JP2024047684A

JP2024047684A - Fuel Cell Device

Info

Publication number: JP2024047684A
Application number: JP2022153312A
Authority: JP
Inventors: すみか渡辺; 直樹横尾; 直早川
Original assignee: Dainichi Co Ltd
Current assignee: Dainichi Co Ltd
Priority date: 2022-09-27
Filing date: 2022-09-27
Publication date: 2024-04-08

Abstract

【課題】発電運転の停止時に水蒸気が燃料供給装置に逆流することを抑制して補機の故障を防ぎ、信頼性の高い燃料電池装置を提供する。【解決手段】発電運転を停止する停止工程において、燃料ポンプ１５４を停止する際には、空気の供給量を低下させるようエアブロア１４２を制御する。これにより、原燃料流路２２へ水蒸気が逆流することが抑制されるので、原燃料流路２２に設けられた燃料ポンプ１５４に水蒸気が到達せず、故障を防止することができる。その結果、逆流防止用の逆止弁を廃止することができるため、コストダウンも可能となる。【選択図】図３[Problem] To provide a highly reliable fuel cell device that prevents auxiliary equipment from breaking down by preventing water vapor from flowing back into a fuel supply device when power generation operation is stopped. [Solution] When a fuel pump 154 is stopped during a stop process for stopping power generation operation, an air blower 142 is controlled to reduce the amount of air supplied. This prevents water vapor from flowing back into a raw fuel flow path 22, so that water vapor does not reach the fuel pump 154 provided in the raw fuel flow path 22, preventing breakdowns. As a result, a check valve for preventing backflow can be eliminated, making it possible to reduce costs. [Selected Figure] Figure 3

Description

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

水素を含有する燃料ガスと酸素含有ガス（空気）とを用いて発電を行ない、電気を外部に供給する燃料電池装置が知られており、発電を行う燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールを動作させるための補機等を筐体内に備えて構成される。 Fuel cell devices are known that generate electricity using a hydrogen-containing fuel gas and an oxygen-containing gas (air) and supply the electricity to the outside. They are configured with a fuel cell module that generates electricity and auxiliary equipment for operating the fuel cell module housed within a housing.

このような燃料電池装置は、天然ガスやＬＰガス等の原燃料を水蒸気改質し、燃料電池モジュールに供給する燃料ガスを生成するための改質器を備えている。また改質器の上流には、水を気化して水蒸気を生成する気化器を備えており、この気化器に原燃料と水とが導入されるようになっている。そして、気化器で発生した水蒸気と原燃料とが混合されて下流側の改質部に導入され、改質器で燃料ガスが生成されるように構成されている（例えば、特許文献１）。 Such a fuel cell device is equipped with a reformer that uses steam to reform raw fuel such as natural gas or LP gas, and generates fuel gas to be supplied to the fuel cell module. Also, upstream of the reformer, a vaporizer is provided that vaporizes water to generate steam, and the raw fuel and water are introduced into this vaporizer. The steam generated in the vaporizer is mixed with the raw fuel and introduced into the downstream reforming section, and fuel gas is generated in the reformer (for example, Patent Document 1).

そして、気化器へ原燃料を供給する燃料供給装置には、上流側より、供給源から供給される原燃料ガスを遮断する２連の電磁弁、原燃料ガスを送出するガスポンプ、原燃料ガスが一時的に滞留するタンク、原燃料ガスの流量を検知する流量センサ、原燃料ガスに含まれる硫黄分を除去する脱硫器、原燃料ガスの逆流を防止する逆止弁、などの補機が設けられており、原燃料ガスの供給源および各補機の間をガス供給管により接続している。 The fuel supply device that supplies the raw fuel to the vaporizer is equipped with auxiliary equipment from the upstream side, such as a double solenoid valve that blocks the raw fuel gas supplied from the supply source, a gas pump that delivers the raw fuel gas, a tank in which the raw fuel gas is temporarily stored, a flow sensor that detects the flow rate of the raw fuel gas, a desulfurizer that removes sulfur contained in the raw fuel gas, and a check valve that prevents the backflow of the raw fuel gas, and the raw fuel gas supply source and each of the auxiliary equipment are connected by gas supply pipes.

上述のように構成される燃料電池装置では、気化圧が燃料供給圧力を上回ると、気化器で発生した水蒸気が燃料供給装置の配管内に逆流する現象が起こる。水蒸気が逆流すると、燃料供給装置に設けられている燃料ポンプ、流量センサ、脱硫器といった補機を故障させてしまうおそれがある。また、配管が銅の場合には腐食してしまうおそれもある。そのため、燃料供給装置の最下流に逆止弁を設け、この逆止弁を閉じることによって、水蒸気の逆流を防止している。 In a fuel cell device configured as described above, when the vaporization pressure exceeds the fuel supply pressure, a phenomenon occurs in which water vapor generated in the vaporizer flows back into the piping of the fuel supply device. When water vapor flows back, it may cause damage to auxiliary equipment installed in the fuel supply device, such as the fuel pump, flow sensor, and desulfurizer. In addition, if the piping is made of copper, it may corrode. For this reason, a check valve is provided at the most downstream of the fuel supply device, and by closing this check valve, the backflow of water vapor is prevented.

また、逆止弁を連続して２つ設け、逆止弁の間の流路に、地上側に曲がったＵ字部を形成している。これにより、配管抵抗を上昇させるとともに、万一水蒸気が逆流した場合であっても結露水はＵ字部の底に滞留するため、上流の補機へ水蒸気が流れ込むことが防止されて故障を防ぐことができる。 In addition, two check valves are installed in succession, and a U-shaped section bent toward the ground is formed in the flow path between the check valves. This increases the piping resistance, and in the unlikely event that water vapor flows back, the condensed water will remain at the bottom of the U-shaped section, preventing water vapor from flowing into upstream auxiliary equipment and preventing breakdowns.

特開２０１５－１０９２３４号公報JP 2015-109234 A

しかしながら、故障や動作不良等で逆止弁が正常に開閉しなかった場合には、水蒸気が燃料供給装置に逆流して補機を故障させてしまうおそれがある。また、逆止弁を設けたり、さらには配管をＵ字に構成することは、製造コストの上昇にもつながる。 However, if the check valve does not open or close normally due to a malfunction or other reasons, water vapor may flow back into the fuel supply system and cause damage to the auxiliary equipment. In addition, providing a check valve or configuring the piping in a U-shape also leads to increased manufacturing costs.

本発明は、上記課題を解決するためのもので、発電運転の停止時に水蒸気が燃料供給装置に逆流することを抑制して補機の故障を防ぎ、信頼性の高い燃料電池装置を提供することを目的とする。 The present invention is intended to solve the above problems, and aims to provide a highly reliable fuel cell device that prevents auxiliary equipment from failing by preventing water vapor from flowing back into the fuel supply device when power generation operation is stopped.

本発明は、燃料ガスと酸素含有ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、
原燃料を水蒸気改質して燃料ガスを生成する改質器と、
前記改質器に原燃料を供給する燃料ポンプと、
前記改質器に水を供給する改質水ポンプと、
前記燃料電池に酸素含有ガスを供給するエアブロアと、
前記燃料電池の発電を停止する停止工程において、前記エアブロアの駆動を制御して前記燃料電池に酸素含有ガスを供給することで前記燃料電池を冷却し、前記燃料電池の温度が原燃料および水の供給を停止させる温度に低下すると、前記燃料ポンプと前記改質水ポンプとを停止させて原燃料と水の供給を停止する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記燃料ポンプを停止する際に、酸素含有ガスの供給量を低下させるよう前記エアブロアを制御する燃料電池装置である。 The present invention relates to a fuel cell that generates electricity using a fuel gas and an oxygen-containing gas,
a reformer for generating fuel gas by steam reforming a raw fuel;
a fuel pump for supplying a raw fuel to the reformer;
a reforming water pump that supplies water to the reformer;
an air blower for supplying an oxygen-containing gas to the fuel cell;
a control device that, in a stopping step of stopping power generation of the fuel cell, controls the operation of the air blower to supply an oxygen-containing gas to the fuel cell to cool the fuel cell, and when the temperature of the fuel cell drops to a temperature at which the supply of raw fuel and water is stopped, stops the fuel pump and the reforming water pump to stop the supply of raw fuel and water;
The control device is a fuel cell device that controls the air blower so as to reduce the supply amount of oxygen-containing gas when the fuel pump is stopped.

上述のように構成することにより、発電運転の停止時に、水蒸気が燃料供給装置に逆流することを抑制して補機の故障を防ぐことができるため、信頼性の高い燃料電池装置となる。 By configuring it as described above, it is possible to prevent water vapor from flowing back into the fuel supply device when power generation operation is stopped, thereby preventing breakdowns in auxiliary equipment, resulting in a highly reliable fuel cell device.

本実施形態の燃料電池装置のシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of a fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 本実施形態の燃料電池装置における工程遷移を示す図である。4 is a diagram showing a process transition in the fuel cell device of the present embodiment. FIG. 本実施形態の燃料電池装置における停止工程のフローチャートである。4 is a flowchart of a stop process in the fuel cell device of the present embodiment. ガス停止準備工程におけるエアブロアの制御フローチャートである。11 is a control flowchart of an air blower in a gas stop preparation process.

好適と考える本発明の実施形態を、本発明の作用を示して簡単に説明する。 The preferred embodiment of the present invention will be briefly explained below, showing the operation of the present invention.

本発明は、原燃料を水蒸気改質して発電に使用される燃料ガスを生成する改質器を備えた燃料電池装置であって、燃料電池の発電を停止する停止工程において、エアブロアの駆動を制御して燃料電池に酸素含有ガスを供給することで燃料電池を冷却し、燃料電池の温度が原燃料および水の供給を停止させる温度に低下すると、燃料ポンプと改質水ポンプとを停止させて原燃料と水の供給を停止させ、燃料ポンプを停止する際には、酸素含有ガスの供給量を低下させるようエアブロアを制御する。つまり、停止工程においては、燃料電池の冷却のための空気が供給されているが、原燃料ガスの供給を停止する際には、原燃料の供給流路へ水蒸気が逆流するのを抑制するよう、酸素含有ガスの供給量を低下させる。これにより、原燃料の供給流路に設けられた燃料ポンプに水蒸気が到達せず、故障を防止することができる。そのため、逆流防止用の逆止弁を廃止することも可能となる。 The present invention is a fuel cell device equipped with a reformer that generates fuel gas used for power generation by steam reforming raw fuel. In a stop process for stopping power generation of the fuel cell, the operation of the air blower is controlled to supply oxygen-containing gas to the fuel cell to cool the fuel cell, and when the temperature of the fuel cell drops to a temperature at which the supply of raw fuel and water is stopped, the fuel pump and the reforming water pump are stopped to stop the supply of raw fuel and water, and when the fuel pump is stopped, the air blower is controlled to reduce the supply of oxygen-containing gas. In other words, in the stop process, air is supplied to cool the fuel cell, but when the supply of raw fuel gas is stopped, the supply of oxygen-containing gas is reduced to prevent water vapor from flowing back into the supply flow path of the raw fuel. This prevents water vapor from reaching the fuel pump provided in the supply flow path of the raw fuel, preventing breakdown. Therefore, it is also possible to eliminate the check valve for preventing backflow.

また、制御装置は、停止工程において、燃料ポンプの停止前はエアブロアを第１のデューティ比で駆動し、燃料ポンプの停止後はエアブロアを第１のデューティ比よりも低い第２のデューティ比で駆動する。エアブロアをデューティ比で駆動することで、圧力の上昇を抑制し、水蒸気の逆流を効果的に抑制することができる。 In addition, in the stopping process, the control device drives the air blower at a first duty ratio before the fuel pump is stopped, and drives the air blower at a second duty ratio lower than the first duty ratio after the fuel pump is stopped. By driving the air blower at a duty ratio, it is possible to suppress the increase in pressure and effectively suppress the backflow of water vapor.

また、燃料電池に供給される酸素含有ガスの流量を検知する空気流量センサを備え、制御装置は、停止工程における酸素含有ガスの流量の最小値および最大値を設定し、空気流量センサが検知する酸素含有ガスの流量が最小値以下または最大値以上となった場合は、最小値から最大値の間の所定値に流量を固定してエアブロアを駆動する固定流量制御を行う。つまり、外乱の影響によって酸素含有ガスの供給量が、最小値と最大値の間で規定される制御範囲を外れてしまう場合は、エアブロアの制御方式を、デューティ比で制御するデューティ制御から、流量センサの検出値に基づいて制御する固定流量制御へ切り換える。これにより、酸素含有ガスの流量が制御範囲から外れることなく、適切に制御することができる。 The fuel cell is also provided with an air flow sensor that detects the flow rate of the oxygen-containing gas supplied to the fuel cell, and the control device sets minimum and maximum values for the flow rate of the oxygen-containing gas during the stop process. When the flow rate of the oxygen-containing gas detected by the air flow sensor falls below the minimum value or exceeds the maximum value, fixed flow control is performed to fix the flow rate to a predetermined value between the minimum and maximum values and drive the air blower. In other words, when the supply rate of the oxygen-containing gas falls outside the control range defined between the minimum and maximum values due to the influence of disturbances, the control method for the air blower is switched from duty control, which controls with a duty ratio, to fixed flow control, which controls based on the detection value of the flow sensor. This allows the flow rate of the oxygen-containing gas to be appropriately controlled without falling outside the control range.

また、制御装置は、燃料ポンプの停止前にエアブロアを固定流量制御している場合、燃料ポンプを停止する際にはエアブロアを前記第２のデューティ比で駆動する。燃料ポンプを停止するタイミングで固定流量制御からデューティ制御への変更することで、空気の供給量が増加し過ぎてしまうことを防止することができる。 In addition, if the control device is controlling the air blower at a fixed flow rate before the fuel pump is stopped, the control device drives the air blower at the second duty ratio when the fuel pump is stopped. By changing from fixed flow rate control to duty control at the timing when the fuel pump is stopped, it is possible to prevent the amount of air supplied from increasing too much.

以下、本発明の一実施例を図面により説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は本実施形態の燃料電池装置のシステム構成図である。燃料電池装置１００は、燃料電池モジュール１を含み、燃料電池モジュール１を作動させるための、第１熱交換器２、蓄熱タンク３、凝縮水タンク４、放熱器５、空気供給装置１４、燃料供給装置１５、改質水供給装置１６等の複数の補機が筐体５０内に納められている。筐体５０内には上述の装置全てが収められる必要はなく、例えば、第１熱交換器２や蓄熱タンク３を筐体５０の外部に設けてもよい。また、上述の装置の一部を省略した燃料電池装置も可能である。 Figure 1 is a system configuration diagram of a fuel cell device of this embodiment. The fuel cell device 100 includes a fuel cell module 1, and a number of auxiliary devices for operating the fuel cell module 1, such as a first heat exchanger 2, a heat storage tank 3, a condensed water tank 4, a radiator 5, an air supply device 14, a fuel supply device 15, and a reforming water supply device 16, are housed in a housing 50. It is not necessary to house all of the above-mentioned devices in the housing 50; for example, the first heat exchanger 2 and the heat storage tank 3 may be provided outside the housing 50. It is also possible to have a fuel cell device in which some of the above-mentioned devices are omitted.

燃料電池モジュール１は、箱状の収納容器１０の内部に、燃料ガスと酸素含有ガスとで発電を行なう燃料電池１１と、燃料電池１１に供給する燃料ガスを生成する改質器１２と、を収容して構成される。 The fuel cell module 1 is constructed by housing, inside a box-shaped storage container 10, a fuel cell 11 that generates electricity using fuel gas and oxygen-containing gas, and a reformer 12 that generates the fuel gas to be supplied to the fuel cell 11.

燃料電池１１の構成については特に限定はしないが、例えば、複数の燃料電池セルが配列されてなるセルスタック構造を有していてもよい。セルスタック構造の燃料電池１１は、例えば、各燃料電池セルの下端を、ガラスシール材等の絶縁性接合材を用いて、マニホールドに固定することによって構成される。 The configuration of the fuel cell 11 is not particularly limited, but may have, for example, a cell stack structure in which multiple fuel cell cells are arranged. The fuel cell 11 having a cell stack structure is constructed, for example, by fixing the lower end of each fuel cell to a manifold using an insulating bonding material such as a glass sealant.

改質器１２は、天然ガス、ＬＰガス等の原燃料ガスを水蒸気改質し、燃料電池１１に供給する燃料ガスを生成する。改質器１２には、原燃料ガスを供給する燃料供給装置１５と、改質水を供給する改質水供装置１６が接続されており、原燃料ガスと改質水は加熱された改質器１２で改質反応し、水素を含む燃料ガスが生成される。 The reformer 12 uses steam to reform raw fuel gas such as natural gas or LP gas, and generates fuel gas to be supplied to the fuel cell 11. The reformer 12 is connected to a fuel supply device 15 that supplies the raw fuel gas, and a reforming water supply device 16 that supplies reforming water. The raw fuel gas and the reforming water undergo a reforming reaction in the heated reformer 12, and fuel gas containing hydrogen is generated.

燃料電池１１には、改質器１２で生成された燃料ガスと、空気供給装置１４によって導入された空気（酸素含有ガス）が供給される。燃料ガスは、燃料電池セル内を通過するときに酸素含有ガスと反応して発電が行われる。燃料電池１１と改質器１２の間の空間は燃焼部１３であり、発電に使用されなかった燃料ガスと酸素含有ガスは燃焼部１３で合流して燃焼する。この燃料ガスの燃焼によって高温の排ガスが生成され、改質器１２はこの熱によって加熱される。このようにして燃料電池モジュール１内で生じた排ガスは、第１熱交換器２に供給される。 The fuel cell 11 is supplied with fuel gas generated in the reformer 12 and air (oxygen-containing gas) introduced by the air supply device 14. As the fuel gas passes through the fuel cell, it reacts with the oxygen-containing gas to generate electricity. The space between the fuel cell 11 and the reformer 12 is the combustion section 13, where the fuel gas and oxygen-containing gas not used for power generation are combined and combusted. High-temperature exhaust gas is generated by the combustion of this fuel gas, and the reformer 12 is heated by this heat. The exhaust gas generated in this way within the fuel cell module 1 is supplied to the first heat exchanger 2.

第１熱交換器２には配管を介して、蓄熱タンク３、熱媒ポンプＰ１および放熱器５が接続され、第１熱媒循環ラインＨＣ１が形成されている。放熱器５は放熱ファン５ａを備えている。この第１熱媒循環ラインＨＣ１には熱媒体が導入されており、第１熱交換器２ではこの熱媒体と前述の排ガスとで熱交換が行われて熱媒体が加熱される。熱媒体としては水などを用いることができ、蓄熱タンク３は熱交換により温度が上昇した熱媒体を蓄える。蓄熱タンク３に蓄えられた熱媒体は、放熱器５に送られて冷却され、再び第１熱交換器２で排ガスと熱交換を行った後、蓄熱タンク３に還流する。これにより、蓄熱タンク３には上部から温度の高い熱媒体が蓄えられ温度成層が形成される。 The first heat exchanger 2 is connected to the heat storage tank 3, the heat medium pump P1, and the radiator 5 via piping, forming the first heat medium circulation line HC1. The radiator 5 is equipped with a heat radiating fan 5a. A heat medium is introduced into this first heat medium circulation line HC1, and in the first heat exchanger 2, heat exchange occurs between this heat medium and the exhaust gas described above, heating the heat medium. Water or the like can be used as the heat medium, and the heat storage tank 3 stores the heat medium whose temperature has been increased by heat exchange. The heat medium stored in the heat storage tank 3 is sent to the radiator 5 to be cooled, and after heat exchange with the exhaust gas again in the first heat exchanger 2, it is returned to the heat storage tank 3. As a result, the heat medium with a high temperature is stored from the top of the heat storage tank 3, forming a temperature stratification.

蓄熱タンク３には、水を補給するための補給流路２５が接続されている。補給流路２５は、外部の水供給源に接続された供給流路２６から分岐して設けられ、途中に流路を開閉する給水弁２５ａを備えている。燃料電池装置１００の設置時や、運転中に蓄熱タンク３内の水位が所定以下となったときには給水弁２５ａを開くことで補給流路２５を通じて蓄熱タンク３に水道水が供給される。 A supply flow path 25 for replenishing water is connected to the heat storage tank 3. The supply flow path 25 branches off from a supply flow path 26 connected to an external water supply source, and is provided with a water supply valve 25a along the way for opening and closing the flow path. When the fuel cell device 100 is installed or when the water level in the heat storage tank 3 falls below a predetermined level during operation, tap water is supplied to the heat storage tank 3 through the supply flow path 25 by opening the water supply valve 25a.

また、蓄熱タンク３には、蓄熱タンク３内の水量を監視するための水位検知手段７と、熱媒体を加熱するための加熱ヒータ８が設けられている。水位検知手段としては、フロートセンサや静電容量センサなど公知の水位センサを用いることができ、蓄熱タンク３内の水量が所定量以上であるときに水有を検知し、所定量を下回ったときに水無しを検知する。本実施形態においては、水位検知手段７が１箇所に設けられている例を示しているが、水位検知手段７を上下方向に複数設け、複数箇所における水位を検知するようにしてもよい。 The heat storage tank 3 is also provided with a water level detection means 7 for monitoring the amount of water in the heat storage tank 3, and a heater 8 for heating the heat medium. As the water level detection means, a known water level sensor such as a float sensor or a capacitance sensor can be used, which detects the presence of water when the amount of water in the heat storage tank 3 is equal to or greater than a predetermined amount, and detects the absence of water when the amount falls below the predetermined amount. In this embodiment, an example is shown in which the water level detection means 7 is provided in one location, but multiple water level detection means 7 may be provided in the vertical direction to detect the water level at multiple locations.

加熱ヒータ８は、蓄熱タンク３内に配設されて蓄熱タンク３内の水を加熱する。例えば、外気温が低く、燃料電池装置１００内で水が凍結するおそれのあるときは、加熱ヒータ８に通電することで水温を上昇させて凍結を防止することができる。さらには、燃料電池１１での発電量が需要家での消費電力量を超える場合には、余った電力（余剰電力）を消費させるために加熱ヒータ８に通電するようにしてもよい。 The heater 8 is disposed in the heat storage tank 3 and heats the water in the heat storage tank 3. For example, when the outside air temperature is low and there is a risk of the water freezing in the fuel cell device 100, electricity can be passed through the heater 8 to raise the water temperature and prevent freezing. Furthermore, when the amount of power generated by the fuel cell 11 exceeds the amount of power consumed by the consumer, electricity can be passed through the heater 8 to consume the surplus power.

また、第１熱交換器２には、凝縮水回収路２０を介して凝縮水タンク４が接続されている。燃料電池モジュール１で発生した排ガスが熱交換によって冷却されると、排ガス中に含まれる水蒸気が水と気体に分離され、分離された水は、凝縮水回収流路２０を通って凝縮水タンク４に回収される。凝縮水タンク４では、イオン交換器（図示せず）などを経て、回収した水から不純物を取り除いて純水化する。純水化した水は水供給装置１６により改質器１２に供給され、改質水として使用される。一方で、水分が取り除かれた気体は、排気流路２１を通ってから筐体５０の外に排出される。 The first heat exchanger 2 is also connected to a condensed water tank 4 via a condensed water recovery passage 20. When the exhaust gas generated in the fuel cell module 1 is cooled by heat exchange, the water vapor contained in the exhaust gas is separated into water and gas, and the separated water is collected in the condensed water tank 4 through the condensed water recovery passage 20. In the condensed water tank 4, the collected water is purified by removing impurities through an ion exchanger (not shown) or the like. The purified water is supplied to the reformer 12 by the water supply device 16 and used as reforming water. Meanwhile, the gas from which the moisture has been removed passes through the exhaust passage 21 and is then discharged outside the housing 50.

改質器１２に原燃料を供給する燃料供給装置１５は、燃料の供給源から繋がる原燃料流路２２上に、電磁弁１５０、圧力センサ１５１、脱硫器１５２、ガス流量センサ１５３、燃料ポンプ１５４等の補機が設けられている。改質器１２に改質水を供給する改質水供給装置１６は、凝縮水タンク４から繋がる改質水流路２３上に改質水ポンプ１６０等の補機が設けられている。燃料電池モジュール１に酸素含有ガスを供給する空気供給装置１４は、酸素含有ガス流路２４上に、エアフィルタ１４０、空気流量センサ１４１、エアブロア１４２等の補機が設けられている。なお、ここに挙げた補機は一例であって、この他の補機を備える構成としてもよい。 The fuel supply device 15 that supplies raw fuel to the reformer 12 is provided with accessories such as an electromagnetic valve 150, a pressure sensor 151, a desulfurizer 152, a gas flow sensor 153, and a fuel pump 154 on the raw fuel flow path 22 that is connected to the fuel supply source. The reforming water supply device 16 that supplies reforming water to the reformer 12 is provided with accessories such as a reforming water pump 160 on the reforming water flow path 23 that is connected to the condensed water tank 4. The air supply device 14 that supplies oxygen-containing gas to the fuel cell module 1 is provided with accessories such as an air filter 140, an air flow sensor 141, and an air blower 142 on the oxygen-containing gas flow path 24. Note that the accessories listed here are just examples, and other accessories may be included.

また、燃料電池装置１００は、第２熱交換器６、蓄熱タンク３から熱媒を循環させる与熱ポンプＰ２およびこれらを繋ぐ配管を含む第２熱媒循環ラインＨＣ２を備えていてもよい。第２熱媒循環ラインＨＣ２では、外部から供給流路２５を介して供給された水道水を、蓄熱タンク３に貯留された高温の熱媒体を用いて第２熱交換器６で加温する。加温された水を外部の給湯器等の再加熱装置に向けて送給流路２６を介して送給することができる。燃料電池装置１００は、外部への温水供給を行わない、いわゆるモノジェネレーションシステムであってもよい。 Fuel cell device 100 may also include a second heat exchanger 6, a heat pump P2 that circulates the heat medium from the heat storage tank 3, and a second heat medium circulation line HC2 that includes piping connecting these. In the second heat medium circulation line HC2, tap water supplied from the outside via a supply flow path 25 is heated in the second heat exchanger 6 using the high-temperature heat medium stored in the heat storage tank 3. The heated water can be sent via a supply flow path 26 to a reheating device such as an external water heater. Fuel cell device 100 may be a so-called monogeneration system that does not supply hot water to the outside.

さらに燃料電池装置１００は、筐体５０内外の各部の温度を計測するための、温度センサやサーミスタ等の温度検知手段を複数備える。 Furthermore, the fuel cell device 100 is equipped with multiple temperature detection means, such as temperature sensors and thermistors, for measuring the temperatures of various parts inside and outside the housing 50.

第１熱媒循環ラインＨＣ１や第２熱媒循環ラインＨＣ２のように熱媒体が流れる流路には、熱媒体の温度を計測するため温度検知手段ＴＨ１～ＴＨ６が設けられている。 Temperature detection means TH1 to TH6 are provided in the flow paths through which the heat medium flows, such as the first heat medium circulation line HC1 and the second heat medium circulation line HC2, to measure the temperature of the heat medium.

例えば、蓄熱タンク３内の熱媒体の温度を検知する手段として、タンク低サーミスタＴＨ１、タンク高サーミスタＴＨ２を有している。タンク低サーミスタＴＨ１は、蓄熱タンク３内の比較的低温の熱媒体の温度を検知するものであり、蓄熱タンク３の下部に設けられている。タンク高サーミスタＴＨ２は、蓄熱タンク３内の比較的高温の熱媒体の温度を検知するものであり、蓄熱タンク３近傍の第２熱媒循環ラインＨＣ２上に設けられている。また、第１熱媒循環ラインＨＣ１を流れる熱媒体の温度を検知する手段として、熱媒低サーミスタＴＨ３、熱媒高サーミスタＴＨ４を有している。熱媒低サーミスタＴＨ３は熱媒ポンプＰ１と第１熱交換器２の間に設けられ、放熱器５で冷却されて第１熱交換器２に流入する熱媒体の温度を検知する。熱媒高サーミスタＴＨ４は第１熱交換器２と蓄熱タンク３との間に設けられ、第１熱交換器２を通過した後の熱媒体の温度を検知する。さらに、供給流路２６には外部から供給される水の温度を検知する入水サーミスタＴＨ５、送給流路２７には第２熱交換器６により加温された水の温度を検知する出湯サーミスタＴＨ６が設けられる。 For example, the device has a tank low thermistor TH1 and a tank high thermistor TH2 as means for detecting the temperature of the heat medium in the heat storage tank 3. The tank low thermistor TH1 detects the temperature of the relatively low-temperature heat medium in the heat storage tank 3 and is provided at the bottom of the heat storage tank 3. The tank high thermistor TH2 detects the temperature of the relatively high-temperature heat medium in the heat storage tank 3 and is provided on the second heat medium circulation line HC2 near the heat storage tank 3. In addition, the device has a heat medium low thermistor TH3 and a heat medium high thermistor TH4 as means for detecting the temperature of the heat medium flowing through the first heat medium circulation line HC1. The heat medium low thermistor TH3 is provided between the heat medium pump P1 and the first heat exchanger 2 and detects the temperature of the heat medium cooled by the radiator 5 and flowing into the first heat exchanger 2. The heat medium high thermistor TH4 is provided between the first heat exchanger 2 and the heat storage tank 3 and detects the temperature of the heat medium after passing through the first heat exchanger 2. In addition, the supply flow path 26 is provided with a water inlet thermistor TH5 that detects the temperature of water supplied from the outside, and the delivery flow path 27 is provided with a water outlet thermistor TH6 that detects the temperature of water heated by the second heat exchanger 6.

燃料電池モジュール１内には、燃料電池１１の中心部の温度を検知する中心部温度センサＴＣ１と、発電に使用されなかった燃料ガスと酸素含有ガスが燃焼する燃焼部１３の温度を検知する燃焼部温度センサＴＣ２が配設されている。 Inside the fuel cell module 1, there are a central temperature sensor TC1 that detects the temperature of the central part of the fuel cell 11, and a combustion section temperature sensor TC2 that detects the temperature of the combustion section 13 where the fuel gas and oxygen-containing gas not used for power generation are combusted.

また、燃料電池装置１００の周囲の気温を検知するために、外気温サーミスタＴＨ７が配設されている。この外気温サーミスタＴＨ７は、直接外気温を測定してもよいし、筐体５０内において外気温と相関を有する部分の温度を測定してもよい。 In addition, an outside air temperature thermistor TH7 is provided to detect the air temperature around the fuel cell device 100. This outside air temperature thermistor TH7 may directly measure the outside air temperature, or may measure the temperature of a part within the housing 50 that is correlated with the outside air temperature.

なお、上述のサーミスタや温度センサは温度検知手段の一例であって、検知する温度や配置場所は本実施形態に限らない。また、これ以外の温度検知手段を備えていてもよい。 The above-mentioned thermistor and temperature sensor are examples of temperature detection means, and the temperature to be detected and the location of the sensor are not limited to those in this embodiment. Other temperature detection means may also be provided.

さらに、燃料電池装置１００には、各種機器の動作を制御する制御装置３０が設けられているほか、燃料電池モジュール１にて発電された直流電力を交流電力に変換し、変換された電気の外部負荷への供給量を調整するための供給電力調整部（パワーコンディショナ）４０、筐体５０内に換気用の空気を取り入れる換気ファン１７を備えている。 The fuel cell device 100 is further provided with a control device 30 that controls the operation of various devices, a power supply adjustment unit (power conditioner) 40 that converts the DC power generated by the fuel cell module 1 into AC power and adjusts the amount of the converted electricity supplied to an external load, and a ventilation fan 17 that draws ventilation air into the housing 50.

制御装置３０は、燃料電池装置１００を構成する補機や各種センサに接続されており、各種センサが検知する値や図示しないリモコンからの指示に基づいて燃料電池装置１００の動作を制御する。 The control device 30 is connected to the auxiliary devices and various sensors that make up the fuel cell device 100, and controls the operation of the fuel cell device 100 based on the values detected by the various sensors and instructions from a remote control (not shown).

上述のように構成される燃料電池装置１００において、制御装置３０は発電運転中に運転停止の指示を受けた場合、もしくは運転停止が必要と判断した場合には、停止工程に移行する。運転停止の指示は、例えばユーザ宅に設けられたリモコンから送信することができる。また、制御装置３０は、燃料電池装置１００に異常が発生した場合だけでなく、制御上必要と判断する場合（例えば、マイコンメータのガス漏洩検知の回避、運転メリットの低下抑制、凝縮水の回収量が少なく水自立運転を継続することができない、など）にも、運転を停止する。 In the fuel cell device 100 configured as described above, when the control device 30 receives an instruction to stop operation during power generation operation or when it determines that operation needs to be stopped, it transitions to a stop process. The instruction to stop operation can be sent, for example, from a remote control installed in the user's home. The control device 30 also stops operation not only when an abnormality occurs in the fuel cell device 100, but also when it is determined to be necessary for control purposes (for example, to avoid gas leakage detection by the microcomputer meter, to prevent a decrease in the operating benefits, when the amount of condensed water recovered is small and water-independent operation cannot be continued, etc.).

図２は、本実施形態の燃料電池装置における工程遷移を示す図である。停止工程は、ガス停止準備工程、水停止準備工程、冷却工程、停止完了工程を含んで構成されており、エアブロア１４２を駆動して燃料電池１１を冷却しながら、原燃料ガスと改質水の供給を停止する。停止工程が終了すると、運転開始の指示を待つ待機状態となる。 Figure 2 is a diagram showing the process transition in the fuel cell device of this embodiment. The shutdown process includes a gas shutdown preparation process, a water shutdown preparation process, a cooling process, and a shutdown completion process, and stops the supply of raw fuel gas and reforming water while driving the air blower 142 to cool the fuel cell 11. When the shutdown process is completed, the device goes into a standby state to wait for an instruction to start operation.

ガス停止準備工程は、原燃料ガスの供給を停止してもよい温度まで燃料電池１１の温度を低下させる工程である。ガス停止準備工程では、燃料ポンプ１５４の流量を発電時の流量よりも低下させる。そしてエアブロア１４２を駆動して、燃料電池モジュール１内に空気を流入させることで燃料電池１１を冷却する。燃料ポンプ１５４の流量は、発電時の最小流量より低下させてもよい。 The gas stop preparation process is a process of lowering the temperature of the fuel cell 11 to a temperature at which the supply of raw fuel gas may be stopped. In the gas stop preparation process, the flow rate of the fuel pump 154 is lowered below the flow rate during power generation. Then, the air blower 142 is driven to allow air to flow into the fuel cell module 1, thereby cooling the fuel cell 11. The flow rate of the fuel pump 154 may be lowered below the minimum flow rate during power generation.

ガス停止準備工程において、中心部温度センサＴＣ１が検知する燃料電池１１の中心部の温度が所定温度Ｔ１（例えば２５０℃）以下になった場合には、燃料ポンプ１５４を停止するとともに電磁弁１５０を閉じて原燃料ガスの供給を停止し、水停止準備工程へ遷移する。 During the gas stop preparation process, if the temperature of the core of the fuel cell 11 detected by the core temperature sensor TC1 falls below a predetermined temperature T1 (e.g., 250°C), the fuel pump 154 is stopped and the solenoid valve 150 is closed to stop the supply of raw fuel gas, and the process transitions to the water stop preparation process.

水停止準備工程は、改質水の供給を停止してもよい温度まで燃料電池１１の温度を低下させる工程である。水停止準備工程では、改質水ポンプ１６０の流量を発電時の流量よりも低下させる。そしてエアブロア１４２の駆動を継続して、燃料電池モジュール１内に空気を流入させることで燃料電池１１を冷却する。改質水ポンプ１６０の流量は、発電時の最小流量より低下させてもよい。 The water stop preparation process is a process of lowering the temperature of the fuel cell 11 to a temperature at which the supply of reforming water may be stopped. In the water stop preparation process, the flow rate of the reforming water pump 160 is reduced below the flow rate during power generation. The air blower 142 continues to be driven to allow air to flow into the fuel cell module 1, thereby cooling the fuel cell 11. The flow rate of the reforming water pump 160 may be reduced below the minimum flow rate during power generation.

水停止準備工程において、中心部温度センサＴＣ１が検知する燃料電池１１の中心部の温度が所定温度Ｔ２（例えば２４９℃）以下になった場合には、改質水ポンプ１６０を停止して改質水の供給を停止し、冷却工程へ遷移する During the water stop preparation process, if the temperature at the center of the fuel cell 11 detected by the center temperature sensor TC1 falls below a predetermined temperature T2 (e.g., 249°C), the reforming water pump 160 is stopped to stop the supply of reforming water, and the process transitions to the cooling process.

冷却工程は、再起動可能な温度になるまで、燃料電池１１を冷却する工程である。エアブロア１４２を駆動して、燃料電池モジュール１内に空気を流入させることで燃料電池１１を冷却し、中心部温度センサＴＣ１の検知温度が所定温度Ｔ３（例えば１５０℃）以下になった場合には、停止完了工程へ遷移する。 The cooling process is a process of cooling the fuel cell 11 until it reaches a temperature at which it can be restarted. The air blower 142 is driven to allow air to flow into the fuel cell module 1 to cool the fuel cell 11, and when the temperature detected by the central temperature sensor TC1 falls below a predetermined temperature T3 (e.g., 150°C), the process transitions to the shutdown completion process.

停止完了工程は、補機を停止させて待機状態への遷移の準備をする工程である。停止完了工程では、エアブロア１４２の他、放熱ファン５ａ、換気ファン１７なども停止させる。 The shutdown completion process is a process in which the auxiliary machinery is stopped and preparations are made for transition to the standby state. In the shutdown completion process, in addition to the air blower 142, the heat dissipation fan 5a, ventilation fan 17, etc. are also stopped.

このように、停止工程においては、まず原燃料ガスの供給を停止した後、水の供給を停止する。そして、原燃料ガスと水の供給が停止した後も、燃料電池１１の冷却のためにエアブロア１４２が駆動される。発電運転中は、燃料供給装置１５には原燃料ガスが流れており、原燃料流路２２の内圧は燃料電池モジュール１の内圧よりも高く維持されるので、原燃料流路２２に水蒸気が逆流することはない。しかしながら、停止工程において原燃料ガスの供給を停止すると、原燃料流路２２の圧力が低下する。そして、原燃料流路２２の内圧が燃料電池モジュールの内圧より低くなると、改質器１２で発生した水蒸気が原燃料流路２２に逆流してしまう。原燃料流路２２に設けられた燃料ポンプ１５４、ガス流量センサ１５３、脱硫器１５２といった補機に水蒸気が流入すると故障の原因となる。また、配管に銅を使用している部分においては腐食してしまうおそれもある。そのため、本実施形態の制御装置３０は、原燃料流路２２への水蒸気の逆流を抑制するために空気流量を制御する。 In this way, in the stopping process, the supply of raw fuel gas is stopped first, and then the supply of water is stopped. Then, even after the supply of raw fuel gas and water is stopped, the air blower 142 is driven to cool the fuel cell 11. During power generation operation, raw fuel gas flows through the fuel supply device 15, and the internal pressure of the raw fuel flow path 22 is maintained higher than the internal pressure of the fuel cell module 1, so water vapor does not flow back into the raw fuel flow path 22. However, when the supply of raw fuel gas is stopped in the stopping process, the pressure of the raw fuel flow path 22 decreases. Then, when the internal pressure of the raw fuel flow path 22 becomes lower than the internal pressure of the fuel cell module, water vapor generated in the reformer 12 flows back into the raw fuel flow path 22. If water vapor flows into the auxiliary equipment such as the fuel pump 154, gas flow sensor 153, and desulfurizer 152 provided in the raw fuel flow path 22, it will cause a malfunction. In addition, there is a risk of corrosion in the parts using copper for the piping. Therefore, the control device 30 of this embodiment controls the air flow rate to suppress the backflow of water vapor into the raw fuel flow path 22.

空気流量制御では、制御装置３０は燃料ポンプ１５４を停止する際に、空気の供給量を低下させるようにエアブロア１４２の駆動を制御する。空気の供給量を低下させることで燃料電池モジュール１の内圧を低下させて、燃料ポンプ１５４が停止して原燃料流路２２に原燃料ガスが流れなくなった場合においても、原燃料流路２２の内圧と燃料電池モジュール１の内圧との差が大きくなってしまうことを防止する。これにより、原燃料流路２２への水蒸気の逆流が抑制され、燃料ポンプ１５４（本実施形態において燃料供給装置１５を構成する補機の中で、最も下流側に設けられている補機）へ水蒸気が到達することを防止する。 In air flow control, when the fuel pump 154 is stopped, the control device 30 controls the operation of the air blower 142 to reduce the amount of air supplied. By reducing the amount of air supplied, the internal pressure of the fuel cell module 1 is reduced, and even when the fuel pump 154 is stopped and raw fuel gas no longer flows through the raw fuel flow path 22, the difference between the internal pressure of the raw fuel flow path 22 and the internal pressure of the fuel cell module 1 is prevented from becoming large. This suppresses the backflow of water vapor into the raw fuel flow path 22, and prevents water vapor from reaching the fuel pump 154 (the accessory located furthest downstream among the accessories that make up the fuel supply device 15 in this embodiment).

さらに、燃料ポンプの下流側にはごく小さなタンクを配置してもよい。このタンクに水蒸気を受けることで、より水蒸気の逆流を抑制することができる。 In addition, a very small tank can be placed downstream of the fuel pump. By collecting water vapor in this tank, backflow of water vapor can be further suppressed.

空気の流量を低下させるタイミングについては、燃料ポンプ１５４の停止と同時に実行してもよいし、燃料ポンプ１５４の停止前に実行してもよい。つまり、「燃料ポンプ１５４を停止する際に」とは、燃料ポンプ１５４の停止に関連して空気の供給量が低減されることを意味しているから、燃料ポンプ１５４を停止する若しくは停止が近いとの判断を受けて、エアブロア１４２の動作が制御されるように構成されていればよい。ただし、燃料ポンプ１５４の停止前に空気の流量を低下させた方が、より水蒸気の逆流を抑制する効果を得ることができる。 The timing of reducing the air flow rate may be simultaneous with the stopping of the fuel pump 154, or may be before the fuel pump 154 is stopped. In other words, "when the fuel pump 154 is stopped" means that the amount of air supply is reduced in connection with the stopping of the fuel pump 154, so it is sufficient that the operation of the air blower 142 is controlled upon determining that the fuel pump 154 is to be stopped or is about to be stopped. However, reducing the air flow rate before the fuel pump 154 is stopped can be more effective in suppressing the backflow of water vapor.

さらに本実施形態では、制御装置３０は、エアブロア１４２のデューティ比を変更して、燃料ポンプ１５４の停止前と停止後とで空気の流量を低下させるよう制御する。ガス停止準備工程では、エアブロア１４２を第１のデューティ比Ｄ１で駆動し、燃料電池１１の温度が所定温度Ｔ１に低下したことが検知されると、エアブロア１４２を第２のデューティ比Ｄ２（Ｄ１＞Ｄ２）で駆動する。第２のデューティ比Ｄ２は、原燃料流路２２に原燃料ガスが流れていない場合に、原燃料流路２２に水蒸気が逆流したとしても、水蒸気が流路上に設けられている補機（本実施形態では燃料ポンプ１５４）や、腐食のおそれがある部位に到達しない程度に燃料電池モジュール１の内圧を保持することのできる流量である。 Furthermore, in this embodiment, the control device 30 changes the duty ratio of the air blower 142 to control the air flow rate to be reduced before and after the fuel pump 154 is stopped. In the gas stop preparation process, the air blower 142 is driven at a first duty ratio D1, and when it is detected that the temperature of the fuel cell 11 has dropped to a predetermined temperature T1, the air blower 142 is driven at a second duty ratio D2 (D1>D2). The second duty ratio D2 is a flow rate that can maintain the internal pressure of the fuel cell module 1 to a degree that prevents water vapor from reaching the auxiliary equipment (fuel pump 154 in this embodiment) installed on the flow path or parts that may be corroded, even if water vapor flows back into the raw fuel flow path 22 when raw fuel gas is not flowing in the raw fuel flow path 22.

その後、水停止準備工程、冷却工程でもエアブロア１４２を第２のデューティ比Ｄ２で駆動を継続する。つまり、燃料ポンプ１５４の停止前は第１のデューティ比Ｄ１でエアブロア１４２を駆動し、燃料ポンプ１５４を停止する際にエアブロア１４２の駆動を第２のデューティ比Ｄ２に変更し、その後燃料ポンプ１５４が停止した後は第２のデューティ比Ｄ２でエアブロア１４２を駆動する。 Then, the air blower 142 continues to be driven at the second duty ratio D2 even during the water stop preparation process and the cooling process. In other words, before the fuel pump 154 is stopped, the air blower 142 is driven at the first duty ratio D1, and when the fuel pump 154 is stopped, the driving of the air blower 142 is changed to the second duty ratio D2, and after the fuel pump 154 is stopped, the air blower 142 is driven at the second duty ratio D2.

また、ガス停止準備工程では、空気の流量を段階的に低下させてもよい。中心部温度センサＴＣ１の検知する値から、燃料ポンプ１５４を停止するタイミングが近づいていることを判断して、段階的に空気の流量を低下させることもできる。 In addition, in the gas stop preparation process, the air flow rate may be gradually reduced. The air flow rate may be gradually reduced by determining that the time to stop the fuel pump 154 is approaching based on the value detected by the core temperature sensor TC1.

図３は、本実施形態の燃料電池装置における停止工程のフローチャートである。制御装置３０が発電停止の指示を受けるか、運転停止が必要と判断した場合に、停止工程に遷移して本フローチャートがスタートする。 Figure 3 is a flowchart of the shutdown process in the fuel cell device of this embodiment. When the control device 30 receives an instruction to stop power generation or determines that operation needs to be stopped, it transitions to the shutdown process and starts this flowchart.

停止工程では、まずエアブロア１４２を駆動するデューティ比を第１のデューティ比Ｄ１（Ｄ１は例えば６０％）に設定する（ステップ１）。エアブロア１４２を第１のデューティ比Ｄ１で駆動して、燃料電池モジュール１に空気を供給して燃料電池１１を冷却する。そして、中心温度センサＴＣ１が検知する燃料電池１１の中心部の温度と所定温度Ｔ４とを比較する（ステップ２）。所定温度Ｔ４は、例えば２５５℃に設定される。 In the stopping process, first, the duty ratio for driving the air blower 142 is set to a first duty ratio D1 (D1 is, for example, 60%) (step 1). The air blower 142 is driven at the first duty ratio D1 to supply air to the fuel cell module 1 and cool the fuel cell 11. Then, the temperature of the center of the fuel cell 11 detected by the center temperature sensor TC1 is compared with a predetermined temperature T4 (step 2). The predetermined temperature T4 is set to, for example, 255°C.

ステップ２で、燃料電池１１の温度が所定温度Ｔ４以下であると判断されると、制御装置３０はエアブロア１４２を駆動するデューティ比を第２のデューティ比Ｄ２（Ｄ２は例えば４０％）に変更して空気の供給量を低下させる（ステップ３）。 If it is determined in step 2 that the temperature of the fuel cell 11 is equal to or lower than the predetermined temperature T4, the control device 30 changes the duty ratio for driving the air blower 142 to a second duty ratio D2 (D2 is, for example, 40%) to reduce the amount of air supplied (step 3).

次に、中心温度センサＴＣ１が検知する燃料電池１１の中心部の温度と所定温度Ｔ１とを比較する（ステップ４）。所定温度Ｔ１は原燃料ガスを停止することのできる温度であり、例えば２５０℃に設定される。ステップ４で、燃料電池１１の温度が所定温度Ｔ１以下であると判断されると、燃料ポンプ１５４を停止する（ステップ５）。 Next, the temperature at the center of the fuel cell 11 detected by the center temperature sensor TC1 is compared with a predetermined temperature T1 (step 4). The predetermined temperature T1 is the temperature at which the raw fuel gas can be stopped, and is set to, for example, 250°C. If it is determined in step 4 that the temperature of the fuel cell 11 is equal to or lower than the predetermined temperature T1, the fuel pump 154 is stopped (step 5).

次に、中心温度センサＴＣ１が検知する燃料電池１１の中心部の温度と所定温度Ｔ２とを比較する（ステップ６）。所定温度Ｔ２は改質水を停止することのできる温度であり、例えば２４９℃に設定される。ステップ４で、燃料電池１１の温度が所定温度Ｔ２以下であると判断されると、制御装置３０は改質水ポンプを停止する（ステップ７）。 Next, the temperature of the center of the fuel cell 11 detected by the center temperature sensor TC1 is compared with a predetermined temperature T2 (step 6). The predetermined temperature T2 is a temperature at which the reforming water can be stopped, and is set to, for example, 249°C. If it is determined in step 4 that the temperature of the fuel cell 11 is equal to or lower than the predetermined temperature T2, the control device 30 stops the reforming water pump (step 7).

さらに、中心温度センサＴＣ１が検知する燃料電池１１の中心部の温度と所定温度Ｔ３とを比較する（ステップ８）。所定温度Ｔ３は燃料電池１１の冷却が完了し、再起動を行うことのできる温度であり、例えば１５０℃に設定される。ステップ６で、燃料電池１１の温度が所定温度Ｔ３以下であると判断されると、制御装置３０はエアブロア１４２を停止して燃料電池１１の冷却を完了し、その他の補機の動作も停止する（ステップ９）。 Then, the temperature of the center of the fuel cell 11 detected by the center temperature sensor TC1 is compared with a predetermined temperature T3 (step 8). The predetermined temperature T3 is the temperature at which the cooling of the fuel cell 11 is complete and the fuel cell 11 can be restarted, and is set to, for example, 150°C. If it is determined in step 6 that the temperature of the fuel cell 11 is equal to or lower than the predetermined temperature T3, the control device 30 stops the air blower 142 to complete the cooling of the fuel cell 11, and also stops the operation of other auxiliary equipment (step 9).

ところで、燃料電池装置１００は、多くの場合が屋外に設置される。そのため、外気による外乱の影響を受けやすく、エアブロア１４２をデューティ比で一定に制御していても外乱によって実際の流量が変動してしまうことがある。燃料電池モジュール１に供給される空気の流量が少なすぎると燃料ガスの濃度が爆発下限界に到達してしまうおそれがあり、反対に空気の流量が多すぎると急激に燃料電池１１が冷却されることでスタックが劣化してしまうおそれがある。そのため、空気の流量に最小値と最大値を設け、空気流量センサ１４１で検知される流量が、最小値と最大値の間の制御範囲を外れないようにエアブロア１４２を制御する必要がある。 However, fuel cell devices 100 are often installed outdoors. Therefore, they are easily affected by disturbances from outside air, and even if the air blower 142 is controlled to a constant duty ratio, the actual flow rate may fluctuate due to disturbances. If the flow rate of air supplied to the fuel cell module 1 is too low, the concentration of the fuel gas may reach the lower explosion limit, and conversely, if the air flow rate is too high, the fuel cell 11 may be cooled rapidly, causing the stack to deteriorate. For this reason, it is necessary to set a minimum and maximum value for the air flow rate, and to control the air blower 142 so that the flow rate detected by the air flow sensor 141 does not go outside the control range between the minimum and maximum values.

そこで、本実施形態では、停止工程における空気の流量の最小値Ａｍｉｎおよび最大値Ａｍａｘを設定し、空気流量センサ１４１が検知する空気の流量が最小値Ａｍｉｎ以下または最大値Ａｍａｘ以上となった場合には、デューティ制御から固定流量制御に切り換えてエアブロア１４２の駆動を制御する。デューティ制御は、印加するパルスをＯＮにする比率でエアブロア１４２の駆動を制御するのに対し、固定流量制御は、目標とする流量を設定し、空気流量センサ１４１の検知する値がその設定された流量になるようエアブロア１４２の駆動を制御する。したがって、固定流量で制御することで、外乱の影響を受けずに空気の流量を決められた量に維持することができる。よって、外乱の影響によって、デューティ制御では制御範囲を外れてしまう状況のときには、固定流量制御に切り換えることで燃料電池１１に悪影響を与えてしまうことを防止することができる。 Therefore, in this embodiment, the minimum value Amin and maximum value Amax of the air flow rate during the stop process are set, and when the air flow rate detected by the air flow sensor 141 is below the minimum value Amin or above the maximum value Amax, the air blower 142 is controlled by switching from duty control to fixed flow control. Duty control controls the air blower 142 at the ratio at which the applied pulse is turned ON, whereas fixed flow control sets a target flow rate and controls the air blower 142 so that the value detected by the air flow sensor 141 is the set flow rate. Therefore, by controlling with a fixed flow rate, the air flow rate can be maintained at a set amount without being affected by disturbances. Therefore, when the duty control is affected by disturbances and goes out of control range, the fuel cell 11 can be prevented from being adversely affected by switching to fixed flow control.

また、固定流量制御に切り換えた場合には、最小値Ａｍｉｎから最大値Ａｍａｘの間の所定値に流量を固定する。この所定値は１つでもよいし、複数設けてもよい。例えば、流量が最小値Ａｍｉｎ以下になったために固定流量制御に切り換えた場合には第１所定値に固定し、流量が最大値Ａｍａｘ以上になったために固定流量制御に切り換えた場合には第２所定値（第１所定値＜第２所定値）に固定することもできる。このとき、第１所定値をＡｍｉｎ、第２所定値をＡｍａｘとしてもよい。 In addition, when switching to fixed flow control, the flow rate is fixed to a predetermined value between the minimum value Amin and the maximum value Amax. There may be one predetermined value, or multiple predetermined values may be provided. For example, when switching to fixed flow control because the flow rate is below the minimum value Amin, the flow rate may be fixed to a first predetermined value, and when switching to fixed flow control because the flow rate is above the maximum value Amax, the flow rate may be fixed to a second predetermined value (first predetermined value < second predetermined value). In this case, the first predetermined value may be Amin, and the second predetermined value may be Amax.

しかしながら、上述のように所定値を複数設定した場合、第２所定値に固定してエアブロア１４２を駆動すると、デューティ制御の場合と比べて空気の供給量が増加し過ぎてしまうおそれがある。よって、エアブロア１４２は固定流量制御よりもデューティ制御するのが望ましい。そこで、ガス停止準備工程において、エアブロア１４２を固定流量制御している場合、燃料ポンプ１５４を停止する際にはエアブロア１４２をデューティ制御に切り換える。デューティ制御に切り換えた場合には、第２のデューティ比Ｄ２でエアブロア１４２を駆動する。 However, when multiple predetermined values are set as described above, if the air blower 142 is driven at a fixed second predetermined value, there is a risk that the amount of air supplied will increase too much compared to duty control. Therefore, it is preferable to duty control the air blower 142 rather than control it by a fixed flow rate. Therefore, if the air blower 142 is controlled by a fixed flow rate during the gas stop preparation process, the air blower 142 is switched to duty control when the fuel pump 154 is stopped. When switched to duty control, the air blower 142 is driven at the second duty ratio D2.

そして、所定値を複数設定している場合には、少なくとも最も大きい所定値で固定流量制御していた場合にデューティ制御に切り換えればよい。上述の例では、第２所定値で固定流量制御していた場合に、固定流量制御からデューティ制御に切り換えられる。 If multiple predetermined values are set, the control should switch to duty control when fixed flow control is performed at least with the largest predetermined value. In the above example, the control is switched from fixed flow control to duty control when fixed flow control is performed with the second predetermined value.

図４は、ガス停止準備工程におけるエアブロアの制御フローチャートである。ガス停止準備工程がスタートすると、制御装置３０はエアブロア１４２を第１のデューティ比Ｄ１で駆動する（ステップ１１）。なお、制御開始前のデューティ比がＤ１より小さい場合は、Ｄ１になるまで段階的に増加させる。Ｄ１より大きい場合は、Ｄ１になるまで段階的に減少させる。 Figure 4 is a control flow chart of the air blower in the gas stop preparation process. When the gas stop preparation process starts, the control device 30 drives the air blower 142 at a first duty ratio D1 (step 11). If the duty ratio before the start of control is smaller than D1, it is increased stepwise until it reaches D1. If it is larger than D1, it is decreased stepwise until it reaches D1.

次に、空気流量センサ１４１の検知する流量が、最大値Ａｍａｘと最小値Ａｍｉｎの間の制御範囲内であるかを判定する。まず、空気流量センサ１４１の検出値と最大値Ａｍａｘとを比較し（ステップ１２）、検出値が最大値Ａｍａｘ以上であった場合は、デューティ制御から固定流量制御に切り換え、流量をＡｍａｘに固定してエアブロア１４２を駆動する（ステップ１３）。 Next, it is determined whether the flow rate detected by the air flow sensor 141 is within the control range between the maximum value Amax and the minimum value Amin. First, the detection value of the air flow sensor 141 is compared with the maximum value Amax (step 12), and if the detection value is equal to or greater than the maximum value Amax, the control switches from duty control to fixed flow rate control, and the flow rate is fixed at Amax to drive the air blower 142 (step 13).

ステップ１２で検出値が最大値Ａｍａｘ未満の場合は、次に空気流量センサ１４１の検出値と最小値Ａｍｉｎとを比較する（ステップ１４）。検出値が最小値Ａｍｉｎ以下であった場合は、デューティ制御から固定流量制御に切り換え、流量をＡｍｉｎに固定してエアブロア１４２を駆動する（ステップ１５）。 If the detected value is less than the maximum value Amax in step 12, the detected value of the air flow sensor 141 is then compared with the minimum value Amin (step 14). If the detected value is equal to or less than the minimum value Amin, the system switches from duty control to fixed flow control, and the flow rate is fixed at Amin to drive the air blower 142 (step 15).

ステップ１４で検出値が最小値Ａｍｉｎより大きい場合、つまり空気流量センサ１４１の検出値が制御範囲内であった場合には、デューティ制御が継続され第１のデューティ比Ｄ１でエアブロア１４２を駆動する（ステップ１６）。 If the detection value in step 14 is greater than the minimum value Amin, that is, if the detection value of the air flow sensor 141 is within the control range, duty control continues and the air blower 142 is driven at the first duty ratio D1 (step 16).

次に、中心温度センサＴＣ１が検知する燃料電池１１の中心部の温度と所定温度Ｔ４とを比較する（ステップ１７）。所定温度Ｔ４は、例えば２５５℃が設定されている。ステップ１７で燃料電池の温度が２５５℃以下であると判断されると、エアブロア１４２の駆動がＡｍｉｎの固定流量制御であるかを判定する（ステップ１８）。Ａｍｉｎの固定流量制御の場合には風量を変えずにフローを終了する。 Next, the temperature of the center of the fuel cell 11 detected by the center temperature sensor TC1 is compared with a predetermined temperature T4 (step 17). The predetermined temperature T4 is set to, for example, 255°C. If it is determined in step 17 that the temperature of the fuel cell is below 255°C, it is determined whether the air blower 142 is being driven under fixed flow control of Amin (step 18). If it is under fixed flow control of Amin, the flow ends without changing the air volume.

一方で、Ａｍｉｎの固定流量制御でない場合には、エアブロア１４２の駆動を第２のデューティ比Ｄ２に変更して空気の供給量を低下させる（ステップ１９）。したがって、エアブロア１４２を第１のデューティ比Ｄ１で制御していた場合にはデューティ比が変更され、固定値Ａｍａｘの固定流量制御していた場合には、固定流量制御からデューティ制御に切り換えられることになる。 On the other hand, if the flow rate control is not fixed at Amin, the air blower 142 is driven at a second duty ratio D2 to reduce the amount of air supplied (step 19). Therefore, if the air blower 142 was controlled at the first duty ratio D1, the duty ratio is changed, and if the flow rate control is fixed at a fixed value Amax, the flow rate control is switched from the fixed flow rate control to the duty control.

以上で説明したように、本実施形態の燃料電池装置１００は、発電運転を停止する停止工程において、燃料ポンプ１５４を停止する際には、空気の供給量を低下させるようエアブロア１４２を制御する。これにより、原燃料流路２２へ水蒸気が逆流することが抑制されるので、原燃料流路２２に設けられた燃料ポンプ１５４に水蒸気が到達せず、故障を防止することができる。その結果、逆流防止用の逆止弁を廃止することができるため、コストダウンも可能となる。 As described above, in the fuel cell device 100 of this embodiment, when the fuel pump 154 is stopped during the shutdown process for stopping the power generation operation, the air blower 142 is controlled to reduce the amount of air supplied. This prevents water vapor from flowing back into the raw fuel flow path 22, so that water vapor does not reach the fuel pump 154 provided in the raw fuel flow path 22 and prevents breakdowns. As a result, the check valve for preventing backflow can be eliminated, which also allows costs to be reduced.

また、燃料ポンプ１５４の停止前はエアブロア１４２を第１のデューティ比で駆動し、燃料ポンプ１５４の停止後はエアブロア１４２を第１のデューティ比よりも低い第２のデューティ比で駆動することで、燃料ポンプ１５４の停止前と停止後とで空気の供給量を低下させることができる。 In addition, by driving the air blower 142 at a first duty ratio before the fuel pump 154 is stopped, and driving the air blower 142 at a second duty ratio lower than the first duty ratio after the fuel pump 154 is stopped, the amount of air supplied can be reduced before and after the fuel pump 154 is stopped.

また、空気流量センサ１４１が検知する空気の流量が最小値Ａｍｉｎ以下または最大値Ａｍａｘ以上となった場合には、デューティ制御から固定流量制御に切り換えてエアブロア１４２の駆動を制御する。固定流量で制御することで、外乱の影響を受けずに空気の供給量を決められた量に維持することができるので、外乱の影響によって、デューティ制御では制御範囲を外れてしまう状況のときには、固定流量制御に切り換えることで燃料電池１１に悪影響を与えてしまうことを防止することができる。 In addition, when the air flow rate detected by the air flow sensor 141 falls below the minimum value Amin or exceeds the maximum value Amax, the system switches from duty control to fixed flow rate control to control the operation of the air blower 142. By controlling with a fixed flow rate, the air supply volume can be maintained at a set volume without being affected by disturbances, so that in situations where the control range is exceeded by the duty control due to the effects of disturbances, switching to fixed flow rate control can be used to prevent adverse effects on the fuel cell 11.

また、ガス停止準備工程において、エアブロア１４２を固定流量制御している場合、燃料ポンプ１５４を停止する際にはエアブロア１４２をデューティ制御に切り換える。これにより、空気の供給量が増加し過ぎてしまうことを防止することができる。 In addition, if the air blower 142 is under fixed flow control during the gas stop preparation process, the air blower 142 is switched to duty control when the fuel pump 154 is stopped. This makes it possible to prevent the amount of air supplied from increasing too much.

なお、本実施形態では、燃料供給装置１５の最下流（燃料ポンプ１５４の下流）に逆流防止用の電磁弁を備えていない構造について説明した。逆流防止用の電磁弁を廃止することでコストダウンすることができる。しかしながら、逆流防止用の電磁弁を備えて構成してもよいことは言うまでもない。その上で上述のようにエアブロア１４２を制御することで、電磁弁が故障して正常に動作しなかった場合に水蒸気の逆流を抑制して、補機の故障を防止することができる。 In this embodiment, a structure has been described in which a backflow prevention solenoid valve is not provided at the most downstream of the fuel supply device 15 (downstream of the fuel pump 154). By eliminating the backflow prevention solenoid valve, costs can be reduced. However, it goes without saying that a backflow prevention solenoid valve may also be provided. In addition, by controlling the air blower 142 as described above, it is possible to prevent auxiliary equipment from failing by suppressing the backflow of water vapor in the event that the solenoid valve fails to operate normally.

１１燃料電池
１２改質器
３０制御装置
１４１空気流量センサ
１４２エアブロア
１５４燃料ポンプ
１６０改質水ポンプ 11 fuel cell 12 reformer 30 control device 141 air flow sensor 142 air blower 154 fuel pump 160 reforming water pump

Claims

a fuel cell that generates electricity using a fuel gas and an oxygen-containing gas;
a reformer for generating fuel gas by steam reforming a raw fuel;
a fuel pump for supplying a raw fuel to the reformer;
a reforming water pump that supplies water to the reformer;
an air blower for supplying an oxygen-containing gas to the fuel cell;
a control device that, in a stopping step of stopping power generation of the fuel cell, controls the operation of the air blower to supply an oxygen-containing gas to the fuel cell to cool the fuel cell, and when the temperature of the fuel cell drops to a temperature at which the supply of raw fuel and water is stopped, stops the fuel pump and the reforming water pump to stop the supply of raw fuel and water;
The control device controls the air blower to reduce the supply amount of oxygen-containing gas when the fuel pump is stopped.

The fuel cell device according to claim 1, wherein, in the stopping process, the control device drives the air blower at a first duty ratio before the fuel pump is stopped, and drives the air blower at a second duty ratio lower than the first duty ratio after the fuel pump is stopped.

an air flow sensor for detecting a flow rate of an oxygen-containing gas supplied to the fuel cell;
3. The fuel cell device according to claim 2, wherein the control device sets a minimum and a maximum value for the flow rate of the oxygen-containing gas during the stopping process, and when the flow rate of the oxygen-containing gas detected by the air flow sensor falls below the minimum value or exceeds the maximum value, performs fixed flow rate control in which the flow rate is fixed to a predetermined value between the minimum value and the maximum value and the air blower is driven.

The fuel cell device according to claim 3, wherein the control device drives the air blower at the second duty ratio when the fuel pump is stopped if the air blower is under fixed flow rate control before the fuel pump is stopped.