JP2016207413A - Solid oxide type fuel battery system - Google Patents

Solid oxide type fuel battery system Download PDF

Info

Publication number
JP2016207413A
JP2016207413A JP2015086801A JP2015086801A JP2016207413A JP 2016207413 A JP2016207413 A JP 2016207413A JP 2015086801 A JP2015086801 A JP 2015086801A JP 2015086801 A JP2015086801 A JP 2015086801A JP 2016207413 A JP2016207413 A JP 2016207413A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
air
solid oxide
fuel cell
cell system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015086801A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
嘉久和 孝
Takashi Kakuwa
孝 嘉久和
龍夫 藤田
Tatsuo Fujita
龍夫 藤田
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.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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 Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority to JP2015086801A priority Critical patent/JP2016207413A/en
Publication of JP2016207413A publication Critical patent/JP2016207413A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid oxide type fuel battery system capable of improving ignition characteristics of a combustion part at a startup time, and suppressing backfire or the like when the combustion part is ignited.SOLUTION: A solid oxide fuel battery system includes a reformer 6, a solid oxide type fuel battery 3, a fuel collecting portion 20 where gas passing through the solid oxide type fuel battery gathers, a fuel supplier 10 for supplying fuel to the reformer, a first air supplier 11 for supplying power generation air, a second air supplier 12 for supplying reforming air, a combustor 5 for combusting gas blown from the fuel collecting portion and the power generation air, and an igniter 8 used for igniting the combustor. The fuel supplier and the first air supplier 11 are controlled so that the fuel concentration of the fuel collecting portion 20 is equal to or higher than a predetermined value by supplying the fuel and the power generation air at the start-up time, the second air supplier 12 is controlled so as to start supply of the reforming air or increase the supply amount, and then the igniter 8 is controlled so as to ignite the gas blown from the fuel collecting portion to the combustor.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は固体酸化物形燃料電池システムに関する。   The present disclosure relates to a solid oxide fuel cell system.

固体酸化物形燃料電池システムでは、炭化水素燃料(燃料)を固体酸化物形燃料電池の発電に使用するだけでなく、燃焼部での燃焼にも使用している(特許文献1参照)。例えば、燃料の全体量に対して固体酸化物形燃料電池にて発電に使用する燃料の比率を約60〜80%(以下、燃料利用率という場合がある)に設定し、残りの約20〜40%の燃料を燃焼部での燃焼に使用する場合も多い。   In the solid oxide fuel cell system, hydrocarbon fuel (fuel) is used not only for power generation of the solid oxide fuel cell but also for combustion in the combustion section (see Patent Document 1). For example, the ratio of the fuel used for power generation in the solid oxide fuel cell with respect to the total amount of fuel is set to about 60 to 80% (hereinafter sometimes referred to as fuel utilization rate), and the remaining about 20 to Often 40% of the fuel is used for combustion in the combustion section.

そして、かかる燃焼部の着火シーケンスについては従来から様々な方法が提案されている。   Various methods have been proposed for the ignition sequence of the combustion section.

例えば、特許文献2では、燃料電池システムの起動時の着火判定方法が開示されており、燃焼領域のガス温度が、所定時間内で所定温度T℃からT℃以上に上昇した場合、燃焼部を着火できたと判定し、そうならなかった場合、未着火であると判定することが記載されている。また、特許文献3では、燃焼部の着火判定後の制御動作が記載されている。また、特許文献4では、燃焼部の着火時の着火ヒーターの制御方法が記載されている。 For example, Patent Document 2 discloses an ignition determination method at the time of starting a fuel cell system. When the gas temperature in the combustion region rises from a predetermined temperature T 0 ° C to T 1 ° C or more within a predetermined time, combustion is performed. It is described that it is determined that the part has been ignited, and if not, it is determined that the part has not been ignited. Moreover, in patent document 3, the control action after the ignition determination of a combustion part is described. Patent Document 4 describes a method for controlling an ignition heater when the combustion section is ignited.

しかし、従来例は、固体酸化物形燃料電池システムの起動時の燃焼部の着火特性を改善し、燃焼部の着火時に逆火等が発生することを抑制する方法について十分に検討されていない。   However, in the conventional example, a method for improving the ignition characteristics of the combustion section at the start of the solid oxide fuel cell system and suppressing the occurrence of backfire or the like at the ignition of the combustion section has not been sufficiently studied.

本開示の一態様(aspect)は、このような事情に鑑みてなされたものであり、従来に比べ、起動時の燃焼部の着火特性を改善し、燃焼部の着火時に逆火等が発生することを抑制し得る固体酸化物形燃料電池システムを提供する。   An aspect of the present disclosure has been made in view of such circumstances, and improves the ignition characteristics of the combustion section at the start-up compared to the prior art, and backfire or the like occurs when the combustion section ignites. Provided is a solid oxide fuel cell system capable of suppressing this.

上記課題を解決するため、本開示の一態様の固体酸化物形燃料電池システムは、燃料及び改質用空気を用いて改質ガスを生成する改質器と、前記改質ガス及び発電用空気を反応させて発電する固体酸化物形燃料電池と、前記固体酸化物形燃料電池を通過したガスが集合する燃料集合部と、前記改質器に燃料を供給する燃料供給器と、前記固体酸化物形燃料電池に発電用空気を供給する第1空気供給器と、前記改質器に改質用空気を供給する第2空気供給器と、前記燃料集合部から吹き出すガス、及び発電用空気が燃焼する燃焼部と、前記燃焼部の着火に用いる着火器と、前記燃料供給器、前記第1空気供給器、前記第2空気供給器及び前記着火器を制御する制御器と、を備え、前記制御器は、固体酸化物形燃料電池システムの起動時に、前記燃料及び前記発電用空気を供給することで前記燃料集合部の燃料濃度が所定値以上となるように前記燃料供給器及び前記第1空気供給器を制御し、前記改質用空気の供給の開始又は供給量の増加を行うように前記第2空気供給器を制御した後、前記燃料集合部から前記燃焼部に吹き出すガスに着火させるように前記着火器を制御する固体酸化物形燃料電池システム。   In order to solve the above problems, a solid oxide fuel cell system according to one embodiment of the present disclosure includes a reformer that generates a reformed gas using fuel and reforming air, and the reformed gas and power generation air. A solid oxide fuel cell that generates electric power by reacting with each other, a fuel assembly part in which gas that has passed through the solid oxide fuel cell collects, a fuel supplier that supplies fuel to the reformer, and the solid oxide A first air supplier for supplying power generation air to the fuel cell, a second air supplier for supplying reforming air to the reformer, a gas blown from the fuel assembly, and power generation air. A combustion unit that burns, an igniter used to ignite the combustion unit, and a controller that controls the fuel supply unit, the first air supply unit, the second air supply unit, and the ignition unit, When the controller starts up the solid oxide fuel cell system, the controller The supply of reforming air is started by controlling the fuel supply unit and the first air supply unit so that the fuel concentration in the fuel assembly becomes equal to or higher than a predetermined value by supplying the fuel and the power generation air. Or after controlling the said 2nd air supply device so that supply amount may be increased, the solid oxide fuel cell system which controls the said ignition device to ignite the gas which blows off from the said fuel assembly part to the said combustion part.

本開示の一態様の固体酸化物形燃料電池システムによれば、従来に比べ、起動時の燃焼部の着火特性を改善し、燃焼部の着火時に逆火等が発生することを抑制し得る。   According to the solid oxide fuel cell system of one aspect of the present disclosure, it is possible to improve the ignition characteristics of the combustion unit at the time of startup and to suppress the occurrence of backfire or the like when the combustion unit is ignited.

図1は、実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a solid oxide fuel cell system according to an embodiment. 図2は、実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの起動時の動作の一例を示すタイムチャートである。FIG. 2 is a time chart showing an example of the operation at the time of starting the solid oxide fuel cell system of the embodiment. 図3は、実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの起動時の動作の一例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of an operation at the time of starting the solid oxide fuel cell system according to the embodiment. 図4は、実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの燃料集合部の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a fuel assembly portion of the solid oxide fuel cell system according to the embodiment. 図5は、従来の固体酸化物形燃料電池システムの燃焼部に形成される火炎の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a flame formed in a combustion portion of a conventional solid oxide fuel cell system.

最近、電力需要の高まり及び環境問題への関心の高まり等から、燃料電池の発電効率の更なる向上が求められている。燃料電池の発電効率の向上には、燃料電池の発電電圧を上げる方法、燃料電池の燃料利用率を上げる方法等がある。前者の方法は、燃料電池の材料開発が必要となるので、後者の方法が有望視されている。   Recently, further increase in power generation efficiency of fuel cells has been demanded due to an increase in demand for electric power and an increase in interest in environmental problems. In order to improve the power generation efficiency of the fuel cell, there are a method of increasing the power generation voltage of the fuel cell, a method of increasing the fuel utilization rate of the fuel cell, and the like. Since the former method requires the development of fuel cell materials, the latter method is considered promising.

しかし、燃料電池の燃料利用率を更に高くする場合には、燃料電池にて更に多量の改質ガスを発電に使用するため、改質ガス量の増加に伴い燃焼部での燃焼燃料に使用される可燃ガス量が減少する。よって、燃焼部にて未利用の改質ガスを燃焼させる際の酸化剤として、燃料電池を通過したカソードオフガスを用いる場合、可燃ガスの濃度減少による燃焼性の悪化(失火)を招く場合がある。かかる燃焼性の悪化によって、燃焼排ガス中に未燃成分(CO等)が残存する可能性があるので、その未燃成分の除去等を行うための排ガス処理触媒(浄化触媒)への負担が増大する。   However, when the fuel utilization rate of the fuel cell is further increased, since a larger amount of reformed gas is used for power generation in the fuel cell, it is used as combustion fuel in the combustion section as the amount of reformed gas increases. The amount of combustible gas is reduced. Therefore, when the cathode off-gas that has passed through the fuel cell is used as an oxidant for burning unused reformed gas in the combustion section, flammability deterioration (misfire) may occur due to a decrease in the concentration of combustible gas. . Due to the deterioration of combustibility, unburned components (CO, etc.) may remain in the combustion exhaust gas, increasing the burden on the exhaust gas treatment catalyst (purification catalyst) for removing the unburned components. To do.

ここで、従来構成(例えば、特許文献5)の固体酸化物形燃料電池システムでは、図5に示すように、多数の固体酸化物形燃料電池103のそれぞれの上端部の燃料吹き出し部から未利用の改質ガスが吹き出し、燃焼部105で改質ガスを燃焼させている。この場合、負荷変動等の影響により固体酸化物形燃料電池103のそれぞれを通過する改質ガスの流量、組成等が常に一定とは言えない。また、隣り合う固体酸化物形燃料電池103の隙間を通過する空気も全領域で一定とは言えない。特に、燃料電池スタックのコーナー部で一定にすることが困難である。   Here, in the solid oxide fuel cell system of the conventional configuration (for example, Patent Document 5), as shown in FIG. 5, as shown in FIG. The reformed gas is blown out, and the reformed gas is burned in the combustion unit 105. In this case, the flow rate, composition, and the like of the reformed gas passing through each of the solid oxide fuel cells 103 are not always constant due to the influence of load fluctuation or the like. Also, the air passing through the gaps between adjacent solid oxide fuel cells 103 is not constant in all regions. In particular, it is difficult to make it constant at the corner of the fuel cell stack.

このため、例えば、固体酸化物形燃料電池の発電効率向上のために燃料利用率を高くする場合に、負荷変動等の影響によりガス流量、ガス組成が変化することで、数個の固体酸化物形燃料電池103の燃料吹き出し部において、燃焼部の部分的な失火等で不完全燃焼が起こる場合がある。   For this reason, for example, when increasing the fuel utilization rate to improve the power generation efficiency of a solid oxide fuel cell, the gas flow rate and gas composition change due to the influence of load fluctuations, etc. In the fuel blowing portion of the fuel cell 103, incomplete combustion may occur due to partial misfire or the like of the combustion portion.

そこで、図4に示すように、固体酸化物形燃料電池3のそれぞれを通過した可燃ガスを燃料集合部20で集合させ、燃料集合部20内の可燃ガスが、炎口21で再分配されて燃焼部へと水平方向に吹き出される構成が提案されている。これにより、固体酸化物形燃料電池3のそれぞれにおける上記負荷変動等の影響が解消され、従来構成で発生していた部分的な失火が抑制される。   Therefore, as shown in FIG. 4, the combustible gas that has passed through each of the solid oxide fuel cells 3 is collected in the fuel assembly portion 20, and the combustible gas in the fuel assembly portion 20 is redistributed in the flame port 21. The structure which blows off to a combustion part in the horizontal direction is proposed. Thereby, the influence of the load fluctuation and the like in each of the solid oxide fuel cells 3 is eliminated, and partial misfire that has occurred in the conventional configuration is suppressed.

ところで、発明者らは、このような燃料集合部を備える固体酸化物形燃料電池システムの起動時における燃焼部の着火シーケンスについて鋭意検討し、以下の知見を得た。なお、特許文献2−4は、燃焼部の着火シーケンスに関する類のものではあるが、上記の燃料集合部20についての開示及び示唆の不存在により参酌に値しないと考えている。   By the way, the inventors diligently studied the ignition sequence of the combustion section at the time of starting the solid oxide fuel cell system including such a fuel assembly section, and obtained the following knowledge. In addition, although patent documents 2-4 are a thing regarding the ignition sequence of a combustion part, it thinks that it is not worth considering by the absence of the indication about said fuel assembly part 20, and suggestion.

固体酸化物形燃料電池システムの起動時には、プリパージにより燃料集合部内に空気が滞留している。このため、起動時に、固体酸化物形燃料電池のそれぞれを通過した燃料が燃料集合部に供給される場合、燃料集合部の空気で燃料が希釈される。すると、燃料集合部内の燃料濃度が可燃範囲内に入っている状態で燃焼部の着火が行われる場合がある。この場合、燃焼部の着火特性が悪化し、燃料集合部への逆火等が生じる可能性がある。   At the start of the solid oxide fuel cell system, air stays in the fuel assembly due to pre-purge. For this reason, when the fuel that has passed through each of the solid oxide fuel cells is supplied to the fuel assembly at startup, the fuel is diluted with the air in the fuel assembly. Then, the combustion part may be ignited in a state where the fuel concentration in the fuel assembly part is within the combustible range. In this case, the ignition characteristic of the combustion part may deteriorate, and backfire or the like to the fuel assembly part may occur.

そこで、本開示の一態様の固体酸化物形燃料電池システムは、燃料及び改質用空気を用いて改質ガスを生成する改質器と、改質ガス及び発電用空気を反応させて発電する固体酸化物形燃料電池と、固体酸化物形燃料電池を通過したガスが集合する燃料集合部と、改質器に燃料を供給する燃料供給器と、固体酸化物形燃料電池に発電用空気を供給する第1空気供給器と、改質器に改質用空気を供給する第2空気供給器と、燃料集合部から吹き出すガス、及び発電用空気が燃焼する燃焼部と、燃焼部の着火に用いる着火器と、燃料供給器、第1空気供給器、第2空気供給器及び着火器を制御する制御器と、を備え、制御器は、固体酸化物形燃料電池システムの起動時に、燃料及び発電用空気を供給することで燃料集合部の燃料濃度が所定値以上となるように燃料供給器及び第1空気供給器を制御し、改質用空気の供給の開始又は供給量の増加を行うように第2空気供給器を制御した後、燃料集合部から燃焼部に吹き出すガスに着火させるように着火器を制御する。   Therefore, a solid oxide fuel cell system according to one embodiment of the present disclosure generates power by reacting a reformer that generates reformed gas using fuel and reforming air, and the reformed gas and power generation air. A solid oxide fuel cell; a fuel collecting portion in which the gas that has passed through the solid oxide fuel cell collects; a fuel supplier that supplies fuel to the reformer; and power generation air to the solid oxide fuel cell. A first air supplier to be supplied, a second air supplier to supply reforming air to the reformer, a gas blown from the fuel assembly part, a combustion part in which power generation air is combusted, and an ignition of the combustion part An igniter to be used, and a controller for controlling the fuel supplier, the first air supplier, the second air supplier, and the igniter, and the controller, when starting the solid oxide fuel cell system, By supplying air for power generation, the fuel concentration in the fuel assembly is above a predetermined value. The fuel supply unit and the first air supply unit are controlled to control the second air supply unit so as to start the supply of reforming air or increase the supply amount. Control the igniter to ignite the gas blown out.

かかる構成によると、従来に比べ、固体酸化物形燃料電池システムの起動時の燃焼部の着火特性を改善し、燃焼部の着火時に逆火等が発生することを抑制し得る。   According to such a configuration, it is possible to improve the ignition characteristics of the combustion part at the time of starting the solid oxide fuel cell system, and to prevent the occurrence of backfire or the like when the combustion part is ignited, as compared with the conventional case.

従来の着火シーケンスでは、燃料の供給の開始と同時に、改質用空気の供給が開始されている(例えば、燃料の流量が、2.5NL/min、改質用空気の流量が2.5NL/min)。この場合、燃料濃度は、約50%前後である。ここで、燃料供給ライン上の固体酸化物形燃料電池、改質器、これらの接続配管及び燃料集合部の内容積のトータル量は、数リットルにも達し、ここに、プリパージでの空気が満たされている。よって、燃料供給ラインを流れる燃料は、燃料濃度が約50%から更に燃料供給ライン内の空気で希薄化されるので、25%未満の濃度の希薄燃料となり得る。よって、燃焼部の着火時に、燃料集合部内の燃料濃度が可燃範囲(都市ガス「13A」の場合は、約5%〜15vol%)内に入る恐れがある。この場合、燃焼部の着火時のような脈動等が伴う不安定なガス流動状態では、炎口からの火炎が、燃料集合部内への逆火となる可能性がある。   In the conventional ignition sequence, the supply of reforming air is started simultaneously with the start of fuel supply (for example, the flow rate of fuel is 2.5 NL / min and the flow rate of reforming air is 2.5 NL / min. min). In this case, the fuel concentration is about 50%. Here, the total volume of the solid oxide fuel cells on the fuel supply line, the reformer, their connecting pipes, and the fuel assembly reaches several liters, and this is filled with air in the pre-purge. Has been. Therefore, the fuel flowing through the fuel supply line is diluted with the air in the fuel supply line from about 50% of the fuel concentration, so that it can become a lean fuel having a concentration of less than 25%. Therefore, when the combustion part is ignited, the fuel concentration in the fuel assembly part may fall within a combustible range (about 5% to 15 vol% in the case of city gas “13A”). In this case, in an unstable gas flow state accompanied by pulsation or the like such as when the combustion part is ignited, the flame from the flame outlet may become a backfire into the fuel assembly part.

これに対して、本開示の一態様では、燃料供給ライン上、特に、燃料集合部内にプリパージによる空気が滞留していたとしても、燃料集合部内の燃料濃度が可燃範囲内に入っている状態で燃焼部が着火することを抑制できる。これは以下の理由による。   On the other hand, in one aspect of the present disclosure, even when air due to the pre-purge stays on the fuel supply line, particularly in the fuel assembly, the fuel concentration in the fuel assembly is in the combustible range. It can suppress that a combustion part ignites. This is due to the following reason.

本開示の一態様では、固体酸化物形燃料電池システムの起動時、固体酸化物形燃料電池を通過した燃料は、高濃度(例えば、燃料の流量が、2.5NL/min、改質用空気の流量が、0.1NL/minの場合の燃料濃度は90%以上)である。よって、燃料集合部に残留した空気(容積約1リットル程度)によって燃料が希薄化された場合でも、燃焼部の着火時に、燃料濃度は、可燃範囲の上限値(都市ガス「13A」の場合は、約15vol%)以上を確保し得る。また、燃料流量と燃料集合部の容積から算出される燃料集合部内の空気の置換時間は、約15秒程度である。よって、燃焼部の着火を燃料供給開始時から十分に遅延させることで(例えば、燃料供給の開始時から30秒〜60秒経過後)、燃料集合部の空気が燃料で完全に置換される。よって、燃焼部の着火時に、燃料集合部内の燃料濃度が可燃範囲の上限値を上回ることができる。例えば、燃料集合部内の燃料濃度は、約50%以上となり得る。   In one aspect of the present disclosure, when the solid oxide fuel cell system is started, the fuel that has passed through the solid oxide fuel cell has a high concentration (for example, the fuel flow rate is 2.5 NL / min, reforming air). The fuel concentration is 90% or more when the flow rate is 0.1 NL / min). Therefore, even when the fuel is diluted with air remaining in the fuel assembly (approximately 1 liter in volume), the fuel concentration is the upper limit of the combustible range (in the case of city gas “13A”) when the combustion portion is ignited. About 15 vol%) or more. Further, the replacement time of air in the fuel assembly calculated from the fuel flow rate and the volume of the fuel assembly is about 15 seconds. Therefore, by sufficiently delaying the ignition of the combustion section from the start of fuel supply (for example, after 30 to 60 seconds have elapsed from the start of fuel supply), the air in the fuel assembly is completely replaced with fuel. Therefore, at the time of ignition of the combustion part, the fuel concentration in the fuel assembly part can exceed the upper limit value of the combustible range. For example, the fuel concentration in the fuel assembly can be about 50% or more.

以上により、本開示の一態様では、炎口から燃料集合部への逆火の発生を抑制できる。   As described above, in one aspect of the present disclosure, occurrence of backfire from the flame outlet to the fuel assembly portion can be suppressed.

以下、添付図面を参照しつつ、本開示の実施形態及び第1実施例−第6実施例について説明する。以下の実施形態及び第1実施例−第6実施例は、いずれも本開示の一例である。ここで示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、あくまで一例であり、本開示を限定するものではない。また、実施形態及び第1実施例−第6実施例の構成要素のうち、本開示に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、図面において、同じ符号が付いたものは、説明を省略する場合がある。また、図面は理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示したもので、形状及び寸法比等については正確な表示ではない場合がある。また、製造方法においては、必要に応じて、各工程の順序等を変更でき、かつ、他の公知の工程を追加できる。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure and first to sixth examples will be described with reference to the accompanying drawings. The following embodiment and Example 1 to Example 6 are all examples of the present disclosure. The numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of the components, steps, order of steps, and the like shown here are merely examples, and do not limit the present disclosure. In addition, among the constituent elements of the embodiment and the first to sixth examples, constituent elements that are not described in the present disclosure are described as optional constituent elements. In the drawings, the same reference numerals are sometimes omitted. In addition, the drawings schematically show each component for easy understanding, and there are cases where the shape, dimensional ratio, and the like are not accurately displayed. Moreover, in a manufacturing method, the order of each process etc. can be changed as needed, and another well-known process can be added.

特開2013−12444号公報JP2013-12444A 特開2008−135268号公報JP 2008-135268 A 特開2004−116934号公報JP 2004-116934 A 特開2008−243592号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2008-243592 特開2010−225454号公報JP 2010-225454 A

(実施形態)
[装置構成]
図1は、実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの一例を示す図である。図1では、固体酸化物形燃料電池システム100を側面視した図が示されている。また、便宜上、「上」から「下」に重力が作用するとしている。また、燃料及び改質ガスの流れを細い実線、空気の流れを点線、改質水の流れを太い実線で示している。
(Embodiment)
[Device configuration]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a solid oxide fuel cell system according to an embodiment. FIG. 1 shows a side view of the solid oxide fuel cell system 100. For convenience, it is assumed that gravity acts from “upper” to “lower”. Further, the flow of fuel and reformed gas is indicated by a thin solid line, the flow of air is indicated by a dotted line, and the flow of reformed water is indicated by a thick solid line.

図1に示すように、固体酸化物形燃料電池システム100は、燃料電池モジュール1と、補機収容部2と、制御器50と、を備える。   As shown in FIG. 1, the solid oxide fuel cell system 100 includes a fuel cell module 1, an accessory storage unit 2, and a controller 50.

まず、燃料電池モジュール1について説明する。   First, the fuel cell module 1 will be described.

燃料電池モジュール1には、燃料電池スタック4と、燃焼部5と、改質器6と、空気予熱器7と、着火器8と、燃料集合部20と、が設けられている。   The fuel cell module 1 includes a fuel cell stack 4, a combustion unit 5, a reformer 6, an air preheater 7, an igniter 8, and a fuel assembly unit 20.

改質器6は、燃料及び改質用空気を用いて改質ガスを生成する。具体的には、改質器6において、燃料経路からの燃料及び空気経路からの改質用空気が改質反応して、水素含有の改質ガスが生成される。改質反応として、例えば、水蒸気改質反応、オートサーマル反応及び部分酸化反応等を例示できる。   The reformer 6 generates reformed gas using fuel and reforming air. Specifically, in the reformer 6, the fuel from the fuel path and the reforming air from the air path undergo a reforming reaction to generate a hydrogen-containing reformed gas. Examples of the reforming reaction include a steam reforming reaction, an autothermal reaction, and a partial oxidation reaction.

なお、燃料は、メタンを主成分とする都市ガス、天然ガス、LPG等の少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む炭化水素燃料である。   The fuel is a hydrocarbon fuel containing an organic compound composed of at least carbon and hydrogen such as city gas, natural gas, and LPG mainly composed of methane.

燃料集合部20は、固体酸化物形燃料電池3を通過したガス(例えば、燃料又は改質ガス等)が集合する。固体酸化物形燃料電池システム100の起動時等の改質器6の改質反応開始前には、ガス経路16からの燃料が固体酸化物形燃料電池3を通過し、改質反応開始後には、ガス経路16からの改質ガスが固体酸化物形燃料電池3を通過する。   The fuel assembly 20 collects gas (for example, fuel or reformed gas) that has passed through the solid oxide fuel cell 3. Before starting the reforming reaction of the reformer 6 such as when the solid oxide fuel cell system 100 is started, the fuel from the gas path 16 passes through the solid oxide fuel cell 3 and after the reforming reaction starts. The reformed gas from the gas path 16 passes through the solid oxide fuel cell 3.

図1に示すように、中空構造の燃料集合部20は、燃料電池スタック4の上方に設けられている。そして、上記ガスが燃料集合部20で集合するよう、固体酸化物形燃料電池3のそれぞれの内部と燃料集合部20の内部とは連通している。   As shown in FIG. 1, the fuel assembly 20 having a hollow structure is provided above the fuel cell stack 4. The interior of each solid oxide fuel cell 3 communicates with the interior of the fuel assembly 20 so that the gas collects at the fuel assembly 20.

また、燃料集合部20は、上下方向において立設する筒状(例えば、円筒状)の側壁部を備え、この側壁部の上下方向の適所に、数十個の炎口21(例えば、燃料、改質ガス等の吹き出しのための開口部である丸孔)が、周方向にほぼ均等に形成されている。   Further, the fuel assembly portion 20 includes a cylindrical (for example, cylindrical) side wall portion standing in the vertical direction, and several tens of flame ports 21 (for example, fuel, Round holes, which are openings for blowing out reformed gas, etc.) are formed substantially evenly in the circumferential direction.

燃焼部5は、燃料集合部20から吹き出すガス、及び発電用空気が燃焼する。着火器8は、燃焼部5の着火に用いる。なお、着火器8として、例えば、着火ヒーター、点火プラグ等を例示できる。   In the combustion unit 5, the gas blown out from the fuel assembly unit 20 and the power generation air are combusted. The igniter 8 is used to ignite the combustion unit 5. Examples of the igniter 8 include an ignition heater and a spark plug.

このように、本実施形態では、固体酸化物形燃料電池システム100の起動時、燃料集合部20内の燃料が、炎口21で再分配されて燃焼部5へと水平方向に吹き出される。このとき、燃焼部5が着火すると、燃焼部5で燃料が燃焼される。これにより、上記のとおり、図5の従来構成で発生していた、燃焼部5での部分的な失火が抑制される。   Thus, in the present embodiment, when the solid oxide fuel cell system 100 is started, the fuel in the fuel assembly 20 is redistributed at the flame port 21 and blown out horizontally to the combustion unit 5. At this time, when the combustion unit 5 ignites, the fuel is burned in the combustion unit 5. Thereby, as mentioned above, the partial misfire in the combustion part 5 which generate | occur | produced with the conventional structure of FIG. 5 is suppressed.

燃焼部5による燃料の燃焼熱は、燃焼部5の上方近傍に設けられた改質器6及び改質器6の上方に設けられた空気予熱器7の加熱に利用される。例えば、改質器6では、燃料及び改質用空気が加熱され、部分酸化改質反応が進行する。改質器6の温度が所定温度(例えば、500℃程度)に昇温すると、補機収容部2の水供給器13から燃料電池モジュール1へ改質水が供給される。これにより、図示しない蒸発器で改質水が蒸発気化された後、燃料及び水蒸気の混合ガスが改質器6へ送られる。すると、改質器6で部分酸化改質反応と水蒸気改質反応とが共存するオートサーマル反応が進行する。改質器6の温度が所定温度(例えば、600℃程度)に昇温すると、改質用空気の供給が停止され、改質器6で水蒸気改質反応が進行する。その後、燃料電池スタック4の発電が開始する。なお、ここでは、改質反応として、水蒸気改質反応、オートサーマル反応及び部分酸化反応が行われる例を説明したが、これに限らない。例えば、部分酸化改質反応を行わずに、水蒸気改質反応及びオートサーマル反応だけを行ってもよい。   The combustion heat of the fuel by the combustion unit 5 is used for heating the reformer 6 provided near the upper part of the combustion unit 5 and the air preheater 7 provided above the reformer 6. For example, in the reformer 6, the fuel and the reforming air are heated, and the partial oxidation reforming reaction proceeds. When the temperature of the reformer 6 is raised to a predetermined temperature (for example, about 500 ° C.), the reformed water is supplied from the water supply unit 13 of the auxiliary equipment storage unit 2 to the fuel cell module 1. Thereby, after the reforming water is evaporated and vaporized by an evaporator (not shown), a mixed gas of fuel and water vapor is sent to the reformer 6. Then, an autothermal reaction in which the partial oxidation reforming reaction and the steam reforming reaction coexist in the reformer 6 proceeds. When the temperature of the reformer 6 is increased to a predetermined temperature (for example, about 600 ° C.), the supply of reforming air is stopped and the steam reforming reaction proceeds in the reformer 6. Thereafter, power generation of the fuel cell stack 4 starts. In addition, although the example which performs steam reforming reaction, autothermal reaction, and partial oxidation reaction as a reforming reaction was demonstrated here, it is not restricted to this. For example, only the steam reforming reaction and the autothermal reaction may be performed without performing the partial oxidation reforming reaction.

燃料電池スタック4は、複数の固体酸化物形燃料電池3を備える。固体酸化物形燃料電池3は、改質ガス及び発電用空気を反応させて発電する。燃料電池スタック4は、例えば、複数の平板型燃料電池及びインターコネクタ等の部材を積層した平板型スタックであってもいいし、複数の円筒型燃料電池(セルチューブ)及びインターコネクタ等の部材をバンドル(束にして固定)した円筒型スタックであってもいい。   The fuel cell stack 4 includes a plurality of solid oxide fuel cells 3. The solid oxide fuel cell 3 generates power by reacting the reformed gas and power generation air. The fuel cell stack 4 may be, for example, a flat plate stack in which members such as a plurality of flat fuel cells and interconnectors are stacked, or a plurality of cylindrical fuel cells (cell tubes) and members such as interconnectors. It may be a cylindrical stack bundled (fixed in a bundle).

固体酸化物形燃料電池システム100の運転時(発電中)は、改質器6から出た改質ガスは、中空構造のガス経路16において十分に混合された後、固体酸化物形燃料電池3のそれぞれの内部の中空領域へと均等に分配して供給される。これにより、ガス経路16から出た改質ガスが、固体酸化物形燃料電池3のそれぞれの中空領域内を上昇し、固体酸化物形燃料電池3の発電反応に必要な水素(改質ガス)が固体酸化物形燃料電池3に供給される。   During operation of the solid oxide fuel cell system 100 (during power generation), the reformed gas exiting the reformer 6 is sufficiently mixed in the gas path 16 having a hollow structure, and then the solid oxide fuel cell 3. Are distributed evenly to the hollow regions inside the respective. As a result, the reformed gas exiting from the gas path 16 rises in the respective hollow regions of the solid oxide fuel cell 3, and hydrogen (reformed gas) necessary for the power generation reaction of the solid oxide fuel cell 3. Is supplied to the solid oxide fuel cell 3.

一方、固体酸化物形燃料電池3の発電反応に必要な酸素(発電用空気)は、これらとは別のルートを通じて燃料電池スタック4へと供給される。具体的には、補機収容部2の第1空気供給器11からの発電用空気は、空気予熱器7へ圧送される。空気予熱器7では、空気経路内の発電用空気が、燃焼部5からの排ガスとの熱交換で加熱される。つまり、空気予熱器7は、排ガス経路を構成する流路部材と空気経路を構成する流路部材とが通過する熱交換器を構成する。これにより、常温の発電用空気は、約600℃程度まで加熱される。高温の排ガスは、約300℃程度まで冷却される。なお、排ガスは、図示しない排ガス浄化部を通過し、燃料電池モジュール1の外部に排出される。   On the other hand, oxygen (power generation air) necessary for the power generation reaction of the solid oxide fuel cell 3 is supplied to the fuel cell stack 4 through a route different from these. Specifically, the power generation air from the first air supply unit 11 of the auxiliary equipment storage unit 2 is pumped to the air preheater 7. In the air preheater 7, the power generation air in the air path is heated by heat exchange with the exhaust gas from the combustion unit 5. That is, the air preheater 7 constitutes a heat exchanger through which the flow path member constituting the exhaust gas path and the flow path member constituting the air path pass. Thereby, the room temperature power generation air is heated to about 600 ° C. The hot exhaust gas is cooled to about 300 ° C. The exhaust gas passes through an exhaust gas purification unit (not shown) and is discharged to the outside of the fuel cell module 1.

空気予熱器7から出た高温の発電用空気は、隣り合う固体酸化物形燃料電池3の隙間を上昇し、固体酸化物形燃料電池3の発電反応に必要な酸素が固体酸化物形燃料電池3に供給される。   The high-temperature power generation air from the air preheater 7 rises through the gaps between adjacent solid oxide fuel cells 3, and oxygen necessary for the power generation reaction of the solid oxide fuel cells 3 is solid oxide fuel cells. 3 is supplied.

このようにして、改質ガス及び発電用空気の燃料電池スタック4での上昇中において、改質ガス中の水素及び一酸化炭素と発電用空気中の酸素との間で発電反応が起こり、水蒸気と二酸化炭素ガスが生成され、同時に、起電力が生じる。例えば、改質ガス中の発電成分(水素及び一酸化炭素)のうち、約60%〜80%が発電反応に使用され、約20%〜40%の未利用の発電成分は、燃焼部5で燃焼される。そして、燃焼部5による未利用の改質ガスの燃焼熱が、燃焼部5の上方近傍に設けられた改質器6及び改質器6の上方に設けられた空気予熱器7の加熱に利用される。発電用空気中の酸素は、一般的には約30%が発電反応に使用される。また、未利用の酸素を含む発電用空気は、燃料電池スタック4を上昇した後、燃料集合部20の底面に沿って流れ、燃料集合部20の外周部近傍の空間を通過することで燃焼部5に供給され、燃焼部5で燃焼される。   In this way, during the rise of the reformed gas and power generation air in the fuel cell stack 4, a power generation reaction occurs between hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas and oxygen in the power generation air. And carbon dioxide gas are generated, and at the same time, an electromotive force is generated. For example, about 60% to 80% of power generation components (hydrogen and carbon monoxide) in the reformed gas are used for power generation reaction, and about 20% to 40% of unused power generation components are in the combustion section 5. Burned. Then, the combustion heat of the unused reformed gas by the combustion unit 5 is used for heating the reformer 6 provided near the upper part of the combustion unit 5 and the air preheater 7 provided above the reformer 6. Is done. In general, about 30% of oxygen in power generation air is used for power generation reaction. In addition, after the fuel cell stack 4 rises, the power generation air containing unused oxygen flows along the bottom surface of the fuel assembly portion 20 and passes through the space near the outer peripheral portion of the fuel assembly portion 20, thereby causing the combustion portion. 5 and burned in the combustion section 5.

次に、補機収容部2について説明する。   Next, the auxiliary machine accommodating part 2 is demonstrated.

補機収容部2には、燃料供給器10と、第1空気供給器11と、第2空気供給器12と、水供給器13と、が設けられている。   The auxiliary equipment housing portion 2 is provided with a fuel supply device 10, a first air supply device 11, a second air supply device 12, and a water supply device 13.

燃料供給器10は、改質器6に燃料を供給する。燃料供給器10は、改質器6へ供給する燃料流量を調整する機器であり、例えば、昇圧器及び流量制御器等により構成されるが、昇圧器及び流量制御器のいずれか一方で構成されても構わない。昇圧器として、例えば、定容積型ポンプ等が用いられるが、これに限定されるものではない。流量制御器として、例えば、流量制御弁等が用いられるが、これに限定されるものではない。流量制御弁として、例えば、電磁弁等を例示できる。なお、燃料は燃料供給源より供給される。燃料供給源は、所定の供給圧を備える。燃料供給源として、例えば、燃料ボンベ、燃料インフラ等を例示できる。   The fuel supplier 10 supplies fuel to the reformer 6. The fuel supply device 10 is a device that adjusts the flow rate of the fuel supplied to the reformer 6, and includes, for example, a booster and a flow rate controller, but is configured with either the booster or the flow rate controller. It doesn't matter. For example, a constant displacement pump or the like is used as the booster, but is not limited thereto. For example, a flow rate control valve or the like is used as the flow rate controller, but is not limited thereto. Examples of the flow control valve include an electromagnetic valve. The fuel is supplied from a fuel supply source. The fuel supply source has a predetermined supply pressure. Examples of the fuel supply source include a fuel cylinder and a fuel infrastructure.

第1空気供給器11は、固体酸化物形燃料電池3に発電用空気を供給する。なお、本実施形態では、第1空気供給器11からの発電用空気は、空気予熱器7を経て固体酸化物形燃料電池3へと供給される。第1空気供給器11は、固体酸化物形燃料電池3へ供給する空気流量を調整する機器であり、例えば、昇圧器及び流量制御器等により構成される。昇圧器として、例えば、ブロア等が用いられるが、これに限定されるものではない。流量制御器として、例えば、流量制御弁等が用いられるが、これに限定されるものではない。流量制御弁として、例えば、電磁弁等を例示できる。   The first air supplier 11 supplies power generation air to the solid oxide fuel cell 3. In the present embodiment, the power generation air from the first air supplier 11 is supplied to the solid oxide fuel cell 3 via the air preheater 7. The first air supply unit 11 is a device that adjusts the flow rate of air supplied to the solid oxide fuel cell 3 and includes, for example, a booster and a flow rate controller. For example, a blower or the like is used as the booster, but is not limited thereto. For example, a flow rate control valve or the like is used as the flow rate controller, but is not limited thereto. Examples of the flow control valve include an electromagnetic valve.

第2空気供給器12は、改質器6に改質用空気を供給する。第2空気供給器12は、改質器6へ供給する空気流量を調整する機器であり、例えば、昇圧器及び流量制御器等により構成される。昇圧器として、例えば、ブロア等が用いられるが、これに限定されるものではない。流量制御器として、例えば、流量制御弁等が用いられるが、これに限定されるものではない。流量制御弁として、例えば、電磁弁等を例示できる。   The second air supplier 12 supplies reforming air to the reformer 6. The second air supply device 12 is a device that adjusts the flow rate of air supplied to the reformer 6, and includes, for example, a booster and a flow rate controller. For example, a blower or the like is used as the booster, but is not limited thereto. For example, a flow rate control valve or the like is used as the flow rate controller, but is not limited thereto. Examples of the flow control valve include an electromagnetic valve.

なお、上記では、第1空気供給器11及び第2空気供給器12がそれぞれ、昇圧器及び流量制御器で構成されている例を説明したが、これに限定されない。例えば、改質用空気及び発電用空気が、単一の昇圧器(例えば、ブロア等)、空気分配経路及び空気分配器(例えば、分配弁等)等を用いて供給される場合は、第1空気供給器11及び第2空気供給器12のうちの一方が昇圧器で構成され、他方が空気分配器で構成される。   In the above description, the example in which the first air supply device 11 and the second air supply device 12 are each configured by a booster and a flow rate controller has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, when the reforming air and the power generation air are supplied using a single booster (for example, a blower), an air distribution path and an air distributor (for example, a distribution valve), etc., the first One of the air supplier 11 and the second air supplier 12 is constituted by a booster, and the other is constituted by an air distributor.

水供給器13は、改質器6に改質水を供給する。水供給器13は、改質器6へ供給する水流量を調整する機器であり、例えば、昇圧器及び流量制御器等により構成される。昇圧器として、例えば、定容積型ポンプ等が用いられるが、これに限定されるものではない。流量制御器として、例えば、流量制御弁等が用いられるが、これに限定されるものではない。流量制御弁として、例えば、電磁弁等を例示できる。なお、改質水は、水自立運転の場合は、排ガスから回収された水を貯える図示しない凝縮水タンクから供給されてもよい。また、改質水は、水インフラ等の水供給源から、図示しない水浄化部を経て供給されてもよい。   The water supplier 13 supplies the reforming water to the reformer 6. The water supply device 13 is a device that adjusts the flow rate of water supplied to the reformer 6, and includes, for example, a booster and a flow rate controller. For example, a constant displacement pump or the like is used as the booster, but is not limited thereto. For example, a flow rate control valve or the like is used as the flow rate controller, but is not limited thereto. Examples of the flow control valve include an electromagnetic valve. In the case of water self-sustained operation, the reformed water may be supplied from a condensate water tank (not shown) that stores water recovered from the exhaust gas. Further, the reformed water may be supplied from a water supply source such as a water infrastructure via a water purification unit (not shown).

制御器50は、燃料供給器10、第1空気供給器11、第2空気供給器12及び着火器8を制御する。具体的には、制御器50は、固体酸化物形燃料電池システム100の起動時に、燃料及び発電用空気を供給することで燃料集合部20の燃料濃度が所定値以上となるように燃料供給器10及び第1空気供給器11を制御し、改質用空気の供給の開始又は供給量の増加を行うように第2空気供給器12を制御した後、燃料集合部20から燃焼部5に吹き出すガスに着火させるように着火器8を制御する。   The controller 50 controls the fuel supplier 10, the first air supplier 11, the second air supplier 12, and the igniter 8. Specifically, the controller 50 supplies the fuel and power generation air when starting the solid oxide fuel cell system 100 so that the fuel concentration of the fuel assembly 20 becomes a predetermined value or more. 10 and the first air supply 11 are controlled, and after the second air supply 12 is controlled so as to start the supply of reforming air or increase the supply amount, the fuel is blown out from the fuel assembly 20 to the combustion unit 5. The igniter 8 is controlled so as to ignite the gas.

制御器50は、制御機能を有するものであれば、どのような構成であってもよい。制御器50は、例えば、演算処理部(図示せず)と、制御プログラムを記憶する記憶部(図示せず)とを備えてもよい。演算処理部として、例えば、演算回路(図示せず)等を例示できる。演算回路としては、例えば、MPU(マイクロプロセッサ)、CPU等を例示できる。記憶部として、例えば、記憶回路(図示せず)等を例示できる。記憶回路としては、例えば、半導体メモリー等を例示できる。制御器50は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもいいし、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもいい。   The controller 50 may have any configuration as long as it has a control function. For example, the controller 50 may include an arithmetic processing unit (not shown) and a storage unit (not shown) that stores a control program. Examples of the arithmetic processing unit include an arithmetic circuit (not shown). Examples of the arithmetic circuit include an MPU (microprocessor) and a CPU. Examples of the storage unit include a storage circuit (not shown). Examples of the memory circuit include a semiconductor memory. The controller 50 may be composed of a single controller that performs centralized control, or may be composed of a plurality of controllers that perform distributed control in cooperation with each other.

[動作]
以下、図面を用いて、本実施形態の固体酸化物形燃料電池システム100の起動時の動作について説明する。なお、ここでは、燃料として日本の都市ガス「13A」(都市ガス「13A」の組成比は、例えば、CH4:88.9%、C2H6:6.8%、C3H8:3.1%、C4H10:1.2%)を用い、着火器8として着火ヒーターを用いる場合について説明する。
[Operation]
Hereafter, the operation | movement at the time of starting of the solid oxide fuel cell system 100 of this embodiment is demonstrated using drawing. Here, as a fuel, Japanese city gas “13A” (composition ratio of city gas “13A” is, for example, CH 4 : 88.9%, C 2 H 6 : 6.8%, C 3 H 8 : 3.1%, C 4 H 10 : 1.2%), and a case where an ignition heater is used as the igniter 8 will be described.

図2は、実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの起動時の動作の一例を示すタイムチャートである。図3は、実施形態の固体酸化物形燃料電池システムの起動時の動作の一例を示すフローチャートである。   FIG. 2 is a time chart showing an example of the operation at the time of starting the solid oxide fuel cell system of the embodiment. FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of an operation at the time of starting the solid oxide fuel cell system according to the embodiment.

なお、制御器50における制御プログラムの実行により、以下の動作が行われる。   In addition, the following operation | movement is performed by execution of the control program in the controller 50. FIG.

まず、ステップS1で、固体酸化物形燃料電池システムのプリパージが行われる。これにより、固体酸化物形燃料電池システム100内に残留している種々のガスが、システム外へ排気される。具体的には、図2に示すように、燃料電池モジュール1への燃料供給は停止され、一定のプリパージ時間、発電用空気及び改質用空気がそれぞれ、燃料電池モジュール1へ所定の流量で供給される。なお、このプリパージ時間の経過後、燃料電池モジュール1への改質用空気の供給は停止される。発電用空気は継続的に供給される。   First, in step S1, a pre-purge of the solid oxide fuel cell system is performed. As a result, various gases remaining in the solid oxide fuel cell system 100 are exhausted outside the system. Specifically, as shown in FIG. 2, the fuel supply to the fuel cell module 1 is stopped, and a predetermined pre-purge time, power generation air and reforming air are supplied to the fuel cell module 1 at a predetermined flow rate. Is done. Note that the supply of reforming air to the fuel cell module 1 is stopped after the elapse of the pre-purge time. Power generation air is continuously supplied.

次に、ステップS2で、着火ヒーターが始動される(通電開始)。   Next, in step S2, the ignition heater is started (energization start).

次に、ステップS3で、燃料電池モジュール1への燃料の供給が開始される。なお、このとき、改質用空気の供給は、停止されているが、図2の二点鎖線で示すように、僅かな量の改質用空気なら、供給しても構わない。   Next, in step S3, supply of fuel to the fuel cell module 1 is started. At this time, the supply of the reforming air is stopped, but as shown by a two-dot chain line in FIG. 2, a small amount of the reforming air may be supplied.

燃料の流量が、所定の流量(例えば、2.5NL/min程度)に設定される場合、改質用空気の流量が、例えば、0.1NL/min程度の微量であれば、燃料濃度は90%以上となる。要は、燃料の可燃範囲の上限値(都市ガス「13A」の場合は、15vol%程度)比べ、十分に高濃度の燃料を供給できるのであれば、必ずしも、改質用空気の供給を停止していなくても構わない。   When the flow rate of the fuel is set to a predetermined flow rate (for example, about 2.5 NL / min), the fuel concentration is 90 if the flow rate of the reforming air is a very small amount, for example, about 0.1 NL / min. % Or more. In short, if the fuel can be supplied at a sufficiently high concentration compared to the upper limit of the flammable range of fuel (about 15 vol% for city gas “13A”), the supply of reforming air is not necessarily stopped. It doesn't have to be.

そして、ステップS4で、所定時間が経過したか否かが判定される。所定時間が経過していない場合、そのままの状態が継続される。所定時間が経過すると、次のステップS5へ進む。ステップS4の所定時間は、例えば、約30秒〜120秒の間の所望の時間に設定される。なお、制御器50に組み込まれたタイマー等によりステップS4の経過時間はカウントされる。   In step S4, it is determined whether a predetermined time has elapsed. If the predetermined time has not elapsed, the state is continued. When the predetermined time has elapsed, the process proceeds to the next step S5. The predetermined time in step S4 is set to a desired time between about 30 seconds and 120 seconds, for example. Note that the elapsed time in step S4 is counted by a timer or the like incorporated in the controller 50.

これにより、上記プリパージで燃料集合部20に滞留していた空気は、高濃度の燃料で置換され、燃料集合部20の内の燃料濃度は、図2の一点鎖線で示すように、適時に、燃料の可燃範囲の上限値(都市ガス「13A」の場合は、15vol%程度)を上回る。   Thereby, the air staying in the fuel assembly portion 20 by the pre-purge is replaced with high-concentration fuel, and the fuel concentration in the fuel assembly portion 20 is timely as shown by the one-dot chain line in FIG. It exceeds the upper limit of the flammable range of fuel (in the case of city gas “13A”, about 15 vol%).

次に、ステップS5で、燃料電池モジュール1への改質用空気の供給の開始又は供給量の増加が行われる。つまり、ステップS3で、改質用空気の供給を停止している場合は、改質用空気の供給が開始され、僅かな量の改質用空気の供給している場合は、改質用空気の供給量が増加される。なお、このとき、改質用流量は、例えば、2.5NL/min程度に設定される。   Next, in step S5, supply of reforming air to the fuel cell module 1 is started or the supply amount is increased. That is, when the supply of reforming air is stopped in step S3, the supply of the reforming air is started, and when a small amount of the reforming air is supplied, the reforming air is supplied. The supply amount of is increased. At this time, the reforming flow rate is set to about 2.5 NL / min, for example.

次に、この状態で、着火判定のための時間が経過したか否かが判定され(ステップS6)、本着火判定時間経過の後、燃焼部5の着火を検知できたか否かが判定される(ステップS7)。なお、制御器50に組み込まれたタイマー等によりステップS6の経過時間はカウントされる。また、燃焼部5の着火は、改質器6等に設けられた図示しない温度検知器の検知温度により検知できる。   Next, in this state, it is determined whether or not the time for ignition determination has elapsed (step S6), and it is determined whether or not the ignition of the combustion unit 5 has been detected after the main ignition determination time has elapsed. (Step S7). The elapsed time in step S6 is counted by a timer or the like incorporated in the controller 50. Moreover, the ignition of the combustion part 5 can be detected by the temperature detected by a temperature detector (not shown) provided in the reformer 6 and the like.

燃焼部5の着火が検知された場合は、着火ヒーターの通電が停止され(ステップS8)、その後、固体酸化物形燃料電池システム100の所定の発電モードへ移行する(ステップS9)。燃焼部5の着火が検知されなかった場合は、着火ヒーターの通電が停止され(ステップS10)、その後、固体酸化物形燃料電池システム100の所定の異常処理モードへ移行する(ステップS11)。   When the ignition of the combustion unit 5 is detected, the energization of the ignition heater is stopped (step S8), and then the solid oxide fuel cell system 100 shifts to a predetermined power generation mode (step S9). When the ignition of the combustion unit 5 is not detected, the energization of the ignition heater is stopped (Step S10), and then the solid oxide fuel cell system 100 shifts to a predetermined abnormality processing mode (Step S11).

以上により、本実施形態では、従来に比べ、固体酸化物形燃料電池システム100の起動時の燃焼部5の着火特性を改善し、燃焼部5の着火時に逆火等が発生することを抑制し得る。   As described above, this embodiment improves the ignition characteristics of the combustion unit 5 at the start-up of the solid oxide fuel cell system 100 and suppresses the occurrence of backfire or the like when the combustion unit 5 is ignited. obtain.

従来の着火シーケンスでは、燃料の供給の開始と同時に、改質用空気の供給が開始されている(例えば、燃料の流量が、2.5NL/min、改質用空気の流量が2.5NL/min)。この場合、燃料濃度は、約50%前後である。ここで、燃料供給ライン上の固体酸化物形燃料電池3、改質器6、これらの接続配管及び燃料集合部20の内容積のトータル量は、数リットルにも達し、ここに、プリパージでの空気が満たされている。よって、燃料供給ラインを流れる燃料は、燃料濃度が約50%から更に燃料供給ライン内の空気で希薄化されるので、25%未満の濃度の希薄燃料となり得る。よって、図2の点線で示すように、燃焼部5の着火時に、燃料集合部20内の燃料濃度が可燃範囲(都市ガス「13A」の場合は、約5%〜15vol%)内に入る恐れがある。この場合、燃焼部5の着火時のような脈動等が伴う不安定なガス流動状態では、炎口21からの火炎が、燃料集合部20内への逆火となる可能性がある。   In the conventional ignition sequence, the supply of reforming air is started simultaneously with the start of fuel supply (for example, the flow rate of fuel is 2.5 NL / min and the flow rate of reforming air is 2.5 NL / min. min). In this case, the fuel concentration is about 50%. Here, the total volume of the solid oxide fuel cell 3 on the fuel supply line, the reformer 6, the connecting pipes of these, and the internal volume of the fuel assembly 20 reaches several liters. The air is full. Therefore, the fuel flowing through the fuel supply line is diluted with the air in the fuel supply line from about 50% of the fuel concentration, so that it can become a lean fuel having a concentration of less than 25%. Therefore, as shown by the dotted line in FIG. 2, when the combustion part 5 is ignited, the fuel concentration in the fuel assembly part 20 may fall within the combustible range (about 5% to 15 vol% in the case of city gas “13A”). There is. In this case, in an unstable gas flow state accompanied by pulsation or the like such as when the combustion part 5 is ignited, there is a possibility that the flame from the flame port 21 becomes a backfire into the fuel assembly part 20.

これに対して、本実施形態では、ステップS3−S4の高濃度の燃料供給により、燃料供給ライン上、特に、燃料集合部20内に、プリパージでの空気が滞留していたとしても、燃料集合部20内の燃料濃度が可燃範囲内に入っている状態で、燃焼部5が着火することを抑制できる。これは以下の理由による。   On the other hand, in the present embodiment, even if air in the pre-purge stays on the fuel supply line, particularly in the fuel assembly portion 20 due to the high concentration fuel supply in steps S3 to S4, the fuel assembly It is possible to suppress the ignition of the combustion part 5 in a state where the fuel concentration in the part 20 is within the combustible range. This is due to the following reason.

本実施形態では、固体酸化物形燃料電池システム100の起動時、固体酸化物形燃料電池3を通過した燃料は、高濃度(例えば、燃料の流量が2.5NL/min、改質用空気の流量が0.1NL/minの場合の燃料濃度は90%以上)である。よって、燃料集合部20に残留した空気(容積約1リットル程度)によって燃料が希薄化された場合でも、燃焼部5の着火時に、燃料濃度は、可燃範囲の上限値(都市ガス「13A」の場合は、約15vol%)以上を確保し得る。また、燃料流量と燃料集合部20の容積から算出される燃料集合部20内の空気の置換時間は、約15秒程度である。よって、燃焼部5の着火を燃料供給開始時から十分に遅延させることで(例えば、燃料供給の開始時から30秒〜60秒経過後)、燃料集合部20の空気が燃料で完全に置換される。よって、図2の一点鎖線で示すように、燃焼部5の着火時に、燃料集合部20内の燃料濃度が可燃範囲の上限値を上回ることができる。例えば、燃料集合部20内の燃料濃度は、約50%以上となり得る。   In the present embodiment, when the solid oxide fuel cell system 100 is started, the fuel that has passed through the solid oxide fuel cell 3 has a high concentration (for example, the fuel flow rate is 2.5 NL / min, the reforming air The fuel concentration is 90% or more when the flow rate is 0.1 NL / min). Therefore, even when the fuel is diluted by air remaining in the fuel assembly 20 (volume of about 1 liter), the fuel concentration is the upper limit value of the combustible range (city gas “13A”) when the combustion unit 5 is ignited. In this case, about 15 vol%) or more can be secured. The replacement time of air in the fuel assembly 20 calculated from the fuel flow rate and the volume of the fuel assembly 20 is about 15 seconds. Therefore, by sufficiently delaying ignition of the combustion unit 5 from the start of fuel supply (for example, after 30 to 60 seconds have elapsed from the start of fuel supply), the air in the fuel assembly unit 20 is completely replaced with fuel. The Therefore, as shown by the one-dot chain line in FIG. 2, the fuel concentration in the fuel assembly portion 20 can exceed the upper limit value of the combustible range when the combustion portion 5 is ignited. For example, the fuel concentration in the fuel assembly 20 can be about 50% or more.

以上により、本実施形態では、炎口21から燃料集合部20への逆火の発生を適切に抑制できる。   As described above, in the present embodiment, it is possible to appropriately suppress the occurrence of backfire from the flame outlet 21 to the fuel collecting portion 20.

なお、改質用空気の供給が燃焼部5の着火後に開始される場合、燃焼部5の不安定な火炎状態において、炎口21からのガス吹き出し流量が急に増えるので、排ガスが、高濃度の一酸化炭素(数百ppm以上)を含む可能性がある。また、改質用空気を供給しない場合(つまり、発電用空気と燃料とによる燃焼部5での拡散燃焼を行う場合)、燃焼部5の不完全燃焼、燃焼部5の発熱量の低下、カーボン析出等が発生する可能性がある。   In addition, when supply of the reforming air is started after the ignition of the combustion unit 5, in the unstable flame state of the combustion unit 5, the gas blowout flow rate from the flame port 21 increases rapidly, so that the exhaust gas has a high concentration. Of carbon monoxide (several hundred ppm or more). Further, when reforming air is not supplied (that is, when diffusion combustion is performed in the combustion unit 5 by power generation air and fuel), incomplete combustion of the combustion unit 5, a reduction in calorific value of the combustion unit 5, carbon Precipitation may occur.

これに対して、本実施形態では、ステップS5で、燃焼部5の着火前の適時に改質用空気の供給の開始又は供給量の増加が行われる。よって、燃焼部5の着火時における燃料集合部20の燃料濃度を高濃度に維持できるとともに、燃焼部5の最適な燃焼も確保できる。   On the other hand, in this embodiment, in step S5, the supply of reforming air is started or the supply amount is increased in a timely manner before the combustion unit 5 is ignited. Therefore, the fuel concentration of the fuel assembly 20 at the time of ignition of the combustion unit 5 can be maintained at a high concentration, and the optimal combustion of the combustion unit 5 can be ensured.

(第1実施例)
実施形態の第1実施例の固体酸化物形燃料電池システム100は、実施形態の固体酸化物形燃料電池システム100において、制御器50は、固体酸化物形燃料電池システム100の起動時に、燃料集合部20の容積以上の量の燃料を燃料集合部20に供給するように燃料供給器10を制御した後、改質用空気の供給の開始又は供給量の増加を行うように第2空気供給器12を制御する。
(First embodiment)
The solid oxide fuel cell system 100 of the first example of the embodiment is different from the solid oxide fuel cell system 100 of the embodiment in that the controller 50 sets the fuel assembly when the solid oxide fuel cell system 100 is started. After controlling the fuel supply device 10 so as to supply the fuel assembly 20 with an amount of fuel equal to or greater than the volume of the unit 20, the second air supply unit starts the supply of reforming air or increases the supply amount. 12 is controlled.

かかる構成によると、燃料集合部20内にプリパージで満たされた空気のほぼ全量が高濃度の燃料で置換されるので、燃料集合部20の燃料濃度を十分に高くなる好適な燃料濃度に到達させることができる。   According to such a configuration, almost all of the air filled in the fuel assembly 20 by the pre-purge is replaced with high-concentration fuel, so that the fuel concentration in the fuel assembly 20 reaches a suitable fuel concentration that is sufficiently high. be able to.

本実施例の固体酸化物形燃料電池システム100は、上記の特徴以外の装置構成及び動作については、実施形態の固体酸化物形燃料電池システム100と同様であるので、これらの説明は省略する。   Since the solid oxide fuel cell system 100 of the present example is the same as the solid oxide fuel cell system 100 of the embodiment in terms of apparatus configuration and operation other than the above-described features, description thereof will be omitted.

(第2実施例)
実施形態の第2実施例の固体酸化物形燃料電池システム100は、実施形態又は実施形態の第1実施例の固体酸化物形燃料電池システム100において、制御器50は、固体酸化物形燃料電池システム100の起動時に、燃料の理論空気比に対して1.4倍以上の量の発電用空気及び改質用空気を供給するように、燃料供給器10、第1空気供給器11及び第2空気供給器12を制御する。
(Second embodiment)
The solid oxide fuel cell system 100 of the second example of the embodiment is the solid oxide fuel cell system 100 of the embodiment or the first example of the embodiment. The controller 50 is a solid oxide fuel cell system. At the start-up of the system 100, the fuel supply device 10, the first air supply device 11, and the second air supply device are configured to supply power generation air and reforming air in an amount of 1.4 times or more the theoretical air ratio of the fuel. The air supplier 12 is controlled.

空気量が、燃料の理論空気比に対して1.4倍未満の場合、燃焼部5の不完全燃焼で排ガスが一酸化炭素を含む可能性があるが、本実施例では、このような可能性を低減できる。但し、空気量が、燃料の理論空気比に対して多過ぎると(例えば、燃料の理論空気比に対して4倍以上の空気量)、燃焼部5の火炎を吹き飛ばす可能性がある。   When the amount of air is less than 1.4 times the theoretical air ratio of fuel, exhaust gas may contain carbon monoxide due to incomplete combustion of the combustion section 5, but in this embodiment, such a possibility is possible. Can be reduced. However, if the amount of air is too large with respect to the theoretical air ratio of the fuel (for example, an amount of air more than four times the theoretical air ratio of the fuel), there is a possibility that the flame of the combustion unit 5 is blown away.

本実施例の固体酸化物形燃料電池システム100は、上記の特徴以外の装置構成及び動作については、実施形態又は実施形態の第1実施例の固体酸化物形燃料電池システム100と同様であるので、これらの説明は省略する。   The solid oxide fuel cell system 100 of this example is the same as the solid oxide fuel cell system 100 of the embodiment or the first example of the embodiment in terms of the apparatus configuration and operation other than the above features. These descriptions are omitted.

(第3実施例)
実施形態の第3実施例の固体酸化物形燃料電池システム100は、実施形態及び実施形態の第1実施例−第2実施例のいずれかの固体酸化物形燃料電池システム100において、燃料及び改質用空気の供給量は、燃料集合部20から燃焼部5へのガス吹き出し速度が、0.15m/s以上、0.4m/s以下の範囲内となるように設定されている。つまり、このようなガス吹き出し速度になるように、燃料及び改質用空気の供給量、炎口21の開口面積等が設定される。
(Third embodiment)
The solid oxide fuel cell system 100 of the third example of the embodiment is the same as that of the solid oxide fuel cell system 100 of any of the first and second examples of the embodiment and the embodiment. The supply amount of the quality air is set so that the gas blowing speed from the fuel collecting unit 20 to the combustion unit 5 is in the range of 0.15 m / s to 0.4 m / s. That is, the supply amount of fuel and reforming air, the opening area of the flame port 21 and the like are set so as to achieve such a gas blowing speed.

上記ガス吹き出し速度が、0.15m/s未満の場合、燃焼部5の着火での炎口21に形成される火炎の火移りが悪くなる可能性があり、0.4m/sを上回る場合、炎口21に火炎が形成されない可能性があるが、本実施例では、このような可能性を低減できる。   When the gas blowing speed is less than 0.15 m / s, there is a possibility that the flame of the flame 21 formed by the ignition of the combustion unit 5 may deteriorate, and when it exceeds 0.4 m / s, Although there is a possibility that no flame is formed at the flame outlet 21, this possibility can be reduced in this embodiment.

本実施例の固体酸化物形燃料電池システム100は、上記の特徴以外の装置構成及び動作については、実施形態及び実施形態の第1実施例−第2実施例のいずれかの固体酸化物形燃料電池システム100と同様であるので、これらの説明は省略する。   The solid oxide fuel cell system 100 according to the present embodiment has a device configuration and operation other than the above-described features. The solid oxide fuel according to any one of the embodiments and the first to second embodiments of the embodiment is used. Since it is the same as that of the battery system 100, description thereof is omitted.

(第4実施例)
実施形態の第4実施例の固体酸化物形燃料電池システム100は、実施形態及び実施形態の第1実施例−第3実施例のいずれかの固体酸化物形燃料電池システム100において、制御器50は、固体酸化物形燃料電池システム100の起動時に、燃料の流量が所定の流量に到達した後に改質用空気の流量が所定の流量に到達するように燃料供給器10及び第2空気供給器12を制御する。
(Fourth embodiment)
The solid oxide fuel cell system 100 of the fourth example of the embodiment is the same as the controller 50 in the solid oxide fuel cell system 100 of any of the first and third examples of the embodiment and the embodiment. The fuel supply device 10 and the second air supply device are configured so that the flow rate of the reforming air reaches the predetermined flow rate after the flow rate of the fuel reaches the predetermined flow rate when the solid oxide fuel cell system 100 is started. 12 is controlled.

かかる構成によると、燃料の流量及び改質用空気の流量がそれぞれ、予め設定された所定の流量(例えば、2.5NL/min)に到達した後に、燃焼部5の着火が行われるので、燃焼部5の着火時の炎口21のガス吹き出し速度の変化が抑制され、燃焼部5の火炎を安定に形成できる。   According to such a configuration, the combustion portion 5 is ignited after the fuel flow rate and the reforming air flow rate reach predetermined flow rates (for example, 2.5 NL / min), respectively. The change of the gas blowing speed of the flame port 21 at the time of ignition of the part 5 is suppressed, and the flame of the combustion part 5 can be formed stably.

本実施例の固体酸化物形燃料電池システム100は、上記の特徴以外の装置構成及び動作については、実施形態及び実施形態の第1実施例−第3実施例のいずれかの固体酸化物形燃料電池システム100と同様であるので、これらの説明は省略する。   The solid oxide fuel cell system 100 according to the present embodiment is the same as that of the embodiment and the first to third embodiments of the device configuration and operation other than the above features. Since it is the same as that of the battery system 100, description thereof is omitted.

(第5実施例)
実施形態の第5実施例の固体酸化物形燃料電池システム100は、実施形態及び実施形態の第1実施例−第4実施例のいずれかの固体酸化物形燃料電池システム100において、制御器50は、固体酸化物形燃料電池システム100の起動時に、燃料の供給の前に、着火器8を始動させる。
(5th Example)
The solid oxide fuel cell system 100 of the fifth example of the embodiment is the same as the controller 50 in the solid oxide fuel cell system 100 of any one of the first example to the fourth example of the embodiment and the embodiment. When the solid oxide fuel cell system 100 is started, the igniter 8 is started before the fuel is supplied.

着火器8が、例えば、着火ヒーター等の場合、着火器8の温度が燃料の発火点温度に到達するには一定の時間がかかる。よって、上記の構成により、着火器8による燃焼部5の着火を適時に行うことができる。例えば、燃料集合部20の燃料濃度が可燃範囲内に入っている状態で、燃焼部5の着火を行うことを抑制できる。また、燃焼部5の着火の遅れにより、未燃の燃料が燃料電池モジュール1の外部へ漏洩することを抑制できる。   When the igniter 8 is, for example, an ignition heater, it takes a certain time for the temperature of the igniter 8 to reach the ignition point temperature of the fuel. Therefore, with the above configuration, the ignition of the combustion unit 5 by the igniter 8 can be performed in a timely manner. For example, it is possible to suppress ignition of the combustion part 5 in a state where the fuel concentration of the fuel assembly part 20 is within the combustible range. Further, it is possible to suppress leakage of unburned fuel to the outside of the fuel cell module 1 due to a delay in ignition of the combustion unit 5.

本実施例の固体酸化物形燃料電池システム100は、上記の特徴以外の装置構成及び動作については、実施形態及び実施形態の第1実施例−第4実施例のいずれかの固体酸化物形燃料電池システム100と同様であるので、これらの説明は省略する。   The solid oxide fuel cell system 100 according to the present embodiment is the same as that of the embodiment and the first to fourth embodiments of the embodiment except for the device configuration and operation other than the above features. Since it is the same as that of the battery system 100, description thereof is omitted.

(第6実施例)
実施形態の第6実施例の固体酸化物形燃料電池システム100は、実施形態及び実施形態の第1実施例−第5実施例のいずれかの固体酸化物形燃料電池システム100において、燃料濃度の所定値は、15vol%以上である。
(Sixth embodiment)
The solid oxide fuel cell system 100 of the sixth example of the embodiment is the same as the solid oxide fuel cell system 100 of any of the first to fifth examples of the embodiment and the embodiment. The predetermined value is 15 vol% or more.

燃料が、例えば、メタンを主成分とする都市ガス「13A」(都市ガス「13A」の組成比は、例えば、CH4:88.9%、C2H6:6.8%、C3H8:3.1%、C4H10:1.2%)の場合、上記のとおり、可燃範囲は、約5%〜15vol%程度である。よって、燃料濃度の所定値を15vol%以上とすることで、燃料集合部20への逆火発生の可能性を適切に低減できる。 The fuel is, for example, city gas “13A” whose main component is methane (the composition ratio of city gas “13A” is, for example, CH 4 : 88.9%, C 2 H 6 : 6.8%, C 3 H 8 : 3.1% , C 4 H 10 : 1.2%), as described above, the flammable range is about 5% to 15 vol%. Therefore, by setting the predetermined value of the fuel concentration to 15 vol% or more, it is possible to appropriately reduce the possibility of backfire occurring in the fuel assembly 20.

本実施例の固体酸化物形燃料電池システム100は、上記の特徴以外の装置構成及び動作については、実施形態及び実施形態の第1実施例−第5実施例のいずれかの固体酸化物形燃料電池システム100と同様であるので、これらの説明は省略する。   The solid oxide fuel cell system 100 according to the present embodiment has a device configuration and operation other than the above-described features. The solid oxide fuel according to any of the embodiments and the first to fifth embodiments of the embodiment is used. Since it is the same as that of the battery system 100, description thereof is omitted.

上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。   From the above description, many modifications and other embodiments of the present disclosure are apparent to persons skilled in the art. Accordingly, the foregoing description is to be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the disclosure. Details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the present disclosure.

本開示の一態様は、従来に比べ、固体酸化物形燃料電池システムの起動時の燃焼部の着火特性を改善し、燃焼部の着火時に逆火等が発生することを抑制し得る。よって、本開示の一態様は、例えば、固体酸化物形燃料電池システムに利用できる。   One aspect of the present disclosure can improve the ignition characteristics of the combustion section when the solid oxide fuel cell system is started up, and can prevent backfire or the like from occurring when the combustion section is ignited. Therefore, one embodiment of the present disclosure can be used in, for example, a solid oxide fuel cell system.

1 :燃料電池モジュール
2 :補機収容部
3 :固体酸化物形燃料電池
4 :燃料電池スタック
5 :燃焼部
6 :改質器
7 :空気予熱器
8 :着火器
10 :燃料供給器
11 :第1空気供給器
12 :第2空気供給器
13 :水供給器
16 :ガス経路
20 :燃料集合部
21 :炎口
50 :制御器
100 :固体酸化物形燃料電池システム
1: Fuel cell module 2: Auxiliary equipment storage unit 3: Solid oxide fuel cell 4: Fuel cell stack 5: Combustion unit 6: Reformer 7: Air preheater 8: Igniter 10: Fuel supplier 11: No. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Air supply device 12: 2nd air supply device 13: Water supply device 16: Gas path 20: Fuel assembly part 21: Flame port 50: Controller 100: Solid oxide fuel cell system

Claims (7)

燃料及び改質用空気を用いて改質ガスを生成する改質器と、
前記改質ガス及び発電用空気を反応させて発電する固体酸化物形燃料電池と、
前記固体酸化物形燃料電池を通過したガスが集合する燃料集合部と、
前記改質器に燃料を供給する燃料供給器と、
前記固体酸化物形燃料電池に発電用空気を供給する第1空気供給器と、
前記改質器に改質用空気を供給する第2空気供給器と、
前記燃料集合部から吹き出すガス、及び発電用空気が燃焼する燃焼部と、
前記燃焼部の着火に用いる着火器と、
前記燃料供給器、前記第1空気供給器、前記第2空気供給器及び前記着火器を制御する制御器と、を備え、
前記制御器は、固体酸化物形燃料電池システムの起動時に、前記燃料及び前記発電用空気を供給することで前記燃料集合部の燃料濃度が所定値以上となるように前記燃料供給器及び前記第1空気供給器を制御し、前記改質用空気の供給の開始又は供給量の増加を行うように前記第2空気供給器を制御した後、前記燃料集合部から前記燃焼部に吹き出すガスに着火させるように前記着火器を制御する固体酸化物形燃料電池システム。
A reformer that generates reformed gas using fuel and reforming air; and
A solid oxide fuel cell that generates electricity by reacting the reformed gas and power generation air; and
A fuel assembly portion where the gas that has passed through the solid oxide fuel cell collects;
A fuel supplier for supplying fuel to the reformer;
A first air supplier for supplying power generation air to the solid oxide fuel cell;
A second air supply for supplying reforming air to the reformer;
A gas blown out from the fuel assembly part, and a combustion part in which power generation air burns;
An igniter used to ignite the combustion section;
A controller for controlling the fuel supplier, the first air supplier, the second air supplier and the igniter;
The controller supplies the fuel and the power generation air when starting the solid oxide fuel cell system so that the fuel concentration in the fuel assembly becomes a predetermined value or more, and the fuel supplier and the first 1 Controlling the air supply device, controlling the second air supply device so as to start supply of the reforming air or increase the supply amount, and then ignite the gas blown from the fuel assembly portion to the combustion portion A solid oxide fuel cell system for controlling the igniter so that the igniter is controlled.
前記制御器は、固体酸化物形燃料電池システムの起動時に、前記燃料集合部の容積以上の量の燃料を前記燃料集合部に供給するように前記燃料供給器を制御した後、前記改質用空気の供給の開始又は供給量の増加を行うように前記第2空気供給器を制御する請求項1に記載の固体酸化物形燃料電池システム。   The controller controls the fuel supply unit so as to supply the fuel assembly unit with an amount of fuel equal to or larger than the volume of the fuel assembly unit when the solid oxide fuel cell system is started up, and then performs the reforming. 2. The solid oxide fuel cell system according to claim 1, wherein the second air supplier is controlled so as to start the supply of air or increase the supply amount. 3. 前記制御器は、固体酸化物形燃料電池システムの起動時に、前記燃料の理論空気比に対して1.4倍以上の量の前記発電用空気及び前記改質用空気を供給するように、前記燃料供給器、前記第1空気供給器及び前記第2空気供給器を制御する請求項1又は2に記載の固体酸化物形燃料電池システム。   The controller supplies the power generation air and the reforming air in an amount of 1.4 times or more with respect to the theoretical air ratio of the fuel when the solid oxide fuel cell system is started up. The solid oxide fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel supplier, the first air supplier, and the second air supplier are controlled. 前記燃料及び前記改質用空気の供給量は、前記燃料集合部から前記燃焼部へのガス吹き出し速度が、0.15m/s以上、0.4m/s以下の範囲内となるように設定されている請求項1〜3のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池システム。   The supply amounts of the fuel and the reforming air are set so that the gas blowing speed from the fuel assembly portion to the combustion portion is in the range of 0.15 m / s to 0.4 m / s. The solid oxide fuel cell system according to any one of claims 1 to 3. 前記制御器は、固体酸化物形燃料電池システムの起動時に、前記燃料の流量が所定の流量に到達した後に前記改質用空気の流量が所定の流量に到達するように前記燃料供給器及び前記第2空気供給器を制御する請求項1〜5のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池システム。   The controller includes the fuel supply unit and the fuel supply unit so that the flow rate of the reforming air reaches a predetermined flow rate after the flow rate of the fuel reaches a predetermined flow rate when the solid oxide fuel cell system is started. The solid oxide fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein the second air supplier is controlled. 前記制御器は、固体酸化物形燃料電池システムの起動時に、前記燃料の供給の前に、前記着火器を始動させる請求項1〜5のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池システム。   The solid oxide fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein the controller starts the igniter before supplying the fuel when the solid oxide fuel cell system is started. 前記燃料濃度の所定値は、15vol%以上である請求項1〜6のいずれかに記載の固体酸化物形燃料電池システム。   The solid oxide fuel cell system according to claim 1, wherein the predetermined value of the fuel concentration is 15 vol% or more.
JP2015086801A 2015-04-21 2015-04-21 Solid oxide type fuel battery system Pending JP2016207413A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015086801A JP2016207413A (en) 2015-04-21 2015-04-21 Solid oxide type fuel battery system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015086801A JP2016207413A (en) 2015-04-21 2015-04-21 Solid oxide type fuel battery system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016207413A true JP2016207413A (en) 2016-12-08

Family

ID=57490213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015086801A Pending JP2016207413A (en) 2015-04-21 2015-04-21 Solid oxide type fuel battery system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016207413A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019026156A1 (en) * 2017-07-31 2019-02-07 日産自動車株式会社 Fuel cell system and control system for same
WO2019026146A1 (en) * 2017-07-31 2019-02-07 日産自動車株式会社 Fuel cell system control method and fuel cell system
WO2024203753A1 (en) * 2023-03-24 2024-10-03 株式会社アイシン Fuel cell system

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019026156A1 (en) * 2017-07-31 2019-02-07 日産自動車株式会社 Fuel cell system and control system for same
WO2019026146A1 (en) * 2017-07-31 2019-02-07 日産自動車株式会社 Fuel cell system control method and fuel cell system
JPWO2019026156A1 (en) * 2017-07-31 2020-07-27 日産自動車株式会社 Fuel cell system and fuel cell system control method
JPWO2019026146A1 (en) * 2017-07-31 2020-07-27 日産自動車株式会社 Fuel cell system control method and fuel cell system
US11024863B2 (en) 2017-07-31 2021-06-01 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system control method and fuel cell system
US11205792B2 (en) 2017-07-31 2021-12-21 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and control method for same
WO2024203753A1 (en) * 2023-03-24 2024-10-03 株式会社アイシン Fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5253134B2 (en) Fuel cell device
JP5643712B2 (en) Fuel cell module
US8927162B2 (en) Solid oxide fuel cell system performing different restart operations depending on operation temperature
JP5441001B2 (en) Solid oxide fuel cell
JP5408994B2 (en) Fuel cell device
JP2015076399A (en) Heating device and heating method for fuel cell and fuel cell system including the heating device
JP2013229228A (en) Fuel cell system
JP2016207413A (en) Solid oxide type fuel battery system
JP2015185213A (en) Fuel battery system
JP2011076941A (en) Solid oxide fuel cell
JP5902581B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP7162170B2 (en) Solid oxide fuel cell system
JP2016012519A (en) Fuel cell system
JP5643711B2 (en) Fuel cell module
JP6960610B2 (en) Fuel cell system and how to operate the fuel cell system
JP5810006B2 (en) Fuel processing system and combustion apparatus for fuel cell
JP2012234689A (en) Fuel cell system
JP2019204774A (en) Fuel cell system
JP7182263B2 (en) Solid oxide fuel cell system
JP2017183267A (en) Fuel cell system
JP6262403B2 (en) Fuel cell system
JP5017845B2 (en) Cogeneration system using fuel cells
JP2016012521A (en) Fuel cell system
JP6444197B2 (en) Fuel cell module
JP2007269538A (en) Reforming apparatus