JP2015146258A - fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized, inexpensive fuel cell device that can perform start processing, even in a case where no power is supplied from a system power supply.SOLUTION: A fuel cell device comprises: a fuel cell connected with a system power supply and generating a power by using a fuel gas and an oxygen-containing gas; a plurality of auxiliary equipment used for the power generation of the fuel cell, and an accumulator battery 20; an auxiliary equipment power switcher 57 for switching respective supplies of power from the accumulator battery 20 to the plurality of auxiliary equipment, respectively; and a control device 7 controlling the auxiliary equipment power switcher 57. The control device 7, when starting a stopped fuel cell device, distinguishes auxiliary equipment required for the starting of the fuel cell from auxiliary equipment unnecessary for starting, with respect to the plurality of auxiliary equipment, and controls the auxiliary equipment power switcher 57 so that a power is supplied to the auxiliary equipment required for the starting from the accumulator battery 20.

Description

本発明は、系統電源からの電力供給がない場合でも、起動が可能な燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system that can be activated even when there is no power supply from a system power supply.

近年、次世代エネルギーとして、燃料電池セルを収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールや、この燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池システムが種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。燃料電池セルは、燃料ガス(水素含有ガス)と酸素含有ガス(空気)とを用いて電力を得ることができるように構成されている。   In recent years, various fuel cell modules in which fuel cells are stored in a storage container and fuel cell systems in which the fuel cell modules are stored in an outer case have been proposed as next-generation energy (for example, patents). Reference 1). The fuel battery cell is configured such that electric power can be obtained using a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air).

ところで次世代エネルギーとして期待される燃料電池システムにおいて、燃料電池モジュールに燃料ガスや酸素含有ガスなどを供給するためのポンプ等の補機の多くは電力により稼働する電動式である。従って、例えば、系統電源の停電時において、燃料電池システムの運転が一旦停止すると、その後、停電が回復するまで、燃料電池システムの起動ができないという問題があった。   By the way, in a fuel cell system expected as a next-generation energy, many auxiliary machines such as a pump for supplying fuel gas, oxygen-containing gas and the like to a fuel cell module are electrically operated. Therefore, for example, when the operation of the fuel cell system is temporarily stopped at the time of a power failure of the system power supply, there is a problem that the fuel cell system cannot be started until the power failure is recovered.

このため、従来、停止していた燃料電池システムを系統電源の停電時に起動させる際には、例えば大容量の蓄電池を用い、全ての補機に電力を供給して稼働させ起動していた(例えば、特許文献2、3、4参照)。   For this reason, when starting a fuel cell system that has been stopped conventionally at the time of a power failure of the system power supply, for example, a large-capacity storage battery is used to supply power to all the auxiliary machines to start operation (for example, Patent Documents 2, 3, and 4).

特開2007−59377号公報JP 2007-59377 A 特開2007−207661号公報JP 2007-207661 A 特開2008−22650号公報JP 2008-22650 A 特開2008−269908号公報JP 2008-269908 A

しかしながら、上記した特許文献2〜4に記載された燃料電池システムでは、複数のスタック装置の発電に必要な全ての補機に電力を供給して稼働させていたため、燃料電池システムが大型化すると、大容量の蓄電池を用いて起動する必要があり、燃料電池システムのコストが高くなるという問題があった。   However, in the fuel cell systems described in Patent Documents 2 to 4 described above, since power is supplied to all the auxiliary machines necessary for power generation of the plurality of stack devices and operated, when the fuel cell system is enlarged, There is a problem that it is necessary to start up using a large-capacity storage battery, which increases the cost of the fuel cell system.

本発明は、系統電源からの電力供給がない場合でも、小容量の蓄電池で起動が可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a fuel cell system that can be started up with a small-capacity storage battery even when there is no power supply from a system power supply.

本発明の燃料電池システムは、系統電源に連系し、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう燃料電池スタック、該燃料電池スタックに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給管および前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給管とを備えた複数のスタック装置と、該燃料電池スタックの発電に用いる補機と、蓄電池と、該蓄電池から前記補機に電力を供給するように電力供給経路を切り替える補機電力切替器と、該補機電力切替器を制御する制御装置とを具備し、該制御装置は、停止している燃料電池システムを起動する際に、前記複数のスタック装置のうち一部の前記スタック装置の起動に必要な前記補機に対して、前記蓄電池から電力を供給するように前記補機電力切替器を制御し、前
記複数のスタック装置のうち一部の前記スタック装置を起動することを特徴とする。
The fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell stack that is connected to a system power source and generates power using fuel gas and an oxygen-containing gas, an oxygen-containing gas supply pipe that supplies the oxygen-containing gas to the fuel cell stack, and the fuel cell. A plurality of stack devices each having a fuel gas supply pipe for supplying fuel gas to the stack, an auxiliary machine used for power generation of the fuel cell stack, a storage battery, and an electric power so as to supply electric power from the storage battery to the auxiliary machine An auxiliary power switch for switching a supply path; and a control device for controlling the auxiliary power switch, the control device configured to turn on the plurality of stack devices when starting a stopped fuel cell system. The auxiliary power switch is controlled so that power is supplied from the storage battery to the auxiliary equipment required for starting some of the stack devices, and one of the plurality of stack devices is controlled. Wherein the start of the stacking device.

本発明の燃料電池システムでは、停止している燃料電池システムを起動する際に、複数のスタック装置のうち一部のスタック装置の起動に必要な補機に対して、蓄電池から電力を供給し、複数のスタック装置のうち一部のスタック装置を起動するので、停止している大型の燃料電池システムを起動する場合に、小容量の蓄電池で起動することができる。   In the fuel cell system of the present invention, when starting the stopped fuel cell system, power is supplied from the storage battery to an auxiliary machine required for starting some of the stack devices among the plurality of stack devices, Since some of the stack devices are activated, the large-capacity fuel cell system that has been stopped can be activated with a small-capacity storage battery.

(a)は、燃料電池スタックがそれぞれ収納容器内に収容され、かつ燃料電池スタックを駆動するための補機をそれぞれ有する燃料電池システムの概念図、(b)は燃料電池スタックがそれぞれ収納容器内に収容され、かつ、共用補機を有する燃料電池システムの概念図である。(A) is a conceptual diagram of a fuel cell system in which each fuel cell stack is accommodated in a storage container and has an auxiliary machine for driving the fuel cell stack, and (b) is a fuel cell stack in each storage container. 1 is a conceptual diagram of a fuel cell system that is housed in a fuel cell and has a shared auxiliary machine. 発電ユニットと貯湯ユニットとを備える燃料電池システムの一形態を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing one form of a fuel cell system provided with a power generation unit and a hot water storage unit. 燃料電池モジュールを示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows a fuel cell module. 図3に示す燃料電池モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell module shown in FIG. 燃料電池システムを概略的に示す分解斜視図である。1 is an exploded perspective view schematically showing a fuel cell system. 燃料電池スタックがそれぞれ収納容器内に収容され、かつ、それぞれ共用補機を有するとともに、一つの燃料電池スタックに専用補機を有する燃料電池システムの概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of a fuel cell system in which fuel cell stacks are housed in storage containers and each has a shared auxiliary machine and a dedicated auxiliary machine in one fuel cell stack. 燃料電池モジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows a fuel cell module. (a)は、複数の燃料電池スタックが一つの収納容器内に収容され、かつ燃料電池スタックを駆動するための補機をそれぞれ有する燃料電池システムの概念図、(b)は複数の燃料電池スタックが一つの収納容器内に収容され、かつ、それぞれ共用補機を有する燃料電池システムの概念図である。(A) is a conceptual diagram of a fuel cell system in which a plurality of fuel cell stacks are housed in one storage container and each has an auxiliary machine for driving the fuel cell stack, and (b) is a plurality of fuel cell stacks. FIG. 2 is a conceptual diagram of a fuel cell system that is housed in one storage container and each has a shared auxiliary machine. 複数の燃料電池スタックが一つの収納容器内に収容され、かつ、それぞれ共用補機を有するとともに、一つの燃料電池スタックに専用補機を有する燃料電池システムの概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of a fuel cell system in which a plurality of fuel cell stacks are accommodated in one storage container, each having a shared auxiliary machine, and one fuel cell stack having a dedicated auxiliary machine.

図1は、4個の燃料電池装置1(1a、1b、1c、1d)を備える燃料電池システムの一形態を示す概念図である。なお、図1においては、燃料電池装置として固体酸化物形の燃料電池を用いる場合を示しており、以降の説明においては、燃料電池として固体酸化物形の燃料電池を例示して説明する。なお、燃料電池として固体高分子形の燃料電池を用いた燃料電池装置とすることもでき、その場合、固体高分子形の燃料電池にあわせて、適宜燃料電池装置の構成を変更すればよい。   FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a fuel cell system including four fuel cell devices 1 (1a, 1b, 1c, 1d). FIG. 1 shows a case where a solid oxide fuel cell is used as the fuel cell device. In the following description, a solid oxide fuel cell will be described as an example of the fuel cell. Note that a fuel cell device using a solid polymer fuel cell as the fuel cell may be used. In this case, the configuration of the fuel cell device may be appropriately changed according to the solid polymer fuel cell.

燃料電池システムは、図1(a)および図2に示すように、4個の燃料電池装置1(1a、1b、1c、1d)と、それぞれの燃料電池装置1に接続され、熱交換後の湯水を貯湯する一つの貯湯ユニット2と、燃料電池装置1と貯湯ユニット2間を水が循環するための循環配管15とから構成されている。燃料電池装置1、貯湯ユニット2を、それぞれを図2に一点鎖線で囲って示す。なお、図2では、1個の燃料電池装置1に貯湯ユニット2が接続されている状態を記載している。   As shown in FIGS. 1 (a) and 2, the fuel cell system is connected to four fuel cell devices 1 (1a, 1b, 1c, 1d) and the respective fuel cell devices 1, and after the heat exchange. One hot water storage unit 2 for storing hot water and a circulation pipe 15 for circulating water between the fuel cell device 1 and the hot water storage unit 2 are configured. The fuel cell device 1 and the hot water storage unit 2 are shown in FIG. FIG. 2 shows a state in which the hot water storage unit 2 is connected to one fuel cell device 1.

燃料電池装置1は、系統電源に連系し、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう燃料電池スタック(以下、セルスタックということがある)5、都市ガス等の原燃料を供給する燃料ガス供給管18、セルスタック5に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給管19、原燃料と酸素含有ガスまたは水蒸気とにより原燃料を改質する改質器3を備えている。   A fuel cell device 1 is connected to a system power source, and a fuel cell stack (hereinafter also referred to as a cell stack) 5 that generates power with fuel gas and oxygen-containing gas, and a fuel gas that supplies raw fuel such as city gas A supply pipe 18, an oxygen-containing gas supply pipe 19 for supplying an oxygen-containing gas to the cell stack 5, and a reformer 3 for reforming the raw fuel with the raw fuel and the oxygen-containing gas or water vapor are provided.

燃料ガス供給管18は電動式のポンプPを具備し、このポンプPで原燃料、例えば、都市ガス、プロパンガス等を改質器3に供給している。酸素含有ガス供給管19は電動式のブロアBを具備し、このブロアBで酸素含有ガス、例えば空気をセルスタック5に供給している。セルスタック5、燃料ガス供給管18および酸素含有ガス供給管19でスタック装置21を構成しており、後述する収納容器22内にスタック装置21を収容して燃料電池モジュール4が構成されている。燃料電池装置1(1a、1b、1c、1d)は、それぞれこのスタック装置21を具備している。   The fuel gas supply pipe 18 includes an electric pump P, and the pump P supplies raw fuel such as city gas and propane gas to the reformer 3. The oxygen-containing gas supply pipe 19 is provided with an electric blower B, and an oxygen-containing gas, for example, air is supplied to the cell stack 5 by the blower B. The cell stack 5, the fuel gas supply pipe 18 and the oxygen-containing gas supply pipe 19 constitute a stack device 21, and the fuel cell module 4 is constructed by housing the stack device 21 in a storage container 22 described later. Each of the fuel cell devices 1 (1a, 1b, 1c, 1d) includes the stack device 21.

なお、後述するが、セルスタック5と改質器3とを収納容器に収納することで、図3、4に示すような燃料電池モジュール4(以下、モジュールという場合がある)が構成されている。図2においては、モジュール4を二点鎖線により囲って示している。   As will be described later, by storing the cell stack 5 and the reformer 3 in a storage container, a fuel cell module 4 (hereinafter sometimes referred to as a module) as shown in FIGS. 3 and 4 is configured. . In FIG. 2, the module 4 is surrounded by a two-dot chain line.

また、図2に示す燃料電池システムにおいては、熱交換器8で生成された凝縮水を処理するための凝縮水処理装置9と、凝縮水処理装置9にて処理された水(純水)を貯水するための水タンク11とが設けられており、水タンク11と熱交換器8との間が凝縮水供給管10により接続されている。燃料電池装置1の熱交換器8と貯湯ユニット2の貯湯タンク16との間は、水を循環させる循環配管15とで接続されている。熱交換器8では、燃料電池装置1のセルスタック5の発電により生じた排ガス(排熱)と、貯湯ユニット2の水との間で熱交換を行なうように構成されている。   In the fuel cell system shown in FIG. 2, the condensed water treatment device 9 for treating the condensed water generated by the heat exchanger 8 and the water (pure water) treated by the condensed water treatment device 9 are used. A water tank 11 for storing water is provided, and the water tank 11 and the heat exchanger 8 are connected by a condensed water supply pipe 10. The heat exchanger 8 of the fuel cell device 1 and the hot water storage tank 16 of the hot water storage unit 2 are connected by a circulation pipe 15 that circulates water. The heat exchanger 8 is configured to exchange heat between exhaust gas (exhaust heat) generated by power generation of the cell stack 5 of the fuel cell device 1 and water of the hot water storage unit 2.

なお、熱交換器8での熱交換により生成される凝縮水の水質によっては、凝縮水処理装置9を設けない構成とすることもできる。また、凝縮水処理装置9が水を貯水する機能を有する場合には、水タンク11を設けない構成とすることもできる。   In addition, depending on the quality of the condensed water produced | generated by the heat exchange in the heat exchanger 8, it can also be set as the structure which does not provide the condensed water processing apparatus 9. FIG. Moreover, when the condensed water processing apparatus 9 has the function to store water, it can also be set as the structure which does not provide the water tank 11. FIG.

水タンク11と改質器3とは水供給管13により接続されており、この水供給管13には水供給装置である水ポンプ12が設けられており、水タンク11に貯水された水は水ポンプ12により改質器3に供給されるように構成されている。   The water tank 11 and the reformer 3 are connected by a water supply pipe 13, and the water supply pipe 13 is provided with a water pump 12 that is a water supply device, and the water stored in the water tank 11 is stored in the water tank 11. The water pump 12 is configured to be supplied to the reformer 3.

さらに図2に示す燃料電池装置1には、補機として、パワーコンディショナ(供給電力調整部)6、パワーコンディショナ6の換気ファン(図示せず)、燃料ガス供給管18のポンプP、酸素含有ガス供給管19のブロアBのほか、収納容器22内の各種センサ、循環配管15内の水を循環させる循環ポンプ17、後述する図5に示す燃料電池装置46の外装板49の排気口53に設けられた換気ファン(図示せず)、出口水温センサ14、後述する着火装置等が設けられている。   Further, the fuel cell apparatus 1 shown in FIG. 2 includes, as auxiliary equipment, a power conditioner (supply power adjusting unit) 6, a ventilation fan (not shown) of the power conditioner 6, a pump P of the fuel gas supply pipe 18, oxygen In addition to the blower B of the contained gas supply pipe 19, various sensors in the storage container 22, the circulation pump 17 that circulates the water in the circulation pipe 15, and the exhaust port 53 of the exterior plate 49 of the fuel cell device 46 shown in FIG. Are provided with a ventilation fan (not shown), an outlet water temperature sensor 14, an ignition device to be described later, and the like.

なお、図1(a)に示す燃料電池システムの燃料電池装置1(1a、1b、1c、1d)についても、それぞれ図2に示す補機を有しているが、図1(a)においては、燃料ガス供給管18のポンプP、酸素含有ガス供給管19のブロアBのみ記載している、
パワーコンディショナ6は、モジュール4にて発電された直流電力を交流電力に変換し、変換された電力を外部の負荷に供給する量を調整するものである。出口水温センサ14は、熱交換器8の出口に設けられ熱交換器8の出口を流れる水(循環水流)の水温を測定する。
The fuel cell device 1 (1a, 1b, 1c, 1d) of the fuel cell system shown in FIG. 1 (a) also has the auxiliary equipment shown in FIG. 2, but in FIG. 1 (a) Only the pump P of the fuel gas supply pipe 18 and the blower B of the oxygen-containing gas supply pipe 19 are described.
The power conditioner 6 converts the DC power generated by the module 4 into AC power and adjusts the amount of the converted power supplied to an external load. The outlet water temperature sensor 14 is provided at the outlet of the heat exchanger 8 and measures the water temperature of water (circulated water stream) flowing through the outlet of the heat exchanger 8.

そして、一点鎖線で囲った燃料電池モジュール4を外装ケース内に収納するとともに、一点鎖線で囲った範囲の燃料電池装置1のうち、二点鎖線で囲った範囲を除くものは、補機として、後述する外装ケース内に収納することで、設置や持ち運び等が容易な燃料電池装置1とすることができる。   And while storing the fuel cell module 4 enclosed with a dashed-dotted line in an exterior case, among the fuel cell apparatus 1 of the range enclosed with a dashed-dotted line, what remove | excluding the range enclosed with the dashed-two dotted line is used as an auxiliary machine. By storing it in an exterior case, which will be described later, the fuel cell device 1 that can be easily installed and carried can be obtained.

本実施形態では、図1(a)に示したように、4個の燃料電池装置1(1a、1b、1
c、1d)を有しており、一つの貯湯ユニット2は、4個の燃料電池装置1(1a、1b、1c、1d)に接続され、それぞれの燃料電池装置1(1a、1b、1c、1d)の熱交換器8において熱交換されて高温の湯水が貯湯タンク16に溜められる。それぞれの燃料電池装置1(1a、1b、1c、1d)内にはそれぞれスタック装置21を有している。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1A, four fuel cell devices 1 (1a, 1b, 1
c, 1d), and one hot water storage unit 2 is connected to four fuel cell devices 1 (1a, 1b, 1c, 1d), and each fuel cell device 1 (1a, 1b, 1c, Heat is exchanged in the heat exchanger 8 of 1d), and hot hot water is stored in the hot water storage tank 16. Each fuel cell device 1 (1a, 1b, 1c, 1d) has a stack device 21 respectively.

さらに、燃料電池システムは、図2に示したように、蓄電池20を具備している。この蓄電池20は、例えば、車両用のバッテリー、二次電池、乾電池等の少なくとも一つから構成されている。特に、小型で、安価な乾電池からなることが望ましい。   Further, the fuel cell system includes a storage battery 20 as shown in FIG. The storage battery 20 is composed of at least one of, for example, a vehicle battery, a secondary battery, and a dry battery. In particular, it is desirable to use a small and inexpensive dry battery.

蓄電池20は制御装置7に接続されており、蓄電池20からそれぞれの燃料電池装置1(1a、1b、1c、1d)の補機に電力供給できるように構成されている。制御装置7は、停止していた燃料電池システムを起動する際に、4つ燃料電池装置1(スタック装置)のうち一部の燃料電池装置1(のスタック装置)の起動に必要な補機に対して、蓄電池20から電力を供給するように補機電力切替器57を制御する。   The storage battery 20 is connected to the control device 7, and is configured to be able to supply power from the storage battery 20 to the auxiliary machines of the respective fuel cell devices 1 (1a, 1b, 1c, 1d). When starting the stopped fuel cell system, the control device 7 is an auxiliary device required for starting some of the four fuel cell devices 1 (stack devices). On the other hand, the auxiliary power switch 57 is controlled to supply power from the storage battery 20.

すなわち、制御装置7は、蓄電池20からそれぞれの補機への電力供給をON・OFFに切り替える補機電力切替器57に接続されており、制御装置7は、蓄電池20からの電力を、制御装置7にて電力供給必要とされた補機にのみ供給するように補機電力切替器57を制御している。この補機電力切替器57は、例えば、電界効果トランジスタ(FET)により構成されている。これにより、4つの燃料電池装置1(スタック装置)のうち一つの燃料電池装置1(スタック装置)を起動できる。   That is, the control device 7 is connected to an auxiliary machine power switch 57 that switches ON / OFF the power supply from the storage battery 20 to each auxiliary machine, and the control device 7 converts the power from the storage battery 20 to the control device. 7, the auxiliary power switch 57 is controlled so as to supply only to the auxiliary machine for which power supply is required. The auxiliary power switch 57 is configured by, for example, a field effect transistor (FET). Thereby, one fuel cell apparatus 1 (stack apparatus) can be started among the four fuel cell apparatuses 1 (stack apparatus).

そして、制御装置7は、一つの燃料電池装置1を起動した後に、起動した燃料電池装置1から所定の電力が得られるようになった場合に、起動している燃料電池装置1以外の他の燃料電池装置1の起動に必要な補機に対して、先に起動した燃料電池装置1が発電した電力を供給するように補機電力切替器57を制御し、他の燃料電池装置1を起動し、燃料電池システムを起動する。例えば、図1(a)の燃料電池装置1bを起動し、所定電力量が得られるようになった後に、燃料電池装置1bの発電電力を、他の燃料電池装置1a、1c、1dの起動に必要な補機に対して供給するように、補機電力切替器57が制御される。   Then, after starting one fuel cell device 1, the control device 7, when predetermined power can be obtained from the activated fuel cell device 1, other than the activated fuel cell device 1. The auxiliary power switch 57 is controlled so that the power generated by the previously activated fuel cell device 1 is supplied to the auxiliary machinery required to activate the fuel cell device 1, and the other fuel cell devices 1 are activated. Then, the fuel cell system is started. For example, after the fuel cell device 1b of FIG. 1A is activated and a predetermined amount of electric power can be obtained, the generated power of the fuel cell device 1b is used to activate other fuel cell devices 1a, 1c, and 1d. The auxiliary power switch 57 is controlled so as to supply the necessary auxiliary equipment.

従って、本形態の燃料電池システムでは、停止している燃料電池システムを起動する際に、複数の燃料電池装置1のうち一部の燃料電池装置1の起動に必要な補機に対して、蓄電池20から電力を供給し、複数の燃料電池装置1のうち一部の燃料電池装置1を起動するので、停止している、例えば、3kw級以上の大型の燃料電池システムを、小容量の蓄電池20で起動することができる。このような燃料電池システムでは、特に系統電源の停電時において有用である。   Therefore, in the fuel cell system of the present embodiment, when starting a stopped fuel cell system, a storage battery is used for auxiliary equipment required for starting some of the fuel cell devices 1 among the plurality of fuel cell devices 1. Since power is supplied from 20 and a part of the plurality of fuel cell devices 1 is started, a large-sized fuel cell system of, for example, 3 kW class or more is stopped. You can start with. Such a fuel cell system is particularly useful during a power failure of the system power supply.

なお、例えば、燃料電池装置1bのみに蓄電池20、補機電力切替器57を設け、起動する際に、先ず、蓄電池20から燃料電池装置1bの補機を駆動させ、起動発電させた後、燃料電池装置1bの発電電力を用いて他の燃料電池装置1a、1c、1dを起動させても良い。   For example, when the storage battery 20 and the auxiliary machine power switching device 57 are provided only in the fuel cell device 1b and started up, first, the auxiliary device of the fuel cell device 1b is driven from the storage battery 20 to start and generate power. Other fuel cell devices 1a, 1c, and 1d may be activated using the generated power of the battery device 1b.

図3、図4は、燃料電池装置1を構成するモジュール4の一形態を示し、図3はモジュール4を示す外観斜視図であり、図4は図3に示すモジュール4の断面図である。   3 and 4 show one mode of the module 4 constituting the fuel cell device 1, FIG. 3 is an external perspective view showing the module 4, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the module 4 shown in FIG.

図3に示すモジュール4においては、収納容器22の内部に、複数の柱状の燃料電池セル23の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材(図示せず)でガスタンク24に固定してなるセルスタック5を2つ備えるスタック装置21を収納している。セルスタック5は
、複数の燃料電池セル23を立設させた状態で一列に配列し、隣接する燃料電池セル23間が集電部材(図示せず)を介して電気的に直列に接続されている。燃料電池セル23は、内部を燃料ガスが流通するガス流路(図示せず)を有している。
In the module 4 shown in FIG. 3, a cell formed by fixing the lower ends of a plurality of columnar fuel cells 23 to a gas tank 24 with an insulating bonding material (not shown) such as a glass sealing material, in a storage container 22. A stack device 21 having two stacks 5 is accommodated. The cell stack 5 is arranged in a row in a state where a plurality of fuel cells 23 are erected, and adjacent fuel cells 23 are electrically connected in series via current collecting members (not shown). Yes. The fuel cell 23 has a gas flow path (not shown) through which fuel gas flows.

なお、セルスタック5の両端部には、セルスタック5(燃料電池セル23)の発電により生じた電気を集電して外部に引き出すための、電流引き出し部を有する導電部材が配置されている(図示せず)。なお、図3においては、セルスタック装置21が2個のセルスタック5を備えている場合を示しているが、適宜その個数は変更することができ、例えばセルスタック5を1個だけ備えていてもよく、3個以上備えていても良い。   At both ends of the cell stack 5, conductive members having current drawing portions for collecting and drawing the electricity generated by the power generation of the cell stack 5 (fuel cell 23) to the outside are disposed ( Not shown). FIG. 3 shows the case where the cell stack device 21 includes two cell stacks 5, but the number can be changed as appropriate. For example, only one cell stack 5 is provided. Or three or more may be provided.

また、収納容器22には、後述する燃料電池セル23を通過した燃料ガスを燃焼させるための電動式の第1、第2の着火装置30、31、モジュール4内の温度を測定するための熱電対32が設けられている。   Further, the storage container 22 includes a thermoelectric device for measuring the temperature in the motor-driven first and second ignition devices 30 and 31 and the module 4 for burning fuel gas that has passed through a fuel cell 23 described later. A pair 32 is provided.

また、図3においては、燃料電池セル23として、内部を燃料ガスが長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型で、ガス流路を有する支持体の表面に、燃料極層、固体電解質層および酸素極層を順に積層してなる固体酸化物形の燃料電池セル23を例示している。なお、燃料電池セル23においては、内部を酸素含有ガスが長手方向に流通するガス流路を有する形状とすることもできる。この場合、内側より酸素極層、固体電解質層、燃料極層を順に設け、モジュール4の構成は適宜変更すればよい。さらには、燃料電池セル23は中空平板型に限られるものではなく、例えば平板型や円筒型とすることもでき、あわせて収納容器22の形状を適宜変更することが好ましい。   In FIG. 3, the fuel battery cell 23 is a hollow flat plate type having a gas flow path through which fuel gas flows in the longitudinal direction, and a fuel electrode layer, a solid electrolyte is formed on the surface of a support having the gas flow path. 1 illustrates a solid oxide fuel cell 23 in which a layer and an oxygen electrode layer are sequentially laminated. In addition, in the fuel cell 23, it can also be set as the shape which has a gas flow path through which oxygen-containing gas distribute | circulates to an inside. In this case, an oxygen electrode layer, a solid electrolyte layer, and a fuel electrode layer are provided in this order from the inside, and the configuration of the module 4 may be changed as appropriate. Furthermore, the fuel cell 23 is not limited to a hollow plate type, and may be a plate type or a cylindrical type, for example, and it is preferable to change the shape of the storage container 22 as appropriate.

また、図3に示すモジュール4においては、燃料電池セル23の発電で使用する燃料ガスを得るために、改質器3をセルスタック5の上方に配置している。この改質器3に、原燃料ガス供給管18を介して都市ガス等の原燃料を供給し、改質して水素ガスを含む燃料ガスを生成する。   Further, in the module 4 shown in FIG. 3, the reformer 3 is disposed above the cell stack 5 in order to obtain fuel gas used for power generation of the fuel battery cell 23. A raw fuel such as city gas is supplied to the reformer 3 through a raw fuel gas supply pipe 18 and reformed to generate a fuel gas containing hydrogen gas.

また、改質器3は、効率のよい改質反応である水蒸気改質と、部分酸化改質とを行なうことができる構造とすることができ、水を気化させるための気化部26と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒(図示せず)が配置された改質部25とを備えている。   The reformer 3 can have a structure capable of performing steam reforming, which is an efficient reforming reaction, and partial oxidation reforming, and includes a vaporization unit 26 for vaporizing water, And a reforming unit 25 in which a reforming catalyst (not shown) for reforming fuel into fuel gas is disposed.

改質触媒としては、水蒸気改質のほか、部分酸化改質も可能な燃焼触媒を用いることができる。   As the reforming catalyst, a combustion catalyst capable of partial oxidation reforming in addition to steam reforming can be used.

そして、図3に示すように、改質器3で生成された燃料ガス(水素含有ガス)は、燃料ガス流通管27を介してガスタンク24に供給され、ガスタンク24より燃料電池セル23の内部に設けられたガス流路に供給される。なお、セルスタック装置21の構成は、燃料電池セル23の種類や形状により、適宜変更することができ、例えばスタック装置21に改質器3を含むこともできる。   As shown in FIG. 3, the fuel gas (hydrogen-containing gas) generated in the reformer 3 is supplied to the gas tank 24 through the fuel gas circulation pipe 27, and enters the fuel cell 23 from the gas tank 24. It is supplied to the gas flow path provided. Note that the configuration of the cell stack device 21 can be changed as appropriate depending on the type and shape of the fuel cell 23. For example, the reformer 3 can be included in the stack device 21.

また図3においては、収納容器22の一部(前後面)を取り外し、内部に収納されるスタック装置21を後方に取り出した状態を示している。ここで、図3に示したモジュール4においては、スタック装置21を、収納容器22内にスライドして収納することが可能である。   FIG. 3 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the storage container 22 is removed and the stack device 21 stored inside is taken out rearward. Here, in the module 4 shown in FIG. 3, the stack device 21 can be slid and stored in the storage container 22.

なお、収納容器22の内部には、酸素含有ガスが燃料電池セル23の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、空気等の酸素含有ガス(反応ガス)を供給するための反応ガス導入部材29が配置されている。この反応ガス導入部材29は、ガスタンク24に並置されたセルスタック5の間に配置されている。   A reaction for supplying an oxygen-containing gas (reactive gas) such as air so that the oxygen-containing gas flows from the lower end portion toward the upper end portion of the fuel cell 23 inside the storage container 22. A gas introduction member 29 is disposed. The reaction gas introduction member 29 is disposed between the cell stacks 5 juxtaposed in the gas tank 24.

図4に示すように、モジュール4を構成する収納容器22は、内壁33と外壁34とを有する二重構造で、外壁34により収納容器22の外枠が形成されるとともに、内壁33によりセルスタック装置21を収納する発電室35が形成されている。さらに収納容器22においては、内壁33と外壁34との間を、燃料電池セル23に導入する酸素含有ガスが流通する反応ガス流路40としている。この反応ガス流路40に、酸素含有ガス供給管19が接続されている。   As shown in FIG. 4, the storage container 22 constituting the module 4 has a double structure having an inner wall 33 and an outer wall 34. The outer wall 34 forms an outer frame of the storage container 22, and the inner wall 33 forms a cell stack. A power generation chamber 35 for accommodating the device 21 is formed. Further, in the storage container 22, a reaction gas flow path 40 through which the oxygen-containing gas introduced into the fuel cell 23 circulates between the inner wall 33 and the outer wall 34. An oxygen-containing gas supply pipe 19 is connected to the reaction gas channel 40.

ここで、収納容器22内には、反応ガス導入部材29が、内壁33を貫通して挿入されて固定されている。反応ガス導入部材29は、収納容器22の上部より、上端側に酸素含有ガスが流入するための酸素含有ガス流入口(図示せず)とフランジ部44とを備え、下端部に燃料電池セル23の下端部に酸素含有ガスを導入するための反応ガス流出口36が設けられている。   Here, a reaction gas introduction member 29 is inserted through the inner wall 33 and fixed in the storage container 22. The reaction gas introduction member 29 includes an oxygen-containing gas inlet (not shown) through which oxygen-containing gas flows into the upper end side from the upper portion of the storage container 22 and a flange portion 44, and the fuel cell 23 at the lower end portion. A reaction gas outlet 36 for introducing an oxygen-containing gas is provided at the lower end of the gas.

なお、図4においては、空気等の反応ガスを収納容器22内に導入する反応ガス導入部材29が、収納容器22の内部に並置された2つのセルスタック5間に位置するように配置されているが、セルスタック5の数により、適宜配置することができる。例えば、収納容器22内にセルスタック5を1つだけ収納する場合には、反応ガス導入部材29を2つ設け、セルスタック5を両側から挟み込むように配置することができる。   In FIG. 4, a reaction gas introduction member 29 for introducing a reaction gas such as air into the storage container 22 is arranged so as to be positioned between two cell stacks 5 juxtaposed inside the storage container 22. However, it can be appropriately arranged depending on the number of cell stacks 5. For example, when only one cell stack 5 is stored in the storage container 22, two reaction gas introduction members 29 can be provided so as to sandwich the cell stack 5 from both sides.

また発電室35内には、モジュール4内の熱が極端に放散され、燃料電池セル23(セルスタック5)の温度が低下して発電量が低減しないよう、モジュール4内の温度を高温に維持するための断熱部材37が適宜設けられている。   Further, in the power generation chamber 35, the temperature in the module 4 is maintained at a high temperature so that the heat in the module 4 is extremely dissipated and the temperature of the fuel cell 23 (cell stack 5) is lowered and the power generation amount is not reduced. A heat insulating member 37 is appropriately provided.

断熱部材37は、セルスタック5の近傍に配置することが好ましく、特には、燃料電池セル23の配列方向に沿ってセルスタック5の側面側に配置するとともに、セルスタック5の側面における燃料電池セル23の配列方向に沿った幅と同等またはそれ以上の幅を有する断熱部材37を配置することが好ましい。   The heat insulating member 37 is preferably arranged in the vicinity of the cell stack 5. In particular, the heat insulating member 37 is arranged on the side surface side of the cell stack 5 along the arrangement direction of the fuel cell 23, and the fuel cell unit on the side surface of the cell stack 5 It is preferable to dispose a heat insulating member 37 having a width equal to or greater than the width along the arrangement direction of 23.

なお、セルスタック5の両側に断熱部材37を配置することが好ましい。それにより、セルスタック5の温度が低下することを効果的に抑制できる。さらには、反応ガス導入部材29より導入される酸素含有ガスが、セルスタック5の側面側より排出されることを抑制でき、セルスタック5を構成する燃料電池セル23間の酸素含有ガスの流れを促進することができる。   In addition, it is preferable to arrange the heat insulating members 37 on both sides of the cell stack 5. Thereby, it can suppress effectively that the temperature of the cell stack 5 falls. Furthermore, the oxygen-containing gas introduced from the reaction gas introduction member 29 can be suppressed from being discharged from the side surface side of the cell stack 5, and the flow of the oxygen-containing gas between the fuel cells 23 constituting the cell stack 5 can be reduced. Can be promoted.

なお、セルスタック5の両側に配置された断熱部材37においては、燃料電池セル23に供給される酸素含有ガスの流れを調整し、セルスタック5の長手方向および燃料電池セル23の積層方向における温度分布を低減するための開口部38が設けられている。なお、複数の断熱部材37を組み合わせて開口部38を形成するようにしてもよい。   In the heat insulating members 37 arranged on both sides of the cell stack 5, the flow of the oxygen-containing gas supplied to the fuel cell 23 is adjusted, and the temperature in the longitudinal direction of the cell stack 5 and in the stacking direction of the fuel cell 23 is adjusted. An opening 38 for reducing the distribution is provided. Note that the opening 38 may be formed by combining a plurality of heat insulating members 37.

また、燃料電池セル23の配列方向に沿った内壁33の内側には、排ガス用内壁39が設けられており、内壁33と排ガス用内壁39との間が、発電室35内の排ガスが上方から下方に向けて流れる排ガス流路41とされている。なお、排ガス流路41は、収納容器22の底部に設けられた排気孔45と通じている。   Further, an exhaust gas inner wall 39 is provided on the inner side of the inner wall 33 along the arrangement direction of the fuel cells 23, and the exhaust gas in the power generation chamber 35 is located between the inner wall 33 and the exhaust gas inner wall 39 from above. The exhaust gas flow path 41 flows downward. The exhaust gas passage 41 communicates with an exhaust hole 45 provided at the bottom of the storage container 22.

それにより、モジュール4の運転に伴って生じる排ガスは、排ガス流路41を流れた後、排気孔45より排気される構成となっている。なお、排気孔45は収納容器22の底部の一部を切り欠くようにして形成してもよく、また管状の部材を設けることにより形成してもよい。   Thereby, the exhaust gas generated by the operation of the module 4 flows through the exhaust gas passage 41 and is then exhausted from the exhaust hole 45. The exhaust hole 45 may be formed by cutting out a part of the bottom of the storage container 22 or may be formed by providing a tubular member.

ここで、モジュール4においては、後述する燃料電池セル23を通過した燃料ガスに着火させるための電動式の着火装置30、31が、燃料電池セル23と改質器3との間に位置するように、収納容器2の両側面よりそれぞれ挿入されている。   Here, in the module 4, electric ignition devices 30 and 31 for igniting a fuel gas that has passed through the fuel cell 23 described later are positioned between the fuel cell 23 and the reformer 3. And inserted from both side surfaces of the storage container 2.

固体酸化物形の燃料電池においては、燃料電池セル23が発電可能となる温度が高温であるため、燃料電池装置の起動工程においてはモジュール4の温度を高温に上昇させる必要があり、また燃料電池装置の通常運転工程には、モジュール4を高温に維持する必要がある。ここで、図3および図4に示す燃料電池装置においては、着火装置30、31を作動させて、燃料電池セル23を通過した燃料ガスを燃焼させることで、モジュール4の温度を向上させることができ、それにより燃料電池装置の起動処理を行なうことができる。あわせて、改質器3の温度も向上させることができる。   In a solid oxide fuel cell, the temperature at which the fuel cell 23 can generate power is high. Therefore, it is necessary to raise the temperature of the module 4 to a high temperature in the startup process of the fuel cell device. In the normal operation process of the apparatus, it is necessary to maintain the module 4 at a high temperature. Here, in the fuel cell device shown in FIGS. 3 and 4, the temperature of the module 4 can be improved by operating the ignition devices 30 and 31 and burning the fuel gas that has passed through the fuel cell 23. Thus, the start-up process of the fuel cell device can be performed. In addition, the temperature of the reformer 3 can be improved.

なお、反応ガス導入部材29の内部には、セルスタック5近傍の温度を測定するための熱電対32が配置されており、熱電対32の測温部43が燃料電池セル23の長手方向の中央部でかつ燃料電池セル23の配列方向における中央部に位置するように配置されている。   A thermocouple 32 for measuring the temperature in the vicinity of the cell stack 5 is disposed inside the reaction gas introduction member 29, and the temperature measuring unit 43 of the thermocouple 32 is located in the center in the longitudinal direction of the fuel cell 23. It is arrange | positioned so that it may be located in the center part in the arrangement direction of the fuel cell 23.

図5に示す燃料電池装置46は、支柱47と外装板49とから構成される外装ケース内を仕切板48により上下に区画し、その上方側を上述したモジュール4を収納するモジュール収納室50とし、下方側をモジュール4を動作させるための補機類を収納する補機収納室51として構成されている。なお、図5においては、補機収納室51に収納する補機類を省略して示しているが、図2に示す構成においては、補機収納室51内に、水供給装置である水ポンプ12、水タンク11、パワーコンディショナ(供給電力調整部)6、制御装置7、循環ポンプ17および凝縮水処理装置9等の各装置(補機)が収納されている。   The fuel cell device 46 shown in FIG. 5 divides the inside of an exterior case composed of support columns 47 and an exterior plate 49 by a partition plate 48, and the upper side serves as a module storage chamber 50 for storing the above-described module 4. The lower side is configured as an auxiliary equipment storage chamber 51 for storing auxiliary equipment for operating the module 4. In FIG. 5, the auxiliary machines stored in the auxiliary machine storage chamber 51 are omitted, but in the configuration shown in FIG. 2, a water pump that is a water supply device is provided in the auxiliary machine storage chamber 51. 12, a water tank 11, a power conditioner (supply power adjustment unit) 6, a control device 7, a circulation pump 17, a condensed water treatment device 9, and other devices (auxiliary devices) are housed.

また、仕切板48は、補機収納室51の空気をモジュール収納室50側に流すための空気流通口52が設けられており、モジュール収納室50を構成する外装板49の一部に、モジュール収納室50内の空気を排気するための排気口53が設けられている。排気口53には、図示しないが換気ファンが設けられている。   In addition, the partition plate 48 is provided with an air circulation port 52 for allowing the air in the auxiliary machine storage chamber 51 to flow toward the module storage chamber 50, and a module is formed in a part of the exterior plate 49 constituting the module storage chamber 50. An exhaust port 53 for exhausting the air in the storage chamber 50 is provided. Although not shown, the exhaust port 53 is provided with a ventilation fan.

系統電源の停電時とは、燃料電池システムへの電力会社からの電力供給が停止されている状態をいい、例えば、自然災害等により送電線が破壊されて燃料電池システムへの電力供給が停止されている場合、各家庭内における燃料電池システムへの配線が切断等されて燃料電池システムへの電力供給が停止されている場合、各家庭内に配置されているブレーカーが落ちて燃料電池システムへの電力供給が停止されている場合等がある。   The power failure of the system power supply means a state in which the power supply from the power company to the fuel cell system is stopped.For example, the power transmission line is destroyed due to a natural disaster or the like, and the power supply to the fuel cell system is stopped. When the power supply to the fuel cell system is stopped because the wiring to the fuel cell system in each home is cut off, etc., the breaker arranged in each home falls and the fuel cell system is connected to the fuel cell system. There are cases where the power supply is stopped.

なお、起動するとは、一旦発電していた燃料電池装置が停止した後に再起動する際も含む概念である。すなわち、燃料電池装置への燃料ガスの供給を停止するとともに、負荷への電力供給を停止した、燃料電池の運転を停止した状態から再起動する場合も含む。   In addition, starting is a concept including a case where the fuel cell device that has once generated power is restarted after being stopped. That is, it includes a case where the supply of the fuel gas to the fuel cell device is stopped and the power supply to the load is stopped, and the fuel cell device is restarted from a stopped state.

そして、本実施形態の燃料電池システムでは、起動スイッチを押すことにより起動を開始し、負荷(補機も含む)への電力供給を開始し始めるまでを起動工程といい、負荷への電力供給を開始し始めた状態から、負荷への電力供給を停止するまでを通常運転工程といい、電力供給を停止した後に燃料電池セルを降温するまでを停止工程という。   In the fuel cell system of this embodiment, the start is started by pressing the start switch, and the process until the start of power supply to the load (including auxiliary equipment) is called the start process, and the power supply to the load is The period from the start of the operation until the power supply to the load is stopped is referred to as a normal operation process, and the process until the temperature of the fuel cell is lowered after the power supply is stopped is referred to as a stop process.

起動工程では、少なくとも原燃料、酸素含有ガスが必要とされるため、最小限必要な補機としては、例えば、制御装置7、原燃料ガス供給管1のポンプP、酸素含有ガス供給管2のブロアBがある。   Since at least the raw fuel and the oxygen-containing gas are required in the start-up process, the minimum required auxiliary machines include, for example, the control device 7, the pump P of the raw fuel gas supply pipe 1, the oxygen-containing gas supply pipe 2 There is a blower B.

起動する際には、先ず、系統電源と蓄電池20との電力供給源を切り換えるための電力供給源切替器SWを切り替え、制御装置7に蓄電池20からの電力を供給する。この電力供給源切替器SWは通常手動にて切り換える。なお、電力供給源切替器SWは、電力供給源を蓄電池20から燃料電池装置に切り換えることが可能であり、制御装置7は、起動工程から通常運転工程になった際に、電力供給源切替器SWを制御し、電力供給源を蓄電池20から燃料電池装置に切り換え、燃料電池装置からの発電電力が補機等に供給されるように制御する。   When starting up, first, the power supply source switch SW for switching the power supply source between the system power supply and the storage battery 20 is switched, and the power from the storage battery 20 is supplied to the control device 7. This power supply source switch SW is normally switched manually. The power supply source switching unit SW can switch the power supply source from the storage battery 20 to the fuel cell device, and the control device 7 can switch the power supply source switching unit when the startup process is changed to the normal operation process. SW is controlled, the power supply source is switched from the storage battery 20 to the fuel cell device, and control is performed so that the generated power from the fuel cell device is supplied to an auxiliary machine or the like.

制御装置7は、停止している燃料電池システムを起動する際に、例えば、4つの燃料電池装置1a、1b、1c、1dのうち燃料電池装置1bの起動に必要な補機に対して、蓄電池20から電力を供給するように補機電力切替器SWを制御し、4つの燃料電池装置1a、1b、1c、1dのうち燃料電池装置1bを起動する。そして、燃料電池装置1bが所定量発電するようになると、燃料電池装置1bで発電した電力を、燃料電池装置1a、1c、1dの起動に必要な補機に供給するように、補機電力切替器SWを制御し、燃料電池システムを起動する。   When starting the stopped fuel cell system, the control device 7 stores, for example, a storage battery for an auxiliary machine required for starting the fuel cell device 1b among the four fuel cell devices 1a, 1b, 1c, and 1d. The auxiliary power switch SW is controlled so as to supply power from 20, and the fuel cell device 1b among the four fuel cell devices 1a, 1b, 1c, and 1d is activated. When the fuel cell device 1b generates a predetermined amount of power, the auxiliary power switching is performed so that the power generated by the fuel cell device 1b is supplied to the auxiliary devices required for starting the fuel cell devices 1a, 1c, and 1d. The fuel cell system is started by controlling the battery SW.

ここで、燃料電池システムを起動するには、系統電源を用いる場合と蓄電池を用いる場合があるが、図1に示した燃料電池装置について系統電源を用いた通常起動工程および通常運転工程について説明する。系統電源からの電力供給がある場合には、起動時に、電力供給源切替器SWにより系統電源から電力供給されるようになっており、先ず原燃料ガス供給管1の電動式のポンプP、酸素含有ガス供給管2の電動式のブロアBを作動させる。この時点ではモジュール4の温度が低いため、燃料電池セル23での発電や改質器3での改質反応は行なわれない。なお、補機電力切替器57は、全ての補機に電力を供給するように制御されている。   Here, in order to start the fuel cell system, there are a case where a system power supply is used and a case where a storage battery is used. The normal start process and the normal operation process using the system power supply will be described for the fuel cell apparatus shown in FIG. . When there is power supply from the system power supply, power is supplied from the system power supply by the power supply source switch SW at the start-up. First, the electric pump P of the raw fuel gas supply pipe 1, oxygen The electric blower B of the contained gas supply pipe 2 is operated. At this time, since the temperature of the module 4 is low, the power generation in the fuel cell 23 and the reforming reaction in the reformer 3 are not performed. The auxiliary machine power switching unit 57 is controlled to supply power to all auxiliary machines.

次に、燃料電池装置1のモジュール4に設けられた着火装置30、31を作動させる。それにより、原燃料ガス供給管1のポンプPより供給され、燃料電池セル23を通過した燃料ガスが燃焼し、その燃焼熱により、モジュール4や改質器3の温度が上昇する。改質器3の温度が水蒸気改質可能な温度となれば、水供給装置である水ポンプ12を作動させ改質器3に水を供給する。それにより、改質器3にて燃料電池セル23の発電に必要な水素含有ガスである燃料ガスが生成される。燃料電池セル23は、発電開始可能な温度となれば、改質器3にて生成された燃料ガスと、酸素含有ガス供給管2より供給される酸素含有ガスとで発電を開始する。   Next, the ignition devices 30 and 31 provided in the module 4 of the fuel cell device 1 are operated. As a result, the fuel gas supplied from the pump P of the raw fuel gas supply pipe 1 and passed through the fuel cell 23 burns, and the temperature of the module 4 and the reformer 3 rises due to the combustion heat. When the temperature of the reformer 3 reaches a temperature at which steam reforming is possible, the water pump 12 that is a water supply device is operated to supply water to the reformer 3. As a result, the reformer 3 generates a fuel gas that is a hydrogen-containing gas necessary for power generation of the fuel battery cell 23. When the fuel battery cell 23 reaches a temperature at which power generation can be started, the fuel battery cell 23 starts power generation using the fuel gas generated by the reformer 3 and the oxygen-containing gas supplied from the oxygen-containing gas supply pipe 2.

ここで、燃料電池装置の起動工程を完了させ、通常運転工程に切り替える。セルスタック5で生じた電力は、パワーコンディショナ6にて交流に変換された後、外部負荷の要求に応じて、制御装置7により外部負荷に供給制御されるとともに、補機にも、系統電源からの電力供給に替えてセルスタック5からの電力が供給されるように、電力供給源切替器SWが制御される。   Here, the startup process of the fuel cell device is completed, and the process is switched to the normal operation process. The electric power generated in the cell stack 5 is converted into alternating current by the power conditioner 6 and then supplied and controlled to the external load by the control device 7 according to the demand of the external load. The power supply source switch SW is controlled so that the power from the cell stack 5 is supplied instead of the power supply from.

なお、制御装置7は、セルスタック5の発電量に対応して必要となる酸素含有ガスを供給するように、酸素含有ガス供給管2の電動式のブロアBの動作を制御し、あわせて、改質器3にて、セルスタック5の発電量に対応して必要となる燃料ガスを生成するように、原燃料ガス供給管1の電動式のポンプPの動作を制御するとともに、水供給装置である電動式の水ポンプ12の動作を制御する。   The control device 7 controls the operation of the electric blower B of the oxygen-containing gas supply pipe 2 so as to supply the oxygen-containing gas required corresponding to the power generation amount of the cell stack 5, The reformer 3 controls the operation of the electric pump P of the raw fuel gas supply pipe 1 so as to generate the necessary fuel gas corresponding to the power generation amount of the cell stack 5, and the water supply device The operation of the electric water pump 12 is controlled.

セルスタック5の運転に伴って生じた排ガスは、熱交換器8に供給され、循環配管15を流れる水とで熱交換される。熱交換器8での熱交換により生じたお湯は、循環配管15を流れて貯湯タンク16に貯水される。一方、熱交換器8での熱交換によりセルスタック5より排出される排ガスに含まれる水が凝縮水となり、凝縮水供給管10を通じて、凝縮
水処理装置9に供給される。凝縮水は、凝縮水処理装置9にて純水とされて、水タンク11に供給される。水タンク11に貯水された水は、水供給装置である電動式の水ポンプ12により水供給管13を介して改質器3に供給される。このように、凝縮水を有効利用することにより、水自立運転を行なうことができる。
The exhaust gas generated by the operation of the cell stack 5 is supplied to the heat exchanger 8 and is heat-exchanged with water flowing through the circulation pipe 15. Hot water generated by heat exchange in the heat exchanger 8 flows through the circulation pipe 15 and is stored in the hot water storage tank 16. On the other hand, water contained in the exhaust gas discharged from the cell stack 5 by heat exchange in the heat exchanger 8 becomes condensed water and is supplied to the condensed water treatment device 9 through the condensed water supply pipe 10. The condensed water is converted to pure water by the condensed water treatment device 9 and supplied to the water tank 11. The water stored in the water tank 11 is supplied to the reformer 3 through a water supply pipe 13 by an electric water pump 12 that is a water supply device. Thus, water self-sustained operation can be performed by effectively using condensed water.

図1(b)は、他の形態の燃料電池システムを示すもので、この形態では、4個のスタック装置21は、それぞれ収納容器22内に収容されており、それぞれのスタック装置に対応する補機が共用されている。   FIG. 1 (b) shows a fuel cell system of another form. In this form, four stack devices 21 are accommodated in storage containers 22, respectively, and auxiliary devices corresponding to the respective stack devices are provided. The machine is shared.

すなわち、4個の燃料電池装置1(1a、1b、1c、1d)には、例えば、それぞれ原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19が接続されており、これらの原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19はそれぞれ連結され、1個の電動式のポンプP、電動式のブロアBが接続されている。4個の燃料電池装置1(1a、1b、1c、1d)に接続された原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19には、電磁弁61がそれぞれ設けられており、これらの電磁弁61は制御装置7により開閉制御される。   That is, for example, a raw fuel gas supply pipe 18 and an oxygen-containing gas supply pipe 19 are connected to the four fuel cell apparatuses 1 (1a, 1b, 1c, 1d), respectively. 18 and the oxygen-containing gas supply pipe 19 are connected to each other, and one electric pump P and an electric blower B are connected. The raw fuel gas supply pipe 18 and the oxygen-containing gas supply pipe 19 connected to the four fuel cell apparatuses 1 (1a, 1b, 1c, 1d) are provided with electromagnetic valves 61, respectively. 61 is controlled to open and close by the control device 7.

このような燃料電池システムでは、起動する際には、例えば、燃料電池装置1bの原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19の電磁弁61を開とし、燃料電池装置1a、1c、1dの原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19の電磁弁61を閉とし、燃料電池装置1bを起動させて発電させ、この後、燃料電池装置1a、1c、1dの原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19の電磁弁61を開とし、燃料電池装置1bの発電電力を用いて補機を駆動させ、燃料電池装置1a、1c、1dを起動発電させることができる。   In such a fuel cell system, when starting up, for example, the raw fuel gas supply pipe 18 of the fuel cell apparatus 1b and the electromagnetic valve 61 of the oxygen-containing gas supply pipe 19 are opened, and the fuel cell apparatuses 1a, 1c, 1d are opened. The raw fuel gas supply pipe 18 and the oxygen-containing gas supply pipe 19 of the electromagnetic valve 61 are closed, the fuel cell device 1b is started to generate electric power, and then the raw fuel gas supply pipes of the fuel cell devices 1a, 1c, and 1d. 18. The electromagnetic valve 61 of the oxygen-containing gas supply pipe 19 is opened, and the auxiliary machine is driven using the generated power of the fuel cell device 1b, so that the fuel cell devices 1a, 1c, and 1d can be activated.

図6は、さらに他の形態の燃料電池システムを示すもので、この形態では、4個のスタック装置21は、それぞれ収納容器22内に収容されており、それぞれのスタック装置21に対応する補機が共用されている。また、燃料電池装置1bの原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19には、専用の補機が接続されている。   FIG. 6 shows a fuel cell system according to still another embodiment. In this embodiment, four stack devices 21 are accommodated in storage containers 22, and auxiliary devices corresponding to the respective stack devices 21. Are shared. In addition, a dedicated auxiliary machine is connected to the raw fuel gas supply pipe 18 and the oxygen-containing gas supply pipe 19 of the fuel cell device 1b.

すなわち、4個の燃料電池装置1(1a、1b、1c、1d)には、例えば、それぞれ原燃料ガス供給管1、酸素含有ガス供給管2が接続されており、これらの原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19はそれぞれ連結され、1個の電動式のポンプP、電動式のブロアBが接続されている。一方、燃料電池装置1bの原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19には、この燃料電池装置1bにだけに原燃料ガス、酸素含有ガスを供給するための専用の補機(電動式のポンプP1、電動式のブロアB1)が接続されている。   That is, for example, a raw fuel gas supply pipe 1 and an oxygen-containing gas supply pipe 2 are connected to the four fuel cell apparatuses 1 (1a, 1b, 1c, 1d), respectively. 18 and the oxygen-containing gas supply pipe 19 are connected to each other, and one electric pump P and an electric blower B are connected. On the other hand, a dedicated auxiliary machine (electric type) for supplying raw fuel gas and oxygen-containing gas only to the fuel cell device 1b is supplied to the raw fuel gas supply tube 18 and the oxygen-containing gas supply tube 19 of the fuel cell device 1b. The pump P1 and the electric blower B1) are connected.

このような燃料電池システムでは、起動する際には、例えば、専用の補機(電動式のポンプP1、電動式のブロアB1)を蓄電池20で駆動させ、燃料電池装置1bの原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19を介してガスを供給し、燃料電池装置1bを起動させて発電させ、この後、専用の補機の駆動を停止し、燃料電池装置1bの発電電力を用いて共用の補機を駆動させ、燃料電池装置1a、1c、1dを起動発電させることができる。   In such a fuel cell system, when starting up, for example, a dedicated auxiliary machine (electric pump P1, electric blower B1) is driven by the storage battery 20, and the raw fuel gas supply pipe of the fuel cell device 1b is used. 18. Gas is supplied through the oxygen-containing gas supply pipe 19, the fuel cell device 1b is activated to generate power, and then the driving of the dedicated auxiliary device is stopped, and the generated power of the fuel cell device 1b is used. The shared auxiliary machine can be driven to start and generate power in the fuel cell devices 1a, 1c, and 1d.

図7は、さらに他の形態の燃料電池システムを示すもので、この形態では、4個のスタック装置21は一つの収納容器22内に収容されており、図8(a)に示すように、それぞれのスタック装置21に対応する補機を具備している。   FIG. 7 shows a fuel cell system according to another embodiment. In this embodiment, four stack devices 21 are accommodated in one storage container 22, and as shown in FIG. An auxiliary machine corresponding to each stack device 21 is provided.

すなわち、4個のスタック装置21(21a、21b、21c、21d)には、例えば、それぞれ原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19が配置されており、これらの原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19はそれぞれ電動式のポンプP、電動式の
ブロアBが接続されている。
In other words, for example, the raw fuel gas supply pipe 18 and the oxygen-containing gas supply pipe 19 are disposed in the four stack devices 21 (21a, 21b, 21c, 21d), respectively. The oxygen-containing gas supply pipe 19 is connected to an electric pump P and an electric blower B, respectively.

このような燃料電池システムでは、起動する際には、例えば、スタック装置21bの補機(電動式のポンプP、電動式のブロアB)を蓄電池20で駆動させ、スタック装置21bの原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19を介してガスを供給し、スタック装置21bを起動させて発電させ、この後、スタック装置21bの発電電力を用いて他のスタック装置21a、21c、21dを起動発電させることができる。   In such a fuel cell system, when starting up, for example, an auxiliary machine (electric pump P, electric blower B) of the stack device 21b is driven by the storage battery 20 to supply raw fuel gas of the stack device 21b. The gas is supplied through the pipe 18 and the oxygen-containing gas supply pipe 19, and the stack device 21b is activated to generate power. Thereafter, the other stack devices 21a, 21c, and 21d are activated using the generated power of the stack device 21b. It can generate electricity.

図8(b)は、他の形態の燃料電池システムを示すもので、この形態では、4個のスタック装置21(21a、21b、21c、21d)は一つの収納容器22内に収容されており、それぞれのスタック装置21に対応する補機が共用されている。   FIG. 8B shows a fuel cell system of another form. In this form, four stack devices 21 (21a, 21b, 21c, 21d) are housed in one storage container 22. FIG. The auxiliary machines corresponding to the respective stack devices 21 are shared.

すなわち、4個のスタック装置21(21a、21b、21c、21d)には、例えば、それぞれ原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19が配置されており、これらの原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19はそれぞれ連結され、1個の電動式のポンプP、電動式のブロアBが接続されている。4個のスタック装置21(21a、21b、21c、21d)に接続された原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19には、電磁弁61がそれぞれ設けられており、これらの電磁弁61は制御装置7により開閉制御される。   In other words, for example, the raw fuel gas supply pipe 18 and the oxygen-containing gas supply pipe 19 are disposed in the four stack devices 21 (21a, 21b, 21c, 21d), respectively. The oxygen-containing gas supply pipes 19 are connected to each other, and one electric pump P and an electric blower B are connected. The raw fuel gas supply pipe 18 and the oxygen-containing gas supply pipe 19 connected to the four stack devices 21 (21a, 21b, 21c, 21d) are provided with electromagnetic valves 61, respectively. Is controlled to open and close by the control device 7.

このような燃料電池システムでは、起動する際には、例えば、スタック装置21bの原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19の電磁弁61を開とし、スタック装置21a、21c、21dの原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19の電磁弁61を閉とし、スタック装置21bを起動させて発電させ、この後、スタック装置21a、21c、21dの原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19の電磁弁61を開とし、スタック装置21bの発電電力を用いて補機を駆動させ、スタック装置21a、21c、21dを起動発電させることができる。   In such a fuel cell system, when starting, for example, the raw fuel gas supply pipe 18 of the stack device 21b and the electromagnetic valve 61 of the oxygen-containing gas supply pipe 19 are opened, and the raw materials of the stack devices 21a, 21c, and 21d are opened. The electromagnetic valve 61 of the fuel gas supply pipe 18 and the oxygen-containing gas supply pipe 19 is closed, and the stack device 21b is activated to generate electric power. Thereafter, the raw fuel gas supply pipe 18 of the stack devices 21a, 21c, and 21d The electromagnetic valve 61 of the gas supply pipe 19 is opened, the auxiliary machine is driven using the generated power of the stack device 21b, and the stack devices 21a, 21c, and 21d can be activated to generate power.

図9は、さらに他の形態の燃料電池システムを示すもので、この形態では、4個のスタック装置21(21a、21b、21c、21d)は一つの収納容器22内に収容されており、それぞれのスタック装置21に対応する補機が共用されている。また、スタック装置21bの原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19には、専用の補機が接続されている。   FIG. 9 shows a fuel cell system according to another embodiment. In this embodiment, four stack devices 21 (21a, 21b, 21c, 21d) are accommodated in one storage container 22, Auxiliary machines corresponding to the stack device 21 are shared. In addition, a dedicated auxiliary machine is connected to the raw fuel gas supply pipe 18 and the oxygen-containing gas supply pipe 19 of the stack device 21b.

すなわち、4個のスタック装置21(21a、21b、21c、21d)には、例えば、それぞれ原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19が接続されており、これらの原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19はそれぞれ連結され、1個の電動式のポンプP、電動式のブロアBが接続されている。一方、スタック装置21bの原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19には、このスタック装置21bにだけに原燃料ガス、酸素含有ガスを供給するための専用の補機(電動式のポンプP1、電動式のブロアB1)が接続されている。   That is, for example, a raw fuel gas supply pipe 18 and an oxygen-containing gas supply pipe 19 are connected to the four stack devices 21 (21a, 21b, 21c, 21d), respectively. The oxygen-containing gas supply pipes 19 are connected to each other, and one electric pump P and an electric blower B are connected. On the other hand, the auxiliary fuel gas supply pipe 18 and the oxygen-containing gas supply pipe 19 of the stack device 21b are dedicated auxiliary machines (electric pumps) for supplying the raw fuel gas and the oxygen-containing gas only to the stack device 21b. P1, an electric blower B1) is connected.

このような燃料電池システムでは、起動する際には、例えば、専用の補機(電動式のポンプP1、電動式のブロアB1)を蓄電池20で駆動させ、スタック装置21bの原燃料ガス供給管18、酸素含有ガス供給管19を介してガスを供給し、スタック装置21bを起動させて発電させ、この後、専用の補機の駆動を停止し、スタック装置21bの発電電力を用いて共用の補機を駆動させ、スタック装置21a、21c、21dを起動発電させることができる。   In such a fuel cell system, when starting up, for example, a dedicated auxiliary machine (electric pump P1, electric blower B1) is driven by the storage battery 20, and the raw fuel gas supply pipe 18 of the stack device 21b is used. Then, gas is supplied through the oxygen-containing gas supply pipe 19, the stack device 21b is activated to generate power, and then the driving of the dedicated auxiliary machine is stopped, and the shared auxiliary power is generated using the generated power of the stack device 21b. The stack device 21a, 21c, 21d can be driven to generate power by driving the machine.

なお、図1、図6、図8,図9では、原燃料ガス供給管18の電動式のポンプP、酸素
含有ガス供給管19の電動式のブロアBのみ補機として記載している。
1, 6, 8, and 9, only the electric pump P of the raw fuel gas supply pipe 18 and the electric blower B of the oxygen-containing gas supply pipe 19 are described as auxiliary machines.

以上、本実施形態について詳細に説明したが、本実施形態は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。   Although the present embodiment has been described in detail above, the present embodiment is not limited to the example of the above-described embodiment, and various changes, improvements, and the like can be made without departing from the scope of the present embodiment. Is possible.

例えば、制御装置7と補機電力切替器57とを別体として、図1に記載したが、本発明では、制御装置と補機電力切替器とが一体となっているものであっても良い。   For example, although the control device 7 and the auxiliary power switch 57 are described as separate units in FIG. 1, in the present invention, the control device and the auxiliary power switch may be integrated. .

本発明の燃料電池システムは、特に系統電源の停電時に起動する場合に好適に用いることができる。   The fuel cell system of the present invention can be suitably used particularly when the system is started at the time of power failure of the system power supply.

1:燃料電池装置
2:貯湯ユニット
3:改質器
4:燃料電池モジュール
5:スタック
6:パワーコンディショナ
7:制御装置
8:熱交換器
17:ポンプ
18:燃料ガス供給管
19:酸素含有ガス供給管
20:蓄電池
21:スタック装置
22:収納容器
57:補機電力切替器
P、P1:ポンプ
B、B1:ブロア
SW:電力供給源切替器
1: Fuel cell device 2: Hot water storage unit 3: Reformer 4: Fuel cell module 5: Stack 6: Power conditioner 7: Controller 8: Heat exchanger 17: Pump 18: Fuel gas supply pipe 19: Oxygen-containing gas Supply pipe 20: Storage battery 21: Stack device 22: Storage container 57: Auxiliary power switch P, P1: Pump B, B1: Blower SW: Power supply switch

Claims (7)

系統電源に連系し、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう燃料電池スタック、該燃料電池スタックに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給管および前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給管とを備えた複数のスタック装置と、前記燃料電池スタックの発電に用いる補機と、蓄電池と、該蓄電池から前記補機に電力を供給するように電力供給経路を切り替える補機電力切替器と、該補機電力切替器を制御する制御装置とを具備し、該制御装置は、停止している燃料電池システムを起動する際に、前記複数のスタック装置のうち一部の前記スタック装置の起動に必要な前記補機に対して、前記蓄電池から電力を供給するように前記補機電力切替器を制御し、前記複数のスタック装置のうち一部の前記スタック装置を起動することを特徴とする燃料電池システム。   A fuel cell stack connected to a system power source and generating power with fuel gas and oxygen-containing gas, an oxygen-containing gas supply pipe for supplying oxygen-containing gas to the fuel cell stack, and a fuel for supplying fuel gas to the fuel cell stack Auxiliary power switching for switching a power supply path so that power is supplied from the storage battery to the auxiliary equipment, a plurality of stack devices including gas supply pipes, an auxiliary machine used for power generation of the fuel cell stack, and a storage battery And a control device for controlling the auxiliary power switch, the control device, when starting the stopped fuel cell system, some of the stack devices among the plurality of stack devices The auxiliary machine power switch is controlled so that power is supplied from the storage battery to the auxiliary machine required for starting up, and a part of the stack devices is started up among the plurality of stack devices The fuel cell system according to claim Rukoto. 前記制御装置は、前記一部のスタック装置が起動した後、前記一部のスタック装置以外の他の前記スタック装置の起動に必要な前記補機に対して、前記一部のスタック装置が発電した電力を供給するように前記補機電力切替器を制御し、前記他のスタック装置を起動することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。   In the control device, after the partial stack device is activated, the partial stack device generates electric power for the auxiliary machine required for activation of the other stack device other than the partial stack device. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the auxiliary power switch is controlled so as to supply electric power, and the other stack device is activated. 3. 前記複数のスタック装置は、それぞれ収納容器内に収容されており、前記複数のスタック装置に対応する前記補機をそれぞれ具備することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 1, wherein each of the plurality of stack devices is housed in a storage container, and each of the auxiliary devices corresponding to the plurality of stack devices is provided. 4. 前記複数のスタック装置は、一つの収納容器内に収容されており、前記複数のスタック装置に対応する前記補機をそれぞれ具備することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the plurality of stack devices are accommodated in one storage container, and each of the auxiliary devices corresponding to the plurality of stack devices is provided. 4. 前記複数のスタック装置は、それぞれ収納容器内に収容されており、前記補機は、前記複数のスタック装置の起動に共用する共用補機と、前記一部のスタック装置の起動に必要な専用補機とを具備するとともに、前記制御装置は、停止している燃料電池システムを起動する際に、前記複数のスタック装置のうち前記一部のスタック装置の起動に必要な前記専用補機に対して、前記蓄電池から電力を供給するように前記補機電力切替器を制御し、前記複数のスタック装置のうち前記一部のスタック装置を起動する請求項1または2に記載の燃料電池システム。   Each of the plurality of stack devices is housed in a storage container. The auxiliary device includes a shared auxiliary device that is shared for starting the plurality of stack devices and a dedicated auxiliary device that is necessary for starting the some stack devices. And the control device, when starting the stopped fuel cell system, with respect to the dedicated auxiliary machine required for starting the partial stack device among the plurality of stack devices. The fuel cell system according to claim 1, wherein the auxiliary power switch is controlled so as to supply electric power from the storage battery, and the part of the stack devices is activated among the plurality of stack devices. 前記複数のスタック装置は、一つの収納容器内に収容されており、前記補機は、前記複数のスタック装置の起動に共用する共用補機と、前記一部のスタック装置の起動に必要な専用補機とを具備するとともに、前記制御装置は、停止している燃料電池システムを起動する際に、前記複数のスタック装置のうち前記一部のスタック装置の起動に必要な前記専用補機に対して、前記蓄電池から電力を供給するように前記補機電力切替器を制御し、前記複数のスタック装置のうち前記一部のスタック装置を起動する請求項1または2に記載の燃料電池システム。   The plurality of stack devices are housed in one storage container, and the auxiliary device is a shared auxiliary device shared for starting the plurality of stack devices, and a dedicated device necessary for starting the some stack devices. An auxiliary machine, and when the control device starts up the stopped fuel cell system, the control device is configured for the dedicated auxiliary machine required for starting up some of the stack devices. The fuel cell system according to claim 1, wherein the auxiliary power switching unit is controlled so as to supply power from the storage battery, and the part of the stack devices is activated among the plurality of stack devices. 前記酸素含有ガス供給管に設けられたブロア、および前記燃料ガス供給管に設けられたポンプが前記補機であることを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれかに記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein a blower provided in the oxygen-containing gas supply pipe and a pump provided in the fuel gas supply pipe are the auxiliary equipment.
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