrogen sulfide and removes it using chemical adsorption performance There is a desulfurization method. In the former, although the piping system is simple, the adsorption capacity is small compared to the latter, so the volume occupied by the desulfurizer is too large to mount a desulfurizing agent equivalent to the life of a solid oxide fuel cell. And the cost increases. On the other hand, the latter method requires a separate piping system for taking out part of the hydrogen to be added from the downstream side of the reformer and returning it to the desulfurizer, and the temperature of the desulfurizer is, for example, 200 ° C. to 300 ° C. Although installation considerations such as around 0 ° C. are necessary, the capacity of the desulfurizer can be small, and the entire equipment cost is lower than that of the room temperature desulfurization method even if the piping system is included.
As an example of applying an ultra-high order desulfurization method to a solid oxide fuel cell, there is Patent Document 1 described later.

超高次脱硫方式では、例えば銅−亜鉛系脱硫剤、銅−亜鉛−アルミニウム系脱硫剤などが用いられる。そして、固体酸化物形燃料電池の運転中に、脱硫剤が200〜300℃となるような位置に脱硫器が設置される。また、この脱硫剤を超高次脱硫において使用可能な状態とするには、脱硫剤自体をあらかじめH2を含有する還元ガスの流通下で高温熱処理(予備還元処理)する必要がある。この予備還元処理を経て固体酸化物形燃料電池に組み込んだ後は、脱硫器に収容されている脱硫剤は基本的に還元状態を維持する必要がある。 In the ultra-high order desulfurization method, for example, a copper-zinc-based desulfurizing agent, a copper-zinc-aluminum-based desulfurizing agent, or the like is used. And a desulfurizer is installed in the position where a desulfurization agent will be 200-300 degreeC during a driving | operation of a solid oxide fuel cell. In order to make this desulfurizing agent usable in ultra-high order desulfurization, the desulfurizing agent itself needs to be subjected to high-temperature heat treatment (preliminary reduction treatment) in advance under the flow of a reducing gas containing H 2 . After incorporation into the solid oxide fuel cell through this preliminary reduction treatment, the desulfurization agent accommodated in the desulfurizer must basically maintain the reduced state.

尚、仮に停止時などにおいて脱硫器に空気などが侵入すると、脱硫剤の酸化(発熱反応)が進むこととなる。その場合、次回起動時には、超高次脱硫のために必要な量の水素を原燃料ガスに添加したとしても、脱硫剤表面の酸化部分を再還元するための還元用途に水素が消費されてしまい、硫黄成分の脱硫用途に利用できる水素量が減少してしまう。そのため、脱硫剤の表面が酸化された状態で脱硫器を通過した原燃料ガスには、SOxの状態の硫黄分が含まれることとなり、後段の改質触媒の性能劣化を引き起こす可能性が高くなる。
このような問題から見ても、脱硫器を使用し始めた後は、固体酸化物形燃料電池を停止した保管中においても、脱硫器では常に一定の低酸素分圧の状態を保つことが重要となる。
If air or the like enters the desulfurizer during stoppage or the like, oxidation (exothermic reaction) of the desulfurization agent proceeds. In that case, at the next start-up, even if an amount of hydrogen necessary for ultra-high order desulfurization is added to the raw fuel gas, the hydrogen is consumed for the reduction purpose for re-reducing the oxidized portion on the surface of the desulfurization agent. Therefore, the amount of hydrogen that can be used for sulfur desulfurization is reduced. Therefore, the raw fuel gas that has passed through the desulfurizer with the surface of the desulfurizing agent being oxidized contains a sulfur content in the SOx state, and there is a high possibility of causing performance deterioration of the reforming catalyst in the subsequent stage. .
In view of these problems, it is important that the desulfurizer always maintains a constant low oxygen partial pressure even after storage of the solid oxide fuel cell is stopped after starting to use the desulfurizer. It becomes.

超高次脱硫方式を採用した固体酸化物形燃料電池について記載する特許文献1では、脱硫器(22)を出た後の原燃料ガスは、冷却用熱交換器(42)で冷却され、電磁弁(44)を通過した後に、気化器(12)や改質器(4)に供給される。電磁弁(44)は、気化器(12)や改質器(4)に原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給路(14)を開閉するためのものであり、開状態のときに燃料ガス供給流路(14)を通しての原燃料ガスの供給を許容し、セルスタック(6)の発電停止後などに閉状態になり、気化器(12)から原燃料ガス供給路(14)を通して水蒸気などが逆流することが防止される。つまり、固体酸化物形燃料電池が発電を終了し停止状態になると、脱硫器(22)の温度低下に伴い内部ガスの収縮が起こり負圧となる。そのため、電磁弁(44)がない場合、セルスタック(6)の開放端より酸素などを含むガスを引き込み、場合によっては脱硫剤を酸化・劣化させることもある。これを防止するために、セルスタック(6)の発電停止後などに電磁弁(44)を閉状態に切り替える必要がある。また、特許文献1に開示の技術では、原燃料ガスが高温状態で電磁弁(44)を通して流れると電磁弁(44)を故障させる可能性があるため、冷却用熱交換器(42)は、電磁弁(44)の耐熱性の保証範囲にまで脱硫処理後の原燃料ガスを冷却することを目的として設置している。   In Patent Document 1 describing a solid oxide fuel cell employing an ultrahigh-order desulfurization method, the raw fuel gas after exiting the desulfurizer (22) is cooled by a cooling heat exchanger (42), and electromagnetic After passing through the valve (44), it is supplied to the vaporizer (12) and the reformer (4). The electromagnetic valve (44) is for opening and closing the raw fuel gas supply path (14) for supplying the raw fuel gas to the vaporizer (12) and the reformer (4), and the fuel gas when opened. The supply of the raw fuel gas through the supply flow path (14) is permitted, and the cell stack (6) is closed after power generation is stopped, and the water vapor is supplied from the vaporizer (12) through the raw fuel gas supply path (14). Is prevented from flowing back. That is, when the solid oxide fuel cell finishes power generation and enters a stopped state, the internal gas contracts as the temperature of the desulfurizer (22) decreases, resulting in a negative pressure. For this reason, when there is no solenoid valve (44), a gas containing oxygen or the like is drawn from the open end of the cell stack (6), and in some cases, the desulfurization agent may be oxidized and deteriorated. In order to prevent this, it is necessary to switch the solenoid valve (44) to the closed state after the power generation of the cell stack (6) is stopped. Further, in the technology disclosed in Patent Document 1, if the raw fuel gas flows through the electromagnetic valve (44) in a high temperature state, the electromagnetic valve (44) may be broken. Therefore, the cooling heat exchanger (42) It is installed for the purpose of cooling the raw fuel gas after the desulfurization treatment to the guaranteed heat resistance range of the solenoid valve (44).

特開2011−159485号公報JP 2011-159485 A

しかしながら、特許文献1に記載のように、脱硫器での脱硫処理後の高温の原燃料ガスを冷却して気化器に送給することは、エネルギー的にもロスになり、また低コスト化の観点では、脱硫器よりも後段にこのような冷却用熱交換器と電磁弁とを設けることは好ましくない。   However, as described in Patent Document 1, cooling the high-temperature raw fuel gas after the desulfurization process in the desulfurizer and feeding it to the vaporizer is also loss in energy and cost reduction. From the viewpoint, it is not preferable to provide such a heat exchanger for cooling and a solenoid valve at a stage after the desulfurizer.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コスト且つ低エネルギーロスを確保した状態で、固体酸化物形燃料電池の発電が停止された後の保管時に脱硫器の性能を維持しておくことができる固体酸化物形燃料電池及びその停止保管方法を提供する点にある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a desulfurizer for storage after power generation of a solid oxide fuel cell is stopped in a state where low cost and low energy loss are ensured. It is in providing a solid oxide fuel cell capable of maintaining the performance of the above and a method for stopping and storing the same.

上記目的を達成するための本発明に係る固体酸化物形燃料電池の特徴構成は、原燃料ガス供給路を通して供給される炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器よりも上流側の前記原燃料ガス供給路の途中に設けられ、原燃料ガスに対して脱硫処理を行う脱硫器と、
前記改質器よりも上流側且つ前記脱硫器よりも下流側の前記原燃料ガス供給路の途中に設けられ、水供給路を通して供給される水を気化すると共に、気化した水蒸気と前記原燃料ガス供給路を通して供給される原燃料ガスとを混合する気化器と、
前記改質器にて生成された燃料ガス及び酸化剤の酸化及び還元により発電を行う複数個の燃料電池セルを有するセルスタックとを備える固体酸化物形燃料電池であって、
前記脱硫器と前記気化器との間の前記原燃料ガス供給路の途中が下に凸の形状になるように折り返されて水が貯まるように構成される折返部を備える点にある。
In order to achieve the above object, the solid oxide fuel cell according to the present invention is characterized in that the hydrocarbon-based raw fuel gas supplied through the raw fuel gas supply passage is steam reformed to generate fuel gas. The genitalia
A desulfurizer that is provided in the middle of the raw fuel gas supply path upstream of the reformer and that performs a desulfurization process on the raw fuel gas;
Provided in the middle of the raw fuel gas supply path upstream of the reformer and downstream of the desulfurizer, the water supplied through the water supply path is vaporized, and the vaporized water vapor and the raw fuel gas A vaporizer that mixes the raw fuel gas supplied through the supply path;
A solid oxide fuel cell comprising a fuel gas generated in the reformer and a cell stack having a plurality of fuel cells that generate power by oxidation and reduction of an oxidant,
A point is provided with a turn-back portion configured to be folded back so as to have a convex shape in the middle of the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer and to store water.

上記特徴構成によれば、固体酸化物形燃料電池は折返部を備え、その折返部は、原燃料ガス供給路の途中が下に凸の形状になるように折り返されて水が貯まるように構成されている。つまり、原燃料ガス供給路の途中に、上述のような構造上の特徴を有する折返部を設けたことで、折返部で水(例えば凝縮水)が発生又は折返部に水が供給された場合、その水は重力によって集められて折返部で滞留することになる。そして、折返部で滞留した水が原燃料ガス供給路を閉塞させる量になると、脱硫器と気化器との間の原燃料ガス供給路でのガスの流通が遮断されるので、セルスタックの開放端などを通して原燃料ガス供給路に酸素が侵入したとしても、その酸素は、脱硫器と気化器との間で遮断され、脱硫器にまで至らない。その結果、脱硫器に収容されている脱硫触媒が酸化することは防止される。
また、本特徴構成では、折返部が有する構造上の特徴によって、脱硫器と気化器との間の原燃料ガス供給路が滞留水によって閉塞された状態を作り出すことができるので、従来技術のように電磁弁などの特別な装置は不要となり、そのような特別な装置を保護するために原燃料ガスを冷却するといった対策も不要となる。
従って、低コスト且つ低エネルギーロスを確保した状態で、固体酸化物形燃料電池の発電が停止された後の保管時に脱硫器の性能を維持しておくことができる固体酸化物形燃料電池を提供できる。
According to the above characteristic configuration, the solid oxide fuel cell includes the folded portion, and the folded portion is configured to be folded so that the middle of the raw fuel gas supply path has a downwardly convex shape and store water. Has been. That is, in the middle of the raw fuel gas supply path, when a folded portion having the above structural features is provided, water (for example, condensed water) is generated at the folded portion or water is supplied to the folded portion. The water is collected by gravity and stays in the folding part. When the amount of water staying in the turn-up portion becomes the amount that blocks the raw fuel gas supply path, the gas flow in the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer is interrupted, so the cell stack is opened. Even if oxygen enters the raw fuel gas supply path through the end or the like, the oxygen is blocked between the desulfurizer and the vaporizer and does not reach the desulfurizer. As a result, oxidation of the desulfurization catalyst accommodated in the desulfurizer is prevented.
Further, in this feature configuration, the structural feature of the turn-back portion can create a state in which the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer is blocked by stagnant water. In addition, a special device such as a solenoid valve is not required, and a measure for cooling the raw fuel gas is not required to protect such a special device.
Accordingly, a solid oxide fuel cell capable of maintaining the performance of the desulfurizer during storage after power generation of the solid oxide fuel cell is stopped with low cost and low energy loss secured is provided. it can.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の別の特徴構成は、前記折返部は、前記セルスタックでの発電が停止された後の冷停止状態において、前記原燃料ガス供給路内に水が滞留して閉塞されることによるガス遮断が可能なガス遮断機構として機能する点にある。   Another characteristic configuration of the solid oxide fuel cell according to the present invention is that, in the cold stop state after the power generation in the cell stack is stopped, the folded portion retains water in the raw fuel gas supply path. Therefore, it functions as a gas shut-off mechanism capable of shutting off the gas by being blocked.

セルスタックでの発電が停止された後の冷停止状態では、原燃料ガス供給路の温度は次第に低下して行くため、原燃料ガス供給路の内部では水の凝縮が発生することがある。
本特徴構成では、脱硫器と気化器との間の原燃料ガス供給路の途中に上記折返部を設けているため、セルスタックでの発電が停止された後の冷停止状態で脱硫器と気化器との間の原燃料ガス供給路の途中で凝縮水が発生したとき、その凝縮水は、折返部の構造上、折返部の方へと重力によって集められる。そして、集められた水が原燃料ガス供給路内に滞留して原燃料ガス供給路が閉塞されることにより、折返部を原燃料ガス供給路のガス遮断が可能なガス遮断機構として機能させることができる。
In the cold stop state after the power generation in the cell stack is stopped, the temperature of the raw fuel gas supply path gradually decreases, so that water may be condensed inside the raw fuel gas supply path.
In this feature configuration, since the folding portion is provided in the middle of the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer, the desulfurizer and the vaporizer are in a cold stop state after power generation in the cell stack is stopped. When condensed water is generated in the middle of the raw fuel gas supply path to the vessel, the condensed water is collected by gravity toward the folded portion due to the structure of the folded portion. Then, the collected water stays in the raw fuel gas supply path and the raw fuel gas supply path is closed, so that the turning portion functions as a gas shut-off mechanism capable of shutting off the raw fuel gas supply path. Can do.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の更に別の特徴構成は、前記水供給路を通して前記気化器に供給された水が、前記セルスタックでの発電が停止された後の冷停止状態において、前記脱硫器と前記気化器との間の前記原燃料ガス供給路に流入して、前記折返部で前記原燃料ガス供給路内に滞留する滞留水の少なくとも一部となるように構成されている点にある。   Still another feature of the solid oxide fuel cell according to the present invention is that the water supplied to the vaporizer through the water supply path is in a cold stop state after power generation in the cell stack is stopped. It is configured to flow into the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer, and to be at least a part of the accumulated water staying in the raw fuel gas supply path at the turning portion. In the point.

セルスタックでの発電が停止された後の冷停止状態において脱硫器近傍の温度が気化器側よりも低下して負圧状態となると、気化器側から脱硫器の方に向かって原燃料ガス供給路をガスが流れるようになる。
本特徴構成では、セルスタックでの発電が停止された後の冷停止状態において気化器側から脱硫器の方に向かってガスが流れ、その原燃料ガス供給路の途中で水が凝縮するという現象が発生することを利用する。つまり、予め、水供給路を通して気化器に対して供給しておいた水を、脱硫器と気化器との間の原燃料ガス供給路に流入させ、凝縮させることで、折返部で原燃料ガス供給路内に滞留する滞留水の少なくとも一部として利用することができる。
When the temperature in the vicinity of the desulfurizer falls below the carburetor side in the cold stop state after the power generation in the cell stack is stopped, the raw fuel gas is supplied from the carburetor side toward the desulfurizer. Gas begins to flow through the road.
In this feature configuration, gas flows from the vaporizer side toward the desulfurizer in the cold stop state after power generation in the cell stack is stopped, and water is condensed in the middle of the raw fuel gas supply path. Take advantage of what happens. That is, the water previously supplied to the carburetor through the water supply passage is caused to flow into the raw fuel gas supply passage between the desulfurizer and the vaporizer and be condensed, so that the raw fuel gas at the turn-back portion. It can be utilized as at least a part of the staying water staying in the supply path.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の更に別の特徴構成は、前記脱硫器と前記気化器との間の前記原燃料ガス供給路に水を補給可能な水補給路を備え、
前記セルスタックでの発電が停止された後の冷停止状態において、前記水補給路から前記原燃料ガス供給路に供給される水が、前記折返部で前記原燃料ガス供給路内に滞留する滞留水の少なくとも一部となるように構成されている点にある。
Still another characteristic configuration of the solid oxide fuel cell according to the present invention includes a water supply path capable of supplying water to the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer,
In the cold stop state after power generation in the cell stack is stopped, the water supplied from the water replenishment path to the raw fuel gas supply path stays in the raw fuel gas supply path at the turning portion It is in the point comprised so that it may become at least one part of water.

上記特徴構成によれば、気化器での水の気化工程を経ることなく、水補給路から原燃料ガス供給路に供給する水を、折返部で原燃料ガス供給路内に滞留する滞留水の少なくとも一部とすることができる。つまり、気化器の温度とは無関係に、折返部で水を貯めることができる。   According to the above characteristic configuration, the water supplied from the water replenishment path to the raw fuel gas supply path without passing through the water vaporization step in the vaporizer is retained in the raw fuel gas supply path at the turn-back portion. It can be at least part. That is, water can be stored at the turn-back section regardless of the temperature of the vaporizer.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の更に別の特徴構成は、前記折返部は、前記原燃料ガス供給路の一部を構成する密閉式容器と、前記原燃料ガス供給路の一部を構成して前記密閉式容器に対して前記脱硫器側から挿入される第1配管部と、前記原燃料ガス供給路の一部を構成して前記密閉式容器に対して前記気化器側から挿入される第2配管部とを有し、前記密閉式容器の内部での前記第2配管部の第2開口位置は、前記密閉式容器の内部での前記第1配管部の第1開口位置よりも下方位置にあり、
前記折返部に水が滞留した状態で、前記第1開口位置が気相側に、前記第2開口位置が液相側に位置される点にある。
Still another characteristic configuration of the solid oxide fuel cell according to the present invention is that the folded portion includes a sealed container constituting a part of the raw fuel gas supply path, and a part of the raw fuel gas supply path. A first piping portion configured to be inserted from the desulfurizer side into the sealed container and a part of the raw fuel gas supply path to be inserted from the vaporizer side into the sealed container A second opening position of the second piping section inside the sealed container is more than a first opening position of the first piping section inside the sealed container. Is also in the lower position,
The first opening position is located on the gas phase side and the second opening position is located on the liquid phase side in a state where water stays in the folded portion.

上記特徴構成によれば、密閉式容器に対して気化器側から挿入される第2配管部の第2開口位置は、密閉式容器に対して脱硫器側から挿入される第1配管部の第1開口位置よりも下方位置にあるので、折返部としての密閉式容器内に水が滞留した状態で、第1開口位置が気相側に、第2開口位置が液相側に位置される状態が起こり得る。つまり、密閉式容器に対して脱硫器側から挿入される第1配管部の第1開口位置を水に触れさせることなく、密閉式容器に対して気化器側から挿入される第2配管部の第2開口位置のみが水に浸かった状態を作り出すことができる。その結果、滞留水の液位より上部において空間が比較的大きく取れるので、水が第1配管部を介して脱硫器側に流入しないことを確保しながら、脱硫器と気化器との間の原燃料ガス供給路でのガスの流通を滞留水によって遮断できる。   According to the above characteristic configuration, the second opening position of the second piping part inserted from the vaporizer side with respect to the sealed container is the second opening position of the first piping part inserted from the desulfurizer side with respect to the sealed container. Since the first opening position is located below the first opening position, the first opening position is located on the gas phase side and the second opening position is located on the liquid phase side in a state where water stays in the sealed container serving as the folding portion. Can happen. That is, the second piping part inserted from the vaporizer side into the sealed container without touching the first opening position of the first piping part inserted from the desulfurizer side with respect to the sealed container. Only the second opening position can be immersed in water. As a result, the space above the liquid level of the accumulated water is relatively large, so that the water between the desulfurizer and the vaporizer is secured while ensuring that water does not flow into the desulfurizer through the first pipe portion. The circulation of the gas in the fuel gas supply path can be blocked by the staying water.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の更に別の特徴構成は、前記第2開口位置での前記密閉式容器の横断面積が、前記第1開口位置での前記密閉式容器の横断面積よりも小さくなるように、前記密閉式容器は下方に向かって先細形状になっている点にある。   Still another characteristic configuration of the solid oxide fuel cell according to the present invention is that the cross-sectional area of the sealed container at the second opening position is larger than the cross-sectional area of the sealed container at the first opening position. In order to reduce the size, the hermetic container is tapered downward.

上記特徴構成によれば、密閉式容器の内部に存在する滞留水が少なくても、密閉式容器内での滞留水の水位は相対的に高くなる。つまり、密閉式容器に対して気化器側から挿入される第2配管部の第2開口位置は相対的に深い水深に位置することとなる。その結果、密閉式容器に対して気化器側から挿入され、滞留水にその一部が水没している第2配管部内での水頭(例えば、滞留水の水面から滞留水に水没している第2開口位置までの長さに相当)は長くなるので、気化器側のガス(酸素など)が脱硫器側に流入し難くなる。   According to the above characteristic configuration, even if the amount of staying water present in the sealed container is small, the level of the staying water in the sealed container becomes relatively high. That is, the 2nd opening position of the 2nd piping part inserted from the vaporizer side with respect to an airtight container will be located in a relatively deep water depth. As a result, the water head (for example, the first submerged in the stagnant water from the surface of the stagnant water) is inserted into the sealed container from the vaporizer side and partially submerged in the stagnant water. (Corresponding to the length of up to 2 opening positions) becomes longer, so that the gas (oxygen or the like) on the vaporizer side hardly flows into the desulfurizer side.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の更に別の特徴構成は、前記折返部は、前記脱硫器の最下面よりも下方に設けられている点にある。   Still another characteristic configuration of the solid oxide fuel cell according to the present invention is that the folded portion is provided below the lowermost surface of the desulfurizer.

上記特徴構成によれば、脱硫器での位置エネルギーを、折返部での位置エネルギーよりも大きくしておくことで、折返部から脱硫器側へ物体は移動し難くなる。その結果、脱硫器が冷却されて脱硫器での圧力が相対的に低くなる負圧状態になったとしても、折返部から滞留水が脱硫器側へと流入することを抑制できる。   According to the above characteristic configuration, by making the potential energy in the desulfurizer larger than the potential energy in the folding portion, it is difficult for the object to move from the folding portion to the desulfurizer side. As a result, even if the desulfurizer is cooled and becomes a negative pressure state in which the pressure in the desulfurizer becomes relatively low, it is possible to suppress the staying water from flowing into the desulfurizer side from the folded portion.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の停止保管方法の特徴構成は、原燃料ガス供給路を通して供給される炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器よりも上流側の前記原燃料ガス供給路の途中に設けられ、原燃料ガスに対して脱硫処理を行う脱硫器と、前記改質器よりも上流側且つ前記脱硫器よりも下流側の前記原燃料ガス供給路の途中に設けられ、水供給路を通して供給される水を気化すると共に、気化した水蒸気と前記原燃料ガス供給路を通して供給される原燃料ガスとを混合する気化器と、前記改質器にて生成された燃料ガス及び酸化剤の酸化及び還元により発電を行う複数個の燃料電池セルを有するセルスタックとを備える固体酸化物形燃料電池の停止保管方法であって、
前記固体酸化物形燃料電池は、前記脱硫器と前記気化器との間の前記原燃料ガス供給路の途中が下に凸の形状になるように折り返されて水が貯まるように構成される折返部を備え、
前記セルスタックでの発電が停止された後、前記気化器の温度及び前記脱硫器の温度が水の沸点以上であり、且つ、前記折返部の温度が水の沸点未満であるときに、前記気化器に対して前記水供給路を通して水を供給する工程を有する点にある。
A characteristic configuration of a method for stopping and storing a solid oxide fuel cell according to the present invention includes: a reformer that steam-reforms a hydrocarbon-based raw fuel gas supplied through a raw fuel gas supply path to generate a fuel gas; A desulfurizer that is provided in the middle of the raw fuel gas supply path upstream of the reformer and performs desulfurization treatment on the raw fuel gas; and upstream of the reformer and more than the desulfurizer Vaporization is provided in the middle of the raw fuel gas supply path on the downstream side, vaporizes water supplied through the water supply path, and mixes the vaporized water vapor with the raw fuel gas supplied through the raw fuel gas supply path. And a storage method for a solid oxide fuel cell, comprising a fuel cell and a cell stack having a plurality of fuel cells that generate power by oxidation and reduction of the fuel gas and oxidant generated in the reformer. And
The solid oxide fuel cell is configured to be folded so that water is stored by being folded so that a middle portion of the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer has a downwardly convex shape. Part
After the power generation in the cell stack is stopped, when the temperature of the vaporizer and the temperature of the desulfurizer are equal to or higher than the boiling point of water and the temperature of the folded portion is lower than the boiling point of water, the vaporization is performed. And a step of supplying water to the vessel through the water supply path.

上記特徴構成によれば、セルスタックでの発電が停止された後、気化器の温度及び脱硫器の温度が水の沸点以上であり、且つ、折返部の温度が水の沸点未満であるという温度条件下で、気化器に対して水供給路を通して水を供給する工程が行われるので、気化器では水が気化される。また、気化器で気化された水(水蒸気)が、脱硫器と気化器との間の原燃料ガス供給路に流入したとき、折返部の温度は水の沸点未満であるので、折返部では水の凝縮が起こり得る。加えて、凝縮した水は、折返部が有する構造上の特徴によって重力によって一カ所に集められて滞留水となる。尚、脱硫器の温度は水の沸点以上であるので、脱硫器で水が凝縮することはない。つまり、脱硫部において水の凝縮が発生しないことを確保しつつ、折返部で原燃料ガス供給路内に滞留する滞留水の少なくとも一部となる水を、水供給路を通して気化器に対して供給することができる。そして、折返部で水を滞留させることで、その滞留水により原燃料ガス供給路を閉塞させて、脱硫器と気化器との間の原燃料ガス供給路でのガスの流通を遮断させることができる。その結果、セルスタックでの発電が停止された後でセルスタックの開放端などを通して原燃料ガス供給路に酸素が侵入したとしても、その酸素は、脱硫器と気化器との間で遮断され、脱硫器にまで至らないため、脱硫器に収容されている脱硫触媒が酸化することは防止される。
また、本特徴構成では、折返部が有する構造上の特徴によって、脱硫器と気化器との間の原燃料ガス供給路が閉塞された状態を作り出すことができるので、従来技術のように電磁弁などの特別な装置は不要となり、そのような特別な装置を保護するために原燃料ガスを冷却するといった対策も不要となる。
従って、低コスト且つ低エネルギーロスを確保した状態で、固体酸化物形燃料電池の発電が停止された後の保管時に脱硫器の性能を維持しておくことができる固体酸化物形燃料電池の停止保管方法を提供できる。
According to the above characteristic configuration, after the power generation in the cell stack is stopped, the temperature at which the temperature of the vaporizer and the temperature of the desulfurizer are equal to or higher than the boiling point of water, and the temperature of the folded portion is lower than the boiling point of water. Under the conditions, a process of supplying water through the water supply path to the vaporizer is performed, so that water is vaporized in the vaporizer. Further, when the water (steam) vaporized by the vaporizer flows into the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer, the temperature of the folded portion is lower than the boiling point of water. Condensation can occur. In addition, the condensed water is collected in one place by gravity due to the structural features of the folded portion and becomes retained water. In addition, since the temperature of a desulfurizer is more than the boiling point of water, water does not condense in a desulfurizer. In other words, while ensuring that no condensation of water occurs in the desulfurization section, water that is at least part of the staying water staying in the raw fuel gas supply path at the turning section is supplied to the vaporizer through the water supply path. can do. Then, by retaining the water in the turning portion, the raw fuel gas supply path is blocked by the retained water, and the gas flow in the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer is blocked. it can. As a result, even if oxygen enters the raw fuel gas supply path through the open end of the cell stack after power generation in the cell stack is stopped, the oxygen is blocked between the desulfurizer and the vaporizer, Since it does not reach the desulfurizer, the desulfurization catalyst accommodated in the desulfurizer is prevented from being oxidized.
In addition, in this feature configuration, a state in which the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer is blocked can be created by the structural features of the turn-up portion. Thus, a special device such as the above is not required, and a measure such as cooling the raw fuel gas is not required to protect such a special device.
Therefore, the shutdown of the solid oxide fuel cell that can maintain the performance of the desulfurizer at the time of storage after the power generation of the solid oxide fuel cell is stopped with the low cost and low energy loss secured A storage method can be provided.

本発明に係る固体酸化物形燃料電池の停止保管方法の別の特徴構成は、原燃料ガス供給路を通して供給される炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器よりも上流側の前記原燃料ガス供給路の途中に設けられ、原燃料ガスに対して脱硫処理を行う脱硫器と、前記改質器よりも上流側且つ前記脱硫器よりも下流側の前記原燃料ガス供給路の途中に設けられ、水供給路を通して供給される水を気化すると共に、気化した水蒸気と前記原燃料ガス供給路を通して供給される原燃料ガスとを混合する気化器と、前記改質器にて生成された燃料ガス及び酸化剤の酸化及び還元により発電を行う複数個の燃料電池セルを有するセルスタックとを備える固体酸化物形燃料電池の停止保管方法であって、
前記固体酸化物形燃料電池は、前記脱硫器と前記気化器との間の前記原燃料ガス供給路の途中が下に凸の形状になるように折り返されて水が貯まるように構成される折返部と、
前記脱硫器と前記気化器との間の前記原燃料ガス供給路に水を補給可能な水補給路とを備え、
前記セルスタックでの発電が停止された後、前記折返部の温度が水の沸点未満であるときに、前記水補給路から前記原燃料ガス供給路に水を供給して前記折返部に水を貯める工程を有する点にある。
Another feature of the method for stopping and storing a solid oxide fuel cell according to the present invention is a reforming process for generating a fuel gas by steam reforming a hydrocarbon-based raw fuel gas supplied through a raw fuel gas supply path. A desulfurizer that is provided in the middle of the raw fuel gas supply path upstream of the reformer and that performs desulfurization treatment on the raw fuel gas, and upstream of the reformer and the desulfurizer Provided in the middle of the raw fuel gas supply path on the downstream side, vaporizes water supplied through the water supply path, and mixes vaporized water vapor with the raw fuel gas supplied through the raw fuel gas supply path And a solid oxide fuel cell stop-and-store method comprising: a vaporizer for generating a gas and a cell stack having a plurality of fuel cells that generate power by oxidizing and reducing fuel gas and oxidant generated in the reformer Because
The solid oxide fuel cell is configured to be folded so that water is stored by being folded so that a middle portion of the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer has a downwardly convex shape. And
A water supply path capable of supplying water to the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer;
After the power generation in the cell stack is stopped, when the temperature of the folding part is less than the boiling point of water, water is supplied from the water supply path to the raw fuel gas supply path to supply water to the folding part. It has the process of storing.

上記特徴構成によれば、セルスタックでの発電が停止された後、折返部の温度が水の沸点未満であるという温度条件下で、脱硫器と気化器との間の原燃料ガス供給路に水を補給可能な水補給路から原燃料ガス供給路に水を供給して折返部に水を貯める工程が行われるので、折返部では供給された水の気化は発生せず、そのまま貯まることになる。加えて、折返部に至った水は、折返部が有する構造上の特徴によって重力によって一カ所に留まって滞留水となる。また、水補給路から供給される水は、気化器を経由しないので、この工程が気化器の温度に影響を受けることはない。また、折返部の温度は水の沸点未満であるので、気化器側から折返部にガスが流入してきたとき、折返部では水の凝縮が起こり得る。その結果、折返部で凝縮水は滞留水の一部となり、以上のような滞留水により原燃料ガス供給路を閉塞させて、脱硫器と気化器との間の原燃料ガス供給路でのガスの流通を遮断させることができる。このため、セルスタックでの発電が停止された後でセルスタックの開放端などを通して原燃料ガス供給路に酸素が侵入したとしても、その酸素は、脱硫器と気化器との間で遮断されて脱硫器にまで至らず、脱硫器に収容されている脱硫触媒が酸化することは防止される。
また、本特徴構成では、折返部が有する構造上の特徴によって、脱硫器と気化器との間の原燃料ガス供給路が閉塞された状態を作り出すことができるので、従来技術のように電磁弁などの特別な装置は不要となり、そのような特別な装置を保護するために原燃料ガスを冷却するといった対策も不要となる。
従って、低コスト且つ低エネルギーロスを確保した状態で、固体酸化物形燃料電池の発電が停止された後の保管時に脱硫器の性能を維持しておくことができる固体酸化物形燃料電池の停止保管方法を提供できる。
According to the above characteristic configuration, after the power generation in the cell stack is stopped, the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer is placed under a temperature condition that the temperature of the turning portion is lower than the boiling point of water. Since the process of supplying water from the water supply path that can supply water to the raw fuel gas supply path and storing the water in the return section is performed, the supply section does not vaporize the supplied water and stores it as it is. Become. In addition, the water that has reached the turn-back portion remains in one place by gravity due to the structural features of the turn-back portion and becomes stagnant water. Further, since the water supplied from the water supply path does not pass through the vaporizer, this process is not affected by the temperature of the vaporizer. Moreover, since the temperature of the folding part is lower than the boiling point of water, when gas flows into the folding part from the vaporizer side, water can be condensed in the folding part. As a result, the condensed water becomes part of the accumulated water at the turn-back section, and the raw fuel gas supply path is blocked by the above-mentioned retained water, and the gas in the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer is Can be blocked. For this reason, even if oxygen enters the raw fuel gas supply path through the open end of the cell stack after power generation in the cell stack is stopped, the oxygen is blocked between the desulfurizer and the vaporizer. The desulfurization catalyst accommodated in the desulfurizer is prevented from being oxidized without reaching the desulfurizer.
In addition, in this feature configuration, a state in which the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer is blocked can be created by the structural features of the turn-up portion. Thus, a special device such as the above is not required, and a measure such as cooling the raw fuel gas is not required to protect such a special device.
Therefore, the shutdown of the solid oxide fuel cell that can maintain the performance of the desulfurizer at the time of storage after the power generation of the solid oxide fuel cell is stopped with the low cost and low energy loss secured A storage method can be provided.

第1実施形態の固体酸化物形燃料電池の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the solid oxide fuel cell of 1st Embodiment. セルスタックでの発電が停止された後の固体酸化物形燃料電池の各部の温度変化と、好適な水供給タイミングとを示すグラフである。It is a graph which shows the temperature change of each part of the solid oxide fuel cell after the power generation in a cell stack is stopped, and a suitable water supply timing. ガス遮断機構として機能する折返部の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the folding | turning part which functions as a gas interruption | blocking mechanism. 第2実施形態の固体酸化物形燃料電池の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the solid oxide fuel cell of 2nd Embodiment. 第3実施形態の固体酸化物形燃料電池の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the solid oxide fuel cell of 3rd Embodiment. 第4実施形態の固体酸化物形燃料電池の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the solid oxide fuel cell of 4th Embodiment. 第5実施形態の固体酸化物形燃料電池の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the solid oxide fuel cell of 5th Embodiment.

<第1実施形態>
以下に図面を参照して第1実施形態の固体酸化物形燃料電池の構成について説明する。
図1は、第1実施形態の固体酸化物形燃料電池の構成を示す図である。図示するように、固体酸化物形燃料電池は、原燃料ガス供給路7を通して供給される炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器1と、改質器1よりも上流側の原燃料ガス供給路7の途中に設けられ、原燃料ガスに対して脱硫処理を行う脱硫器2と、改質器1よりも上流側且つ脱硫器2よりも下流側の原燃料ガス供給路7の途中に設けられ、水供給路20を通して供給される水を気化すると共に、気化した水蒸気と原燃料ガス供給路7を通して供給される原燃料ガスとを混合する気化器3と、改質器1にて生成された燃料ガス及び酸化剤の酸化及び還元により発電を行う複数個の燃料電池セル4を有するセルスタック5とを備える。加えて、本実施形態の固体酸化物形燃料電池は、脱硫器2と気化器3との間の原燃料ガス供給路7の途中が下に凸の形状になるように折り返されて水が貯まるように構成される折返部Kを備える。つまり、折返部Kは下に凸の形状になっていることで、液体が存在する場合、重力によってその底部分に液体が留まるようになる。
<First Embodiment>
The configuration of the solid oxide fuel cell according to the first embodiment will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of the solid oxide fuel cell according to the first embodiment. As shown in the figure, a solid oxide fuel cell includes a reformer 1 that steam-reforms a hydrocarbon-based raw fuel gas supplied through a raw fuel gas supply path 7 to generate a fuel gas, and a reformer. A desulfurizer 2 that is provided in the middle of the raw fuel gas supply path 7 upstream of 1 and performs desulfurization processing on the raw fuel gas; and upstream of the reformer 1 and downstream of the desulfurizer 2 A vaporizer 3 provided in the middle of the raw fuel gas supply path 7 for vaporizing water supplied through the water supply path 20 and mixing the vaporized water vapor with the raw fuel gas supplied through the raw fuel gas supply path 7. And a cell stack 5 having a plurality of fuel cells 4 that generate power by oxidation and reduction of the fuel gas and oxidant generated in the reformer 1. In addition, the solid oxide fuel cell of the present embodiment is folded back so that the middle of the raw fuel gas supply path 7 between the desulfurizer 2 and the vaporizer 3 has a downwardly convex shape, and stores water. The folding part K comprised in this way is provided. In other words, the folded portion K has a downwardly convex shape, so that when liquid is present, the liquid remains on the bottom portion by gravity.

原燃料ガス供給路7は、メタン等の炭化水素系の原燃料ガスの供給源から改質器1に至るまでのガス流路である。図1に示す例では、原燃料ガス供給路7の途中には、上流側から、開閉弁14、ゼロガバナ15、流量計16、ガスポンプ17、脱硫器2、気化器3が順に設けられている。開閉弁14は、原燃料ガス供給路7の流路の開放・閉止を切り替える弁である。開閉弁14の動作は、制御装置Cによって制御される。ゼロガバナ15は、その上流側の原燃料ガスの圧力にかかわらずその下流側の原燃料ガスの圧力を実質上大気圧に保つ(即ち、大気圧との差圧を実質上ゼロに保つ)ものである。流量計16は、原燃料ガス供給路7を流れる原燃料ガスの流量を計測する機器である。流量計16の検出結果は、制御装置Cに伝達される。ガスポンプ17は、脱硫器2へと向かってガスを流す機器である。制御装置Cは、流量計16で検出されるガス流量が所定の流量値になるように、ガスポンプ17の出力を制御する。   The raw fuel gas supply path 7 is a gas flow path from a supply source of hydrocarbon-based raw fuel gas such as methane to the reformer 1. In the example shown in FIG. 1, an on-off valve 14, a zero governor 15, a flow meter 16, a gas pump 17, a desulfurizer 2, and a vaporizer 3 are provided in this order from the upstream side in the raw fuel gas supply path 7. The on-off valve 14 is a valve that switches between opening and closing the flow path of the raw fuel gas supply path 7. The operation of the on-off valve 14 is controlled by the control device C. The zero governor 15 keeps the pressure of the downstream raw fuel gas at substantially the atmospheric pressure regardless of the pressure of the upstream raw fuel gas (that is, keeps the differential pressure from the atmospheric pressure at substantially zero). is there. The flow meter 16 is a device that measures the flow rate of the raw fuel gas flowing through the raw fuel gas supply path 7. The detection result of the flow meter 16 is transmitted to the control device C. The gas pump 17 is a device that flows gas toward the desulfurizer 2. The control device C controls the output of the gas pump 17 so that the gas flow rate detected by the flow meter 16 becomes a predetermined flow rate value.

脱硫器2は、原燃料ガスに対して脱硫処理を行う機器である。例えば、メタンやプロパンなどを主成分とする都市ガスやLPガスには、ガス漏洩時に知覚できるように硫黄を含有する付臭剤(着臭剤)成分を含んでいる。この付臭剤中の硫黄成分は、後述する改質器1に収容されている改質触媒の性能劣化を引き起こす原因となるため、改質器1に送給する前に原燃料ガス中の付臭剤、特にその硫黄成分を除去する必要がある。また、本実施形態の脱硫器2は、微量の水素を原燃料ガスに添加して付臭剤を硫化水素に変換し、その硫化水素を化学吸着性能を利用して除去する超高次脱硫方式を採用する。脱硫器2に収容される超高次脱硫剤としては、例えば、銅−亜鉛系脱硫剤、銅−亜鉛−アルミニウム系脱硫剤などを利用できる。   The desulfurizer 2 is a device that performs a desulfurization process on the raw fuel gas. For example, city gas and LP gas mainly composed of methane, propane, and the like contain an odorant (odorant) component containing sulfur so that it can be perceived when gas leaks. Since the sulfur component in the odorant causes deterioration of the performance of the reforming catalyst accommodated in the reformer 1 described later, the sulfur component in the odorant is added to the raw fuel gas before being fed to the reformer 1. It is necessary to remove the odorant, particularly its sulfur component. Further, the desulfurizer 2 of the present embodiment is an ultra-high order desulfurization system that adds a trace amount of hydrogen to the raw fuel gas, converts the odorant into hydrogen sulfide, and removes the hydrogen sulfide using chemical adsorption performance. Is adopted. As the ultra-high order desulfurizing agent accommodated in the desulfurizer 2, for example, a copper-zinc-based desulfurizing agent, a copper-zinc-aluminum-based desulfurizing agent, or the like can be used.

本実施形態では、原燃料ガスへ添加する水素を、後述する改質器1で生成された燃料ガス(即ち、水素を主成分とするガス)から得る。具体的には、改質器1での改質処理により得られる燃料ガスが流れる燃料ガス供給路8は、改質器1とガスマニホールド6との間でリサイクルガス供給路9を分岐させる。そして、リサイクルガス供給路9が、流量計16とガスポンプ17との間の原燃料ガス供給路7に合流することで、脱硫器2に供給される原燃料ガスに水素が添加されることになる。尚、リサイクルガス供給路9の途中には、流量を制限するためのオリフィス10と、流路を開閉するための開閉弁11と、気液分離器12とが設けられている。開閉弁11の動作は、制御装置Cによって制御される。そして、気液分離器12で得られる液体(即ち、凝縮水)は、排水路13を通して装置外に排出され、気液分離器12で得られる気体(水素)が原燃料ガス供給路7へと供給される。   In the present embodiment, hydrogen to be added to the raw fuel gas is obtained from a fuel gas (that is, a gas containing hydrogen as a main component) generated by the reformer 1 described later. Specifically, the fuel gas supply path 8 through which the fuel gas obtained by the reforming process in the reformer 1 flows branches the recycle gas supply path 9 between the reformer 1 and the gas manifold 6. The recycle gas supply path 9 joins the raw fuel gas supply path 7 between the flow meter 16 and the gas pump 17, whereby hydrogen is added to the raw fuel gas supplied to the desulfurizer 2. . In the middle of the recycle gas supply path 9, an orifice 10 for limiting the flow rate, an on-off valve 11 for opening and closing the flow path, and a gas-liquid separator 12 are provided. The operation of the on-off valve 11 is controlled by the control device C. Then, the liquid (that is, condensed water) obtained in the gas-liquid separator 12 is discharged out of the apparatus through the drainage passage 13, and the gas (hydrogen) obtained in the gas-liquid separator 12 is supplied to the raw fuel gas supply passage 7. Supplied.

脱硫器2で脱硫処理された後の原燃料ガスは、気化器3に供給される。気化器3には、水供給路20を通して水が供給され、その水の気化が行われる。また、気化器3では、気化した水蒸気と原燃料ガス供給路7を通して供給される原燃料ガスとが混合される。水供給路20の途中には流路を開閉するための開閉弁21と、水供給路20における水の流量(気化器3へ供給する水量)を調節する水ポンプ22とが設けられている。開閉弁21の動作、及び、水ポンプ22の動作は、制御装置Cによって制御される。   The raw fuel gas after being desulfurized by the desulfurizer 2 is supplied to the vaporizer 3. Water is supplied to the vaporizer 3 through the water supply path 20, and the water is vaporized. In the vaporizer 3, the vaporized water vapor and the raw fuel gas supplied through the raw fuel gas supply path 7 are mixed. An opening / closing valve 21 for opening and closing the flow path and a water pump 22 for adjusting the flow rate of water in the water supply path 20 (the amount of water supplied to the vaporizer 3) are provided in the middle of the water supply path 20. The operation of the on-off valve 21 and the operation of the water pump 22 are controlled by the control device C.

改質器1は、気化器3から原燃料ガスと水蒸気との混合ガスの供給を受けてその原燃料ガスの水蒸気改質を行って、燃料ガス(水素を主成分とするガス)を生成する。そして、改質器1で生成された燃料ガスは、燃料ガス供給路8を通ってガスマニホールド6に供給される。ガスマニホールド6には燃料電池セル4が接続されており、ガスマニホールド6に供給された燃料ガスが各燃料電池セル4へと分配される。   The reformer 1 receives a supply of a mixed gas of raw fuel gas and steam from the vaporizer 3 and performs steam reforming of the raw fuel gas to generate fuel gas (a gas containing hydrogen as a main component). . The fuel gas generated in the reformer 1 is supplied to the gas manifold 6 through the fuel gas supply path 8. The fuel cell 4 is connected to the gas manifold 6, and the fuel gas supplied to the gas manifold 6 is distributed to each fuel cell 4.

セルスタック5は、改質器1で生成された燃料ガスが通流する燃料通流部(図示せず)と空気(即ち、酸化剤(酸素))が通流する空気通流部(図示せず)とを備えた複数の固体酸化物形の燃料電池セル4を電気的に直列接続した状態で備えて構成されている。図示は省略するが、燃料電池セル4は、燃料極と空気極との間に固体電解質層を備えた固体酸化物形に構成される。各燃料電池セル4では、燃料通流部を燃料ガスが上向きに通流することで燃料極の全体に燃料ガスが供給され、空気通流部を上向きに空気が通流することで空気極の全体に空気が供給され、燃料ガス及び空気が発電反応に用いられる。そして、発電反応に供された後の排燃料ガスは燃料通流部の上端の排出口から排出され、発電反応に供された後の排空気は空気通流部の上端の排出口から排出される。   The cell stack 5 includes a fuel flow portion (not shown) through which the fuel gas generated by the reformer 1 flows and an air flow portion (not shown) through which air (that is, an oxidant (oxygen)) flows. And a plurality of solid oxide fuel cells 4 are electrically connected in series. Although illustration is omitted, the fuel cell 4 is configured in a solid oxide form having a solid electrolyte layer between the fuel electrode and the air electrode. In each fuel cell 4, the fuel gas is supplied to the entire fuel electrode by flowing the fuel gas upward through the fuel flow portion, and the air is flowed upward through the air flow portion. Air is supplied to the whole, and fuel gas and air are used for the power generation reaction. Then, the exhaust fuel gas after being subjected to the power generation reaction is discharged from the discharge port at the upper end of the fuel flow passage, and the exhaust air after being subjected to the power generation reaction is discharged from the discharge port at the upper end of the air flow passage. The

セルスタック5の上方には、オフガス(即ち、各燃料電池セル4の燃料通流部から排出される排燃料ガスと空気通流部から排出される排空気(即ち、酸素))を燃焼させる燃焼空間(即ち、燃焼部B)が形成される。つまり、セルスタック5により燃焼部Bが実現される。加えて、気化器3及び改質器1が、燃焼部Bとして機能するセルスタック5の上方の燃焼空間に隣接して設けられている。その結果、燃焼部Bで発生する燃焼熱によって、気化器3及び改質器1が加熱される。   Combustion for burning off-gas (that is, exhaust fuel gas discharged from the fuel flow portion of each fuel cell 4 and exhaust air (that is, oxygen) discharged from the air flow portion) above the cell stack 5. A space (that is, the combustion part B) is formed. That is, the combustion section B is realized by the cell stack 5. In addition, the vaporizer 3 and the reformer 1 are provided adjacent to the combustion space above the cell stack 5 that functions as the combustion section B. As a result, the vaporizer 3 and the reformer 1 are heated by the combustion heat generated in the combustion section B.

図1に示すように、本実施形態の固体酸化物形燃料電池は、気化器3と、改質器1と、ガスマニホールド6と、セルスタック5と、オリフィス10等を金属筐体18に収容している。図示は省略するが、金属筐体18の内部空間には上述した発電反応用の空気が供給される。そして、複数の燃料電池セル4夫々の空気通流部には金属筐体18よりも内側の空間の空気がこの空気供給孔を通して供給されて、各空気通流部を下方側から上方側に通流して発電反応に供される。   As shown in FIG. 1, the solid oxide fuel cell according to the present embodiment accommodates a vaporizer 3, a reformer 1, a gas manifold 6, a cell stack 5, an orifice 10, and the like in a metal casing 18. doing. Although not shown, the power generation reaction air described above is supplied to the internal space of the metal casing 18. Then, air in the space inside the metal casing 18 is supplied to the air flow portions of each of the plurality of fuel cells 4 through the air supply holes, and each air flow portion is passed from the lower side to the upper side. To be used for power generation reaction.

本実施形態の固体酸化物形燃料電池は、脱硫器2と気化器3との間の原燃料ガス供給路7の途中が下に凸の形状になるように折り返されて水が貯まるように構成される折返部Kを備える。折返部K及び脱硫器2は、上記金属筐体18の外部ではあるが、その金属筐体18から放出される熱が伝わるホットモジュール19の内部に収容されている。例えば、セルスタック5での発電が行われているとき、金属筐体18の内部のセルスタック5の温度は600℃〜750℃になり、金属筐体18に隣接して設けられる脱硫器2の温度は約200℃〜約300℃になることがある。この温度は超高次脱硫に適した温度域であり、逆に言うと、このような温度域となる場所を選んで脱硫器2を設置しているとも言える。折返部Kは、脱硫器2よりも金属筐体18から離れた位置に設けられているため、固体酸化物形燃料電池を運転しているときであってもその温度は脱硫器2の温度よりも低くなる。例えば、折返部Kの温度は200℃〜250℃になる。   The solid oxide fuel cell of the present embodiment is configured such that water is stored by being folded back so that the middle of the raw fuel gas supply path 7 between the desulfurizer 2 and the vaporizer 3 has a downwardly convex shape. The folded portion K is provided. The turn-back portion K and the desulfurizer 2 are housed inside the hot module 19 through which heat released from the metal housing 18 is transmitted, although it is outside the metal housing 18. For example, when power generation is performed in the cell stack 5, the temperature of the cell stack 5 inside the metal casing 18 is 600 ° C. to 750 ° C., and the temperature of the desulfurizer 2 provided adjacent to the metal casing 18 is increased. The temperature can be from about 200 ° C to about 300 ° C. This temperature is a temperature range suitable for ultra-high-order desulfurization, and conversely, it can be said that the desulfurizer 2 is installed by selecting a place in such a temperature range. Since the folded portion K is provided at a position farther from the metal casing 18 than the desulfurizer 2, its temperature is higher than the temperature of the desulfurizer 2 even when the solid oxide fuel cell is operating. Also lower. For example, the temperature of the folded portion K is 200 ° C. to 250 ° C.

セルスタック5での発電が行われている間であれば、原燃料ガス供給路7の内部は高温であり且つ原燃料ガスが常時流れているため、折返部Kで凝縮水が発生することはない。また、折返部Kに水が侵入しても気化されて下流側へと排出される。これに対して、セルスタック5での発電が停止された後の冷停止状態では、原燃料ガス供給路7に原燃料ガスは流れず(気体分子の拡散は起こり得る)、且つ、原燃料ガス供給路7の内部の温度が低下するため、ガス中の水分が凝縮して、その凝縮水が折返部Kの底に貯まる。   During power generation in the cell stack 5, the inside of the raw fuel gas supply path 7 is at a high temperature and the raw fuel gas is constantly flowing. Absent. Further, even if water enters the folded portion K, it is vaporized and discharged downstream. On the other hand, in the cold stop state after the power generation in the cell stack 5 is stopped, the raw fuel gas does not flow into the raw fuel gas supply path 7 (gas molecule diffusion may occur), and the raw fuel gas Since the temperature inside the supply path 7 is lowered, the moisture in the gas is condensed, and the condensed water is stored at the bottom of the folded portion K.

つまり、本実施形態の固体酸化物形燃料電池では、折返部Kは、セルスタック5での発電が停止された後の冷停止状態において、原燃料ガス供給路7内に水が滞留して閉塞されることによるガス遮断が可能なガス遮断機構Sとして機能する。つまり、脱硫器2と気化器3との間の原燃料ガス供給路7の途中に上記折返部Kを設けているため、セルスタック5での発電が停止された後の冷停止状態で脱硫器2と気化器3との間の原燃料ガス供給路7の途中で凝縮水が発生したとき、その凝縮水は、折返部Kの構造上、折返部Kの方へと重力によって集められる。そして、集められた水が原燃料ガス供給路7内に滞留して原燃料ガス供給路7が閉塞されることにより、折返部Kを原燃料ガス供給路7のガス遮断が可能なガス遮断機構Sとして機能させることができる。そして、脱硫器2は、セルスタック5及び改質器1及び気化器3との間で、その閉塞部位(折返部K)を挟んで隔離されるため、脱硫器2に酸素や水が侵入しないようになる。   That is, in the solid oxide fuel cell according to the present embodiment, the turn-back portion K is blocked because water stays in the raw fuel gas supply path 7 in the cold stop state after the power generation in the cell stack 5 is stopped. It functions as a gas shut-off mechanism S that can shut off the gas. That is, since the turning portion K is provided in the middle of the raw fuel gas supply path 7 between the desulfurizer 2 and the vaporizer 3, the desulfurizer is in a cold stop state after power generation in the cell stack 5 is stopped. When condensed water is generated in the middle of the raw fuel gas supply path 7 between 2 and the vaporizer 3, the condensed water is collected by gravity toward the folded portion K due to the structure of the folded portion K. Then, the collected water stays in the raw fuel gas supply path 7 and the raw fuel gas supply path 7 is closed, so that the turn-off portion K can shut off the gas in the raw fuel gas supply path 7. It can function as S. The desulfurizer 2 is isolated from the cell stack 5, the reformer 1, and the vaporizer 3 with the closed portion (folded portion K) interposed therebetween, so that oxygen and water do not enter the desulfurizer 2. It becomes like this.

尚、本実施形態のような折返部Kを備えていない場合、セルスタック5での発電が停止された後の冷停止状態において、原燃料ガス供給路7内で水の凝縮が発生しても、その凝縮水が一カ所に滞留するとは限らないため、原燃料ガス供給路7が閉塞されることはない。そのため、脱硫器2は、セルスタック5及び改質器1及び気化器3との間でガスの流通が可能な状態のままとなって、酸素や水蒸気が脱硫器2に侵入する可能性がある。   In addition, when the folding | turning part K like this embodiment is not provided, even if water condensation occurs in the raw fuel gas supply path 7 in the cold stop state after the power generation in the cell stack 5 is stopped. Since the condensed water does not always stay in one place, the raw fuel gas supply path 7 is not blocked. Therefore, the desulfurizer 2 remains in a state in which gas can flow between the cell stack 5, the reformer 1, and the vaporizer 3, and oxygen or water vapor may enter the desulfurizer 2. .

セルスタック5での発電が停止された後の冷停止状態において折返部Kで原燃料ガス供給路7内に滞留する滞留水の起源としては、セルスタック5での発電中に水供給路20を通して気化器3に供給されていた水がある。例えば、セルスタック5での発電が行われているとき、気化器3よりも下流側のガスには水蒸気が含まれる。そのため、セルスタック5での発電が停止された後の冷停止状態において脱硫器2等の原燃料ガス供給路7の内部温度が低下すると、その水蒸気が脱硫器2の方に逆流してきて、折返部Kで凝縮し、滞留水(凝縮水)なることがある。   As the origin of the accumulated water staying in the raw fuel gas supply path 7 at the turn-back portion K in the cold stop state after the power generation in the cell stack 5 is stopped, the water supply path 20 passes through the water supply path 20 during the power generation in the cell stack 5. There is water being supplied to the vaporizer 3. For example, when power generation is performed in the cell stack 5, the gas downstream of the vaporizer 3 contains water vapor. Therefore, when the internal temperature of the raw fuel gas supply path 7 such as the desulfurizer 2 is lowered in the cold stop state after the power generation in the cell stack 5 is stopped, the water vapor flows back toward the desulfurizer 2 and turns back. It may condense in part K and become retained water (condensed water).

或いは、折返部Kの近傍で意図的に凝縮水(滞留水)を生成させるように、気化器3に対して積極的に水を供給することもできる。つまり、水供給路20を通して気化器3に供給された水が、セルスタック5での発電が停止された後の冷停止状態において、脱硫器2と気化器3との間の原燃料ガス供給路7に流入して、折返部Kで原燃料ガス供給路7内に滞留する滞留水の少なくとも一部となるように構成してもよい。以下に、この方法を説明する。   Alternatively, water can be positively supplied to the vaporizer 3 so that condensed water (residual water) is intentionally generated in the vicinity of the turn-back portion K. That is, the water supplied to the vaporizer 3 through the water supply path 20 is the raw fuel gas supply path between the desulfurizer 2 and the vaporizer 3 in the cold stop state after the power generation in the cell stack 5 is stopped. 7 and may be configured to become at least part of the staying water staying in the raw fuel gas supply path 7 at the turn-back portion K. This method will be described below.

図2は、セルスタック5での発電が停止された後の固体酸化物形燃料電池の各部の温度変化と、好適な水供給タイミングとを示すグラフである。具体的には、図2(a)は、セルスタック5の発電を緊急停止したときの、脱硫器2と気化器3と折返部Kとの温度変化を示すグラフである。セルスタック5の発電を緊急停止した場合、発電停止とほぼ同時に、原燃料ガス供給路7に設けられる開閉弁14が閉止されることで原燃料ガスの供給が停止され、金属筐体18の内部へのカソード空気の供給が停止され、水供給路20に設けられる開閉弁21が閉止されることで水の供給が停止される。図2(a)に示すように、停止工程直後に、気化器3や、脱硫器2では温度の上昇が顕著に起こり、その後、徐々に低下し始める。温度上昇の原因は、それまで発電時のガス、空気の流れによって形成されていた温度分布が、ガス、空気の流れの停止に伴い均熱化する過程を経るためである。特に、気化器3では、その温度の変化が大きい。脱硫器2よりも金属筐体18から離れた位置にある折返部Kでは、温度の上昇はこれらに比べて小さいものとなる。   FIG. 2 is a graph showing a temperature change of each part of the solid oxide fuel cell after the power generation in the cell stack 5 is stopped and a suitable water supply timing. Specifically, FIG. 2A is a graph showing temperature changes in the desulfurizer 2, the vaporizer 3, and the turning portion K when the power generation of the cell stack 5 is urgently stopped. When the power generation of the cell stack 5 is stopped urgently, the supply of the raw fuel gas is stopped by closing the on-off valve 14 provided in the raw fuel gas supply path 7 almost simultaneously with the stop of the power generation. The supply of cathode air to is stopped, and the on-off valve 21 provided in the water supply path 20 is closed, whereby the supply of water is stopped. As shown in FIG. 2 (a), immediately after the stop process, the temperature rises remarkably in the vaporizer 3 and the desulfurizer 2, and then gradually begins to decrease. The cause of the temperature rise is that the temperature distribution that has been formed by the gas and air flows at the time of power generation goes through a process of soaking as the gas and air flows stop. In particular, in the vaporizer 3, the temperature change is large. In the folded portion K located farther from the metal casing 18 than the desulfurizer 2, the temperature rise is smaller than these.

この図においては、折返部Kが100℃未満となり、且つ、気化器3と脱硫器2が100℃以上となっている時間、すなわち、発電停止から約670分が経過した以降のタイミングで気化器3に水を供給するとよい。この時間帯で気化器3に水を供給すれば、気化器3で生成された水蒸気が、温度低下に伴って拡散により折返部Kに至り、そこで水蒸気の凝縮が発生する流れを生じさせることができる。つまり、気化器3から折返部Kへの水蒸気の逆流が効果的に行える。
しかし、発電停止から約750分を超えた時点、すなわち脱硫器2の温度も100℃を下回る場合では、脱硫器2での水の凝縮も進む可能性があり、この時点までに、確実に折返部Kでの滞留水による原燃料ガス供給路7の閉塞状態を完了させておくことが望ましい。
In this figure, the time when the turning portion K is less than 100 ° C. and the vaporizer 3 and the desulfurizer 2 are at 100 ° C. or higher, that is, at the timing after about 670 minutes have elapsed from the stop of power generation. 3 may be supplied with water. If water is supplied to the vaporizer 3 during this time period, the water vapor generated in the vaporizer 3 reaches the turn-back portion K due to diffusion as the temperature decreases, and a flow in which condensation of the water vapor occurs there. it can. That is, the reverse flow of water vapor from the vaporizer 3 to the folded portion K can be effectively performed.
However, when about 750 minutes have passed since the power generation was stopped, that is, when the temperature of the desulfurizer 2 is also lower than 100 ° C., the condensation of water in the desulfurizer 2 may also proceed. It is desirable to complete the closed state of the raw fuel gas supply path 7 by the staying water in the part K.

つまり、セルスタック5での発電が停止された後の冷停止状態において脱硫器2の温度が低下して負圧状態となると、気化器3側から脱硫器2の方に向かって原燃料ガス供給路7をガスが流れる状態に至る。そして、本発明に係る固体酸化物形燃料電池の停止保管方法では、そのような状態が発生することを見据えて、制御装置Cは、気化器3の温度を温度センサT1で検出し、脱硫器2の温度を温度センサT2で検出し、折返部Kの温度を温度センサT3で検出し、セルスタック5での発電が停止された後、気化器3の温度及び脱硫器2の温度が水の沸点以上であり、且つ、折返部Kの温度が水の沸点未満であるときに、気化器3に対して水供給路20を通して水を供給する工程を行う。このように、予め、水供給路20を通して気化器3に対して供給しておいた水を、脱硫器2と気化器3との間の原燃料ガス供給路7に流入させ、凝縮させることで、折返部Kで原燃料ガス供給路7内に滞留する滞留水の少なくとも一部として利用することができる。そして、折返部Kで凝縮水による原燃料ガス供給路7の閉塞状態が完成されると、それ以後は、脱硫器2の方へは、空気や水が侵入しなくなる。   That is, when the temperature of the desulfurizer 2 is lowered and becomes a negative pressure state in the cold stop state after the power generation in the cell stack 5 is stopped, the raw fuel gas is supplied from the vaporizer 3 side toward the desulfurizer 2. A state in which gas flows through the path 7 is reached. In the stopped storage method of the solid oxide fuel cell according to the present invention, the control device C detects the temperature of the vaporizer 3 with the temperature sensor T1 in anticipation that such a state occurs, and the desulfurizer. 2 is detected by the temperature sensor T2, the temperature of the turn-back portion K is detected by the temperature sensor T3, and after the power generation in the cell stack 5 is stopped, the temperature of the vaporizer 3 and the temperature of the desulfurizer 2 are water. When the temperature is equal to or higher than the boiling point and the temperature of the folded portion K is lower than the boiling point of water, a step of supplying water through the water supply path 20 to the vaporizer 3 is performed. As described above, the water previously supplied to the vaporizer 3 through the water supply passage 20 is caused to flow into the raw fuel gas supply passage 7 between the desulfurizer 2 and the vaporizer 3 and condensed. The folded portion K can be used as at least a part of the staying water staying in the raw fuel gas supply path 7. Then, when the closed state of the raw fuel gas supply path 7 by the condensed water is completed at the turn-back portion K, air and water do not enter the desulfurizer 2 thereafter.

また、図2(b)は、セルスタック5の発電を通常停止したときの、脱硫器2と気化器3と折返部Kとの温度変化を示すグラフである。セルスタック5の発電を通常停止した場合、発電停止後も、原燃料ガス供給路7に設けられる開閉弁14の開放状態が維持されることで原燃料ガスの供給が継続され、金属筐体18の内部へのカソード空気の供給も継続され、水供給路20に設けられる開閉弁21の開放状態が維持されることで水の供給が継続される。このように、発電停止後も原燃料ガス、カソード空気、改質用の水の送給を継続することで、固体酸化物形燃料電池の温度低下が促進される。図2(b)に示した例では、発電停止から100分経過時点で、原燃料ガスと改質用の水の送給を停止させている。   FIG. 2B is a graph showing temperature changes in the desulfurizer 2, the vaporizer 3, and the turning portion K when the power generation of the cell stack 5 is normally stopped. When the power generation of the cell stack 5 is normally stopped, the supply of the raw fuel gas is continued by maintaining the open state of the on-off valve 14 provided in the raw fuel gas supply path 7 even after the power generation is stopped. The supply of cathode air to the inside of the water supply is continued, and the supply of water is continued by maintaining the open state of the on-off valve 21 provided in the water supply path 20. As described above, by continuing the supply of the raw fuel gas, the cathode air, and the reforming water even after the power generation is stopped, the temperature decrease of the solid oxide fuel cell is promoted. In the example shown in FIG. 2B, the supply of the raw fuel gas and the reforming water is stopped when 100 minutes have elapsed since the power generation was stopped.

図1と同様、停止工程直後に、気化器3や、脱硫器2では温度の上昇が顕著に起こり、その後、急速に低下し始める。折返部Kが100℃以下となるのは、発電停止から約270分が経過時であり、このとき気化器3と脱硫器2とは100℃を上回っている。従って、発電停止から約270分が経過した以降のタイミングで気化器3に水を供給するとよい。   As in FIG. 1, immediately after the stop step, the vaporizer 3 and the desulfurizer 2 are remarkably increased in temperature, and then start to decrease rapidly. The turning portion K becomes 100 ° C. or lower when about 270 minutes have elapsed since the stop of power generation. At this time, the vaporizer 3 and the desulfurizer 2 exceed 100 ° C. Therefore, it is preferable to supply water to the vaporizer 3 at a timing after about 270 minutes have elapsed since the power generation was stopped.

次に、折返部Kに滞留している水を排除する方法について説明する。
上述したような手法により、セルスタック5での発電が停止された後の冷停止状態において原燃料ガス供給路7内の折返部Kに水が滞留した場合、次にセルスタック5での発電を再開するためには、その滞留水を排除する必要がある。そこで、制御装置Cは、開閉弁14を開弁させ、ガスポンプ17を動作させることで、脱硫器2よりも下流側の原燃料ガス供給路7に原燃料ガスによるガス圧を加える工程を行う。その結果、脱硫器2よりも下流側の折返部Kに滞留している水を、そのガス圧によって更に下流側の気化器3へと圧送することができる。
Next, a method for removing the water staying in the turning portion K will be described.
When water stays in the folded portion K in the raw fuel gas supply path 7 in the cold stop state after the power generation in the cell stack 5 is stopped by the method described above, the power generation in the cell stack 5 is next performed. In order to resume, it is necessary to remove the accumulated water. Therefore, the control device C opens the on-off valve 14 and operates the gas pump 17 to perform a step of applying gas pressure by the raw fuel gas to the raw fuel gas supply path 7 on the downstream side of the desulfurizer 2. As a result, the water staying in the folded portion K on the downstream side of the desulfurizer 2 can be pumped further to the vaporizer 3 on the downstream side by the gas pressure.

次に、ガス遮断機構Sとして機能する折返部Kの具体例について説明する。
図3は、ガス遮断機構Sとして機能する折返部Kの例を示す図である。
Next, a specific example of the folding portion K that functions as the gas cutoff mechanism S will be described.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the folding portion K that functions as the gas cutoff mechanism S.

図3(a)は、原燃料ガス供給路7を、下に凸の形状のU字管構造として折返部Kを構成した場合の例である。この例は、図1に示した原燃料ガス供給路7の折返部Kの形状に対応する。   FIG. 3A shows an example in which the folded portion K is configured with the raw fuel gas supply path 7 having a downwardly convex U-shaped pipe structure. This example corresponds to the shape of the folded portion K of the raw fuel gas supply path 7 shown in FIG.

図3(b)は、折返部Kが、原燃料ガス供給路7の一部を構成する密閉式容器23と、原燃料ガス供給路7の一部を構成して密閉式容器23に対して脱硫器2側から挿入される第1配管部7aと、原燃料ガス供給路7の一部を構成して密閉式容器23に対して気化器3側から挿入される第2配管部7bとを有する場合の例である。この例では、密閉式容器23の天面に接する仕切板24が、密閉式容器23の底面に開口部分を設けた状態で密閉式容器23の内部に装着されている。図3(b)において破線で示すのは仮想の原燃料ガス供給路7であり、図示するように原燃料ガス供給路7は下に凸の形状になるように折り返されて水が貯まるように構成されている。   FIG. 3B shows that the folded portion K forms a part of the raw fuel gas supply path 7 and a part of the raw fuel gas supply path 7 and a part of the raw fuel gas supply path 7. A first piping part 7a inserted from the desulfurizer 2 side and a second piping part 7b constituting a part of the raw fuel gas supply path 7 and inserted from the vaporizer 3 side into the sealed container 23 It is an example in the case of having. In this example, the partition plate 24 in contact with the top surface of the hermetic container 23 is mounted inside the hermetic container 23 with an opening provided on the bottom surface of the hermetic container 23. In FIG. 3 (b), a broken line indicates a virtual raw fuel gas supply path 7, and as shown in the figure, the raw fuel gas supply path 7 is folded back into a convex shape so that water is stored. It is configured.

図3(c)は、折返部Kが、原燃料ガス供給路7の一部を構成する密閉式容器23と、原燃料ガス供給路7の一部を構成して密閉式容器23に対して脱硫器2側から挿入される第1配管部7aと、原燃料ガス供給路7の一部を構成して密閉式容器23に対して気化器3側から挿入される第2配管部7bとを有し、密閉式容器23の内部での第2配管部7bの第2開口位置26は、密閉式容器23の内部での第1配管部7aの第1開口位置25よりも下方位置にあるように構成されている。図3(c)においても、破線で示すのは仮想の原燃料ガス供給路7であり、図示するように原燃料ガス供給路7は下に凸の形状になるように折り返されて水が貯まるように構成されている。そして、折返部Kに水が滞留した状態で、脱硫器2側から挿入される第1配管部7aの先端に位置して開口する第1開口位置25が気相側に、気化器3側から挿入される第2配管部7bの先端に位置して開口する第2開口位置26が液相側に位置される。
折返部Kをこのような構成にすることで、密閉式容器23に対して脱硫器2側から挿入される第1配管部7aの第1開口位置25を水に触れさせることなく、密閉式容器23に対して気化器3側から挿入される第2配管部7bの第2開口位置26のみが水に浸かった状態を作り出すことができる。その結果、密閉式容器23の内部では、滞留水の液位より上部において空間が比較的大きく取れるので、水が第1配管部7aを介して脱硫器2側に流入しないことを確保しながら、脱硫器2と気化器3との間の原燃料ガス供給路7でのガスの流通を滞留水によって遮断できる。
FIG. 3 (c) shows that the folded portion K forms a part of the raw fuel gas supply path 7 and a part of the raw fuel gas supply path 7 and forms a part of the raw fuel gas supply path 7. A first piping part 7a inserted from the desulfurizer 2 side and a second piping part 7b constituting a part of the raw fuel gas supply path 7 and inserted from the vaporizer 3 side into the sealed container 23 And the second opening position 26 of the second piping part 7 b inside the sealed container 23 is located below the first opening position 25 of the first piping part 7 a inside the sealed container 23. It is configured. Also in FIG. 3 (c), the virtual raw fuel gas supply path 7 is indicated by a broken line, and the raw fuel gas supply path 7 is folded back into a convex shape as shown in the drawing to store water. It is configured as follows. Then, in a state where water stays in the folded portion K, the first opening position 25 opened at the tip of the first piping portion 7a inserted from the desulfurizer 2 side is on the gas phase side, from the vaporizer 3 side. A second opening position 26 that opens at the tip of the inserted second piping part 7b is positioned on the liquid phase side.
By making the folding part K in such a configuration, the sealed container 23 can be closed without touching the first opening position 25 of the first piping part 7a inserted into the sealed container 23 from the desulfurizer 2 side with water. 23, it is possible to create a state in which only the second opening position 26 of the second piping portion 7b inserted from the vaporizer 3 side is immersed in water. As a result, since the space is relatively large above the liquid level of the staying water inside the sealed container 23, while ensuring that water does not flow into the desulfurizer 2 side through the first piping portion 7a, The circulation of the gas in the raw fuel gas supply path 7 between the desulfurizer 2 and the vaporizer 3 can be blocked by the staying water.

図3(d)は、折返部Kが、原燃料ガス供給路7の一部を構成する密閉式容器23と、原燃料ガス供給路7の一部を構成して密閉式容器23に対して脱硫器2側から挿入される第1配管部7aと、原燃料ガス供給路7の一部を構成して密閉式容器23に対して気化器3側から挿入される第2配管部7bとを有し、密閉式容器23の内部での第2配管部7bの第2開口位置26は、密閉式容器23の内部での第1配管部7aの第1開口位置25よりも下方位置にあるように構成されている。図3(d)においても、破線で示すのは仮想の原燃料ガス供給路7であり、図示するように原燃料ガス供給路7は下に凸の形状になるように折り返されて水が貯まるように構成されている。更に、第2開口位置26での密閉式容器23の横断面積が、第1開口位置25での密閉式容器23の横断面積よりも小さいくなるように、密閉式容器23は下方に向かって先細形状になっている。
折返部Kをこのような構成にすることで、密閉式容器23の内部に存在する滞留水が少なくても、密閉式容器23内での滞留水の水位は相対的に高くなるため、密閉式容器23に対して気化器3側から挿入される第2配管部7bの第2開口位置26は相対的に深い水深に位置することとなる。その結果、密閉式容器23に対して気化器3側から挿入され、滞留水にその一部が水没している第2配管部7b内での水頭(例えば、滞留水の水面から滞留水に水没している第2開口位置26までの長さに相当)は長くなるので、気化器3側のガス(酸素など)が脱硫器2側に流入し難くなる。
In FIG. 3D, the folded portion K forms a sealed container 23 that forms part of the raw fuel gas supply path 7 and a part of the raw fuel gas supply path 7 that A first piping part 7a inserted from the desulfurizer 2 side and a second piping part 7b constituting a part of the raw fuel gas supply path 7 and inserted from the vaporizer 3 side into the sealed container 23 And the second opening position 26 of the second piping part 7 b inside the sealed container 23 is located below the first opening position 25 of the first piping part 7 a inside the sealed container 23. It is configured. Also in FIG. 3 (d), the broken line shows a virtual raw fuel gas supply path 7, and the raw fuel gas supply path 7 is folded back into a convex shape as shown in the figure to store water. It is configured as follows. Further, the sealed container 23 is tapered downward so that the cross-sectional area of the sealed container 23 at the second opening position 26 is smaller than the cross-sectional area of the sealed container 23 at the first opening position 25. It has a shape.
By configuring the folded portion K in such a configuration, even if there is a small amount of accumulated water in the sealed container 23, the water level in the sealed container 23 is relatively high. The 2nd opening position 26 of the 2nd piping part 7b inserted from the vaporizer 3 side with respect to the container 23 will be located in a relatively deep water depth. As a result, the water head (for example, submerged from the surface of the accumulated water into the accumulated water) is inserted into the sealed container 23 from the vaporizer 3 side and partly submerged in the accumulated water. (Corresponding to the length up to the second opening position 26), the gas on the vaporizer 3 side (oxygen or the like) hardly flows into the desulfurizer 2 side.

以上のように、本実施形態の固体酸化物形燃料電池は折返部Kを備え、その折返部Kは、原燃料ガス供給路7の途中が下に凸の形状になるように折り返されて水が貯まるように構成されている。つまり、原燃料ガス供給路7の途中に、上述のような構造上の特徴を有する折返部Kを設けたことで、折返部Kで水(例えば凝縮水)が発生された場合、その水は重力によって集められて折返部Kで滞留することになる。そして、折返部Kで滞留した水が原燃料ガス供給路7を閉塞させる量になると、脱硫器2と気化器3との間の原燃料ガス供給路7でのガスの流通が遮断されるので、セルスタック5の開放端などを通して原燃料ガス供給路7に酸素が侵入したとしても、その酸素は、脱硫器2と気化器3との間で遮断され、脱硫器2にまで至らない。その結果、脱硫器2に収容されている脱硫触媒が酸化することは防止される。また、折返部Kが有する構造上の特徴によって、脱硫器2と気化器3との間の原燃料ガス供給路7が滞留水によって閉塞された状態を作り出すことができるので、従来技術のように電磁弁などの特別な装置は不要となり、そのような特別な装置を保護するために原燃料ガスを冷却するといった対策も不要となる。   As described above, the solid oxide fuel cell according to the present embodiment includes the folded portion K, and the folded portion K is folded so that the middle portion of the raw fuel gas supply path 7 has a downwardly convex shape. Is configured to accumulate. That is, when water (for example, condensed water) is generated in the turning portion K by providing the turning portion K having the structural features as described above in the middle of the raw fuel gas supply path 7, the water is It is collected by gravity and stays at the turn-back portion K. When the amount of water staying in the turn-back portion K becomes an amount that blocks the raw fuel gas supply path 7, the gas flow in the raw fuel gas supply path 7 between the desulfurizer 2 and the vaporizer 3 is blocked. Even if oxygen enters the raw fuel gas supply path 7 through the open end of the cell stack 5, the oxygen is blocked between the desulfurizer 2 and the vaporizer 3 and does not reach the desulfurizer 2. As a result, the desulfurization catalyst accommodated in the desulfurizer 2 is prevented from being oxidized. In addition, the structural feature of the turn-back portion K can create a state in which the raw fuel gas supply path 7 between the desulfurizer 2 and the vaporizer 3 is blocked by stagnant water. A special device such as a solenoid valve is not necessary, and a measure such as cooling the raw fuel gas is not required to protect such a special device.

<第2実施形態>
第2実施形態の固体酸化物形燃料電池は、ガス遮断機構Sとして機能する折返部Kへの水の供給形態が上記第1実施形態と異なっている。以下に第2実施形態の固体酸化物形燃料電池の構成について説明するが、上記実施形態と同様の構成については説明を省略する。
Second Embodiment
The solid oxide fuel cell according to the second embodiment is different from the first embodiment in the form of water supplied to the turning portion K that functions as the gas shut-off mechanism S. The configuration of the solid oxide fuel cell according to the second embodiment will be described below, but the description of the same configuration as the above embodiment will be omitted.

図4は、第2実施形態の固体酸化物形燃料電池の構成を示す図である。図示するように、第2実施形態の固体酸化物形燃料電池は、脱硫器2と気化器3との間の原燃料ガス供給路7に水を補給可能な水補給路27を備える。そして、セルスタック5での発電が停止された後の冷停止状態において、水補給路27から原燃料ガス供給路7に供給される水が、折返部Kで原燃料ガス供給路7内に滞留する滞留水の少なくとも一部となるように構成されている。具体的には、水供給路20の途中の分岐部30には、気化器3を介さずに脱硫器2と気化器3との間の原燃料ガス供給路7に水を補給可能な水補給路27が接続されている。この分岐部30は、水ポンプ22よりも下流側の水供給路20の途中に位置する。水補給路27は、原燃料ガス供給路7の途中の、折返部Kの近傍の合流部31に接続される。この場合、制御装置Cが、開閉弁21を開放状態に動作させ、分岐部30と気化器3との間の水供給路20に設けられている開閉弁28を閉止状態に動作させ、水補給路27の途中に設けられている開閉弁29を開放状態に動作させ、水ポンプ22を動作させることで、気化器3には水を供給しない状態で、折返部Kに対して水補給路27を介した水補給を行うことができる。   FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the solid oxide fuel cell according to the second embodiment. As shown in the figure, the solid oxide fuel cell according to the second embodiment includes a water replenishment path 27 that can replenish water in the raw fuel gas supply path 7 between the desulfurizer 2 and the vaporizer 3. Then, in the cold stop state after the power generation in the cell stack 5 is stopped, the water supplied from the water replenishment path 27 to the raw fuel gas supply path 7 stays in the raw fuel gas supply path 7 at the turn-back portion K. It is comprised so that it may become at least one part of the staying water. Specifically, the branching portion 30 in the middle of the water supply path 20 is supplied with water that can supply water to the raw fuel gas supply path 7 between the desulfurizer 2 and the vaporizer 3 without using the vaporizer 3. A path 27 is connected. The branch portion 30 is located in the middle of the water supply path 20 on the downstream side of the water pump 22. The water supply path 27 is connected to a merging section 31 in the vicinity of the turning section K in the middle of the raw fuel gas supply path 7. In this case, the control device C operates the open / close valve 21 in the open state, operates the open / close valve 28 provided in the water supply path 20 between the branch portion 30 and the vaporizer 3 in the closed state, and supplies water. By opening the on-off valve 29 provided in the middle of the path 27 and operating the water pump 22, the water supply path 27 is not supplied to the carburetor 3 while supplying water to the turn-back portion K. Water can be supplied via

本実施形態の場合も、図2に例示したような折返部Kの温度が100℃未満となっているタイミングで折返部Kに水補給を行えば、水の気化が殆ど発生しない点で好ましい。つまり、本実施形態の場合、気化器3を介さずに折返部Kに水を補給できるため、気化器3の温度を考慮しなくてもよい。   Also in the present embodiment, it is preferable that water is replenished to the folded portion K at the timing when the temperature of the folded portion K is less than 100 ° C. as illustrated in FIG. That is, in the case of this embodiment, water can be replenished to the folding part K without going through the vaporizer 3, so the temperature of the vaporizer 3 need not be considered.

以上のように、本実施形態の固体酸化物形燃料電池の停止保管方法では、制御装置Cは、折返部Kの温度を温度センサT3で検出し、セルスタック5での発電が停止された後、折返部Kの温度が水の沸点未満であるときに、水補給路27から原燃料ガス供給路7に水を供給して折返部Kに水を貯める工程を行う。このような工程が行われると、折返部Kに補給した水によってその折返部Kを直接閉塞させることができる。つまり、本実施形態では、上記実施形態で説明したような気化器3での水の気化工程を経ることなく、気化器3の温度とは無関係に(即ち、気化器3の温度が水を気化させるのに不十分であったとしても)、水補給路27から原燃料ガス供給路7に供給する水を、折返部Kで原燃料ガス供給路7内に滞留する滞留水の少なくとも一部とすることができる。その結果、それ以後は、脱硫器2の方へは、空気や水が侵入しなくなる。   As described above, in the method for stopping and storing the solid oxide fuel cell according to the present embodiment, the control device C detects the temperature of the folded portion K with the temperature sensor T3 and the power generation in the cell stack 5 is stopped. When the temperature of the turning portion K is lower than the boiling point of water, a step of supplying water from the water replenishment passage 27 to the raw fuel gas supply passage 7 and storing water in the turning portion K is performed. When such a process is performed, the folded portion K can be directly closed by the water supplied to the folded portion K. That is, in this embodiment, the water vaporization process in the vaporizer 3 as described in the above embodiment is not performed, and the temperature of the vaporizer 3 is independent of the temperature of the vaporizer 3 (that is, the temperature of the vaporizer 3 vaporizes water. Water that is supplied from the water replenishment passage 27 to the raw fuel gas supply passage 7 and at least part of the retained water that stays in the raw fuel gas supply passage 7 at the turn-back portion K. can do. As a result, air and water will not enter the desulfurizer 2 thereafter.

<第3実施形態>
第3実施形態の固体酸化物形燃料電池は、折返部Kと脱硫器2との位置関係に特徴がある。以下に、第3実施形態の固体酸化物形燃料電池の構成について説明するが、上記実施形態と同様の構成については説明を省略する。
<Third Embodiment>
The solid oxide fuel cell according to the third embodiment is characterized by the positional relationship between the folded portion K and the desulfurizer 2. The configuration of the solid oxide fuel cell according to the third embodiment will be described below, but the description of the same configuration as the above embodiment will be omitted.

図5は、第3実施形態の固体酸化物形燃料電池の構成を示す図である。図示するように、折返部Kは、脱硫器2の最下面よりも下方に設けられている。ここで、脱硫器2の最下面と比較の対象とする「折返部K」とは、滞留水の最高水位の位置である。
このような構成を採用することで、脱硫器2での位置エネルギーは、折返部Kでの位置エネルギーよりも大きくなる。そのため、折返部Kから脱硫器2側へ物体は移動し難くなる。その結果、脱硫器2が冷却されて脱硫器2での圧力が相対的に低くなる負圧状態になったとしても、折返部Kから滞留水が脱硫器2側へと流入することを抑制できる。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the solid oxide fuel cell according to the third embodiment. As shown in the drawing, the folded portion K is provided below the lowermost surface of the desulfurizer 2. Here, the “folded portion K” to be compared with the lowermost surface of the desulfurizer 2 is the position of the highest water level of the accumulated water.
By adopting such a configuration, the potential energy in the desulfurizer 2 becomes larger than the potential energy in the folded portion K. Therefore, it becomes difficult for the object to move from the folded portion K to the desulfurizer 2 side. As a result, even if the desulfurizer 2 is cooled and becomes a negative pressure state in which the pressure in the desulfurizer 2 is relatively low, it is possible to prevent the accumulated water from flowing into the desulfurizer 2 side from the folded portion K. .

<第4実施形態>
第4実施形態の固体酸化物形燃料電池は、折返部Kに滞留水排出路32が接続されている点で上記実施形態と異なっている。以下に第4実施形態の固体酸化物形燃料電池の構成について説明するが、上記実施形態と同様の構成については説明を省略する。
<Fourth embodiment>
The solid oxide fuel cell according to the fourth embodiment is different from the above-described embodiment in that the stagnant water discharge path 32 is connected to the folded portion K. The configuration of the solid oxide fuel cell according to the fourth embodiment will be described below, but the description of the same configuration as the above embodiment will be omitted.

図6は、第4実施形態の固体酸化物形燃料電池の構成を示す図である。図示するように、折返部Kには滞留水排出路32が接続され、その滞留水排出路32の途中には流路の開放・閉止を切り替える開閉弁33が設けられている。開閉弁33の動作は、制御装置Cによって制御される。   FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the solid oxide fuel cell according to the fourth embodiment. As shown in the figure, a stagnant water discharge path 32 is connected to the folding portion K, and an open / close valve 33 that switches between opening and closing of the flow path is provided in the middle of the stagnant water discharge path 32. The operation of the on-off valve 33 is controlled by the control device C.

上記実施形態では、制御装置Cは、固体酸化物形燃料電池を起動するタイミングになると、脱硫器2よりも下流側の折返部Kに滞留している水をガス圧によって更に下流側の気化器3へと圧送することで、折返部Kから滞留水を排除する例について説明した。
これに対して、本実施形態では、制御装置Cは、固体酸化物形燃料電池を起動するタイミングになると、滞留水排出路32に設けられている開閉弁33を開放作動させる。その結果、折返部Kに水が滞留していても、開閉弁33が開放作動されている間に滞留水排出路32を介して排水され、原燃料ガス供給路7での原燃料ガスの流通が可能となる。このとき、制御装置Cは、滞留水を排水させるのに十分な期間だけ開閉弁33を開放作動させた後で開閉弁33を閉止作動させればよい。
In the above embodiment, when it is time to start the solid oxide fuel cell, the control device C causes the water remaining in the folded portion K downstream of the desulfurizer 2 to be further vaporized further downstream by the gas pressure. The example which excludes stagnant water from the folding | turning part K by pumping to 3 was demonstrated.
On the other hand, in the present embodiment, the control device C opens the on-off valve 33 provided in the accumulated water discharge path 32 when it is time to start the solid oxide fuel cell. As a result, even if water stays in the turning portion K, it is drained through the staying water discharge passage 32 while the on-off valve 33 is opened, and the raw fuel gas flows in the raw fuel gas supply passage 7. Is possible. At this time, the control device C may perform the closing operation of the opening / closing valve 33 after opening the opening / closing valve 33 for a period sufficient to drain the accumulated water.

<第5実施形態>
第5実施形態の固体酸化物形燃料電池は、折返部Kの滞留水を加熱可能な加熱手段34が設けられている点で上記実施形態と異なっている。以下に第5実施形態の固体酸化物形燃料電池の構成について説明するが、上記実施形態と同様の構成については説明を省略する。
<Fifth Embodiment>
The solid oxide fuel cell according to the fifth embodiment is different from the above-described embodiment in that a heating means 34 capable of heating the accumulated water in the folded portion K is provided. The configuration of the solid oxide fuel cell according to the fifth embodiment will be described below, but the description of the same configuration as the above embodiment will be omitted.

図7は、第5実施形態の固体酸化物形燃料電池の構成を示す図である。図示するように、固体酸化物形燃料電池は、折返部Kの滞留水を加熱可能な加熱手段34を備える。加熱手段34としては、例えば、通電によりジュール熱を発生する電気式のヒーター等を用いることができる。加熱手段34の動作は、制御装置Cによって制御される。   FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the solid oxide fuel cell of the fifth embodiment. As shown in the figure, the solid oxide fuel cell includes a heating unit 34 that can heat the accumulated water in the folded portion K. As the heating means 34, for example, an electric heater that generates Joule heat by energization can be used. The operation of the heating means 34 is controlled by the control device C.

制御装置Cは、固体酸化物形燃料電池を起動するタイミングになると、加熱手段34を加熱作動させる。その結果、折返部Kに水が滞留していても、加熱手段34から伝わる熱によってその滞留水が気化する。このとき、制御装置Cは、脱硫器2から折返部Kへと原燃料ガスを流しておいてもよい。そうすることで、加熱手段34によって気化された水蒸気が脱硫器2の方へは流れてこないようにできる。このとき、制御装置Cは、滞留水を気化させるのに十分な期間だけ加熱手段34を加熱作動させた後で加熱手段34の加熱作動を停止させればよい。   The control device C heats the heating means 34 when it is time to start the solid oxide fuel cell. As a result, even if water stays in the folded portion K, the staying water is vaporized by the heat transmitted from the heating means 34. At this time, the control device C may cause the raw fuel gas to flow from the desulfurizer 2 to the turning portion K. By doing so, it is possible to prevent the water vapor evaporated by the heating means 34 from flowing toward the desulfurizer 2. At this time, the control apparatus C should just stop the heating operation of the heating means 34, after heating the heating means 34 only for the period sufficient to vaporize stagnant water.

<別実施形態>
<1>
上記実施形態では、固体酸化物形燃料電池の構成について具体例を挙げて説明したが、その構成は適宜変更可能である。
例えば、図4には、水供給路20の分岐部30よりも下流側に開閉弁28を設け、水補給路27の途中にも開閉弁29を設ける構成を例示したが、これら開閉弁28、29を設けた構成とは別の装置構成を採用してもよい。例えば、開閉弁28、29を設けず、分岐部30に三方弁を設けることで、気化器3には水を供給しない状態で、折返部Kに対して水補給路27を介した水補給を行う構成を採用してもよい。
<Another embodiment>
<1>
In the said embodiment, although the specific example was given and demonstrated about the structure of the solid oxide fuel cell, the structure can be changed suitably.
For example, FIG. 4 illustrates a configuration in which the opening / closing valve 28 is provided on the downstream side of the branch portion 30 of the water supply passage 20 and the opening / closing valve 29 is provided in the middle of the water supply passage 27. An apparatus configuration different from the configuration provided with 29 may be adopted. For example, by providing a three-way valve in the branch part 30 without providing the on-off valves 28 and 29, water supply through the water supply path 27 to the turn-back part K is performed without supplying water to the vaporizer 3. You may employ | adopt the structure to perform.

<2>
上記第2実施形態では、折返部Kへの水供給を、気化器3を介さず、水補給路27のみから行う例を説明したが、気化器3を介した折返部Kへの水供給と、水補給路27を介した折返部Kへの水供給とを併せて行ってもよい。例えば、図4に示した固体酸化物形燃料電池において、制御装置Cが、セルスタック5での発電が停止された後、気化器3の温度及び脱硫器2の温度が水の沸点以上であり、且つ、折返部Kの温度が水の沸点未満であるときに、気化器3に対して水供給路20を通して水を供給する工程と、及び、セルスタック5での発電が停止された後、折返部Kの温度が水の沸点未満であるときに、水補給路27から原燃料ガス供給路7に水を供給して折返部Kに水を貯める工程とを共に行ってもよい。
<2>
In the said 2nd Embodiment, although the water supply to the folding | returning part K demonstrated the example performed only from the water supply path 27 not via the vaporizer | carburetor 3, the water supply to the folding | returning part K via the vaporizer | carburetor 3 and The water supply to the turn-back portion K via the water supply path 27 may be performed together. For example, in the solid oxide fuel cell shown in FIG. 4, after the power generation in the cell stack 5 is stopped by the control device C, the temperature of the vaporizer 3 and the temperature of the desulfurizer 2 are equal to or higher than the boiling point of water. And, when the temperature of the folded portion K is lower than the boiling point of water, after supplying water through the water supply path 20 to the vaporizer 3, and after the power generation in the cell stack 5 is stopped, When the temperature of the turning part K is lower than the boiling point of water, the step of supplying water from the water supply path 27 to the raw fuel gas supply path 7 and storing the water in the turning part K may be performed.

<3>
上記実施形態では、折返部Kに滞留している水を排除する方法として、第1実施形態で説明したようなガス圧によって更に下流側の気化器3へと圧送する方法、第4実施形態で説明したような滞留水排出路32を介して排水する方法、第5実施形態で説明したような加熱手段34によって気化させる方法を各別に説明したが、これらの方法の併用して折返部Kに滞留している水を排除してもよい。
<3>
In the above embodiment, as a method of removing the water staying in the turn-back portion K, a method of pumping further to the downstream vaporizer 3 by the gas pressure as described in the first embodiment, in the fourth embodiment Although the method of draining through the stagnant water discharge path 32 as described above and the method of vaporizing by the heating means 34 as described in the fifth embodiment have been described separately, these methods are used in combination to the folded portion K. The remaining water may be excluded.

<4>
上記実施形態では、折返部Kにおいて、脱硫器2と気化器3との間の原燃料ガス供給路7の途中が下に凸の形状になるように折り返される回数が1回の場合(即ち、凸部が1個)を例示したが、折返し回数が複数(凸部が複数)であるように折返部Kを形成してもよい。つまり、原燃料ガス供給路7の形状が波形(即ち、谷部分と山部分とが繰り返されて波形となる形状)となるように折返部Kを形成してもよい。
<4>
In the above-described embodiment, when the number of times that the middle portion of the raw fuel gas supply path 7 between the desulfurizer 2 and the vaporizer 3 is folded downward is one in the folding portion K (that is, However, the folded portion K may be formed so that the number of times of folding is plural (the number of convex portions is plural). That is, the folded portion K may be formed so that the shape of the raw fuel gas supply path 7 has a waveform (that is, a shape in which a valley portion and a mountain portion are repeated to form a waveform).

<5>
上記実施形態では、脱硫器2が、銅−亜鉛系脱硫剤、銅−亜鉛−アルミニウム系脱硫剤などを用いた超高次脱硫剤を有する場合の例を説明したが、他の脱硫剤を有する脱硫器を本発明に係る固体酸化物形燃料電池で用いることもできる。例えば、硫黄化合物を触媒(Ni−Mo系、Co−Mn系)上で水素と反応させて硫化水素に変換し(250℃〜400℃)、その硫化水素を酸化亜鉛に取り込んで除去する(350℃〜400℃)ような、いわゆる水添脱硫方式を採用する脱硫器も、本発明に係る固体酸化物形燃料電池で用いることができる。
<5>
In the said embodiment, although the desulfurizer 2 demonstrated the example in the case of having a super high-order desulfurization agent using a copper-zinc type desulfurization agent, a copper-zinc-aluminum type desulfurization agent, etc., it has another desulfurization agent. A desulfurizer can also be used in the solid oxide fuel cell according to the present invention. For example, a sulfur compound is reacted with hydrogen on a catalyst (Ni—Mo system, Co—Mn system) to convert it into hydrogen sulfide (250 ° C. to 400 ° C.), and the hydrogen sulfide is taken into zinc oxide and removed (350 A desulfurizer employing a so-called hydrodesulfurization method (such as a temperature of 400 ° C. to 400 ° C.) can also be used in the solid oxide fuel cell according to the present invention.

本発明は、低コスト且つ低エネルギーロスを確保した状態で、固体酸化物形燃料電池の発電が停止された後の保管時に脱硫器の性能を維持しておくことができる固体酸化物形燃料電池及びその停止保管方法に利用できる。   The present invention provides a solid oxide fuel cell capable of maintaining the performance of a desulfurizer during storage after power generation of the solid oxide fuel cell is stopped in a state where low cost and low energy loss are ensured. And can be used for its suspended storage method.

1 改質器
2 脱硫器
3 気化器
4 燃料電池セル
5 セルスタック
7 原燃料ガス供給路
7a 第1配管部
7b 第2配管部
20 水供給路
23 密閉式容器
25 第1開口位置
26 第2開口位置
27 水補給路
K 折返部
S ガス遮断機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reformer 2 Desulfurizer 3 Vaporizer 4 Fuel cell 5 Cell stack 7 Raw fuel gas supply path 7a First piping part 7b Second piping part 20 Water supply path 23 Sealed container 25 First opening position 26 Second opening Position 27 Water supply path K Folding section S Gas shut-off mechanism

Claims (9)

原燃料ガス供給路を通して供給される炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器よりも上流側の前記原燃料ガス供給路の途中に設けられ、原燃料ガスに対して脱硫処理を行う脱硫器と、
前記改質器よりも上流側且つ前記脱硫器よりも下流側の前記原燃料ガス供給路の途中に設けられ、水供給路を通して供給される水を気化すると共に、気化した水蒸気と前記原燃料ガス供給路を通して供給される原燃料ガスとを混合する気化器と、
前記改質器にて生成された燃料ガス及び酸化剤の酸化及び還元により発電を行う複数個の燃料電池セルを有するセルスタックとを備える固体酸化物形燃料電池であって、
前記脱硫器と前記気化器との間の前記原燃料ガス供給路の途中が下に凸の形状になるように折り返されて水が貯まるように構成される折返部を備える固体酸化物形燃料電池。
A reformer for steam-reforming hydrocarbon-based raw fuel gas supplied through the raw fuel gas supply path to generate fuel gas;
A desulfurizer that is provided in the middle of the raw fuel gas supply path upstream of the reformer and that performs a desulfurization process on the raw fuel gas;
Provided in the middle of the raw fuel gas supply path upstream of the reformer and downstream of the desulfurizer, the water supplied through the water supply path is vaporized, and the vaporized water vapor and the raw fuel gas A vaporizer that mixes the raw fuel gas supplied through the supply path;
A solid oxide fuel cell comprising a fuel gas generated in the reformer and a cell stack having a plurality of fuel cells that generate power by oxidation and reduction of an oxidant,
A solid oxide fuel cell including a folded portion configured to be folded so that a middle portion of the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer has a downward convex shape and store water. .
前記折返部は、前記セルスタックでの発電が停止された後の冷停止状態において、前記原燃料ガス供給路内に水が滞留して閉塞されることによるガス遮断が可能なガス遮断機構として機能する請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池。   The folding portion functions as a gas shut-off mechanism capable of shutting off gas when water stays in the raw fuel gas supply path and is blocked in the cold stop state after power generation in the cell stack is stopped. The solid oxide fuel cell according to claim 1. 前記水供給路を通して前記気化器に供給された水が、前記セルスタックでの発電が停止された後の冷停止状態において、前記脱硫器と前記気化器との間の前記原燃料ガス供給路に流入して、前記折返部で前記原燃料ガス供給路内に滞留する滞留水の少なくとも一部となるように構成されている請求項1又は2に記載の固体酸化物形燃料電池。   The water supplied to the carburetor through the water supply path is in the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer in a cold stop state after power generation in the cell stack is stopped. 3. The solid oxide fuel cell according to claim 1, wherein the solid oxide fuel cell is configured to flow into at least a part of the staying water that flows in and stays in the raw fuel gas supply path at the turn-up portion. 前記脱硫器と前記気化器との間の前記原燃料ガス供給路に水を補給可能な水補給路を備え、
前記セルスタックでの発電が停止された後の冷停止状態において、前記水補給路から前記原燃料ガス供給路に供給される水が、前記折返部で前記原燃料ガス供給路内に滞留する滞留水の少なくとも一部となるように構成されている請求項1〜3の何れか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
A water supply path capable of supplying water to the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer;
In the cold stop state after power generation in the cell stack is stopped, the water supplied from the water replenishment path to the raw fuel gas supply path stays in the raw fuel gas supply path at the turning portion The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the solid oxide fuel cell is configured to be at least part of water.
前記折返部は、前記原燃料ガス供給路の一部を構成する密閉式容器と、前記原燃料ガス供給路の一部を構成して前記密閉式容器に対して前記脱硫器側から挿入される第1配管部と、前記原燃料ガス供給路の一部を構成して前記密閉式容器に対して前記気化器側から挿入される第2配管部とを有し、前記密閉式容器の内部での前記第2配管部の第2開口位置は、前記密閉式容器の内部での前記第1配管部の第1開口位置よりも下方位置にあり、
前記折返部に水が滞留した状態で、前記第1開口位置が気相側に、前記第2開口位置が液相側に位置される請求項1〜4の何れか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。
The folded portion is inserted from the desulfurizer side into the sealed container constituting a part of the raw fuel gas supply path and the sealed container constituting a part of the raw fuel gas supply path. A first piping section and a second piping section that constitutes a part of the raw fuel gas supply path and is inserted from the vaporizer side into the sealed container; The second opening position of the second piping part is lower than the first opening position of the first piping part inside the sealed container,
Solid oxidation as described in any one of Claims 1-4 in which the said 1st opening position is located in the gaseous-phase side, and the said 2nd opening position is located in the liquid phase side in the state which the water stagnated in the said folding | turning part. Physical fuel cell.
前記第2開口位置での前記密閉式容器の横断面積が、前記第1開口位置での前記密閉式容器の横断面積よりも小さくなるように、前記密閉式容器は下方に向かって先細形状になっている請求項5に記載の固体酸化物形燃料電池。   The sealed container is tapered downward so that a cross-sectional area of the sealed container at the second opening position is smaller than a cross-sectional area of the sealed container at the first opening position. The solid oxide fuel cell according to claim 5. 前記折返部は、前記脱硫器の最下面よりも下方に設けられている請求項1〜6の何れか一項に記載の固体酸化物形燃料電池。   The solid oxide fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the folded portion is provided below a lowermost surface of the desulfurizer. 原燃料ガス供給路を通して供給される炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器よりも上流側の前記原燃料ガス供給路の途中に設けられ、原燃料ガスに対して脱硫処理を行う脱硫器と、前記改質器よりも上流側且つ前記脱硫器よりも下流側の前記原燃料ガス供給路の途中に設けられ、水供給路を通して供給される水を気化すると共に、気化した水蒸気と前記原燃料ガス供給路を通して供給される原燃料ガスとを混合する気化器と、前記改質器にて生成された燃料ガス及び酸化剤の酸化及び還元により発電を行う複数個の燃料電池セルを有するセルスタックとを備える固体酸化物形燃料電池の停止保管方法であって、
前記固体酸化物形燃料電池は、前記脱硫器と前記気化器との間の前記原燃料ガス供給路の途中が下に凸の形状になるように折り返されて水が貯まるように構成される折返部を備え、
前記セルスタックでの発電が停止された後、前記気化器の温度及び前記脱硫器の温度が水の沸点以上であり、且つ、前記折返部の温度が水の沸点未満であるときに、前記気化器に対して前記水供給路を通して水を供給する工程を有する固体酸化物形燃料電池の停止保管方法。
A reformer that steam-reforms hydrocarbon-based raw fuel gas supplied through the raw fuel gas supply passage to generate fuel gas, and a middle portion of the raw fuel gas supply passage upstream of the reformer. A desulfurizer for desulfurizing the raw fuel gas, and provided in the middle of the raw fuel gas supply path upstream of the reformer and downstream of the desulfurizer, and through the water supply path A vaporizer that vaporizes the supplied water and mixes the vaporized water vapor and the raw fuel gas supplied through the raw fuel gas supply path, and oxidation of the fuel gas and oxidant generated in the reformer And a method for stopping and storing a solid oxide fuel cell comprising a cell stack having a plurality of fuel cells that generate electricity by reduction,
The solid oxide fuel cell is configured to be folded so that water is stored by being folded so that a middle portion of the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer has a downwardly convex shape. Part
After the power generation in the cell stack is stopped, when the temperature of the vaporizer and the temperature of the desulfurizer are equal to or higher than the boiling point of water and the temperature of the folded portion is lower than the boiling point of water, the vaporization is performed. A method for stopping and storing a solid oxide fuel cell comprising a step of supplying water to the vessel through the water supply path.
原燃料ガス供給路を通して供給される炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、前記改質器よりも上流側の前記原燃料ガス供給路の途中に設けられ、原燃料ガスに対して脱硫処理を行う脱硫器と、前記改質器よりも上流側且つ前記脱硫器よりも下流側の前記原燃料ガス供給路の途中に設けられ、水供給路を通して供給される水を気化すると共に、気化した水蒸気と前記原燃料ガス供給路を通して供給される原燃料ガスとを混合する気化器と、前記改質器にて生成された燃料ガス及び酸化剤の酸化及び還元により発電を行う複数個の燃料電池セルを有するセルスタックとを備える固体酸化物形燃料電池の停止保管方法であって、
前記固体酸化物形燃料電池は、前記脱硫器と前記気化器との間の前記原燃料ガス供給路の途中が下に凸の形状になるように折り返されて水が貯まるように構成される折返部と、
前記脱硫器と前記気化器との間の前記原燃料ガス供給路に水を補給可能な水補給路とを備え、
前記セルスタックでの発電が停止された後、前記折返部の温度が水の沸点未満であるときに、前記水補給路から前記原燃料ガス供給路に水を供給して前記折返部に水を貯める工程を有する固体酸化物形燃料電池の停止保管方法。
A reformer that steam-reforms hydrocarbon-based raw fuel gas supplied through the raw fuel gas supply passage to generate fuel gas, and a middle portion of the raw fuel gas supply passage upstream of the reformer. A desulfurizer for desulfurizing the raw fuel gas, and provided in the middle of the raw fuel gas supply path upstream of the reformer and downstream of the desulfurizer, and through the water supply path A vaporizer that vaporizes the supplied water and mixes the vaporized water vapor and the raw fuel gas supplied through the raw fuel gas supply path, and oxidation of the fuel gas and oxidant generated in the reformer And a method for stopping and storing a solid oxide fuel cell comprising a cell stack having a plurality of fuel cells that generate electricity by reduction,
The solid oxide fuel cell is configured to be folded so that water is stored by being folded so that a middle portion of the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer has a downwardly convex shape. And
A water supply path capable of supplying water to the raw fuel gas supply path between the desulfurizer and the vaporizer;
After the power generation in the cell stack is stopped, when the temperature of the folding part is less than the boiling point of water, water is supplied from the water supply path to the raw fuel gas supply path to supply water to the folding part. A method for stopping and storing a solid oxide fuel cell having a storing step.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2021022573A (en) * 2017-03-30 2021-02-18 森村Sofcテクノロジー株式会社 Solid oxide fuel battery system

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