JP4523298B2 - Fuel cell system and power generation method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、水素含有ガス中の水素を利用して発電を行う燃料電池を有する燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system having a fuel cell that generates power using hydrogen in a hydrogen-containing gas.

改質用燃料等を利用して発電を行う燃料電池システムは、改質用燃料等から水素を含有する改質ガスを生成する改質器と、上記改質ガスから高純度の水素を取り出すための水素分離膜装置と、水素をプロトンの状態にし酸素と反応させて発電を行う燃料電池とを備えている。上記改質器は、例えば、改質用燃料と水とによる水蒸気改質反応及び改質用燃料と酸素とによる部分酸化反応等を行って、上記改質ガスを生成している。また、上記水素分離膜装置は、パラジウム又はバナジウム等からなる水素分離膜を備えており、この水素分離膜は水素のみを透過させる性質を持っている。また、上記燃料電池は、上記水素分離膜を透過した水素が供給されるアノード流路と、空気等が供給されるカソード流路と、これらの流路の間に配設されたプロトン伝導体（電解質）とを有している。   A fuel cell system that generates power using reforming fuel and the like is used to generate a reformed gas containing hydrogen from reforming fuel and the like, and to extract high-purity hydrogen from the reformed gas. And a fuel cell for generating power by reacting oxygen with hydrogen in a proton state. The reformer performs, for example, a steam reforming reaction using a reforming fuel and water and a partial oxidation reaction using a reforming fuel and oxygen to generate the reformed gas. The hydrogen separation membrane apparatus includes a hydrogen separation membrane made of palladium, vanadium, or the like, and the hydrogen separation membrane has a property of allowing only hydrogen to permeate. In addition, the fuel cell includes an anode channel to which hydrogen that has passed through the hydrogen separation membrane is supplied, a cathode channel to which air or the like is supplied, and a proton conductor (between these channels ( Electrolyte).

また、上記水素分離膜装置は、上記水素分離膜の両側に、上記改質ガスが供給される改質ガス側流路と、上記燃料電池に連通される透過側流路とを有している。そして、上記透過側流路には、上記アノード流路から排出されるアノードオフガス又はカソード流路から排出されるカソードオフガス等をパージガスとして流し、上記水素分離膜を透過した水素を上記燃料電池のアノード流路に送り出している。
そして、上記燃料電池システムにおいては、アノード流路に供給した水素をプロトンの状態にして上記プロトン伝導体を透過させ、カソード流路において、プロトン状態の水素と空気中の酸素とを反応させて水を生成しながら発電を行っている。このような燃料電池システムとしては、例えば、特許文献１、２に示すものがある。 In addition, the hydrogen separation membrane device has a reformed gas side flow channel to which the reformed gas is supplied and a permeate side flow channel connected to the fuel cell on both sides of the hydrogen separation membrane. . Then, the anode-side gas discharged from the anode channel or the cathode-off gas discharged from the cathode channel is allowed to flow as a purge gas in the permeate side channel, and the hydrogen that has permeated the hydrogen separation membrane is passed through the anode of the fuel cell. It is sent out to the flow path.
In the fuel cell system, hydrogen supplied to the anode channel is made into a proton state and allowed to pass through the proton conductor, and in the cathode channel, hydrogen in the proton state and oxygen in the air are reacted to form water. Power generation while generating. Examples of such a fuel cell system include those shown in Patent Documents 1 and 2.

ところで、上記水素分離膜に用いるパラジウム又はバナジウム等は、例えば３００〜６００℃の作動温度範囲においては、良好な水素透過性能を発揮するが、上記作動温度範囲を外れると性能劣化を引き起こすことが知られている。そのため、上記改質器において行う反応の量を調整したり、あるいは上記水素分離膜装置における透過側流路に流すパージガスの流量を調整したりして、水素分離膜における温度が上記作動範囲内になるよう制御している。   By the way, palladium or vanadium used for the hydrogen separation membrane exhibits good hydrogen permeation performance in the operating temperature range of, for example, 300 to 600 ° C., but it is known that performance deterioration is caused when the operating temperature range is exceeded. It has been. Therefore, by adjusting the amount of reaction performed in the reformer, or adjusting the flow rate of the purge gas flowing through the permeate-side flow path in the hydrogen separation membrane device, the temperature in the hydrogen separation membrane is within the operating range. It is controlled to become.

しかしながら、上記水素分離膜における温度は、例えば上記改質ガス側流路へ供給される改質ガスの組成、流量等の変化によって急激に変化することがある。そして、このように水素分離膜における温度が急激に変化した場合には、上記制御を行うだけでは十分ではなく、水素分離膜における温度が上記作動温度範囲を外れてしまうおそれがある。   However, the temperature in the hydrogen separation membrane may change abruptly due to, for example, changes in the composition and flow rate of the reformed gas supplied to the reformed gas side flow path. When the temperature in the hydrogen separation membrane changes abruptly in this way, it is not sufficient to perform the above control, and the temperature in the hydrogen separation membrane may be out of the operating temperature range.

特開２００３−１５１５９９号公報JP 2003-151599 A 特開２００１−２２３０１７号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-2223017

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、燃料電池システムを効率よく安定して運転することができると共に、燃料電池の電解質体における水素分離金属層に劣化が生じないようにして、水素分離金属層の耐久性を向上させることができる燃料電池システム及びその発電方法を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and can efficiently and stably operate a fuel cell system and prevent deterioration of a hydrogen separation metal layer in an electrolyte body of a fuel cell. Thus, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of improving the durability of the hydrogen separation metal layer and a power generation method thereof.

第１の発明は、水素を含有する水素含有ガスを利用して発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、
上記燃料電池は、上記水素含有ガスが供給されるアノード流路と、カソードガスが供給されるカソード流路と、該カソード流路と上記アノード流路との間に配設された電解質体と、該電解質体の温度を検出する温度検出部とを有しており、
上記電解質体は、上記アノード流路に供給された上記水素含有ガス中の水素を透過させるための水素分離金属層と、該水素分離金属層を透過させた上記水素をプロトンの状態にして透過させて上記カソード流路に到達させるためのプロトン伝導体層とを積層してなり、かつ、上記電解質体は、上記プロトン伝導体層における上記アノード流路側の表面に形成したアノード電極と、上記プロトン伝導体層における上記カソード流路側の表面に形成したカソード電極とを有しており、
上記アノード流路には、該アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は当該アノード流路における圧力を調整するアノードガス調整器が接続されており、該アノードガス調整器は、制御装置により制御可能に構成されており、
上記制御装置は、上記温度検出部によって検出した上記電解質体の温度が所定の上限値を超えたとき又は該電解質体の温度が所定の温度変化率を超えて上昇したときである過度温度上昇時には、上記アノードガス調整器を操作して、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を増加させ、一方、上記温度検出部によって検出した上記電解質体の温度が所定の下限値未満になったとき又は該電解質体の温度が所定の温度変化率を超えて低下したときである過度温度低下時には、上記アノードガス調整器を操作して、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を減少させるよう構成されていることを特徴とする燃料電池システムにある（請求項１）。
第２の発明は、水素を含有する水素含有ガスを利用して発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、
上記燃料電池は、上記水素含有ガスが供給されるアノード流路と、カソードガスが供給されるカソード流路と、該カソード流路と上記アノード流路との間に配設された電解質体とを有しており、
上記電解質体は、上記アノード流路に供給された上記水素含有ガス中の水素を透過させるための水素分離金属層と、該水素分離金属層を透過させた上記水素をプロトンの状態にして透過させて上記カソード流路に到達させるためのプロトン伝導体層とを積層してなり、かつ、上記電解質体は、上記プロトン伝導体層における上記アノード流路側の表面に形成したアノード電極と、上記プロトン伝導体層における上記カソード流路側の表面に形成したカソード電極とを有しており、
上記アノード流路には、該アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は当該アノード流路における圧力を調整するアノードガス調整器が接続されており、該アノードガス調整器は、制御装置により制御可能に構成されており、
上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの温度と上記アノード流路から排出されるアノードオフガスの温度との一対の温度、又は上記カソード流路に供給する上記カソードガスの温度と上記カソード流路から排出されるカソードオフガスの温度との一対の温度のうち、少なくともいずれかの一対の温度から上記電解質体の温度を推算し、
上記制御装置は、上記電解質体の温度が所定の上限値を超えたとき又は上記電解質体の温度が所定の温度変化率を超えて上昇したときである過度温度上昇時には、上記アノードガス調整器を操作して、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を増加させ、一方、上記電解質体の温度が所定の下限値未満になったとき又は上記電解質体の温度が所定の温度変化率を超えて低下したときである過度温度低下時には、上記アノードガス調整器を操作して、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を減少させるよう構成されていることを特徴とする燃料電池システムにある（請求項２）。
第３の発明は、水素を含有する水素含有ガスを利用して発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、
上記燃料電池は、上記水素含有ガスが供給されるアノード流路と、カソードガスが供給されるカソード流路と、該カソード流路と上記アノード流路との間に配設された電解質体と、当該燃料電池を冷却するための冷媒ガスが供給される冷媒流路を有しており、
上記電解質体は、上記アノード流路に供給された上記水素含有ガス中の水素を透過させるための水素分離金属層と、該水素分離金属層を透過させた上記水素をプロトンの状態にして透過させて上記カソード流路に到達させるためのプロトン伝導体層とを積層してなり、かつ、上記電解質体は、上記プロトン伝導体層における上記アノード流路側の表面に形成したアノード電極と、上記プロトン伝導体層における上記カソード流路側の表面に形成したカソード電極とを有しており、
上記アノード流路には、該アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は当該アノード流路における圧力を調整するアノードガス調整器が接続されており、該アノードガス調整器は、制御装置により制御可能に構成されており、
上記冷媒流路には、該冷媒流路を流れる上記冷媒ガスの流量を調整する冷媒流量調整器が接続されており、該冷媒流量調整器は、上記制御装置により制御可能に構成されており、
上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの温度と上記アノード流路から排出されるアノードオフガスの温度との一対の温度、上記カソード流路に供給する上記カソードガスの温度と上記カソード流路から排出されるカソードオフガスの温度との一対の温度、又は上記冷媒流路に供給する上記冷媒の温度と上記冷媒流路から排出される冷媒オフガスの温度との一対の温度のうち、少なくともいずれかの一対の温度から上記電解質体の温度を推算し、
上記制御装置は、上記電解質体の温度が所定の範囲内に維持されるように上記冷媒流量調整器を制御するよう構成されており、かつ、上記電解質体の温度が所定の上限値を超えたとき又は上記電解質体の温度が所定の温度変化率を超えて上昇したときである過度温度上昇時には、上記アノードガス調整器を操作して、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を増加させ、一方、上記電解質体の温度が所定の下限値未満になったとき又は上記電解質体の温度が所定の温度変化率を超えて低下したときである過度温度低下時には、上記アノードガス調整器を操作して、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を減少させるよう構成されていることを特徴とする燃料電池システムにある（請求項３）。 1st invention is a fuel cell system provided with the fuel cell which generates electric power using hydrogen content gas containing hydrogen,
The fuel cell includes an anode channel to which the hydrogen-containing gas is supplied, a cathode channel to which a cathode gas is supplied, an electrolyte body disposed between the cathode channel and the anode channel , A temperature detection unit for detecting the temperature of the electrolyte body ;
The electrolyte body has a hydrogen separation metal layer for permeating hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path, and permeates the hydrogen permeated through the hydrogen separation metal layer in a proton state. And a proton conductor layer for reaching the cathode channel, and the electrolyte body includes an anode electrode formed on a surface of the proton conductor layer on the anode channel side, and the proton conduction layer. A cathode electrode formed on the surface of the body layer on the cathode flow path side,
An anode gas regulator for adjusting the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode passage or the pressure in the anode passage is connected to the anode passage, and the anode gas regulator is controlled by a control device. It is configured to be controllable,
The control device, when the is excessive temperature rise when the temperature at or the electrolyte temperature of the electrolyte body detected by the temperature detecting unit exceeds a predetermined upper limit value rises above the predetermined temperature change rate The anode gas regulator is operated to increase the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path or the pressure in the anode flow path, while the temperature of the electrolyte body detected by the temperature detection unit is during a is excessively temperature drop when the temperature of or the electrolyte when becomes less than a predetermined lower limit value is lowered beyond a predetermined temperature change rate, by operating the anode gas regulator, supplied to the anode channel The fuel cell system is configured to reduce the flow rate of the hydrogen-containing gas or the pressure in the anode flow path (Claim 1).
According to a second aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system including a fuel cell that generates power using a hydrogen-containing gas containing hydrogen.
The fuel cell includes an anode channel to which the hydrogen-containing gas is supplied, a cathode channel to which a cathode gas is supplied, and an electrolyte body disposed between the cathode channel and the anode channel. Have
The electrolyte body has a hydrogen separation metal layer for permeating hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path, and permeates the hydrogen permeated through the hydrogen separation metal layer in a proton state. And a proton conductor layer for reaching the cathode channel, and the electrolyte body includes an anode electrode formed on a surface of the proton conductor layer on the anode channel side, and the proton conduction layer. A cathode electrode formed on the surface of the body layer on the cathode flow path side,
An anode gas regulator for adjusting the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode passage or the pressure in the anode passage is connected to the anode passage, and the anode gas regulator is controlled by a control device. It is configured to be controllable,
A pair of temperatures of the temperature of the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path and the temperature of the anode off-gas discharged from the anode flow path, or the temperature of the cathode gas supplied to the cathode flow path and the cathode flow path The temperature of the electrolyte body is estimated from at least one of a pair of temperatures with a cathode off-gas temperature discharged from
When the temperature of the electrolyte body exceeds a predetermined upper limit value or when the temperature of the electrolyte body rises beyond a predetermined temperature change rate, the control device controls the anode gas regulator. In operation, the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path or the pressure in the anode flow path is increased, while when the temperature of the electrolyte body is less than a predetermined lower limit value or of the electrolyte body When the temperature drops excessively, ie, when the temperature drops below a predetermined rate of change in temperature, the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path or the pressure in the anode flow path by operating the anode gas regulator The fuel cell system is characterized in that the fuel cell system is configured to reduce the fuel consumption.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system including a fuel cell that generates power using a hydrogen-containing gas containing hydrogen.
The fuel cell includes an anode channel to which the hydrogen-containing gas is supplied, a cathode channel to which a cathode gas is supplied, an electrolyte body disposed between the cathode channel and the anode channel, A refrigerant flow path for supplying a refrigerant gas for cooling the fuel cell;
The electrolyte body has a hydrogen separation metal layer for permeating hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path, and permeates the hydrogen permeated through the hydrogen separation metal layer in a proton state. And a proton conductor layer for reaching the cathode channel, and the electrolyte body includes an anode electrode formed on a surface of the proton conductor layer on the anode channel side, and the proton conduction layer. A cathode electrode formed on the surface of the body layer on the cathode flow path side,
An anode gas regulator for adjusting the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode passage or the pressure in the anode passage is connected to the anode passage, and the anode gas regulator is controlled by a control device. It is configured to be controllable,
A refrigerant flow regulator for adjusting the flow rate of the refrigerant gas flowing through the refrigerant flow channel is connected to the refrigerant flow channel, and the refrigerant flow regulator is configured to be controllable by the control device,
A pair of temperatures of the temperature of the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path and the temperature of the anode off-gas discharged from the anode flow path, the temperature of the cathode gas supplied to the cathode flow path, and the cathode flow path At least one of a pair of temperatures with the temperature of the cathode off-gas discharged or a pair of temperatures with the temperature of the refrigerant supplied to the refrigerant flow path and the temperature of the refrigerant off-gas discharged from the refrigerant flow path The temperature of the electrolyte body is estimated from a pair of temperatures,
The control device is configured to control the refrigerant flow controller so that the temperature of the electrolyte body is maintained within a predetermined range, and the temperature of the electrolyte body exceeds a predetermined upper limit value. Or when the temperature of the electrolyte body has risen beyond a predetermined rate of temperature change, the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path by operating the anode gas regulator or Increase in pressure in the anode flow path, on the other hand, excessive temperature decrease when the temperature of the electrolyte body becomes lower than a predetermined lower limit value or when the temperature of the electrolyte body decreases over a predetermined temperature change rate Sometimes, the anode gas regulator is operated to reduce the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode channel or the pressure in the anode channel. In the fuel cell system according to symptoms (claim 3).

本発明の燃料電池システムは、上記水素分離金属層と上記プロトン伝導体層とを積層してなる電解質体を備えた燃料電池を有している。そして、本発明の燃料電池システムにおいては、上記プロトン伝導体層は水分を含浸させずに用いることができるため、上記燃料電池を、例えば３００〜６００℃の高温状態で作動させることができる。   The fuel cell system of the present invention includes a fuel cell including an electrolyte body formed by laminating the hydrogen separation metal layer and the proton conductor layer. And in the fuel cell system of this invention, since the said proton conductor layer can be used without impregnating a water | moisture content, the said fuel cell can be operated in the high temperature state of 300-600 degreeC, for example.

ところで、上記燃料電池のカソード流路においては、このカソード流路に供給したカソードガス中の酸素と、上記アノード流路から上記電解質体を通過して上記カソード流路に供給されたプロトン状態の水素（Ｈ+、水素イオンともいう。）とが反応し、水が生成される。この水の生成反応は、２Ｈ+＋１／２・Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏとして表される。そして、上記反応を行うと共に上記電解質体におけるアノード電極とカソード電極との間から電力を取り出すことにより、上記燃料電池システムは発電を行うことができる。 Meanwhile, in the cathode flow path of the fuel cell, oxygen in the cathode gas supplied to the cathode flow path and proton-state hydrogen supplied from the anode flow path to the cathode flow path through the electrolyte body. (H + , also referred to as hydrogen ion) reacts to produce water. This water generation reaction is expressed as 2H + + 1/2 · O 2 + 2e − → H 2 O. And the said fuel cell system can generate electric power by taking out electric power from between the anode electrode and cathode electrode in the said electrolyte body while performing the said reaction.

そして、上記アノードガス調整器を用いた燃料電池の温度の制御は、上記燃料電池の電解質体の温度が上記所定の範囲を外れたとき又は上記所定の範囲を外れることが予測されるときの緊急状態に行うことができる。
ところで、上記燃料電池における発電特性を示す指標として、上記アノード電極とカソード電極との間から取り出される電流密度（Ｉ）と電圧（Ｖ）との関係を示すＩ−Ｖ特性がある。そして、このＩ−Ｖ特性においては、電流密度が増加したときには、燃料電池の内部の各損失抵抗が大きくなり電圧が減少するという性質があることが知られている。 The control of the temperature of the fuel cell using the anode gas regulator is an emergency when the temperature of the electrolyte body of the fuel cell is out of the predetermined range or when it is predicted to be out of the predetermined range. Can be done to the state.
By the way, as an index indicating the power generation characteristics in the fuel cell, there is an IV characteristic indicating a relationship between a current density (I) and a voltage (V) extracted from between the anode electrode and the cathode electrode. And it is known that this IV characteristic has the property that when the current density increases, each loss resistance inside the fuel cell increases and the voltage decreases.

そこで、本発明は、上記緊急状態において、上記Ｉ−Ｖ特性における性質を利用して、燃料電池の電解質体における水素分離金属層の温度を変化させようとするものである。特に、本発明は、上記アノード電極の電圧損失（アノード過電圧）は、上記アノード流路における水素分圧に依存することに着目し、上記アノード過電圧に伴う発熱量を変化させることにより、上記水素分離金属層の温度を変化させることができるものである。   Therefore, the present invention intends to change the temperature of the hydrogen separation metal layer in the electrolyte body of the fuel cell using the property in the IV characteristic in the emergency state. In particular, the present invention pays attention to the fact that the voltage loss (anode overvoltage) of the anode electrode depends on the hydrogen partial pressure in the anode flow path, and by changing the amount of heat generated with the anode overvoltage, The temperature of the metal layer can be changed.

すなわち、上記制御装置は、上記過度温度上昇時には、上記アノードガス調整器を操作して、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を増加させる。これにより、アノード流路における水素分圧が増加し、上記アノード過電圧（電圧損失）が減少する。そして、上記アノード電極とカソード電極との間から取り出す電池出力電力が一定になるよう制御した状態においては、上記アノード過電圧が減少したことによる電圧の増加に伴い、電流密度が減少する。
そのため、上記アノード過電圧及び電流密度の減少により発熱量が低下して、燃料電池の温度上昇が抑制され、燃料電池の電解質体における水素分離金属層の温度を低下させることができる。これにより、上記水素分離金属層において、劣化が発生することを抑制することができる。 That is, when the excessive temperature rises, the control device operates the anode gas regulator to increase the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode channel or the pressure in the anode channel. As a result, the hydrogen partial pressure in the anode channel increases, and the anode overvoltage (voltage loss) decreases. And in the state controlled so that the battery output electric power taken out between the said anode electrode and a cathode electrode may become fixed, a current density reduces with the increase in the voltage by the said anode overvoltage reducing.
Therefore, the calorific value is reduced due to the decrease in the anode overvoltage and current density, the temperature rise of the fuel cell is suppressed, and the temperature of the hydrogen separation metal layer in the electrolyte body of the fuel cell can be lowered. Thereby, it can suppress that deterioration generate | occur | produces in the said hydrogen separation metal layer.

一方、上記制御装置は、上記過度温度低下時には、上記アノードガス調整器を操作して、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を減少させる。これにより、アノード流路における水素分圧が減少し、上記アノード過電圧（電圧損失）が増加する。そして、上記アノード電極とカソード電極との間から取り出す電池出力電力が一定になるよう制御した状態においては、上記アノード過電圧が増加したことによる電圧の減少に伴い、電流密度が増加する。
そのため、上記アノード過電圧及び電流密度の増加により発熱量が上昇して、燃料電池の温度低下が抑制され、燃料電池の電解質体における水素分離金属層の温度を上昇させることができる。これによっても、上記水素分離金属層において、劣化が発生することを抑制することができる。 On the other hand, the control device operates the anode gas regulator to reduce the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path or the pressure in the anode flow path when the excessive temperature decreases. Thereby, the hydrogen partial pressure in the anode flow path decreases, and the anode overvoltage (voltage loss) increases. And in the state controlled so that the battery output electric power taken out from between the said anode electrode and a cathode electrode may become fixed, a current density increases with the voltage reduction by the said anode overvoltage increasing.
Therefore, the calorific value increases due to the increase of the anode overvoltage and current density, the temperature decrease of the fuel cell is suppressed, and the temperature of the hydrogen separation metal layer in the electrolyte body of the fuel cell can be increased. Also by this, it can suppress that deterioration generate | occur | produces in the said hydrogen separation metal layer.

それ故、本発明によれば、燃料電池システムを効率よく安定して運転することができると共に、燃料電池の電解質体における水素分離金属層に劣化が生じないようにして、この水素分離金属層の耐久性を向上させることができる。   Therefore, according to the present invention, the fuel cell system can be operated efficiently and stably, and the hydrogen separation metal layer in the electrolyte body of the fuel cell is prevented from being deteriorated. Durability can be improved.

第４の発明は、水素を含有する水素含有ガスを利用して発電を行う燃料電池を備え、該燃料電池は、上記水素含有ガスが供給されるアノード流路と、カソードガスが供給されるカソード流路と、該カソード流路と上記アノード流路との間に配設された電解質体とを有しており、上記電解質体は、上記アノード流路に供給された上記水素含有ガス中の水素を透過させるための水素分離金属層と、該水素分離金属層を透過させた上記水素をプロトンの状態にして透過させて上記カソード流路に到達させるためのプロトン伝導体層とを積層してなり、かつ、上記電解質体は、上記プロトン伝導体層における上記アノード流路側の表面に形成したアノード電極と、上記プロトン伝導体層における上記カソード流路側の表面に形成したカソード電極とを有してなる燃料電池システムの発電方法において、
上記水素含有ガスを上記アノード流路に供給し、上記水素含有ガス中の水素を上記アノード流路から上記水素分離金属層を透過させた後、プロトンの状態にして上記プロトン伝導体層を透過させて上記カソード流路まで到達させ、該カソード流路において、上記プロトン状態の水素と上記カソードガス中の酸素とを反応させて上記発電を行い、
かつ、上記電解質体の温度が所定の上限値を超えたとき又は上記電解質体の温度が所定の温度変化率を超えて上昇したときである過度温度上昇時には、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を増加させ、一方、上記電解質体の温度が所定の下限値未満になったとき又は上記電解質体の温度が所定の温度変化率を超えて低下したときである過度温度低下時には、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を減少させることを特徴とする燃料電池システムの発電方法にある（請求項１３）。 A fourth invention includes a fuel cell that generates power using a hydrogen-containing gas containing hydrogen, and the fuel cell includes an anode channel to which the hydrogen-containing gas is supplied and a cathode to which a cathode gas is supplied. A flow path, and an electrolyte body disposed between the cathode flow path and the anode flow path, wherein the electrolyte body includes hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path. A hydrogen separation metal layer for permeating and a proton conductor layer for permeating the hydrogen permeated through the hydrogen separation metal layer in a proton state to reach the cathode channel. In addition, the electrolyte body includes an anode electrode formed on the surface of the proton conductor layer on the anode channel side, and a cathode electrode formed on the surface of the proton conductor layer on the cathode channel side. In the power generation method of a fuel cell system formed by,
The hydrogen-containing gas is supplied to the anode flow channel, and hydrogen in the hydrogen-containing gas is allowed to permeate the hydrogen separation metal layer from the anode flow channel, and is then in a proton state to permeate the proton conductor layer. To the cathode flow channel, and in the cathode flow channel, the hydrogen in the proton state and oxygen in the cathode gas are reacted to generate the power,
In addition, when the temperature of the electrolyte body exceeds a predetermined upper limit value or when the temperature of the electrolyte body rises exceeding a predetermined temperature change rate, the hydrogen supplied to the anode channel is increased. When the flow rate of the contained gas or the pressure in the anode flow path is increased, on the other hand, when the temperature of the electrolyte body becomes less than a predetermined lower limit value or when the temperature of the electrolyte body falls below a predetermined temperature change rate when excessive temperature drop is, in the power generation method of the fuel cell system characterized by reducing the pressure in the flow rate or the anode channel of the hydrogen-containing gas supplied to the anode channel (claim 13).

本発明の燃料電池システムの発電方法は、上記発明と同様に、上記水素分離金属層と上記プロトン伝導体層とを積層してなる電解質体を備えた燃料電池を用いて、この燃料電池を、例えば３００〜６００℃の高温状態で作動させて発電を行うものである。
そして、上記発明と同様に、上記緊急状態においては、上記制御装置は上記アノードガス調整器を用いて電解質体の温度を制御することができる。 The power generation method of the fuel cell system according to the present invention uses a fuel cell including an electrolyte body formed by laminating the hydrogen separation metal layer and the proton conductor layer, as in the above invention, For example, power is generated by operating at a high temperature of 300 to 600 ° C.
And like the said invention, in the said emergency state, the said control apparatus can control the temperature of an electrolyte body using the said anode gas regulator.

それ故、本発明によっても、燃料電池システムを効率よく安定して運転することができると共に、燃料電池の電解質体における水素分離金属層に劣化が生じないようにして、この水素分離金属層の耐久性を向上させることができる。   Therefore, according to the present invention, the fuel cell system can be efficiently and stably operated, and the hydrogen separation metal layer in the electrolyte body of the fuel cell is not deteriorated. Can be improved.

上述した第１〜第４の発明における好ましい実施の形態につき説明する。
上記第１、第２の発明において、上記燃料電池は、該燃料電池を冷却するための冷媒ガスが供給される冷媒流路を有しており、上記冷媒流路には、該冷媒流路を流れる上記冷媒ガスの流量を調整する冷媒流量調整器が接続されており、該冷媒流量調整器は、上記制御装置により制御可能に構成されており、上記制御装置は、上記電解質体の温度が所定の範囲内に維持されるように上記冷媒流量調整器を制御するよう構成することが好ましい（請求項４）。 A preferred embodiment in the first to fourth inventions described above will be described.
In the first and second aspects of the invention, the fuel cell has a refrigerant flow path to which a refrigerant gas for cooling the fuel cell is supplied, and the refrigerant flow path is provided with the refrigerant flow path. A refrigerant flow rate regulator for adjusting the flow rate of the flowing refrigerant gas is connected, and the refrigerant flow rate regulator is configured to be controllable by the control device. The control device has a predetermined temperature of the electrolyte body. it is preferably configured to control the refrigerant flow rate regulator so as to maintain the range of the (claim 4).

ところで、上記燃料電池は、上記反応を行って作動することにより発熱している。そのため、上記制御装置は、上記冷媒流量調整器を操作して、上記冷媒流路を流れる冷媒ガスの流量を調整することにより、電解質体の温度が所定の範囲内に維持されるように制御することができる。これにより、例えば、上記燃料電池システムにおいて何らかの異変等がない燃料電池システムの定常状態、すなわち上記燃料電池システムが上記過度温度上昇時又は過度温度低下時に至らない定常状態においては、制御装置は、冷媒流量調整器を用いて電解質体の温度の制御を行うことができる。 By the way, the fuel cell generates heat by operating by performing the reaction. Therefore, the control device controls the temperature of the electrolyte body to be maintained within a predetermined range by operating the refrigerant flow rate regulator and adjusting the flow rate of the refrigerant gas flowing through the refrigerant flow path. be able to. Thus, for example, in a steady state of the fuel cell system in which no abnormality or the like is present in the fuel cell system, that is, in a steady state where the fuel cell system does not reach the excessive temperature rise or the excessive temperature drop, the control device The temperature of the electrolyte body can be controlled using the flow rate regulator.

また、上記定常状態においては、上記アノード流路に供給する水素含有ガスの流量及び上記カソード流路に供給するカソードガスの流量等は、できるだけ少なくかつできるだけ一定の量になるよう制御することができる。そのため、上記燃料電池における発電量を安定させることができ、燃料電池システムを効率よく安定して運転することができる。   In the steady state, the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow channel and the flow rate of the cathode gas supplied to the cathode flow channel can be controlled to be as small as possible and as constant as possible. . Therefore, the power generation amount in the fuel cell can be stabilized, and the fuel cell system can be operated efficiently and stably.

なお、上記過度温度上昇時又は過度温度低下時である燃料電池システムの緊急状態においても、上記冷媒流量調整器と上記アノードガス調整器とを併用して、電解質体の温度の制御を行うことができる。
また、上記緊急状態においても、上記冷媒流量調整器だけを用いて電解質体の温度の制御を行うことも考えられるが、上記冷媒流量調整器を操作して上記冷媒流路を流れる冷媒ガスの流量を急激に増減させることは、燃料電池内の温度分布（温度の偏り）を拡大することになってしまい、好ましくない。 Even in the emergency state of the fuel cell system when the temperature is excessively increased or excessively decreased, the temperature of the electrolyte body can be controlled by using the refrigerant flow rate regulator and the anode gas regulator together. it can.
Even in the emergency state, it is conceivable to control the temperature of the electrolyte body using only the refrigerant flow rate regulator, but the flow rate of the refrigerant gas flowing through the refrigerant channel by operating the refrigerant flow rate regulator. It is not preferable to increase or decrease the temperature rapidly because the temperature distribution (temperature deviation) in the fuel cell is enlarged.

また、上記第１の発明において、上記燃料電池は、上記電解質体の温度を検出する温度検出部を有している。
これにより、上記燃料電池内に設けた温度検出部により、上記電解質体の温度を直接的又は間接的に検出することができる。そして、上記制御装置は、上記温度検出部により上記電解質体の温度を認知することができる。 In the first aspect of the invention, the fuel cell has a temperature detector that detects the temperature of the electrolyte body .
Thereby , the temperature of the electrolyte body can be detected directly or indirectly by the temperature detector provided in the fuel cell. And the said control apparatus can recognize the temperature of the said electrolyte body by the said temperature detection part.

また、上記第２の発明において、上記燃料電池システムは、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの温度と上記アノード流路から排出されるアノードオフガスの温度との一対の温度、又は上記カソード流路に供給する上記カソードガスの温度と上記カソード流路から排出されるカソードオフガスの温度との一対の温度のうち、少なくともいずれかの一対の温度から上記電解質体の温度を推算するよう構成されている。
これにより、上記制御装置は、上記燃料電池に上記温度検出部を設けることなく、電解質体の温度を認知することができる。 In the second aspect of the invention, the fuel cell system may include a pair of temperatures of a temperature of the hydrogen-containing gas supplied to the anode passage and a temperature of an anode off-gas discharged from the anode passage, or the cathode a pair of temperature between the temperature of the cathode off-gas discharged from the temperature and the cathode channel of the cathode gas supplied to the flow path is configured to estimate the temperature of the electrolyte body at least one of the pair of temperature It is .
Thereby , the said control apparatus can recognize the temperature of an electrolyte body, without providing the said temperature detection part in the said fuel cell.

また、上記第３の発明において、上記燃料電池システムは、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの温度と上記アノード流路から排出されるアノードオフガスの温度との一対の温度、上記カソード流路に供給する上記カソードガスの温度と上記カソード流路から排出されるカソードオフガスの温度との一対の温度、又は上記冷媒流路に供給する上記冷媒ガスの温度と上記冷媒流路から排出される冷媒オフガスの温度との一対の温度のうち、少なくともいずれかの一対の温度から上記電解質体の温度を推算するよう構成されている。
これにより、上記制御装置は、上記燃料電池に上記温度検出部を設けることなく、電解質体の温度を認知することができる。 In the third aspect of the invention, the fuel cell system includes a pair of temperatures of a temperature of the hydrogen-containing gas supplied to the anode passage and a temperature of an anode offgas discharged from the anode passage, the cathode flow The temperature of the cathode gas supplied to the channel and the temperature of the cathode off-gas discharged from the cathode channel, or the temperature of the refrigerant gas supplied to the refrigerant channel and the refrigerant channel a pair of temperature between the temperature of the refrigerant offgas, is configured to estimate the temperature of the electrolyte body at least one of the pair of temperature.
Thereby , the said control apparatus can recognize the temperature of an electrolyte body, without providing the said temperature detection part in the said fuel cell.

また、上記燃料電池システムは、上記燃料電池に供給するための上記水素含有ガスを、改質用燃料から生成する改質器を有していることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記のごとく、上記燃料電池は例えば３００〜６００℃の高温状態で作動させることができるため、上記改質器から上記水素含有ガスを燃料電池に直接供給することができる。
また、上記カソード流路から排出されるカソードオフガスは、上記燃料電池の作動温度に近い高温の状態で上記改質器に直接送ることができる。そのため、上記燃料電池システムにおいては、改質器において水素含有ガスを生成する温度と、燃料電池における作動温度とをかなり近づけることができる。 Further, the fuel cell system, the hydrogen-containing gas to be supplied to the fuel cell, it is preferable to have a reformer for generating a fuel reforming (claim 5).
In this case, as described above, since the fuel cell can be operated at a high temperature of, for example, 300 to 600 ° C., the hydrogen-containing gas can be directly supplied from the reformer to the fuel cell.
Further, the cathode off gas discharged from the cathode flow path can be directly sent to the reformer in a high temperature state close to the operating temperature of the fuel cell. Therefore, in the fuel cell system, the temperature at which the hydrogen-containing gas is generated in the reformer and the operating temperature in the fuel cell can be made much closer.

また、上記改質器は、上記改質用燃料から上記水素含有ガスを生成する改質反応流路と、該改質反応流路に隣接形成され燃焼を行って該改質反応流路を加熱する加熱流路とを有しており、上記燃料電池システムは、上記改質反応流路から上記アノード流路に上記水素含有ガスを供給するための改質ガス供給ラインと、上記カソード流路から排出されるカソードオフガスを上記改質反応流路に送るためのカソードオフガスラインと、上記アノード流路から排出されるアノードオフガスを上記加熱流路に送るためのアノードオフガスラインと、上記冷媒流路から排出される冷媒オフガスを上記加熱流路に送るための冷媒オフガスラインとを有していることが好ましい（請求項６）。 Further, the reformer heats the reforming reaction channel by forming a reforming reaction channel that generates the hydrogen-containing gas from the reforming fuel and the combustion formed adjacent to the reforming reaction channel. The fuel cell system includes a reformed gas supply line for supplying the hydrogen-containing gas from the reforming reaction channel to the anode channel, and a cathode channel. From the cathode offgas line for sending the discharged cathode offgas to the reforming reaction channel, the anode offgas line for sending the anode offgas discharged from the anode channel to the heating channel, and the refrigerant channel the refrigerant offgas discharged preferably has a refrigerant offgas line for feeding to the heating channel (claim 6).

この場合には、上記改質器に上記改質反応流路と上記加熱流路とを形成することにより、上記改質器において行う上記部分酸化反応の割合を少なくすることができる。そのため、上記改質反応流路においては、上記改質用燃料を上記水素等を生成する水蒸気改質反応にできるだけ多く用いることができ、改質器への改質用燃料の供給量を少なくすることができる。そのため、燃料電池システムにおけるエネルギー効率を一層向上させることができる。   In this case, the ratio of the partial oxidation reaction performed in the reformer can be reduced by forming the reforming reaction channel and the heating channel in the reformer. Therefore, in the reforming reaction channel, the reforming fuel can be used as much as possible in the steam reforming reaction for generating the hydrogen and the like, and the amount of reforming fuel supplied to the reformer is reduced. be able to. Therefore, the energy efficiency in the fuel cell system can be further improved.

ところで、上記カソード流路において反応が行われた後に、このカソード流路から排出されるカソードオフガスは、上記反応に使用されなかった残存酸素と、上記反応によって生成された生成水と、上記燃料電池の高温作動による熱量とを有している。
そのため、上記カソード流路から上記カソードオフガスラインを介して上記改質反応流路に上記カソードオフガスを送ったときには、改質反応流路においては、カソードオフガスが有する上記残存酸素及び上記生成水と上記改質用燃料とを反応させることができるだけでなく、カソードオフガスが有する高温の熱エネルギーを利用して反応を行うことができる。これにより、上記燃料電池システムのエネルギー効率を一層向上させることができる。 By the way, after the reaction is performed in the cathode flow path, the cathode off-gas discharged from the cathode flow path includes residual oxygen not used in the reaction, generated water generated by the reaction, and the fuel cell. The amount of heat generated by high temperature operation.
Therefore, when the cathode offgas is sent from the cathode channel to the reforming reaction channel via the cathode offgas line, in the reforming reaction channel, the residual oxygen and the generated water that the cathode offgas has and the In addition to reacting with the reforming fuel, the reaction can be carried out using the high-temperature thermal energy of the cathode offgas. Thereby, the energy efficiency of the fuel cell system can be further improved.

また、上記アノード流路から排出されるアノードオフガスは、上記電解質体における水素分離金属層を透過せずに排出される水素及び上記水素含有ガス中に含まれる一酸化炭素、メタン等の可燃性ガスを有しており、かつ燃料電池の高温作動による熱量を有している。また、上記冷媒ガスに空気等の酸素含有ガスを用いた場合には、上記冷媒流路から排出される冷媒オフガスは、上記冷媒ガス中に含まれる酸素を有しており、かつ上記燃料電池を通過して加熱された熱量を有している。 Further, the anode off-gas discharged from the anode flow path includes hydrogen discharged without passing through the hydrogen separation metal layer in the electrolyte body, and a combustible gas such as carbon monoxide and methane contained in the hydrogen-containing gas. And the amount of heat generated by the high-temperature operation of the fuel cell. In the case of using an oxygen-containing gas such as air to the refrigerant gas, the refrigerant offgas discharged from the coolant channel has an oxygen contained in the refrigerant gas, and the fuel cell It has a quantity of heat that passes through and is heated.

そのため、上記アノード流路から上記アノードオフガスラインを介して上記加熱流路に上記アノードオフガスを送り、また、上記冷媒流路から上記冷媒オフガスラインを介して上記加熱流路に上記冷媒オフガスを送ったときには、加熱流路においては、アノードオフガスが有する上記水素等の可燃性ガスと冷媒オフガスが有する酸素とを燃焼させることができるだけでなく、アノードオフガス及び冷媒オフガスがそれぞれ有する高温の熱エネルギーを利用して燃焼を行うことができる。これにより、上記燃料電池システムのエネルギー効率を一層向上させることができる。   Therefore, the anode offgas is sent from the anode passage to the heating passage through the anode offgas line, and the refrigerant offgas is sent from the refrigerant passage to the heating passage through the refrigerant offgas line. Sometimes, in the heating channel, not only the combustible gas such as hydrogen and the oxygen which the refrigerant offgas has, but also the high temperature heat energy of the anode offgas and the refrigerant offgas respectively can be used. Can be burned. Thereby, the energy efficiency of the fuel cell system can be further improved.

また、上記アノードガス調整器は、上記アノードオフガスラインに配設した圧力調整弁を有しており、上記制御装置は、上記過度温度上昇時には、上記圧力調整弁の開度を小さくして上記アノード流路における圧力を増加させ、一方、上記過度温度低下時には、上記圧力調整弁の開度を大きくして上記アノード流路における圧力を減少させるよう構成されていることが好ましい（請求項７）。 The anode gas regulator has a pressure regulating valve disposed in the anode off-gas line, and the control device reduces the opening of the pressure regulating valve when the excessive temperature rises. Preferably, the pressure in the flow path is increased, and when the excessive temperature decreases, the opening of the pressure regulating valve is increased to decrease the pressure in the anode flow path (Claim 7 ).

この場合には、上記制御装置は、上記燃料電池システムの定常状態においては、上記圧力調整弁の開度を最適に調整しておくことができる。そして、上記制御装置は、上記圧力調整弁の開度を小さくして上記アノード流路における圧力を増加させることができ、一方、上記圧力調整弁の開度を大きくして（例えば全開にすることもできる。）上記アノード流路における圧力を減少させることができる。そのため、上記制御装置は、上記アノード流路における圧力を容易に増減させることができ、上記アノード過電圧に伴う発熱量を容易に変化させることができる。これにより、上記緊急状態において、上記電解質体の温度を一層容易に制御することができる。   In this case, the control device can optimally adjust the opening of the pressure regulating valve in the steady state of the fuel cell system. The control device can reduce the opening of the pressure regulating valve to increase the pressure in the anode flow path, while increasing the opening of the pressure regulating valve (for example, fully opening). The pressure in the anode channel can be reduced. Therefore, the control device can easily increase or decrease the pressure in the anode flow path, and can easily change the amount of heat generated due to the anode overvoltage. Thereby, the temperature of the electrolyte body can be more easily controlled in the emergency state.

また、上記アノードガス調整器は、上記改質ガス供給ラインに配設した三方調整弁を有しており、上記制御装置は、上記過度温度低下時には、上記圧力調整弁の開度を全開にすると共に、上記三方調整弁を操作して、上記改質ガス供給ラインを流れる上記水素含有ガスの一部を上記改質器における上記改質反応流路に戻すことにより、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を減少させるよう構成されていることが好ましい（請求項８）。 Further, the anode gas regulator has a three-way regulating valve disposed in the reformed gas supply line, and the control device fully opens the opening of the pressure regulating valve when the excessive temperature decreases. At the same time, the three-way regulating valve is operated to return a part of the hydrogen-containing gas flowing through the reformed gas supply line to the reforming reaction channel in the reformer, thereby supplying the anode channel. it is preferably configured so as to reduce the pressure in the flow rate or the anode channel of the hydrogen-containing gas (claim 8).

この場合には、上記制御装置は、上記過度温度低下時には、上記圧力調整弁の開度を全開にすると共に上記三方調整弁を操作して、上記アノード流路における圧力を減少させることができる。そして、上記アノード流路に供給しない水素含有ガスは上記改質反応流路に戻して、再びアノード流路に供給する水素含有ガスとして使用することができる。
そのため、上記制御装置は、上記アノード流路における圧力を容易に減少させることができ、上記アノード過電圧に伴う発熱量を容易に増加させることができる。これにより、上記緊急状態において、上記電解質体の温度を一層容易に制御することができる。 In this case, the control device can fully open the opening of the pressure regulating valve and operate the three-way regulating valve to reduce the pressure in the anode flow path when the excessive temperature drops. The hydrogen-containing gas that is not supplied to the anode channel can be returned to the reforming reaction channel and used as the hydrogen-containing gas supplied to the anode channel again.
Therefore, the control device can easily reduce the pressure in the anode flow path, and can easily increase the amount of heat generated due to the anode overvoltage. Thereby, the temperature of the electrolyte body can be more easily controlled in the emergency state.

また、上記アノードガス調整器は、上記改質ガス供給ラインに配設したガス加圧器と、上記改質ガス供給ラインに配設したリリーフ弁又は三方調整弁とを有しており、上記制御装置は、上記過度温度上昇時には、上記ガス加圧器における出口圧力を増加させて、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を増加させ、一方、上記過度温度低下時には、上記ガス加圧器における出口圧力を減少させる又は上記ガス加圧器を停止させると共に上記リリーフ弁又は三方調整弁を開いて、上記アノード流路内の上記水素含有ガスの一部を上記改質器における上記改質反応流路に戻すことにより、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を減少させるよう構成することもできる（請求項９）。 The anode gas regulator includes a gas pressurizer arranged in the reformed gas supply line, and a relief valve or a three-way regulating valve arranged in the reformed gas supply line, and the control device When the excessive temperature rises, the outlet pressure in the gas pressurizer is increased to increase the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path or the pressure in the anode flow path, while the excessive temperature decrease Sometimes, the outlet pressure in the gas pressurizer is reduced or the gas pressurizer is stopped and the relief valve or the three-way regulating valve is opened to remove a part of the hydrogen-containing gas in the anode flow path. The flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path or the pressure in the anode flow path is reduced by returning to the reforming reaction flow path in FIG. It is also possible to (claim 9).

この場合には、上記制御装置は、上記アノード流路における圧力を容易に増減させることができ、上記アノード過電圧に伴う発熱量を容易に変化させることができる。これにより、上記緊急状態において、上記電解質体の温度を一層容易に制御することができる。また、この場合にも、上記アノード流路に供給しない水素含有ガスは上記改質反応流路に戻して、再びアノード流路に供給する水素含有ガスとして使用することができる。   In this case, the control device can easily increase or decrease the pressure in the anode flow path, and can easily change the amount of heat generated due to the anode overvoltage. Thereby, the temperature of the electrolyte body can be more easily controlled in the emergency state. Also in this case, the hydrogen-containing gas that is not supplied to the anode channel can be returned to the reforming reaction channel and used as the hydrogen-containing gas that is supplied again to the anode channel.

なお、本発明において、上記ガス加圧器とは、ガスを加圧して送り出すことができる装置のことをいい、例えば、ポンプ、ファン、圧縮機（コンプレッサー）又はエジェクター等のことをいう（以下同様）。   In the present invention, the gas pressurizer refers to a device that can pressurize and send out gas, for example, a pump, a fan, a compressor (compressor), an ejector, or the like (hereinafter the same). .

また、上記燃料電池システムは、上記アノード流路から排出される上記アノードオフガスの一部を上記改質ガス供給ラインに送るための再供給ラインを有しており、上記アノードガス調整器は、上記再供給ラインに配設したガス加圧器と、上記改質ガス供給ラインにおいて上記再供給ラインが接続された位置よりも上記水素含有ガスの流れの上流側に配設した逆流防止弁とを有しており、上記制御装置は、上記過度温度上昇時には、上記ガス加圧器を作動させて、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を増加させるよう構成することもできる（請求項１０）。 Further, the fuel cell system has a resupply line for sending a part of the anode off gas discharged from the anode flow path to the reformed gas supply line, and the anode gas regulator includes A gas pressurizer disposed in the resupply line, and a backflow prevention valve disposed on the upstream side of the flow of the hydrogen-containing gas from the position where the resupply line is connected in the reformed gas supply line. And the controller is configured to increase the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode passage or the pressure in the anode passage by operating the gas pressurizer when the excessive temperature rises. (Claim 10 ).

この場合には、上記制御装置は、上記過度温度上昇時には、上記制御装置は上記ガス加圧器を作動させる。そして、上記逆流防止弁により、上記ガス加圧器から送り出されたアノードオフガスが上記改質器に逆流してしまうことを防止した状態で、アノードオフガスを再び上記アノード流路に送り、このアノード流路における圧力を増加させることができる。
そのため、上記制御装置は、上記アノード流路における圧力を容易に増加させることができ、上記アノード過電圧に伴う発熱量を容易に減少させることができる。これにより、上記緊急状態において、上記電解質体の温度を一層容易に制御することができる。 In this case, the control device operates the gas pressurizer when the excessive temperature rises. Then, the anode offgas is sent again to the anode flow path in a state where the backflow prevention valve prevents the anode offgas sent from the gas pressurizer from flowing back to the reformer. The pressure at can be increased.
Therefore, the control device can easily increase the pressure in the anode flow path, and can easily reduce the amount of heat generated due to the anode overvoltage. Thereby, the temperature of the electrolyte body can be more easily controlled in the emergency state.

また、上記アノードガス調整器は、上記アノードオフガスラインに配設した三方調整弁を有しており、上記制御装置は、上記過度温度低下時には、上記三方調整弁を操作して、上記アノードオフガスラインを流れる上記アノードオフガスの一部を排気することにより、上記アノード流路における圧力を減少させるよう構成されていることが好ましい（請求項１１）。 Further, the anode gas regulator has a three-way regulating valve disposed in the anode off-gas line, and the control device operates the three-way regulating valve when the excessive temperature is lowered, so that the anode off-gas line It is preferable that the pressure in the anode flow path is reduced by exhausting a part of the anode off-gas flowing through (Aspect 11 ).

この場合には、上記制御装置は、上記過度温度低下時には、上記三方調整弁を操作して上記アノードオフガスの一部を排気することにより、上記アノード流路における圧力を減少させることができる。
そのため、上記制御装置は、上記アノード流路における圧力を容易に減少させることができ、上記アノード過電圧に伴う発熱量を容易に増加させることができる。これにより、上記緊急状態において、上記電解質体の温度を一層容易に制御することができる。 In this case, the control device can reduce the pressure in the anode flow path by operating the three-way regulating valve and exhausting part of the anode off-gas when the excessive temperature drops.
Therefore, the control device can easily reduce the pressure in the anode flow path, and can easily increase the amount of heat generated due to the anode overvoltage. Thereby, the temperature of the electrolyte body can be more easily controlled in the emergency state.

また、上記燃料電池システムは、上記燃料電池を複数有していると共に、上記アノードガス調整器は上記各燃料電池毎にそれぞれ配設されており、上記制御装置は、上記各燃料電池毎に上記アノードガス調整器を制御するよう構成されていることが好ましい（請求項１２）。
この場合には、上記制御装置は、上記複数の燃料電池において、上記緊急状態になった燃料電池のみに対して、上記アノードガス調整器を用いた温度の制御を行うことができ、上記緊急状態に迅速に対応することができる。また、上記制御装置は、残りの燃料電池に対しては、上記冷媒流量調整器のみを用いて温度の制御を継続することができ、上記緊急状態における燃料電池システム全体の発電効率の低下を抑制することができる。 The fuel cell system includes a plurality of the fuel cells, the anode gas regulator is provided for each of the fuel cells, and the control device includes the fuel cell for each of the fuel cells. Preferably, the anode gas regulator is configured to be controlled (Claim 12 ).
In this case, in the plurality of fuel cells, the control device can perform temperature control using the anode gas regulator only for the fuel cell in the emergency state. Can respond quickly. In addition, the control device can continue to control the temperature of the remaining fuel cells using only the refrigerant flow rate regulator, and suppress a decrease in power generation efficiency of the entire fuel cell system in the emergency state. can do.

また、上記第４の発明において、上記燃料電池は、該燃料電池を冷却するための冷媒ガスが供給される冷媒流路を有しており、上記発電を行う際には、上記電解質体の温度が所定の範囲内に維持されるように上記冷媒流路に供給する上記冷媒ガスの流量を制御することが好ましい（請求項１４）。
この場合には、上述したように、上記燃料電池システムの定常状態においては、制御装置は、冷媒流量調整器を用いて電解質体の温度の制御を行うことができ、燃料電池システムを効率よく安定して運転することができる。 In the fourth aspect of the invention, the fuel cell has a refrigerant flow path to which a refrigerant gas for cooling the fuel cell is supplied. When performing the power generation, the temperature of the electrolyte body There it is preferable to control the flow rate of the coolant gas supplied to the coolant channel so as to be maintained within a predetermined range (claim 14).
In this case, as described above, in the steady state of the fuel cell system, the control device can control the temperature of the electrolyte body using the refrigerant flow rate regulator, and the fuel cell system can be efficiently and stably controlled. And can drive.

また、上記燃料電池システムは、上記燃料電池に供給するための上記水素含有ガスを、改質用燃料から生成する改質器を有していることが好ましい（請求項１５）。
この場合には、上述したように、改質器から上記水素含有ガスを燃料電池に直接供給することができ、改質器において水素含有ガスを生成する温度と、燃料電池における作動温度とをかなり近づけることができる。 Further, the fuel cell system, the hydrogen-containing gas to be supplied to the fuel cell, it is preferable to have a reformer for generating a fuel reforming (claim 15).
In this case, as described above, the hydrogen-containing gas can be directly supplied from the reformer to the fuel cell, and the temperature at which the hydrogen-containing gas is generated in the reformer and the operating temperature of the fuel cell are considerably different. You can get closer.

また、上記第１〜第４の発明において、上記制御装置が上記冷媒流量調整器を用いて温度制御を行う上記電解質体の温度の所定の範囲は、燃料電池において良好に発電を行うことができる許容作動温度範囲とすることができる。この許容作動温度範囲は、例えば、３００〜６００℃とすることができる。この場合には、上記燃料電池の電解質体における水素分離金属層の温度を、水素透過性能を発揮することができる温度に維持することができる。また、この許容作動温度範囲は、４００〜５００℃とすることがさらに好ましい。この場合には、上記燃料電池の電解質体における水素分離金属層の温度を、水素透過性能を発揮する最適な温度に維持することができる。 In the first to fourth aspects of the invention, the predetermined range of the temperature of the electrolyte body, in which the control device performs temperature control using the refrigerant flow rate regulator, can generate power well in the fuel cell. Allowable operating temperature range. This allowable operating temperature range can be, for example, 300 to 600 ° C. In this case, the temperature of the hydrogen separation metal layer in the fuel cell electrolyte body can be maintained at a temperature at which hydrogen permeation performance can be exhibited. The allowable operating temperature range is more preferably 400 to 500 ° C. In this case, the temperature of the hydrogen separation metal layer in the electrolyte body of the fuel cell can be maintained at an optimum temperature that exhibits hydrogen permeation performance.

また、上記電解質体の温度の所定の上限値は、上記許容作動温度範囲の上限値とすることができる。また、この電解質体の温度の所定の上限値は、例えば、上記水素分離金属層を構成する金属の拡散が発生する温度よりも若干低い温度に設定することもできる。また、上記電解質体の温度の所定の下限値は、上記許容作動温度範囲の下限値とすることができる。また、この電解質体の温度の所定の下限値は、例えば、上記水素分離金属層を構成する金属の水素脆化又は水素の被毒が発生する温度よりも若干高い温度に設定することができる。   Further, the predetermined upper limit value of the temperature of the electrolyte body can be the upper limit value of the allowable operating temperature range. Further, the predetermined upper limit value of the temperature of the electrolyte body can be set to a temperature slightly lower than the temperature at which diffusion of the metal constituting the hydrogen separation metal layer occurs, for example. Further, the predetermined lower limit value of the temperature of the electrolyte body can be a lower limit value of the allowable operating temperature range. Further, the predetermined lower limit value of the temperature of the electrolyte body can be set to a temperature slightly higher than the temperature at which hydrogen embrittlement or hydrogen poisoning of the metal constituting the hydrogen separation metal layer occurs, for example.

また、上記改質器においては、例えば、改質用燃料と水とから水素及び一酸化炭素等を生成する水蒸気改質反応と、改質用燃料の一部又は水素と酸素とを燃焼させる部分酸化反応とを行うことができる。そして、水蒸気改質反応により水素を生成する一方、この水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、上記部分酸化反応としての発熱反応を行って、改質器における反応温度を高く維持することができる。   In the above reformer, for example, a steam reforming reaction that generates hydrogen, carbon monoxide, and the like from the reforming fuel and water, and a part of the reforming fuel or a part that burns hydrogen and oxygen. An oxidation reaction. And while producing | generating hydrogen by steam reforming reaction, since this steam reforming reaction is endothermic reaction, the exothermic reaction as said partial oxidation reaction can be performed, and the reaction temperature in a reformer can be maintained high. .

また、上記改質用燃料は、例えば、炭化水素燃料又はアルコール燃料等とすることができる。上記炭化水素燃料としては、例えば、メタン、エタン等の燃料ガス、プロパン、ブタン等の液化石油ガス、オクタン等のガソリンがある。また、上記アルコール燃料としては、例えば、メタノール、エタノール等がある。   The reforming fuel can be, for example, a hydrocarbon fuel or an alcohol fuel. Examples of the hydrocarbon fuel include fuel gas such as methane and ethane, liquefied petroleum gas such as propane and butane, and gasoline such as octane. Examples of the alcohol fuel include methanol and ethanol.

以下に、図面を用いて本発明の燃料電池システム及びその発電方法にかかる実施例につき説明する。
（実施例１）
図１、図２に示すごとく、本例の燃料電池システム１は、炭化水素燃料からなる改質用燃料Ｆから水素を含有する水素含有ガスＧａを生成する改質器２と、この改質器２において生成した上記水素含有ガスＧａを利用して発電を行う燃料電池３とを備えている。
上記改質器２は、上記改質用燃料Ｆから上記水素含有ガスＧａを生成する改質反応流路２１と、この改質反応流路２１に隣接形成され燃焼を行ってこの改質反応流路２１を加熱する加熱流路２２とを有している。 Hereinafter, embodiments of the fuel cell system and the power generation method of the present invention will be described with reference to the drawings.
Example 1
As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell system 1 of the present example includes a reformer 2 that generates a hydrogen-containing gas Ga containing hydrogen from a reforming fuel F made of a hydrocarbon fuel, and the reformer. And a fuel cell 3 that generates power using the hydrogen-containing gas Ga generated in step 2.
The reformer 2 includes a reforming reaction channel 21 that generates the hydrogen-containing gas Ga from the reforming fuel F, and combustion that is formed adjacent to the reforming reaction channel 21 to perform the reforming reaction flow. And a heating flow path 22 for heating the path 21.

また、上記燃料電池３は、上記改質反応流路２１から上記水素含有ガスＧａが供給されるアノード流路３２と、カソードガスＧｃが供給されるカソード流路３３と、このカソード流路３３と上記アノード流路３２との間に配設された電解質体３１と、当該燃料電池３を冷却するための冷媒としての冷媒ガスＧｒが供給される冷媒流路３４とを有している。   The fuel cell 3 includes an anode channel 32 to which the hydrogen-containing gas Ga is supplied from the reforming reaction channel 21, a cathode channel 33 to which a cathode gas Gc is supplied, and the cathode channel 33. An electrolyte body 31 disposed between the anode flow path 32 and a refrigerant flow path 34 to which a refrigerant gas Gr as a refrigerant for cooling the fuel cell 3 is supplied.

また、図２に示すごとく、上記電解質体３１は、上記アノード流路３２に供給された上記水素含有ガスＧａ中の水素を透過させるための水素分離金属層（水素透過金属層）３１１と、この水素分離金属層３１１を透過させた上記水素をプロトンの状態にして透過させて上記カソード流路３３に到達させるためのセラミックスからなるプロトン伝導体層３１２とを積層してなる。そして、上記電解質体３１は、上記プロトン伝導体層３１２における上記アノード流路３２の側の表面に形成したアノード電極３２１と、上記プロトン伝導体層３１２における上記カソード流路３３の側の表面に形成したカソード電極３３１とを有している。   Further, as shown in FIG. 2, the electrolyte body 31 includes a hydrogen separation metal layer (hydrogen permeable metal layer) 311 for allowing hydrogen in the hydrogen-containing gas Ga supplied to the anode flow path 32 to pass therethrough, It is formed by laminating a proton conductor layer 312 made of ceramics for allowing the hydrogen permeated through the hydrogen separation metal layer 311 to pass through in a proton state and reach the cathode channel 33. The electrolyte 31 is formed on the surface of the proton conductor layer 312 on the anode flow path 32 side and on the surface of the proton conductor layer 312 on the cathode flow path 33 side. The cathode electrode 331 is provided.

また、図１に示すごとく、上記燃料電池システム１は、上記冷媒流路３４に供給する上記冷媒ガスＧｒの流量を調整する冷媒流量調整器７と、上記アノード流路３２に供給する上記水素含有ガスＧａの流量又は上記アノード流路３２における圧力を調整するアノードガス調整器５（後述するアノードオフガス用圧力調整弁５２と、後述する改質ガス用三方調整弁５３とを用いて構成されている。）と、上記冷媒流量調整器７及び上記アノードガス調整器５を制御する制御装置とを有している。
そして、上記制御装置は、上記電解質体３１の温度Ｔが所定の範囲（燃料電池３の許容作動温度範囲Ｔｐ）内に維持されるように上記冷媒流量調整器７を制御する。 As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes the refrigerant flow regulator 7 that adjusts the flow rate of the refrigerant gas Gr supplied to the refrigerant flow path 34, and the hydrogen-containing content supplied to the anode flow path 32. An anode gas regulator 5 that adjusts the flow rate of gas Ga or the pressure in the anode flow path 32 (configured using an anode off-gas pressure regulating valve 52 described later and a reformed gas three-way regulating valve 53 described later. . a), and a control device for controlling the refrigerant flow rate regulator 7 and the anode gas regulator 5.
And the said control apparatus controls the said refrigerant | coolant flow regulator 7 so that the temperature T of the said electrolyte body 31 is maintained in the predetermined range (permissible operating temperature range Tp of the fuel cell 3).

また、上記制御装置は、上記電解質体３１の温度Ｔが上記許容作動温度範囲Ｔｐの上限値Ｔｍａｘを超えたときである過度温度上昇時には、上記アノードガス調整器５を操作して、上記アノード流路３２に供給する上記水素含有ガスＧａの流量又は上記アノード流路３２における圧力を増加させるよう構成されている。
一方、上記制御装置は、上記電解質体３１の温度Ｔが上記許容作動温度範囲Ｔｐの下限値Ｔｍｉｎ未満になったときである過度温度低下時には、上記アノードガス調整器５を操作して、上記アノード流路３２に供給する上記水素含有ガスＧａの流量又は上記アノード流路３２における圧力を減少させるよう構成されている。
以下に、これを詳説する。 In addition, the control device operates the anode gas regulator 5 when the temperature T of the electrolyte body 31 exceeds the upper limit value Tmax of the allowable operating temperature range Tp and operates the anode gas regulator 5 to increase the anode flow rate. The flow rate of the hydrogen-containing gas Ga supplied to the passage 32 or the pressure in the anode passage 32 is increased.
On the other hand, when the temperature T of the electrolyte body 31 becomes lower than the lower limit value Tmin of the allowable operating temperature range Tp, the control device operates the anode gas regulator 5 to operate the anode gas regulator 5 when the temperature drops excessively. The flow rate of the hydrogen-containing gas Ga supplied to the flow path 32 or the pressure in the anode flow path 32 is reduced.
This will be described in detail below.

図１、図２に示すごとく、本例の燃料電池システム１は、上記改質反応流路２１から上記アノード流路３２に上記水素含有ガスＧａを供給するための改質ガス供給ライン４２と、上記カソード流路３３から排出されるカソードオフガスＯｃを上記改質反応流路２１に送るためのカソードオフガスライン４６と、上記アノード流路３２から排出されるアノードオフガスＯａを上記加熱流路２２に送るためのアノードオフガスライン４５と、上記冷媒流路３４から排出される上記冷媒オフガスＯｒを上記加熱流路２２に送るための冷媒オフガスライン４７とを有している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell system 1 of the present example includes a reformed gas supply line 42 for supplying the hydrogen-containing gas Ga from the reforming reaction channel 21 to the anode channel 32, and A cathode offgas line 46 for sending the cathode offgas Oc discharged from the cathode channel 33 to the reforming reaction channel 21 and an anode offgas Oa discharged from the anode channel 32 are sent to the heating channel 22. And a refrigerant offgas line 47 for sending the refrigerant offgas Or discharged from the refrigerant flow path 34 to the heating flow path 22.

そして、上記改質器２は、その改質反応流路２１において、上記改質用燃料Ｆと上記カソードオフガスＯｃとを反応させて上記水素含有ガスＧａを生成するよう構成されている。また、上記改質器２は、上記加熱流路２２において、上記アノードオフガスＯａと上記冷媒オフガスＯｒとを燃焼させて上記加熱を行うよう構成されている。   The reformer 2 is configured to generate the hydrogen-containing gas Ga by reacting the reforming fuel F and the cathode offgas Oc in the reforming reaction channel 21. The reformer 2 is configured to perform the heating in the heating flow path 22 by burning the anode offgas Oa and the refrigerant offgas Or.

図１、図２に示すごとく、上記電解質体３１は、上記アノード電極３２１及び上記カソード電極３３１を上記プロトン伝導体層３１２に接合した接合体と、上記水素分離金属層３１１とを積層接合してなるものである。
また、本例の水素分離金属層３１１は、パラジウム（Ｐｄ）とバナジウム（Ｖ）との積層金属からなる。なお、水素分離金属層３１１は、パラジウム単体から構成することもでき、パラジウムを含有する合金又はパラジウムと他の金属との複合体とすることもできる。また、水素分離金属層３１１は、３気圧のアノードガス供給条件下において、電流密度に換算して１０Ａ／ｃｍ2を超える水素透過性能（水素分離性能）を有している。こうして、水素分離金属層３１１の仮想導電抵抗は無視できる程度に小さくしている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the electrolyte body 31 is formed by laminating and joining a joined body in which the anode electrode 321 and the cathode electrode 331 are joined to the proton conductor layer 312 and the hydrogen separation metal layer 311. It will be.
Further, the hydrogen separation metal layer 311 of this example is made of a laminated metal of palladium (Pd) and vanadium (V). Note that the hydrogen separation metal layer 311 can be composed of palladium alone, or can be an alloy containing palladium or a composite of palladium and another metal. Further, the hydrogen separation metal layer 311 has a hydrogen permeation performance (hydrogen separation performance) exceeding 10 A / cm 2 in terms of current density under an anode gas supply condition of 3 atm. Thus, the virtual conductive resistance of the hydrogen separation metal layer 311 is made small enough to be ignored.

また、本例のプロトン伝導体層３１２は、セラミックスとしてのペロブスカイト型酸化物からなる。そして、プロトン伝導体層３１２の導電抵抗は、固体高分子型電解質膜の導電抵抗と同じくらいになるまで小さくしている。また、ペロブスカイト型酸化物としては、例えば、ＢａＣｅＯ3系のもの、ＳｒＣｅＯ3系のものがある。 The proton conductor layer 312 of this example is made of a perovskite oxide as ceramic. The conductive resistance of the proton conductor layer 312 is reduced until it is about the same as the conductive resistance of the solid polymer electrolyte membrane. As the perovskite-type oxide, such as those of BaCeO 3 system, there is a SrCeO 3 system.

また、図２に示すごとく、上記電解質体３１は、上記プロトン伝導体層３１２における上記アノード流路３２の側の表面に形成したアノード電極３２１（陽極）と、上記プロトン伝導体層３１２における上記カソード流路３３の側の表面に形成したカソード電極３３１（陰極）とを有している。また、アノード電極３２１とカソード電極３３１との間には、上記燃料電池３から電力を取り出すための電池出力線３６が接続されている。
また、本例のプロトン伝導体層３１２におけるアノード電極３２１は、上記水素分離金属層３１１を構成するパラジウムにより構成している。また、本例のプロトン伝導体層３１２におけるカソード電極３３１は、Ｐｔ系の電極触媒により構成している。なお、アノード電極３２１も、Ｐｔ系の電極触媒により構成することもできる。 As shown in FIG. 2, the electrolyte body 31 includes an anode electrode 321 (anode) formed on the surface of the proton conductor layer 312 on the anode flow channel 32 side, and the cathode of the proton conductor layer 312. It has a cathode electrode 331 (cathode) formed on the surface on the channel 33 side. A battery output line 36 for taking out electric power from the fuel cell 3 is connected between the anode electrode 321 and the cathode electrode 331.
In addition, the anode electrode 321 in the proton conductor layer 312 of this example is made of palladium constituting the hydrogen separation metal layer 311. In addition, the cathode electrode 331 in the proton conductor layer 312 of this example is formed of a Pt-based electrode catalyst. The anode electrode 321 can also be composed of a Pt-based electrode catalyst.

本例においては、図１に示すごとく、上記カソードオフガスライン４６には、これを流れるカソードオフガスＯｃを２つに分岐して流すことができるカソードオフガス用三方調整弁６１が配設されている。
そして、上記燃料電池システム１は、上記カソードオフガス用三方調整弁６１を介して、カソードオフガスライン４６を流れるカソードオフガスＯｃの一部を排気すると共に、その残部を上記改質器２における改質反応流路２１に送るよう構成されている。また、カソードオフガス用三方調整弁６１は、上記排気するカソードオフガスＯｃの流量と、上記改質反応流路２１に送るカソードオフガスＯｃの流量との分配比率を調整することができる。そして、上記カソードオフガス用三方調整弁６１により、上記カソードオフガスライン４６から上記改質器２における改質反応流路２１に送るカソードオフガスＯｃの流量を調整することができる。 In this example, as shown in FIG. 1, the cathode offgas line 46 is provided with a cathode offgas three-way regulating valve 61 that can branch the cathode offgas Oc flowing therethrough into two.
Then, the fuel cell system 1 exhausts a part of the cathode offgas Oc flowing through the cathode offgas line 46 via the cathode offgas three-way regulating valve 61 and the rest of the reforming reaction in the reformer 2. It is configured to send to the flow path 21. Further, the cathode offgas three-way regulating valve 61 can adjust the distribution ratio between the flow rate of the cathode offgas Oc to be exhausted and the flow rate of the cathode offgas Oc sent to the reforming reaction channel 21. The flow rate of the cathode offgas Oc sent from the cathode offgas line 46 to the reforming reaction channel 21 in the reformer 2 can be adjusted by the cathode offgas three-way regulating valve 61.

これにより、カソードオフガスＯｃ中の酸素量（燃料電池３における反応に使用されなかった残存酸素量）が、改質反応流路２１に必要な酸素量よりも多いときには、カソードオフガス用三方調整弁６１を介してカソードオフガスＯｃの一部を排気することにより、改質反応流路２１に送るカソードオフガスＯｃ中の残存酸素量を適切な量に維持することができる。
なお、本例において用いる各三方調整弁は、ガスを流入させる入口ポートと、ガスを流出させる出口ポート及びリリーフポートとを有する分岐弁である。そして、本例の分岐弁は、出口ポートとリリーフポートとに分岐させて流すガスの流量の分配比率を調整することができるものである。以下の各実施例に示す各三方調整弁についても同様である。 Thereby, when the amount of oxygen in the cathode offgas Oc (the amount of residual oxygen that has not been used for the reaction in the fuel cell 3) is larger than the amount of oxygen necessary for the reforming reaction channel 21, the three-way regulating valve 61 for cathode offgas. By exhausting a part of the cathode offgas Oc via, the amount of residual oxygen in the cathode offgas Oc sent to the reforming reaction channel 21 can be maintained at an appropriate amount.
Each of the three-way regulating valves used in this example is a branch valve having an inlet port through which gas flows in, an outlet port and relief port through which gas flows out. And the branch valve of this example can adjust the distribution ratio of the flow volume of the gas which branches and flows into an exit port and a relief port. The same applies to the three-way regulating valves shown in the following embodiments.

ところで、上記アノード流路３２への水素含有ガスＧａの流量、上記カソード流路３３へのカソードガスＧｃの流量等が変化し、カソード流路３３におけるプロトン状態の水素量に対する酸素量の比率（カソードストイキ）が変化したときには、プロトン状態の水素との反応に使用されなかったカソードオフガスＯｃ中の残存酸素量も変化する。このとき、特に、この残存酸素量が、改質反応流路２１に必要な酸素量よりも多いときには、上記カソードオフガス用三方調整弁６１を介してカソードオフガスＯｃの一部を排気することにより、改質反応流路２１に送るカソードオフガスＯｃの流量を減少させることができる。これにより、改質反応流路２１に送るカソードオフガスＯｃ中の残存酸素量を適切な量に維持することができる。   By the way, the flow rate of the hydrogen-containing gas Ga to the anode flow channel 32, the flow rate of the cathode gas Gc to the cathode flow channel 33, and the like change, and the ratio of the oxygen amount to the proton amount of hydrogen in the cathode flow channel 33 (cathode). When the stoichiometry changes, the amount of residual oxygen in the cathode off-gas Oc that has not been used for the reaction with proton hydrogen also changes. At this time, in particular, when the amount of residual oxygen is larger than the amount of oxygen necessary for the reforming reaction channel 21, a part of the cathode offgas Oc is exhausted through the cathode offgas three-way regulating valve 61. The flow rate of the cathode offgas Oc sent to the reforming reaction channel 21 can be reduced. Thereby, the residual oxygen amount in the cathode off gas Oc sent to the reforming reaction channel 21 can be maintained at an appropriate amount.

また、上記燃料電池システム１においては、上記アノード流路３２への水素含有ガスＧａの流量、上記カソード流路３３へのカソードガスＧｃの流量等を変化させて、上記カソードストイキを意識的に変化させることができる。このときには、カソードオフガスＯｃ中におけるプロトン状態の水素と酸素との反応により生成した水の量（水分量）と、上記残存酸素量との比率を調整することができる。そして、このときでも、上記カソードオフガス用三方調整弁６１を介してカソードオフガスＯｃの一部を排気することにより、改質反応流路２１に送るカソードオフガスＯｃ中の残存酸素量を適切な量に維持することができる。   In the fuel cell system 1, the cathode stoichiometry is consciously changed by changing the flow rate of the hydrogen-containing gas Ga to the anode flow channel 32 and the flow rate of the cathode gas Gc to the cathode flow channel 33. Can be made. At this time, it is possible to adjust the ratio between the amount of water (water content) generated by the reaction between proton-state hydrogen and oxygen in the cathode off-gas Oc and the amount of residual oxygen. Even at this time, by exhausting a part of the cathode offgas Oc through the cathode offgas three-way regulating valve 61, the amount of residual oxygen in the cathode offgas Oc sent to the reforming reaction channel 21 is set to an appropriate amount. Can be maintained.

また、上記改質器２の改質反応流路２１において、改質用燃料Ｆ中の炭素（Ｃ）のモル量に対するカソードオフガスＯｃ中の水（Ｓ）のモル量を示すＳ／Ｃは、例えば、１．５〜２．５とすることができる。また、上記改質器２の改質反応流路２１において、改質用燃料Ｆ中の炭素（Ｃ）のモル量に対するカソードオフガスＯｃ中の酸素（Ｏ）のモル量を示すＯ／Ｃは、例えば、０．０５〜０．６とすることができる。   In the reforming reaction channel 21 of the reformer 2, S / C indicating the molar amount of water (S) in the cathode offgas Oc with respect to the molar amount of carbon (C) in the reforming fuel F is: For example, it can be set to 1.5 to 2.5. In the reforming reaction channel 21 of the reformer 2, O / C indicating the molar amount of oxygen (O) in the cathode offgas Oc relative to the molar amount of carbon (C) in the reforming fuel F is: For example, it can be set to 0.05 to 0.6.

また、図１に示すごとく、本例においては、上記アノードオフガスライン４５には、これを流れるアノードオフガスＯａを２つに分岐して流すことができるアノードオフガス用三方調整弁５１が配設されている。
そして、上記燃料電池システム１は、上記アノードオフガス用三方調整弁５１を介して、アノードオフガスライン４５を流れるアノードオフガスＯａの一部を排気すると共に、その残部を上記改質器２における加熱流路２２に送るよう構成されている。また、アノードオフガス用三方調整弁５１は、上記排気するアノードオフガスＯａの流量と、上記加熱流路２２に送るアノードオフガスＯａの流量との分配比率を調整することができる。そして、上記アノードオフガス用三方調整弁５１により、上記アノードオフガスライン４５から上記改質器２における加熱流路２２に送るアノードオフガスＯａの流量を調整することができる。 Further, as shown in FIG. 1, in this example, the anode offgas line 45 is provided with an anode offgas three-way regulating valve 51 that can branch the anode offgas Oa flowing therethrough into two. Yes.
The fuel cell system 1 exhausts a part of the anode offgas Oa flowing through the anode offgas line 45 via the anode offgas three-way regulating valve 51, and the remainder is a heating channel in the reformer 2. 22 to send to. The anode off gas three-way regulating valve 51 can adjust the distribution ratio between the flow rate of the anode off gas Oa to be exhausted and the flow rate of the anode off gas Oa to be sent to the heating flow path 22. The flow rate of the anode offgas Oa sent from the anode offgas line 45 to the heating flow path 22 in the reformer 2 can be adjusted by the anode offgas three-way regulating valve 51.

これにより、アノードオフガスＯａ中の水素（燃料電池３の電解質体３１における水素分離金属層３１１へ透過されなかった残存水素）、一酸化炭素、メタン等の可燃性ガス量が、加熱流路２２に必要なガス量よりも多いときには、アノードオフガス用三方調整弁５１を介してアノードオフガスＯａの一部を排気することにより、加熱流路２２に送るアノードオフガスＯａ中の上記可燃性ガス量を適切な量に維持することができる。   Thereby, the amount of combustible gas such as hydrogen in the anode off-gas Oa (residual hydrogen not permeated to the hydrogen separation metal layer 311 in the electrolyte 31 of the fuel cell 3), carbon monoxide, methane, etc. When the gas amount is larger than the required gas amount, a part of the anode off gas Oa is exhausted via the anode off gas three-way regulating valve 51, so that the combustible gas amount in the anode off gas Oa sent to the heating flow path 22 is appropriately set. Can be maintained in quantity.

また、図１に示すごとく、本例においては、上記冷媒オフガスライン４７には、これを流れる冷媒オフガスを２つに分岐して流すことができる冷媒オフガス用三方調整弁７１が配設されている。
そして、上記燃料電池システム１は、上記冷媒オフガス用三方調整弁７１を介して、冷媒オフガスライン４７を流れる冷媒オフガスＯｒの一部を排気すると共に、その残部を上記改質器２における加熱流路２２に送るよう構成されている。また、冷媒オフガス用三方調整弁７１は、上記排気する冷媒オフガスＯｒの流量と、上記加熱流路２２に送る冷媒オフガスＯｒの流量との分配比率を調整することができる。 As shown in FIG. 1, in this example, the refrigerant offgas line 47 is provided with a refrigerant offgas three-way regulating valve 71 that can branch the refrigerant offgas flowing therethrough into two. .
The fuel cell system 1 exhausts a part of the refrigerant off-gas Or flowing through the refrigerant off-gas line 47 via the refrigerant off-gas three-way regulating valve 71, and the remainder is a heating channel in the reformer 2. 22 to send to. The refrigerant offgas three-way regulating valve 71 can adjust the distribution ratio between the flow rate of the refrigerant offgas Or to be exhausted and the flow rate of the refrigerant offgas Or to be sent to the heating flow path 22.

そして、上記冷媒オフガス用三方調整弁７１により、上記冷媒オフガスライン４７から上記改質器２における加熱流路２２に送る冷媒オフガスＯｒの流量を調整することができる。これにより、冷媒オフガスＯｒ中の酸素量が、加熱流路２２に必要な酸素量よりも多いときには、冷媒オフガス用三方調整弁７１を介して冷媒オフガスＯｒの一部を排気することにより、加熱流路２２に送る冷媒オフガスＯｒ中の残存酸素量を適切な量に維持することができる。   The flow rate of the refrigerant offgas Or sent from the refrigerant offgas line 47 to the heating flow path 22 in the reformer 2 can be adjusted by the refrigerant offgas three-way regulating valve 71. As a result, when the amount of oxygen in the refrigerant off-gas Or is larger than the amount of oxygen required for the heating flow path 22, a part of the refrigerant off-gas Or is exhausted via the refrigerant off-gas three-way regulating valve 71. The amount of residual oxygen in the refrigerant off-gas Or sent to the passage 22 can be maintained at an appropriate amount.

また、図１に示すごとく、上記燃料電池システム１は、上記改質器２における改質反応流路２１に、上記改質用燃料Ｆを供給するための燃料供給ライン４１を有している。そして、上記カソードオフガスライン４６は、上記燃料供給ライン４１に接続されており、この接続部には、カソードオフガスライン４６を流れるカソードオフガスと燃料供給ライン４１を流れる改質用燃料Ｆとを混合する反応流路用混合弁８８１が配設されている。そして、上記改質器２における改質反応流路２１には、改質用燃料ＦとカソードオフガスＯｃとの混合気が供給される。
なお、上記カソードオフガスライン４６は、上記改質反応流路２１に直接接続することもでき、改質反応流路２１内において、カソードオフガスＯｃと改質用燃料Ｆとを混合することもできる。 As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 has a fuel supply line 41 for supplying the reforming fuel F to the reforming reaction channel 21 in the reformer 2. The cathode offgas line 46 is connected to the fuel supply line 41, and the cathode offgas flowing through the cathode offgas line 46 and the reforming fuel F flowing through the fuel supply line 41 are mixed in this connecting portion. A reaction channel mixing valve 881 is provided. An air-fuel mixture of the reforming fuel F and the cathode offgas Oc is supplied to the reforming reaction channel 21 in the reformer 2.
The cathode offgas line 46 can be directly connected to the reforming reaction channel 21, and the cathode offgas Oc and the reforming fuel F can be mixed in the reforming reaction channel 21.

そして、改質反応流路２１においては、改質用燃料ＦとカソードオフガスＯｃ中に含まれる水（高温の水蒸気）とにより水蒸気改質反応が行われ、水素と一酸化炭素等が生成される。また、改質反応流路２１においては、改質用燃料ＦとカソードオフガスＯｃ中に含まれる酸素とにより部分酸化反応が行われ、水、一酸化炭素、二酸化炭素等が生成される。こうして、上記水蒸気改質反応及び部分酸化反応により、水素及び水等を含有する上記水素含有ガスＧａが生成される。
また、上記水蒸気改質反応は吸熱反応である一方、上記部分酸化反応は発熱反応であり、部分酸化反応により改質反応流路２１内の温度の低下を抑制することができる。 In the reforming reaction channel 21, a steam reforming reaction is performed by the reforming fuel F and water (high-temperature steam) contained in the cathode offgas Oc, and hydrogen, carbon monoxide, and the like are generated. . Further, in the reforming reaction channel 21, a partial oxidation reaction is performed by the reforming fuel F and oxygen contained in the cathode offgas Oc, and water, carbon monoxide, carbon dioxide, and the like are generated. Thus, the hydrogen-containing gas Ga containing hydrogen and water is generated by the steam reforming reaction and the partial oxidation reaction.
The steam reforming reaction is an endothermic reaction, while the partial oxidation reaction is an exothermic reaction, and the temperature reduction in the reforming reaction channel 21 can be suppressed by the partial oxidation reaction.

また、図１に示すごとく、本例の燃料電池システム１においては、上記アノードオフガスライン４５と上記冷媒オフガスライン４７とは、上記改質器２における加熱流路２２に連通する加熱用ガス混合ライン４５１に接続されている。そして、この接続部には、アノードオフガスライン４５を流れるアノードオフガスＯａと冷媒オフガスライン４７を流れる冷媒オフガスＯｒとを混合する加熱流路用混合弁８８２が配設されている。そして、上記改質器２における加熱流路２２には、アノードオフガスＯａと冷媒オフガスＯｒとの混合気が供給される。
なお、上記アノードオフガスライン４５及び冷媒オフガスライン４７は、それぞれ上記加熱流路２２に直接接続することもでき、加熱流路２２内において、アノードオフガスＯａと冷媒オフガスＯｒとを混合することもできる。 As shown in FIG. 1, in the fuel cell system 1 of the present example, the anode offgas line 45 and the refrigerant offgas line 47 are connected to the heating gas mixing line 22 in the reformer 2. 451. In addition, a heating passage mixing valve 882 that mixes the anode offgas Oa flowing through the anode offgas line 45 and the refrigerant offgas Or flowing through the refrigerant offgas line 47 is disposed at this connection portion. Then, an air-fuel mixture of the anode offgas Oa and the refrigerant offgas Or is supplied to the heating channel 22 in the reformer 2.
The anode off-gas line 45 and the refrigerant off-gas line 47 can be directly connected to the heating channel 22, respectively, and the anode off-gas Oa and the refrigerant off-gas Or can be mixed in the heating channel 22.

そして、加熱流路２２においては、アノードオフガスＯａ中の水素等の可燃性ガスと冷媒オフガスＯｒ中に含まれる酸素とにより燃焼反応が行われ、水等が生成される。
こうして、上記加熱流路２２において燃焼反応を行うことにより、上記加熱流路２２から上記改質反応流路２１へと熱量を伝達することができ、改質反応流路２１内の温度が高く維持されるようにすることができる。本例においては、改質反応流路２１における水蒸気改質反応及び部分酸化反応による熱量と、上記加熱流路２２における燃焼反応とによる熱量とをほぼつり合わせることにより、改質器２において生成する水素含有ガスＧａの温度が所定の温度範囲内に維持されるようにしている。
また、上記加熱流路２２において燃焼反応が行われた後の燃焼オフガスは、加熱流路２２の出口に接続された排気ライン４９から燃料電池システム１の外部に排出される。 In the heating flow path 22, a combustion reaction is performed by a combustible gas such as hydrogen in the anode off-gas Oa and oxygen contained in the refrigerant off-gas Or to generate water and the like.
Thus, by performing a combustion reaction in the heating channel 22, heat can be transferred from the heating channel 22 to the reforming reaction channel 21, and the temperature in the reforming reaction channel 21 is kept high. Can be done. In this example, the heat generated by the steam reforming reaction and partial oxidation reaction in the reforming reaction channel 21 and the heat generated by the combustion reaction in the heating channel 22 are substantially balanced to generate in the reformer 2. The temperature of the hydrogen-containing gas Ga is maintained within a predetermined temperature range.
Further, the combustion off gas after the combustion reaction is performed in the heating flow path 22 is discharged to the outside of the fuel cell system 1 from an exhaust line 49 connected to the outlet of the heating flow path 22.

また、上記改質器２に加熱流路２２とを形成したことにより、改質反応流路２１において行う部分酸化反応の割合を少なくすることができる。そのため、改質反応流路２１においては、改質用燃料Ｆを上記水素等を生成するための水蒸気改質反応にできるだけ多く用いることができ、改質反応流路２１への改質用燃料Ｆの供給量を少なくすることができる。   In addition, since the heating channel 22 is formed in the reformer 2, the ratio of the partial oxidation reaction performed in the reforming reaction channel 21 can be reduced. Therefore, in the reforming reaction channel 21, the reforming fuel F can be used as much as possible in the steam reforming reaction for generating hydrogen and the like, and the reforming fuel F to the reforming reaction channel 21 can be used. Can be reduced.

また、図１に示すごとく、上記改質器２における改質反応流路２１と上記燃料電池３におけるアノード流路３２とは、改質反応流路２１において生成された水素含有ガスＧａが流れる改質ガス供給ライン４２を介して接続されている。
また、上記燃料電池３におけるカソード流路３３には、上記カソードガスＧｃをこのカソード流路３３に供給するためのカソードガス供給ライン４３が接続されている。本例のカソードガスＧｃは空気であり、カソードガス供給ライン４３には、カソードガスＧｃとしての空気を加圧して送り出すカソードガス加圧器６０が配設されている。本例のカソードガス加圧器６０はポンプ６０とした。これに対し、カソードガス加圧器６０は、ファン、圧縮機又はエジェクター等とすることもできる。
なお、上記カソードガスＧｃとしては、空気以外にも、例えば酸素を用いることができる。 Further, as shown in FIG. 1, the reforming reaction channel 21 in the reformer 2 and the anode channel 32 in the fuel cell 3 are modified so that the hydrogen-containing gas Ga generated in the reforming reaction channel 21 flows. A quality gas supply line 42 is connected.
A cathode gas supply line 43 for supplying the cathode gas Gc to the cathode channel 33 is connected to the cathode channel 33 in the fuel cell 3. The cathode gas Gc of this example is air, and the cathode gas supply line 43 is provided with a cathode gas pressurizer 60 that pressurizes and sends out air as the cathode gas Gc. The cathode gas pressurizer 60 in this example is a pump 60. On the other hand, the cathode gas pressurizer 60 can be a fan, a compressor, an ejector, or the like.
For example, oxygen can be used as the cathode gas Gc in addition to air.

また、上記燃料電池３における冷媒流路３４には、上記冷媒ガスＧｒをこの冷媒流路３４に供給するための冷媒ガス供給ライン４４が接続されている。本例の冷媒ガスＧｒは空気であり、冷媒ガス供給ライン４４には、冷媒ガスＧｒとしての空気を加圧して送り出す冷媒ガス加圧器７０が配設されている。本例の冷媒ガス加圧器７０はポンプ７０とした。これに対し、冷媒ガス加圧器７０は、ファン、圧縮機又はエジェクター等とすることもできる。   A refrigerant gas supply line 44 for supplying the refrigerant gas Gr to the refrigerant channel 34 is connected to the refrigerant channel 34 in the fuel cell 3. The refrigerant gas Gr of this example is air, and the refrigerant gas supply line 44 is provided with a refrigerant gas pressurizer 70 that pressurizes and sends out the air as the refrigerant gas Gr. The refrigerant gas pressurizer 70 in this example is a pump 70. On the other hand, the refrigerant gas pressurizer 70 can be a fan, a compressor, an ejector, or the like.

また、上記燃料電池システム１は、上記改質器２における改質反応流路２１から上記燃料電池３におけるアノード流路３２へは、熱交換器又は凝縮器等を介さずに、上記水素含有ガスＧａを直接供給するよう構成されている。また、燃料電池システム１は、燃料電池３におけるカソード流路３３から改質器２における改質反応流路２１へも、熱交換器等を介さずに、上記カソードオフガスＯｃを直接供給するよう構成されている。   Further, the fuel cell system 1 includes the hydrogen-containing gas from the reforming reaction channel 21 in the reformer 2 to the anode channel 32 in the fuel cell 3 without using a heat exchanger or a condenser. It is configured to supply Ga directly. Further, the fuel cell system 1 is configured to directly supply the cathode offgas Oc from the cathode channel 33 in the fuel cell 3 to the reforming reaction channel 21 in the reformer 2 without using a heat exchanger or the like. Has been.

なお、図１においては、上記改質器２における改質反応流路２１及び加熱流路２２は、それぞれ１つずつ形成した場合を示している。これに対し、上記改質器２は、改質反応流路２１と加熱流路２２とをそれぞれ複数形成し、これらを交互に配置して構成することもできる。
また、図１、図２においては、上記燃料電池３におけるアノード流路３２、カソード流路３３及び冷媒流路３４は、それぞれ１つずつ形成した場合を示している。これに対し、上記燃料電池３は、アノード流路３２、カソード流路３３及び冷媒流路３４をそれぞれ複数形成し、これらを交互に配置して構成することもできる。 1 shows a case where one reforming reaction channel 21 and one heating channel 22 in the reformer 2 are formed. On the other hand, the reformer 2 can be configured by forming a plurality of reforming reaction channels 21 and heating channels 22 and arranging them alternately.
1 and 2 show a case where one anode channel 32, one cathode channel 33, and one coolant channel 34 are formed in the fuel cell 3, respectively. On the other hand, the fuel cell 3 may be configured by forming a plurality of anode channels 32, cathode channels 33, and refrigerant channels 34, and arranging them alternately.

また、図２に示すごとく、上記燃料電池３は、その電解質体３１の温度Ｔを検出する温度検出部３５を有している。そして、上記制御装置は、温度検出部３５からの温度信号を受け取って、上記カソードガス調整器６を制御するよう構成されている。本例の温度検出部３５は温度センサ３５であり、この温度センサ３５を燃料電池３内に埋設している。また、本例の温度センサ３５は、冷媒流路３４内に埋設されており、制御装置は、冷媒流路３４内の温度を測定することにより、電解質体３１の温度Ｔを間接的に検出することができる。
なお、温度センサ３５は、カソード流路３３、又はカソード流路３３と冷媒流路３４との間に形成したセパレータ３４０の内部等に埋設することもできる。また、温度センサ３５は電解質体３１に直接設けることもでき、制御装置は、電解質体３１の温度Ｔを直接的に検出することもできる。 Further, as shown in FIG. 2, the fuel cell 3 includes a temperature detection unit 35 that detects the temperature T of the electrolyte body 31. The control device is configured to receive the temperature signal from the temperature detector 35 and control the cathode gas regulator 6. The temperature detector 35 of this example is a temperature sensor 35 , and this temperature sensor 35 is embedded in the fuel cell 3. Further, the temperature sensor 35 of this example is embedded in the refrigerant flow path 34, and the control device indirectly detects the temperature T of the electrolyte body 31 by measuring the temperature in the refrigerant flow path 34. be able to.
The temperature sensor 35 can also be embedded in the cathode channel 33 or in the separator 340 formed between the cathode channel 33 and the refrigerant channel 34. Further, the temperature sensor 35 can be directly provided on the electrolyte body 31, and the control device can also directly detect the temperature T of the electrolyte body 31.

また、上記温度検出部３５としての温度センサ３５は、アノード流路３２、カソード流路３３及び冷媒流路３４の内部にそれぞれ埋設することができる。そして、制御装置は、各温度センサ３５のうちの最も高い温度から上記過度温度上昇時を認知することができ、各温度センサ３５のうちの最も低い温度から上記過度温度低下時を認知することができる。 Further, the temperature sensor 35 as the temperature detection unit 35 may be embedded respectively in the interior of the anode channel 32, cathode channel 33 and the coolant flow path 34. The control device can recognize when the excessive temperature rises from the highest temperature among the temperature sensors 35 , and can recognize when the excessive temperature decreases from the lowest temperature among the temperature sensors 35. it can.

また、上記電解質体３１の温度Ｔは、上記アノード流路３２に供給する水素含有ガスＧａの温度とアノード流路３２から排出されるアノードオフガスＯａの温度との一対の温度、上記カソード流路３３に供給するカソードガスＧｃの温度とカソード流路３３から排出されるカソードオフガスの温度との一対の温度、又は上記冷媒流路３４に供給する冷媒ガスＧｒの温度と冷媒流路３４から排出される冷媒オフガスＯｒの温度との一対の温度のうち、少なくともいずれかの一対の温度から推算することもできる。この場合には、上記制御装置は、上記燃料電池３に上記温度検出部３５を埋設することなく、電解質体３１の温度Ｔを認知することができる。   The temperature T of the electrolyte 31 is a pair of temperatures of the temperature of the hydrogen-containing gas Ga supplied to the anode channel 32 and the temperature of the anode offgas Oa discharged from the anode channel 32, and the cathode channel 33. A pair of temperatures of the temperature of the cathode gas Gc supplied to the cathode and the temperature of the cathode off-gas discharged from the cathode flow path 33, or the temperature of the refrigerant gas Gr supplied to the refrigerant flow path 34 and the refrigerant flow path 34 are discharged. It can also be estimated from at least one of the pair of temperatures with the temperature of the refrigerant off-gas Or. In this case, the control device can recognize the temperature T of the electrolyte body 31 without burying the temperature detection unit 35 in the fuel cell 3.

具体的には、図３に示すごとく、上記水素含有ガスＧａの温度とアノードオフガスＯａの温度とは、上記改質ガス供給ライン４２内に配設した温度計３５１と、上記アノードオフガスライン４５内に配設した温度計３５２とから検出することができる。また、カソードガスＧｃの温度とカソードオフガスＯｃの温度とは、上記カソードガス供給ライン４３内に配設した温度計３５３と、上記カソードオフガスライン４６内に配設した温度計３５４とから検出することができる。また、上記冷媒ガスＧｒの温度と冷媒オフガスＯｒの温度とは、上記冷媒ガス供給ライン４４内に配設した温度計３５５と、上記冷媒オフガスライン４７内に配設した温度計３５６とから検出することができる。   Specifically, as shown in FIG. 3, the temperature of the hydrogen-containing gas Ga and the temperature of the anode off gas Oa are determined by the thermometer 351 disposed in the reformed gas supply line 42 and the anode off gas line 45. It can detect from the thermometer 352 arrange | positioned. The temperature of the cathode gas Gc and the temperature of the cathode offgas Oc are detected from a thermometer 353 disposed in the cathode gas supply line 43 and a thermometer 354 disposed in the cathode offgas line 46. Can do. The temperature of the refrigerant gas Gr and the temperature of the refrigerant offgas Or are detected from a thermometer 355 disposed in the refrigerant gas supply line 44 and a thermometer 356 disposed in the refrigerant offgas line 47. be able to.

また、上記各温度計３５１〜３５６は、それぞれアノード流路３２に供給する水素含有ガスＧａの流量、カソード流路３３に供給するカソードガスＧｃの流量、冷媒流路３４に供給する冷媒ガスＧｒの流量を調整するときに用いるものを兼用することができる。   Each of the thermometers 351 to 356 includes a flow rate of the hydrogen-containing gas Ga supplied to the anode flow channel 32, a flow rate of the cathode gas Gc supplied to the cathode flow channel 33, and a refrigerant gas Gr supplied to the refrigerant flow channel 34. What is used when adjusting the flow rate can also be used.

図１に示すごとく、本例の冷媒流量調整器７は、上記冷媒ガス加圧器７０としてのポンプ７０である。本例のアノードガス調整器５は、上記アノードオフガスライン４５に配設したアノードオフガス用圧力調整弁５２と、上記改質ガス供給ライン４２に配設した改質ガス用三方調整弁５３とを用いて構成されている。本例のアノードオフガス用圧力調整弁５２は、その内部の流路を絞ることができる絞り弁である。また、改質ガス用三方調整弁５３により、上記改質ガス供給ライン４２から上記燃料電池３におけるアノード流路３２に供給する水素含有ガスＧａの流量を調整することができる。   As shown in FIG. 1, the refrigerant flow regulator 7 of this example is a pump 70 as the refrigerant gas pressurizer 70. The anode gas regulator 5 of this example uses an anode offgas pressure regulating valve 52 disposed in the anode offgas line 45 and a reformed gas three-way regulating valve 53 disposed in the reformed gas supply line 42. Configured. The anode off-gas pressure regulating valve 52 of this example is a throttle valve that can throttle the internal flow path. The flow rate of the hydrogen-containing gas Ga supplied from the reformed gas supply line 42 to the anode flow path 32 in the fuel cell 3 can be adjusted by the reformed gas three-way regulating valve 53.

また、改質ガス供給ライン４２に配設した改質ガス用三方調整弁５３におけるリリーフポートと、カソードオフガスライン４６とは、改質ガス混合ライン４８Ａにより接続されており、この接続部には、改質ガス・カソードオフガス混合弁８８Ａが配設されている。そして、本例では、改質ガス供給ライン４２を流れる水素含有ガスＧａの一部を、カソードオフガスライン４６に分流させることができ、このカソードオフガスライン４６を流れるカソードオフガスＯｃに混合することができる。   The relief port in the reformed gas three-way regulating valve 53 disposed in the reformed gas supply line 42 and the cathode offgas line 46 are connected by a reformed gas mixing line 48A. A reformed gas / cathode off-gas mixing valve 88A is provided. In this example, a part of the hydrogen-containing gas Ga flowing through the reformed gas supply line 42 can be divided into the cathode offgas line 46 and mixed with the cathode offgas Oc flowing through the cathode offgas line 46. .

本例においては、上記制御装置は、上記燃料電池システム１において何らかの異変等がない燃料電池システム１の定常状態においては、冷媒流量調整器７を用いて燃料電池３の温度の制御を行う。そして、上記アノードガス調整器５を用いた燃料電池３の温度の制御は、上記燃料電池３の電解質体３１の温度Ｔが上記許容作動温度範囲Ｔｐを外れたときである燃料電池システム１の緊急状態に行う。   In this example, the control device controls the temperature of the fuel cell 3 using the refrigerant flow rate regulator 7 in a steady state of the fuel cell system 1 in which no abnormality or the like has occurred in the fuel cell system 1. The control of the temperature of the fuel cell 3 using the anode gas regulator 5 is an emergency of the fuel cell system 1 when the temperature T of the electrolyte body 31 of the fuel cell 3 is out of the allowable operating temperature range Tp. To state.

そして、本例の制御装置は、上記過度温度上昇時には、上記アノードオフガス用圧力調整弁５２の開度を絞って上記アノード流路３２における圧力を増加させることができる。
一方で、制御装置は、上記過度温度低下時には、上記アノードオフガス用圧力調整弁５２の開度を全開にすると共に上記改質ガス用三方調整弁５３を操作する。そして、この改質ガス用三方調整弁５３を介して、上記改質ガス供給ライン４２を流れる水素含有ガスＧａの一部は、カソードオフガスライン４６に送られ、カソードオフガスライン４６を流れるカソードオフガスと混合されて、上記改質器２における改質反応流路２１に戻される。これにより、制御装置は、上記アノード流路３２における圧力を減少させることができる。 The controller of this example can increase the pressure in the anode flow path 32 by restricting the opening of the anode off-gas pressure regulating valve 52 when the excessive temperature rises.
On the other hand, when the excessive temperature drop occurs, the control device fully opens the opening of the anode off-gas pressure regulating valve 52 and operates the reformed gas three-way regulating valve 53. A part of the hydrogen-containing gas Ga flowing through the reformed gas supply line 42 is sent to the cathode offgas line 46 via the three-way regulating valve 53 for reformed gas, and the cathode offgas flowing through the cathode offgas line 46 and After being mixed, it is returned to the reforming reaction channel 21 in the reformer 2. Thereby, the control apparatus can reduce the pressure in the anode flow path 32.

次に、上記燃料電池システム１を用いて発電を行う方法及び燃料電池システム１における作用効果につき詳説する。
本例においては、上記改質器２の改質反応流路２１においては、上記燃料供給ライン４１から送られる改質用燃料Ｆと、上記カソードオフガスライン４６から送られるカソードオフガスＯｃとが反応して、上記水素含有ガスＧａが生成される。一方で、上記改質器２の加熱流路２２においては、上記アノードオフガスライン４５から送られるアノードオフガスＯａと、上記冷媒オフガスライン４７から送られる冷媒オフガスＯｒとが反応することにより発熱し、加熱流路２２は改質反応流路２１を加熱する。こうして、改質反応流路２１においては水素含有ガスＧａを生成する一方、これを加熱流路２２から加熱することにより、改質反応流路２１から上記燃料電池３におけるアノード流路３２に送り出される水素含有ガスＧａの温度を３００〜６００℃の高温に維持することができる。 Next, a method for generating power using the fuel cell system 1 and the effects of the fuel cell system 1 will be described in detail.
In this example, in the reforming reaction channel 21 of the reformer 2, the reforming fuel F sent from the fuel supply line 41 reacts with the cathode offgas Oc sent from the cathode offgas line 46. Thus, the hydrogen-containing gas Ga is generated. On the other hand, in the heating flow path 22 of the reformer 2, the anode offgas Oa sent from the anode offgas line 45 and the refrigerant offgas Or sent from the refrigerant offgas line 47 react to generate heat and heat. The channel 22 heats the reforming reaction channel 21. In this way, while the hydrogen-containing gas Ga is generated in the reforming reaction channel 21, it is sent from the reforming reaction channel 21 to the anode channel 32 in the fuel cell 3 by heating it from the heating channel 22. The temperature of the hydrogen-containing gas Ga can be maintained at a high temperature of 300 to 600 ° C.

なお、燃料電池３に供給する水素含有ガスＧａの温度は、３００〜６００℃とすることができるが、４００〜５００℃にすることが一層好ましい。この場合には、上記燃料電池３の電解質体３１における水素分離金属層３１１の温度を、水素透過性能を発揮する最適な温度に維持することができ、水素分離金属層３１１に劣化等が発生することを容易に抑制することができる。   The temperature of the hydrogen-containing gas Ga supplied to the fuel cell 3 can be 300 to 600 ° C., but is more preferably 400 to 500 ° C. In this case, the temperature of the hydrogen separation metal layer 311 in the electrolyte body 31 of the fuel cell 3 can be maintained at an optimum temperature that exhibits hydrogen permeation performance, and the hydrogen separation metal layer 311 is deteriorated. This can be easily suppressed.

また、上記改質器２の改質反応流路２１において生成された上記水素含有ガスＧａは、上記改質ガス供給ライン４２を通過して上記燃料電池３におけるアノード流路３２に供給される。そして、アノード流路３２に供給された水素含有ガスＧａ中の水素の多くは、上記電解質体３１における水素分離金属層３１１を透過して、電解質体３１におけるプロトン伝導体層３１２に到達する。そして、上記水素は、プロトンの状態になってプロトン伝導体層３１２を通過する。   The hydrogen-containing gas Ga generated in the reforming reaction channel 21 of the reformer 2 passes through the reformed gas supply line 42 and is supplied to the anode channel 32 in the fuel cell 3. Then, most of the hydrogen in the hydrogen-containing gas Ga supplied to the anode channel 32 passes through the hydrogen separation metal layer 311 in the electrolyte body 31 and reaches the proton conductor layer 312 in the electrolyte body 31. The hydrogen passes through the proton conductor layer 312 in a proton state.

そして、上記カソード流路３３においては、上記プロトン状態の水素と、上記カソードガス供給ライン４３から供給されたカソードガスＧｃ中の酸素とが反応して水が生成される。本例においては、この燃料電池３における反応が３００〜６００℃の高温状態において行われ、上記生成された水は高温の水蒸気となる。
また、上記反応を行うと共に、上記電解質体３１におけるアノード電極３２１とカソード電極３３１との間から上記電池出力線３６へと電力を取り出すことにより、上記燃料電池システム１は発電を行うことができる。 In the cathode flow path 33, water in the proton state reacts with oxygen in the cathode gas Gc supplied from the cathode gas supply line 43 to generate water. In this example, the reaction in the fuel cell 3 is performed at a high temperature of 300 to 600 ° C., and the generated water becomes high-temperature steam.
Further, the fuel cell system 1 can generate electric power by performing the above reaction and taking out electric power from between the anode electrode 321 and the cathode electrode 331 in the electrolyte body 31 to the battery output line 36.

本例の燃料電池システム１は、上記水素分離金属層３１１と上記プロトン伝導体層３１２とを積層してなる電解質体３１を備えた燃料電池３を有している。そして、本例の燃料電池システム１においては、上記プロトン伝導体層３１２がセラミックスからなり、このプロトン伝導体層３１２は水分を含浸させずに用いることができるため、上記燃料電池３を、例えば３００〜６００℃の高温状態で作動させることができる。そのため、上記改質器２から上記水素含有ガスＧａを上記燃料電池３に直接供給することができる。
また、上記カソード流路３３から排出されるカソードオフガスＯｃは、上記燃料電池３の作動温度に近い高温の状態で上記改質器２に直接送ることができる。そのため、上記燃料電池システム１においては、改質器２において水素含有ガスＧａを生成する温度と、燃料電池３における作動温度とをほとんど同じにすることができる。 The fuel cell system 1 of this example includes a fuel cell 3 including an electrolyte body 31 formed by laminating the hydrogen separation metal layer 311 and the proton conductor layer 312. In the fuel cell system 1 of the present example, the proton conductor layer 312 is made of ceramics, and the proton conductor layer 312 can be used without being impregnated with water. It can be operated at a high temperature of ˜600 ° C. Therefore, the hydrogen-containing gas Ga can be directly supplied from the reformer 2 to the fuel cell 3.
Further, the cathode off-gas Oc discharged from the cathode channel 33 can be directly sent to the reformer 2 in a high temperature state close to the operating temperature of the fuel cell 3. Therefore, in the fuel cell system 1, the temperature at which the hydrogen-containing gas Ga is generated in the reformer 2 and the operating temperature in the fuel cell 3 can be made almost the same.

そして、上記カソード流路３３において反応が行われた後に、このカソード流路３３から排出されるカソードオフガスＯｃは、上記反応に使用されなかった酸素（残存酸素）と、上記反応によって生成された水（生成水）と、上記燃料電池３の高温作動による熱量とを有している。
そして、上記燃料電池３のカソード流路３３における生成水は、例えば３００〜６００℃の高温の水蒸気となっており、この生成水は、上記プロトン伝導体層３１２に含浸されることがほとんどなく、また、上記水素分離金属層３１１が水素のみを透過させる性質を有することにより、上記生成水は、カソード流路３３からアノード流路３２へと通過してしまうことがない。そのため、上記カソード流路３３から上記カソードオフガスライン４６を介して、上記生成水の全量を回収することができる。 After the reaction is performed in the cathode channel 33, the cathode offgas Oc discharged from the cathode channel 33 is composed of oxygen (residual oxygen) not used in the reaction and water generated by the reaction. (Produced water) and the amount of heat generated by the high-temperature operation of the fuel cell 3.
The generated water in the cathode flow path 33 of the fuel cell 3 is, for example, high-temperature steam at 300 to 600 ° C., and this generated water is hardly impregnated in the proton conductor layer 312. Further, since the hydrogen separation metal layer 311 has a property of allowing only hydrogen to pass therethrough, the generated water does not pass from the cathode channel 33 to the anode channel 32. Therefore, the entire amount of the generated water can be recovered from the cathode flow path 33 through the cathode offgas line 46.

これにより、上記燃料電池システム１においては、上記改質器２の改質反応流路２１における反応に必要な水を、上記燃料電池３の発電により生じた生成水を含むカソードオフガスＯｃから容易に確保することができ、上記改質反応流路２１には十分な量の水を供給することができる。また、燃料電池システム１においては、上記カソードオフガスＯｃ中の全量の生成水を利用して、上記改質反応流路２１に供給する水分量を調整することができる。
そのため、燃料電池システム１の運転条件の設定が容易になり、燃料電池システム１の運転を容易に安定させることができる。 Thereby, in the fuel cell system 1, water necessary for the reaction in the reforming reaction channel 21 of the reformer 2 can be easily obtained from the cathode offgas Oc containing the generated water generated by the power generation of the fuel cell 3. A sufficient amount of water can be supplied to the reforming reaction channel 21. Further, in the fuel cell system 1, the amount of water supplied to the reforming reaction channel 21 can be adjusted using the total amount of generated water in the cathode offgas Oc.
Therefore, the setting of the operating condition of the fuel cell system 1 becomes easy, and the operation of the fuel cell system 1 can be easily stabilized.

また、上記燃料電池３においては、上記プロトン伝導体層３１２を非含水（液）状態で使用するため、プロトン伝導体層３１２内の成分が気化し、これがカソード流路３３内における上記生成水に溶出してしまうことがない。そのため、上記改質器２に送るカソードオフガスＯｃ中の上記生成水の純度を低下させてしまうことがなく、上記改質器２の改質反応流路２１内に配置した上記水蒸気改質反応を行うための改質触媒に被毒等の問題が生じることがない。   In the fuel cell 3, since the proton conductor layer 312 is used in a non-water-containing (liquid) state, components in the proton conductor layer 312 are vaporized, and this is converted into the generated water in the cathode channel 33. No elution. Therefore, the purity of the generated water in the cathode offgas Oc sent to the reformer 2 is not lowered, and the steam reforming reaction arranged in the reforming reaction channel 21 of the reformer 2 is performed. Problems such as poisoning do not occur in the reforming catalyst to be performed.

そして、上記燃料電池システム１においては、上記改質器２の改質反応流路２１において、上記改質用燃料ＦとカソードオフガスＯｃとを反応させて水素含有ガスＧａを生成するときには、この改質反応流路２１においては、カソードオフガスＯｃが有する残存酸素、十分な量の生成水を利用することができるだけでなく、カソードオフガスＯｃが有する高温の熱エネルギーも利用することができる。そのため、改質反応流路２１においては、改質用燃料Ｆと、高温の熱エネルギーを有するカソードオフガスＯｃとを反応させて水素含有ガスＧａを生成することができ、この改質反応流路２１におけるエネルギー効率を向上させることができる。   In the fuel cell system 1, when the hydrogen-containing gas Ga is generated by reacting the reforming fuel F and the cathode offgas Oc in the reforming reaction channel 21 of the reformer 2, In the quality reaction channel 21, not only the residual oxygen contained in the cathode offgas Oc and a sufficient amount of generated water can be used, but also high-temperature thermal energy possessed by the cathode offgas Oc can be used. Therefore, in the reforming reaction channel 21, the reforming fuel F and the cathode offgas Oc having high-temperature thermal energy can be reacted to generate the hydrogen-containing gas Ga. Can improve the energy efficiency.

また、上記アノード流路３２から排出されるアノードオフガスＯａは、上記電解質体３１における水素分離金属層３１１を透過せずに排出される水素及び上記水素含有ガスＧａ中に含まれる水素以外の物質を有しており、かつ燃料電池３の高温作動による熱量を有している。また、上記冷媒流路３４から排出される冷媒オフガスＯｒは、上記冷媒ガスＧｒ中に含まれる酸素を有しており、かつ上記燃料電池３を通過して加熱された熱量を有している。   Further, the anode off-gas Oa discharged from the anode flow path 32 contains substances other than hydrogen discharged without passing through the hydrogen separation metal layer 311 in the electrolyte body 31 and hydrogen contained in the hydrogen-containing gas Ga. And the amount of heat generated by the high-temperature operation of the fuel cell 3. Further, the refrigerant off-gas Or discharged from the refrigerant flow path 34 has oxygen contained in the refrigerant gas Gr, and has an amount of heat heated through the fuel cell 3.

そのため、アノード流路３２から上記アノードオフガスライン４５を介して上記加熱流路２２にアノードオフガスＯａを送り、また、冷媒流路３４から上記冷媒オフガスライン４７を介して加熱流路２２に冷媒オフガスＯｒを送ったときには、加熱流路２２においては、アノードオフガスＯａが有する水素等の可燃性ガスと冷媒オフガスＯｒが有する酸素とを燃焼させることができるだけでなく、アノードオフガス及び冷媒オフガスＯｒがそれぞれ有する高温の熱エネルギーを利用して燃焼を行うことができる。これにより、加熱流路２２におけるエネルギー効率も向上させることができる。   Therefore, the anode off gas Oa is sent from the anode channel 32 to the heating channel 22 via the anode off gas line 45, and the refrigerant off gas Or is sent from the refrigerant channel 34 to the heating channel 22 via the refrigerant off gas line 47. In the heating flow path 22, not only the combustible gas such as hydrogen contained in the anode offgas Oa and the oxygen contained in the refrigerant offgas Or can be combusted, but also the high temperatures of the anode offgas and the refrigerant offgas Or. Combustion can be performed using the thermal energy of Thereby, the energy efficiency in the heating flow path 22 can also be improved.

また、本例の燃料電池システム１においては、上記のごとく改質器２において水素含有ガスＧａを生成する温度と燃料電池３における作動温度とをほぼ同じにすることができる。そのため、本例においては、改質器２と燃料電池３との間に、これらにおける各温度の違いから必要となる熱交換器や凝縮器等を設ける必要がない。そのため、これらを用いたことによるエネルギーロスが生ずることがなく、また、燃料電池システム１の構造を簡単にすることができる。
それ故、本例の燃料電池システム１によれば、その構造を簡単にすることができ、カソード流路３３から生成水の全量を回収することができると共に、カソードオフガスＯｃ、アノードオフガスＯａ及び冷媒オフガスＯｒがそれぞれ有する高温の熱エネルギーを利用して、燃料電池システム１のエネルギー効率を向上させることができる。 Further, in the fuel cell system 1 of this example, the temperature at which the hydrogen-containing gas Ga is generated in the reformer 2 and the operating temperature in the fuel cell 3 can be made substantially the same as described above. Therefore, in this example, it is not necessary to provide a heat exchanger, a condenser, or the like necessary due to the difference in temperature between the reformer 2 and the fuel cell 3. Therefore, energy loss due to the use of them does not occur, and the structure of the fuel cell system 1 can be simplified.
Therefore, according to the fuel cell system 1 of the present example, the structure can be simplified, and the total amount of generated water can be recovered from the cathode channel 33, and the cathode offgas Oc, anode offgas Oa, and refrigerant can be recovered. The energy efficiency of the fuel cell system 1 can be improved by utilizing the high-temperature thermal energy that each of the off-gass Or has.

なお、図示は省略するが、上記燃料電池システム１の運転を開始するときには、上記改質器２における改質反応流路２１には水及び酸素（空気等）を直接供給することができ、上記改質器２における加熱流路２２には燃料及び酸素（空気等）を直接供給することができる。
そして、上記燃料電池システム１の運転を開始した後には、改質反応流路２１に必要な水及び酸素は上記カソードオフガスＯｃのみから供給することができ、加熱流路２２に必要な燃料としての水素と、酸素とは上記アノードオフガスＯａと上記冷媒オフガスＯｒとのみから供給することができる。
また、改質器２における改質反応流路２１においては、上記高温のカソードオフガスＯｃにより、改質反応流路２１に供給した改質用燃料Ｆの気化をスムーズに行うこともできる。 Although illustration is omitted, when the operation of the fuel cell system 1 is started, water and oxygen (such as air) can be directly supplied to the reforming reaction flow path 21 in the reformer 2. Fuel and oxygen (such as air) can be directly supplied to the heating flow path 22 in the reformer 2.
After the operation of the fuel cell system 1 is started, water and oxygen necessary for the reforming reaction channel 21 can be supplied only from the cathode offgas Oc. Hydrogen and oxygen can be supplied only from the anode offgas Oa and the refrigerant offgas Or.
Further, in the reforming reaction channel 21 in the reformer 2, the reforming fuel F supplied to the reforming reaction channel 21 can be smoothly vaporized by the high-temperature cathode offgas Oc.

また、本例の燃料電池３は、例えば、３００〜６００℃の高温で作動させているときには、上記水素分離金属層３１１が一酸化炭素等による被毒の影響をほとんど受けない。そのため、上記高温作動時には、燃料電池３のアノード流路３２に、水素以外にも一酸化炭素等を含有する水素含有ガスＧａを直接供給することができる。   Further, when the fuel cell 3 of this example is operated at a high temperature of 300 to 600 ° C., for example, the hydrogen separation metal layer 311 is hardly affected by poisoning due to carbon monoxide or the like. Therefore, during the high temperature operation, the hydrogen-containing gas Ga containing carbon monoxide or the like can be directly supplied to the anode flow path 32 of the fuel cell 3 in addition to hydrogen.

ところで、水素分離金属層３１１における温度が所定の温度よりも低くなったときには、水素分離金属層３１１を構成するパラジウム等の金属が水素を吸収し、この吸収された水素により水素脆化等が起こって、水素分離金属層３１１が破壊されてしまうおそれがある。また、このときには、水素分離金属層３１１を構成するパラジウム等の金属に水素含有ガスＧａ中の一酸化炭素や二酸化炭素が吸着して被毒の問題が生じ、水素透過性能が劣化してしまう。一方で、水素分離金属層３１１における温度が所定の温度よりも高くなったときには、水素分離金属層３１１を構成するパラジウム、バナジウムの金属が拡散してしまい、このときにも水素透過性能が劣化してしまう。
そのため、上記水素分離金属層３１１の水素透過性能を良好に維持するためには、水素分離金属層３１１における温度を許容作動温度範囲Ｔｐ内に維持することが必要である。 By the way, when the temperature in the hydrogen separation metal layer 311 is lower than a predetermined temperature, the metal such as palladium constituting the hydrogen separation metal layer 311 absorbs hydrogen, and the absorbed hydrogen causes hydrogen embrittlement or the like. As a result, the hydrogen separation metal layer 311 may be destroyed. Further, at this time, carbon monoxide or carbon dioxide in the hydrogen-containing gas Ga is adsorbed on a metal such as palladium constituting the hydrogen separation metal layer 311 to cause a poisoning problem, and the hydrogen permeation performance is deteriorated. On the other hand, when the temperature in the hydrogen separation metal layer 311 becomes higher than a predetermined temperature, palladium and vanadium metals constituting the hydrogen separation metal layer 311 diffuse, and the hydrogen permeation performance also deteriorates at this time. End up.
Therefore, in order to maintain the hydrogen permeation performance of the hydrogen separation metal layer 311 well, it is necessary to maintain the temperature in the hydrogen separation metal layer 311 within the allowable operating temperature range Tp.

また、図４に示すごとく、上記燃料電池３における発電特性を示す指標として、上記アノード電極３２１とカソード電極３３１との間から取り出される電流密度Ｉ［Ａ／ｃｍ2］と電圧Ｖ［Ｖ］との関係を示すＩ−Ｖ特性がある。同図は、横軸に上記電流密度Ｉをとり、縦軸に上記電圧Ｖをとって示すグラフである。
そして、このＩ−Ｖ特性においては、電流密度が増加したときには、燃料電池３の内部の導電抵抗、すなわち上記電解質体３１における水素分離金属層３１１及びプロトン伝導体層３１２の導電抵抗、上記アノード電極３２１の構造に依存する分極抵抗、上記カソード電極３３１の構造に依存する分極抵抗等により、電圧損失Ｖｒが発生するという性質があることが知られている。そして、この電圧損失Ｖｒが、燃料電池３の発熱量を増大させてしまうことが知られている。 As shown in FIG. 4, as an index indicating the power generation characteristics in the fuel cell 3, the current density I [A / cm 2 ] and the voltage V [V] taken out between the anode electrode 321 and the cathode electrode 331 are There is an IV characteristic indicating the relationship. The graph shows the current density I on the horizontal axis and the voltage V on the vertical axis.
In this IV characteristic, when the current density increases, the conductive resistance inside the fuel cell 3, that is, the conductive resistance of the hydrogen separation metal layer 311 and the proton conductor layer 312 in the electrolyte 31, the anode electrode It is known that the voltage loss Vr is generated due to the polarization resistance depending on the structure 321 and the polarization resistance depending on the structure of the cathode electrode 331. This voltage loss Vr is known to increase the amount of heat generated by the fuel cell 3.

そこで、本例の燃料電池システム１は、上記緊急状態において、上記Ｉ−Ｖ特性における性質を利用して、燃料電池３の電解質体３１における水素分離金属層３１１の温度を変化させようとするものである。特に、本例は、上記アノード電極３２１の構造に依存する分極抵抗による電圧損失（アノード過電圧）は、上記アノード流路３２における水素量又は水素分圧に依存することに着目し、上記アノード過電圧に伴う発熱量を変化させることにより、燃料電池３の電解質体３１における水素分離金属層３１１の温度を変化させることができるものである。そして、これにより、本例は、上記水素分離金属層３１１の温度を適切な温度の範囲内に維持し、水素分離金属層３１１の水素透過性能を良好に維持することができるものである。   Therefore, the fuel cell system 1 of the present example attempts to change the temperature of the hydrogen separation metal layer 311 in the electrolyte body 31 of the fuel cell 3 using the property in the IV characteristics in the emergency state. It is. In particular, in this example, focusing on the fact that the voltage loss (anode overvoltage) due to the polarization resistance depending on the structure of the anode electrode 321 depends on the amount of hydrogen or the hydrogen partial pressure in the anode flow path 32, The temperature of the hydrogen separation metal layer 311 in the electrolyte body 31 of the fuel cell 3 can be changed by changing the accompanying heat generation amount. Thus, in this example, the temperature of the hydrogen separation metal layer 311 can be maintained within an appropriate temperature range, and the hydrogen permeation performance of the hydrogen separation metal layer 311 can be favorably maintained.

次に、上記燃料電池３の温度の制御を行う方法及びこれによる作用効果につき詳説する。
上記燃料電池システム１は、上記のごとく上記冷媒流量調整器７と上記アノードガス調整器５とを有しており、これらを上記制御装置によって制御可能である。
そして、上記燃料電池３は、上記反応を行って作動することにより発熱しており、上記制御装置は、上記冷媒流量調整器７におけるポンプの吐出流量を操作して、上記冷媒流路３４に供給する冷媒ガスＧｒの流量を調整することにより、燃料電池３の電解質体３１の温度Ｔが許容作動温度範囲Ｔｐ内（本例では３００〜６００℃の範囲内）に維持されるように制御する。これにより、上記燃料電池システム１の定常状態においては、制御装置は、冷媒流量調整器７を用いて電解質体３１の温度Ｔの制御を行うことができる。 Next, the method for controlling the temperature of the fuel cell 3 and the operation and effect of this will be described in detail.
The fuel cell system 1 includes the refrigerant flow rate regulator 7 and the anode gas regulator 5 as described above, and these can be controlled by the control device.
The fuel cell 3 generates heat by operating by performing the reaction, and the control device operates the pump discharge flow rate in the refrigerant flow rate regulator 7 to supply the refrigerant flow path 34 to the refrigerant flow channel 34. By adjusting the flow rate of the refrigerant gas Gr to be controlled, the temperature T of the electrolyte body 31 of the fuel cell 3 is controlled to be maintained within the allowable operating temperature range Tp (in the range of 300 to 600 ° C. in this example). Thereby, in the steady state of the fuel cell system 1, the control device can control the temperature T of the electrolyte body 31 using the refrigerant flow rate regulator 7.

また、上記定常状態においては、上記アノード流路３２に供給する水素含有ガスＧａの流量及び上記カソード流路３３に供給するカソードガスＧｃの流量等は、できるだけ少なくかつできるだけ一定の量になるよう制御することができる。そのため、上記燃料電池３における発電量を安定させることができ、燃料電池システム１を効率よく安定して運転することができる。
また、上記定常状態においては、上記アノードオフガス用圧力調整弁５２の開度は全開にし、上記改質ガス用三方調整弁５３におけるリリーフポートは閉鎖して、水素含有ガスＧａの全量を燃料電池３におけるアノード流路３２に供給することができる。 In the steady state, the flow rate of the hydrogen-containing gas Ga supplied to the anode flow channel 32 and the flow rate of the cathode gas Gc supplied to the cathode flow channel 33 are controlled to be as small as possible and as constant as possible. can do. Therefore, the power generation amount in the fuel cell 3 can be stabilized, and the fuel cell system 1 can be operated efficiently and stably.
In the steady state, the anode off-gas pressure regulating valve 52 is fully opened, the relief port in the reformed gas three-way regulating valve 53 is closed, and the entire amount of the hydrogen-containing gas Ga is removed from the fuel cell 3. Can be supplied to the anode flow path 32.

また、上記燃料電池システム１の運転を行う際には、上記アノードオフガス用三方調整弁５１、上記カソードオフガス用三方調整弁６１、上記冷媒オフガス用三方調整弁７１における出口ポートへの流量とリリーフポートへの流量との各分配比率を調整しておき、各オフガスライン４５、４６、４７を流れる各オフガスＯａ、Ｏｃ、Ｏｒの流量を調整しておくことができる。   When the fuel cell system 1 is operated, the flow rate to the outlet port and the relief port in the anode offgas three-way regulating valve 51, the cathode offgas threeway regulating valve 61, and the refrigerant offgas threeway regulating valve 71 are described. It is possible to adjust the distribution ratio of each of the off-gas Oa, Oc, and Or flowing through the off-gas lines 45, 46, and 47 in advance.

そして、上記燃料電池システム１において、例えば上記改質器２における改質反応流路２１に供給する改質用燃料Ｆの組成、流量等が急激に増加したとき等の異変が生じたときには、燃料電池３の電解質体３１の温度Ｔが上記許容作動温度範囲Ｔｐ内を外れ、許容作動温度範囲Ｔｐの上限値Ｔｍａｘ（本例では６００℃）を超えることがある。
このとき、制御装置は、燃料電池３が過度温度上昇時にあることを認知し、上記アノードオフガス用圧力調整弁５２の開度を絞る。これにより、アノード流路３２の出口部の背圧が増加し、アノード流路３２における圧力が増加する。 In the fuel cell system 1, for example, when a change occurs such as when the composition, flow rate, etc. of the reforming fuel F supplied to the reforming reaction channel 21 in the reformer 2 suddenly increases, The temperature T of the electrolyte body 31 of the battery 3 may fall outside the allowable operating temperature range Tp and exceed the upper limit value Tmax (600 ° C. in this example) of the allowable operating temperature range Tp.
At this time, the control device recognizes that the fuel cell 3 is at an excessively high temperature, and throttles the opening of the anode off-gas pressure regulating valve 52. As a result, the back pressure at the outlet of the anode channel 32 increases, and the pressure in the anode channel 32 increases.

そして、アノード流路３２における水素分圧が増加し、上記アノード過電圧（電圧損失）が減少する。そして、上記アノード電極３２１とカソード電極３３１との間から取り出す電池出力電力が一定になるよう制御した状態においては、上記アノード過電圧が減少したことによる電圧の増加に伴い、電流密度が減少する。すなわち、図４において、Ｉ−ＶカーブＬ０がＩ−ＶカーブＬ１へと変化する。なお、同図において、ラインＬは、理論電圧を示す。   And the hydrogen partial pressure in the anode flow path 32 increases, and the anode overvoltage (voltage loss) decreases. In a state where the battery output power extracted from between the anode electrode 321 and the cathode electrode 331 is controlled to be constant, the current density decreases as the voltage increases due to the decrease in the anode overvoltage. That is, in FIG. 4, the IV curve L0 changes to the IV curve L1. In the figure, a line L indicates a theoretical voltage.

そのため、上記アノード過電圧及び電流密度の減少により発熱量が低下して、燃料電池３の温度の上昇が抑制され、燃料電池３の電解質体３１における水素分離金属層３１１の温度を低下させることができる。これにより、燃料電池３の電解質体３１における水素分離金属層３１１において、上記水素脆化、被毒等の発生を抑制して、水素透過性能の劣化が発生することを抑制することができる。   Therefore, the amount of heat generation is reduced due to the decrease in the anode overvoltage and current density, the temperature rise of the fuel cell 3 is suppressed, and the temperature of the hydrogen separation metal layer 311 in the electrolyte body 31 of the fuel cell 3 can be lowered. . Thereby, in the hydrogen separation metal layer 311 in the electrolyte body 31 of the fuel cell 3, it is possible to suppress the occurrence of hydrogen embrittlement, poisoning, and the like, thereby suppressing the deterioration of the hydrogen permeation performance.

なお、上記アノード流路３２における圧力を増加させたときには、上記改質反応流路２１内の圧力も上昇することがある。このときには、例えば、上記カソードガスＧｃのカソード流路３３への供給流量又は供給圧力を増加させることにより、カソードオフガスライン４６における圧力が改質反応流路２１における圧力よりも低くなることを防止して、カソードオフガスＯｃを安定して改質反応流路２１に供給することができる。また、上記アノード流路３２における圧力を増加させたときには、上記改質用燃料Ｆの供給量を増加させることもできる。   When the pressure in the anode channel 32 is increased, the pressure in the reforming reaction channel 21 may also increase. At this time, for example, by increasing the supply flow rate or supply pressure of the cathode gas Gc to the cathode channel 33, the pressure in the cathode offgas line 46 is prevented from becoming lower than the pressure in the reforming reaction channel 21. Thus, the cathode off-gas Oc can be stably supplied to the reforming reaction channel 21. Further, when the pressure in the anode flow path 32 is increased, the supply amount of the reforming fuel F can be increased.

また、上記燃料電池システム１において、例えば上記改質器２における改質反応流路２１に供給する改質用燃料Ｆの組成、流量等が急激に減少したとき等の異変が生じたときには、電解質体３１の温度Ｔが上記許容作動温度範囲Ｔｐ内を外れ、許容作動温度範囲Ｔｐの下限値Ｔｍｉｎ（本例では３００℃）よりも低くなることがある。
このとき、制御装置は、燃料電池３が過度温度低下時にあることを認知し、上記アノードオフガス用圧力調整弁５２の開度を全開にしたままで、上記改質ガス用三方調整弁５３におけるリリーフポートを開け、改質ガス供給ライン４２を流れる水素含有ガスＧａの一部をカソードオフガスライン４６に送る。そして、アノード流路３２に供給される水素含有ガスＧａの流量が減少し、アノード流路３２における圧力が減少する。なお、水素含有ガスＧａの残部は、上記アノード流路３２に供給される。 In the fuel cell system 1, for example, when an abnormality occurs such as when the composition, flow rate, etc. of the reforming fuel F supplied to the reforming reaction channel 21 in the reformer 2 suddenly decreases, the electrolyte The temperature T of the body 31 may be out of the allowable operating temperature range Tp and lower than the lower limit value Tmin (300 ° C. in this example) of the allowable operating temperature range Tp.
At this time, the control device recognizes that the fuel cell 3 is at an excessively low temperature, and the relief in the reformed gas three-way regulating valve 53 with the opening degree of the anode off-gas pressure regulating valve 52 fully opened. The port is opened, and a part of the hydrogen-containing gas Ga flowing through the reformed gas supply line 42 is sent to the cathode offgas line 46. Then, the flow rate of the hydrogen-containing gas Ga supplied to the anode channel 32 decreases, and the pressure in the anode channel 32 decreases. The remainder of the hydrogen-containing gas Ga is supplied to the anode channel 32.

こうして、アノード流路３２における水素分圧が減少し、上記アノード過電圧（電圧損失）が増加する。そして、上記アノード電極３２１とカソード電極３３１との間から取り出す電池出力電力が一定になるよう制御した状態においては、上記アノード過電圧が増加したことによる電圧の減少に伴い、電流密度が増加する。すなわち、図４において、Ｉ−ＶカーブＬ０がＩ−ＶカーブＬ２へと変化する。   Thus, the hydrogen partial pressure in the anode flow path 32 decreases, and the anode overvoltage (voltage loss) increases. In a state where the battery output power extracted from between the anode electrode 321 and the cathode electrode 331 is controlled to be constant, the current density increases as the voltage decreases due to the increase in the anode overvoltage. That is, in FIG. 4, the IV curve L0 changes to the IV curve L2.

そのため、上記アノード過電圧及び電流密度の増加により発熱量が上昇して、燃料電池３の温度の低下が抑制され、燃料電池３の電解質体３１における水素分離金属層３１１の温度を上昇させることができる。これにより、燃料電池３の電解質体３１における水素分離金属層３１１において、金属拡散等の発生を抑制して、水素透過性能の劣化が発生することを抑制することができる。   For this reason, the amount of heat generation increases due to the increase in anode overvoltage and current density, the decrease in the temperature of the fuel cell 3 is suppressed, and the temperature of the hydrogen separation metal layer 311 in the electrolyte body 31 of the fuel cell 3 can be increased. . Thereby, generation | occurrence | production of a metal diffusion etc. can be suppressed in the hydrogen separation metal layer 311 in the electrolyte body 31 of the fuel cell 3, and it can suppress that degradation of hydrogen permeation performance generate | occur | produces.

また、カソードオフガスライン４６に送られた水素含有ガスＧａは、カソードオフガスライン４６において、カソードオフガスＯｃと混合され、この混合された混合気が改質器２における改質反応流路２１に供給される。これにより、改質反応流路２１における水素濃度を向上させることができる。   The hydrogen-containing gas Ga sent to the cathode offgas line 46 is mixed with the cathode offgas Oc in the cathode offgas line 46, and this mixed gas mixture is supplied to the reforming reaction channel 21 in the reformer 2. The Thereby, the hydrogen concentration in the reforming reaction channel 21 can be improved.

それ故、本例の燃料電池システム１によれば、燃料電池システム１を効率よく安定して運転することができると共に、燃料電池３の電解質体３１における水素分離金属層３１１に水素透過性能の劣化が生じないようにして、水素分離金属層３１１の耐久性を向上させることができる。   Therefore, according to the fuel cell system 1 of the present example, the fuel cell system 1 can be efficiently and stably operated, and the hydrogen permeation performance of the hydrogen separation metal layer 311 in the electrolyte body 31 of the fuel cell 3 is deteriorated. As a result, the durability of the hydrogen separation metal layer 311 can be improved.

図５に、上記燃料電池システム１において、燃料電池３の温度の制御を行うフローチャートを示す。
同図において、ステップＳ１０１においては、燃料電池３に要求される要求電力、冷媒ガスＧｒの温度等の検出を行う。そして、Ｓ１０２において、制御装置に予め設定されたアルゴリズムに従い、上記冷媒流量調整器７から燃料電池３の冷媒流路３４に供給する冷媒ガスＧｒの流量を調整する。こうして、燃料電池システム１の定常状態においては、上記冷媒流量調整器７を用いた燃料電池３の温度の制御（冷媒温度制御）を行い、燃料電池３における電解質体３１の温度Ｔが許容作動温度範囲Ｔｐ内に維持されるように制御する。 FIG. 5 shows a flowchart for controlling the temperature of the fuel cell 3 in the fuel cell system 1.
In the figure, in step S101, the required power required for the fuel cell 3, the temperature of the refrigerant gas Gr, and the like are detected. In S102, the flow rate of the refrigerant gas Gr supplied from the refrigerant flow rate regulator 7 to the refrigerant flow path 34 of the fuel cell 3 is adjusted according to an algorithm preset in the control device. Thus, in the steady state of the fuel cell system 1, the temperature of the fuel cell 3 (refrigerant temperature control) using the refrigerant flow rate regulator 7 is controlled, and the temperature T of the electrolyte 31 in the fuel cell 3 is the allowable operating temperature. Control is performed so as to be maintained within the range Tp.

次いで、ステップＳ１０３においては、上記制御装置は、上記温度検出部３５により電解質体３１の温度Ｔを検出する。そして、Ｓ１０４において、上記検出を行った電解質体３１の温度Ｔが上記許容作動温度範囲Ｔｐの上限値Ｔｍａｘよりも高いか否かを判定する。この判定がＹｅｓの場合は、電解質体３１の温度Ｔが許容作動温度範囲Ｔｐの上限値Ｔｍａｘよりも高い場合であり、制御装置は、燃料電池システム１が上記緊急状態における過度温度上昇時にあるとしてＳ１０５を実行する。そして、Ｓ１０５においては、制御装置は、上記アノードガス調整器５を用いた燃料電池３の温度の制御（アノードガス温度制御）を行って、燃料電池３のアノード流路３２における圧力を増加させ、再びＳ１０３を実行する。こうして、電解質体３１の温度Ｔを低下させることができる。   Next, in step S <b> 103, the control device detects the temperature T of the electrolyte body 31 by the temperature detection unit 35. In S104, it is determined whether or not the temperature T of the electrolyte body 31 that has performed the detection is higher than the upper limit value Tmax of the allowable operating temperature range Tp. When this determination is Yes, the temperature T of the electrolyte body 31 is higher than the upper limit value Tmax of the allowable operating temperature range Tp, and the control device assumes that the fuel cell system 1 is in an excessive temperature rise in the emergency state. S105 is executed. In S105, the control device controls the temperature of the fuel cell 3 using the anode gas regulator 5 (anode gas temperature control) to increase the pressure in the anode flow path 32 of the fuel cell 3, S103 is executed again. Thus, the temperature T of the electrolyte body 31 can be reduced.

一方で、Ｓ１０４における判定がＮｏの場合は、電解質体３１の温度Ｔが許容作動温度範囲Ｔｐの上限値Ｔｍａｘ以下の場合であり、制御装置は、Ｓ１０６において、上記検出を行った電解質体３１の温度Ｔが許容作動温度範囲Ｔｐの下限値Ｔｍｉｎよりも低いか否かを判定する。この判定がＹｅｓの場合は、電解質体３１の温度Ｔが許容作動温度範囲Ｔｐの下限値Ｔｍｉｎよりも低い場合であり、制御装置は、燃料電池システム１が上記緊急状態における過度温度低下時にあるとしてＳ１０７を実行する。そして、Ｓ１０７においては、制御装置は、上記アノードガス調整器５を用いた燃料電池３の温度の制御を行って、燃料電池３のアノード流路３２における圧力を減少させ、再びＳ１０３を実行する。こうして、電解質体３１の温度Ｔを上昇させることができる。   On the other hand, when the determination in S104 is No, the temperature T of the electrolyte body 31 is equal to or lower than the upper limit value Tmax of the allowable operating temperature range Tp, and the control device of the electrolyte body 31 that has performed the above detection in S106. It is determined whether or not the temperature T is lower than the lower limit value Tmin of the allowable operating temperature range Tp. When this determination is Yes, the temperature T of the electrolyte body 31 is lower than the lower limit value Tmin of the allowable operating temperature range Tp, and the control device assumes that the fuel cell system 1 is at the time of excessive temperature drop in the emergency state. S107 is executed. In S107, the control device controls the temperature of the fuel cell 3 using the anode gas regulator 5 to reduce the pressure in the anode flow path 32 of the fuel cell 3, and executes S103 again. Thus, the temperature T of the electrolyte body 31 can be raised.

一方で、Ｓ１０６における判定がＮｏの場合は、電解質体３１の温度Ｔが許容作動温度範囲Ｔｐにある場合であり、制御装置は、燃料電池システム１が上記定常状態にあることを認知し、再びＳ１０１を実行する。
そして、上記燃料電池システム１の定常状態においては、Ｓ１０１〜Ｓ１０３を繰り返して、冷媒温度制御を行うことができ、上記燃料電池システム１の緊急状態においては、Ｓ１０３〜Ｓ１０７を繰り返して、アノードガス温度制御を行うことができる。その後、燃料電池システム１の運転の終了に伴い、適宜上記燃料電池３の温度の制御を終了することができる。 On the other hand, when the determination in S106 is No, the temperature T of the electrolyte body 31 is in the allowable operating temperature range Tp, and the control device recognizes that the fuel cell system 1 is in the steady state, and again S101 is executed.
In the steady state of the fuel cell system 1, S101 to S103 can be repeated to perform refrigerant temperature control. In the emergency state of the fuel cell system 1, S103 to S107 are repeated to determine the anode gas temperature. Control can be performed. Thereafter, as the operation of the fuel cell system 1 ends, the temperature control of the fuel cell 3 can be appropriately ended.

なお、Ｓ１０２においては、Ｓ１０３における電解質体３１の温度Ｔの検出が行われた後であれば、燃料電池３に要求される要求電力、冷媒ガスＧｒの温度、電解質体３１の温度Ｔ等に基づいて、上記冷媒ガスＧｒの流量を調整することができる。
また、Ｓ１０５においては、必ずしも燃料電池３のアノード流路３２における圧力を増加させなくても、燃料電池３のアノード流路３２に供給する水素含有ガスＧａの流量を増加させるだけによっても対応することができる。また、Ｓ１０７においては、必ずしも燃料電池３のアノード流路３２における圧力を減少させなくても、燃料電池３のアノード流路３２に供給する水素含有ガスＧａの流量を減少させるだけによっても対応することができる。 In S102, if the temperature T of the electrolyte body 31 is detected in S103, it is based on the required power required for the fuel cell 3, the temperature of the refrigerant gas Gr, the temperature T of the electrolyte body 31, and the like. Thus, the flow rate of the refrigerant gas Gr can be adjusted.
Further, in S105, it is not always necessary to increase the pressure in the anode flow path 32 of the fuel cell 3, but only by increasing the flow rate of the hydrogen-containing gas Ga supplied to the anode flow path 32 of the fuel cell 3. Can do. In S107, it is not always necessary to reduce the pressure in the anode flow path 32 of the fuel cell 3, but only by reducing the flow rate of the hydrogen-containing gas Ga supplied to the anode flow path 32 of the fuel cell 3. Can do.

また、上記制御装置は、上記電解質体３１の温度Ｔが所定の温度変化率を超えて上昇したときに、上記過度温度上昇時を認知し、上記電解質体３１の温度Ｔが所定の温度変化率を超えて低下したときに、上記過度温度低下時を認知することもできる。この場合には、制御装置は、燃料電池システム１が緊急状態になるおそれがあることを予測することができる。そして、制御装置は、電解質体３１の温度Ｔが上記上限値Ｔｍａｘ又は下限値Ｔｍｉｎに到達する前に、上記アノード流路３２における圧力を増減させることができ、迅速に上記燃料電池システム１の緊急状態に対応することができる。   The controller recognizes the excessive temperature rise when the temperature T of the electrolyte body 31 rises above a predetermined temperature change rate, and the temperature T of the electrolyte body 31 changes to a predetermined temperature change rate. When the temperature drops beyond the range, it is possible to recognize the time when the excessive temperature drops. In this case, the control device can predict that the fuel cell system 1 may be in an emergency state. The control device can increase or decrease the pressure in the anode flow path 32 before the temperature T of the electrolyte body 31 reaches the upper limit value Tmax or the lower limit value Tmin. Can correspond to the state.

（実施例２）
本例は、図６に示すごとく、上記アノードガス調整器５を、上記改質ガス供給ライン４２に配設した改質ガス加圧器５４と、この改質ガス加圧器５４を迂回して上記水素含有ガスＧａを上記アノード流路３２に供給するためのバイパスライン５４１と、このバイパスライン５４１に配設した開閉弁５４２と、上記改質ガス供給ライン４２に配設したリリーフ弁５４３とを用いて構成した例である。 (Example 2)
In this example, as shown in FIG. 6, the anode gas regulator 5 is replaced with the reformed gas pressurizer 54 disposed in the reformed gas supply line 42 and the hydrogen gas bypassing the reformed gas pressurizer 54. Using a bypass line 541 for supplying the contained gas Ga to the anode flow path 32, an on-off valve 542 disposed in the bypass line 541, and a relief valve 543 disposed in the reformed gas supply line 42. This is a configured example.

図６に示すごとく、本例の改質ガス加圧器５４は圧縮機５４である。また、上記リリーフ弁５４３は、入口ポート、出口ポート及びリリーフポートとを有している。そして、リリーフ弁５４３は、入口ポートと出口ポートとを連通させる通常位置と、入口ポートとリリーフポートとを連通させるリリーフ位置との間で切替可能である。そして、入口ポートと出口ポートとが改質ガス供給ライン４２を連通させている。
また、リリーフ弁５４３におけるリリーフポートと、カソードオフガスライン４６とは、改質ガス混合ライン４８Ａにより接続されており、この接続部には、改質ガス・カソードオフガス混合弁８８Ａが配設されている。 As shown in FIG. 6, the reformed gas pressurizer 54 of this example is a compressor 54. The relief valve 543 has an inlet port, an outlet port, and a relief port. The relief valve 543 can be switched between a normal position where the inlet port and the outlet port are communicated and a relief position where the inlet port and the relief port are communicated. The inlet port and the outlet port communicate with the reformed gas supply line 42.
Further, the relief port in the relief valve 543 and the cathode offgas line 46 are connected by a reformed gas mixing line 48A, and a reformed gas / cathode offgas mixing valve 88A is disposed at this connecting portion. .

本例においては、燃料電池システム１の定常状態においては、上記開閉弁５４２を全開にすると共に上記リリーフ弁５４３を通常位置にし、上記圧縮機５４は停止した状態にする。
そして、燃料電池システム１において、電解質体３１の温度Ｔが上記許容作動温度範囲Ｔｐ内（３００〜６００℃の範囲内）を外れ、許容作動温度範囲Ｔｐの上限値Ｔｍａｘ（本例では６００℃）を超えたときには、制御装置は、燃料電池３が過度温度上昇時にあることを認知し、上記開閉弁５４２を閉じると共に上記圧縮機５４を作動させる。 In this example, in the steady state of the fuel cell system 1, the on-off valve 542 is fully opened and the relief valve 543 is in the normal position, and the compressor 54 is stopped.
In the fuel cell system 1, the temperature T of the electrolyte body 31 deviates from the allowable operating temperature range Tp (within 300 to 600 ° C.), and the upper limit value Tmax (600 ° C. in this example) of the allowable operating temperature range Tp. When the value exceeds the value, the control device recognizes that the fuel cell 3 is at an excessive temperature rise, closes the on-off valve 542 and activates the compressor 54.

これにより、アノード流路３２への水素含有ガスＧａの流量が増加し、アノード流路３２における圧力が増加する。そして、アノード流路３２における水素分圧が増加し、上記アノード過電圧（電圧損失）が減少する。そして、上記アノード電極３２１とカソード電極３３１との間から取り出す電池出力電力が一定になるよう制御した状態においては、上記アノード過電圧が減少したことによる電圧の増加に伴い、電流密度が減少する。そのため、アノード過電圧及び電流密度の減少により発熱量が低下して、燃料電池３の温度の上昇が抑制され、電解質体３１の温度Ｔを低下させることができる。   Thereby, the flow rate of the hydrogen-containing gas Ga to the anode channel 32 increases, and the pressure in the anode channel 32 increases. And the hydrogen partial pressure in the anode flow path 32 increases, and the anode overvoltage (voltage loss) decreases. In a state where the battery output power extracted from between the anode electrode 321 and the cathode electrode 331 is controlled to be constant, the current density decreases as the voltage increases due to the decrease in the anode overvoltage. Therefore, the amount of heat generation is reduced due to the decrease in anode overvoltage and current density, the temperature rise of the fuel cell 3 is suppressed, and the temperature T of the electrolyte 31 can be lowered.

また、燃料電池システム１において、電解質体３１の温度Ｔが上記許容作動温度範囲Ｔｐ内を外れ、許容作動温度範囲Ｔｐの下限値Ｔｍｉｎ（本例では３００℃）よりも低くなったときには、制御装置は、燃料電池３が過度温度低下時にあることを認知し、上記圧縮機５４を停止させると共に上記リリーフ弁５４３をリリーフ位置にする。これにより、リリーフ弁５４３のリリーフポートからアノード流路３２内の水素含有ガスＧａが上記カソードオフガスライン４６に送られ、アノード流路３２における圧力を改質反応流路２１における圧力に近い圧力まで減少させることができる。   In the fuel cell system 1, when the temperature T of the electrolyte body 31 is out of the allowable operating temperature range Tp and becomes lower than the lower limit value Tmin (300 ° C. in this example) of the allowable operating temperature range Tp, the control device Recognizes that the fuel cell 3 is at an excessively low temperature, stops the compressor 54 and sets the relief valve 543 to the relief position. As a result, the hydrogen-containing gas Ga in the anode channel 32 is sent from the relief port of the relief valve 543 to the cathode offgas line 46, and the pressure in the anode channel 32 is reduced to a pressure close to the pressure in the reforming reaction channel 21. Can be made.

そして、アノード流路３２における水素分圧が減少し、上記アノード過電圧（電圧損失）が増加する。そして、上記アノード電極３２１とカソード電極３３１との間から取り出す電池出力電力が一定になるよう制御した状態においては、上記アノード過電圧が増加したことによる電圧の減少に伴い、電流密度が増加する。そのため、上記アノード過電圧及び電流密度の増加により発熱量が上昇して、燃料電池３の温度の低下が抑制され、電解質体３１の温度Ｔを上昇させることができる。   Then, the hydrogen partial pressure in the anode flow path 32 decreases, and the anode overvoltage (voltage loss) increases. In a state where the battery output power extracted from between the anode electrode 321 and the cathode electrode 331 is controlled to be constant, the current density increases as the voltage decreases due to the increase in the anode overvoltage. Therefore, the amount of heat generation increases due to the increase in the anode overvoltage and current density, the temperature decrease of the fuel cell 3 is suppressed, and the temperature T of the electrolyte 31 can be increased.

そして、その後、上記開閉弁５４２を開けることにより、再び改質反応流路２１からアノード流路３２へと水素含有ガスＧａを供給することができる。また、カソードオフガスライン４６に送った水素含有ガスＧａは、カソードオフガスＯｃと混合して、再び改質反応流路２１に供給することができる。
なお、上記リリーフ弁５４３の代わりに三方調整弁を用いることもできる。
本例においても、その他は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。 Then, the hydrogen-containing gas Ga can be supplied again from the reforming reaction channel 21 to the anode channel 32 by opening the on-off valve 542. The hydrogen-containing gas Ga sent to the cathode offgas line 46 can be mixed with the cathode offgas Oc and supplied to the reforming reaction channel 21 again.
A three-way adjusting valve can be used instead of the relief valve 543.
Also in this example, the other parts are the same as those in the first embodiment, and the same effects as those in the first embodiment can be obtained.

（実施例３）
本例は、図７に示すごとく、上記燃料電池システム１が、上記アノード流路３２から排出される上記アノードオフガスＯａの一部を上記改質ガス供給ライン４２に送るためのアノードオフガス混合ライン（再供給ライン）４８Ｂを有しており、上記アノードガス調整器５を、上記アノードオフガス混合ライン４８Ｂに配設したアノードオフガス加圧器５５と、上記改質ガス供給ライン４２において上記アノードオフガス混合ライン４８Ｂが接続された位置よりも上記水素含有ガスＧａの流れの上流側に配設した逆流防止弁５５１とを用いて構成した例である。
また、上記アノードオフガスライン４５には、上記実施例１と同様に、アノードオフガス用三方調整弁５１が配設されている。また、本例のアノードオフガス加圧器５５は圧縮機５５である。 (Example 3)
In this example, as shown in FIG. 7, the fuel cell system 1 sends an anode off-gas mixing line (a part of the anode off-gas Oa discharged from the anode flow path 32 to the reformed gas supply line 42). 48B, the anode gas regulator 5 is connected to the anode offgas pressurizer 55 disposed in the anode offgas mixing line 48B, and the anode offgas mixing line 48B in the reformed gas supply line 42. This is an example constituted by using a backflow prevention valve 551 disposed on the upstream side of the flow of the hydrogen-containing gas Ga from the position where is connected.
The anode off gas line 45 is provided with an anode off gas three-way regulating valve 51 as in the first embodiment. The anode off gas pressurizer 55 in this example is a compressor 55.

また、図７に示すごとく、アノードオフガスライン４５と改質ガス供給ライン４２とは、アノードオフガス混合ライン４８Ｂにより接続されており、この接続部には、アノードオフガス・改質ガス混合弁８８Ｂが配設されている。そして、本例では、アノードオフガスライン４５を流れるアノードオフガスＯａの一部を、改質ガス供給ライン４２を流れる水素含有ガスＧａに混合することができる。   Further, as shown in FIG. 7, the anode offgas line 45 and the reformed gas supply line 42 are connected by an anode offgas mixing line 48B, and an anode offgas / reformed gas mixing valve 88B is arranged at this connecting portion. It is installed. In this example, a part of the anode off gas Oa flowing through the anode off gas line 45 can be mixed with the hydrogen-containing gas Ga flowing through the reformed gas supply line 42.

本例においては、燃料電池システム１の定常状態においては、上記アノードオフガス用三方調整弁５１におけるリリーフポートから排気するアノードオフガスＯａの排気量が調整してあり、上記圧縮機５５は停止状態にある。
そして、燃料電池システム１において、電解質体３１の温度Ｔが上記許容作動温度範囲Ｔｐ内（３００〜６００℃の範囲内）を外れ、許容作動温度範囲Ｔｐの上限値Ｔｍａｘ（本例では６００℃）を超えたときには、制御装置は、燃料電池３が過度温度上昇時にあることを認知し、上記圧縮機５５を作動させる。このとき、圧縮機５５は、アノードオフガスライン４５を流れるアノードオフガスＯａの一部を、アノードオフガス混合ライン４８Ｂを介して上記改質ガス供給ライン４２に送る。そして、上記圧縮機５５から送り出されたアノードオフガスＯａは、上記逆流防止弁５５１によって上記改質器２に逆流してしまうことが防止された状態で、上記アノード流路３２に再供給される。 In this example, in the steady state of the fuel cell system 1, the exhaust amount of the anode off gas Oa exhausted from the relief port in the anode off gas three-way regulating valve 51 is adjusted, and the compressor 55 is in a stopped state. .
In the fuel cell system 1, the temperature T of the electrolyte body 31 deviates from the allowable operating temperature range Tp (within 300 to 600 ° C.), and the upper limit value Tmax (600 ° C. in this example) of the allowable operating temperature range Tp. When the value exceeds the value, the control device recognizes that the fuel cell 3 is at an excessively high temperature, and operates the compressor 55. At this time, the compressor 55 sends a part of the anode offgas Oa flowing through the anode offgas line 45 to the reformed gas supply line 42 via the anode offgas mixing line 48B. Then, the anode off-gas Oa sent out from the compressor 55 is supplied again to the anode channel 32 in a state in which it is prevented from flowing back to the reformer 2 by the backflow prevention valve 551.

これにより、アノード流路３２への水素含有ガスＧａの流量が増加し、アノード流路３２における圧力が増加する。そして、アノード流路３２における水素分圧が増加し、上記アノード過電圧（電圧損失）が減少する。そして、上記アノード電極３２１とカソード電極３３１との間から取り出す電池出力電力が一定になるよう制御した状態においては、上記アノード過電圧が減少したことによる電圧の増加に伴い、電流密度が減少する。そのため、アノード過電圧及び電流密度の減少により発熱量が低下して、燃料電池３の温度の上昇が抑制され、電解質体３１の温度Ｔを低下させることができる。   Thereby, the flow rate of the hydrogen-containing gas Ga to the anode channel 32 increases, and the pressure in the anode channel 32 increases. And the hydrogen partial pressure in the anode flow path 32 increases, and the anode overvoltage (voltage loss) decreases. In a state where the battery output power extracted from between the anode electrode 321 and the cathode electrode 331 is controlled to be constant, the current density decreases as the voltage increases due to the decrease in the anode overvoltage. Therefore, the amount of heat generation is reduced due to the decrease in anode overvoltage and current density, the temperature rise of the fuel cell 3 is suppressed, and the temperature T of the electrolyte 31 can be lowered.

また、燃料電池システム１において、電解質体３１の温度Ｔが上記許容作動温度範囲Ｔｐ内を外れ、許容作動温度範囲Ｔｐの下限値Ｔｍｉｎ（本例では３００℃）よりも低くなったときには、制御装置は、燃料電池３が過度温度低下時にあることを認知し、上記圧縮機５５を停止させると共に上記アノードオフガス用三方調整弁５１におけるリリーフポートから排気するアノードオフガスの排気量を増加させる。   In the fuel cell system 1, when the temperature T of the electrolyte body 31 is out of the allowable operating temperature range Tp and becomes lower than the lower limit value Tmin (300 ° C. in this example) of the allowable operating temperature range Tp, the control device Recognizes that the fuel cell 3 is at an excessively low temperature, stops the compressor 55, and increases the amount of anode off-gas exhausted from the relief port in the anode off-gas three-way regulating valve 51.

これにより、アノード流路３２における水素分圧が減少し、上記アノード過電圧（電圧損失）が増加する。そして、上記アノード電極３２１とカソード電極３３１との間から取り出す電池出力電力が一定になるよう制御した状態においては、上記アノード過電圧が増加したことによる電圧の減少に伴い、電流密度が増加する。そのため、上記アノード過電圧及び電流密度の増加により発熱量が上昇して、燃料電池３の温度の低下が抑制され、電解質体３１の温度Ｔを上昇させることができる。
本例においても、その他は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。 Thereby, the hydrogen partial pressure in the anode flow path 32 decreases, and the anode overvoltage (voltage loss) increases. In a state where the battery output power extracted from between the anode electrode 321 and the cathode electrode 331 is controlled to be constant, the current density increases as the voltage decreases due to the increase in the anode overvoltage. Therefore, the amount of heat generation increases due to the increase in the anode overvoltage and current density, the temperature decrease of the fuel cell 3 is suppressed, and the temperature T of the electrolyte 31 can be increased.
Also in this example, the other parts are the same as those in the first embodiment, and the same effects as those in the first embodiment can be obtained.

（実施例４）
本例は、図８、図９に示すごとく、上記燃料電池システム１が上記燃料電池３を複数有していると共に、上記アノードガス調整器５を上記各燃料電池３毎にそれぞれ配設した例である。
また、上記温度検出部３５は各燃料電池３毎に配設されており、本例の制御装置は、各燃料電池３の電解質体３１の温度Ｔをそれぞれ認知することができるよう構成されている。また、本例の制御装置は、上記各燃料電池３毎にアノードガス調整器５を制御するよう構成されている。 Example 4
In this example, as shown in FIGS. 8 and 9, the fuel cell system 1 includes a plurality of the fuel cells 3, and the anode gas regulator 5 is provided for each fuel cell 3. It is.
The temperature detector 35 is provided for each fuel cell 3, and the control device of this example is configured to recognize the temperature T of the electrolyte body 31 of each fuel cell 3. . Further, the control device of this example is configured to control the anode gas regulator 5 for each of the fuel cells 3.

また、図８、図９に示すごとく、本例の冷媒ガス供給ライン４４は、燃料電池３の数に合わせて複数の冷媒ガス分岐ライン４４１に分岐しており、各冷媒ガス分岐ライン４４１には、各燃料電池３における冷媒流路３４に供給する冷媒ガスＧｒの流量をそれぞれ調整可能な冷媒ガス用流量調整弁７６が配設されている。そして、本例の冷媒流量調整器７は、上記冷媒ガス供給ライン４４に配設した冷媒ガス加圧器７０としてのポンプ７０と上記各冷媒ガス用流量調整弁７６とにより構成されている。   Further, as shown in FIGS. 8 and 9, the refrigerant gas supply line 44 of this example branches into a plurality of refrigerant gas branch lines 441 in accordance with the number of fuel cells 3, and each refrigerant gas branch line 441 includes A refrigerant gas flow rate adjusting valve 76 capable of adjusting the flow rate of the refrigerant gas Gr supplied to the refrigerant flow path 34 in each fuel cell 3 is provided. The refrigerant flow regulator 7 of this example is configured by a pump 70 as the refrigerant gas pressurizer 70 disposed in the refrigerant gas supply line 44 and the refrigerant gas flow regulating valves 76.

また、本例のカソードガス供給ライン４３もまた、燃料電池３の数に合わせて複数のカソードガス分岐ライン４３１に分岐しており、各カソードガス分岐ライン４３１には、各燃料電池３におけるカソード流路３３に供給するカソードガスＧｃの流量をそれぞれ調整可能なカソードガス用流量調整弁６６が配設されている。
なお、本例の燃料電池３の数は３つであり、制御装置は３つの燃料電池３の温度をそれぞれ制御することができる。 Further, the cathode gas supply line 43 of this example also branches into a plurality of cathode gas branch lines 431 in accordance with the number of fuel cells 3, and each cathode gas branch line 431 has a cathode flow in each fuel cell 3. A cathode gas flow rate adjusting valve 66 capable of adjusting the flow rate of the cathode gas Gc supplied to the passage 33 is provided.
Note that the number of the fuel cells 3 in this example is three, and the control device can control the temperatures of the three fuel cells 3.

そして、本例においては、各燃料電池３に配設されたアノードガス調整器５の構成の違いにより、２つのバリエーションの燃料電池システム１を示す。
すなわち、図８に示すごとく、上記燃料電池システム１のバリエーションの１つとしては、各燃料電池３に対応した各アノードガス調整器５が、上記実施例１に示したように、それぞれ上記改質ガス用三方調整弁５３と上記アノードオフガス用圧力調整弁５２とを用いて構成されている場合である。そして、この場合には、上記改質ガス供給ライン４２は、燃料電池３の数に合わせて複数の改質ガス分岐ライン４２１に分岐しており、この各改質ガス分岐ライン４２１には、各燃料電池３におけるアノード流路３２に供給する水素含有ガスＧａの流量をそれぞれ調整可能な改質ガス用三方調整弁５３が配設されている。また、各アノードオフガス用圧力調整弁５２は、各燃料電池３のアノードオフガスライン４５にそれぞれ配設されている。 In this example, two variations of the fuel cell system 1 are shown depending on the configuration of the anode gas regulator 5 disposed in each fuel cell 3.
That is, as shown in FIG. 8, as one variation of the fuel cell system 1, each anode gas regulator 5 corresponding to each fuel cell 3 has the above reforming as shown in the first embodiment. This is a case where the gas three-way regulating valve 53 and the anode off-gas pressure regulating valve 52 are used. In this case, the reformed gas supply line 42 is branched into a plurality of reformed gas branch lines 421 in accordance with the number of the fuel cells 3. A reformed gas three-way regulating valve 53 capable of adjusting the flow rate of the hydrogen-containing gas Ga supplied to the anode flow path 32 in the fuel cell 3 is provided. Further, each anode off-gas pressure regulating valve 52 is provided in each anode off-gas line 45 of each fuel cell 3.

この場合においても、上記燃料電池３に何らかの異変等がない定常状態においては、制御装置は、上記冷媒流量調整器７におけるポンプ７０を制御すると共に、上記各冷媒ガス用流量調整弁７６の開度を操作して、各燃料電池３の電解質体３１の温度Ｔが上記許容作動温度範囲Ｔｐ内に維持されるように制御することができる。また、上記各カソードガス用流量調整弁６６の開度を調整することにより、各燃料電池３におけるカソード流路３３へのカソードガスＧｃの流量をほぼ均等にして、各燃料電池３における電流密度がほぼ均等になるようにすることができる。   Even in this case, in a steady state where the fuel cell 3 does not have any change or the like, the control device controls the pump 70 in the refrigerant flow regulator 7 and the opening degree of each refrigerant gas flow regulating valve 76. The temperature T of the electrolyte body 31 of each fuel cell 3 can be controlled so as to be maintained within the allowable operating temperature range Tp. Further, by adjusting the opening degree of each cathode gas flow rate adjusting valve 66, the flow rate of the cathode gas Gc to the cathode flow path 33 in each fuel cell 3 is made substantially uniform, and the current density in each fuel cell 3 is increased. It can be made almost even.

一方、制御装置は、上記複数の燃料電池３のうちのいずれかが何らかの異変等により上記緊急状態になったときには、この緊急状態になった燃料電池３のみに対して、上記アノードガス調整器５を操作して温度の制御を行うことができ、緊急状態に迅速に対応することができる。また、制御装置は、残りの燃料電池３に対しては、冷媒流量調整器７のみを用いた温度の制御を継続することができ、緊急状態における燃料電池システム１全体の発電効率の低下を抑制することができる。   On the other hand, when any one of the plurality of fuel cells 3 enters the emergency state due to some change or the like, the control device controls the anode gas regulator 5 only for the fuel cell 3 in the emergency state. It is possible to control the temperature by operating and to respond quickly to emergency situations. In addition, the control device can continue control of the temperature using only the refrigerant flow regulator 7 for the remaining fuel cells 3, and suppress a decrease in power generation efficiency of the entire fuel cell system 1 in an emergency state. can do.

また、図９に示すごとく、上記燃料電池システム１の他のバリエーションとしては、上記実施例２に示したように、アノードガス調整器５は、上記改質ガス加圧器５４としての圧縮機５４、上記バイパスライン５４１及び上記開閉弁５４２を有しており、上記改質ガス供給ライン４２を分岐させた改質ガス分岐ライン４２１に、各燃料電池３におけるアノード流路３２に供給する水素含有ガスＧａの流量をそれぞれ調整可能な改質ガス用流量調整弁５６を配設した場合である。また、この場合には、燃料電池３の各アノードオフガスライン４５に、上記アノードオフガス用三方調整弁５１をそれぞれ配設している。
この場合においても、各燃料電池３に何らかの異変等がない定常状態においては、制御装置は、上記冷媒流量調整器７におけるポンプ７０を制御すると共に、上記各冷媒ガス用流量調整弁７６の開度を操作して、各燃料電池３の電解質体３１の温度Ｔが上記許容作動温度範囲Ｔｐ内に維持されるように制御することができる。 As shown in FIG. 9, as another variation of the fuel cell system 1, as shown in the second embodiment, the anode gas regulator 5 includes a compressor 54 as the reformed gas pressurizer 54, The hydrogen-containing gas Ga that has the bypass line 541 and the open / close valve 542 and is supplied to the anode flow path 32 in each fuel cell 3 to the reformed gas branch line 421 that branches the reformed gas supply line 42. This is a case where a reforming gas flow rate adjusting valve 56 capable of adjusting the flow rate of each is provided. In this case, the anode offgas three-way regulating valve 51 is disposed in each anode offgas line 45 of the fuel cell 3.
Even in this case, in a steady state where there is no abnormality in each fuel cell 3, the control device controls the pump 70 in the refrigerant flow regulator 7 and the opening degree of each refrigerant gas flow regulating valve 76. The temperature T of the electrolyte body 31 of each fuel cell 3 can be controlled so as to be maintained within the allowable operating temperature range Tp.

一方、制御装置は、上記複数の燃料電池３のうちのいずれかが何らかの異変等により、このいずれかの燃料電池３の電解質体３１の温度Ｔが上記上限値Ｔｍａｘを超えた過度温度上昇時になったときには、上記圧縮機５４を作動させる。そして、上記各改質ガス用流量調整弁５６の開度を操作して、緊急状態になった燃料電池３におけるアノード流路３２の圧力が増加するようにする。また、いずれかの燃料電池３の電解質体３１の温度Ｔが上記下限値Ｔｍｉｎよりも小さくなった過度温度低下時になったときには、上記各アノードオフガス用三方調整弁５１におけるリリーフポートから排気するアノードオフガスＯａの排気量を調整し、緊急状態になった燃料電池３におけるアノード流路３２の圧力が減少するようにする。   On the other hand, the control device is in an excessive temperature rise when the temperature T of the electrolyte body 31 of any one of the fuel cells 3 exceeds the upper limit value Tmax due to some abnormality or the like. In the event of a failure, the compressor 54 is operated. Then, the opening of each reformed gas flow rate adjustment valve 56 is operated so that the pressure of the anode flow path 32 in the fuel cell 3 in an emergency state increases. Further, when the temperature T of the electrolyte body 31 of any one of the fuel cells 3 becomes lower than the lower limit value Tmin, the anode offgas exhausted from the relief port in each of the anode offgas three-way regulating valves 51. The exhaust amount of Oa is adjusted so that the pressure of the anode flow path 32 in the fuel cell 3 in an emergency state decreases.

これにより、緊急状態になった燃料電池３のみに対して、上記アノードガス調整器５を操作して温度の制御を行うことができ、迅速に対応することができる。
また、この場合にも、制御装置は、残りの燃料電池３に対しては、冷媒流量調整器７のみを用いた温度の制御を継続することができ、緊急状態における燃料電池システム１全体の発電効率の低下を抑制することができる。 As a result, only the fuel cell 3 in an emergency state can be controlled by operating the anode gas regulator 5 and can respond quickly.
Also in this case, the control device can continue to control the temperature using only the refrigerant flow regulator 7 for the remaining fuel cells 3, and the entire fuel cell system 1 can generate power in an emergency state. A decrease in efficiency can be suppressed.

なお、本例において、上記冷媒ガス用流量調整弁７６及びカソードガス用流量調整弁６６は、それぞれ冷媒ガス供給ライン４４及びカソードガス供給ライン４３に１つずつ配設しておくこともできる。
本例においても、その他は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。 In the present embodiment, the refrigerant gas flow rate adjusting valve 76 and the cathode gas flow rate adjusting valve 66 may be arranged one by one in the refrigerant gas supply line 44 and the cathode gas supply line 43, respectively.
Also in this example, the other parts are the same as those in the first embodiment, and the same effects as those in the first embodiment can be obtained.

（実施例５）
本例は、図１０に示すごとく、上記燃料電池システム１の緊急状態において、上記実施例１〜４に示したアノード流路３２における圧力も変化させて燃料電池３の温度の制御を行うだけでなく、上記カソード流路３３における圧力を変化させて燃料電池３の温度の制御を行う例を示す。
すなわち、本例の燃料電池システム１は、上記カソード流路３３に供給する上記カソードガスＧｃの流量又は上記カソード流路３３における圧力を調整するカソードガス調整器６を有しており、本例の制御装置は、このカソードガス調整器６を制御することもできるよう構成されている。 (Example 5)
In this example, as shown in FIG. 10, in the emergency state of the fuel cell system 1, only the temperature of the fuel cell 3 is controlled by changing the pressure in the anode flow path 32 shown in the first to fourth embodiments. Instead, an example in which the pressure in the cathode channel 33 is changed to control the temperature of the fuel cell 3 will be described.
That is, the fuel cell system 1 of this example includes the cathode gas regulator 6 that adjusts the flow rate of the cathode gas Gc supplied to the cathode channel 33 or the pressure in the cathode channel 33. The control device is configured to control the cathode gas regulator 6.

また、上記カソードガス調整器６は、上記カソードガス加圧器６０としてのポンプ６０と、上記カソードオフガス用圧力調整弁６２と、上記カソードオフガス用三方調整弁６１とを用いて構成されている。
そして、上記燃料電池システム１の緊急状態における過度温度上昇時には、制御装置は、上記カソードガス調整器６におけるポンプ６０の吐出圧力を増加させる。また、このとき、上記カソードオフガス用圧力調整弁６２の開度を絞ることができる。これにより、制御装置は、上記カソード流路３３における圧力を増加させることができ、燃料電池３の温度を低下させることができる。 The cathode gas regulator 6 includes a pump 60 as the cathode gas pressurizer 60, the cathode offgas pressure regulating valve 62, and the cathode offgas three-way regulating valve 61.
When the temperature of the fuel cell system 1 is excessively high in an emergency state, the control device increases the discharge pressure of the pump 60 in the cathode gas regulator 6. At this time, the opening degree of the cathode offgas pressure regulating valve 62 can be reduced. As a result, the control device can increase the pressure in the cathode flow path 33 and reduce the temperature of the fuel cell 3.

一方、制御装置は、燃料電池システム１の緊急状態における過度温度低下時には、上記カソードガス調整器６におけるポンプ６０の吐出圧力を減少させる。また、このとき、制御装置は、上記カソードオフガス用三方調整弁６１におけるリリーフポートから排気する排気量を増加させることができる。これにより、制御装置は、上記カソード流路３３における圧力を減少させることができ、燃料電池３の電解質体３１の温度Ｔを上昇させることができる。
本例の燃料電池システム１によれば、上記緊急状態において、一層迅速に燃料電池３の温度を制御することができる。
本例においても、その他は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。 On the other hand, the control device decreases the discharge pressure of the pump 60 in the cathode gas regulator 6 when the excessive temperature drop in the emergency state of the fuel cell system 1 occurs. At this time, the control device can increase the amount of exhaust exhausted from the relief port in the cathode offgas three-way regulating valve 61. Thereby, the control device can decrease the pressure in the cathode flow path 33 and can increase the temperature T of the electrolyte body 31 of the fuel cell 3.
According to the fuel cell system 1 of this example, the temperature of the fuel cell 3 can be controlled more rapidly in the emergency state.
Also in this example, the other parts are the same as those in the first embodiment, and the same effects as those in the first embodiment can be obtained.

実施例１における、燃料電池システムの構成を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel cell system in Example 1. 実施例１における、燃料電池の構成を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel cell in Example 1. 実施例１における、他の燃料電池の構成を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration of another fuel cell in Example 1. 実施例１における、横軸に電流密度Ｉをとり縦軸に電圧Ｖをとって、電流密度Ｉと電圧Ｖとの関係であるＩ−Ｖ特性を示すグラフ。4 is a graph showing an IV characteristic that is a relationship between the current density I and the voltage V, with the current density I on the horizontal axis and the voltage V on the vertical axis in Example 1. FIG. 実施例１における、燃料電池の温度制御の方法を示すフローチャート。2 is a flowchart showing a method of controlling the temperature of the fuel cell in the first embodiment. 実施例２における、燃料電池システムの構成を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel cell system in Example 2. 実施例３における、燃料電池システムの構成を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel cell system in Example 3. 実施例４における、燃料電池システムの構成を示す説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel cell system in Example 4. 実施例４における、他の燃料電池システムの構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure of the other fuel cell system in Example 4. FIG. 実施例５における、燃料電池システムの構成を示す説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel cell system in Example 5.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料電池システム
２ 改質器
２１ 改質反応流路
２２ 加熱流路
３ 燃料電池
３１ 電解質体
３１１ 水素分離金属層
３１２ プロトン伝導体層
３２ アノード流路
３２１ アノード電極
３３ カソード流路
３３１ カソード電極
３４ 冷媒流路
３５ 温度検出部
４２ 改質ガス供給ライン
４５ アノードオフガスライン
４６ カソードオフガスライン
４７ 冷媒オフガスライン
５ アノードガス調整器
５１ アノードオフガス用三方調整弁
５２ アノードオフガス用圧力調整弁
５３ 改質ガス用三方調整弁
５４ 改質ガス加圧器
５４１ バイパスライン
５４２ 開閉弁
５４３ リリーフ弁
５５ アノードオフガス加圧器
５５１ 逆流防止弁
７ 冷媒流量調整器
７０ 冷媒ガス加圧器
７１ 冷媒オフガス用三方調整弁
Ｆ 改質用燃料
Ｇａ 水素含有ガス
Ｏａ アノードオフガス
Ｇｃ カソードガス
Ｏｃ カソードオフガス
Ｇｒ 冷媒
Ｏｒ 冷媒オフガス
Ｔ 電解質体の温度
Ｔｐ 許容作動温度範囲
Ｔｍａｘ 許容作動温度範囲の上限値
Ｔｍｉｎ 許容作動温度範囲の下限値 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 2 Reformer 21 Reforming reaction flow path 22 Heating flow path 3 Fuel cell 31 Electrolyte body 311 Hydrogen separation metal layer 312 Proton conductor layer 32 Anode flow path 321 Anode electrode 33 Cathode flow path 331 Cathode electrode 34 Refrigerant Flow path 35 Temperature detector 42 Reformed gas supply line 45 Anode off gas line 46 Cathode off gas line 47 Refrigerant off gas line 5 Anode gas regulator 51 Anode off gas three-way regulating valve 52 Anode off gas pressure regulating valve 53 Reformed gas three-way regulation Valve 54 Reformed gas pressurizer 541 Bypass line 542 On-off valve 543 Relief valve 55 Anode off-gas pressurizer 551 Backflow prevention valve 7 Refrigerant flow regulator 70 Refrigerant gas pressurizer 71 Refrigerant off-gas three-way regulating valve F Reforming fuel Ga Hydrogen containing Gas Oa Ano Gas off gas Gc Cathode gas Oc Cathode off gas Gr Refrigerant Or Refrigerant off gas T Temperature of electrolyte body Tp Allowable operating temperature range Tmax Upper limit of allowable operating temperature range Tmin Lower limit of allowable operating temperature range

Claims (15)

水素を含有する水素含有ガスを利用して発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、
上記燃料電池は、上記水素含有ガスが供給されるアノード流路と、カソードガスが供給されるカソード流路と、該カソード流路と上記アノード流路との間に配設された電解質体と、該電解質体の温度を検出する温度検出部とを有しており、
上記電解質体は、上記アノード流路に供給された上記水素含有ガス中の水素を透過させるための水素分離金属層と、該水素分離金属層を透過させた上記水素をプロトンの状態にして透過させて上記カソード流路に到達させるためのプロトン伝導体層とを積層してなり、かつ、上記電解質体は、上記プロトン伝導体層における上記アノード流路側の表面に形成したアノード電極と、上記プロトン伝導体層における上記カソード流路側の表面に形成したカソード電極とを有しており、
上記アノード流路には、該アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は当該アノード流路における圧力を調整するアノードガス調整器が接続されており、該アノードガス調整器は、制御装置により制御可能に構成されており、
上記制御装置は、上記温度検出部によって検出した上記電解質体の温度が所定の上限値を超えたとき又は該電解質体の温度が所定の温度変化率を超えて上昇したときである過度温度上昇時には、上記アノードガス調整器を操作して、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を増加させ、一方、上記温度検出部によって検出した上記電解質体の温度が所定の下限値未満になったとき又は該電解質体の温度が所定の温度変化率を超えて低下したときである過度温度低下時には、上記アノードガス調整器を操作して、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を減少させるよう構成されていることを特徴とする燃料電池システム。 In a fuel cell system including a fuel cell that generates power using a hydrogen-containing gas containing hydrogen,
The fuel cell includes an anode channel to which the hydrogen-containing gas is supplied, a cathode channel to which a cathode gas is supplied, an electrolyte body disposed between the cathode channel and the anode channel , A temperature detection unit for detecting the temperature of the electrolyte body ;
The electrolyte body has a hydrogen separation metal layer for permeating hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path, and permeates the hydrogen permeated through the hydrogen separation metal layer in a proton state. And a proton conductor layer for reaching the cathode channel, and the electrolyte body includes an anode electrode formed on a surface of the proton conductor layer on the anode channel side, and the proton conduction layer. A cathode electrode formed on the surface of the body layer on the cathode flow path side,
An anode gas regulator for adjusting the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode passage or the pressure in the anode passage is connected to the anode passage, and the anode gas regulator is controlled by a control device. It is configured to be controllable,
The control device, when the is excessive temperature rise when the temperature at or the electrolyte temperature of the electrolyte body detected by the temperature detecting unit exceeds a predetermined upper limit value rises above the predetermined temperature change rate The anode gas regulator is operated to increase the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path or the pressure in the anode flow path, while the temperature of the electrolyte body detected by the temperature detection unit is during a is excessively temperature drop when the temperature of or the electrolyte when becomes less than a predetermined lower limit value is lowered beyond a predetermined temperature change rate, by operating the anode gas regulator, supplied to the anode channel A fuel cell system configured to reduce the flow rate of the hydrogen-containing gas or the pressure in the anode flow path. 水素を含有する水素含有ガスを利用して発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、In a fuel cell system including a fuel cell that generates power using a hydrogen-containing gas containing hydrogen,
上記燃料電池は、上記水素含有ガスが供給されるアノード流路と、カソードガスが供給されるカソード流路と、該カソード流路と上記アノード流路との間に配設された電解質体とを有しており、  The fuel cell includes an anode channel to which the hydrogen-containing gas is supplied, a cathode channel to which a cathode gas is supplied, and an electrolyte body disposed between the cathode channel and the anode channel. Have
上記電解質体は、上記アノード流路に供給された上記水素含有ガス中の水素を透過させるための水素分離金属層と、該水素分離金属層を透過させた上記水素をプロトンの状態にして透過させて上記カソード流路に到達させるためのプロトン伝導体層とを積層してなり、かつ、上記電解質体は、上記プロトン伝導体層における上記アノード流路側の表面に形成したアノード電極と、上記プロトン伝導体層における上記カソード流路側の表面に形成したカソード電極とを有しており、  The electrolyte body has a hydrogen separation metal layer for permeating hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path, and permeates the hydrogen permeated through the hydrogen separation metal layer in a proton state. And a proton conductor layer for reaching the cathode channel, and the electrolyte body includes an anode electrode formed on a surface of the proton conductor layer on the anode channel side, and the proton conduction layer. A cathode electrode formed on the surface of the body layer on the cathode flow path side,
上記アノード流路には、該アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は当該アノード流路における圧力を調整するアノードガス調整器が接続されており、該アノードガス調整器は、制御装置により制御可能に構成されており、  An anode gas regulator for adjusting the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode passage or the pressure in the anode passage is connected to the anode passage, and the anode gas regulator is controlled by a control device. It is configured to be controllable,
上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの温度と上記アノード流路から排出されるアノードオフガスの温度との一対の温度、又は上記カソード流路に供給する上記カソードガスの温度と上記カソード流路から排出されるカソードオフガスの温度との一対の温度のうち、少なくともいずれかの一対の温度から上記電解質体の温度を推算し、  A pair of temperatures of the temperature of the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path and the temperature of the anode off-gas discharged from the anode flow path, or the temperature of the cathode gas supplied to the cathode flow path and the cathode flow path The temperature of the electrolyte body is estimated from at least one of a pair of temperatures with a cathode off-gas temperature discharged from
上記制御装置は、上記電解質体の温度が所定の上限値を超えたとき又は上記電解質体の温度が所定の温度変化率を超えて上昇したときである過度温度上昇時には、上記アノードガス調整器を操作して、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を増加させ、一方、上記電解質体の温度が所定の下限値未満になったとき又は上記電解質体の温度が所定の温度変化率を超えて低下したときである過度温度低下時には、上記アノードガス調整器を操作して、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を減少させるよう構成されていることを特徴とする燃料電池システム。  When the temperature of the electrolyte body exceeds a predetermined upper limit value or when the temperature of the electrolyte body rises beyond a predetermined temperature change rate, the control device controls the anode gas regulator. In operation, the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path or the pressure in the anode flow path is increased, while when the temperature of the electrolyte body is less than a predetermined lower limit value or of the electrolyte body When the temperature drops excessively, ie, when the temperature drops below a predetermined rate of change in temperature, the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path or the pressure in the anode flow path by operating the anode gas regulator A fuel cell system configured to reduce the fuel cell system. 水素を含有する水素含有ガスを利用して発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、In a fuel cell system including a fuel cell that generates power using a hydrogen-containing gas containing hydrogen,
上記燃料電池は、上記水素含有ガスが供給されるアノード流路と、カソードガスが供給されるカソード流路と、該カソード流路と上記アノード流路との間に配設された電解質体と、当該燃料電池を冷却するための冷媒ガスが供給される冷媒流路を有しており、  The fuel cell includes an anode channel to which the hydrogen-containing gas is supplied, a cathode channel to which a cathode gas is supplied, an electrolyte body disposed between the cathode channel and the anode channel, A refrigerant flow path for supplying a refrigerant gas for cooling the fuel cell;
上記電解質体は、上記アノード流路に供給された上記水素含有ガス中の水素を透過させるための水素分離金属層と、該水素分離金属層を透過させた上記水素をプロトンの状態にして透過させて上記カソード流路に到達させるためのプロトン伝導体層とを積層してなり、かつ、上記電解質体は、上記プロトン伝導体層における上記アノード流路側の表面に形成したアノード電極と、上記プロトン伝導体層における上記カソード流路側の表面に形成したカソード電極とを有しており、  The electrolyte body has a hydrogen separation metal layer for permeating hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path, and permeates the hydrogen permeated through the hydrogen separation metal layer in a proton state. And a proton conductor layer for reaching the cathode channel, and the electrolyte body includes an anode electrode formed on a surface of the proton conductor layer on the anode channel side, and the proton conduction layer. A cathode electrode formed on the surface of the body layer on the cathode flow path side,
上記アノード流路には、該アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は当該アノード流路における圧力を調整するアノードガス調整器が接続されており、該アノードガス調整器は、制御装置により制御可能に構成されており、  An anode gas regulator for adjusting the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode passage or the pressure in the anode passage is connected to the anode passage, and the anode gas regulator is controlled by a control device. It is configured to be controllable,
上記冷媒流路には、該冷媒流路を流れる上記冷媒ガスの流量を調整する冷媒流量調整器が接続されており、該冷媒流量調整器は、上記制御装置により制御可能に構成されており、  A refrigerant flow regulator for adjusting the flow rate of the refrigerant gas flowing through the refrigerant flow channel is connected to the refrigerant flow channel, and the refrigerant flow regulator is configured to be controllable by the control device,
上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの温度と上記アノード流路から排出されるアノードオフガスの温度との一対の温度、上記カソード流路に供給する上記カソードガスの温度と上記カソード流路から排出されるカソードオフガスの温度との一対の温度、又は上記冷媒流路に供給する上記冷媒の温度と上記冷媒流路から排出される冷媒オフガスの温度との一対の温度のうち、少なくともいずれかの一対の温度から上記電解質体の温度を推算し、  A pair of temperatures of the temperature of the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path and the temperature of the anode off-gas discharged from the anode flow path, the temperature of the cathode gas supplied to the cathode flow path, and the cathode flow path At least one of a pair of temperatures with the temperature of the cathode off-gas discharged or a pair of temperatures with the temperature of the refrigerant supplied to the refrigerant flow path and the temperature of the refrigerant off-gas discharged from the refrigerant flow path The temperature of the electrolyte body is estimated from a pair of temperatures,
上記制御装置は、上記電解質体の温度が所定の範囲内に維持されるように上記冷媒流量調整器を制御するよう構成されており、かつ、上記電解質体の温度が所定の上限値を超えたとき又は上記電解質体の温度が所定の温度変化率を超えて上昇したときである過度温度上昇時には、上記アノードガス調整器を操作して、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を増加させ、一方、上記電解質体の温度が所定の下限値未満になったとき又は上記電解質体の温度が所定の温度変化率を超えて低下したときである過度温度低下時には、上記アノードガス調整器を操作して、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を減少させるよう構成されていることを特徴とする燃料電池システム。  The control device is configured to control the refrigerant flow controller so that the temperature of the electrolyte body is maintained within a predetermined range, and the temperature of the electrolyte body exceeds a predetermined upper limit value. Or when the temperature of the electrolyte body has risen beyond a predetermined rate of temperature change, the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path by operating the anode gas regulator or Increase in pressure in the anode flow path, on the other hand, excessive temperature decrease when the temperature of the electrolyte body becomes lower than a predetermined lower limit value or when the temperature of the electrolyte body decreases over a predetermined temperature change rate Sometimes, the anode gas regulator is operated to reduce the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode channel or the pressure in the anode channel. Fuel cell system and butterflies. 請求項１又は２において、上記燃料電池は、該燃料電池を冷却するための冷媒ガスが供給される冷媒流路を有しており、3. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell has a refrigerant flow path to which a refrigerant gas for cooling the fuel cell is supplied.
上記冷媒流路には、該冷媒流路を流れる上記冷媒ガスの流量を調整する冷媒流量調整器が接続されており、該冷媒流量調整器は、上記制御装置により制御可能に構成されており、  A refrigerant flow regulator for adjusting the flow rate of the refrigerant gas flowing through the refrigerant flow channel is connected to the refrigerant flow channel, and the refrigerant flow regulator is configured to be controllable by the control device,
上記制御装置は、上記電解質体の温度が所定の範囲内に維持されるように上記冷媒流量調整器を制御するよう構成されていることを特徴とする燃料電池システム。  The fuel cell system, wherein the control device is configured to control the refrigerant flow controller so that the temperature of the electrolyte body is maintained within a predetermined range. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記燃料電池システムは、上記燃料電池に供給するための上記水素含有ガスを、改質用燃料から生成する改質器を有していることを特徴とする燃料電池システム。5. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a reformer that generates the hydrogen-containing gas to be supplied to the fuel cell from a reforming fuel. A fuel cell system. 請求項５において、上記改質器は、上記改質用燃料から上記水素含有ガスを生成する改質反応流路と、該改質反応流路に隣接形成され燃焼を行って該改質反応流路を加熱する加熱流路とを有しており、6. The reformer according to claim 5, wherein the reformer includes a reforming reaction channel that generates the hydrogen-containing gas from the reforming fuel, and the reforming reaction channel that is formed adjacent to the reforming reaction channel and performs combustion. A heating channel for heating the path,
上記燃料電池システムは、上記改質反応流路から上記アノード流路に上記水素含有ガスを供給するための改質ガス供給ラインと、上記カソード流路から排出されるカソードオフガスを上記改質反応流路に送るためのカソードオフガスラインと、上記アノード流路から排出されるアノードオフガスを上記加熱流路に送るためのアノードオフガスラインと、上記冷媒流路から排出される冷媒オフガスを上記加熱流路に送るための冷媒オフガスラインとを有していることを特徴とする燃料電池システム。  The fuel cell system includes a reformed gas supply line for supplying the hydrogen-containing gas from the reforming reaction channel to the anode channel, and a cathode off-gas discharged from the cathode channel. A cathode offgas line for sending to the channel, an anode offgas line for sending the anode offgas discharged from the anode channel to the heating channel, and a refrigerant offgas discharged from the refrigerant channel to the heating channel A fuel cell system comprising a refrigerant off-gas line for sending. 請求項６において、上記アノードガス調整器は、上記アノードオフガスラインに配設した圧力調整弁を有しており、In Claim 6, the anode gas regulator has a pressure regulating valve disposed in the anode off gas line,
上記制御装置は、上記過度温度上昇時には、上記圧力調整弁の開度を小さくして上記アノード流路における圧力を増加させ、一方、上記過度温度低下時には、上記圧力調整弁の開度を大きくして上記アノード流路における圧力を減少させるよう構成されていることを特徴とする燃料電池システム。  When the excessive temperature rises, the control device decreases the opening of the pressure adjustment valve to increase the pressure in the anode flow path, while when the excessive temperature decreases, increases the opening of the pressure adjustment valve. A fuel cell system configured to reduce pressure in the anode flow path. 請求項６又は７において、上記アノードガス調整器は、上記改質ガス供給ラインに配設した三方調整弁を有しており、In Claim 6 or 7, the anode gas regulator has a three-way regulating valve arranged in the reformed gas supply line,
上記制御装置は、上記過度温度低下時には、上記三方調整弁を操作して、上記改質ガス供給ラインを流れる上記水素含有ガスの一部を上記改質器における上記改質反応流路に戻すことにより、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を減少させるよう構成されていることを特徴とする燃料電池システム。  The controller operates the three-way regulating valve to return a part of the hydrogen-containing gas flowing in the reformed gas supply line to the reforming reaction flow path in the reformer when the excessive temperature is lowered. The fuel cell system is configured to reduce the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path or the pressure in the anode flow path. 請求項６において、上記アノードガス調整器は、上記改質ガス供給ラインに配設したガス加圧器と、上記改質ガス供給ラインに配設したリリーフ弁又は三方調整弁とを有しており、In Claim 6, the anode gas regulator has a gas pressurizer arranged in the reformed gas supply line, and a relief valve or a three-way regulating valve arranged in the reformed gas supply line,
上記制御装置は、上記過度温度上昇時には、上記ガス加圧器における出口圧力を増加させて、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を増加させ、一方、上記過度温度低下時には、上記ガス加圧器における出口圧力を減少させる又は上記ガス加圧器を停止させると共に上記リリーフ弁又は三方調整弁を開いて、上記アノード流路内の上記水素含有ガスの一部を上記改質器における上記改質反応流路に戻すことにより、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を減少させるよう構成されていることを特徴とする燃料電池システム。  The controller increases the outlet pressure in the gas pressurizer at the time of the excessive temperature rise to increase the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode channel or the pressure in the anode channel, At the time of excessive temperature decrease, the outlet pressure in the gas pressurizer is decreased or the gas pressurizer is stopped and the relief valve or the three-way regulating valve is opened, and a part of the hydrogen-containing gas in the anode flow path is removed. A fuel cell configured to reduce the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode channel or the pressure in the anode channel by returning to the reforming reaction channel in the reformer system. 請求項６において、上記燃料電池システムは、上記アノード流路から排出される上記アノードオフガスの一部を上記改質ガス供給ラインに送るための再供給ラインを有しており、The fuel cell system according to claim 6, further comprising a resupply line for sending a part of the anode offgas discharged from the anode flow path to the reformed gas supply line.
上記アノードガス調整器は、上記再供給ラインに配設したガス加圧器と、上記改質ガス供給ラインにおいて上記再供給ラインが接続された位置よりも上記水素含有ガスの流れの上流側に配設した逆流防止弁とを有しており、  The anode gas regulator is disposed on the upstream side of the flow of the hydrogen-containing gas with respect to the gas pressurizer disposed in the resupply line and the position where the resupply line is connected in the reformed gas supply line. And a backflow prevention valve
上記制御装置は、上記過度温度上昇時には、上記ガス加圧器を作動させて、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を増加させるよう構成されていることを特徴とする燃料電池システム。  The controller is configured to increase the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode channel or the pressure in the anode channel by operating the gas pressurizer when the excessive temperature rises. A fuel cell system. 請求項６〜１０のいずれか一項において、上記アノードガス調整器は、上記アノードオフガスラインに配設した三方調整弁を有しており、The anode gas regulator according to any one of claims 6 to 10, wherein the anode gas regulator has a three-way regulating valve disposed in the anode off-gas line.
上記制御装置は、上記過度温度低下時には、上記三方調整弁を操作して、上記アノードオフガスラインを流れる上記アノードオフガスの一部を排気することにより、上記アノード流路における圧力を減少させるよう構成されていることを特徴とする燃料電池システム。  The controller is configured to reduce the pressure in the anode flow path by operating the three-way regulating valve and exhausting a part of the anode off gas flowing through the anode off gas line when the excessive temperature drops. A fuel cell system characterized by comprising: 請求項１〜１１のいずれか一項において、上記燃料電池システムは、上記燃料電池を複数有していると共に、上記アノードガス調整器は上記各燃料電池毎にそれぞれ配設されており、上記制御装置は、上記各燃料電池毎に上記アノードガス調整器を制御するよう構成されていることを特徴とする燃料電池システム。12. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system includes a plurality of the fuel cells, and the anode gas regulator is provided for each of the fuel cells. The apparatus is configured to control the anode gas regulator for each of the fuel cells. 水素を含有する水素含有ガスを利用して発電を行う燃料電池を備え、該燃料電池は、上記水素含有ガスが供給されるアノード流路と、カソードガスが供給されるカソード流路と、該カソード流路と上記アノード流路との間に配設された電解質体とを有しており、上記電解質体は、上記アノード流路に供給された上記水素含有ガス中の水素を透過させるための水素分離金属層と、該水素分離金属層を透過させた上記水素をプロトンの状態にして透過させて上記カソード流路に到達させるためのプロトン伝導体層とを積層してなり、かつ、上記電解質体は、上記プロトン伝導体層における上記アノード流路側の表面に形成したアノード電極と、上記プロトン伝導体層における上記カソード流路側の表面に形成したカソード電極とを有してなる燃料電池システムの発電方法において、A fuel cell that generates power using a hydrogen-containing gas containing hydrogen, the fuel cell comprising: an anode channel to which the hydrogen-containing gas is supplied; a cathode channel to which a cathode gas is supplied; and the cathode An electrolyte body disposed between the flow path and the anode flow path, wherein the electrolyte body is a hydrogen for permeating hydrogen in the hydrogen-containing gas supplied to the anode flow path. A separation metal layer; and a proton conductor layer for allowing the hydrogen that has passed through the hydrogen separation metal layer to pass through in a proton state to reach the cathode channel, and the electrolyte body. Is a fuel having an anode electrode formed on the surface of the proton conductor layer on the anode flow path side and a cathode electrode formed on the surface of the proton conductor layer on the cathode flow path side. In the power generation method of the pond system,
上記水素含有ガスを上記アノード流路に供給し、上記水素含有ガス中の水素を上記アノード流路から上記水素分離金属層を透過させた後、プロトンの状態にして上記プロトン伝導体層を透過させて上記カソード流路まで到達させ、該カソード流路において、上記プロトン状態の水素と上記カソードガス中の酸素とを反応させて上記発電を行い、  The hydrogen-containing gas is supplied to the anode flow channel, and hydrogen in the hydrogen-containing gas is allowed to permeate the hydrogen separation metal layer from the anode flow channel, and is then in a proton state to permeate the proton conductor layer. To the cathode flow channel, and in the cathode flow channel, the hydrogen in the proton state and oxygen in the cathode gas are reacted to generate the power,
かつ、上記電解質体の温度が所定の上限値を超えたとき又は上記電解質体の温度が所定の温度変化率を超えて上昇したときである過度温度上昇時には、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を増加させ、一方、上記電解質体の温度が所定の下限値未満になったとき又は上記電解質体の温度が所定の温度変化率を超えて低下したときである過度温度低下時には、上記アノード流路に供給する上記水素含有ガスの流量又は上記アノード流路における圧力を減少させることを特徴とする燃料電池システムの発電方法。  In addition, when the temperature of the electrolyte body exceeds a predetermined upper limit value or when the temperature of the electrolyte body rises exceeding a predetermined temperature change rate, the hydrogen supplied to the anode channel is increased. When the flow rate of the contained gas or the pressure in the anode flow path is increased, on the other hand, when the temperature of the electrolyte body becomes less than a predetermined lower limit value or when the temperature of the electrolyte body falls below a predetermined temperature change rate When the excessive temperature drop is, the flow rate of the hydrogen-containing gas supplied to the anode channel or the pressure in the anode channel is reduced. 請求項１３において、上記燃料電池は、該燃料電池を冷却するための冷媒ガスが供給される冷媒流路を有しており、The fuel cell according to claim 13, wherein the fuel cell has a refrigerant flow path to which a refrigerant gas for cooling the fuel cell is supplied.
上記発電を行う際には、上記電解質体の温度が所定の範囲内に維持されるように上記冷媒流路に供給する上記冷媒ガスの流量を制御することを特徴とする燃料電池システムの発電方法。  When performing the power generation, the flow rate of the refrigerant gas supplied to the refrigerant flow path is controlled so that the temperature of the electrolyte body is maintained within a predetermined range. . 請求項１３又は１４において、上記燃料電池システムは、上記燃料電池に供給するための上記水素含有ガスを、改質用燃料から生成する改質器を有していることを特徴とする燃料電池システムの発電方法。15. The fuel cell system according to claim 13, further comprising a reformer that generates the hydrogen-containing gas to be supplied to the fuel cell from a reforming fuel. Power generation method.
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4523297B2 (en) * 2004-02-10 2010-08-11 株式会社豊田中央研究所 Fuel cell system and power generation method thereof
JP2007123006A (en) * 2005-10-27 2007-05-17 Toyota Motor Corp Operation control for fuel cell system
JP5071879B2 (en) 2005-12-07 2012-11-14 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP5078284B2 (en) * 2006-06-05 2012-11-21 シャープ株式会社 Fuel cell
CN101512815B (en) * 2006-09-27 2011-06-08 松下电器产业株式会社 Fuel cell system
US8124289B2 (en) * 2007-01-22 2012-02-28 Rolls-Royce Fuel Cell Systems (Us) Inc. Multistage combustor and method for starting a fuel cell system
JP4915805B2 (en) * 2007-06-21 2012-04-11 石油コンビナート高度統合運営技術研究組合 Method for separating hydrogen-containing gas
JP4968526B2 (en) * 2007-06-21 2012-07-04 石油コンビナート高度統合運営技術研究組合 Method for separating hydrogen-containing gas
EP3285320B1 (en) 2007-12-28 2020-02-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JP5122403B2 (en) * 2008-08-29 2013-01-16 克夫 菅野 Fuel cell system
JP5856484B2 (en) 2012-01-06 2016-02-09 株式会社日立製作所 Power conversion system
JP6394875B2 (en) * 2014-09-17 2018-09-26 日産自動車株式会社 Fuel cell system
JP2018084278A (en) * 2016-11-23 2018-05-31 アイシン精機株式会社 Valve module

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04188565A (en) * 1990-11-20 1992-07-07 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency Starting method for fuel cell power supply device
JPH04345762A (en) * 1991-05-24 1992-12-01 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Gas separating film type fuel cell
JPH05299105A (en) * 1992-04-23 1993-11-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Fuel battery
JP2001223017A (en) * 2000-02-09 2001-08-17 Toyota Motor Corp Fuel gas generating system for fuel cell
JP2002289245A (en) * 2001-03-23 2002-10-04 Toyota Motor Corp Fuel cell system furnished with reforming part
JP2003151599A (en) * 2001-11-09 2003-05-23 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2004273343A (en) * 2003-03-11 2004-09-30 Toyota Motor Corp Fuel cell system
WO2005069416A1 (en) * 2004-01-14 2005-07-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and power generation method thereof
JP2005228524A (en) * 2004-02-10 2005-08-25 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Fuel cell system and its power generation method
JP2005243603A (en) * 2004-01-26 2005-09-08 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Fuel cell system

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04188565A (en) * 1990-11-20 1992-07-07 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency Starting method for fuel cell power supply device
JPH04345762A (en) * 1991-05-24 1992-12-01 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Gas separating film type fuel cell
JPH05299105A (en) * 1992-04-23 1993-11-12 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Fuel battery
JP2001223017A (en) * 2000-02-09 2001-08-17 Toyota Motor Corp Fuel gas generating system for fuel cell
JP2002289245A (en) * 2001-03-23 2002-10-04 Toyota Motor Corp Fuel cell system furnished with reforming part
JP2003151599A (en) * 2001-11-09 2003-05-23 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2004273343A (en) * 2003-03-11 2004-09-30 Toyota Motor Corp Fuel cell system
WO2005069416A1 (en) * 2004-01-14 2005-07-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and power generation method thereof
JP2005243603A (en) * 2004-01-26 2005-09-08 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Fuel cell system
JP2005228524A (en) * 2004-02-10 2005-08-25 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Fuel cell system and its power generation method

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