JP5064861B2 - FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM - Google Patents
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Description
この発明は、固体酸化物形燃料電池などの高温で動作する燃料電池を用いた燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system using a fuel cell that operates at a high temperature, such as a solid oxide fuel cell, and a method for operating the fuel cell system.
従来より、燃料電池は、有害物質を発生しないクリーンな発電システムとして注目を集めている。その中でも、固体酸化物形燃料電池は、高分子電解質形燃料電池と比べ、高温動作することから、発電と高温エネルギー活用の両面からエネルギー効率が良いものである。 Conventionally, fuel cells have attracted attention as a clean power generation system that does not generate harmful substances. Among them, the solid oxide fuel cell operates at a higher temperature than the polymer electrolyte fuel cell, and is therefore energy efficient in terms of both power generation and utilization of high temperature energy.
固体酸化物形燃料電池(以下、SOFCと呼ぶ)は、酸化物イオン導電体からなる固体電解質層を両側から空気極層と燃料極層とで挟み込んだ単セルと呼ばれる積層構造を有し、空気極層側に酸化剤ガス(酸素)が供給され、燃料極層側に燃料ガス(H2 、CO、CH4 等)が供給される。空気極層側に供給された酸化剤ガスは、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との境界面近傍に到達し、この部分で空気極層から電子を受け取って酸化物イオン(O2-)にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料極層に向かって固体電解質層内を拡散移動する。燃料極層との界面近傍に到達した酸化物イオンは、この部分で、燃料ガスと反応して反応生成物(H2 O、CO2 等)を生じ、燃料極層に電子を放出する。この単セルを多数積層した構造をスタックと呼んでおり、セル単位あるいはスタック単位で燃料ガスの供給を行い、負荷への電力を生成(発電)する。 A solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as SOFC) has a laminated structure called a single cell in which a solid electrolyte layer made of an oxide ion conductor is sandwiched between an air electrode layer and a fuel electrode layer from both sides. An oxidant gas (oxygen) is supplied to the electrode layer side, and a fuel gas (H 2 , CO, CH 4, etc.) is supplied to the fuel electrode layer side. The oxidant gas supplied to the air electrode layer side passes through the pores in the air electrode layer and reaches the vicinity of the interface with the solid electrolyte layer, and receives electrons from the air electrode layer at this portion and receives oxide ions (O 2- ) is ionized. The oxide ions diffuse and move in the solid electrolyte layer toward the fuel electrode layer. Oxide ions that have reached the vicinity of the interface with the fuel electrode layer react with the fuel gas at this portion to generate reaction products (H 2 O, CO 2, etc.), and discharge electrons to the fuel electrode layer. A structure in which a large number of single cells are stacked is called a stack, and fuel gas is supplied in units of cells or in units of stacks to generate (generate power) power to a load.
SOFCの定常発電温度は例えば950℃とされる。SOFCを起動する際には、常温状態のSOFCを定常発電温度まで上昇させる必要がある。このために、SOFC全体を電気ヒータで加熱したり、酸化剤ガスの供給ラインに電気ヒータを設け、加熱して高温とした酸化剤ガスを空気極へ供給するなどの方法が採られている(例えば、特許文献1参照)。 The steady power generation temperature of the SOFC is 950 ° C., for example. When starting the SOFC, it is necessary to raise the SOFC in the normal temperature state to the steady power generation temperature. For this purpose, methods such as heating the entire SOFC with an electric heater, or providing an electric heater in the oxidant gas supply line, and supplying the heated oxidant gas to a high temperature by heating to the air electrode are adopted ( For example, see Patent Document 1).
燃料ガスには、水素ガスを用いることが最も好適であるが、天然ガス、プロパンガスなどの炭化水素系の燃料を水素リッチな燃料ガスに改質し、燃料極に導入することが多い。また、酸化剤ガスとしては、酸素ガスを用いることが最も好適であるが、入手性の問題などから一般的には空気が用いられる。 Hydrogen gas is most preferably used as the fuel gas, but it is often the case that a hydrocarbon-based fuel such as natural gas or propane gas is reformed into a hydrogen-rich fuel gas and introduced into the fuel electrode. As the oxidant gas, it is most preferable to use oxygen gas, but air is generally used because of the problem of availability.
また、酸化剤ガスの供給ラインに電気ヒータを設けるような場合、起動用燃料ガスと空気を用いてバーナで燃焼ガスを発生させて、燃料電池の燃料極側に供給し、酸化剤ガスが供給される燃料電池の空気極側との間の温度差を小さくしながら、燃料電池を昇温し起動するという方法が採られることがある。この場合、起動用燃料ガスの燃焼を不完全燃焼とし、燃焼ガスに還元性を持たせ、起動時に燃料極内にこの不完全燃焼ガス(還元ガス)を供給して燃料極の還元性を保持させることも提案されている(例えば、特許文献2参照) Also, when an electric heater is provided in the oxidant gas supply line, the combustion gas is generated by the burner using the starting fuel gas and air, and is supplied to the fuel electrode side of the fuel cell, and the oxidant gas is supplied. In some cases, the temperature of the fuel cell is increased and started while the temperature difference between the fuel cell and the air electrode is reduced. In this case, the combustion of the starting fuel gas is set to incomplete combustion, the combustion gas is made reducible, and the incomplete combustion gas (reducing gas) is supplied into the fuel electrode at the time of starting to maintain the reducibility of the fuel electrode. Has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).
図10に従来のSOFCを用いた燃料電池システムの概略を示す。同図において、1は燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されて発電するSOFC(燃料電池スタック)を用いた発電室、2は燃料(都市ガス)を水素リッチな燃料ガス(改質ガス)に改質する改質熱交換器、3は酸化剤ガス(空気)を予熱する空気予熱器(電気ヒータ)、4は発電室1より排出されるガス(燃料ガス+酸化剤ガス)を燃焼させる燃焼室、5は空気分配器、6は還元ガス(不完全燃焼ガス)を生成する還元燃焼バーナである。
FIG. 10 shows an outline of a fuel cell system using a conventional SOFC. In the figure, 1 is a power generation room using a fuel cell stack (SOFC) that generates power by supplying fuel gas and oxidant gas, and 2 is a fuel gas (reformed gas) that is changed from hydrogen (city gas) to hydrogen-rich fuel gas (reformed gas). The reforming heat exchanger for quality improvement, 3 is an air preheater (electric heater) for preheating oxidant gas (air), and 4 is a combustion chamber for burning gas (fuel gas + oxidant gas) discharged from the
改質熱交換器2は、蒸発器2−1と燃料予熱器2−2と改質器2−3とを備えており、蒸発器2−1は純水を蒸気として燃料予熱器2−2への燃料に含ませる。蒸気が含まれた燃料は、燃料予熱器2−2において予熱され、改質器2−3に導かれて、水素リッチな燃料ガスに改質される。改質熱交換器2では、蒸発器2−1での蒸気の生成、燃料予熱器2−2での燃料の予熱、改質器2−3での燃料の改質に熱量が必要であり、この熱量の供給を受けるための通路として燃焼室4からの燃焼ガスの排出通路L1が設けられている。
The reforming
この燃料電池システムにおいて、運転モードは、起動モード,定常モード,停止モードの3つのモードに分けられる。燃料電池システムは、運転の開始が指示されると、起動モードに入る。起動モードの開始時には、改質熱交換器2への燃料の供給を遮断した状態で、空気予熱器3をオンとし、空気予熱器3によって予熱された高温の酸化剤ガスを空気分配器5を介して発電室1内のSOFCの空気極側に供給する。また、還元燃焼バーナB2での燃料の不完全燃焼を開始し、高温の還元ガスを発電室1内のSOFCの燃料極側に供給する。これにより、発電室1内のSOFCの燃料極側と空気極側との間の温度差を小さくしながら、発電室1の温度が上昇して行く。
In this fuel cell system, the operation mode is divided into three modes: a start mode, a steady mode, and a stop mode. When the start of operation is instructed, the fuel cell system enters an activation mode. At the start of the start-up mode, the
発電室1の温度上昇に貢献した酸化剤ガスおよび還元ガスは、燃焼室4および空気分配器5を通り、排出通路L1を通って、排ガスとして排出される。ここで、改質熱交換器2の蒸発器2−1,燃料予熱器2−2,改質器2−3は、排出通路L1を通る酸化剤ガスおよび還元ガスからの熱量の供給を受ける。この熱量の供給を受けて、改質器2−3の温度が例えば500℃に達すると、改質熱交換器2への燃料の供給が開始され、蒸発器2−1からの蒸気を含んだ燃料が燃料予熱器2−2を介して改質器2−3に導かれ、水素リッチな燃料ガスに改質され、発電室1に供給される。
The oxidant gas and the reducing gas that have contributed to the temperature rise in the
この燃料ガスの供給を受けて、発電室1での発電が開始されると共に、発電室1から排出される燃料ガスと酸化剤ガスとが燃焼室4内で混合して燃焼させられ、この燃焼室4からの燃焼ガスが空気分配器5を通り、排出通路L1を通って、排ガスとして排出される。これにより、空気予熱器3での酸化剤ガスの予熱によらずとも、また還元燃焼バーナB2からの高温の還元ガスによらずとも、燃焼室4からの燃焼ガスの熱量の供給を受けて、改質熱交換器2での燃料ガスの改質を継続することができる。通常は、この時点で、空気予熱器3と還元燃焼バーナB2をオフとする。
In response to the supply of the fuel gas, power generation in the
発電室1の温度が上昇して行き、定常発電温度に達すると、定常モードへ移行する。この定常モードでは、空気予熱器3をオン/オフしたり、排出通路L1を通る燃焼ガスの流量を調整したりして、発電室1の温度を定常発電温度に保つ。なお、排出通路L1から排出される排ガスは、タービンシステムや蒸気発生器などの排熱利用機器に送られ、有効利用される。
When the temperature of the
しかしながら、上述した従来の燃料電池システムによると、還元燃焼バーナB2からの高温の還元ガスは、発電室1の温度を上昇させて行く起動時には有効に作用するが、発電室1の温度を下降させて行く停止時には有効に作用しない。すなわち、停止時には、空気予熱器3をオフとして、酸化剤ガスを冷却剤として発電室1内のSOFCの空気極側に供給するが、還元燃焼バーナB2からの還元ガスでは温度が高いので発電室1内のSOFCの燃料極側の温度を下げることができず、発電室1内のSOFCの燃料極側と空気極側との間の温度差を小さく保つことができない。
However, according to the above-described conventional fuel cell system, the high-temperature reducing gas from the reduction combustion burner B2 works effectively at the time of starting to raise the temperature of the
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、起動時だけではなく、停止時にも、酸化剤ガスと還元ガスを使用して、燃料電池の燃料極側と空気極側との間の温度差を小さく保つことができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve such a problem, and the object of the present invention is to use a fuel cell fuel cell by using an oxidant gas and a reducing gas not only at the time of starting but also at the time of stopping. An object of the present invention is to provide a fuel cell system and a method for operating the fuel cell system that can keep a temperature difference between the electrode side and the air electrode side small.
このような目的を達成するために本発明は、燃料極に燃料ガスが供給され空気極に酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池を用いた発電部と、この発電部より排出されるガスを燃焼させる燃焼部と、この燃焼部で発生する燃焼ガスの熱量を利用して燃料を改質し発電部への燃料ガスとする燃料改質部とを備えた燃料電池システムにおいて、高温の還元ガスを発生する還元ガス発生部と、還元ガス発生部からの還元ガスを燃料電池の燃料極側に直接導く第1の通路と、還元ガス発生部からの還元ガスを冷却部を通して燃料電池の燃料極側に導く第2の通路と、還元ガス発生部での還元ガスの発生を開始させると共に、第1および第2の通路の何れか一方を選択し、選択した通路へ還元ガス発生部からの還元ガスを導く制御部とを設けたものである。 In order to achieve such an object, the present invention provides a power generation unit using a fuel cell that generates power by supplying fuel gas to the fuel electrode and supplying oxidant gas to the air electrode, and gas discharged from the power generation unit. In a fuel cell system comprising a combustion section that burns fuel and a fuel reforming section that reforms the fuel using the amount of heat of the combustion gas generated in the combustion section to produce fuel gas for the power generation section. A reducing gas generating unit that generates gas, a first passage that directly leads the reducing gas from the reducing gas generating unit to the fuel electrode side of the fuel cell, and a fuel for the fuel cell through the cooling unit through the reducing gas from the reducing gas generating unit The second passage leading to the pole side and the generation of the reducing gas in the reducing gas generator are started, and one of the first and second passages is selected, and the selected passage is connected to the selected passage from the reducing gas generator. With a control unit to guide the reducing gas That.
この発明において、制御部は、還元ガス発生部での還元ガスの発生を開始させると共に、第1および第2の通路の何れか一方を選択し、選択した通路へ還元ガス発生部からの還元ガスを導く。例えば、燃料電池システムの起動時には、還元ガス発生部での還元ガスの発生を開始させると共に、第1の通路を選択するようにする。燃料電池システムの停止時には、還元ガス発生部での還元ガスの発生を開始させると共に、第2の通路を選択するようにする。
このようにすると、燃料電池システムの起動時には、還元ガス発生部からの高温の還元ガスが燃料電池の燃料極側に直接供給されるものとなる。この場合、予熱された酸化剤ガスを燃料電池の空気極側に供給するものとすれば、燃料電池の燃料極側と空気極側との温度差を小さく保ちながら、発電部の温度が上昇して行く。
また、燃料電池システムの停止時には、還元ガス発生部からの高温の還元ガスが冷却部を通して冷却され、燃料電池の燃料極側に供給されるものとなる。この場合、酸化剤ガスを予熱せずに燃料電池の空気極側に供給するものとすれば、燃料電池の燃料極側と空気極側との温度差を小さく保ちながら、発電部の温度が降下して行く。
In the present invention, the control unit starts generation of the reducing gas in the reducing gas generation unit, selects one of the first and second passages, and supplies the reducing gas from the reduction gas generation unit to the selected passage. Lead. For example, when the fuel cell system is started, generation of reducing gas in the reducing gas generator is started and the first passage is selected. When the fuel cell system is stopped, generation of the reducing gas in the reducing gas generator is started and the second passage is selected.
If it does in this way, at the time of starting of a fuel cell system, high temperature reducing gas from a reducing gas generation part will be directly supplied to the fuel electrode side of a fuel cell. In this case, if the preheated oxidant gas is supplied to the air electrode side of the fuel cell, the temperature of the power generation unit rises while keeping the temperature difference between the fuel electrode side and the air electrode side of the fuel cell small. Go.
When the fuel cell system is stopped, the high-temperature reducing gas from the reducing gas generation unit is cooled through the cooling unit and supplied to the fuel electrode side of the fuel cell. In this case, if the oxidant gas is supplied to the air electrode side of the fuel cell without preheating, the temperature of the power generation unit decreases while keeping the temperature difference between the fuel electrode side and the air electrode side of the fuel cell small. Go.
本発明において、酸化剤ガスを予熱する手段は電気ヒータであってもよいが、燃焼部で発生する燃焼ガスの熱量を利用して発電部への酸化剤ガスを予熱する酸化剤予熱部を設けるようにすれば、省エネルギーが図られる。この場合、還元ガス発生部からの還元ガスを燃料改質部からの燃焼ガスの排出部へ導く第3の通路を設け、還元ガス発生部での還元ガスの発生を開始させると共に、第1、第2および第3の通路の何れか1つを選択し、選択した通路へ還元ガス発生部からの還元ガスを導くような制御を行うことが考えられる。例えば、還元ガス発生部での還元ガスの発生を開始させると共に、この還元ガスの発生開始直後の所定の期間、第3の通路を選択して、還元ガス発生部からの還元ガスを燃焼ガスの排出部へ導くような制御を行うと、還元ガスの発生直後の煤などを燃焼ガスの排出部を介して放出させてから、第1の通路や第2の通路を選択して、燃料電池の燃料極側への還元ガスの供給を開始することが可能となる。 In the present invention, the means for preheating the oxidant gas may be an electric heater, but an oxidant preheating part for preheating the oxidant gas to the power generation part is provided by using the amount of heat of the combustion gas generated in the combustion part. This will save energy. In this case, a third passage is provided to guide the reducing gas from the reducing gas generation unit to the combustion gas discharge unit from the fuel reforming unit, and the generation of the reducing gas in the reducing gas generation unit is started. It is conceivable to select one of the second and third passages and perform control so as to guide the reducing gas from the reducing gas generator to the selected passage. For example, the generation of the reducing gas in the reducing gas generator is started, and the third passage is selected for a predetermined period immediately after the start of the generation of the reducing gas, so that the reducing gas from the reducing gas generator is When the control is performed so as to lead to the discharge part, soot immediately after the generation of the reducing gas is discharged through the discharge part of the combustion gas, the first passage and the second passage are selected, and the fuel cell It becomes possible to start supply of the reducing gas to the fuel electrode side.
また、燃焼部で発生する燃焼ガスの熱量を利用して発電部への酸化剤ガスを予熱する酸化剤ガス予熱部を設けるようにした場合、この酸化剤ガス予熱部への燃焼部からの燃焼ガスの供給路に加熱されたガスを加える加熱ガス供給手段を設けることが考えられる。このようにすると、加熱ガス供給手段からの加熱されたガスの熱量を調整することによって、すなわち加熱ガス供給手段の能力を調整することによって、酸化剤ガスが導かれる燃料電池の空気極の温度を調節することが可能となる。 In addition, when an oxidant gas preheating part that preheats the oxidant gas to the power generation part is provided using the calorie of the combustion gas generated in the combustion part, combustion from the combustion part to the oxidant gas preheating part is performed. It is conceivable to provide heated gas supply means for adding heated gas to the gas supply path. In this way, by adjusting the amount of heat of the heated gas from the heated gas supply means, that is, by adjusting the capacity of the heated gas supply means, the temperature of the air electrode of the fuel cell to which the oxidant gas is introduced is adjusted. It becomes possible to adjust.
本発明によれば、高温の還元ガスを発生する還元ガス発生部と、還元ガス発生部からの還元ガスを燃料電池の燃料極側に直接導く第1の通路と、還元ガス発生部からの還元ガスを冷却部を通して燃料電池の燃料極側に導く第2の通路と、還元ガス発生部での還元ガスの発生を開始させると共に、第1および第2の通路の何れか一方を選択し、選択した通路へ還元ガス発生部からの還元ガスを導く制御部とを設けたので、例えば、燃料電池システムの起動時には、還元ガス発生部での還元ガスの発生を開始させると共に第1の通路を選択するようにして、燃料電池システムの停止時には還元ガス発生部での還元ガスの発生を開始させると共に第2の通路を選択するようにして、起動時だけではなく、停止時にも、酸化剤ガスと還元ガスを使用して、燃料電池の燃料極側と空気極側との間の温度差を小さく保つことができるようになる。 According to the present invention, a reducing gas generator that generates high-temperature reducing gas, a first passage that directly leads the reducing gas from the reducing gas generator to the fuel electrode side of the fuel cell, and a reduction from the reducing gas generator The second passage for guiding the gas to the fuel electrode side of the fuel cell through the cooling section and the generation of the reducing gas in the reducing gas generation section are started, and one of the first and second passages is selected and selected And a control unit that guides the reducing gas from the reducing gas generation unit to the passage, for example, when starting the fuel cell system, the generation of the reducing gas in the reducing gas generation unit is started and the first passage is selected. Thus, when the fuel cell system is stopped, the generation of the reducing gas in the reducing gas generator is started and the second passage is selected so that the oxidant gas can be used not only at the start but also at the stop. Using reducing gas , It is possible to keep small the temperature difference between the fuel electrode side and the air electrode side of the fuel cell.
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図1はこの発明に係る燃料電池システムの一実施の形態の概略を示すシステム構成図である。同図において、図10と同一符号は図10を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a system configuration diagram showing an outline of an embodiment of a fuel cell system according to the present invention. 10, the same reference numerals as those in FIG. 10 denote the same or equivalent components as those described with reference to FIG. 10, and the description thereof is omitted.
この実施の形態では、改質熱交換器2への燃焼室4からの燃焼ガスの排出通路L1を第1の排出通路とし、この第1の排出通路L1に並列に第2の排出通路L2を設け、この第2の排出通路L2を通して燃焼室4からの燃焼ガスを空気予熱器6へ導くようにしている。すなわち、従来は電気ヒータとしていた空気予熱器3(図10)に代えて、排出通路L2を通る燃焼ガスの熱量をエネルギー源とする空気予熱器6を設け、この空気予熱器6によって発電室1への酸化剤ガスの予熱を行うようにしている。
In this embodiment, the combustion gas discharge passage L1 from the
また、改質熱交換器2への第1の排出通路L1と空気予熱器6への第2の排出通路L2に対し、この排出通路L1およびL2をバイパスする燃焼ガスの排出通路(第3の排出通路)L3を設け、第1の排出通路L1にバルブV1を、第2の排出通路L2にバルブV2を、第3の排出通路L3にバルブV3を設けている。
Further, a combustion gas discharge passage (third flow path) that bypasses the discharge passages L1 and L2 with respect to the first discharge passage L1 to the reforming
なお、この実施の形態では、排出通路L1,L2,L3の入口側の合流点P1を流入口(燃焼ガスの流入口)とも呼び、排出通路L1,L2,L3の出口側の合流点P2を排出口(燃焼ガスの排出口)とも呼ぶ。また、排出口P2に至る排出通路L1,L2,L3の出口側のラインEXを燃焼ガス排出部と呼ぶ。排出口P2より排出される燃焼ガスは、排ガスとしてタービンシステムや蒸気発生器などの排熱利用機器に送られ、有効利用される。 In this embodiment, the confluence point P1 on the inlet side of the discharge passages L1, L2, and L3 is also called an inflow port (combustion gas inflow port), and the confluence point P2 on the outlet side of the discharge passages L1, L2, and L3 is defined as the inflow point P2. Also called exhaust port (combustion gas exhaust port). Further, the line EX on the outlet side of the discharge passages L1, L2, L3 reaching the discharge port P2 is referred to as a combustion gas discharge unit. The combustion gas discharged from the discharge port P2 is sent as exhaust gas to exhaust heat utilization equipment such as a turbine system and a steam generator for effective use.
改質熱交換器2に対しては、この改質熱交換器2への燃料の供給通路L5と、後述する起動モードや停止モードで使用される水素ガスの供給通路L7とが設けられ、燃料の供給通路L5にはバルブV5が、水素ガスの供給通路L7にはバルブV7が設けられている。また、流入口P1(燃焼室4からの燃焼ガスの排出通路L1,L2,L3への通路)に加熱されたガスを加える加熱ガス供給手段として、完全燃焼バーナB1が設けられている。完全燃焼バーナB1への燃料の供給通路L4にはバルブV4が設けられている。
The reforming
また、空気予熱器6への酸化剤ガスの供給通路L6にはバルブV6が設けられ、発電室1に対してはその発電室1内の温度を発電室温度T1として検出する温度センサ7が設けられ、改質熱交換器2に対してはその改質器2−3内の温度を改質器温度T2として検出する温度センサ8が設けられ、還元燃焼バーナB2に対してはその還元燃焼バーナB2からの還元ガスの温度を還元ガス温度T3として検出する温度センサ9が設けられている。
Further, a valve V6 is provided in the supply path L6 for the oxidant gas to the
また、還元燃焼バーナB2への燃料の供給通路L11にはバルブV11が設けられ、還元燃焼バーナB2からの還元ガスの発電室1への供給通路は第1の供給通路L9と第2の供給通路L10とに分かれている。第1の供給通路L9にはバルブV9が設けられている。第2の供給通路L10にはバルブV10と冷却熱交換器10が設けられている。冷却熱交換器10には、冷水の供給通路L12と熱水の排出通路L13が設けられており、冷水の供給通路L12にはバルブV12が設けられている。また、発電室1への還元ガスの供給通路L9とL10の入口側の合流点と燃料ガス排出部EXとの間には、還元燃焼バーナB2からの還元ガスを燃料ガス排出部EXに導く還元ガスの排出通路L8が設けられており、還元ガスの排出通路L8にはバルブV8が設けられている。
Further, a valve V11 is provided in the fuel supply passage L11 to the reduction combustion burner B2, and the supply passage of the reducing gas from the reduction combustion burner B2 to the
また、この燃料電池システムには、温度センサ7からの発電室温度T1、温度センサ8からの改質器温度T2および温度センサ9からの還元ガス温度T3を入力とし、バルブV1〜V12や完全燃焼バーナB1、還元燃焼バーナB2の動作を制御する制御装置としてコントローラ11が設けられている。コントローラ11は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して制御装置としての各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。
In addition, the fuel cell system receives the power generation chamber temperature T1 from the temperature sensor 7, the reformer temperature T2 from the
なお、この実施の形態では、発電室1が本発明で言う発電部に対応し、改質熱交換器2が燃料改質部に対応し、燃焼室4が燃焼部に対応し、空気予熱器6が酸化ガス予熱部に対応し、コントローラ11が制御部に対応し、バルブV1〜V3が熱量調整部に対応し、完全燃焼バーナB1が加熱ガス供給手段に対応し、還元燃焼バーナB2が還元ガス発生部に対応し、冷却熱交換器10が冷却部に対応する。
In this embodiment, the
以下、図2に示すタイムチャートを参照して、コントローラ11が実行する本実施の形態特有の制御動作について説明する。なお、この制御動作に入る運転開始前の状態として、バルブV1〜V12は全てオフ(全閉)とされているものとする。また、完全燃焼バーナB1および還元燃焼バーナB2はその燃焼動作がオフ(消火)とされているものとする。
Hereinafter, with reference to the time chart shown in FIG. 2, the control operation unique to the present embodiment executed by the
〔起動モード〕
コントローラ11は、運転の開始が指示されると、この時点を起動モードの開始時として、バルブV2,V4,V6,V7,V8,V11をオン(全開)とし、完全燃焼バーナB1および還元燃焼バーナB2の燃焼動作をオン(着火)とする(図2に示すt1点)。これにより、図3に示すように、完全燃焼バーナB1および還元燃焼バーナB2への燃料の供給が開始される。また、空気予熱器6への酸化剤ガスの流入が開始される。
[Startup mode]
When the
完全燃焼バーナB1は、燃料の供給を受けて完全燃焼ガスを生成し、その生成した完全燃焼ガスを流入口P1へ送り込む。流入口P1へ送り込まれた完全燃焼ガスは、バルブV1,V2,V3のうちバルブV2のみがオンとされていることから、排出通路L2にのみ流れる。この排出通路L2を流れる完全燃焼ガスの熱量の供給を受けて、空気予熱器6に流入された酸化剤ガスが予熱され、この予熱された酸化剤ガスが空気分配器5を通して発電室1(SOFCの空気極側)に供給される。
The complete combustion burner B1 receives supply of fuel to generate complete combustion gas, and sends the generated complete combustion gas to the inlet P1. The complete combustion gas sent to the inflow port P1 flows only into the discharge passage L2, since only the valve V2 is turned on among the valves V1, V2, and V3. In response to the supply of the calorific value of the complete combustion gas flowing through the discharge passage L2, the oxidant gas flowing into the
還元燃焼バーナB2は、燃料の供給を受けて高温の還元ガスを生成し、その還元ガスを発電室1へ送ろうとする。しかし、この場合、バルブV9,V10はまだオンとされていなので、発電室1への還元ガスの供給は行われない。この場合、バルブV8がオンとされているので、還元燃焼バーナB2からの還元ガスは排出通路L8を通って燃料ガス排出部EXに導かれ、排出口P2から排出される。還元燃焼バーナB2の燃焼開始時には、煤などが出る虞れがあるので、しばらくの間、発電室1へは送らずに排出口P2から排出する。
The reduction combustion burner B <b> 2 receives the supply of fuel, generates high-temperature reducing gas, and tries to send the reducing gas to the
還元ガス温度T3が600℃となると(図2(q)に示すt2点)、コントローラ11は、バルブV8をオフ(全閉)とし、バルブV9をオン(全開)とする。これにより、図4に示すように、還元燃焼バーナB2からの還元ガスの燃焼ガス排出部EXを通しての排出が止められ、供給通路L9を通って発電室1(SOFCの燃料極側)に直接供給されるものとなる。以降、コントローラ11は、還元ガス温度T3がたとえば600℃を保つように、還元燃焼バーナB2からの還元ガスの熱量を調整する。
When the reducing gas temperature T3 reaches 600 ° C. (point t2 shown in FIG. 2 (q)), the
なお、発電室1内のSOFCの燃料極側には、供給通路L7からの水素ガスが改質熱交換器2を通して供給される。発電室1に供給された水素ガスと酸化剤ガスと還元ガスは、燃焼室4へ排出され、空気分配器5を介して流入口P1へ送られ、完全燃焼バーナB1からの完全燃焼ガスと合流し、この合流ガスが排出通路L2を通って排出口P2へ至り、排ガスとして排出される。
Note that hydrogen gas from the supply passage L7 is supplied to the SOFC fuel electrode side in the
発電室1内の温度(発電室温度T1)は、空気予熱器6からの予熱された酸化剤ガスの供給を受けて、すなわち完全燃焼ガスとの熱交換によって高温とされた酸化剤ガスの供給を受けて、また還元燃焼バーナB2からの還元ガスの供給を受けて、すなわち還元燃焼バーナB2から直接導かれる高温の還元ガスの供給を受けて、SOFCの燃料極側と空気極側との温度差を小さく保ちながら、上昇し始める。この場合、排出通路L1〜L3のうち排出通路L2のみを高温のガスが流れることにより、空気予熱器6で発電室1への酸化剤ガスが集中的に暖められるものとなり、発電室温度T1が効率よく上昇して行き、起動がスムーズとなる。
The temperature in the power generation chamber 1 (power generation chamber temperature T1) is supplied with the preheated oxidant gas from the
コントローラ11は、発電室温度T1が600℃に達すると(図2(o)に示すt3点)、バルブV1をオン(全開)とする。これにより、図5に示すように、完全燃焼バーナB1からの完全燃焼ガスと発電室1からの燃焼室4からの排出ガスとの合流ガスが排出通路L1にも分流して流れるようになり、この合流ガスの熱量の供給を受けて改質器2−3内の温度(改質器温度T2)が上昇して行く。
When the power generation chamber temperature T1 reaches 600 ° C. (point t3 shown in FIG. 2 (o)), the
コントローラ11は、改質器温度T2が500℃に達すると(図2(p)に示すt4点)、この時点を燃料ガスを用いての発電開始時として、バルブV2,V4,V7,V9,V11をオフとし、バルブV5をオンとする。また、完全燃焼バーナB1および還元燃焼バーナB2をオフとする。
When the reformer temperature T2 reaches 500 ° C. (point t4 shown in FIG. 2 (p)), the
これにより、図6に示すように、完全燃焼バーナB1からの流入口P1への完全燃焼ガスの供給が断たれ、還元燃焼バーナB2からの発電室1への還元ガスの供給が断たれる。また、排出通路L2へのガスの流れが止められ、排出通路L1のみへの流れとされる。また、供給通路L7からの改質熱交換器2を通しての発電室1への水素ガスの供給が断たれ、供給通路L5からの改質熱交換器2への燃料の供給が開始される。
Thereby, as shown in FIG. 6, the supply of the complete combustion gas from the complete combustion burner B1 to the inlet P1 is cut off, and the supply of the reducing gas from the reduction combustion burner B2 to the
改質熱交換器2は、供給通路L5からの燃料の供給が開始されると、その燃料に蒸発器2−1からの蒸気を含ませ、燃料予熱器2−2を介して改質器2−3に導き、水素リッチな燃料ガスに改質し、発電室1に供給する。これにより、発電室1での燃料ガスを用いての発電が開始されると共に、発電室1から排出される燃料ガスと酸化剤ガスとが燃焼室4内で混合して燃焼させられ、この燃焼室4からの燃焼ガスが空気分配器5を通り、排出通路L1を通って排出口P2へ至り、排ガスとして排出される。
When the supply of fuel from the supply passage L5 is started, the reforming
この場合、排出通路L2へのガスの流れが止められ、排出通路L1のみへの流れとされているので、燃焼室4からの燃焼ガスの全量が排出通路L1を流れるものとなり、完全燃焼バーナB1からの完全燃焼ガスおよび還元燃焼バーナB2からの還元ガスが遮断された後も、改質熱交換器2での燃料ガスの改質が継続して行われる。改質熱交換器2での燃料ガスの改質の開始時には、吸熱反応のためにより多くの熱量が必要であり、この熱量が燃焼室4からの燃焼ガスの全量で確保される。
In this case, since the flow of gas to the exhaust passage L2 is stopped and only the exhaust passage L1 is flowed, the entire amount of combustion gas from the
なお、この場合、排出通路L2へのガスの流れが止められることから、空気予熱器6での酸化剤ガスの予熱は行われず、発電室1への酸化剤ガスは冷却剤としての役割も果たすことになる。これにより、発電室温度T1や改質器温度T2の温度上昇が抑えられ、発電室温度T1や改質器温度T2が過剰な温度となることが避けられる。
In this case, since the gas flow to the discharge passage L2 is stopped, the oxidant gas is not preheated in the
〔定常モード〕
コントローラ11は、発電室温度T1が950℃に達すると(図2(o)に示すt5点)、この時点を定常モードの開始時(起動モードの終了時)として、発電室温度T1を950℃(定常温度)に保つように、バルブV1,V2,V3の開度制御を開始する。
(Steady mode)
When the power generation chamber temperature T1 reaches 950 ° C. (point t5 shown in FIG. 2 (o)), the
すなわち、図7に示すように、バルブV1の開度θ1,バルブV2の開度θ2,バルブV3の開度θ3を制御することによって、改質熱交換器2および空気予熱器6へ供給する燃焼室4からの燃焼ガスの熱量を制御する。
That is, as shown in FIG. 7, the combustion supplied to the reforming
これにより、電気ヒータのオン/オフではなく、燃焼室4からの燃焼ガスの熱量(排熱)を利用して、定常モードでの発電室温度T1の調整が行われるものとなり、定常モードでの使用電力量が減り、省エネルギーが図られるものなる。
As a result, the power generation chamber temperature T1 is adjusted in the steady mode by using the amount of heat (exhaust heat) of the combustion gas from the
また、排出通路L1からは改質熱交換2での熱交換後の燃焼ガスが排出され、排出通路L2からは空気予熱器6での熱交換後の燃焼ガスが排出されるので、排出通路L3からの燃焼ガスの温度が高くても、後段の排熱利用機器に高温度の燃焼ガスが直接送られることがなく、排熱利用機器の部材を劣化させないようにすることが可能である。
Further, since the combustion gas after the heat exchange in the reforming
〔停止モード〕
コントローラ11は、運転の終了が指示されると、この時点を定常モードの終了時(停止モードの開始時)とし、バルブV1,V2,V5をオフ(全閉)とし、バルブV3,V7,V8,V11をオン(全開)、還元燃焼バーナB2をオンする(図2に示すt6点)。
[Stop mode]
When the
これにより、図8に示すように、燃焼室4からの排出通路L1およびL2へのガスの流れが止められ、排出通路L1とL2をバイパスする排出通路L3のみを通して、燃焼室4からの燃焼ガスが排出されるものとなる。この場合、空気予熱器6では酸化剤ガスの予熱が行われないので、予熱されていない酸化剤ガスが発電室1(SOFCの燃料極側)に供給されるものとなる。
Thus, as shown in FIG. 8, the flow of gas from the
また、還元燃焼バーナB2が還元ガスを生成し、その還元ガスを発電室1へ送ろうとする。しかし、この場合、バルブV9,V10はまだオンとされていなので、発電室1への還元ガスの供給は行われない。この場合、バルブV8がオンとされているので、還元燃焼バーナB2からの還元ガスは排出通路L8を通って燃料ガス排出部EXに導かれ、排出口P2から排出される。還元燃焼バーナB2の燃焼開始時には、煤などが出る虞れがあるので、しばらくの間、発電室1へは送らずに排出口P2から排出する。
Further, the reducing combustion burner B <b> 2 generates reducing gas and tries to send the reducing gas to the
還元ガス温度T3が600℃となると(図2(q)に示すt7点)、コントローラ11は、バルブV8をオフ(全閉)とし、バルブV10,V12をオン(全開)とする。これにより、図9に示すように、還元燃焼バーナB2からの還元ガスの燃焼ガス排出部EXを通しての排出が止められ、供給通路L10を通って発電室1(SOFCの燃料極側)に供給されるものとなる。この際、冷却熱交換器10は、供給通路L10を通る還元ガスを冷却する。これにより、発電室1には、高温の還元ガスではなく、冷却熱交換器10によって冷却された還元ガスが供給されるものとなる。以降、コントローラ11は、還元ガス温度T3が600℃を保つように、還元燃焼バーナB2からの還元ガスの熱量を調整する。
When the reducing gas temperature T3 reaches 600 ° C. (point t7 shown in FIG. 2 (q)), the
発電室1内の温度(発電室温度T1)は、空気予熱器6からの予熱されていない酸化剤ガスの供給を受けて、また還元燃焼バーナB2からの冷却熱交換器10によって冷却された還元ガスの供給を受けて、SOFCの燃料極側と空気極側との温度差を小さく保ちながら、降下し始める。この場合、空気予熱器6からの予熱されていない酸化剤ガスおよび還元燃焼バーナB2からの冷却熱交換器10を通しての還元ガスは冷却剤として作用するので、発電室温度T1の降下が速められる。
The temperature in the power generation chamber 1 (power generation chamber temperature T1) is reduced by being supplied with the unpreheated oxidant gas from the
また、バルブV5のオフにより、改質熱交換器2への燃料の供給が遮断され、バルブV7のオンにより、改質熱交換器2を通しての発電室1への水素ガスの供給が開始される。これにより、発電室1での燃料ガスを用いての発電が停止され、水素ガスを用いての発電に切り替わる。そして、発電室温度T1が150℃に達した時点で(図2(o)に示すt8点)、コントローラ11は、バルブV3,V6,V7,V10,V11,V12をオフとし、還元燃焼バーナB2をオフとする。これにより、本実施の形態の燃料電池システムは、図1に示された運転開始前の状態に戻される。
The supply of fuel to the reforming
なお、上述した実施の形態では、排出通路L1,L2,L3の入口側の合流点P1に完全燃焼バーナB1からの完全燃焼ガスを加えるようにしたが、燃焼室4に加えるようにしてもよい。排出通路L1,L2,L3の入口側の合流点P1に完全燃焼ガスを加えるようにした場合、燃焼室4からの空気分配器5を介するガスの一部だけが暖められて温度が均一にならないような場合がある。これに対し、燃焼室4に完全燃焼ガスを加えるようにすると、燃焼室4からのガスを均一に暖めて、排出通路L1,L2,L3の入口側の合流点P1に排出することが可能となる。また、空気分配器5で空気予熱器6からの酸化剤ガスをさらに予熱し、発電室温度T1の昇温を速めることが可能となる。
In the above-described embodiment, the complete combustion gas from the complete combustion burner B1 is added to the junction P1 on the inlet side of the discharge passages L1, L2, and L3, but it may be added to the
また、排出通路L1,L2,L3の入口側の合流点P1と空気分配器5との間に緩衝となる空間(バッファ)を設け、このバッファに完全燃焼バーナB1からの完全燃焼ガスを加えるようにしてもよい。このようなバッファを設けると、気流の安定あるいは均熱化のための攪拌効果を持たせることが可能となる。例えば、バッファを整流作用のある空間としたり、攪拌のためのミキサー部材や均熱化のために熱伝導率の大きい部材をバッファの内部に配置するなどの構成が考えられる。
Further, a space (buffer) serving as a buffer is provided between the confluence point P1 on the inlet side of the discharge passages L1, L2, and L3 and the
また、上述した実施の形態では、第1の排出通路L1と第2の排出通路L2をバイパスする第3の排出通路を設けたが、第1の排出通路L1と第2の排出通路L2のみの構成としてもよい。排出通路L1とL2をバイパスする排出通路L3を設けるようにした場合、排出通路L3に設けられたバルブV3の開度制御により、改質熱交換器2や空気予熱器6に供給される燃焼ガスの熱量を制御できるため、制御性がよくなる。
In the above-described embodiment, the third discharge passage that bypasses the first discharge passage L1 and the second discharge passage L2 is provided. However, only the first discharge passage L1 and the second discharge passage L2 are provided. It is good also as a structure. When the exhaust passage L3 that bypasses the exhaust passages L1 and L2 is provided, the combustion gas supplied to the reforming
また、排出通路L1,L2,L3には、必ずしもその全てにバルブを設けなくてもよい。例えば、第1の排出通路L1と第2の排出通路L2のみの構成とし、第1の排出通路L1にのみバルブV1を設けたり、第2の排出通路L2にのみにバルブV2を設けたりしてもよい。この場合、一方の排出通路を通過するバルブの開度(燃焼ガスの熱量)を調節することにより、相関を利用して、他方の排出通路を通過する燃焼ガスの熱量を調節することが可能である。 Further, the discharge passages L1, L2, and L3 are not necessarily provided with valves. For example, only the first discharge passage L1 and the second discharge passage L2 are configured, and the valve V1 is provided only in the first discharge passage L1, or the valve V2 is provided only in the second discharge passage L2. Also good. In this case, the amount of heat of the combustion gas passing through the other exhaust passage can be adjusted using the correlation by adjusting the opening of the valve (the amount of heat of the combustion gas) passing through the one exhaust passage. is there.
また、上述した実施の形態では、排出通路L1,L2,L3の出口側を合流させるようにしたが、排出通路L1,L2,L3の出口側を合流せずにそれぞれの排出通路から排ガスを引き出し、排出通路毎に設けられた排熱利用機器に導くようにしてもよい。また、排出通路L1,L2のみを合流させて、その合流点から排出される排ガスを後段に配置される排熱利用機器に導くようにしてもよい。また、排熱利用機器に入る排ガスの種類を変更する機構を作れば、必要に応じて、排出通路L3からの非常に高温のガスを排熱利用機器に供給したり、排出通路L1,L2からの比較的低温のガスを排熱利用機器に供給するなど自由度が生まれる。 In the above-described embodiment, the outlet sides of the discharge passages L1, L2, and L3 are merged. However, exhaust gas is drawn out from each discharge passage without joining the outlet sides of the discharge passages L1, L2, and L3. The exhaust heat utilization device provided for each exhaust passage may be guided. Alternatively, only the discharge passages L1 and L2 may be merged, and the exhaust gas discharged from the merge point may be guided to the exhaust heat utilization device arranged at the subsequent stage. Further, if a mechanism for changing the type of exhaust gas entering the exhaust heat utilization device is created, a very high temperature gas from the exhaust passage L3 is supplied to the exhaust heat utilization device as needed, or from the exhaust passages L1 and L2. A degree of freedom is born, such as supplying a relatively low temperature gas to exhaust heat utilization equipment.
なお、上述した実施の形態では、還元燃焼バーナB2からの還元ガスを燃料ガス排出部EXに導く還元ガスの排出通路L8として説明をしてきたが、還元ガスの排出は燃料ガス排出部EXに限らずに、任意の排気ガス出口に接続して、また適宜有毒成分を除去して排出するなどの変形はありうるものである。 In the above-described embodiment, the reducing gas from the reducing combustion burner B2 has been described as the reducing gas discharge passage L8 that guides the reducing gas to the fuel gas discharging unit EX. However, the reducing gas is discharged only to the fuel gas discharging unit EX. Instead, it can be modified such that it is connected to an arbitrary exhaust gas outlet, and toxic components are appropriately removed and discharged.
また、上述した実施の形態では、起動モードでのみ完全燃焼バーナB1を使用するようにしたが、定常モードでも完全燃焼バーナB1を使用してもよい。例えば、全体的に熱量が足りないような場合、完全燃焼バーナB1を使用することによって、全熱量が不足する事態が避けられる。この場合、完全燃焼バーナB1の使用による余剰な熱量は、排出通路L3を介して廃棄することが可能である。完全燃焼バーナB1からの完全燃焼ガスの熱量を調整できるようにすれば、熱を必要なときに必要な分だけ供給可能であり、省エネルギー効果も期待できる。また、完全燃焼バーナB1を使用する場合、改質熱交換器2や空気予熱器6に供給する高温ガスの流量を増加させることが可能であり、適温で完全燃焼バーナB1から熱を供給することにより熱交換効率を高めることができる。
In the above-described embodiment, the complete combustion burner B1 is used only in the start mode, but the complete combustion burner B1 may be used even in the steady mode. For example, when the amount of heat is not sufficient as a whole, a situation where the total amount of heat is insufficient can be avoided by using the complete combustion burner B1. In this case, it is possible to discard the excess heat amount due to the use of the complete combustion burner B1 through the discharge passage L3. If the amount of heat of the complete combustion gas from the complete combustion burner B1 can be adjusted, heat can be supplied only when necessary, and an energy saving effect can be expected. Further, when the complete combustion burner B1 is used, the flow rate of the high-temperature gas supplied to the reforming
また、完全燃焼バーナB1からの完全燃焼ガスを排出通路L1,L2,L3の入口側の合流点P1ではなく、排出通路L2に直接加えるようにしてもよい。このようにすると、完全燃焼バーナB1からの完全燃焼ガスの熱量を調整することによって、すなわち完全燃焼バーナB1の能力を調整することによって、酸化剤ガスが導かれる発電室1内のSOFCの空気極の温度を調節することが可能となる。
Further, the complete combustion gas from the complete combustion burner B1 may be directly added to the discharge passage L2 instead of the junction P1 on the inlet side of the discharge passages L1, L2, and L3. In this way, by adjusting the amount of heat of the complete combustion gas from the complete combustion burner B1, that is, by adjusting the capacity of the complete combustion burner B1, the SOFC air electrode in the
また、上述した実施の形態では、発電室1内の燃料電池をSOFCとしたが、溶融炭酸塩型燃料電池などの高温型の燃料電を用いてもよい。また、上述した実施の形態では、加熱ガス供給手段として完全燃焼バーナを用いたが、完全燃焼バーナの代わりに電気ヒータを設け、電気ヒータによって加熱されたガスを流入口P1に加えるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the fuel cell in the
また、冷却熱交換器10の熱水の排出通路L13へ排熱利用システムを接続してもよい。熱水のもつ熱量を空調などに利用し、得られた冷水を供給通路L12を通して供給することにより、排熱の熱量を利用し、かつ冷水を供給するための新たなエネルギーを必要としないシステムを構成することができる。
Further, an exhaust heat utilization system may be connected to the hot water discharge passage L13 of the
また、起動モード、停止モードで、バルブV8,V9およびV10の開度を調整することにより、排出通路L8または供給通路L9を通過する高温の還元ガスとL10を通過する低温の還元ガスの流量バランスを調節することができる。このようにすると燃料極へ供給される還元ガスのもつ熱量を調節することができ、空気極の温度とは独立に燃料極の温度を調節することができる。これによって起動モード、停止モードにおける空気極温度と燃料極温度の温度差を小さくするための調節が可能である。 Further, by adjusting the opening degree of the valves V8, V9 and V10 in the start mode and the stop mode, the flow rate balance between the high temperature reducing gas passing through the discharge passage L8 or the supply passage L9 and the low temperature reducing gas passing through the L10. Can be adjusted. In this way, the amount of heat of the reducing gas supplied to the fuel electrode can be adjusted, and the temperature of the fuel electrode can be adjusted independently of the temperature of the air electrode. As a result, it is possible to adjust to reduce the temperature difference between the air electrode temperature and the fuel electrode temperature in the start mode and the stop mode.
1…発電室、2…改質熱交換器、2−1…蒸発器、2−2…燃料予熱器、2−3…改質器、4…燃焼室、5…空気分配器、6…空気予熱器、7,8,9…温度センサ、10…冷却熱交換器、11…コントローラ、V1〜V12…バルブ、B1…完全燃焼バーナ、B2…還元燃焼バーナ、L1…第1の排出通路、L2…第2の排出通路、L3…第3の排出通路、L4,L5,L11…燃料の供給通路、L6…酸化剤ガスの供給通路、L7…水素ガスの供給通路、L8…還元ガスの排出通路、L9,L10…還元ガスの供給通路、L12…冷水の供給通路、L13…熱水の排出通路、P1…流入口(燃焼ガスの流入口)、P2…排出口(燃焼ガスの排出口)、EX…燃焼ガス排出部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
高温の還元ガスを発生する還元ガス発生部と、
前記還元ガス発生部からの還元ガスを前記燃料電池の燃料極側に直接導く第1の通路と、
前記還元ガス発生部からの還元ガスを冷却部を通して前記燃料電池の燃料極側に導く第2の通路と、
前記還元ガス発生部での還元ガスの発生を開始させると共に、前記第1および第2の通路の何れか一方を選択し、選択した通路へ前記還元ガス発生部からの還元ガスを導く制御部と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A power generation unit using a fuel cell that generates power by supplying a fuel gas to the fuel electrode and an oxidant gas to the air electrode, a combustion unit for burning the gas discharged from the power generation unit, and generated in the combustion unit In a fuel cell system comprising a fuel reforming unit that reforms fuel using the amount of heat of combustion gas and uses it as fuel gas to the power generation unit,
A reducing gas generator that generates high temperature reducing gas;
A first passage for directly leading the reducing gas from the reducing gas generating section to the fuel electrode side of the fuel cell;
A second passage for guiding the reducing gas from the reducing gas generation unit to the fuel electrode side of the fuel cell through a cooling unit;
A control unit that starts generation of the reducing gas in the reducing gas generation unit, selects one of the first and second passages, and guides the reducing gas from the reduction gas generation unit to the selected passage; A fuel cell system comprising:
前記還元ガス発生部からの還元ガスを前記燃料改質部からの前記燃焼ガスの排出部へ導く第3の通路とを備え、
前記制御部は、前記還元ガス発生部での還元ガスの発生を開始させると共に、前記第1、第2および第3の通路の何れか1つを選択し、選択した通路へ前記還元ガス発生部からの還元ガスを導く
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
A third passage for guiding the reducing gas from the reducing gas generation unit to the combustion gas discharge unit from the fuel reforming unit,
The control unit starts generation of reducing gas in the reducing gas generation unit, selects any one of the first, second, and third passages, and supplies the reducing gas generation unit to the selected passage. A fuel cell system that guides the reducing gas from the fuel cell.
前記燃焼部で発生する燃焼ガスの熱量を利用して前記発電部への酸化剤ガスを予熱する酸化剤ガス予熱部と、
前記燃焼部からの前記酸化剤ガス予熱部への燃焼ガスの供給路に加熱されたガスを加える加熱ガス供給手段と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
An oxidant gas preheating unit that preheats the oxidant gas to the power generation unit using the amount of heat of the combustion gas generated in the combustion unit;
A fuel cell system comprising heating gas supply means for adding a heated gas to a combustion gas supply path from the combustion section to the oxidant gas preheating section.
前記燃料電池システムの起動時に、前記還元ガス発生部での還元ガスの発生を開始させると共に、前記第1の通路を選択して、前記還元ガス発生部からの還元ガスを前記燃料電池の燃料極側に直接送り、当該燃料極の昇温を開始させるステップと、
前記燃料電池システムの停止時に、前記還元ガス発生部での還元ガスの発生を開始させると共に、前記第2の通路を選択して、前記還元ガス発生部からの還元ガスを前記冷却部を通して前記燃料電池の燃料極側に送り、当該燃料極の冷却を開始させるステップと
を備えることを特徴とする燃料電池システムの運転方法。 A power generation unit using a fuel cell that generates power by supplying a fuel gas to the fuel electrode and an oxidant gas to the air electrode, a combustion unit for burning the gas discharged from the power generation unit, and generated in the combustion unit A fuel reforming unit that reforms fuel using the calorific value of the combustion gas to produce fuel gas for the power generation unit, a reducing gas generating unit that generates high-temperature reducing gas, and a reducing gas from the reducing gas generating unit A first passage that directly leads the fuel gas to the fuel electrode side of the fuel cell, and a second passage that guides the reducing gas from the reducing gas generator to the fuel electrode side of the fuel cell through a cooling portion A method of operating a fuel cell system applied to
At the start of the fuel cell system, the generation of the reducing gas in the reducing gas generation unit is started, and the first passage is selected to supply the reducing gas from the reducing gas generation unit to the fuel electrode of the fuel cell. Sending directly to the side and starting the temperature rise of the fuel electrode,
When the fuel cell system is stopped, generation of reducing gas in the reducing gas generation unit is started, and the second passage is selected, and the reducing gas from the reducing gas generation unit is passed through the cooling unit to the fuel. A method of operating the fuel cell system, comprising the step of sending to the fuel electrode side of the battery and starting cooling of the fuel electrode.
前記還元ガス発生部での還元ガスの発生を開始させると共に、この還元ガスの発生開始直後の所定の期間、前記第3の通路を選択して、前記還元ガス発生部からの還元ガスを前記燃焼ガス排出部に導くステップ
を備えることを特徴とする燃料電池システムの運転方法。 A power generation unit using a fuel cell that generates power by supplying a fuel gas to the fuel electrode and an oxidant gas to the air electrode, a combustion unit for burning the gas discharged from the power generation unit, and generated in the combustion unit A fuel reforming unit that reforms fuel using the calorific value of the combustion gas to produce fuel gas for the power generation unit, a reducing gas generating unit that generates high-temperature reducing gas, and a reducing gas from the reducing gas generating unit A first passage that directly leads the fuel gas to the fuel electrode side of the fuel cell, a second passage that guides the reducing gas from the reducing gas generator to the fuel electrode side of the fuel cell through a cooling unit, and the reducing gas generator A fuel cell system that is applied to a fuel cell system comprising a third passage that guides the reducing gas from the fuel reforming unit to the combustion gas discharge unit,
The generation of the reducing gas in the reducing gas generator is started, and the third passage is selected for a predetermined period immediately after the generation of the reducing gas is started, and the reducing gas from the reducing gas generator is burned. A method for operating a fuel cell system, comprising the step of leading to a gas discharge unit.
前記加熱ガス供給手段からの加熱されたガスの熱量を調整することによって前記酸化剤ガスが導かれる前記燃料電池の空気極の温度を調節するステップ
を備えることを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
A power generation unit using a fuel cell that generates power by supplying a fuel gas to the fuel electrode and an oxidant gas to the air electrode, a combustion unit for burning the gas discharged from the power generation unit, and generated in the combustion unit A fuel reforming unit that reforms fuel using the calorific value of the combustion gas to produce fuel gas for the power generation unit, a reducing gas generating unit that generates high-temperature reducing gas, and a reducing gas from the reducing gas generating unit Generated in the combustion section, a first path for directly leading the fuel gas to the fuel electrode side of the fuel cell, a second path for guiding the reducing gas from the reducing gas generating section to the fuel electrode side of the fuel cell through a cooling section, and An oxidant gas preheating unit that preheats the oxidant gas to the power generation unit using the amount of heat of the combustion gas that is heated, and a gas heated in the combustion gas supply path from the combustion unit to the oxidant gas preheating unit Fuel cell system with heating gas supply means for adding A method of operating a fuel cell system applied to arm,
Adjusting the temperature of the air electrode of the fuel cell through which the oxidant gas is guided by adjusting the amount of heat of the heated gas from the heated gas supply means, .
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