JP4955915B2

JP4955915B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP4955915B2
Application number: JP2004174240A
Authority: JP
Inventors: 孝志満津; 憲治木村
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2024-06-11
Also published as: JP2005353471A

Description

本発明は，水素を含有する水素含有燃料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関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates power using a hydrogen-containing fuel gas containing hydrogen.

従来より、水素を含有する水素含有燃料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として、例えば特許文献１あるいは特許文献２に示すものがある。
上記燃料電池には適切な作動温度があるため、上記燃料電池の温度をこの作動温度領域内に保つよう、温度レベル、分布を制御する必要がある。
そのために、上記燃料電池システムにおいては、気体あるいは液体の冷却媒体を流通させて、燃料電池の温度上昇を防ぎ、温度制御を行っている。 Conventionally, as a fuel cell system including a fuel cell that generates power using a hydrogen-containing fuel gas containing hydrogen, for example, there is one shown in Patent Document 1 or Patent Document 2.
Since the fuel cell has an appropriate operating temperature, it is necessary to control the temperature level and distribution so as to keep the temperature of the fuel cell within this operating temperature range.
Therefore, in the above fuel cell system, a gas or liquid cooling medium is circulated to prevent the temperature of the fuel cell from increasing and temperature control is performed.

一方、燃料電池の作動温度を例えば３００℃以上の所定領域とする場合も考えられる。
このような高温の温度領域を作動温度とする燃料電池としては、例えば特許文献３に示すものがある。この燃料電池においては、改質器を用いて炭化水素等を改質して上記水素含有燃料ガスを生成する場合に、該水素含有燃料ガスの温度を大幅に冷却させる必要がないなどの利点がある。上記改質器において生成される水素含有燃料ガスは４００℃以上の高温にあるが、上記燃料電池の作動温度もこれと同等の高温であるからである。 On the other hand, there may be a case where the operating temperature of the fuel cell is set to a predetermined region of, for example, 300 ° C. or higher.
An example of a fuel cell having such a high temperature range as an operating temperature is disclosed in Patent Document 3. In this fuel cell, when the hydrocarbon-containing fuel gas is generated by reforming hydrocarbon or the like using a reformer, there is an advantage that the temperature of the hydrogen-containing fuel gas does not need to be significantly cooled. is there. This is because the hydrogen-containing fuel gas produced in the reformer is at a high temperature of 400 ° C. or higher, but the operating temperature of the fuel cell is also a high temperature equivalent thereto.

しかし、上記のような高温で作動する燃料電池の温度制御に、例えば炭化水素系等の有機系の液体冷媒を用いると、炭化などの問題が生ずるおそれがある。このように、有機系の液体冷媒は、３００℃を超える温度領域においては耐熱性の観点から使用が困難となるおそれがある。
一方、気体の冷却媒体を用いると、熱容量が小さいために、冷却媒体の流量を非常に大きくする必要があると共に、上記冷却媒体を適量使用した場合には上記冷却媒体は燃料電池内を循環する間に温度が大きく上昇してしまうために、燃料電池内において温度分布が発生しやすいという問題がある。これにより、燃料電池の均一な温度制御が困難となる。 However, when an organic liquid refrigerant such as a hydrocarbon is used for temperature control of a fuel cell that operates at a high temperature as described above, problems such as carbonization may occur. Thus, the organic liquid refrigerant may be difficult to use from the viewpoint of heat resistance in a temperature range exceeding 300 ° C.
On the other hand, when a gaseous cooling medium is used, since the heat capacity is small, it is necessary to increase the flow rate of the cooling medium. When an appropriate amount of the cooling medium is used, the cooling medium circulates in the fuel cell. Since the temperature rises greatly in the meantime, there is a problem that temperature distribution tends to occur in the fuel cell. Thereby, uniform temperature control of the fuel cell becomes difficult.

燃料電池の内部において温度分布が発生すると、熱応力が発生し、燃料電池の耐久性が低下するおそれがある。
また、燃料電池内における局所的な温度低下は、電解質導電率の低下や水素脆化などの要因となり、また、局所的な温度上昇は、金属拡散による劣化の要因となって燃料電池の耐久性の低下の原因となるおそれがある。 When a temperature distribution is generated inside the fuel cell, thermal stress is generated, which may reduce the durability of the fuel cell.
In addition, a local temperature drop in the fuel cell causes factors such as a decrease in electrolyte conductivity and hydrogen embrittlement, and a local temperature rise causes deterioration due to metal diffusion. It may cause a decrease in

更に、３００℃以上の温度において液体状態にある冷却媒体であっても、常温においては固形化してしまう場合もある。それ故、燃料電池システムの定常作動時は液状を保っていても、停止時において冷却媒体が固形化することが考えられる。
この場合、冷却媒体が、冷媒循環流路中に設けられたバルブ、駆動部、調整弁等、稼動部を有する各種要素において固形化すると、これらの要素に、咬み込みや作動不良等の不具合を招くおそれがある。その結果、燃料電池システムの円滑な作動が妨げられるおそれがある。 Furthermore, even a cooling medium that is in a liquid state at a temperature of 300 ° C. or higher may solidify at room temperature. Therefore, it is conceivable that the cooling medium is solidified at the time of stoppage even if the liquid state is maintained during the steady operation of the fuel cell system.
In this case, if the cooling medium is solidified in various elements having an operation part such as a valve, a drive part, an adjustment valve, etc. provided in the refrigerant circulation flow path, problems such as biting and malfunction of these elements may occur. There is a risk of inviting. As a result, the smooth operation of the fuel cell system may be hindered.

また、冷媒循環流路の全域にわたって、固形化した冷却媒体が存在すると、これを融解して液化することが困難となる場合がある。
更に、燃料電池システムの停止時に、冷媒循環流路の全域において冷却媒体が分散した状態にあると、表面積が大きい状態にあるために温度低下しやすくなり、固形化の速度が速くなるという問題もある。
その結果、燃料電池システムの始動時において、固形化した冷却媒体の融解に時間がかかり、円滑な始動が困難となるおそれがある。 In addition, if there is a solidified cooling medium over the entire refrigerant circulation channel, it may be difficult to melt and liquefy it.
Furthermore, when the fuel cell system is stopped, if the cooling medium is dispersed throughout the refrigerant circulation flow path, the surface area is large and the temperature tends to decrease, and the solidification speed increases. is there.
As a result, at the time of starting the fuel cell system, it takes time to melt the solidified cooling medium, which may make it difficult to start smoothly.

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 特開２００４−１４６３３７号公報JP 2004-146337 A

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、作動温度が３００℃以上の燃料電池の均一な温度制御を効率的に行うことができると共に、円滑な始動及び作動を確保することができる燃料電池システム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 perform uniform temperature control of a fuel cell having an operating temperature of 300 ° C. or higher and ensure smooth start-up and operation. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system that can be used.

本発明は、水素を含有する水素含有燃料ガスを利用して、３００℃以上の作動温度で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、
該燃料電池システムは、上記燃料電池を冷却するための冷却媒体を循環させる冷媒循環流路を有しており、
上記冷却媒体は３００℃以上で液体状態にある無機系冷媒であり、
上記燃料電池システムの停止時においては、上記無機系冷媒を、上記冷媒循環流路又はこれに連通する部位における一箇所又は複数箇所の特定部位に保持するよう構成してあり、
かつ、上記特定部位には、上記冷却媒体との熱交換を行うことができる熱交換手段が配設されており、該熱交換手段は、上記燃料電池システムの始動時に上記冷却媒体へ熱量を供給することができるよう構成してあることを特徴とする燃料電池システムにある（請求項１）。 The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates power at an operating temperature of 300 ° C. or higher using a hydrogen-containing fuel gas containing hydrogen.
The fuel cell system has a refrigerant circulation passage for circulating a cooling medium for cooling the fuel cell,
The cooling medium is an inorganic refrigerant that is in a liquid state at 300 ° C. or higher,
During stopping of the fuel cell system, Ri the inorganic refrigerant, and configured to hold a specific part of one place or a plurality of locations at the site which communicates with the refrigerant circulation channel or this tare,
In addition, a heat exchanging means capable of exchanging heat with the cooling medium is disposed at the specific portion, and the heat exchanging means supplies heat to the cooling medium when the fuel cell system is started. The fuel cell system is configured so as to be able to perform the operation (claim 1).

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記燃料電池システムにおいては、上記燃料電池を冷却するための冷却媒体として、無機系冷媒を用いている。無機系冷媒は無機物により構成されているため熱安定性に優れ、３００℃以上という高温においても変質することがない。
それ故、上記無機系冷媒は、作動温度を３００℃以上の所定領域とする燃料電池を温度制御するための冷却媒体として、充分に機能することができる。
また、上記特定部位には、上記冷却媒体との熱交換を行うことができる熱交換手段が配設されており、該熱交換手段は、上記燃料電池システムの始動時に上記冷却媒体へ熱量を供給することができるよう構成してある。
これにより、上記特定部位において固形化した冷却媒体を、燃料電池システムの始動時において早期に融解して液化することができる。そのため、燃料電池システムのより円滑な始動を確保することができる。 Next, the effects of the present invention will be described.
In the fuel cell system, an inorganic refrigerant is used as a cooling medium for cooling the fuel cell. Since the inorganic refrigerant is composed of an inorganic substance, it has excellent thermal stability and does not deteriorate even at a high temperature of 300 ° C. or higher.
Therefore, the inorganic refrigerant can sufficiently function as a cooling medium for controlling the temperature of the fuel cell in which the operating temperature is a predetermined region of 300 ° C. or higher.
The specific portion is provided with a heat exchange means capable of exchanging heat with the cooling medium, and the heat exchange means supplies heat to the cooling medium when the fuel cell system is started. Configured to be able to.
Thereby, the cooling medium solidified in the specific part can be melted and liquefied at an early stage when the fuel cell system is started. Therefore, a smoother start of the fuel cell system can be ensured.

また、上記無機系冷媒は、３００℃以上において液体の状態に保つことができる。それ故、上記冷却媒体を熱容量の大きい状態で冷媒循環流路に流通させることができるため、燃料電池との熱交換効率を高くすることができる。そして、燃料電池を通過する間における冷却媒体の温度上昇を抑制することができるため、燃料電池内部の温度分布の均一化を図ることができる。 The inorganic refrigerant can be kept in a liquid state at 300 ° C. or higher. Therefore, since the cooling medium can be circulated through the refrigerant circulation passage with a large heat capacity, the efficiency of heat exchange with the fuel cell can be increased. And since the temperature rise of the cooling medium while passing through the fuel cell can be suppressed, the temperature distribution inside the fuel cell can be made uniform.

また、上記燃料電池システムの停止時においては、上記冷却媒体を、上記冷媒循環流路又はこれに連通する部位における一箇所又は複数箇所の特定部位に保持する。そのため、冷却媒体が温度低下して固形化しても、上記特定部位において固形化させることとなる。それ故、上記特定部位を、例えば冷媒循環流路中における、バルブ、駆動部、調整弁等の各種要素が配設されていない部位とすることにより、上記各種要素の作動不良等の不具合発生を防ぐことができる。その結果、燃料電池システムの円滑な作動を確保することができる。 Further, when the fuel cell system is stopped, the cooling medium is held at one or a plurality of specific sites in the coolant circulation channel or a site communicating with the coolant circulation channel. Therefore, even if the cooling medium is lowered in temperature and solidified, it is solidified at the specific portion. Therefore, by setting the specific part as a part where various elements such as a valve, a drive unit, and a regulating valve are not provided in the refrigerant circulation flow path, problems such as malfunction of the various elements occur. Can be prevented. As a result, the smooth operation of the fuel cell system can be ensured.

また、上記燃料電池システムの停止時に冷却媒体を上記特定部位に集めておくことにより、冷却媒体の表面積を小さくして温度低下を緩和することができ、固形化の速度を遅らせることができる。
更に、冷却媒体を特定部位に集めておけば、冷却媒体が温度低下して固形化しても、上記特定部位に集中して熱量供給することにより、容易に冷却媒体を融解して液化することができる。
その結果、燃料電池システムの始動時に、固形化した冷却媒体の融解を迅速に行うことができ、円滑な始動を確保することができる。 Further, by collecting the cooling medium at the specific site when the fuel cell system is stopped, the surface area of the cooling medium can be reduced to reduce the temperature drop, and the solidification speed can be delayed.
Furthermore, if the cooling medium is collected in a specific part, even if the cooling medium is reduced in temperature and solidified, the cooling medium can be easily melted and liquefied by supplying heat in a concentrated manner to the specific part. it can.
As a result, when the fuel cell system is started, the solidified cooling medium can be rapidly melted, and a smooth start can be ensured.

以上のごとく、本発明によれば、作動温度が３００℃以上の燃料電池の均一な温度制御を効率的に行うことができると共に、円滑な始動及び作動を確保することができる燃料電池システムを提供することができる。 As described above, according to the present invention, there is provided a fuel cell system capable of efficiently performing uniform temperature control of a fuel cell having an operating temperature of 300 ° C. or higher and ensuring smooth start-up and operation. can do.

本発明（請求項１）において、上記無機系冷媒は、無機物で構成された冷媒であって、例えば、硝酸カリウム（KNO₃）と亜硝酸ナトリウム（NaNO₂）と硝酸ナトリウム（NaNO₃）との混合物からなるものがある。また、その混合比としては、例えば、硝酸カリウム（KNO₃）５３重量％、亜硝酸ナトリウム（NaNO₂）４０重量％、硝酸ナトリウム（NaNO₃）７重量％とすることができる。この組成の無機系冷媒は、融点が約１４２℃となる。 In the present invention (Claim 1), the inorganic refrigerant is an inorganic refrigerant, for example, a mixture of potassium nitrate (KNO ₃ ), sodium nitrite (NaNO ₂ ), and sodium nitrate (NaNO ₃ ). There is something that consists of. The mixing ratio can be, for example, 53% by weight of potassium nitrate (KNO ₃ ), 40% by weight of sodium nitrite (NaNO ₂ ), and 7% by weight of sodium nitrate (NaNO ₃ ). The inorganic refrigerant having this composition has a melting point of about 142 ° C.

上記特定部位は、上記冷却媒体が固形化しても、燃料電池システムに特に悪影響を与えるおそれのない部位とすることができる。
即ち、上記冷媒循環流路における上記特定部位としては、例えば、上記冷媒循環流路中における、バルブ、駆動部、調整弁等、稼動部を有する各種要素が配設されていない部位等がある。
また、上記冷媒循環流路に連通する上記特定部位としては、例えば、上記冷却媒体を貯蔵するためのタンク等がある。
また、上記冷却媒体の上記特定部位への保持手段としては、例えば、気体や液体の圧送や、吸引、或いは重力を利用することができる。 The specific part can be a part that does not particularly adversely affect the fuel cell system even if the cooling medium is solidified.
That is, the specific part in the refrigerant circulation channel includes, for example, a part in the refrigerant circulation channel where various elements having an operation part such as a valve, a drive unit, and an adjustment valve are not provided.
In addition, examples of the specific portion communicating with the refrigerant circulation channel include a tank for storing the cooling medium.
Moreover, as means for holding the cooling medium to the specific part, for example, gas or liquid pumping, suction, or gravity can be used.

また、上記燃料電池は、上記水素含有燃料ガスが供給されるアノード流路と、酸素を含有する酸素含有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、該電解質体は、上記アノード流路に供給された上記水素含有燃料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した上記水素を水素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セラミックスからなるプロトン伝導体層とを積層してなることが好ましい（請求項２）。 In addition, the fuel cell includes an anode flow path to which the hydrogen-containing fuel gas is supplied, a cathode flow path to which an oxygen-containing gas containing oxygen is supplied, and between the cathode flow path and the anode flow path. A hydrogen separation metal layer for allowing hydrogen in the hydrogen-containing fuel gas supplied to the anode channel to pass therethrough, and the hydrogen separation metal layer. It is preferable to laminate a proton conductor layer made of ceramics for allowing the hydrogen that has permeated to reach the cathode flow path in the form of hydrogen protons.

この場合には、上記燃料電池を、例えば４００〜６００℃、或いは４００〜５００℃の高温状態で作動させることができる。
即ち、上記燃料電池は、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ており、セラミックスからなる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、上記のような高温状態で作動させることができる。 In this case, the fuel cell can be operated at a high temperature of, for example, 400 to 600 ° C or 400 to 500 ° C.
That is, the fuel cell includes an electrolyte body formed by laminating the hydrogen separation metal layer and the proton conductor layer, and the proton conductor layer made of ceramic can be used without being impregnated with moisture. Therefore, it can be operated in a high temperature state as described above.

そのため、改質器を用いて炭化水素等を改質して上記水素含有燃料ガスを生成する場合に、例えば４００℃以上の高温の水素含有燃料ガスを大幅に冷却させることなく、上記燃料電池に供給することができる。
そして、かかる燃料電池システムに本発明を適用することにより、燃料電池の均一な温度制御を効率的に行うことができると共に、円滑な始動及び作動を確保することができ、本発明の作用効果を充分に発揮することができる。 Therefore, when reforming hydrocarbons or the like using a reformer to produce the hydrogen-containing fuel gas, the fuel cell can be used without significantly cooling the high-temperature hydrogen-containing fuel gas of, for example, 400 ° C. or higher. Can be supplied.
By applying the present invention to such a fuel cell system, uniform temperature control of the fuel cell can be performed efficiently, and smooth start-up and operation can be ensured. It can be fully demonstrated.

また、上記無機系冷媒は、上記燃料電池の作動温度域で液体状態にある無機系冷媒であることが好ましい（請求項３）。
この場合には、例えば３００〜６００℃、４００〜６００℃、或いは４００〜５００℃という上記の水素分離膜型の燃料電池の作動温度領域において、冷却媒体を液体状態に保つことができるため、上記燃料電池の温度分布制御を効率的に行うことができる。 The inorganic refrigerant is preferably an inorganic refrigerant that is in a liquid state in the operating temperature range of the fuel cell.
In this case, for example, the cooling medium can be kept in a liquid state in the operating temperature region of the hydrogen separation membrane type fuel cell of 300 to 600 ° C., 400 to 600 ° C., or 400 to 500 ° C. The temperature distribution control of the fuel cell can be performed efficiently.

また、上記無機系冷媒は、硝酸カリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウムの少なくとも１種を含むことが好ましい（請求項４）。
この場合には、３００℃以上の高温においても変質することなく液体状態に保つことができる冷却媒体を容易に得ることができる。 The inorganic refrigerant preferably contains at least one of potassium nitrate, sodium nitrite, and sodium nitrate.
In this case, a cooling medium that can be maintained in a liquid state without being deteriorated even at a high temperature of 300 ° C. or higher can be easily obtained.

また、上記特定部位は、上記冷媒循環流路と連通され上記冷却媒体を貯蔵するためのタンクであることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記冷却媒体を上記特定部位に容易に保持することができる。上記特定部位において上記冷却媒体が固形化しても、燃料電池システムに悪影響を与えるおそれがない。
なお、上記冷却媒体は、固形化する際には体積収縮を起こすため、燃料電池システムの停止時に上記タンク内において冷却媒体を保持しても、タンクの破損等のおそれはない。 Moreover, it is preferable that the said specific site | part is a tank connected with the said refrigerant | coolant circulation flow path and storing the said cooling medium (Claim 5).
In this case, the cooling medium can be easily held at the specific part. Even if the cooling medium is solidified in the specific part, there is no possibility of adversely affecting the fuel cell system.
Since the cooling medium causes volume shrinkage when solidified, there is no risk of damage to the tank even if the cooling medium is held in the tank when the fuel cell system is stopped.

また、本発明（請求項１の発明）において、上記特定部位には、上記冷却媒体との熱交換を行うことができる熱交換手段が配設されており、該熱交換手段は、上記燃料電池システムの始動時に上記冷却媒体へ熱量を供給することができるよう構成してある。
これにより、上記特定部位において固形化した冷却媒体を、燃料電池システムの始動時において早期に融解して液化することができる。そのため、燃料電池システムのより円滑な始動を確保することができる。 In the present invention (invention of claim 1), the specific portion is provided with heat exchange means capable of exchanging heat with the cooling medium, and the heat exchange means is the fuel cell. Ru configured tare to be able to supply heat to the cooling medium during system startup.
Thereby , the cooling medium solidified in the specific part can be melted and liquefied at an early stage when the fuel cell system is started. Therefore , a smoother start of the fuel cell system can be ensured.

また、上記特定部位には蓄熱材が配設されており、上記燃料電池システムの定常作動時における上記冷却媒体の熱量を上記蓄熱材に蓄熱し、上記燃料電池システムの停止時又は始動時に、上記蓄熱材に蓄熱された熱量を上記冷却媒体に供給することができるよう構成してもよい（請求項６）。
この場合には、燃料電池システムの定常作動時において冷却媒体が受けた熱量を、燃料電池システムが停止した際に冷却媒体へ供給して、冷却媒体の固形化を遅らせるために有効利用することができる。また、場合によっては、固形化した冷却媒体へ与える融解熱として有効利用することもできる。これにより、燃料電池システムの効率向上を図ることができる。
上記蓄熱材としては、例えば、溶融塩等を用いることができる。 In addition, a heat storage material is disposed in the specific portion, the heat amount of the cooling medium during steady operation of the fuel cell system is stored in the heat storage material, and when the fuel cell system is stopped or started, You may comprise so that the heat quantity stored by the thermal storage material can be supplied to the said cooling medium (Claim 6 ).
In this case, the amount of heat received by the cooling medium during the steady operation of the fuel cell system can be effectively used to delay the solidification of the cooling medium by supplying it to the cooling medium when the fuel cell system stops. it can. Moreover, depending on the case, it can also utilize effectively as the heat of fusion given to the solidified cooling medium. Thereby, the efficiency improvement of a fuel cell system can be aimed at.
As said heat storage material, molten salt etc. can be used, for example.

また、上記冷媒循環流路の少なくとも一部あるいは該冷媒循環流路と連通された部位には、上記冷却媒体と気体の熱交換用流体との熱交換を行うための熱交換手段が設けてあり、該熱交換手段は、上記燃料電池システムの定常作動時に上記冷却媒体と上記熱交換用流体との熱交換を行うことができるよう構成してあることが好ましい（請求項７）。 In addition, heat exchange means for performing heat exchange between the cooling medium and the gas heat exchange fluid is provided in at least a part of the refrigerant circulation channel or a portion communicating with the refrigerant circulation channel. , heat exchange means preferably are constituted so that it is possible to perform heat exchange between the cooling medium and the heat exchange fluid during steady operation of the fuel cell system (claim 7).

この場合には、燃料電池システムの定常作動時における燃料電池の冷却効率を向上させることができる。また、上記冷却媒体から熱交換用流体が受け取った熱量を、燃料電池システム内において再利用することもできるため、燃料電池システムの効率を向上させることができる。
また、燃料電池とは異なり温度分布の均一性を比較的必要としない上記熱交換手段において、液媒体である上記冷却媒体とガス媒体である上記熱交換用流体との熱交換を行うこととなる。これにより、燃料電池における温度分布の均一性を確保して、燃料電池の発電効率を確保することができる。 In this case, the cooling efficiency of the fuel cell during the steady operation of the fuel cell system can be improved. Further, since the amount of heat received by the heat exchange fluid from the cooling medium can be reused in the fuel cell system, the efficiency of the fuel cell system can be improved.
In addition, unlike the fuel cell, in the heat exchanging means that does not require relatively uniform temperature distribution, heat exchange between the cooling medium as a liquid medium and the heat exchanging fluid as a gas medium is performed. . Thereby, the uniformity of the temperature distribution in the fuel cell can be ensured, and the power generation efficiency of the fuel cell can be ensured.

また、上記熱交換手段における流路緒元の設計により、熱交換手段への熱交換用流体の供給圧力を制御することが容易となり、例えば、熱交換用流体の低圧供給を可能とすることにより、流体駆動用ポンプの補機損失を軽減することで、システムの効率の向上を図ることができる。
次に、上記無機系冷媒は常温まで温度が下がると固形化するものを用いることができる（請求項８）。 In addition, the design of the flow path in the heat exchange means makes it easy to control the supply pressure of the heat exchange fluid to the heat exchange means. For example, by enabling the low pressure supply of the heat exchange fluid By reducing the auxiliary machine loss of the fluid drive pump, the efficiency of the system can be improved.
Next, the inorganic refrigerant can be used to solidify when the temperature decreases to room temperature (claim 8).

（実施例１）
本発明の実施例にかかる燃料電池システムにつき、図１〜図５を用いて説明する。
本例の燃料電池システム１は、図１、図２に示すごとく、水素を含有する水素含有燃料ガス５１を利用して発電を行う燃料電池３を備えている。
燃料電池システム１は、上記燃料電池３を冷却するための冷却媒体４１を循環させる冷媒循環流路４を有している。
そして、上記冷却媒体４１は無機系冷媒である。 Example 1
A fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell system 1 of this example includes a fuel cell 3 that generates power using a hydrogen-containing fuel gas 51 containing hydrogen.
The fuel cell system 1 has a refrigerant circulation passage 4 for circulating a cooling medium 41 for cooling the fuel cell 3.
The cooling medium 41 is an inorganic refrigerant.

上記無機系冷媒としては、硝酸カリウム（KNO₃）と亜硝酸ナトリウム（NaNO₂）と硝酸ナトリウム（NaNO₃）との混合物からなるものを用いる。また、その混合比としては、硝酸カリウム（KNO₃）５３重量％、亜硝酸ナトリウム（NaNO₂）４０重量％、硝酸ナトリウム（NaNO₃）７重量％とすることができる。この組成の無機系冷媒は、融点が約１４２℃となる。 As the inorganic refrigerant, a refrigerant composed of a mixture of potassium nitrate (KNO ₃ ), sodium nitrite (NaNO ₂ ), and sodium nitrate (NaNO ₃ ) is used. The mixing ratio can be 53 wt% potassium nitrate (KNO ₃ ), 40 wt% sodium nitrite (NaNO ₂ ), and 7 wt% sodium nitrate (NaNO ₃ ). The inorganic refrigerant having this composition has a melting point of about 142 ° C.

なお、本例では、無機系冷媒として、硝酸カリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸ナトリウムを用いたが、上記冷却媒体４１に使用できる無機系冷媒は、これらに限定されず、水素分離膜型燃料電池の作動温度（例えば３００〜６００℃）で液体状態にある無機物であればよい。 In this example, potassium nitrate, sodium nitrite, and sodium nitrate are used as the inorganic refrigerant. However, the inorganic refrigerant that can be used for the cooling medium 41 is not limited thereto, and the operation of the hydrogen separation membrane fuel cell is not limited thereto. Any inorganic material that is in a liquid state at a temperature (for example, 300 to 600 ° C.) may be used.

上記燃料電池システム１の停止時においては、図１の矢印Ａに示すごとく、上記冷却媒体４１を、上記冷媒循環流路４に連通する部位における一箇所又は複数箇所の特定部位１６に保持する。
本例においては、該特定部位１６は、上記冷媒循環流路４と連通され冷却媒体４１を貯蔵するためのタンク１４である。 When the fuel cell system 1 is stopped, as shown by an arrow A in FIG. 1, the cooling medium 41 is held at one or a plurality of specific parts 16 in a part communicating with the refrigerant circulation channel 4.
In the present example, the specific portion 16 is a tank 14 that is communicated with the refrigerant circulation passage 4 and stores the cooling medium 41.

また、図１、図２に示すごとく、上記特定部位１６であるタンク１４には、冷却媒体４１との熱交換を行うことができる熱交換手段６が配設されている。該熱交換手段６は、上記燃料電池システム１の始動時に上記冷却媒体４１へ熱量を供給することができるよう構成してある。 As shown in FIGS. 1 and 2, the tank 14 that is the specific portion 16 is provided with heat exchange means 6 that can exchange heat with the cooling medium 41. The heat exchanging means 6 is configured to supply heat to the cooling medium 41 when the fuel cell system 1 is started.

上記熱交換手段６においては、熱交換用流体６１を用いて上記冷却媒体４１との熱交換を行う。上記熱交換用流体６１としては、燃料電池システム１の起動時において燃焼生成した燃焼ガス５５を用いる。即ち、燃焼触媒を用いた燃焼温度８００〜９００℃のリーン燃焼により、燃焼ガス５５を生成する。 In the heat exchange means 6, heat exchange with the cooling medium 41 is performed using a heat exchange fluid 61. As the heat exchange fluid 61, the combustion gas 55 generated by combustion when the fuel cell system 1 is started is used. That is, the combustion gas 55 is generated by lean combustion using a combustion catalyst at a combustion temperature of 800 to 900 ° C.

上記燃料電池システム１は、停止時において、図１に示すごとく、冷媒循環流路４における冷却媒体４１をタンク１４に回収する。その手段としては、図４に示すごとく、冷媒循環流路４の一部から圧送用ガス７１を圧送することにより、冷媒循環流路４内の冷却媒体４１を全てタンク１４に回収する。上記圧送用ガス７１としては、例えばＮ₂ガス、燃焼ガス等を用いることができる。また、上記冷媒循環流路１４には、上記圧送用ガス７１を導入するための三方弁等が配設されている。 When the fuel cell system 1 is stopped, the cooling medium 41 in the refrigerant circulation passage 4 is collected in the tank 14 as shown in FIG. As shown in FIG. 4, as shown in FIG. 4, the pumping gas 71 is pumped from a part of the refrigerant circulation channel 4 to collect all the cooling medium 41 in the refrigerant circulation channel 4 in the tank 14. As the pressure feeding gas 71, for example, N ₂ gas, combustion gas, or the like can be used. The refrigerant circulation passage 14 is provided with a three-way valve or the like for introducing the pressure feeding gas 71.

なお、上記圧送用ガス７１の代わりに、常温において液体状態を保つことができる液体を圧送することもできる。この液体としては水などを用いることができる。
或いは、図５の矢印Ｃに示すごとく、吸引ポンプ等を用いて、冷媒循環流路１４の冷却媒体４１を吸引することもできる。この場合、タンク１４と冷媒循環流路４の一部を連結しておいて、タンク１４のガス７２を冷媒循環流路４に導入することにより圧力バランスをとり、冷却媒体４１の回収を可能とする。
或いは、冷媒循環流路４の何れの部位よりも低い位置にタンク１４を配置しておくことにより、燃料電池システム１の停止時に、冷却媒体４１が重力によってタンク１４（特定部位１６）に自然落下するよう構成してもよい。 Note that a liquid that can maintain a liquid state at room temperature can be pumped instead of the pressure gas 71. Water or the like can be used as this liquid.
Alternatively, as shown by an arrow C in FIG. 5, the cooling medium 41 in the refrigerant circulation channel 14 can be sucked using a suction pump or the like. In this case, the tank 14 and a part of the refrigerant circulation passage 4 are connected, and the gas 72 in the tank 14 is introduced into the refrigerant circulation passage 4 to achieve a pressure balance and to recover the cooling medium 41. To do.
Alternatively, by disposing the tank 14 at a position lower than any part of the refrigerant circulation channel 4, the cooling medium 41 naturally falls into the tank 14 (specific part 16) by gravity when the fuel cell system 1 is stopped. You may comprise.

そして、上記燃料電池システム１の始動時に、タンク１４内に配した流路に熱交換用流体６１を流通させることにより、冷却媒体４１との熱交換を行い、冷却媒体４１を融解、液化する。この流路はタンク１４の周囲に配してもよい。
そして、上記燃料電池システム１の始動時には、図２の矢印Ｂに示すごとく、タンク１４内の液状の冷却媒体４１を冷媒循環流路４へ送り込む。その手段としては、循環用ポンプに冷却媒体４１が満たされた状態からポンプを始動して、上記冷媒循環流路４へ冷却媒体４１を送り込む。 Then, when the fuel cell system 1 is started, the heat exchange fluid 61 is circulated through the flow path disposed in the tank 14 so that heat exchange with the cooling medium 41 is performed, and the cooling medium 41 is melted and liquefied. This flow path may be arranged around the tank 14.
When the fuel cell system 1 is started, the liquid cooling medium 41 in the tank 14 is fed into the refrigerant circulation passage 4 as shown by an arrow B in FIG. As the means, the pump is started from a state where the cooling medium 41 is filled in the circulation pump, and the cooling medium 41 is fed into the refrigerant circulation passage 4.

また、システムの定常作動時には、タンク１４と冷媒循環流路４との間のバルブを閉じて、冷却媒体４１を上記冷媒循環流路４において循環させてもよいし、タンク１４にも冷却媒体４１を循環させ、タンク１４内において冷却媒体４１を温度調整しつつ冷媒循環流路４に送り込むこともできる。 Further, at the time of steady operation of the system, the valve between the tank 14 and the refrigerant circulation channel 4 may be closed to circulate the cooling medium 41 in the refrigerant circulation channel 4. It is also possible to circulate the refrigerant and send it to the refrigerant circulation passage 4 while adjusting the temperature of the cooling medium 41 in the tank 14.

上記燃料電池３は、図１〜図３に示すごとく、上記水素含有燃料ガス５１が供給されるアノード流路３２と、酸素を含有する酸素含有ガス５２が供給されるカソード流路３３と、該カソード流路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とを有している。該電解質体３１は、上記アノード流路３２に供給された水素含有燃料ガス５１中の水素を透過させるための水素分離金属層３１１と、該水素分離金属層３１１を透過した水素を水素プロトンの状態にして透過させてカソード流路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。 As shown in FIGS. 1 to 3, the fuel cell 3 includes an anode channel 32 to which the hydrogen-containing fuel gas 51 is supplied, a cathode channel 33 to which an oxygen-containing gas 52 containing oxygen is supplied, An electrolyte body 31 is provided between the cathode channel 33 and the anode channel 32. The electrolyte body 31 includes a hydrogen separation metal layer 311 for allowing hydrogen in the hydrogen-containing fuel gas 51 supplied to the anode flow path 32 to pass through, and hydrogen that has passed through the hydrogen separation metal layer 311 in a hydrogen proton state. Then, a proton conductor layer 312 made of ceramics for passing through and reaching the cathode channel 33 is laminated.

上記水素分離金属層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、パラジウムのみでもよく、これを含有する合金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の導電抵抗は無視できる程度に小さくしている。
また、上記プロトン伝導体層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 hydrogen separation metal layer 311 is made of a laminated metal of palladium (Pd) and vanadium (V). Note that the hydrogen separation metal layer 311 may be made of only palladium or an alloy containing the palladium. 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 conductive resistance of the hydrogen separation metal layer 311 is made small enough to be ignored.
The proton conductor layer 312 is made of a perovskite oxide as a 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３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。 As shown in FIG. 3, 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.

また、上記プロトン伝導体層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、上記プロトン伝導体層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。
上記燃料電池３の作動温度は４００〜６００℃、好ましくは４００〜５００℃であり、この温度範囲に燃料電池３の温度を保つように、図１、図２に示すごとく、冷却媒体４１を冷媒循環流路４に流通させている。 Further, the anode electrode 321 in the proton conductor layer 312 is made of palladium constituting the hydrogen separation metal layer 311. The cathode electrode 331 in the proton conductor layer 312 is composed of a Pt-based electrode catalyst. The anode electrode 321 can also be composed of a Pt-based electrode catalyst.
The operating temperature of the fuel cell 3 is 400 to 600 ° C., preferably 400 to 500 ° C. In order to keep the temperature of the fuel cell 3 within this temperature range, as shown in FIGS. It circulates through the circulation channel 4.

また、図１、図２に示すごとく、上記燃料電池システム１は、改質用燃料５０から水素含有燃料ガス５１を生成する改質反応流路２１と、該改質反応流路２１を加熱するための加熱流路２２とを有する改質器２を備えている。
また、上記加熱流路２２においては、改質器燃焼用ガス５４を供給してこれを燃焼させることにより、改質反応流路２１を加熱する。
上記改質用燃料５０としては、炭化水素燃料を用いる。また、上記改質器燃焼用ガス５４としては、改質原料の炭化水素燃料を用いる。また、これに代えて、或いはこれと共に、未使用Ｈ₂、加熱ＣＯ、ＣＨ₄などを含むアノードオフガス５１１を加熱流路２２に供給し、燃焼させることもできる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell system 1 heats the reforming reaction channel 21 that generates a hydrogen-containing fuel gas 51 from the reforming fuel 50 and the reforming reaction channel 21. And a reformer 2 having a heating flow path 22 for the purpose.
Further, the reforming reaction channel 21 is heated by supplying the reformer combustion gas 54 and burning it in the heating channel 22.
As the reforming fuel 50, a hydrocarbon fuel is used. As the reformer combustion gas 54, a hydrocarbon fuel as a reforming raw material is used. Alternatively, or together with this, the anode off-gas 511 containing unused H ₂ , heated CO, CH _4, etc. can be supplied to the heating channel 22 and burned.

また、図１、図２に示すごとく、上記改質器２と燃料電池３との間には、燃料ガス用熱交換器１１が配設されており、改質器２において生成した水素含有燃料ガス５１の温度を調整して、燃料電池３に送り込むよう構成されている。また、上記燃料ガス用熱交換器１１においては、燃料電池３のカソード流路３３から排出されたカソードオフガス５２１との間で熱交換させることにより、上記水素含有燃料ガス５１の温度を調整する。 Further, as shown in FIGS. 1 and 2, a fuel gas heat exchanger 11 is disposed between the reformer 2 and the fuel cell 3, and the hydrogen-containing fuel produced in the reformer 2. The temperature of the gas 51 is adjusted and sent to the fuel cell 3. In the fuel gas heat exchanger 11, the temperature of the hydrogen-containing fuel gas 51 is adjusted by exchanging heat with the cathode off gas 521 discharged from the cathode flow path 33 of the fuel cell 3.

図１、図２に示すごとく、上記燃料ガス用熱交換器１１を通過して高温の状態となっているカソードオフガス５２１は、改質器２の改質反応流路２１に導かれる。これにより、燃料電池３における反応に使用されなかったカソードオフガス５２１中の残存酸素とガス顕熱により輸送される熱を、改質反応流路２１において有効に利用することができる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the cathode offgas 521 that has passed through the fuel gas heat exchanger 11 and is in a high temperature state is guided to the reforming reaction channel 21 of the reformer 2. As a result, the oxygen remaining in the cathode offgas 521 that has not been used for the reaction in the fuel cell 3 and the heat transported by gas sensible heat can be effectively utilized in the reforming reaction channel 21.

また、燃料電池３のアノード流路３２から排出された高温のアノードオフガス５１１は、改質器２の加熱流路２２に導かれる。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を透過しなかったアノードオフガス５１１中の残存水素とガス顕熱により輸送される熱を、加熱流路２２において有効に利用することができる。
また、上記改質器２の加熱流路２２から排出された改質器燃焼オフガス５４１は、燃料電池システム１の外部に排出される。
なお、図１、図２は燃料電池システム１の模式図であり、冷媒循環流路４や熱交換流路６０等の流路に設けられた、各種ポンプ、各種バルブ、各種弁、その他の要素については記載を省略してある。 Further, the high temperature anode off gas 511 discharged from the anode flow path 32 of the fuel cell 3 is guided to the heating flow path 22 of the reformer 2. Thus, the residual hydrogen in the anode off-gas 511 that has not permeated the hydrogen separation metal layer 311 in the electrolyte body 31 of the fuel cell 3 and the heat transported by gas sensible heat can be effectively used in the heating flow path 22. it can.
Further, the reformer combustion off-gas 541 discharged from the heating flow path 22 of the reformer 2 is discharged outside the fuel cell system 1.
1 and 2 are schematic diagrams of the fuel cell system 1, and various pumps, various valves, various valves, and other elements provided in a flow path such as the refrigerant circulation flow path 4 and the heat exchange flow path 60. The description is omitted.

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記燃料電池システム１においては、上記燃料電池３を冷却するための冷却媒体４１として、無機系冷媒を用いている。無機系冷媒は無機物により構成されているため熱安定性に優れ、３００℃以上という高温においても変質することがない。
それ故、上記無機系冷媒は、作動温度を３００℃以上の所定領域（本例の場合は４００〜６００℃）とする燃料電池３を温度制御するための冷却媒体４１として、充分に機能することができる。 Next, the function and effect of this example will be described.
In the fuel cell system 1, an inorganic refrigerant is used as the cooling medium 41 for cooling the fuel cell 3. Since the inorganic refrigerant is composed of an inorganic substance, it has excellent thermal stability and does not deteriorate even at a high temperature of 300 ° C. or higher.
Therefore, the inorganic refrigerant sufficiently functions as a cooling medium 41 for controlling the temperature of the fuel cell 3 in which the operating temperature is a predetermined region of 300 ° C. or higher (400 to 600 ° C. in this example). Can do.

また、上記無機系冷媒は、３００℃以上において液体の状態に保つことができる。即ち、本例の無機系冷媒の融点は約１４２℃であり、３００℃以上においては液体状態である。
それ故、上記冷却媒体４１（無機系冷媒）を熱容量の大きい状態で冷媒循環流路４に流通させることができるため、燃料電池３との熱交換効率を高くすることができる。そして、燃料電池３を通過する間における冷却媒体４１の温度上昇を抑制することができるため、燃料電池３内部の温度分布の均一化を図ることができる。 The inorganic refrigerant can be kept in a liquid state at 300 ° C. or higher. That is, the melting point of the inorganic refrigerant of this example is about 142 ° C., and is in a liquid state at 300 ° C. or higher.
Therefore, since the cooling medium 41 (inorganic refrigerant) can be circulated through the refrigerant circulation passage 4 with a large heat capacity, the efficiency of heat exchange with the fuel cell 3 can be increased. And since the temperature rise of the cooling medium 41 during passing through the fuel cell 3 can be suppressed, the temperature distribution inside the fuel cell 3 can be made uniform.

また、上記燃料電池システム１の停止時においては、上記冷却媒体４１を、上記冷媒循環流路４に連通する特定部位１６、即ちタンク１４に保持する（図１）。そのため、冷却媒体４１が温度低下して固形化しても、上記特定部位１６において固形化させることとなる。特定部位１６は、バルブ、駆動部、調整弁等の各種要素が配設されていない部位であるタンク１４内にあるため、上記各種要素の作動不良等の不具合発生を防ぐことができる。その結果、燃料電池システム１の円滑な作動を確保することができる。 In addition, when the fuel cell system 1 is stopped, the cooling medium 41 is held in the specific portion 16 that communicates with the refrigerant circulation flow path 4, that is, the tank 14 (FIG. 1). Therefore, even if the cooling medium 41 is solidified due to a decrease in temperature, it is solidified at the specific portion 16. Since the specific part 16 is in the tank 14 which is a part where various elements such as a valve, a drive unit, and a regulating valve are not provided, it is possible to prevent occurrence of malfunctions such as malfunction of the various elements. As a result, the smooth operation of the fuel cell system 1 can be ensured.

また、上記燃料電池システム１の停止時に冷却媒体４１を上記特定部位１６に集めておくことにより、冷却媒体４１の表面積を小さくして温度低下を緩和することができ、固形化の速度を遅らせることができる。
更に、冷却媒体４１を特定部位に集めておけば、冷却媒体４１が温度低下して固形化しても、上記特定部位１６に集中して熱量供給することにより、容易に冷却媒体４１を融解して液化することができる。
その結果、燃料電池システム１の始動時に、固形化した冷却媒体４１の融解を迅速に行うことができ、円滑な始動を確保することができる。 Further, by collecting the cooling medium 41 at the specific portion 16 when the fuel cell system 1 is stopped, the surface area of the cooling medium 41 can be reduced to reduce the temperature drop, and the solidification speed can be delayed. Can do.
Furthermore, if the cooling medium 41 is collected in a specific part, even if the cooling medium 41 is lowered in temperature and solidified, the cooling medium 41 is easily melted by supplying heat in a concentrated manner to the specific part 16. It can be liquefied.
As a result, when the fuel cell system 1 is started, the solidified cooling medium 41 can be rapidly melted, and a smooth start can be ensured.

また、上記燃料電池３は、図３に示すごとく、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を有する燃料電池である。
そのため、上記燃料電池３を、４００〜６００℃、或いは４００〜５００℃の高温状態で作動させることができる。即ち、上記燃料電池３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３１１を備えており、セラミックスからなる上記プロトン伝導体層３１２は水分を含浸させずに用いることができるため、上記のような高温状態で作動させることができる。 The fuel cell 3 is a fuel cell having an electrolyte body 31 formed by laminating the hydrogen separation metal layer 311 and the proton conductor layer 312 as shown in FIG.
Therefore, the fuel cell 3 can be operated at a high temperature of 400 to 600 ° C. or 400 to 500 ° C. That is, the fuel cell 3 includes an electrolyte body 311 in which the hydrogen separation metal layer 311 and the proton conductor layer 312 are laminated, and the proton conductor layer 312 made of ceramic is not impregnated with moisture. Therefore, it can be operated at a high temperature as described above.

そのため、改質器２を用いて炭化水素（改質用燃料５０）を改質して生成された、４００〜６００℃という高温の水素含有燃料ガス５１を大幅に冷却させることなく、上記燃料電池３に供給することができる。
そして、かかる燃料電池システム１に本発明を適用することにより、燃料電池３の温度制御を効率的に行うことができると共に、円滑な始動及び作動を確保することができ、本発明の作用効果を充分に発揮することができる。 Therefore, the fuel cell is produced without significantly cooling the hydrogen-containing fuel gas 51 having a high temperature of 400 to 600 ° C. generated by reforming the hydrocarbon (reforming fuel 50) using the reformer 2. 3 can be supplied.
And by applying this invention to this fuel cell system 1, while being able to perform temperature control of the fuel cell 3 efficiently, smooth start-up and operation | movement can be ensured, the effect of this invention is obtained. It can be fully demonstrated.

また、特にこのような燃料電池３においては、温度分布が内部に生ずると、熱応力の発生による耐久性の低下の要因となるが、上記のごとく温度分布の均一化を図ることにより、燃料電池３の耐久性を向上させることができる。また、この均一温度場の実現により、燃料電池３内における水素脆化や金属拡散等の不具合も防止することができる。 In particular, in such a fuel cell 3, if a temperature distribution is generated inside, it may cause a decrease in durability due to the generation of thermal stress. However, by making the temperature distribution uniform as described above, 3 durability can be improved. Also, by realizing this uniform temperature field, problems such as hydrogen embrittlement and metal diffusion in the fuel cell 3 can be prevented.

また、上記特定部位１６は上記タンク１４であるため、上記冷却媒体４１を容易に保持することができる。
また、上記冷却媒体４１は、固形化する際には体積収縮を起こすため、燃料電池システム１の停止時に上記タンク１４内において冷却媒体４１を保持しても、タンク１４の破損等のおそれはない。 Further, since the specific part 16 is the tank 14, the cooling medium 41 can be easily held.
Further, since the cooling medium 41 shrinks in volume when solidified, even if the cooling medium 41 is held in the tank 14 when the fuel cell system 1 is stopped, there is no risk of damage to the tank 14. .

また、図１に示すごとく、上記特定部位１６（タンク１４）には上記熱交換手段６が配設されており、該熱交換手段６は、燃料電池システム１の始動時に冷却媒体４１へ熱量を供給することができるよう構成してある。そのため、上記特定部位１６において固形化した冷却媒体４１を、燃料電池システム１の始動時において早期に融解して液化することができる。これにより、燃料電池システム１のより円滑な始動を確保することができる。 As shown in FIG. 1, the heat exchanging means 6 is disposed in the specific portion 16 (tank 14), and the heat exchanging means 6 transfers heat to the cooling medium 41 when the fuel cell system 1 is started. It is configured so that it can be supplied. Therefore, the cooling medium 41 solidified in the specific part 16 can be melted and liquefied at an early stage when the fuel cell system 1 is started. Thereby, a smoother start of the fuel cell system 1 can be ensured.

以上のごとく、本例によれば、作動温度が３００℃以上の燃料電池の均一な温度制御を効率的に行うことができると共に、円滑な始動及び作動を確保することができる燃料電池システムを提供することができる。 As described above, according to the present example, a fuel cell system capable of efficiently performing uniform temperature control of a fuel cell having an operating temperature of 300 ° C. or higher and ensuring smooth start-up and operation is provided. can do.

（実施例２）
本例は、図６〜図８に示すごとく、燃焼ガス５５を燃料電池システム１における種々の構成要素に循環させた後に、熱交換用流体６１として特定部位１６（タンク１４）に送るよう構成した例である。
即ち、改質器２の上流に配置した燃焼触媒により改質用燃料５０を燃焼させる。そして、これにより得られる燃焼ガス５５を循環させることにより、改質器２を初めとする燃料電池システム１の各構成要素の暖機を行う。 (Example 2)
In this example, as shown in FIGS. 6 to 8, the combustion gas 55 is circulated to various components in the fuel cell system 1 and then sent to the specific part 16 (tank 14) as the heat exchange fluid 61. It is an example.
That is, the reforming fuel 50 is burned by the combustion catalyst arranged upstream of the reformer 2. Then, by circulating the combustion gas 55 obtained thereby, each component of the fuel cell system 1 including the reformer 2 is warmed up.

図６に示す燃料電池システム１は、システム起動時における燃焼ガス５５を、改質器２の改質反応流路２１、燃料ガス用熱交換器１１、及び燃料電池３のアノード流路３２を順次通過させた後、熱交換用流体６１としてタンク１４内の流路に導入するよう構成してある。そして、冷却媒体４１と熱交換した後の燃焼ガス５５は、燃料電池システム１の外部に排出する。 In the fuel cell system 1 shown in FIG. 6, the combustion gas 55 at the time of system startup is sequentially passed through the reforming reaction channel 21 of the reformer 2, the fuel gas heat exchanger 11, and the anode channel 32 of the fuel cell 3. After the passage, the heat exchange fluid 61 is introduced into the flow path in the tank 14. Then, the combustion gas 55 after heat exchange with the cooling medium 41 is discharged outside the fuel cell system 1.

図７に示す燃料電池システム１は、上記燃焼ガス５５を、改質器２の改質反応流路２１、燃料ガス用熱交換器１１、及び燃料電池３のアノード流路３２を順次通過させた後、更に改質器２の加熱流路２２を通過させ、その後、熱交換用流体６１としてタンク１４内の流路に導入するよう構成してある。 In the fuel cell system 1 shown in FIG. 7, the combustion gas 55 is sequentially passed through the reforming reaction channel 21 of the reformer 2, the fuel gas heat exchanger 11, and the anode channel 32 of the fuel cell 3. Thereafter, the heating passage 22 of the reformer 2 is further passed, and then introduced into the passage in the tank 14 as the heat exchange fluid 61.

図８に示す燃料電池システム１は、上記燃焼ガス５５を、改質器２の改質反応流路２１を通過させた後、燃料ガス用熱交換器１１を通す代わりにタンク１４内の流路を通して、燃料電池３のアノード流路３２に導入するよう構成してある。その後、燃焼ガス５５を改質器２の加熱流路２２に導入する。
その他は、実施例１と同様である。 In the fuel cell system 1 shown in FIG. 8, the combustion gas 55 is allowed to pass through the reforming reaction channel 21 of the reformer 2, and then the fuel gas heat exchanger 11 is passed instead of the channel in the tank 14. Through the anode passage 32 of the fuel cell 3. Thereafter, the combustion gas 55 is introduced into the heating flow path 22 of the reformer 2.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合にも、作動温度が３００℃以上の燃料電池の均一な温度制御を効率的に行うことができると共に、円滑な始動及び作動を確保することができる燃料電池システムを提供することができる。その他、実施例１と同様の作用効果を有する。 Also in the case of this example, it is possible to provide a fuel cell system capable of efficiently performing uniform temperature control of a fuel cell having an operating temperature of 300 ° C. or higher and ensuring smooth start-up and operation. it can. In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

（実施例３）
本例は、図９〜図１３に示すごとく、燃料電池システム１の停止時において、冷却媒体４１を、冷媒循環流路４における複数箇所の特定部位１６に保持するよう構成した例である。
上記特定部位１６は、冷却媒体４１が固形化しても、燃料電池システム１に特に悪影響を与えるおそれのない部位であり、上記冷媒循環流路４中における、バルブ、駆動部、調整弁等の各種要素４２が配設されていない部位である（図１０、図１１）。 (Example 3)
In this example, as shown in FIGS. 9 to 13, when the fuel cell system 1 is stopped, the cooling medium 41 is configured to be held at a plurality of specific parts 16 in the refrigerant circulation passage 4.
The specific portion 16 is a portion that does not particularly have an adverse effect on the fuel cell system 1 even if the cooling medium 41 is solidified, and includes various types of valves, driving units, regulating valves, and the like in the refrigerant circulation passage 4. This is a region where the element 42 is not disposed (FIGS. 10 and 11).

上記特定部位１６へ冷却媒体４１を保持する手段としては、図１０に示すごとく、冷媒循環流路４における最も低い位置を上記特定部位１６とすることにより、燃料電池システム１の停止時に、冷却媒体４１が重力によって特定部位１６に自然落下するよう構成する。即ち、上記冷媒循環流路４における最も低い部位には、バルブ等の要素４２を配設しない。
また、図１１に示すごとく，冷媒循環流路４における要素４２の近傍から圧送用ガス７１を圧送することにより、上記要素４２のない特定部位１６に冷却媒体４１を保持することもできる。 As a means for holding the cooling medium 41 in the specific part 16, the cooling medium 41 is stopped when the fuel cell system 1 is stopped by setting the lowest position in the refrigerant circulation passage 4 as the specific part 16 as shown in FIG. 10. 41 is configured to spontaneously fall onto the specific part 16 by gravity. That is, the element 42 such as a valve is not disposed at the lowest portion in the refrigerant circulation passage 4.
Further, as shown in FIG. 11, the cooling medium 41 can be held in the specific portion 16 without the element 42 by pumping the gas 71 for pressure feeding from the vicinity of the element 42 in the refrigerant circulation passage 4.

また、図９に示すごとく、上記冷媒循環流路４には、上記冷却媒体４１との熱交換を行うための熱交換手段６が設けてある。該熱交換手段６は、気体或いは液体の熱交換用流体６１を用いて上記冷却媒体４１との熱交換を行う。
上記熱交換用流体６１は、上記冷媒循環流路４と並行して配設された熱交換流路６０を流通する。 Further, as shown in FIG. 9, the refrigerant circulation passage 4 is provided with heat exchange means 6 for performing heat exchange with the cooling medium 41. The heat exchange means 6 performs heat exchange with the cooling medium 41 using a gas or liquid heat exchange fluid 61.
The heat exchange fluid 61 circulates through the heat exchange channel 60 disposed in parallel with the refrigerant circulation channel 4.

上記熱交換手段６は、図１２に示すごとく、上記冷媒循環流路４を外側に配し、上記熱交換流路６０を内側に配した二重管を構成することによって実現することができる。また、その逆の構成によって実現することもできる。
また、図１３に示すごとく、複数の冷媒循環流路４と複数の熱交換流路６０とを交互に積層してなる積層管によって、上記熱交換手段６を構成することもできる。
なお、図１２、図１３においては、冷媒循環流路４内の冷却媒体４１が固形化した状態を描いている。 As shown in FIG. 12, the heat exchanging means 6 can be realized by constituting a double pipe in which the refrigerant circulation channel 4 is arranged on the outside and the heat exchange channel 60 is arranged on the inside. Moreover, it is also realizable by the reverse structure.
Further, as shown in FIG. 13, the heat exchange means 6 can also be constituted by a laminated tube in which a plurality of refrigerant circulation channels 4 and a plurality of heat exchange channels 60 are alternately laminated.
12 and 13 illustrate a state in which the cooling medium 41 in the refrigerant circulation flow path 4 is solidified.

また、上記熱交換流路６０は、図９に示すごとく、上記冷媒循環流路４の略全長にわたって形成されている。ただし、熱交換流路６０は、冷媒循環流路４の一部に形成することもできる。
上記熱交換用流体６１としては、燃料電池システム１の起動時において燃焼生成した燃焼ガス５５を用いることができる。この燃焼ガス５５は、上記実施例２と同様に、燃料電池システム１における種々の構成要素に循環させた後に、熱交換用流体６１として熱交換流路６０に送るよう構成してもよい。
その他は、実施例１と同様である。 Further, the heat exchange channel 60 is formed over substantially the entire length of the refrigerant circulation channel 4 as shown in FIG. However, the heat exchange channel 60 may be formed in a part of the refrigerant circulation channel 4.
As the heat exchange fluid 61, the combustion gas 55 generated by combustion at the time of starting the fuel cell system 1 can be used. Similar to the second embodiment, the combustion gas 55 may be circulated to various components in the fuel cell system 1 and then sent to the heat exchange flow path 60 as the heat exchange fluid 61.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、冷却媒体４１を、冷媒循環流路４における複数箇所に分散した状態で固形化させることで、冷却媒体４１と熱交換用流体６１との熱交換効率を向上させ、冷却媒体４１の融解速度を向上させることができる。
また、本例の燃料電池システム１は、タンク（図１の符号１４参照）を設ける必要がないため、タンクの熱容量分、燃料電池システム１の始動時に必要な熱量を削減することができ、より円滑な始動を確保することができる。
なお、上記冷却媒体４１は、固形化に伴って体積収縮するため、冷媒循環流路４内において固形化しても、配管の破裂、変形等の不具合を招くおそれはない。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。 In the case of this example, the cooling medium 41 is solidified in a state of being dispersed at a plurality of locations in the refrigerant circulation channel 4, thereby improving the heat exchange efficiency between the cooling medium 41 and the heat exchange fluid 61 and cooling the cooling medium 41. The melting speed of the medium 41 can be improved.
In addition, since the fuel cell system 1 of this example does not need to be provided with a tank (see reference numeral 14 in FIG. 1), the amount of heat necessary for starting the fuel cell system 1 can be reduced by the heat capacity of the tank. A smooth start can be ensured.
Since the cooling medium 41 shrinks in volume as it is solidified, there is no possibility of causing troubles such as rupture and deformation of the pipe even if it is solidified in the refrigerant circulation flow path 4.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

（実施例４）
本例は、図１４、図１５に示すごとく、冷媒循環流路４に、冷却媒体４１と気体の熱交換用流体６１との熱交換を行うための熱交換ユニット６２を設け、燃料電池システム１の定常作動時に冷却媒体４１と熱交換用流体６１との熱交換を行うことができるよう構成した例である。 Example 4
In this example, as shown in FIGS. 14 and 15, the refrigerant circulation passage 4 is provided with a heat exchange unit 62 for performing heat exchange between the cooling medium 41 and the gaseous heat exchange fluid 61, and the fuel cell system 1. This is an example in which the heat exchange between the cooling medium 41 and the heat exchanging fluid 61 can be performed during the steady operation.

即ち、冷却媒体４１と熱交換用流体６１とをそれぞれ内部に流通させて冷却媒体４１と熱交換用流体６１との間で熱交換させる熱交換ユニット６２を、冷媒循環流路４の一部に組み込む。
上記熱交換ユニット６２としては、例えば、プレートフィン型熱交換器や、フィンアンドチューブ型熱交換器などがある。 That is, a heat exchange unit 62 that causes the cooling medium 41 and the heat exchange fluid 61 to flow inside each other and exchanges heat between the cooling medium 41 and the heat exchange fluid 61 is formed in a part of the refrigerant circulation passage 4. Include.
Examples of the heat exchange unit 62 include a plate fin type heat exchanger and a fin and tube type heat exchanger.

上記熱交換ユニット６２において冷却媒体４１と熱交換させる熱交換用流体６１としては、例えば、図１４に示すごとく、改質器２の加熱流路２２へ供給する前の改質器燃焼用ガス５４を用いることができる。即ち、熱交換ユニット６２に、上記改質器燃焼用ガス５４を熱交換用流体６１として流通させる。そして、改質器燃焼用ガス５４は、冷却媒体４１との熱交換を行った後に、改質器２の加熱流路２２に供給される。 As the heat exchange fluid 61 to exchange heat with the cooling medium 41 in the heat exchange unit 62, as shown in FIG. 14, for example, the reformer combustion gas 54 before being supplied to the heating flow path 22 of the reformer 2 is used. Can be used. That is, the reformer combustion gas 54 is circulated through the heat exchange unit 62 as the heat exchange fluid 61. The reformer combustion gas 54 is supplied to the heating flow path 22 of the reformer 2 after performing heat exchange with the cooling medium 41.

或いは、図１５に示すごとく、燃料電池３のアノード流路３２から排出されたアノードオフガス５１１を、熱交換用流体６１として熱交換ユニット６２に導入するよう構成してもよい。そして、冷却媒体４１と熱交換した後のアノードオフガス５１１は、改質器２の加熱流路２２に導入することができる。
なお、図示は省略したが、熱交換用流体６１として、カソード流路３３から排出されるカソードオフガスを用いる構成とすることもできる。
その他は、実施例１と同様である。 Alternatively, as shown in FIG. 15, the anode off gas 511 discharged from the anode flow path 32 of the fuel cell 3 may be introduced into the heat exchange unit 62 as the heat exchange fluid 61. The anode off gas 511 after heat exchange with the cooling medium 41 can be introduced into the heating flow path 22 of the reformer 2.
Although illustration is omitted, a cathode off gas discharged from the cathode channel 33 may be used as the heat exchange fluid 61.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、燃料電池システム１の定常作動時における燃料電池３の冷却効率を向上させることができる。また、冷却媒体４１から熱交換用流体６１が受け取った熱量を、燃料電池システム１内において再利用することもできるため、燃料電池システム１の効率を向上させることができる。 In the case of this example, the cooling efficiency of the fuel cell 3 during the steady operation of the fuel cell system 1 can be improved. Further, since the amount of heat received by the heat exchange fluid 61 from the cooling medium 41 can be reused in the fuel cell system 1, the efficiency of the fuel cell system 1 can be improved.

即ち、図１４に示す燃料電池システム１においては、改質器燃焼用ガス５４を昇温させて改質器２の改質反応流路２１に送ることができ、図１５に示す燃料電池システム１においては、アノードオフガス５１１を昇温させて改質器２の加熱流路２２に導入することができる。これにより、燃料電池システム１の効率を向上させることができる。 That is, in the fuel cell system 1 shown in FIG. 14, the temperature of the reformer combustion gas 54 can be raised and sent to the reforming reaction channel 21 of the reformer 2, and the fuel cell system 1 shown in FIG. , The anode off gas 511 can be heated and introduced into the heating flow path 22 of the reformer 2. Thereby, the efficiency of the fuel cell system 1 can be improved.

また、燃料電池３とは異なり温度分布の均一性を比較的必要としない上記熱交換ユニット６２において、液媒体である上記冷却媒体４１とガス媒体である上記熱交換用流体６１との熱交換を行うこととなる。これにより、燃料電池３における温度分布の均一性を確保して、燃料電池３の発電効率を確保することができる。
また、上記熱交換ユニット６２への熱交換用流体６１の供給圧力を制御することが容易となり、例えば、熱交換用流体６１の低圧供給を可能とすることにより、流体駆動用のポンプの補機損失を軽減することで、システムの効率の向上を図ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。 Further, unlike the fuel cell 3, in the heat exchange unit 62 which does not require a relatively uniform temperature distribution, heat exchange between the cooling medium 41 which is a liquid medium and the heat exchange fluid 61 which is a gas medium is performed. Will be done. Thereby, the uniformity of the temperature distribution in the fuel cell 3 can be secured, and the power generation efficiency of the fuel cell 3 can be secured.
Further, it becomes easy to control the supply pressure of the heat exchange fluid 61 to the heat exchange unit 62. For example, by enabling the low pressure supply of the heat exchange fluid 61, the auxiliary machine of the fluid drive pump By reducing the loss, the efficiency of the system can be improved.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

（実施例５）
本例は、図１６、図１７に示すごとく、特定部位１６であるタンク１４に蓄熱材６３を配設した燃料電池システム１の例である。
該燃料電池システム１においては、定常作動時における冷却媒体４１の熱量を蓄熱材６３に蓄熱し、燃料電池システム１の停止時又は始動時に、蓄熱材６３に蓄熱された熱量を上記冷却媒体４１に供給することができるよう構成してある。 (Example 5)
This example is an example of the fuel cell system 1 in which the heat storage material 63 is disposed in the tank 14 which is the specific portion 16 as shown in FIGS.
In the fuel cell system 1, the amount of heat of the cooling medium 41 during steady operation is stored in the heat storage material 63, and the amount of heat stored in the heat storage material 63 is stored in the cooling medium 41 when the fuel cell system 1 is stopped or started. It is configured so that it can be supplied.

上記蓄熱材６３は、図１６に示すごとく、上記タンク１４の外周に配設してもよいし、図１７に示すごとく、上記タンク１４の内部に配設してもよい。
また、上記蓄熱材６３としては、例えば、溶融塩等を用いることができる。
その他は、実施例１と同様である。 The heat storage material 63 may be arranged on the outer periphery of the tank 14 as shown in FIG. 16, or may be arranged inside the tank 14 as shown in FIG.
Moreover, as the said heat storage material 63, molten salt etc. can be used, for example.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、燃料電池システム１が停止した際に冷却媒体４１へ供給して、冷却媒体４１の固形化を遅らせるために有効利用することができる。また、場合によっては、固形化した冷却媒体４１へ与える融解熱として有効利用することもできる。これにより、燃料電池システム１の効率向上を図ることができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。 In the case of this example, when the fuel cell system 1 is stopped, the fuel cell system 1 can be supplied to the cooling medium 41 and effectively used to delay the solidification of the cooling medium 41. In some cases, the heat can be effectively utilized as heat of fusion applied to the solidified cooling medium 41. Thereby, the efficiency improvement of the fuel cell system 1 can be aimed at.
The other functions and effects are the same as those of the first embodiment.

（実施例６）
本例は、図１８に示すごとく、燃料電池３のアノード流路３２から排出されたアノードオフガス５１１を熱交換用流体６１として、タンク１４内の流路に導入するよう構成した燃料電池システム１の例である。
また、上記タンク１４を通過した熱交換用流体６１は、冷媒循環流路４と並行して配設された熱交換流路６０に導入されて、ここにおいても冷却媒体４１と熱交換を行うことができる。 (Example 6)
In this example, as shown in FIG. 18, the anode offgas 511 discharged from the anode flow path 32 of the fuel cell 3 is introduced into the flow path in the tank 14 as the heat exchange fluid 61. It is an example.
The heat exchanging fluid 61 that has passed through the tank 14 is introduced into the heat exchanging flow path 60 that is arranged in parallel with the refrigerant circulation flow path 4, and here also performs heat exchange with the cooling medium 41. Can do.

更に、冷媒循環流路４には、実施例４において示した熱交換ユニット６２が配設されている。そして、該熱交換ユニット６２にも、上記熱交換用流体６１が導入されて、ここにおいても冷却媒体４１と熱交換を行うことができる。
本例においても、図１８に示すごとく、上記燃料電池システム１の停止時に、上記冷却媒体４１を、特定部位１６であるタンク１４に回収するよう構成してある。
その他は、実施例１と同様である。 Furthermore, the heat exchange unit 62 shown in the fourth embodiment is disposed in the refrigerant circulation passage 4. The heat exchanging fluid 61 is also introduced into the heat exchanging unit 62, and heat exchange with the cooling medium 41 can also be performed here.
Also in this example, as shown in FIG. 18, the cooling medium 41 is collected in the tank 14 which is the specific portion 16 when the fuel cell system 1 is stopped.
Others are the same as in the first embodiment.

本例の場合には、燃料電池システム１の始動時には、タンク１４における冷却媒体４１の融解、液化を確実に行うことができ、定常作動時においては、熱交換流路６０や熱交換ユニット６２によって冷却媒体４の温度制御を行うことができる。
また、熱交換用流体６１として、上記アノードオフガス５１１を用いるため、該アノードオフガス５１１の熱量を有効利用して、燃料電池システム１の効率を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。 In the case of this example, the cooling medium 41 in the tank 14 can be reliably melted and liquefied when the fuel cell system 1 is started. During steady operation, the heat exchange channel 60 and the heat exchange unit 62 are used. The temperature of the cooling medium 4 can be controlled.
Further, since the anode offgas 511 is used as the heat exchange fluid 61, the efficiency of the fuel cell system 1 can be improved by effectively using the amount of heat of the anode offgas 511.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

実施例１における、燃料電池システムの停止時の模式図。FIG. 2 is a schematic diagram when the fuel cell system is stopped in the first embodiment. 実施例１における、燃料電池システムの始動時の模式図。FIG. 2 is a schematic diagram when the fuel cell system is started in the first embodiment. 実施例１における、燃料電池の説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 実施例１における、ガス圧送による冷却媒体の回収方法の説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a cooling medium recovery method by gas pressure feeding in the first embodiment. 実施例１における、吸引による冷却媒体の回収方法の説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a cooling medium recovery method by suction in the first embodiment. 実施例２における、第１の燃料電池システムの模式図。FIG. 3 is a schematic diagram of a first fuel cell system in Example 2. 実施例２における、第２の燃料電池システムの模式図。FIG. 3 is a schematic diagram of a second fuel cell system in Example 2. 実施例２における、第３の燃料電池システムの模式図。FIG. 6 is a schematic diagram of a third fuel cell system in Example 2. 実施例３における、燃料電池システムの模式図。FIG. 5 is a schematic diagram of a fuel cell system in Example 3. 実施例３における、重力を利用した冷却媒体の回収方法の説明図。Explanatory drawing of the collection | recovery method of the cooling medium using gravity in Example 3. FIG. 実施例３における、ガス圧送による冷却媒体の回収方法の説明図。Explanatory drawing of the collection | recovery method of the cooling medium by gas pressure feeding in Example 3. FIG. 実施例３における、熱交換手段としての二重管の断面図。Sectional drawing of the double pipe | tube as a heat exchange means in Example 3. FIG. 実施例３における、熱交換手段としての積層管の断面図。Sectional drawing of the laminated tube as a heat exchange means in Example 3. FIG. 実施例４における、第１の燃料電池システムの模式図。FIG. 6 is a schematic diagram of a first fuel cell system in Example 4. 実施例４における、第２の燃料電池システムの模式図。FIG. 6 is a schematic diagram of a second fuel cell system in Example 4. 実施例５における、第１の燃料電池システムの模式図。FIG. 6 is a schematic diagram of a first fuel cell system in Example 5. 実施例５における、第２の燃料電池システムの模式図。FIG. 6 is a schematic diagram of a second fuel cell system in Example 5. 実施例６における、燃料電池システムの模式図。10 is a schematic diagram of a fuel cell system in Example 6. FIG.

Explanation of symbols

１燃料電池システム
１４タンク
１６特定部位
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
３３カソード流路
４冷媒循環流路
４１冷却媒体
５１水素含有燃料ガス
６熱交換手段
６０熱交換流路
６１熱交換用流体
６２熱交換ユニット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 14 Tank 16 Specific part 2 Reformer 21 Reformation 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 33 Cathode flow path 4 Refrigerant circulation Flow path 41 Cooling medium 51 Hydrogen-containing fuel gas 6 Heat exchange means 60 Heat exchange flow path 61 Heat exchange fluid 62 Heat exchange unit

Claims

In a fuel cell system including a fuel cell that generates power at an operating temperature of 300 ° C. or higher using a hydrogen-containing fuel gas containing hydrogen,
The fuel cell system has a refrigerant circulation passage for circulating a cooling medium for cooling the fuel cell,
The cooling medium is an inorganic refrigerant that is in a liquid state at 300 ° C. or higher,
During stopping of the fuel cell system, Ri the inorganic refrigerant, and configured to hold a specific part of one place or a plurality of locations at the site which communicates with the refrigerant circulation channel or this tare,
In addition, a heat exchanging means capable of exchanging heat with the cooling medium is disposed at the specific portion, and the heat exchanging means supplies heat to the cooling medium when the fuel cell system is started. A fuel cell system configured to be able to perform

2. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell includes an anode channel to which the hydrogen-containing fuel gas is supplied, a cathode channel to which an oxygen-containing gas containing oxygen is supplied, the cathode channel and the anode channel. An electrolyte body disposed between the hydrogen separation metal layer for allowing hydrogen in the hydrogen-containing fuel gas supplied to the anode flow path to pass therethrough, and the hydrogen body. A fuel cell system comprising: a proton conductor layer made of ceramics for laminating the hydrogen that has passed through the separation metal layer in a hydrogen proton state and allowing the hydrogen to reach the cathode channel.

3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the inorganic refrigerant is an inorganic refrigerant in a liquid state in an operating temperature range of the fuel cell.

4. The fuel cell system according to claim 1, wherein the inorganic refrigerant includes at least one of potassium nitrate, sodium nitrite, and sodium nitrate. 5.

5. The fuel cell system according to claim 1, wherein the specific portion is a tank that is connected to the refrigerant circulation passage and stores the cooling medium.

6. The heat storage material according to claim 1, wherein a heat storage material is disposed at the specific portion, and the heat storage material stores heat in the heat storage material during a steady operation of the fuel cell system. A fuel cell system configured to supply an amount of heat stored in the heat storage material to the cooling medium when the battery system is stopped or started.

The heat exchange between the cooling medium and the gaseous heat exchange fluid is performed in at least a part of the refrigerant circulation channel or a portion communicating with the refrigerant circulation channel according to any one of claims 1 to 6. Heat exchanging means is provided, and the heat exchanging means is configured to perform heat exchange between the cooling medium and the heat exchanging fluid during steady operation of the fuel cell system. A fuel cell system.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7 , wherein the inorganic refrigerant is solidified when the temperature falls to room temperature.