JP2017162655A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system which can process surplus power, when continuing power generation while interrupting output to a system side load, without enlarging the system.SOLUTION: A fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 10 having a fuel electrode 11 supplied with fuel, a fuel supply system 60 for supplying fuel to the fuel electrode 11, and a carburetor 23 having an electric heater 51 for generating steam by heating water, and supplying steam to the fuel supply system 60, and supplies the power generated from the fuel cell stack 10 to a system side load 42, the fuel cell system further provided with a control section 40 for supplying the generated power to the heater 51, when continuing power generation while interrupting connection with the system side load 42.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system.

発電した電力を系統側の負荷に供給するようにした燃料電池システムには、電力系統の停電を検知すると、系統側負荷への出力を遮断するものがある。系統側負荷への出力を遮断した状態においては、本来燃料電池システムで発電を行う必要はない。しかしながら、発電を停止した場合には、復電時に需用電力まで電力を増大させるのに多大な時間がかかる。このため、この種の燃料電池システムでは、系統電源を切り離した後も待機運転で発電を継続するのが一般的である。待機運転では、定格最大電力より小さく、補機の駆動に必要なアイドリング電力より大きい出力で発電を行うようにしている。この間、補機の駆動に必要なアイドリング電力以外の余剰電力は、余剰電力ヒータで消費していた（たとえば特許文献１参照）。   Some fuel cell systems configured to supply generated power to a system-side load shut off the output to the system-side load when a power failure of the power system is detected. In the state where the output to the system load is cut off, it is not necessary to generate power by the fuel cell system. However, when power generation is stopped, it takes a lot of time to increase the power to the required power at the time of power recovery. For this reason, in this type of fuel cell system, power generation is generally continued in standby operation even after the system power supply is disconnected. In standby operation, power generation is performed with an output smaller than the rated maximum power and larger than the idling power necessary for driving the auxiliary machine. During this time, surplus power other than idling power required for driving the auxiliary machine was consumed by the surplus power heater (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１５−１８６４０８号公報JP 2015-186408 A

しかし、このような燃料電池システムを構築する場合には、余剰電力ヒータを新たに設けなければならないため、開発コストが高くなる、システムが大型化する等の問題があった。   However, when constructing such a fuel cell system, a surplus power heater has to be newly provided, which causes problems such as an increase in development cost and an increase in size of the system.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、システムが大型化することなく、系統側負荷への出力を遮断した状態で発電を継続する場合に余剰電力を処理することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and is a fuel capable of processing surplus power when power generation is continued in a state where output to a system-side load is cut off without increasing the size of the system. An object is to provide a battery system.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックは、燃料が供給される燃料極を有し、前記燃料極に燃料を供給する燃料供給系と、水を加熱することによって水蒸気を発生させる加熱器を有し、前記燃料電池スタックの起動時に前記水蒸気を前記燃料供給系に供給する気化器と、を備え、前記燃料電池スタックで発電した電力を系統側負荷に供給する燃料電池システムであって、前記系統側負荷との接続を遮断した状態で前記発電を継続する場合に、該発電した電力を前記加熱器に供給する制御部を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell stack, and the fuel cell stack includes a fuel electrode to which fuel is supplied. A fuel supply system that supplies water, and a heater that generates water vapor by heating water, and a vaporizer that supplies the water vapor to the fuel supply system when the fuel cell stack is started up. A fuel cell system that supplies power generated by a battery stack to a system load, and supplies the generated power to the heater when the power generation is continued with the connection to the system load disconnected The control part which performs is characterized by the above-mentioned.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、少なくとも前記燃料電池スタックから前記加熱器に電力が供給される場合に、前記水蒸気又は該水蒸気の熱を回収する水蒸気回収装置を備えると良い。   The fuel cell system according to the present invention may further include a water vapor recovery device that recovers the water vapor or the heat of the water vapor when power is supplied from at least the fuel cell stack to the heater.

また、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックは、燃料が供給される燃料極を有し、前記燃料極に燃料を供給する燃料供給系と、水を加熱することによって水蒸気を発生させる加熱器を有し、前記燃料電池スタックの起動時に前記水蒸気を前記燃料供給系に供給する気化器と、を備え、前記燃料電池スタックで発電した電力を系統側負荷に供給する燃料電池システムであって、前記発電した電力の供給先を前記系統側負荷と前記加熱器との間で切り換える出力先切換部を備えることを特徴とする。   The fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell stack, the fuel cell stack having a fuel electrode to which fuel is supplied, a fuel supply system for supplying fuel to the fuel electrode, and heating water. And a vaporizer that supplies the water vapor to the fuel supply system when the fuel cell stack is started, and supplies the power generated by the fuel cell stack to a system-side load. The fuel cell system further includes an output destination switching unit that switches a supply destination of the generated power between the system load and the heater.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、前記系統側負荷との接続を遮断した状態で前記発電を継続する場合に、定格の発電量の３０％以上〜１００％未満の部分負荷運転を行うと良い。   Further, in the fuel cell system according to the present invention, when the power generation is continued in a state where the connection with the system load is cut off, a partial load operation of 30% to less than 100% of the rated power generation amount is performed. good.

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックは、固体酸化物形燃料電池を用いていると良い。   In the fuel cell system according to the present invention, the fuel cell stack may be a solid oxide fuel cell.

これらの構成によれば、停電時等において系統側負荷への出力を遮断した状態で発電を継続させる場合に、新たな構成を設けることなく、即ち装置を大型化することなく、余剰電力を処理することができる。   According to these configurations, when power generation is continued with the output to the system side load interrupted at the time of a power failure or the like, surplus power is processed without providing a new configuration, that is, without increasing the size of the device. can do.

図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの概要を示した概要図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an overview of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図２は、図１に示した燃料電池システムの制御部が実施する処理の内容を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing the contents of processing performed by the control unit of the fuel cell system shown in FIG.

以下に添付図面を参照して、本発明に係る燃料電池システムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複した説明を適宜省略する。   Exemplary embodiments of a fuel cell system according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by the following embodiment. In the drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals as appropriate, and repeated descriptions are omitted as appropriate.

図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１の概要を示した概要図である。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、燃料供給装置２１と、脱硫器２２と、気化器２３と、循環ブロワ２４と、空気ブロワ２５と、空気加熱器２６と、排熱回収装置２７と、水蒸気回収装置２８と、出力先切換部３２と、制御部４０とを備えている。   FIG. 1 is a schematic diagram showing an overview of a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention. The fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 10, a fuel supply device 21, a desulfurizer 22, a vaporizer 23, a circulation blower 24, an air blower 25, an air heater 26, and an exhaust heat recovery device 27. The steam recovery device 28, the output destination switching unit 32, and the control unit 40 are provided.

燃料電池スタック１０は、例えば円筒形の発電セルを複数本束ねた構成や矩形平板の発電セルを複数積層した構成等、公知の構成を用いることができる。本実施形態の燃料電池スタック１０には、燃料極（アノード）１１と空気極（カソード）１２との間に電解質としてイオン伝導性セラミックスを介在させた固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を用いている。   The fuel cell stack 10 may use a known configuration such as a configuration in which a plurality of cylindrical power generation cells are bundled or a configuration in which a plurality of rectangular flat power generation cells are stacked. The fuel cell stack 10 of the present embodiment uses a solid oxide fuel cell (SOFC) in which an ion conductive ceramic is interposed as an electrolyte between a fuel electrode (anode) 11 and an air electrode (cathode) 12. Yes.

燃料供給装置２１は、燃料供給ラインＬ１１，Ｌ１２及び脱硫器２２を介してアノード１１に都市ガス等の燃料ガスを供給する装置である。脱硫器２２は、供給される原燃料ガスを脱硫する装置である。本実施の形態では、燃料供給装置２１、燃料供給ラインＬ１１，Ｌ１２及び脱硫器２２が、燃料供給系６０を構成している。   The fuel supply device 21 is a device that supplies fuel gas such as city gas to the anode 11 through the fuel supply lines L11 and L12 and the desulfurizer 22. The desulfurizer 22 is a device that desulfurizes the supplied raw fuel gas. In the present embodiment, the fuel supply device 21, the fuel supply lines L 11 and L 12, and the desulfurizer 22 constitute a fuel supply system 60.

気化器２３は、水供給源からバルブＶ３を介して送られてきた水を加熱器５１によって加熱し水蒸気を生成するものである。加熱器５１として、電気ヒータや誘導加熱器などの加熱手段を用いることができる。この気化器２３には、水蒸気供給ラインＬ２２を介して、バルブＶ１を有した水蒸気供給ラインＬ２４と、バルブＶ２を有した水蒸気供給ラインＬ２３とが接続されており、生成された水蒸気が燃料供給ラインＬ１２と、さらに水蒸気回収装置２８とに分岐供給される。水蒸気回収装置２８は、供給された水蒸気の熱を回収するものである。   The vaporizer 23 heats the water sent from the water supply source via the valve V3 by the heater 51 to generate water vapor. As the heater 51, heating means such as an electric heater or an induction heater can be used. A steam supply line L24 having a valve V1 and a steam supply line L23 having a valve V2 are connected to the vaporizer 23 via a steam supply line L22, and the generated steam is used as a fuel supply line. L12 and the water vapor recovery device 28 are further branched and supplied. The steam recovery device 28 recovers the heat of the supplied steam.

循環ブロワ２４は、アノード１１から排気された燃料ガスを燃料排気ラインＬ３１，燃料排気ラインＬ３２，燃料供給ラインＬ１２を介して再びアノード１１に戻すものである。   The circulation blower 24 returns the fuel gas exhausted from the anode 11 to the anode 11 again through the fuel exhaust line L31, the fuel exhaust line L32, and the fuel supply line L12.

空気ブロワ２５は、空気供給ラインＬ４１を介してカソード１２に接続され、空気をカソード１２に供給する。空気加熱器２６は、空気供給ラインＬ４１と並列に配設され、カソード１２に送る空気を加熱できるようになっている。   The air blower 25 is connected to the cathode 12 via the air supply line L41, and supplies air to the cathode 12. The air heater 26 is arranged in parallel with the air supply line L41 and can heat the air sent to the cathode 12.

排熱回収装置２７は、空気排気ラインＬ５１を介してカソード１２と接続しており、カソード１２から排気された排気空気から熱を回収し、排気を行う。排熱回収装置２７は、燃料排気ラインＬ３３を介してアノード１１と接続され、アノード１１から排気された燃料ガスからも熱の回収を行う。   The exhaust heat recovery device 27 is connected to the cathode 12 via the air exhaust line L51, recovers heat from the exhaust air exhausted from the cathode 12, and exhausts it. The exhaust heat recovery device 27 is connected to the anode 11 via the fuel exhaust line L33, and also recovers heat from the fuel gas exhausted from the anode 11.

出力先切換部３２は、与えられた制御信号に基づいて、燃料電池スタック１０で発電した電力の供給先を、気化器２３（加熱器５１）と電力系統４１（系統側負荷４２）との間で切り換える切り換えスイッチである。電力系統４１には、電力系統４１における系統側負荷４２への送電状態、つまり送電中であるか停電中であるかを検出し、その検出結果を制御部４０に通知する送電状態検出部３３が設けられている。   Based on the given control signal, the output destination switching unit 32 determines the supply destination of the power generated by the fuel cell stack 10 between the vaporizer 23 (heater 51) and the power system 41 (system side load 42). This is a changeover switch that is switched with. The power system 41 includes a power transmission state detection unit 33 that detects a power transmission state to the system side load 42 in the power system 41, that is, whether the power transmission is in progress or a power failure, and notifies the control unit 40 of the detection result. Is provided.

制御部４０は、送電状態検出部３３からの検出信号に基づいて、上述した出力先切換部３２、燃料供給装置２１、循環ブロワ２４、気化器２３、バルブＶ１〜Ｖ３、水蒸気回収装置２８、空気加熱器２６、空気ブロワ２５の駆動を制御するものである。制御部４０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の処理装置にプログラムを実行させること、すなわち、ソフトウェアにより実現しても良いし、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアにより実現しても良いし、ソフトウェア及びハードウェアを併用して実現しても良い。   Based on the detection signal from the power transmission state detection unit 33, the control unit 40 outputs the output destination switching unit 32, the fuel supply device 21, the circulation blower 24, the carburetor 23, the valves V1 to V3, the water vapor recovery device 28, the air. The drive of the heater 26 and the air blower 25 is controlled. For example, the control unit 40 causes a processing device such as a CPU (Central Processing Unit) to execute a program, that is, may be realized by software, or may be realized by hardware such as an IC (Integrated Circuit). However, it may be realized by using software and hardware together.

以下、図２のフローチャートを参照しつつ、制御部４０が実施する制御の内容について説明する。   Hereinafter, the contents of the control performed by the control unit 40 will be described with reference to the flowchart of FIG.

制御部４０は、燃料電池システム１が起動されると起動運転を行う（ステップＳ２０１）。起動運転は、燃料電池システム１の起動時から燃料電池システム１の発電電力が所定の電力まで上がる間にのみ行う運転である。制御部４０は、燃料電池システム１の起動時における所定期間、バルブＶ１を閉、バルブＶ２，Ｖ３を開とするとともに、気化器２３を動作させ、燃料供給ラインＬ１２に水蒸気を供給する。燃料供給ラインＬ１２もしくはアノード１１上では、脱硫されたガスと水蒸気による水蒸気改質反応が進行し、水素を含む改質燃料が生成される。   When the fuel cell system 1 is activated, the control unit 40 performs the activation operation (step S201). The startup operation is an operation that is performed only during the period from when the fuel cell system 1 is started to when the power generated by the fuel cell system 1 rises to a predetermined level. The control unit 40 closes the valve V1 and opens the valves V2 and V3 and operates the vaporizer 23 to supply water vapor to the fuel supply line L12 for a predetermined period when the fuel cell system 1 is activated. On the fuel supply line L12 or the anode 11, a steam reforming reaction with the desulfurized gas and water vapor proceeds to produce a reformed fuel containing hydrogen.

起動から所定期間が経過した後においては、アノード１１において水蒸気が生成されるので、気化器２３から水蒸気を導入する必要がなくなる。従って、制御部４０は、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３を閉とするとともに、気化器２３を停止させる。   After a predetermined period of time has elapsed since startup, water vapor is generated at the anode 11, so that it is not necessary to introduce water vapor from the vaporizer 23. Therefore, the control unit 40 closes the valves V1, V2, and V3 and stops the vaporizer 23.

制御部４０は、燃料電池システム１起動時の所定期間、空気加熱器２６を作動させる。空気ブロワ２５から導入される空気は、燃料電池システム１起動時の所定期間において、空気供給ラインＬ４１，Ｌ４２を介して空気加熱器２６に導入され、加熱される。加熱された空気は、空気供給ラインＬ４３，Ｌ４１を介してカソード１２に供給される。   The controller 40 operates the air heater 26 for a predetermined period when the fuel cell system 1 is activated. The air introduced from the air blower 25 is introduced into the air heater 26 via the air supply lines L41 and L42 and heated during a predetermined period when the fuel cell system 1 is activated. The heated air is supplied to the cathode 12 through the air supply lines L43 and L41.

燃料電池システム１起動時の所定期間を過ぎたら、制御部４０は、空気加熱器２６を停止させる。従って、空気ブロワ２５から導入される空気は、加熱されずに空気供給ラインＬ４１を介してカソード１２に供給される。   When the predetermined period at the time of starting the fuel cell system 1 has passed, the control unit 40 stops the air heater 26. Therefore, the air introduced from the air blower 25 is supplied to the cathode 12 through the air supply line L41 without being heated.

このように、燃料電池スタック１０は、燃料極１１に燃料ガス（水素を含む）が供給され、空気極１２に空気（酸素）が供給されることで、水素と酸素との電気化学反応により、発電する。   Thus, the fuel cell stack 10 is supplied with fuel gas (including hydrogen) at the fuel electrode 11 and supplied with air (oxygen) at the air electrode 12, thereby causing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Generate electricity.

制御部４０は、所定の発電電力になったら、起動運転を終了し、連系運転を行う（ステップＳ２０２）。連系運転は、系統電源と連系し、系統側負荷４２に電力を供給する運転である。つまり、連係運転において制御部４０は、燃料電池システム１の発電量を需用電力に応じて制御する。発電量の制御は、例えば、空気ブロワ２５による空気供給量及び燃料供給装置２１による原燃料供給量を制御するとともに、再循環ブロワによる排気された燃料ガスの戻り量の制御も行う。   When the predetermined generated power is generated, the control unit 40 ends the start-up operation and performs the interconnection operation (step S202). The interconnection operation is an operation in which electric power is supplied to the grid-side load 42 by being linked to the grid power supply. That is, in the linked operation, the control unit 40 controls the power generation amount of the fuel cell system 1 according to the demand power. For example, the power generation amount is controlled by controlling the air supply amount by the air blower 25 and the raw fuel supply amount by the fuel supply device 21 and also the return amount of the exhausted fuel gas by the recirculation blower.

制御部４０は、連系運転中、送電状態検出部３３の動作に基づいて、停電が起きたかどうか監視している（ステップＳ２０３）。制御部４０は、停電が起きていない場合（ステップＳ２０３，Ｎｏ）、連系運転を継続する（ステップＳ２０２）。制御部４０は、停電を検出したら（ステップＳ２０３，Ｙｅｓ）、出力先切換部３２に出力先を切り換える信号を送り、燃料電池スタック１０の接続先を系統側負荷４２から気化器２３（加熱器５１）に切り換え、待機運転を行う（ステップＳ２０４，Ｓ２０５）。待機運転は、停電時等の電力系統４１と解列し、電力の供給先を気化器２３とした運転である。   The control unit 40 monitors whether a power failure has occurred during the grid operation based on the operation of the power transmission state detection unit 33 (step S203). When the power failure has not occurred (step S203, No), the control unit 40 continues the interconnection operation (step S202). When detecting a power failure (step S203, Yes), the control unit 40 sends a signal for switching the output destination to the output destination switching unit 32, and connects the connection destination of the fuel cell stack 10 from the system load 42 to the vaporizer 23 (the heater 51). ) To perform standby operation (steps S204 and S205). The standby operation is an operation in which the power supply destination is disconnected from the power system 41 during a power failure or the like, and the power supply destination is the vaporizer 23.

制御部４０は、バルブＶ３を開とするとともに、気化器２３、水蒸気回収装置２８を作動させる。制御部４０は、バルブＶ１を開、バルブＶ２は閉とし、気化器２３で発生する水蒸気が水蒸気回収装置２８に導入されるようにする。従って、気化器２３で発生する水蒸気は、燃料電池スタック１０における発電に影響を与えない。   The control unit 40 opens the valve V3 and operates the vaporizer 23 and the water vapor recovery device 28. The control unit 40 opens the valve V1 and closes the valve V2 so that water vapor generated in the vaporizer 23 is introduced into the water vapor recovery device 28. Therefore, the water vapor generated in the vaporizer 23 does not affect the power generation in the fuel cell stack 10.

制御部４０は、燃料電池システム１の定格の発電量の３０％以上〜１００％未満の部分負荷運転を行う。制御部４０は、定格の３０％〜５０％の発電量の運転において、気化器２３からの水蒸気の供給はしないが、空気加熱器２６による空気の加熱は行う。制御部４０は、定格の５０％〜１００％未満の発電量の運転において、気化器２３からの水蒸気の供給及び、空気加熱器２６による空気の加熱は行わない。   The control unit 40 performs partial load operation of 30% to less than 100% of the rated power generation amount of the fuel cell system 1. The controller 40 does not supply water vapor from the vaporizer 23 but operates to heat the air with the air heater 26 in the operation with the power generation amount of 30% to 50% of the rated value. The controller 40 does not supply water vapor from the vaporizer 23 or heat the air by the air heater 26 in an operation with a power generation amount of 50% to less than 100% of the rating.

制御部４０は、停電が解消され、復電したかどうかを送電状態検出部３３の動作に基づいて監視している（ステップＳ２０６）。制御部４０は、復電されていない場合（ステップＳ２０６，Ｎｏ）、待機運転を継続する（ステップＳ２０５）。制御部４０は、復電を検出したら（ステップＳ２０６，Ｙｅｓ）、出力先切換部３２に出力先を切り換える信号を送り、燃料電池スタック１０の接続先を気化器２３から系統側負荷４２に切り換える（ステップＳ２０７）。燃料電池スタック１０と気化器２３との接続は遮断され、燃料電池スタック１０が発電した電力が系統側負荷４２に供給されるようになる。制御部４０は、バルブＶ３を閉とするとともに、気化器２３、水蒸気回収装置２８を停止させる。制御部４０は、バルブＶ１、バルブＶ２を閉とする。その後、制御部４０は、連系運転を行う（ステップＳ２０２）。以降、繰り返しである。   The controller 40 monitors whether the power failure has been resolved and the power has been restored based on the operation of the power transmission state detector 33 (step S206). When the power is not restored (No at Step S206), the control unit 40 continues the standby operation (Step S205). When the power recovery is detected (step S206, Yes), the control unit 40 sends a signal for switching the output destination to the output destination switching unit 32, and switches the connection destination of the fuel cell stack 10 from the carburetor 23 to the system load 42 ( Step S207). The connection between the fuel cell stack 10 and the vaporizer 23 is cut off, and the power generated by the fuel cell stack 10 is supplied to the system load 42. The control unit 40 closes the valve V3 and stops the vaporizer 23 and the water vapor recovery device 28. The control unit 40 closes the valves V1 and V2. Thereafter, the control unit 40 performs an interconnected operation (step S202). Thereafter, it is repeated.

このように、燃料電池システム１は、停電時等の電力系統４１解列時も高温での発電を継続するので、復電時等に連系運転に復帰した場合に短時間で所定の電力を供給することができる。また、停電時等の電力系統４１解列時に発電した電力は、気化器２３において消費されるので、新たに電力を消費する装置を設けることなく、即ち、システムを大型化することなく、電力系統４１解列時の余剰電力を消費することができる。また、気化器２３で発生する水蒸気は、水蒸気回収装置２８にて回収され、燃料電池スタック１０における発電に影響を与えないので、安定して発電を行うことができる。気化器２３で発生する水蒸気は、水蒸気回収装置２８にて熱を回収できるので、燃料電池システム１が適用される業務施設等の施設全体の省エネに貢献できる。   In this way, the fuel cell system 1 continues power generation at a high temperature even when the power system 41 is disconnected, such as at the time of a power failure. Therefore, when the fuel cell system 1 returns to the grid operation at the time of power recovery, etc. Can be supplied. In addition, since the power generated when the power system 41 is disconnected at the time of a power failure or the like is consumed in the carburetor 23, the power system is not provided without providing a new power consuming device, that is, without increasing the size of the system. It is possible to consume surplus power at the time of 41 disconnection. Further, since the water vapor generated in the vaporizer 23 is recovered by the water vapor recovery device 28 and does not affect the power generation in the fuel cell stack 10, power generation can be performed stably. Since the steam generated in the vaporizer 23 can be recovered by the steam recovery device 28, it can contribute to energy saving of the entire facility such as a business facility to which the fuel cell system 1 is applied.

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that the present invention can be freely changed without departing from the gist of the present invention.

例えば、本実施の形態においては、アノード１１上もしくは燃料供給ラインＬ１２上で水蒸気改質反応を進行させて燃料を改質させているが、別に改質器を設けても良い。本実施の形態においては、出力先切換部３２は、１つの切換スイッチであるが、これに限られず、電力系統４１解列用のオンオフスイッチと、燃料電池スタック１０と気化器２３を接続するためのオンオフスイッチの２つのスイッチを組み合わせたものでもよい。   For example, in this embodiment, the steam reforming reaction proceeds on the anode 11 or the fuel supply line L12 to reform the fuel, but a reformer may be provided separately. In the present embodiment, the output destination switching unit 32 is one changeover switch, but is not limited to this, and for connecting the on / off switch for disconnecting the power system 41, the fuel cell stack 10, and the carburetor 23. A combination of two on / off switches may be used.

本実施の形態においては、水蒸気回収装置２８は、排熱を回収するものであるが、蒸気タービン等の送られてきた蒸気を利用するものであってもよい。水蒸気回収装置２８は、送られてきた水蒸気をそのまま排気するものであってもよい。本実施の形態においては、水蒸気回収装置２８は、排熱回収装置２７と別に設けられたが、水蒸気を排熱回収装置２７に送るようにしてもよい。   In the present embodiment, the steam recovery device 28 recovers exhaust heat, but may use steam sent from a steam turbine or the like. The steam recovery apparatus 28 may exhaust the sent steam as it is. In the present embodiment, the steam recovery device 28 is provided separately from the exhaust heat recovery device 27, but the steam may be sent to the exhaust heat recovery device 27.

本実施形態においては、待機運転では、部分負荷運転を行ったが、定格の１００％の運転を行っても良い。本実施の形態においては、停電の場合を説明したが、本実施の形態は系統側負荷４２点検時等において系統側負荷４２との接続を遮断する場合にも適用できる。即ち、系統側負荷４２点検時等において燃料電池スタック１０の発電する電力の供給先を気化器２３とする待機運転を行ってもよい。この時、制御部４０は、外部から出力先切換信号が入力された場合にも、出力先を切り換える制御を行う。   In the present embodiment, the partial load operation is performed in the standby operation, but the operation at 100% of the rating may be performed. Although the case of a power failure has been described in the present embodiment, the present embodiment can also be applied to a case where the connection with the system load 42 is interrupted when the system load 42 is inspected. That is, the standby operation may be performed in which the supply destination of the power generated by the fuel cell stack 10 is the carburetor 23 when the system load 42 is inspected. At this time, the control unit 40 performs control to switch the output destination even when an output destination switching signal is input from the outside.

１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池スタック
１１ 燃料極（アノード）
１２ 空気極（カソード）
２１ 燃料供給装置
２２ 脱硫器
２３ 気化器
２４ 循環ブロワ
２５ 空気ブロワ
２６ 空気加熱器
２７ 排熱回収装置
２８ 水蒸気回収装置
３２ 出力先切換部
３３ 送電状態検出部
４０ 制御部
４１ 電力系統
４２ 系統側負荷
５１ 加熱器
６０ 燃料供給系
Ｌ１１，Ｌ１２ 燃料供給ライン
Ｌ２２〜Ｌ２４ 水蒸気供給ライン
Ｌ３１〜Ｌ３３ 燃料排気ライン
Ｌ４１〜Ｌ４３ 空気供給ライン
Ｌ５１ 空気排気ライン
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ バルブ 1 Fuel Cell System 10 Fuel Cell Stack 11 Fuel Electrode (Anode)
12 Air electrode (cathode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Fuel supply apparatus 22 Desulfurizer 23 Vaporizer 24 Circulating blower 25 Air blower 26 Air heater 27 Waste heat recovery apparatus 28 Steam recovery apparatus 32 Output destination switching part 33 Power transmission state detection part 40 Control part 41 Electric power system 42 System side load 51 Heater 60 Fuel supply systems L11, L12 Fuel supply lines L22-L24 Steam supply lines L31-L33 Fuel exhaust lines L41-L43 Air supply lines L51 Air exhaust lines V1, V2, V3 Valves

Claims (5)

燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックは、燃料が供給される燃料極を有し、
前記燃料極に燃料を供給する燃料供給系と、
水を加熱することによって水蒸気を発生させる加熱器有し、前記燃料電池スタックの起動時に前記水蒸気を前記燃料供給系に供給する気化器と、を備え、
前記燃料電池スタックで発電した電力を系統側負荷に供給する燃料電池システムであって、
前記系統側負荷との接続を遮断した状態で前記発電を継続する場合に、該発電した電力を前記加熱器に供給する制御部を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack;
The fuel cell stack has a fuel electrode to which fuel is supplied,
A fuel supply system for supplying fuel to the fuel electrode;
A heater that generates water vapor by heating water, and a vaporizer that supplies the water vapor to the fuel supply system when the fuel cell stack is activated,
A fuel cell system for supplying power generated by the fuel cell stack to a system load,
A fuel cell system comprising: a controller that supplies the generated power to the heater when the power generation is continued in a state where the connection with the system-side load is cut off. 少なくとも前記燃料電池スタックから前記加熱器に電力が供給される場合に、前記水蒸気又は該水蒸気の熱を回収する水蒸気回収装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a water vapor recovery device that recovers the water vapor or heat of the water vapor when electric power is supplied from at least the fuel cell stack to the heater. 燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックは、燃料が供給される燃料極を有し、
前記燃料極に燃料を供給する燃料供給系と、
水を加熱することによって水蒸気を発生させる加熱器を有し、前記燃料電池スタックの起動時に前記水蒸気を前記燃料供給系に供給する気化器と、を備え、
前記燃料電池スタックで発電した電力を系統側負荷に供給する燃料電池システムであって、
前記発電した電力の供給先を前記系統側負荷と前記加熱器との間で切り換える出力先切換部を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack;
The fuel cell stack has a fuel electrode to which fuel is supplied,
A fuel supply system for supplying fuel to the fuel electrode;
A heater for generating water vapor by heating water, and a vaporizer for supplying the water vapor to the fuel supply system when the fuel cell stack is activated,
A fuel cell system for supplying power generated by the fuel cell stack to a system load,
A fuel cell system comprising: an output destination switching unit that switches a supply destination of the generated power between the system-side load and the heater. 前記系統側負荷との接続を遮断した状態で前記発電を継続する場合に、定格の発電量の３０％以上〜１００％未満の部分負荷運転を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池システム。   The partial load operation of 30% or more to less than 100% of the rated power generation amount is performed when the power generation is continued in a state where the connection with the system side load is cut off. A fuel cell system according to claim 1. 前記燃料電池スタックは、固体酸化物形燃料電池を用いていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池システム。   5. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell stack uses a solid oxide fuel cell.
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