JP2015185288A - Fuel battery device - Google Patents

Fuel battery device Download PDF

Info

Publication number
JP2015185288A
JP2015185288A JP2014059368A JP2014059368A JP2015185288A JP 2015185288 A JP2015185288 A JP 2015185288A JP 2014059368 A JP2014059368 A JP 2014059368A JP 2014059368 A JP2014059368 A JP 2014059368A JP 2015185288 A JP2015185288 A JP 2015185288A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cell stack
power generation
temperature
fuel
stack device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014059368A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6211969B2 (en
Inventor
幸弘 柳本
Yukihiro Yanagimoto
幸弘 柳本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2014059368A priority Critical patent/JP6211969B2/en
Publication of JP2015185288A publication Critical patent/JP2015185288A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6211969B2 publication Critical patent/JP6211969B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery device that is enhanced in operation efficiency.SOLUTION: In a fuel battery device, when a first cell stack device 5" of at least one power generation chamber 14 out of plural power generation chambers 14 generates power and a second cell stack device 5' of at least one power generation chamber 14 is started from the state that the second cell stack device 5' stops power generation, a control device 36 controls the operation of a fuel gas supply device 33 so that the amount of fuel gas to be supplied to the second cell stack device 5' to be started is larger than the amount of fuel gas to be supplied to the second cell stack device 5' under a stationary start operation.

Description

本発明は、燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell device.

近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス(水素含有ガス)と酸素含有ガス(空気)とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを複数個配列してなるセルスタック装置が知られている。また、セルスタック装置を収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールや、燃料電池モジュールを外装ケース内に収納してなる燃料電池装置が種々提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   2. Description of the Related Art In recent years, a cell stack device in which a plurality of fuel cells that can obtain electric power using a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (air) is arranged as next-generation energy is known. Various fuel cell modules in which a cell stack device is housed in a storage container and fuel cell devices in which a fuel cell module is housed in an outer case have been proposed (see, for example, Patent Document 1).

最近ではこの燃料電池装置の大型化も進められており、そのような燃料電池装置においては、1つの収納容器内に複数個のセルスタック装置を配置することが考えられる。   Recently, an increase in the size of this fuel cell device has been promoted, and in such a fuel cell device, it is conceivable to arrange a plurality of cell stack devices in one storage container.

特開2007−59377号公報JP 2007-59377 A

ところで、上述のような燃料電池装置において、セルスタック装置に異常等が生じた場合に、異常が生じたセルスタック装置の発電を停止して、必要に応じて交換等のメンテナンスが必要となるが、全てのセルスタック装置の稼働を停止すると、本来発電を継続できるセルスタック装置の稼働まで停止してしまうことから、運転効率が悪いという問題があった。   By the way, in the fuel cell device as described above, when an abnormality or the like occurs in the cell stack device, power generation of the cell stack device in which the abnormality has occurred is stopped, and maintenance such as replacement is necessary as necessary. When the operation of all the cell stack devices is stopped, the operation of the cell stack device that can continue the power generation is stopped, so that there is a problem that the operation efficiency is poor.

そこで、複数個のセルスタック装置を備える燃料電池装置において、異常を生じたセルスタック装置の発電のみを停止することが考えられるが、運転効率を考えた場合に、発電を停止したセルスタック装置の起動や、セルスタック装置を交換した後の起動方法についても考慮が必要であった。   Therefore, in a fuel cell device including a plurality of cell stack devices, it is conceivable to stop only the power generation of the cell stack device in which an abnormality has occurred. It was also necessary to consider the startup and the startup method after replacing the cell stack device.

それゆえ、本発明では、複数個のセルスタック装置を備える燃料電池装置において、運転効率を向上した燃料電池装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell device having improved operation efficiency in a fuel cell device including a plurality of cell stack devices.

本発明の燃料電池装置は、複数の発電室が設けられた収納容器と、それぞれの前記発電室内に収納され、酸素含有ガスと燃料ガスとで、外部負荷に供給する電力を発電する燃料電池セルを備える燃料電池セルスタック装置と、前記燃料電池セルに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給装置と、前記燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給装置と、前記燃料ガス供給装置および前記酸素含有ガス供給装置の動作を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記発電室ごとに、該発電室に収納された前記セルスタック装置の起動停止を制御するとともに、複数の前記発電室のうち、少なくとも1つの前記発電室の第1セルスタック装置が発電を行なっており、かつ少なくとも1つの前記発電室の第2セルスタック装置の発電が停止している状態から、該第2セルスタック装置を起動する場合に、起動を行なう前記第2セルスタック装置に供給する燃料ガス量を、定常起動時において前記第2セルスタック装置に供給する燃料ガス量よりも多い量を供給するように、前記燃料ガス供給装置の動作を制御することを特徴とする。   The fuel cell device of the present invention includes a storage container provided with a plurality of power generation chambers, and a fuel cell that is housed in each of the power generation chambers and generates electric power supplied to an external load with an oxygen-containing gas and a fuel gas. A fuel cell stack device, a fuel gas supply device for supplying fuel gas to the fuel cell, an oxygen-containing gas supply device for supplying oxygen-containing gas to the fuel cell, and the fuel gas A control device that controls the operation of the supply device and the oxygen-containing gas supply device, and the control device controls the start and stop of the cell stack device housed in the power generation chamber for each power generation chamber. The first cell stack device of at least one of the power generation chambers is generating power among the plurality of power generation chambers, and the second cell stack of at least one of the power generation chambers When the second cell stack device is started from a state where the power generation of the device is stopped, the amount of fuel gas supplied to the second cell stack device to be started is The operation of the fuel gas supply device is controlled so as to supply a larger amount than the amount of fuel gas supplied to the fuel gas.

本発明の燃料電池装置は、運転効率の向上した燃料電池装置とすることができる。   The fuel cell device of the present invention can be a fuel cell device with improved operating efficiency.

本実施形態の燃料電池装置における燃料電池モジュールの一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the fuel cell module in the fuel cell apparatus of this embodiment. 本実施形態のセルスタック装置の一例を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows an example of the cell stack apparatus of this embodiment. 図1に示す燃料電池モジュールの一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the fuel cell module shown in FIG. 本実施形態の燃料電池装置を備える燃料電池システムの構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of a fuel cell system provided with the fuel cell apparatus of this embodiment. 本実施形態の燃料電池モジュールの他の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the fuel cell module of this embodiment. 本実施形態の燃料電池装置の一例を概略的に示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows roughly an example of the fuel cell apparatus of this embodiment. 本実施形態の燃料電池装置の運転制御の一例の一部を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a part of example of operation control of the fuel cell apparatus of this embodiment.

以下、図面を用いて本実施形態の燃料電池装置について説明する。図1は、本実施形態の燃料電池装置における燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図であり、図2は、本実施形態のセルスタック装置の一例を示す斜視図であり、図3は図1に示す燃料電池モジュールの一例を示す断面図である。なお、以降の図において同一の構成については同一の符号を用いて説明する。   Hereinafter, the fuel cell device of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an external perspective view showing an example of a fuel cell module in the fuel cell device of the present embodiment, FIG. 2 is a perspective view showing an example of the cell stack device of the present embodiment, and FIG. It is sectional drawing which shows an example of the fuel cell module shown in FIG. In the following drawings, the same components are described using the same reference numerals.

図1に示す燃料電池モジュール1(以下、モジュールと略す場合がある。)は、収納容器2の内部に、図2に示すセルスタック装置5が収納されている。ここで、モジュール1の外面には、断熱材4が配置されており、モジュール1全体を断熱材4で覆うことで、モジュール1からの放熱を抑制でき、モジュール1の温度を高く維持することが可能となる。なお、図1においては、モジュール1の手前側に配置される断熱材4を取り外した状態を示している。   A fuel cell module 1 shown in FIG. 1 (hereinafter may be abbreviated as a module) includes a cell stack device 5 shown in FIG. Here, the heat insulating material 4 is arranged on the outer surface of the module 1, and by covering the entire module 1 with the heat insulating material 4, heat radiation from the module 1 can be suppressed, and the temperature of the module 1 can be kept high. It becomes possible. FIG. 1 shows a state in which the heat insulating material 4 arranged on the front side of the module 1 is removed.

ここで、図1に示すモジュール1においては、セルスタック装置5を収納する発電室を4つ備えており、それぞれの発電室に対応して、収納容器2の前面の蓋3が4つにわかれているほか、手前側の断熱材4もそれぞれの発電室に対応して4つにわかれている。なお、図には示していないが、収納容器2の後面の蓋および断熱材も、それぞれの発電室に対応して分かれていることが好ましい。   Here, the module 1 shown in FIG. 1 includes four power generation chambers for storing the cell stack device 5, and the front cover 3 of the storage container 2 is divided into four corresponding to each power generation chamber. In addition, the front heat insulating material 4 is divided into four corresponding to each power generation chamber. Although not shown in the drawing, it is preferable that the rear cover and the heat insulating material of the storage container 2 are also divided corresponding to the respective power generation chambers.

それにより、例えば1つの発電室に収納されたセルスタック装置5を交換する場合に、その発電室に対応した蓋3および断熱材4を取り外せばよいため、その作業効率が向上することとなる。   Thereby, for example, when the cell stack device 5 housed in one power generation chamber is replaced, the lid 3 and the heat insulating material 4 corresponding to the power generation chamber need only be removed, so that the work efficiency is improved.

続いて図2を用いて、本実施形態のセルスタック装置5について説明する。本実施形態のセルスタック装置5は、内部を長手方向に貫通し、燃料ガスが流通するガス流路(図示せず)を有する燃料電池セル6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6間が集電部材(図示せず)を介して電気的に直列に接続されているとともに、燃料電池セル6の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材(図示せず)でマニホールド8に固定してなるセルスタック7を2つ備え、かつセルスタック7の上方に、燃料電池セル6に供給する燃料ガスを生成するための改質器9が配置されている。なお、セルスタック7の両端部には、セルスタック7(燃料電池セル6)の発電により生じた電気を集電して外部に引き出すための、電気引き出し部を有する導電部材が配置されている(図示せず)。また、図1においては、セルスタック装置5が2つのセルスタック7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7を1つだけ備えてい
てもよい。
Next, the cell stack device 5 of this embodiment will be described with reference to FIG. The cell stack device 5 of the present embodiment is arranged in a row in a state where fuel cells 6 that pass through the inside in the longitudinal direction and have gas flow paths (not shown) through which fuel gas flows are arranged upright. The fuel cells 6 to be connected are electrically connected in series via current collecting members (not shown), and the lower end of the fuel cells 6 is connected to an insulating bonding material (not shown) such as a glass sealant. Two cell stacks 7 fixed to the manifold 8 are provided, and a reformer 9 for generating fuel gas to be supplied to the fuel cell 6 is disposed above the cell stack 7. At both ends of the cell stack 7, conductive members having electrical lead portions for collecting and drawing the electricity generated by the power generation of the cell stack 7 (fuel cell 6) to the outside are disposed ( Not shown). 1 shows the case where the cell stack apparatus 5 includes two cell stacks 7, the number can be changed as appropriate. For example, even if only one cell stack 7 is provided. Good.

また、図2においては、燃料電池セル6として、内部を長手方向に貫通し、燃料ガスが流通するガス流路を複数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6を例示している。なお、燃料電池セル6としては、発電効率の高い固体酸化物形の燃料電池セルとすることが好ましいが、その形状は、上述の中空平板型以外に、平板型や円筒型とすることもできる。   In FIG. 2, the fuel cell 6 is a hollow flat plate type having a plurality of gas passages penetrating the inside in the longitudinal direction and through which fuel gas flows, and a fuel electrode is formed on the surface of the support having the gas passages. A solid oxide fuel cell 6 in which a layer, a solid electrolyte layer, and an oxygen electrode layer are sequentially laminated is illustrated. The fuel cell 6 is preferably a solid oxide fuel cell with high power generation efficiency, but the shape can be a flat plate type or a cylindrical type in addition to the hollow flat plate type described above. .

また、図1に示す改質器9においては、改質器9の内部に原燃料を導入する原燃料導入部である原燃料供給管13を介して供給される天然ガスやメタンガス、さらには灯油等の原燃料と、水供給管(図示せず)を介して供給される水とで、水蒸気改質を行ない、燃料ガスを生成する。それゆえ、改質器9は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行うことができる構造とされ、水を気化させるための気化部10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11とを備えている。そして、改質器9で生成された燃料ガスは、燃料ガス流通管12を介してマニホールド8に供給され、マニホールド8より燃料電池セル6の内部に設けられた燃料ガス流路に供給される。   Further, in the reformer 9 shown in FIG. 1, natural gas, methane gas, and kerosene supplied through a raw fuel supply pipe 13 that is a raw fuel introduction section for introducing raw fuel into the reformer 9. Steam reforming is performed with raw fuel such as water and water supplied via a water supply pipe (not shown) to generate fuel gas. Therefore, the reformer 9 has a structure capable of performing steam reforming, which is an efficient reforming reaction, and a vaporizer 10 for vaporizing water, and for reforming raw fuel into fuel gas. And a reforming section 11 in which a reforming catalyst (not shown) is arranged. The fuel gas generated by the reformer 9 is supplied to the manifold 8 via the fuel gas flow pipe 12 and is supplied from the manifold 8 to the fuel gas flow path provided inside the fuel cell 6.

この様なセルスタック装置5は、図1に示したモジュール1において、それぞれの発電室に対応した蓋3および断熱材4を取り外すだけで、収納容器2内にスライドして収納することが可能である。   Such a cell stack apparatus 5 can be slid and stored in the storage container 2 simply by removing the lid 3 and the heat insulating material 4 corresponding to each power generation chamber in the module 1 shown in FIG. is there.

続いて、図3を用いてモジュール1の構造について説明する。   Next, the structure of the module 1 will be described with reference to FIG.

図3に示すように、モジュール1を構成する収納容器2は、内壁15と外壁16とを有する二重構造で、外壁16により収納容器2の外枠が形成されている。なお、図3に示すモジュール1においては、図3に示すように4つの発電室が設けられている例を示している。   As shown in FIG. 3, the storage container 2 constituting the module 1 has a double structure having an inner wall 15 and an outer wall 16, and an outer frame of the storage container 2 is formed by the outer wall 16. In addition, in the module 1 shown in FIG. 3, the example provided with four power generation chambers as shown in FIG. 3 is shown.

図3に示す収納容器2においては、内壁15と外壁16との間を、燃料電池セル6に導入する酸素含有ガスが流通する酸素含有ガス流路17としている。   In the storage container 2 shown in FIG. 3, an oxygen-containing gas flow path 17 through which the oxygen-containing gas introduced into the fuel cell 6 flows is provided between the inner wall 15 and the outer wall 16.

ここで、収納容器2内には、収納容器2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21とを備え、下端部に燃料電池セル6の下端部に酸素含有ガスを導入するための酸素含有ガス流出口19が設けられてなる酸素含有ガス導入部材20が、内壁15を貫通してマニホールド8に並置されたセルスタック7の間に挿入されて固定されている。それにより、酸素含有ガスが燃料電池セル6の側方を下端部から上端部に向けて流れることとなる。なお、フランジ部21と内壁15との間には断熱材21が配置されている。   Here, the storage container 2 is provided with an oxygen-containing gas inlet (not shown) for allowing oxygen-containing gas to flow into the upper end side from the upper portion of the storage container 2 and a flange portion 21, and a fuel at the lower end portion. An oxygen-containing gas introduction member 20 having an oxygen-containing gas outlet 19 for introducing an oxygen-containing gas at the lower end of the battery cell 6 passes through the inner wall 15 and is juxtaposed to the manifold 8. It is inserted in between and fixed. As a result, the oxygen-containing gas flows laterally from the lower end portion toward the upper end portion of the fuel cell 6. A heat insulating material 21 is disposed between the flange portion 21 and the inner wall 15.

なお、図3においては、酸素含有ガス導入部材20が、2つのセルスタック7間に位置するように配置されているが、発電室14に収納するセルスタック装置5の数や、セルスタック装置5を構成するセルスタック7の数により、適宜配置することができる。   In FIG. 3, the oxygen-containing gas introduction member 20 is disposed so as to be positioned between the two cell stacks 7, but the number of the cell stack devices 5 stored in the power generation chamber 14, the cell stack devices 5, and the like. Depending on the number of cell stacks 7 constituting the, it can be arranged appropriately.

またそれぞれの発電室14内には、モジュール1内の熱が極端に放散され、燃料電池セル6(セルスタック7)の温度が低下して発電量が低減しないよう、モジュール1内の温度を高温に維持するための断熱材21が適宜設けられている。   Further, in each power generation chamber 14, the temperature in the module 1 is kept high so that the heat in the module 1 is extremely dissipated and the temperature of the fuel cell 6 (cell stack 7) is lowered and the power generation amount is not reduced. A heat insulating material 21 for maintaining the temperature is appropriately provided.

断熱材21は、セルスタック7の近傍に配置することが好ましく、特には、燃料電池セル6の配列方向に沿ってセルスタック7の側面側に配置するとともに、セルスタック7の
側面における燃料電池セル6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材21を配置することが好ましい。なお、セルスタック7の両側面側に断熱材21を配置することが好ましい。それにより、セルスタック7の温度が低下することを効果的に抑制できる。さらには、酸素含有ガス導入部材20より導入される酸素含有ガスが、セルスタック7の側面側より排出されることを抑制でき、セルスタック7を構成する燃料電池セル6間の酸素含有ガスの流れを促進することができる。なお、セルスタック7の両側面側に配置された断熱材21においては、燃料電池セル6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7の長手方向および燃料電池セル6の積層方向における温度分布を低減するための開口部22が設けられている。
The heat insulating material 21 is preferably disposed in the vicinity of the cell stack 7. In particular, the heat insulating material 21 is disposed on the side surface side of the cell stack 7 along the arrangement direction of the fuel cell 6, and the fuel cell unit on the side surface of the cell stack 7. It is preferable to arrange the heat insulating material 21 having a width equal to or greater than the width along the six arrangement directions. In addition, it is preferable to arrange the heat insulating material 21 on both side surfaces of the cell stack 7. Thereby, it can suppress effectively that the temperature of the cell stack 7 falls. Furthermore, the oxygen-containing gas introduced from the oxygen-containing gas introduction member 20 can be suppressed from being discharged from the side surface side of the cell stack 7, and the flow of the oxygen-containing gas between the fuel cells 6 constituting the cell stack 7. Can be promoted. In the heat insulating material 21 arranged on both side surfaces of the cell stack 7, the flow of the oxygen-containing gas supplied to the fuel cell 6 is adjusted, and the longitudinal direction of the cell stack 7 and the stacking direction of the fuel cell 6 are adjusted. An opening 22 is provided to reduce the temperature distribution at.

ここで、燃料電池セル6の配列方向に沿った内壁15の内側には、排ガス用内壁23が設けられており、内壁15と排ガス用内壁23との間が、発電室14内の排ガスが上方から下方に向けて流れる排ガス流路24とされている。   Here, an exhaust gas inner wall 23 is provided inside the inner wall 15 along the arrangement direction of the fuel cells 6, and the exhaust gas in the power generation chamber 14 is located between the inner wall 15 and the exhaust gas inner wall 23. The exhaust gas flow path 24 flows downward from the bottom.

ところで、収納容器2内に複数のセルスタック装置5を収納してなる場合には、特に中央部側に位置するセルスタック装置5における燃料電池セル6から、上記の排ガス流路24までの距離が長くなってしまい、中央部側に位置するセルスタック装置5における燃料電池セル6から排出される排ガス、効率よく外部に排出することが難しい場合がある。   By the way, when a plurality of cell stack devices 5 are stored in the storage container 2, the distance from the fuel cell 6 in the cell stack device 5 located in the center portion side to the exhaust gas flow path 24 is particularly large. In some cases, the exhaust gas discharged from the fuel cell 6 in the cell stack device 5 located on the center side is difficult to efficiently discharge to the outside.

特に燃料電池セル6の上端側で、発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させて、その燃焼熱によって燃料電池セル6の温度を高温に維持する構成の燃料電池装置では、燃料電池セル6の上端側に排ガスが滞留することで、発電に使用されなかった燃料ガスをうまく燃焼させることができず、失火するおそれがある。特に失火を生じた場合には、燃料電池セル6の温度が上昇せず、もしくは高温に維持することができず、結果として燃料電池セル6(セルスタック装置5)の発電量が低下してしまうおそれがある。   In particular, in the fuel cell device configured to burn the fuel gas not used for power generation on the upper end side of the fuel cell 6 and maintain the temperature of the fuel cell 6 at a high temperature by the combustion heat, If the exhaust gas stays on the upper end side, the fuel gas that has not been used for power generation cannot be burned well and there is a risk of misfire. In particular, when a misfire occurs, the temperature of the fuel cell 6 does not increase or cannot be maintained at a high temperature, and as a result, the power generation amount of the fuel cell 6 (cell stack device 5) decreases. There is a fear.

それゆえ、図3に示す本実施形態のモジュール3においては、上記の排ガス流路24に加えて、隣接するセルスタック装置5の間に、発電に使用されなかった排ガスを排出するための排ガス流路25が設けられている。   Therefore, in the module 3 of the present embodiment shown in FIG. 3, in addition to the exhaust gas flow path 24, an exhaust gas flow for discharging exhaust gas that has not been used for power generation between adjacent cell stack devices 5. A path 25 is provided.

この排ガス流路25は、筒状の容器からなり、上端部に発電室14と連通する排ガス流入口26を両側方に備えるとともに、下端である排出口31が発電室14の下方に設けられた排ガス貯留室27と連通している。なお、図3においては、直方体状でかつ筒状の容器にて排ガス流路25を形成した例を示しているが、円筒状の容器を複数配列した構成としてもよい。   The exhaust gas flow path 25 is formed of a cylindrical container, and an exhaust gas inlet 26 communicating with the power generation chamber 14 is provided on both sides at an upper end portion, and a discharge port 31 as a lower end is provided below the power generation chamber 14. It communicates with the exhaust gas storage chamber 27. In addition, in FIG. 3, although the example which formed the waste gas flow path 25 in the rectangular parallelepiped shape and the cylindrical container is shown, it is good also as a structure which arranged multiple cylindrical containers.

すなわち、それぞれのセルスタック装置5の側方には、排ガス流路24もしくは排ガス流路25のいずれかが配置されており、発電で使用されなかった排ガスは、それぞれのセルスタック装置5を構成するセルスタック7にとって近い側の排ガス流路24、25に効率よく流れることとなる。   That is, either the exhaust gas flow path 24 or the exhaust gas flow path 25 is arranged on the side of each cell stack device 5, and the exhaust gas that has not been used in power generation constitutes each cell stack device 5. It will flow efficiently to the exhaust gas flow paths 24, 25 on the side close to the cell stack 7.

それにより、燃料電池セル6の上端側に排ガスが滞留することを抑制でき、排ガスを効率よく排気することができるとともに、燃料電池セル6の上方で燃焼させる構成のセルスタック装置5においては、失火を抑制することができることから、発電量が向上したモジュール1とすることができる。   Thereby, it is possible to suppress the exhaust gas from staying at the upper end side of the fuel battery cell 6, exhaust the exhaust gas efficiently, and misfire in the cell stack device 5 configured to burn above the fuel battery cell 6. Therefore, the module 1 with improved power generation can be obtained.

あわせて、各発電室14は、内壁15内の空間が排ガス流路25で区切られることにより形成される。なお各発電室14は必ずしも完全に区切られている必要はなく、一部がつながっていても構わない。   In addition, each power generation chamber 14 is formed by dividing the space in the inner wall 15 by the exhaust gas flow channel 25. Each power generation chamber 14 does not necessarily have to be completely separated, and a part thereof may be connected.

なお、排ガス流路24、25は、排ガス貯留室27を介して、収納容器2の底部に設けられた排気孔32と通じている。   The exhaust gas passages 24 and 25 communicate with an exhaust hole 32 provided at the bottom of the storage container 2 through an exhaust gas storage chamber 27.

それにより、モジュール1の稼動(起動処理時、発電時、停止処理時)に伴って生じる排ガスは、排ガス流路24、25を流れて排ガス貯留室27に一旦集められた後、排気孔32より排気される構成となっている。なお、排気孔32は収納容器2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。   As a result, the exhaust gas generated during the operation of the module 1 (during start-up processing, power generation, and stop processing) flows through the exhaust gas passages 24 and 25 and is once collected in the exhaust gas storage chamber 27, and then from the exhaust hole 32. It is configured to be exhausted. The exhaust hole 32 may be formed by cutting out a part of the bottom of the storage container 2, or may be formed by providing a tubular member.

また、燃料電池セル6に供給する酸素含有ガスは、収納容器2の底部に設けられた酸素含有ガス導入口(図示せず)より、排ガス貯留室27の下方に設けられた酸素含有ガス導入室28に供給される。酸素含有ガス導入室28に供給された酸素含有ガスは、続いて排ガス流路24の側方に位置する酸素含有ガス流路17を流れて発電室14の上方の酸素含有ガス流路に流れた後、それぞれの酸素含有ガス導入部材20を介して燃料電池セル6に供給される。   The oxygen-containing gas supplied to the fuel cell 6 is supplied from an oxygen-containing gas introduction port (not shown) provided at the bottom of the storage container 2 below the exhaust gas storage chamber 27. 28. The oxygen-containing gas supplied to the oxygen-containing gas introduction chamber 28 then flowed through the oxygen-containing gas channel 17 positioned on the side of the exhaust gas channel 24 and into the oxygen-containing gas channel above the power generation chamber 14. Thereafter, the fuel cell 6 is supplied via each oxygen-containing gas introduction member 20.

それにより、酸素含有ガス導入室28を流れる間に排ガス貯留室27の排ガスと熱交換され、酸素含有ガス流路17を流れる間に排ガス流路24を流れる排ガスと熱交換され、さらに発電室14上方の酸素含有ガス流路および酸素含有ガス導入部材20を流れる間に、発電室14の熱とで熱交換される。それにより、温度の高い酸素含有ガスを燃料電池セル6に供給することができ、発電効率を向上することができる。   As a result, heat exchange is performed with the exhaust gas in the exhaust gas storage chamber 27 while flowing through the oxygen-containing gas introduction chamber 28, and heat exchange is performed with the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow channel 24 while flowing through the oxygen-containing gas flow channel 17. While flowing through the upper oxygen-containing gas flow path and the oxygen-containing gas introduction member 20, heat is exchanged with the heat of the power generation chamber 14. Thereby, the oxygen-containing gas having a high temperature can be supplied to the fuel cell 6 and the power generation efficiency can be improved.

なお、酸素含有ガス導入部材20の内部には、セルスタック7近傍の温度を測定するための熱電対29が、その測温部30が燃料電池セル6の長手方向の中央部でかつ燃料電池セル6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。   Note that a thermocouple 29 for measuring the temperature in the vicinity of the cell stack 7 is provided inside the oxygen-containing gas introduction member 20, and the temperature measuring unit 30 is the central portion in the longitudinal direction of the fuel cell 6 and the fuel cell. It arrange | positions so that it may be located in the center part in the arrangement direction of 6.

また、上述の構成のモジュール1においては、燃料電池セル6におけるガス流路より排出される発電に使用されなかった燃料ガスと酸素含有ガスとを燃料電池セル6の上端と改質器9との間で燃焼させることにより、燃料電池セル6の温度を上昇・維持させることができるほか、あわせて、燃料電池セル6(セルスタック7)の上方に配置された改質器9を温めることができ、改質器9で効率よく改質反応を行なうことができる。なお、通常発電時においては、上記燃焼や燃料電池セル6の発電に伴い、モジュール1内の温度は500〜800℃程度となる。   In the module 1 having the above-described configuration, the fuel gas and the oxygen-containing gas that are not used for power generation discharged from the gas flow path in the fuel battery cell 6 are exchanged between the upper end of the fuel battery cell 6 and the reformer 9. The temperature of the fuel battery cell 6 can be raised and maintained by burning between them, and at the same time, the reformer 9 disposed above the fuel battery cell 6 (cell stack 7) can be warmed. The reformer 9 can efficiently perform the reforming reaction. During normal power generation, the temperature in the module 1 becomes about 500 to 800 ° C. with the combustion and power generation of the fuel cell 6.

次に、図4を用いて本実施形態の燃料電池装置の構成について説明する。なお説明において、各発電室をまとめて説明するものとする。   Next, the configuration of the fuel cell device of this embodiment will be described with reference to FIG. In the description, each power generation chamber will be described together.

図4は、本実施形態の燃料電池装置を備える燃料電池システムの構成の一例を示す構成図である。図4に示す燃料電池システムは、本実施形態の燃料電池装置の一例である発電ユニットと、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニットと、これらのユニット間を水が循環するための循環配管とから構成されている。なお、貯湯ユニットを設けない構成とすることもできる。   FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an example of a configuration of a fuel cell system including the fuel cell device of the present embodiment. The fuel cell system shown in FIG. 4 includes a power generation unit that is an example of the fuel cell device of the present embodiment, a hot water storage unit that stores hot water after heat exchange, and a circulation pipe that circulates water between these units. It is composed of It is also possible to adopt a configuration in which no hot water storage unit is provided.

図4に示す発電ユニットは、都市ガス等の原燃料を供給する燃料ガス供給装置33、燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給装置34、セルスタック7および改質器9を有するモジュール1を備えている。なお、図4に示す発電ユニットでは、モジュール1を二点鎖線により囲って示している。また、図4には示していないが、セルスタック7から排出される発電に使用されなかった排ガスを浄化するための浄化装置や、発電で使用されなかった燃料ガスを燃焼させるための着火装置を設けることができる。   The power generation unit shown in FIG. 4 includes a fuel gas supply device 33 for supplying raw fuel such as city gas, an oxygen-containing gas supply device 34 for supplying oxygen-containing gas to the fuel cells, a cell stack 7 and a reformer 9. A module 1 having In the power generation unit shown in FIG. 4, the module 1 is surrounded by a two-dot chain line. Although not shown in FIG. 4, a purification device for purifying exhaust gas that has not been used for power generation discharged from the cell stack 7 and an ignition device for burning fuel gas that has not been used for power generation. Can be provided.

また、図4に示す発電ユニットにおいては、セルスタック7を構成する燃料電池セルの
発電により生じた排ガス(排熱)と水とで熱交換を行なう熱交換器37に水を循環させる循環配管44、熱交換器37で生成された凝縮水を純水に処理するための水処理装置38、水処理装置38にて処理された水(純水)を貯水するための水タンク40とが設けられており、水タンク40と熱交換器37との間が凝縮水供給管39により接続されている。なお、水処理装置38としてはイオン交換樹脂を備えるイオン交換樹脂装置を用いることが好ましい。
In the power generation unit shown in FIG. 4, a circulation pipe 44 that circulates water to a heat exchanger 37 that performs heat exchange between exhaust gas (exhaust heat) generated by power generation of the fuel cells constituting the cell stack 7 and water. A water treatment device 38 for treating the condensed water generated by the heat exchanger 37 into pure water, and a water tank 40 for storing water (pure water) treated by the water treatment device 38. The water tank 40 and the heat exchanger 37 are connected by a condensed water supply pipe 39. As the water treatment device 38, it is preferable to use an ion exchange resin device provided with an ion exchange resin.

水タンク40に貯水された水は、水タンク40と改質器9とを接続する水供給管42に備えられた水ポンプ41により改質器9に供給される。   The water stored in the water tank 40 is supplied to the reformer 9 by a water pump 41 provided in a water supply pipe 42 that connects the water tank 40 and the reformer 9.

なお、燃料ガス供給装置33、酸素含有ガス供給装置34、水供給管42は、それぞれの発電室14もしくは該発電室14に配置されたセルスタック装置5に接続してもよく、また燃料ガス供給装置33、酸素含有ガス供給装置34、水供給管42に1つもしくは2つの元供給管を接続して、該元供給管から分岐させた分岐部を備えて、それぞれの発電室14もしくは該発電室14に配置されたセルスタック装置5に接続してもよい。それぞれの発電室14もしくは該発電室14に配置されたセルスタック装置5に供給される燃料ガスの量や酸素含有ガスの量を制御すべく、各供給管や分岐部に流量制御手段(弁等)を設けていることが好ましい。   The fuel gas supply device 33, the oxygen-containing gas supply device 34, and the water supply pipe 42 may be connected to each power generation chamber 14 or the cell stack device 5 disposed in the power generation chamber 14, and the fuel gas supply One or two main supply pipes are connected to the apparatus 33, the oxygen-containing gas supply apparatus 34, and the water supply pipe 42, and a branch portion branched from the original supply pipe is provided. You may connect to the cell stack apparatus 5 arrange | positioned in the chamber 14. FIG. In order to control the amount of fuel gas and the amount of oxygen-containing gas supplied to each power generation chamber 14 or the cell stack device 5 disposed in the power generation chamber 14, flow control means (valves or the like) are provided in each supply pipe or branch portion. ) Is preferably provided.

さらに図4に示す発電ユニットは、モジュール1にて発電された直流電力を交流電力に変換し、変換された電気の外部負荷への供給量を調整するための供給電力調整部(パワーコンディショナ)35、熱交換器37の出口に設けられ熱交換器37の出口を流れる水(循環水流)の水温を測定するための出口水温センサ43のほか、各種機器の動作を制御する制御装置36が設けられており、循環配管44内で水を循環させる循環ポンプ46とあわせて発電ユニットが構成されている。そして、これら発電ユニットを構成する各装置を、外装ケース内に収納することで、設置や持ち運び等が容易な燃料電池装置とすることができる。なお、貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク45を具備して構成されている。   Further, the power generation unit shown in FIG. 4 converts the DC power generated by the module 1 into AC power, and adjusts the supply amount of the converted electricity to the external load (power conditioner). 35. In addition to the outlet water temperature sensor 43 for measuring the water temperature of the water (circulated water flow) provided at the outlet of the heat exchanger 37 and flowing through the outlet of the heat exchanger 37, a control device 36 for controlling the operation of various devices is provided. The power generation unit is configured together with a circulation pump 46 that circulates water in the circulation pipe 44. And each apparatus which comprises these electric power generation units can be set as a fuel cell apparatus with easy installation, carrying, etc. by accommodating in an exterior case. The hot water storage unit includes a hot water storage tank 45 for storing hot water after heat exchange.

ここで、図4に示した燃料電池システムの運転方法について説明する。   Here, an operation method of the fuel cell system shown in FIG. 4 will be described.

セルスタック7の発電に必要な燃料ガスを生成するにあたり、制御装置36は原燃料供給部1、水ポンプ41を作動させる。それにより、改質器9に原燃料(天然ガス、灯油等)と水とが供給され、改質器9で水蒸気改質を行なうことにより、水素を含む燃料ガスが生成されて燃料電池セルの燃料極層側に供給される。   In generating fuel gas necessary for power generation of the cell stack 7, the control device 36 operates the raw fuel supply unit 1 and the water pump 41. As a result, raw fuel (natural gas, kerosene, etc.) and water are supplied to the reformer 9, and by performing steam reforming in the reformer 9, a fuel gas containing hydrogen is generated, and the fuel cell Supplied to the fuel electrode layer side.

一方、制御装置36は酸素含有ガス供給装置34を動作させることにより、燃料電池セルの酸素極層側に酸素含有ガス(空気)を供給する。   On the other hand, the control device 36 operates the oxygen-containing gas supply device 34 to supply oxygen-containing gas (air) to the oxygen electrode layer side of the fuel cell.

なお、制御装置36はモジュール1において着火装置(図示せず)を作動させることにより、セルスタック7の発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させる。それにより、モジュール内の温度(セルスタック7や改質器9の温度)が上昇し、効率よい発電を行なうことができる。   The control device 36 activates an ignition device (not shown) in the module 1 to burn fuel gas that has not been used for power generation of the cell stack 7. Thereby, the temperature in the module (the temperature of the cell stack 7 and the reformer 9) rises, and efficient power generation can be performed.

セルスタック7の発電に伴って生じた排ガスは、浄化装置にて浄化された後、熱交換器37に供給され、循環配管44を流れる水とで熱交換される。熱交換器37での熱交換により生じたお湯は、循環配管44を流れて貯湯タンク45に貯水される。一方、熱交換器37での熱交換によりセルスタック7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39を通じて、水処理装置38に供給される。凝縮水は、水処理装置38にて純水とされて、水タンク40に供給される。水タンク40に貯水された水は、水ポン
プ41により水供給管42を介して改質器9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 along with the power generation of the cell stack 7 is purified by the purification device, and then supplied to the heat exchanger 37 to exchange heat with water flowing through the circulation pipe 44. Hot water generated by heat exchange in the heat exchanger 37 flows through the circulation pipe 44 and is stored in the hot water storage tank 45. On the other hand, water contained in the exhaust gas discharged from the cell stack 7 by heat exchange in the heat exchanger 37 becomes condensed water and is supplied to the water treatment device 38 through the condensed water supply pipe 39. The condensed water is converted into pure water by the water treatment device 38 and supplied to the water tank 40. The water stored in the water tank 40 is supplied to the reformer 9 through the water supply pipe 42 by the water pump 41. Thus, water self-sustained operation can be performed by effectively using condensed water.

なお、上述の例においては熱交換器37にて生成される凝縮水のみを改質器9に供給する構成の燃料電池装置を用いて説明したが、改質器9に供給する水として水道水を利用することもできる。この場合、水道水に含まれる不純物を処理するための水処理装置として、例えば、活性炭フィルター、逆浸透膜装置、イオン交換樹脂装置等を、この順に接続することで、純水を効率よく精製することができる。なお、水道水を用いる場合においても、水処理装置にて生成した純水が、水タンク40に貯水されるよう各装置を接続する。   In the above-described example, the fuel cell device configured to supply only the condensed water generated by the heat exchanger 37 to the reformer 9 has been described. Can also be used. In this case, as a water treatment device for treating impurities contained in tap water, for example, an activated carbon filter, a reverse osmosis membrane device, an ion exchange resin device, etc. are connected in this order to efficiently purify pure water. be able to. In addition, also when using tap water, each apparatus is connected so that the pure water produced | generated with the water treatment apparatus may be stored in the water tank 40. FIG.

また貯湯ユニットを設けない構成においては、熱交換器37に変えて、ラジエター等の冷却装置を備えることで、凝縮水を生成してもよい。   Moreover, in the structure which does not provide a hot water storage unit, you may produce | generate condensed water by providing cooling devices, such as a radiator, instead of the heat exchanger 37. FIG.

図5は、本実施形態の燃料電池モジュールの他の一例を示す断面図である。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the fuel cell module of the present embodiment.

図5に示すモジュール47は、図3に示すモジュール1と比較して、各発電室14にセルスタック7(発電室14)の温度を上昇するための、温度上昇装置48を備えている点で異なっている。温度上昇装置48としては、例えばヒータやバーナーを例示することができる。   Compared with the module 1 shown in FIG. 3, the module 47 shown in FIG. 5 is provided with a temperature raising device 48 for raising the temperature of the cell stack 7 (power generation chamber 14) in each power generation chamber 14. Is different. Examples of the temperature raising device 48 include a heater and a burner.

それにより、発電室14やセルスタック7の温度が低い場合には、これらの温度上昇装置48を稼働させることで、発電室14やセルスタック7の温度を上昇させることができ、高い発電効率を維持することができる。   Thereby, when the temperature of the power generation chamber 14 and the cell stack 7 is low, the temperature of the power generation chamber 14 and the cell stack 7 can be increased by operating these temperature raising devices 48, and high power generation efficiency can be achieved. Can be maintained.

図6は、外装ケース内にモジュール1と、モジュール1を動作させるための補機(図示せず)とを収納してなる本実施形態の燃料電池装置の一例を示す分解斜視図である。なお、図6においては一部構成を省略して示している。なお、モジュール47を収納する場合も同様である。   FIG. 6 is an exploded perspective view showing an example of the fuel cell device of the present embodiment in which the module 1 and an auxiliary machine (not shown) for operating the module 1 are housed in the outer case. In FIG. 6, a part of the configuration is omitted. The same applies when the module 47 is stored.

図6に示す燃料電池装置52は、支柱53と外装板54から構成される外装ケース内を仕切板55により上下に区画し、その上方側を上述したモジュール1を収納するモジュール収納室56とし、下方側をモジュール1を動作させるための補機を収納する補機収納室57として構成されている。なお、補機収納室57に収納する補機を省略して示している。   The fuel cell device 52 shown in FIG. 6 divides the inside of an outer case made up of a column 53 and an outer plate 54 by a partition plate 55 into a module storage chamber 56 for storing the module 1 described above. The lower side is configured as an auxiliary machine storage chamber 57 for storing an auxiliary machine for operating the module 1. In addition, the auxiliary machine stored in the auxiliary machine storage chamber 57 is omitted.

また、仕切板55には、補機収納室57の空気をモジュール収納室56側に流すための空気流通口58が設けられており、モジュール収納室56を構成する外装板54の一部に、モジュール収納室56内の空気を排気するための排気口59が設けられている。   In addition, the partition plate 55 is provided with an air circulation port 58 for allowing the air in the auxiliary machine storage chamber 57 to flow toward the module storage chamber 56, and a part of the exterior plate 54 constituting the module storage chamber 56 is An exhaust port 59 for exhausting air in the module storage chamber 56 is provided.

ところで、収納容器2内に複数個のセルスタック装置5を収納してなる燃料電池装置において、1つのセルスタック装置に異常が生じた場合や、全てのセルスタック装置5の発電を停止すると、正常に発電を行なうできるセルスタック装置5の稼働まで停止してしまうことから、運転効率が悪いという問題がある。   By the way, in a fuel cell device in which a plurality of cell stack devices 5 are accommodated in the storage container 2, when abnormality occurs in one cell stack device or when power generation of all the cell stack devices 5 is stopped, it is normal. In other words, the operation of the cell stack device 5 capable of generating electricity is stopped until the operation is stopped, which results in a problem of poor operating efficiency.

そこで、複数個のセルスタック装置5を備える燃料電池装置において、異常を生じたセルスタック装置5のみを交換することが考えられるが、運転効率を考えた場合に、セルスタック装置5を交換した後の起動方法についても検討が必要であった。   Therefore, in a fuel cell device including a plurality of cell stack devices 5, it is conceivable to replace only the cell stack device 5 in which an abnormality has occurred, but after considering the operation efficiency, after replacing the cell stack device 5 It was necessary to study how to start up.

それゆえ、本実施形態の燃料電池装置では、まず、収納容器2を複数の発電室14が設けられた収納容器2とし、各発電室14に対応して蓋3を分割した形状としている。あわ
せて、収納容器2の外側を覆う断熱材4も、蓋3に対応して分割した形状としている。それにより、セルスタック装置5に異常が生じ、運転を停止して交換が必要となった場合であっても、異常が生じたセルスタック装置5が収納された発電室14に対応する蓋3よび断熱材4を取り外すだけで、セルスタック装置5を容易に交換することができる。
Therefore, in the fuel cell device of the present embodiment, first, the storage container 2 is the storage container 2 provided with a plurality of power generation chambers 14, and the lid 3 is divided corresponding to each power generation chamber 14. In addition, the heat insulating material 4 that covers the outer side of the storage container 2 is also divided into shapes corresponding to the lid 3. As a result, even if an abnormality occurs in the cell stack device 5 and the operation is stopped and needs to be replaced, the lid 3 corresponding to the power generation chamber 14 in which the cell stack device 5 in which the abnormality has occurred is stored. The cell stack device 5 can be easily replaced simply by removing the heat insulating material 4.

そして、本実施形態では、異常が生じたセルスタック装置5の発電を停止するにあたり、他のセルスタック装置5の発電を停止しないように、制御装置36が燃料ガス供給装置33および酸素含有ガス供給装置34を制御する。それにより、全てのセルスタック装置5の運転を停止する必要がないことから、運転効率の向上した燃料電池装置とすることができる。例えば、上述の例においては、それぞれの発電室14もしくは該発電室14に配置されたセルスタック装置5に接続される供給管や分岐部に設けられた流量制御手段を制御すればよい。   In this embodiment, the control device 36 supplies the fuel gas supply device 33 and the oxygen-containing gas supply so as not to stop the power generation of the other cell stack devices 5 when stopping the power generation of the cell stack device 5 in which an abnormality has occurred. The device 34 is controlled. Thereby, since it is not necessary to stop the operation of all the cell stack devices 5, a fuel cell device with improved operation efficiency can be obtained. For example, in the above-described example, it is only necessary to control the flow rate control means provided in each of the power generation chambers 14 or the supply pipes connected to the cell stack devices 5 arranged in the power generation chambers 14 or branching portions.

そして、この異常が生じ発電を停止したセルスタック装置5の起動、もしくは異常が生じたセルスタック装置5を交換した後の起動について、以下にフローチャートを用いて説明する。なお、以下のフローチャートでは、セルスタック装置5を交換した場合の事例について説明する。   Then, the activation of the cell stack device 5 in which the abnormality has occurred and stopped the power generation, or the activation after replacing the cell stack device 5 in which the abnormality has occurred will be described with reference to a flowchart. In the following flowchart, a case where the cell stack device 5 is replaced will be described.

図7に示すフローチャートでは、まず、制御装置はステップS1にて、セルスタック装置5の交換が完了したかをチェックする。例えば、起動開始ボタン等を設置しておき、このボタンが押されたか否かを判別することで、セルスタック装置の交換が完了したことを判別することができる。なお、この際、交換対象外のセルスタック装置5は発電を継続している。   In the flowchart shown in FIG. 7, first, in step S1, the control device checks whether the replacement of the cell stack device 5 is completed. For example, it is possible to determine that the replacement of the cell stack device has been completed by installing an activation start button or the like and determining whether or not this button has been pressed. At this time, the non-replaceable cell stack device 5 continues to generate power.

続いてステップS2に進み、図5に示したように各発電室14に温度上昇装置48を備えている場合には、この温度上昇装置48を稼働させる。なお、発電室14に温度上昇装置48を備えていない場合には、ステップS2を割愛してステップS3に進む。   Then, it progresses to step S2, and when each temperature generating chamber 14 is equipped with the temperature raising apparatus 48 as shown in FIG. 5, this temperature raising apparatus 48 is operated. In addition, when the temperature raising apparatus 48 is not provided in the power generation chamber 14, step S2 is omitted and it progresses to step S3.

ステップS3では、交換したセルスタック装置(第2セルスタック装置、以下交換セルスタック装置5’という場合がある。)の起動処理を開始する。ここで、制御装置36は、交換セルスタック装置5’に供給する燃料ガス量を、定常起動時よりも多い量を供給するように、燃料ガス供給装置33を制御する。それにより、発電に使用されなかった燃料ガスが増えることから、燃料電池セル6の上方での燃焼熱が大きくなり、ひいては交換セルスタック装置5’の温度上昇を素早く行なうことができる。なお、定常起動時における燃料ガス量とは、例えば燃料電池装置を初めて起動する場合の起動時における燃料ガス量とすればよく、この際の燃料ガス量よりも多い量を供給するよう制御する。   In step S3, the start-up process of the replaced cell stack device (second cell stack device, hereinafter may be referred to as a replacement cell stack device 5 ') is started. Here, the control device 36 controls the fuel gas supply device 33 so that the amount of fuel gas supplied to the replacement cell stack device 5 ′ is larger than that during steady startup. As a result, the amount of fuel gas that has not been used for power generation increases, so the combustion heat above the fuel cell 6 increases, and as a result, the temperature of the replacement cell stack device 5 'can be quickly increased. Note that the amount of fuel gas at the time of steady activation may be, for example, the amount of fuel gas at the time of activation when the fuel cell device is activated for the first time, and control is performed so as to supply an amount larger than the amount of fuel gas at this time.

続いて、ステップS4、S7に進む。ここで、ステップS4は交換セルスタック装置5’についての制御であり、ステップS7は、交換セルスタック装置5’が収納される発電室14に隣接する発電室に収納された正常に発電を行なっているセルスタック装置5(第1セルスタック装置、以下正常セルスタック装置5”という場合がある。)についての制御である。従って、これらのステップは同時並行で進めることができる。   Then, it progresses to step S4, S7. Here, step S4 is control for the exchange cell stack device 5 ′, and step S7 performs normal power generation stored in the power generation chamber adjacent to the power generation chamber 14 in which the replacement cell stack device 5 ′ is stored. The cell stack apparatus 5 (the first cell stack apparatus, hereinafter sometimes referred to as a normal cell stack apparatus 5 ″) is controlled. Therefore, these steps can proceed in parallel.

まずステップS4においては、制御装置36は、熱電対29にて測定された交換セルスタック装置5’の温度が、あらかじめ設定された第1の設定温度以上になったかどうかを判別する。この第1の設定温度とは、交換セルスタック装置5’が発電開始可能となる温度を設定すればよく、例えば、500〜650℃の範囲で適宜設定することができる。   First, in step S4, the control device 36 determines whether or not the temperature of the exchange cell stack device 5 'measured by the thermocouple 29 is equal to or higher than a first set temperature set in advance. The first set temperature may be set to a temperature at which the exchange cell stack device 5 ′ can start power generation, and can be set as appropriate within a range of 500 to 650 ° C., for example.

交換セルスタック装置5’の温度が、あらかじめ設定された第1の設定温度未満の場合には、ステップS5を介して、第1の設定温度以上となるまで継続して燃料ガス量を増加
する。あわせて、熱電対29により、交換セルスタック装置5’の温度を計測し続ける。
When the temperature of the exchange cell stack device 5 ′ is lower than the first preset temperature set in advance, the fuel gas amount is continuously increased through step S5 until the temperature becomes equal to or higher than the first preset temperature. At the same time, the thermocouple 29 continues to measure the temperature of the exchange cell stack device 5 ′.

一方、ステップS4において、交換セルスタック装置5’の温度が第1の設定温度以上となった場合には、ステップS6に進み、定格運転モードに移行する。   On the other hand, when the temperature of the exchange cell stack device 5 'becomes equal to or higher than the first set temperature in step S4, the process proceeds to step S6 and shifts to the rated operation mode.

また、ステップS7においては、熱電対29にて測定された、交換セルスタック装置5’が収納された発電室14に隣接する発電室14に収納された正常セルスタック装置5”の温度が第2の設定温度未満となったかどうかを判別する。   In step S7, the temperature of the normal cell stack device 5 ″ stored in the power generation chamber 14 adjacent to the power generation chamber 14 in which the replacement cell stack device 5 ′ is stored is measured by the thermocouple 29. It is determined whether the temperature is lower than the set temperature.

交換セルスタック装置5’の交換中において、蓋3等をはずしていることから、交換セルスタック装置5’が収納された発電室14の温度が低下し、それに伴って、隣接する発電室14の温度が低下し、ひいてはその発電室14に収納された正常セルスタック装置5”の温度も低下する場合がある。この場合に、正常セルスタック装置5”の発電性能が低下してしまう場合がある。それゆえ、交換セルスタック装置5’の交換中において、正常セルスタック装置5”の温度は下がらないことが好ましい。   During the replacement of the replacement cell stack device 5 ′, the lid 3 and the like are removed, so that the temperature of the power generation chamber 14 in which the replacement cell stack device 5 ′ is accommodated decreases. In some cases, the temperature decreases, and the temperature of the normal cell stack device 5 ″ housed in the power generation chamber 14 may also decrease. In this case, the power generation performance of the normal cell stack device 5 ″ may decrease. . Therefore, it is preferable that the temperature of the normal cell stack device 5 ″ does not drop during the replacement of the replacement cell stack device 5 ′.

そこで、制御装置36は、ステップS7において、熱電対29にて測定された正常セルスタック装置5”の温度が第2の設定温度以上であれば、ステップS8を介して正常セルスタック装置5”の温度が第2の設定温度以上を維持するよう制御する。一方で、ステップS7において熱電対29にて測定された正常セルスタック装置5”の温度が第2の設定温度未満であれば、正常セルスタック装置5”の発電状態を定常状態とするよう制御する。   Therefore, if the temperature of the normal cell stack device 5 ″ measured by the thermocouple 29 is equal to or higher than the second set temperature in step S7, the control device 36 determines whether the normal cell stack device 5 ″ is in step S8. Control is performed so that the temperature is maintained at or above the second set temperature. On the other hand, if the temperature of the normal cell stack device 5 ″ measured by the thermocouple 29 in step S7 is lower than the second set temperature, the power generation state of the normal cell stack device 5 ″ is controlled to be a steady state. .

ここで、第2の設定温度とは、正常セルスタック装置5”が定格運転を行なうことができる下限温度であって、例えば550℃とすることができる。なお、セルスタック装置5の構成にあわせて適宜設定すればよい。   Here, the second set temperature is a lower limit temperature at which the normal cell stack device 5 ″ can perform the rated operation, and can be set to, for example, 550 ° C. According to the configuration of the cell stack device 5. May be set as appropriate.

そして、ステップS7において熱電対29にて測定された正常セルスタック装置5”の温度が第2の設定温度未満であれば、ステップS9に進み、正常セルスタック装置5”の温度上昇モードをスタートする。   If the temperature of the normal cell stack device 5 ″ measured by the thermocouple 29 in step S7 is lower than the second set temperature, the process proceeds to step S9 to start the temperature increase mode of the normal cell stack device 5 ″. .

正常セルスタック装置5”の温度上昇モードとは、正常セルスタック装置5”の温度が上昇する動作で有ればよく、例えば図5に示したモジュール47のように、セルスタック装置5の側面側にヒータ等の温度上昇装置48を備えている場合には、これを稼働させればよく、温度上昇装置48を備えていない場合には、正常セルスタック装置5”の燃料利用率を低下させる(言い換えれば、燃料電池セル6に供給する燃料ガスの量を増やす)ほか、酸素(空気)利用率を低下させる(言い換えれば、発電室14に供給する酸素(空気)の量を減らす)等を行なうことができる。   The temperature rise mode of the normal cell stack device 5 ″ may be an operation in which the temperature of the normal cell stack device 5 ″ rises. For example, like the module 47 shown in FIG. Is provided with a temperature raising device 48 such as a heater, and the fuel utilization rate of the normal cell stack device 5 ″ is reduced when the temperature raising device 48 is not provided ( In other words, the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 6 is increased), and the oxygen (air) utilization rate is reduced (in other words, the amount of oxygen (air) supplied to the power generation chamber 14 is reduced). be able to.

続いて、ステップS10に進み、この交換セルスタック装置5’が収納された発電室14に隣接する発電室14に収納された正常セルスタック装置5”の温度が、第2の設定温度以上となったどうかを判別する。   Subsequently, the process proceeds to step S10, in which the temperature of the normal cell stack device 5 ″ stored in the power generation chamber 14 adjacent to the power generation chamber 14 in which the replacement cell stack device 5 ′ is stored is equal to or higher than the second set temperature. It is determined whether or not.

ここで、正常セルスタック装置5”の温度が、第2の設定温度未満の場合は、ステップS11を介して、温度上昇モードを継続する。一方で、正常セルスタック装置5”の温度が、第2の設定温度以上となった場合には、ステップS12に進み、正常セルスタック装置5”の温度が第2の設定温度以上を継続するように、燃料ガス供給装置33および酸素含有ガス供給装置34の稼働を制御する。   Here, when the temperature of the normal cell stack device 5 ″ is lower than the second set temperature, the temperature increasing mode is continued through step S11. On the other hand, the temperature of the normal cell stack device 5 ″ is When the temperature is equal to or higher than the set temperature of 2, the process proceeds to step S12, and the fuel gas supply device 33 and the oxygen-containing gas supply device 34 are set so that the temperature of the normal cell stack device 5 ″ continues to be equal to or higher than the second set temperature. Control the operation of

そして、ステップS4のラインおよびステップS7のラインの両方のフローが完了した
時点で、本フローチャートを終了する。
Then, when the flow of both the line of step S4 and the line of step S7 is completed, this flowchart is ended.

以上のフローを行なうことで、異常が生じていない正常セルスタック装置5”の発電を継続しつつ、異常が生じた交換セルスタック装置5’の運転のみを停止することができ、運転効率の向上した燃料電池装置とすることができる。   By performing the above flow, it is possible to stop only the operation of the exchange cell stack device 5 ′ in which an abnormality has occurred while continuing the power generation of the normal cell stack device 5 ″ in which no abnormality has occurred, improving the operation efficiency. The fuel cell device can be obtained.

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

上述のフローチャートの説明において、交換セルスタック装置5’の起動について説明したが、例えば、異常を生じて発電を停止したセルスタック装置5を、特に交換することなく再起動する場合に適用することもできる。   In the description of the flowchart, the activation of the replacement cell stack device 5 ′ has been described. However, for example, the cell stack device 5 that has stopped power generation due to an abnormality may be applied to restart without particularly replacing the cell stack device 5 ′. it can.

1、47:モジュール
2:収納容器
5:セルスタック装置
6:燃料電池セル
14:発電室
29:温度センサ(熱電対)
33:燃料ガス供給装置
34:酸素含有ガス供給装置
36:制御装置
1, 47: Module 2: Storage container 5: Cell stack device 6: Fuel cell 14: Power generation chamber 29: Temperature sensor (thermocouple)
33: Fuel gas supply device 34: Oxygen-containing gas supply device 36: Control device

Claims (5)

複数の発電室が設けられた収納容器と、
それぞれの前記発電室内に収納され、酸素含有ガスと燃料ガスとで、外部負荷に供給する電力を発電する燃料電池セルを備える燃料電池セルスタック装置と、
前記燃料電池セルに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給装置と、
前記燃料ガス供給装置および前記酸素含有ガス供給装置の動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記発電室ごとに、該発電室に収納された前記セルスタック装置の起動停止を制御するとともに、複数の前記発電室のうち、少なくとも1つの前記発電室の第1セルスタック装置が発電を行なっており、かつ少なくとも1つの前記発電室の第2セルスタック装置の発電が停止している状態から、該第2セルスタック装置を起動する場合に、起動を行なう前記第2セルスタック装置に供給する燃料ガス量を、定常起動時において前記第2セルスタック装置に供給する燃料ガス量よりも多い量を供給するように、前記燃料ガス供給装置の動作を制御することを特徴とする燃料電池装置。
A storage container having a plurality of power generation chambers;
A fuel cell stack device including fuel cells that are housed in the respective power generation chambers and generate electric power to be supplied to an external load with an oxygen-containing gas and a fuel gas;
A fuel gas supply device for supplying fuel gas to the fuel cell;
An oxygen-containing gas supply device for supplying an oxygen-containing gas to the fuel cell;
A control device for controlling operations of the fuel gas supply device and the oxygen-containing gas supply device;
With
The control device controls the start / stop of the cell stack device housed in the power generation chamber for each power generation chamber, and the first cell stack device of at least one of the power generation chambers among the plurality of power generation chambers. The second cell stack that is activated when the second cell stack device is activated from the state where the power generation of the second cell stack device of at least one of the power generation chambers is stopped. The operation of the fuel gas supply device is controlled such that the amount of fuel gas supplied to the device is larger than the amount of fuel gas supplied to the second cell stack device during steady startup. Fuel cell device.
前記発電室内に、前記セルスタック装置の温度を上昇するための温度上昇装置を備えるとともに、前記制御装置は、前記起動を行なう前記第2セルスタック装置に燃料ガスを供給する前に、前記温度上昇装置を稼働させることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。   A temperature raising device for raising the temperature of the cell stack device is provided in the power generation chamber, and the control device increases the temperature before supplying fuel gas to the second cell stack device to be started. The fuel cell device according to claim 1, wherein the device is operated. 前記セルスタック装置の温度を測定するための温度センサを備えるとともに、前記制御装置は、前記第2セルスタック装置が収納された前記発電室に隣接する前記発電室における前記第1セルスタック装置の温度が第1の設定未満の場合に、前記第1セルスタック装置の温度を上昇するための、温度上昇モード運転を開始することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池装置。   A temperature sensor for measuring the temperature of the cell stack device is provided, and the control device is configured to control the temperature of the first cell stack device in the power generation chamber adjacent to the power generation chamber in which the second cell stack device is accommodated. 3. The fuel cell device according to claim 1, wherein a temperature increase mode operation for increasing the temperature of the first cell stack device is started when the temperature is less than a first setting. 4. 前記制御装置は、前記第1セルスタック装置の温度が前記第1の設定温度以上となった場合に、前記第1セルスタック装置が第1の設定温度以上を維持するように、前記前記燃料ガス供給装置および前記酸素含有ガス供給装置の動作を制御することを特徴とする請求項3に記載の燃料電池装置。   When the temperature of the first cell stack device becomes equal to or higher than the first set temperature, the control device causes the fuel gas so that the first cell stack device maintains a temperature equal to or higher than the first set temperature. The fuel cell device according to claim 3, wherein operations of the supply device and the oxygen-containing gas supply device are controlled. 前記セルスタック装置の温度を測定するための温度センサを備えるとともに、前記制御装置は、起動を行なう前記発電室の前記第2セルスタック装置の温度が、前記第1の設定温度よりも低く設定された第2の設定温度以上となった場合に、定格運転モードに移行し、前記第2セルスタック装置の温度が前記第1の設定温度以上を維持するように、前記前記燃料ガス供給装置および前記酸素含有ガス供給装置の動作を制御することを特徴とする請求項1乃至請求項4のうちいずれかに記載の燃料電池装置。   A temperature sensor for measuring the temperature of the cell stack device is provided, and the control device is configured such that the temperature of the second cell stack device in the power generation chamber to be activated is set lower than the first set temperature. The fuel gas supply device and the fuel cell supply device so that the temperature of the second cell stack device is maintained at the first set temperature or higher when the temperature reaches the second set temperature or higher. 5. The fuel cell device according to claim 1, wherein the operation of the oxygen-containing gas supply device is controlled.
JP2014059368A 2014-03-22 2014-03-22 Fuel cell device Expired - Fee Related JP6211969B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014059368A JP6211969B2 (en) 2014-03-22 2014-03-22 Fuel cell device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014059368A JP6211969B2 (en) 2014-03-22 2014-03-22 Fuel cell device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015185288A true JP2015185288A (en) 2015-10-22
JP6211969B2 JP6211969B2 (en) 2017-10-11

Family

ID=54351635

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014059368A Expired - Fee Related JP6211969B2 (en) 2014-03-22 2014-03-22 Fuel cell device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6211969B2 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030096147A1 (en) * 2001-11-21 2003-05-22 Badding Michael E. Solid oxide fuel cell stack and packet designs
WO2005038973A1 (en) * 2003-10-21 2005-04-28 Alberta Research Council Inc. Controlling solid oxide fuel cell operation
JP2006219328A (en) * 2005-02-09 2006-08-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hydrogen generation apparatus and fuel cell system using the same
JP2008235286A (en) * 2008-05-26 2008-10-02 Kyocera Corp Fuel cell and method for operating it
US20090110993A1 (en) * 2007-10-30 2009-04-30 Monika Backhaus-Ricoult Segmented solid oxide fuel cell stack and methods for operation and use thereof
JP2010067549A (en) * 2008-09-12 2010-03-25 Toto Ltd Fuel battery system
JP2010238601A (en) * 2009-03-31 2010-10-21 Toto Ltd Solid electrolyte fuel cell
US20110053027A1 (en) * 2009-09-02 2011-03-03 Bloom Energy Corporation Multi-Stream Heat Exchanger for a Fuel Cell System
JP2013191585A (en) * 2013-07-01 2013-09-26 Toto Ltd Solid oxide fuel cell
JP2014010944A (en) * 2012-06-28 2014-01-20 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030096147A1 (en) * 2001-11-21 2003-05-22 Badding Michael E. Solid oxide fuel cell stack and packet designs
JP2005520306A (en) * 2001-11-21 2005-07-07 コーニング インコーポレイテッド Solid oxide fuel cell stack and packet structure
WO2005038973A1 (en) * 2003-10-21 2005-04-28 Alberta Research Council Inc. Controlling solid oxide fuel cell operation
JP2007509470A (en) * 2003-10-21 2007-04-12 アルバータ リサーチ カウンシル インコーポレイテッド Operation control of solid oxide fuel cells
JP2006219328A (en) * 2005-02-09 2006-08-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Hydrogen generation apparatus and fuel cell system using the same
US20090110993A1 (en) * 2007-10-30 2009-04-30 Monika Backhaus-Ricoult Segmented solid oxide fuel cell stack and methods for operation and use thereof
JP2011502338A (en) * 2007-10-30 2011-01-20 コーニング インコーポレイテッド Segmented solid oxide fuel cell stack and method for its operation and use
JP2008235286A (en) * 2008-05-26 2008-10-02 Kyocera Corp Fuel cell and method for operating it
JP2010067549A (en) * 2008-09-12 2010-03-25 Toto Ltd Fuel battery system
JP2010238601A (en) * 2009-03-31 2010-10-21 Toto Ltd Solid electrolyte fuel cell
US20110053027A1 (en) * 2009-09-02 2011-03-03 Bloom Energy Corporation Multi-Stream Heat Exchanger for a Fuel Cell System
JP2013504031A (en) * 2009-09-02 2013-02-04 ブルーム エナジー コーポレーション Multi-channel heat exchanger for fuel cell system
JP2014010944A (en) * 2012-06-28 2014-01-20 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2013191585A (en) * 2013-07-01 2013-09-26 Toto Ltd Solid oxide fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP6211969B2 (en) 2017-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5253134B2 (en) Fuel cell device
JP6068202B2 (en) Fuel cell system
JP6247379B2 (en) Fuel cell device
JP6205282B2 (en) Fuel cell system
JP5408994B2 (en) Fuel cell device
JP5550453B2 (en) Fuel cell module and fuel cell device
JP2009032555A (en) Fuel cell apparatus
JP2010146783A (en) Fuel battery module and fuel battery device
JP5312224B2 (en) Fuel cell device
JP6211970B2 (en) Fuel cell device
JP5591249B2 (en) Fuel cell device
JP5473351B2 (en) Fuel cell device
JP2014010896A (en) Fuel cell device
JP2010277760A (en) Fuel cell device
JP5597628B2 (en) Fuel cell device
JP6050036B2 (en) Fuel cell device
JP6211969B2 (en) Fuel cell device
JP6230925B2 (en) Fuel cell system
JP6141665B2 (en) Fuel cell device
JP6148072B2 (en) Fuel cell device
JP2014146555A (en) Fuel cell device
JP6643061B2 (en) Fuel cell device
JP2010153062A (en) Fuel battery device
JP6140603B2 (en) Fuel cell device
JP2010080152A (en) Fuel cell module and fuel cell device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160715

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170424

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170502

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170630

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20170630

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170905

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170914

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6211969

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees