JP5837957B2 - FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM - Google Patents

FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM Download PDF

Info

Publication number
JP5837957B2
JP5837957B2 JP2014058948A JP2014058948A JP5837957B2 JP 5837957 B2 JP5837957 B2 JP 5837957B2 JP 2014058948 A JP2014058948 A JP 2014058948A JP 2014058948 A JP2014058948 A JP 2014058948A JP 5837957 B2 JP5837957 B2 JP 5837957B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
gas
fuel
abnormality
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014058948A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014209464A (en
Inventor
拓雄 西山
拓雄 西山
裕朗 渡辺
裕朗 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eneos Corp
Original Assignee
JXTG Nippon Oil and Energy Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JXTG Nippon Oil and Energy Corp filed Critical JXTG Nippon Oil and Energy Corp
Priority to JP2014058948A priority Critical patent/JP5837957B2/en
Publication of JP2014209464A publication Critical patent/JP2014209464A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5837957B2 publication Critical patent/JP5837957B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

本発明は燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法に関し、特に系統電源の異常が瞬時的なものであった場合に、燃料電池システム外に供給する電力を、求められる電力に迅速に復帰させることができる燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a method for operating the fuel cell system, and particularly to quickly return the power supplied outside the fuel cell system to the required power when the abnormality of the system power supply is instantaneous. The present invention relates to a fuel cell system capable of performing the same and a method for operating the fuel cell system.

水素含有ガスと酸素含有ガスとを導入して発電する燃料電池を設置する際、水素含有ガスを入手するためのインフラ整備が十分でないことに鑑み、炭化水素系原料を改質して水素含有ガスとする改質器が併設されることが多い。また、燃料電池は、燃料電池の発電電力が電気機器等の電力負荷の需要電力に満たない場合に備えて、系統電源に連系されるものがある(例えば、特許文献1参照。)。他方、燃料電池と改質器とを備える燃料電池システムの負荷増加時の運転方法として、燃料電池モジュールの目標発電量を設定し、燃料電池モジュールに供給する酸化剤ガスを増加させ、その後、燃料電池モジュールに供給する水を増加させ、燃料電池モジュールに供給する燃料ガスを増加させ、次いで、燃料電池モジュールの発電量を増加させ、その後、燃料電池モジュールの発電量が目標発電量以上に至ったか否かを検出するものがある(例えば、特許文献2参照。)。   When installing a fuel cell that generates electricity by introducing a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas, in view of the lack of infrastructure to obtain the hydrogen-containing gas, the hydrocarbon-based raw material is reformed to produce a hydrogen-containing gas. In many cases, a reformer is attached. Some fuel cells are connected to a system power supply in preparation for the case where the power generated by the fuel cell is less than the demand power of a power load such as an electric device (see, for example, Patent Document 1). On the other hand, as an operation method when the load of the fuel cell system including the fuel cell and the reformer is increased, the target power generation amount of the fuel cell module is set, the oxidant gas supplied to the fuel cell module is increased, and then the fuel Whether the water supplied to the battery module is increased, the fuel gas supplied to the fuel cell module is increased, and then the power generation amount of the fuel cell module is increased, and then the power generation amount of the fuel cell module has reached the target power generation amount or more There is one that detects whether or not (see, for example, Patent Document 2).

特開2011−192419号公報(段落0015)JP 2011-192419 A (paragraph 0015) 特開2009−104886号公報(段落0012)JP 2009-104886 A (paragraph 0012)

将来、燃料電池等の分散電源が普及して、系統電源に対して広域・大量に燃料電池が連系した結果、総発電出力に対する分散電源による発電出力の占める割合が高くなった場合、電力系統の擾乱により分散電源が系統電源から一斉に解列すると系統内の需給バランスが崩れて広範囲に停電が及ぶおそれがある。このような分散電源の一斉解列による問題を回避するため、燃料電池に対して、系統擾乱時に系統電源から燃料電池を解列せずに運転を継続する性能の要件(FRT要件)の整備検討が進められている。FRT要件においては、系統電源の異常(電圧低下)が瞬時的なものであった場合、燃料電池の発電出力を迅速に異常発生前の状態に回復させることが求められる。しかしながら、特許文献2に記載の運転方法をFRT要件に類推適用してみると、系統電源の異常発生時の目標発電出力の低下に合わせて改質器の燃料処理量を減少させ、系統電源の異常が瞬時的であると判断された場合に燃料処理量を増加させ、その後に発電出力を増加させることとなるので、燃料電池の発電出力を異常発生前の状態に回復させるのが遅くなってしまう。   In the future, if distributed power sources such as fuel cells become widespread, and fuel cells are connected to a large amount and a large amount of power to the system power source, the proportion of the power generation output by the distributed power source to the total power generation output will increase. If the distributed power supply is disconnected from the system power supply all at once due to the disturbance of the power supply, the supply and demand balance in the system may be disrupted and there may be a power outage over a wide area. In order to avoid such problems due to the simultaneous disconnection of distributed power sources, the establishment of performance requirements (FRT requirements) for fuel cells to continue operation without disconnecting the fuel cells from the system power source when the system is disturbed Is underway. In the FRT requirement, when the abnormality (voltage drop) of the system power supply is instantaneous, it is required to quickly restore the power generation output of the fuel cell to the state before the occurrence of the abnormality. However, when the operation method described in Patent Document 2 is applied to FRT requirements by analogy, the amount of fuel treated in the reformer is reduced in accordance with a decrease in the target power output when an abnormality occurs in the system power supply. If the abnormality is determined to be instantaneous, the fuel throughput will be increased, and then the power generation output will be increased, so it will be slow to restore the power output of the fuel cell to the state before the abnormality occurred. End up.

本発明は上述の課題に鑑み、系統電源の異常が瞬時的なものであった場合に、燃料電池システム外に供給する電力を、求められる電力に迅速に復帰させることができる燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法を提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, the present invention provides a fuel cell system and a fuel that can quickly return the power supplied to the outside of the fuel cell system to the required power when the abnormality of the system power supply is instantaneous. It aims at providing the operating method of a battery system.

上記目的を達成するために、本発明の第1の態様に係る燃料電池システムは、例えば図1に示すように、系統電源PSに連系された燃料電池システム1であって;燃料電池システム1外に供給する電力を発生させる燃料電池13と;導入した原料Dを、燃料電池13へ供給される燃料ガスEに改質する改質器11と;系統電源PSの異常を検知する異常検知部35と;異常検知部35が系統電源PSの異常を検知したときに、燃料電池13の発電電力を減少させる一方で、改質器11における燃料ガスEの生成流量を、系統電源PSの異常が解消した場合に燃料電池システム1外に供給することが求められる電力である復帰要請出力を燃料電池13で発電するのに必要な流量に調節して、所定の時間にわたって維持する制御を行う制御部40とを備える。ここで、復帰要請出力は、典型的には、電気事業者間の取り決めによって定められる。また、燃料ガスEの生成流量を、復帰要請出力を燃料電池13で発電するのに必要な流量に調節することには、系統電源PSの異常の検知の直前の流量に維持することを含む。   In order to achieve the above object, a fuel cell system according to a first aspect of the present invention is a fuel cell system 1 linked to a system power supply PS, for example, as shown in FIG. A fuel cell 13 for generating electric power to be supplied to the outside; a reformer 11 for reforming the introduced raw material D into a fuel gas E to be supplied to the fuel cell 13; and an abnormality detection unit for detecting an abnormality in the system power supply PS 35; when the abnormality detection unit 35 detects an abnormality of the system power supply PS, the generated power of the fuel cell 13 is reduced while the generation flow rate of the fuel gas E in the reformer 11 is reduced by the abnormality of the system power supply PS. A control unit that adjusts the return request output, which is the power required to be supplied to the outside of the fuel cell system 1 when it is eliminated, to a flow rate necessary to generate power in the fuel cell 13 and maintains it for a predetermined time. 40 Equipped with a. Here, the return request output is typically determined by an agreement between electric utilities. Further, adjusting the generation flow rate of the fuel gas E to the flow rate required for generating the return request output by the fuel cell 13 includes maintaining the flow rate immediately before the detection of the abnormality of the system power supply PS.

このように構成すると、系統電源の異常を検知したときに燃料電池の発電電力を減少させる一方で、改質器における燃料ガスの生成流量を、復帰要請出力を燃料電池で発電するのに必要な流量に調節して所定の時間にわたって維持するので、系統電源の異常が瞬時的なものであった場合に、燃料電池システム外に供給する電力を迅速に復帰要請出力にすることができる。   With this configuration, the generation power of the fuel cell is reduced when an abnormality in the system power supply is detected, while the generation flow rate of the fuel gas in the reformer is necessary to generate the return request output with the fuel cell. Since the flow rate is adjusted and maintained for a predetermined time, the power supplied to the outside of the fuel cell system can be quickly made a return request output when the abnormality of the system power supply is instantaneous.

また、本発明の第2の態様に係る燃料電池システムは、例えば図1を参照して示すと、上記本発明の第1の態様に係る燃料電池システム1において、制御部40が、異常検知部35が系統電源PSの異常を検知してから所定の時間が経過しても系統電源PSの異常が解消しないときに、燃料電池システム1外への電力の供給を停止させると共に、改質器11における燃料ガスEの生成流量を減少させる制御を行うように構成されている。   Moreover, when the fuel cell system according to the second aspect of the present invention is shown with reference to FIG. 1, for example, in the fuel cell system 1 according to the first aspect of the present invention, the control unit 40 includes an abnormality detection unit. When the abnormality of the system power source PS is not resolved even after a predetermined time has elapsed since the detection of the abnormality of the system power source PS 35, the supply of power to the outside of the fuel cell system 1 is stopped and the reformer 11 The control is performed so as to reduce the generation flow rate of the fuel gas E.

このように構成すると、系統電源の異常の解消の見込みが立たない状態で復帰要請出力を燃料電池で発電し得る状態の継続を回避することとなって、原料消費量を抑制することができると共に燃料電池システムを保護することができる。   With this configuration, it is possible to avoid the continuation of the state in which the return request output can be generated by the fuel cell in a state where there is no possibility of eliminating the abnormality of the system power supply, and it is possible to suppress the raw material consumption. The fuel cell system can be protected.

また、本発明の第3の態様に係る燃料電池システムは、例えば図4を参照して示すと、上記本発明の第1の態様に係る燃料電池システムにおいて、燃料電池システム1Aが燃料電池13で発生した電力を外部へ供給していないときに燃料電池13で発生した電力を利用可能な系内負荷51を備え;制御部40が、異常検知部35が系統電源PSの異常を検知してから所定の時間が経過しても系統電源PSの異常が解消しないときに、燃料電池13の発電電力を回復させて燃料電池13で発生した電力を系内負荷51に供給する制御を行うように構成されている。   Further, when the fuel cell system according to the third aspect of the present invention is shown with reference to FIG. 4, for example, in the fuel cell system according to the first aspect of the present invention, the fuel cell system 1A is the fuel cell 13. An in-system load 51 that can use the power generated in the fuel cell 13 when the generated power is not supplied to the outside is provided; after the control unit 40 detects an abnormality in the system power supply PS When the abnormality of the system power source PS is not resolved even after a predetermined time has elapsed, control is performed to recover the power generated by the fuel cell 13 and supply the power generated in the fuel cell 13 to the in-system load 51. Has been.

このように構成すると、異常検知部が系統電源の異常を検知してから所定の時間が経過しても系統電源の異常が解消しない場合であっても、系統電源の異常を検知する前の発電電力で燃料電池の運転を継続させることができ、改質器における燃料ガスの生成流量を減少させずに維持することができて、系統電源の異常が解消した場合に燃料電池で発生した電力を迅速に燃料電池システム外へ供給することが可能となる。   With this configuration, even if the abnormality of the system power supply is not resolved even after a predetermined time has elapsed after the abnormality detection unit detects the abnormality of the system power supply, the power generation before the abnormality of the system power supply is detected. The operation of the fuel cell can be continued with electric power, and the generation flow rate of the fuel gas in the reformer can be maintained without being reduced, and the electric power generated in the fuel cell can be reduced when the system power supply abnormality is resolved. It becomes possible to supply the fuel cell system quickly.

また、本発明の第4の態様に係る燃料電池システムは、例えば図1に示すように、上記本発明の第1の態様乃至第3の態様のいずれか1つの態様に係る燃料電池システム1において、燃料電池13が、酸化剤ガスAと燃料ガスEとを導入して発電する固体酸化物形燃料電池で構成され;燃料電池13に供給された燃料ガスEのうち発電に利用されなかったガスである燃料オフガスFeと、燃料電池13に供給された酸化剤ガスAのうち発電に利用されなかったガスである酸化剤オフガスFaと、を導入して燃料オフガスFeを燃焼させる燃焼部15をさらに備え;制御部40が、異常検知部35が系統電源PSの異常を検知したときに、燃料電池13に供給される酸化剤ガスAの流量を、復帰要請出力を燃料電池13で発電するのに必要な流量に調節し、所定の時間にわたって維持する制御を行うように構成されている。   Further, the fuel cell system according to the fourth aspect of the present invention is, for example, as shown in FIG. 1, in the fuel cell system 1 according to any one of the first to third aspects of the present invention. The fuel cell 13 is composed of a solid oxide fuel cell that generates power by introducing the oxidant gas A and the fuel gas E; the gas that has not been used for power generation among the fuel gas E supplied to the fuel cell 13 And a combustion section 15 for introducing the fuel off-gas Fe and the oxidant off-gas Fa, which is the gas not used for power generation among the oxidant gas A supplied to the fuel cell 13, to burn the fuel off-gas Fe. Provided: When the abnormality detection unit 35 detects an abnormality in the system power supply PS, the control unit 40 uses the fuel cell 13 to generate the flow of the oxidant gas A supplied to the fuel cell 13 and the return request output. Necessary flow It was adjusted to, and is configured to perform control for maintaining for a predetermined time.

このように構成すると、系統電源の異常が瞬時的なものであった場合に、燃料電池システム外に供給する電力を迅速に復帰要請出力にすることができる。   If comprised in this way, when the abnormality of a system | strain power supply is instantaneous, the electric power supplied out of a fuel cell system can be rapidly made into a return request | requirement output.

上記目的を達成するために、本発明の第5の態様に係る、系統電源PSに連系された燃料電池システムの運転方法は、例えば図1及び図2を参照して示すと、燃料電池システム1外に供給する電力を燃料電池13で発電する発電工程(S2)と;燃料電池13に供給する燃料ガスEを生成する燃料ガス生成工程(S1)と;系統電源PSの異常の有無を監視する異常監視工程(S3)と;異常監視工程(S3)において系統電源PSの異常を検知したときに、燃料電池13の発電電力を減少させる一方で、燃料ガス生成工程(S1)における燃料ガスEの生成流量を、系統電源PSの異常が解消した場合に燃料電池システム1外に供給することが求められる電力である復帰要請出力を燃料電池13で発電するのに必要な流量に調節し、所定の時間にわたって維持して、系統電源PSの異常の解消を待機する待機工程(S4−S6)とを備える。   In order to achieve the above object, the operation method of the fuel cell system linked to the system power source PS according to the fifth aspect of the present invention is shown in FIG. 1 and FIG. 1. Power generation step (S2) for generating electric power to be supplied to the outside with the fuel cell 13; Fuel gas generation step (S1) for generating the fuel gas E to be supplied to the fuel cell 13; Monitoring whether there is an abnormality in the system power supply PS The abnormality monitoring step (S3) to be performed; when the abnormality of the system power supply PS is detected in the abnormality monitoring step (S3), the generated power of the fuel cell 13 is reduced, while the fuel gas E in the fuel gas generation step (S1) The generation request flow rate is adjusted to a flow rate required to generate power by the fuel cell 13, which is a power required to be supplied to the outside of the fuel cell system 1 when the abnormality of the system power supply PS is resolved, of And maintained for between, and a standby step of waiting for a resolution of the system power supply PS abnormal (S4-S6).

このように構成すると、系統電源の異常を検知したときに、燃料電池の発電電力を減少させる一方で、燃料ガス生成工程における燃料ガスの生成流量を、復帰要請出力を燃料電池で発電するのに必要な流量に調節して所定の時間にわたって維持するので、系統電源の異常が瞬時的なものであった場合に、燃料電池システム外に供給する電力を迅速に復帰要請出力にすることができる。   With this configuration, when an abnormality in the system power supply is detected, the generated power of the fuel cell is reduced, while the fuel gas generation flow rate in the fuel gas generation process is used to generate the return request output with the fuel cell. Since the flow rate is adjusted to the required flow rate and maintained for a predetermined time, the power supplied to the outside of the fuel cell system can be quickly made a return request output when the abnormality of the system power supply is instantaneous.

本発明によれば、系統電源の異常が瞬時的なものであった場合に、燃料電池システム外に供給する電力を迅速に復帰要請出力にすることができる。   According to the present invention, when the abnormality of the system power supply is instantaneous, the power supplied to the outside of the fuel cell system can be quickly made a return request output.

本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの模式的系統図である。1 is a schematic system diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの運転方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the operating method of the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの運転方法を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the operating method of the fuel cell system concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態の変形例に係る燃料電池システムの模式的系統図である。It is a typical systematic diagram of the fuel cell system which concerns on the modification of embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の変形例に係る燃料電池システムの運転方法を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the driving | running method of the fuel cell system which concerns on the modification of embodiment of this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or similar members are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is omitted.

まず図1を参照して、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム1を説明する。図1は、燃料電池システム1の模式的系統図である。燃料電池システム1は、原料Dを水素に富む燃料ガスEに改質する改質器11と、燃料電池13と、燃焼部15と、系統電源PSの異常を検知する異常検知部としての異常検知器35と、制御部としての制御装置40とを備えている。   First, a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic system diagram of the fuel cell system 1. The fuel cell system 1 includes a reformer 11 that reforms a raw material D into a fuel gas E rich in hydrogen, a fuel cell 13, a combustion unit 15, and an abnormality detection unit that detects an abnormality of the system power supply PS. And a control device 40 as a control unit.

原料Dは、改質することで燃料電池13における発電に利用可能となる程度に水素に富むガス(水素リッチガス)にできるものであり、典型的には炭化水素系燃料が用いられる。具体例として、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は、石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のもの等を適宜用いることができる。炭化水素類としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、LPG、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。   The raw material D can be made into a gas rich in hydrogen (hydrogen-rich gas) that can be used for power generation in the fuel cell 13 by reforming, and typically a hydrocarbon-based fuel is used. Specific examples include hydrocarbons, alcohols, ethers, biofuels, and these hydrocarbon fuels are derived from fossil fuels such as petroleum and coal, those derived from synthetic fuels such as synthesis gas, Those derived from biomass can be used as appropriate. Examples of hydrocarbons include methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG, city gas, town gas, gasoline, naphtha, kerosene, and light oil. Examples of alcohols include methanol and ethanol. Examples of ethers include dimethyl ether. Examples of biofuels include biogas, bioethanol, biodiesel, and biojet.

改質器11は、原料Dの改質を促進させる改質触媒を内部に有している。改質触媒は、例えば、部分酸化改質触媒、水蒸気改質触媒、自己熱改質触媒等を、これらのうちの一種、又は複数種を組み合わせて用いることができる。本実施の形態では、水蒸気改質触媒が改質器11に収容されている。水蒸気改質触媒は吸熱反応が優勢となる改質触媒であるので、本実施の形態では、水蒸気改質触媒が、吸熱反応に必要な熱を燃焼部15からも得ることができるように構成されている。改質器11には、原料Dを導入する原料流路としての原料管21と、水蒸気改質に用いられる改質水Wを導入する改質水流路としての改質水管23とが接続されている。原料管21には、原料Dを改質器11に向けて圧送する原料供給装置としての原料ブロワ22が挿入配置されている。改質水管23には、改質水Wを改質器11に向けて圧送する改質水供給装置としての改質水ポンプ24が挿入配置されている。改質器11は、原料D及び改質水Wを導入して燃料ガスEを生成するように構成されている。改質器11には、また、生成された燃料ガスEを導出する燃料ガス流路としての燃料ガス管25が接続されている。   The reformer 11 has a reforming catalyst that promotes reforming of the raw material D inside. As the reforming catalyst, for example, a partial oxidation reforming catalyst, a steam reforming catalyst, an autothermal reforming catalyst, or the like can be used alone or in combination. In the present embodiment, the steam reforming catalyst is accommodated in the reformer 11. Since the steam reforming catalyst is a reforming catalyst in which the endothermic reaction is dominant, in the present embodiment, the steam reforming catalyst is configured so that the heat necessary for the endothermic reaction can be obtained also from the combustion unit 15. ing. A raw material pipe 21 as a raw material flow path for introducing the raw material D and a reforming water pipe 23 as a reforming water flow path for introducing the reforming water W used for steam reforming are connected to the reformer 11. Yes. A raw material blower 22 as a raw material supply device for pumping the raw material D toward the reformer 11 is inserted and disposed in the raw material pipe 21. In the reforming water pipe 23, a reforming water pump 24 is inserted and disposed as a reforming water supply device that pumps the reforming water W toward the reformer 11. The reformer 11 is configured to introduce the raw material D and the reformed water W to generate the fuel gas E. The reformer 11 is also connected with a fuel gas pipe 25 as a fuel gas flow path for deriving the generated fuel gas E.

燃料電池13は、燃料ガス管25を介して改質器11と接続されている。燃料電池13には、また、酸素を含む酸化剤ガスAを導入する酸化剤ガス流路としての酸化剤ガス管26が接続されている。酸化剤ガスAは、典型的には空気である。酸化剤ガス管26には、酸化剤ガスAを燃料電池13に向けて圧送する酸化剤ガス供給装置としての酸化剤ガスブロワ27が挿入配置されている。燃料電池13は、燃料ガスE及び酸化剤ガスAを導入し、燃料ガスE中の水素等と酸化剤ガスA中の酸素との電気化学的反応により直流の電力を発生するように構成されている。燃料電池13としては、本実施の形態では円筒型(平板円筒型を含む)の固体酸化物形燃料電池(SOFC)が用いられている。燃料電池13における発電のために燃料電池13に供給された燃料ガスE及び酸化剤ガスAは、そのすべてが発電に利用されるのではなく、燃料電池13の発電電流に応じた分が利用される。燃料電池13における発電のために燃料電池13に供給された燃料ガスEのうち、発電に利用されなかった分は、燃料オフガスFeとして導出される。また、燃料電池13における発電のために燃料電池13に供給された酸化剤ガスAのうち、発電に利用されなかった分は、酸化剤オフガスFaとして導出される。以降、燃料オフガスFe及び酸化剤オフガスFaを総称してオフガスFというときもある。   The fuel cell 13 is connected to the reformer 11 via a fuel gas pipe 25. The fuel cell 13 is also connected with an oxidant gas pipe 26 as an oxidant gas flow channel for introducing an oxidant gas A containing oxygen. The oxidant gas A is typically air. An oxidant gas blower 27 serving as an oxidant gas supply device that pumps the oxidant gas A toward the fuel cell 13 is inserted into the oxidant gas pipe 26. The fuel cell 13 is configured to introduce a fuel gas E and an oxidant gas A, and to generate DC power by an electrochemical reaction between hydrogen or the like in the fuel gas E and oxygen in the oxidant gas A. Yes. As the fuel cell 13, a cylindrical type (including a flat plate cylindrical type) solid oxide fuel cell (SOFC) is used in the present embodiment. The fuel gas E and the oxidant gas A supplied to the fuel cell 13 for power generation in the fuel cell 13 are not all used for power generation, but the amount corresponding to the power generation current of the fuel cell 13 is used. The Of the fuel gas E supplied to the fuel cell 13 for power generation in the fuel cell 13, the portion not used for power generation is derived as fuel off-gas Fe. Further, of the oxidant gas A supplied to the fuel cell 13 for power generation in the fuel cell 13, the portion not used for power generation is derived as the oxidant off-gas Fa. Hereinafter, the fuel off-gas Fe and the oxidant off-gas Fa are sometimes collectively referred to as off-gas F.

燃焼部15は、オフガス流路28を介して燃料電池13と連絡しており、オフガスFを燃焼させるように構成されている。燃焼部15は、主としてオフガスF中の未燃成分を浄化するためのものであるが、改質器11に隣接して配置されていることで、改質器11内の改質触媒に熱を与えることができるように構成することが好ましい。例えば、改質器11及び燃料電池13が収容された筐体(不図示)内において、燃料オフガスFeが導出される部分の上部に改質器11を配置し、改質器11と燃料電池13との間の空間でオフガスFを燃焼させる構造としてもよい。この場合、改質器11と燃料電池13との間の空間が燃焼部15に相当し、オフガス流路28と燃焼部15とが極めて近接した構造となる。燃焼部15は、燃料オフガスFeと酸化剤オフガスFaとが混合したオフガスFを燃焼させ、オフガスFの燃焼によって生じる排ガスGを排出するように構成されている。燃焼部15には、排ガスGを流す排ガス流路としての排ガス管29が接続されている。   The combustion unit 15 communicates with the fuel cell 13 via the off gas flow path 28 and is configured to burn off gas F. The combustion unit 15 is mainly for purifying unburned components in the offgas F, but is disposed adjacent to the reformer 11 so that heat is applied to the reforming catalyst in the reformer 11. It is preferable to be configured so that it can be given. For example, in a casing (not shown) in which the reformer 11 and the fuel cell 13 are accommodated, the reformer 11 is disposed above a portion from which the fuel off-gas Fe is derived, and the reformer 11 and the fuel cell 13 are arranged. It is good also as a structure which burns off gas F in the space between. In this case, the space between the reformer 11 and the fuel cell 13 corresponds to the combustion unit 15, and the off-gas flow path 28 and the combustion unit 15 are very close to each other. The combustion unit 15 is configured to burn off gas F in which the fuel off gas Fe and the oxidant off gas Fa are mixed, and to discharge exhaust gas G generated by the combustion of the off gas F. An exhaust gas pipe 29 is connected to the combustion unit 15 as an exhaust gas flow path through which the exhaust gas G flows.

燃料電池システム1は、パワーコンディショナ30を介して系統電源PSに連系されている。系統電源PSは、電力会社が保有する商用の配電線網から供給される電源である。パワーコンディショナ30は、燃料電池13で発電された電力を安定した出力に調整する機器である。パワーコンディショナ30は、燃料電池13で発電された電圧を昇圧するコンバータ31と、コンバータ31で昇圧された直流の電力を交流に変換するインバータ32と、系統電源PSの異常を検知する異常検知器35とを有している。インバータ32は、IGBT等のスイッチング素子を有しており、スイッチング素子をすべてオフにすることで燃料電池システム1と系統電源PSとの連系を電気的に遮断する(ゲートブロックを行う)ことができるように構成されている。パワーコンディショナ30を介して系統電源PSと連系した燃料電池システム1は、燃料電池システム1の外部に配置された家電機器等の負荷Lに電気的に接続されており、燃料電池13で発電された電力を負荷Lに供給することができるように構成されている。   The fuel cell system 1 is linked to the system power supply PS via the power conditioner 30. The system power source PS is a power source supplied from a commercial distribution line network owned by an electric power company. The power conditioner 30 is a device that adjusts the electric power generated by the fuel cell 13 to a stable output. The power conditioner 30 includes a converter 31 that boosts the voltage generated by the fuel cell 13, an inverter 32 that converts DC power boosted by the converter 31 to AC, and an abnormality detector that detects an abnormality in the system power supply PS. 35. The inverter 32 includes a switching element such as an IGBT, and by electrically turning off all the switching elements, the connection between the fuel cell system 1 and the system power supply PS can be electrically disconnected (performs a gate block). It is configured to be able to. The fuel cell system 1 connected to the system power supply PS via the power conditioner 30 is electrically connected to a load L such as a home appliance disposed outside the fuel cell system 1, and the fuel cell 13 generates power. It is configured so that the generated power can be supplied to the load L.

制御装置40は、燃料電池システム1の動作を制御する機器である。制御装置40は、原料ブロワ22、改質水ポンプ24、酸化剤ガスブロワ27とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、改質器11に供給する原料Dの流量、改質器11に供給する改質水Wの流量、燃料電池13に供給する酸化剤ガスAの流量をそれぞれ調節することができるように構成されている。また、制御装置40は、パワーコンディショナ30と信号ケーブルで接続されており、燃料電池13における発電電力を調節することができると共に、異常検知器35で系統電源PSの異常が検知されたことの情報を受信することができるように構成されている。   The control device 40 is a device that controls the operation of the fuel cell system 1. The control device 40 is connected to the raw material blower 22, the reforming water pump 24, and the oxidant gas blower 27 through signal cables, respectively, and the flow rate of the raw material D supplied to the reformer 11 and the reforming supplied to the reformer 11. The flow rate of the water W and the flow rate of the oxidant gas A supplied to the fuel cell 13 can be adjusted. Further, the control device 40 is connected to the power conditioner 30 through a signal cable, can adjust the generated power in the fuel cell 13, and the abnormality detector 35 detects that the abnormality of the system power supply PS has been detected. It is configured to be able to receive information.

引き続き図2を参照して、燃料電池システム1の作用を説明する。図2は、燃料電池システム1の運転状態を説明するフローチャートである。なお、以下の作用の説明において言及する燃料電池システム1の構成については、適宜図1を参照することとする。燃料電池システム1では、原料D及び改質水Wが改質器11に供給されることで、改質器11において原料Dの水蒸気改質が行われ、燃料ガスEが生成される(燃料ガス生成工程:S1)。生成された燃料ガスEは燃料電池13の燃料極(不図示)に供給される。また、燃料電池13の酸化剤極(不図示)に酸化剤ガスAが供給される。   With continued reference to FIG. 2, the operation of the fuel cell system 1 will be described. FIG. 2 is a flowchart for explaining the operating state of the fuel cell system 1. In addition, about the structure of the fuel cell system 1 mentioned in the following description of an effect | action, suppose that FIG. 1 is referred suitably. In the fuel cell system 1, the raw material D and the reforming water W are supplied to the reformer 11, whereby the reformer 11 performs steam reforming of the raw material D and generates fuel gas E (fuel gas) Generation process: S1). The generated fuel gas E is supplied to the fuel electrode (not shown) of the fuel cell 13. Further, the oxidant gas A is supplied to the oxidant electrode (not shown) of the fuel cell 13.

燃料ガスE及び酸化剤ガスAが導入された燃料電池13では、燃料ガスE中の水素等と酸化剤ガスA中の酸素との電気化学的反応による発電が行われる(発電工程:S2)。燃料電池13に導入された燃料ガスE及び酸化剤ガスAは、発電に利用された後にオフガスFとして導出され、燃焼部15に至る。オフガスFは、燃焼部15で燃焼され、このとき生ずる燃焼熱は、改質器11における水蒸気改質反応に利用される。燃焼部15でオフガスFが燃焼されることによって生じた排ガスGは、排ガス管29を流れ、熱交換器(不図示)で適宜熱回収が行われた後、燃料電池システム1の外へ排出される。   In the fuel cell 13 into which the fuel gas E and the oxidant gas A are introduced, power generation is performed by an electrochemical reaction between hydrogen or the like in the fuel gas E and oxygen in the oxidant gas A (power generation step: S2). The fuel gas E and the oxidant gas A introduced into the fuel cell 13 are derived as off-gas F after being used for power generation and reach the combustion unit 15. The offgas F is combusted in the combustion unit 15, and the combustion heat generated at this time is used for the steam reforming reaction in the reformer 11. The exhaust gas G generated by the combustion of the off-gas F in the combustion unit 15 flows through the exhaust gas pipe 29, and is appropriately recovered by a heat exchanger (not shown), and then discharged outside the fuel cell system 1. The

定常運転時の燃料電池13では、パワーコンディショナ30で要求された電力が発電される。ここで、定常運転とは、燃料電池13において所望の発電電力を発生させることができる状態(このとき、改質器11では所望の流量の燃料ガスEを生成できる状態になっている。)の運転であり、典型的には燃料電池システム1の起動工程及び停止工程以外の状態にあるときの運転である。一般に、燃料電池には、要求された電力を燃料電池で発電する際に利用される水素及び酸素の流量よりも多い流量の水素及び酸素が供給される。制御装置40は、要求された電力を燃料電池13で発電する際に利用される水素の流量に対して所定の割合だけ多い流量の水素を燃料電池13に供給可能な流量の燃料ガスEを改質器11で生成できるように、原料ブロワ22の回転速度を調節する。また、制御装置40は、改質器11における燃料ガスEの生成流量に応じた改質水Wを改質器11に供給するように、改質水ポンプ24の回転速度を調節する。また、制御装置40は、要求された電力を燃料電池13で発電する際に利用される酸素の流量に対して所定の割合だけ多い流量の酸素を燃料電池13に供給可能な流量の酸化剤ガスAを燃料電池13に供給するように、酸化剤ガスブロワ27の回転速度を調節する。燃料電池13で発電された直流電力は、パワーコンディショナ30において、コンバータ31で昇圧され、インバータ32で交流電力に変換されて、負荷Lに供給される。負荷Lに供給される電力が、燃料電池13で発電された電力だけでは不足する場合、不足分の電力が系統電源PSから負荷Lに供給される。   In the fuel cell 13 during the steady operation, the electric power requested by the power conditioner 30 is generated. Here, the steady operation is a state in which desired generated power can be generated in the fuel cell 13 (at this time, the reformer 11 is in a state in which the fuel gas E having a desired flow rate can be generated). The operation is typically an operation when the fuel cell system 1 is in a state other than the starting process and the stopping process. In general, the fuel cell is supplied with hydrogen and oxygen at a flow rate higher than the flow rates of hydrogen and oxygen used when the requested power is generated by the fuel cell. The control device 40 modifies the flow rate of the fuel gas E that can supply the fuel cell 13 with a flow rate of hydrogen that is higher by a predetermined ratio than the flow rate of hydrogen used when the fuel cell 13 generates the required power. The rotational speed of the raw material blower 22 is adjusted so that it can be generated by the mass device 11. Further, the control device 40 adjusts the rotational speed of the reforming water pump 24 so as to supply the reforming water W with the reforming water W corresponding to the flow rate of the fuel gas E generated in the reformer 11. Further, the control device 40 has a flow rate of oxidant gas that can supply the fuel cell 13 with a flow rate of oxygen that is higher by a predetermined ratio than the flow rate of oxygen used when the fuel cell 13 generates the required power. The rotational speed of the oxidant gas blower 27 is adjusted so that A is supplied to the fuel cell 13. The DC power generated by the fuel cell 13 is boosted by the converter 31 in the power conditioner 30, converted to AC power by the inverter 32, and supplied to the load L. When the power supplied to the load L is insufficient with only the power generated by the fuel cell 13, the insufficient power is supplied from the system power supply PS to the load L.

上述のように燃料電池システム1が系統電源PSに連系した状態で、燃料電池システム1が定常運転を行っている最中に、系統電源PSが擾乱等の異常を起こす可能性がある。系統電源PSが停電した場合は、一般に、公衆及び作業者の安全確保の観点から、燃料電池システム1等の分散電源を系統電源PSから解列することが求められる。しかし、系統電源PSの停電が瞬時的なものである場合、分散電源が系統電源PSから一斉に解列した状態で系統電源PSが瞬時的な停電前の状態に復電すると、電力負荷に対して系統電源PSの供給電力が不足し、分散電源が解列しなければ生じなかったであろう停電が広範囲で生じるおそれがある。このような事情を考慮して、系統電源PSの停電が瞬時的なものであった場合に速やかに分散電源を系統電源PSに連系した状態とすることができるように、FRT要件の整備検討が進められている。そこで、燃料電池システム1では、FRT要件を充足すべく、定常運転時に以下の制御を行うこととしている。   As described above, while the fuel cell system 1 is connected to the system power source PS, the system power source PS may cause an abnormality such as a disturbance while the fuel cell system 1 is performing steady operation. When the system power supply PS fails, it is generally required to disconnect the distributed power supply such as the fuel cell system 1 from the system power supply PS from the viewpoint of ensuring the safety of the public and workers. However, if the power failure of the system power supply PS is instantaneous, if the system power supply PS is restored to the state before the instantaneous power failure with the distributed power sources disconnected from the system power supply PS all at once, Therefore, the power supply of the system power supply PS is insufficient, and there is a possibility that a power outage that would not have occurred unless the distributed power supply was disconnected was caused in a wide range. Considering such circumstances, the FRT requirements are examined so that the distributed power supply can be quickly connected to the system power supply PS when the power failure of the system power supply PS is instantaneous. Is underway. Therefore, in the fuel cell system 1, the following control is performed during steady operation in order to satisfy the FRT requirement.

ここから、図2及び図1と併せて図3に示すタイムチャートも参照する。燃料電池システム1の定常運転時、制御装置40は、例えば図3における時間t1から時間t2までの期間P1のように、燃料電池13の発電電力を漸増させる際、燃料電池13に供給される酸化剤ガスAの流量並びに燃料電池13に供給される燃料ガスEの流量に関連する改質器11に供給する原料D及び改質水Wの流量も漸増させる。また、例えば図3における時間t3から時間t4までの期間P2のように、燃料電池13の発電電力を漸減させる際、酸化剤ガスAの流量並びに燃料ガスEの流量に関連する原料D及び改質水Wの流量も漸減させる。このようにすることで、燃料電池13の発電電力の増減に応じて燃料ガスEの生成流量を増減することができ、適切な水素及び酸素の利用率(燃料電池における発電に利用された流量の、燃料電池に供給された流量に対する割合)を維持することができる流量の燃料ガスE及び酸化剤ガスAを燃料電池13に供給することが可能となる。制御装置40は、このような燃料電池システム1の定常運転を行っている間、系統電源PSに異常が発生したか否かを監視している(異常監視工程:S3)。   From here, the time chart shown in FIG. 3 is also referred to in conjunction with FIG. 2 and FIG. During steady operation of the fuel cell system 1, the control device 40, for example, during the period P1 from time t1 to time t2 in FIG. The flow rates of the raw material D and the reforming water W supplied to the reformer 11 related to the flow rate of the agent gas A and the flow rate of the fuel gas E supplied to the fuel cell 13 are also gradually increased. Further, for example, during the period P2 from time t3 to time t4 in FIG. 3, when the generated power of the fuel cell 13 is gradually reduced, the raw material D and the reforming related to the flow rate of the oxidant gas A and the flow rate of the fuel gas E The flow rate of water W is also gradually reduced. By doing in this way, the production | generation flow volume of the fuel gas E can be increased / decreased according to increase / decrease in the electric power generation of the fuel cell 13, and the appropriate utilization rate of hydrogen and oxygen (the flow rate used for the electric power generation in the fuel cell) It is possible to supply the fuel cell 13 with the fuel gas E and the oxidant gas A at a flow rate capable of maintaining a ratio of the flow rate supplied to the fuel cell). The control device 40 monitors whether or not an abnormality has occurred in the system power supply PS during the steady operation of the fuel cell system 1 (abnormality monitoring step: S3).

異常監視工程(S3)において、異常検知器35が系統電源PSの異常の有無を検知しない場合は、再び異常監視工程(S3)に戻る。他方、異常検知器35が系統電源PSの異常を検知した場合(図3における時間t5又は時間t8)、制御装置40は、燃料電池システム1外へ電力が供給されないようにするために、燃料電池13の発電電力を減少させる(S4)。なお、系統電源PSの異常によって位相変化が生じたときに、瞬時的にゲートブロックを行ってもよい。制御装置40は、燃料電池13の発電電力を減少させる工程(S4)において、燃料電池13の発電電力が、異常が生じた系統電源PSに不都合が生じない程度の発電電力となるまで減少させる。ここでの不都合が生じない程度の発電電力として、例えば、燃料電池システム1の内部に備えられる補機(原料ブロワ22、改質水ポンプ24、酸化剤ガスブロワ27など)において消費される程度の電力まで減少させることが挙げられる。本実施の形態では、系統電源PSの異常が検知される直前の燃料電池13の発電電力の20%まで燃料電池13の発電電力を減少させることとしている。   In the abnormality monitoring step (S3), when the abnormality detector 35 does not detect the presence or absence of abnormality of the system power supply PS, the process returns to the abnormality monitoring step (S3) again. On the other hand, when the abnormality detector 35 detects an abnormality in the system power supply PS (time t5 or time t8 in FIG. 3), the control device 40 prevents the fuel cell system 1 from supplying power to the fuel cell system 1. The generated power of 13 is reduced (S4). Note that the gate block may be instantaneously performed when a phase change occurs due to an abnormality in the system power supply PS. In the step (S4) of reducing the generated power of the fuel cell 13, the control device 40 reduces the generated power of the fuel cell 13 until the generated power becomes a level that does not cause any inconvenience in the system power supply PS in which an abnormality has occurred. The generated power that does not cause inconvenience here is, for example, power that is consumed in an auxiliary device (raw material blower 22, reforming water pump 24, oxidant gas blower 27, etc.) provided in the fuel cell system 1. Can be reduced. In the present embodiment, the generated power of the fuel cell 13 is reduced to 20% of the generated power of the fuel cell 13 immediately before the abnormality of the system power supply PS is detected.

燃料電池13の発電電力を減少させたことに伴い、制御装置40は、燃料電池13に供給される燃料ガスE及び酸化剤ガスAの流量を、以下に示す条件を充足するように調節する(S5)。ここで充足すべき条件は、復帰要請時間内に、燃料電池システム1外に供給する電力が復帰要請出力となるのに必要な電力を燃料電池13で発電するのに必要な流量にすることである。ここで「復帰要請出力」は、系統電源PSの異常が解消した場合に燃料電池システム1外に供給することが求められる電力である。また、「復帰要請時間」は、系統内の需給バランスを保つために、系統電源PSの復電から、これに追従して分散電源を復電させる期限までの時間である。本実施の形態における復帰要請時間は、図3における時間t6から時間t7までの期間P4が相当する。復帰要請時間P4内に到達させる復帰要請出力は、本実施の形態では系統電源PSの異常が検知される直前の燃料電池13の発電電力の80%としている。復帰要請出力及び復帰要請時間は、典型的には、系統電源PSを供給する事業者と、燃料電池システム1等の分散電源を供給する事業者との取り決め(電気事業者間の取り決め)によって定められるものである。また、本実施の形態では、復帰要請時間の経過後となったとしても、系統電源PSの異常が検知される直前の電力を燃料電池システム1外に供給するために、燃料ガスE及び酸化剤ガスAの流量を調節する工程(S5)における、燃料電池13に供給される燃料ガスE及び酸化剤ガスAの流量を、系統電源PSの異常が検知される直前の流量のまま維持することとしている。このように、燃料電池13に供給される燃料ガスE及び酸化剤ガスAの流量を上述の条件を充足するように調節することには、系統電源PSの異常検知直前の流量に維持することが含まれる。燃料電池13に供給される燃料ガスEの流量を系統電源PSの異常が検知される直前の流量のまま維持することに伴い、改質器11に供給される原料D及び改質水Wの流量も系統電源PSの異常が検知される直前の流量のまま維持する。   As the generated power of the fuel cell 13 is reduced, the control device 40 adjusts the flow rates of the fuel gas E and the oxidant gas A supplied to the fuel cell 13 so as to satisfy the following conditions ( S5). The condition to be satisfied here is that the electric power supplied to the outside of the fuel cell system 1 within the return request time is set to a flow rate necessary for generating power by the fuel cell 13 to become a return request output. is there. Here, the “return request output” is electric power required to be supplied to the outside of the fuel cell system 1 when the abnormality of the system power supply PS is resolved. Further, the “return request time” is the time from the power recovery of the system power supply PS to the time limit for recovering the distributed power supply following this, in order to maintain the supply and demand balance in the system. The return request time in the present embodiment corresponds to a period P4 from time t6 to time t7 in FIG. In this embodiment, the return request output reached within the return request time P4 is 80% of the generated power of the fuel cell 13 immediately before the abnormality of the system power supply PS is detected. The return request output and the return request time are typically determined by an agreement (an agreement between electric utilities) between an operator that supplies the system power PS and an operator that supplies the distributed power source such as the fuel cell system 1. It is what Further, in the present embodiment, even after the return request time has elapsed, the fuel gas E and the oxidant are supplied in order to supply the power immediately before the abnormality of the system power supply PS is detected to the outside of the fuel cell system 1. In the step (S5) of adjusting the flow rate of the gas A, the flow rates of the fuel gas E and the oxidant gas A supplied to the fuel cell 13 are maintained at the flow rates immediately before the abnormality of the system power supply PS is detected. Yes. Thus, in order to adjust the flow rates of the fuel gas E and the oxidant gas A supplied to the fuel cell 13 so as to satisfy the above-described conditions, the flow rate just before the abnormality detection of the system power supply PS is maintained. included. Along with maintaining the flow rate of the fuel gas E supplied to the fuel cell 13 at the level immediately before the abnormality of the system power supply PS is detected, the flow rates of the raw material D and reformed water W supplied to the reformer 11 Also, the flow rate immediately before the abnormality of the system power supply PS is detected is maintained.

異常検知器35が系統電源PSの異常を検知して、燃料電池13の発電電力を減少させる(S4)一方で、燃料電池13に供給される燃料ガスEの流量を系統電源PSの異常が検知される直前の流量のまま維持すると、燃料電池13における水素の利用率が低下して、燃料オフガスFe中に含まれる可燃成分(水素)が増大し、燃焼部15における燃焼状態が変わってしまうおそれがある。しかし、燃料電池13の発電電力を減少させたときに(S4)、酸化剤ガスAの流量も系統電源PSの異常が検知される直前の流量のまま維持するので、燃料電池13における酸素の利用率も低下して、酸化剤オフガスFaに含有する酸素量も増大し、燃料オフガスFe中の可燃成分と酸化剤オフガスFa中の酸素量とのバランスが崩れることを抑制することができる。そして、燃料電池システム1では、燃料オフガスFe及び酸化剤オフガスFa共に燃焼部15に導いて燃焼させているので、オフガスFの組成が変動しても、オフガスF燃焼のための特別な制御を行うことなく、オフガスFの燃焼を安定させることができる。   The abnormality detector 35 detects the abnormality of the system power supply PS and reduces the generated power of the fuel cell 13 (S4), while the abnormality of the system power supply PS detects the flow rate of the fuel gas E supplied to the fuel cell 13. If the flow rate immediately before being maintained is maintained, the utilization rate of hydrogen in the fuel cell 13 decreases, the combustible component (hydrogen) contained in the fuel off-gas Fe increases, and the combustion state in the combustion section 15 may change. There is. However, when the generated power of the fuel cell 13 is reduced (S4), the flow rate of the oxidant gas A is maintained at the flow rate immediately before the abnormality of the system power supply PS is detected. The rate is also reduced, the amount of oxygen contained in the oxidant offgas Fa is increased, and the balance between the combustible component in the fuel offgas Fe and the amount of oxygen in the oxidant offgas Fa can be suppressed. In the fuel cell system 1, since both the fuel off-gas Fe and the oxidant off-gas Fa are guided to the combustion section 15 and burned, special control for off-gas F combustion is performed even if the composition of the off-gas F varies. Without this, combustion of the offgas F can be stabilized.

制御装置40は、燃料電池13の発電電力を減少させ(S4)、燃料ガスE及び酸化剤ガスAの流量を調節したら(S5)、所定の時間が経過したか否かを判断する(S6)。ここでの所定の時間は、系統電源PSの異常が瞬時的なものか否かを判断できる時間であり、図3における時間t5から時間t6まで又は時間t8からt9までの期間P3が相当する。所定の時間が経過したか否かを判断する工程(S6)において、所定の時間が経過していないときは、引き続き所定の時間が経過したか否かを判断する工程(S6)を継続する。他方、所定の時間が経過したら、系統電源PSの異常が解消したか否かを判断する(S7)。制御装置40は、系統電源PSの異常が解消したか否かを、異常検知器35からの信号によって判断する。なお、系統電源PSの異常を検知してから所定の時間が経過するまでが待機工程に相当する。   The controller 40 decreases the generated power of the fuel cell 13 (S4) and adjusts the flow rates of the fuel gas E and the oxidant gas A (S5), and determines whether or not a predetermined time has passed (S6). . The predetermined time here is a time during which it is possible to determine whether or not the abnormality of the system power supply PS is instantaneous, and corresponds to the period P3 from time t5 to time t6 or from time t8 to t9 in FIG. In the step of determining whether or not the predetermined time has passed (S6), if the predetermined time has not elapsed, the step of determining whether or not the predetermined time has elapsed (S6) is continued. On the other hand, when a predetermined time has elapsed, it is determined whether or not the abnormality of the system power supply PS has been resolved (S7). The control device 40 determines whether or not the abnormality of the system power supply PS has been resolved based on a signal from the abnormality detector 35. It should be noted that the period from when the abnormality of the system power supply PS is detected until a predetermined time elapses corresponds to the standby process.

系統電源PSの異常が解消したか否かを判断する工程(S7)において、異常が解消した場合、制御装置40は、燃料電池システム1外への電力の供給を再開するために、燃料電池13の発電電力を、系統電源PSの異常が検知される直前(図3における時間t5の直前)の発電電力に向けて回復させる(S8)。なお、系統電源PSの復電による位相変化が生じたときに、ゲートブロックを行ってもよい。このとき、燃料電池13には、系統電源PSの異常が検知される直前の電力を発電させるのに適した流量の燃料ガスE及び酸化剤ガスAが供給されているので、燃料電池13の発電電力は速やかに回復し、復帰要請時間P4内に燃料電池システム1外に供給される電力が復帰要請出力(本実施の形態では系統電源PSの異常が検知される直前の発電電力の80%)まで回復し、以後まもなく系統電源PSの異常が検知される直前の発電電力の100%に回復する。仮に、図3に一点鎖線Qcで示すように、系統電源PSの異常が検知された時間t5から、燃料電池13に供給される燃料ガスE等の流量を、燃料電池13における発電電力の低下に対応させて減少させた場合、系統電源PSの異常が解消した時間t6から燃料電池13の発電電力を回復させようとして燃料電池13に供給される燃料ガスE等の流量を増加させようとしても、改質器11における燃料ガスE生成流量増大の応答の遅れから、燃料電池13に供給される燃料ガスE等の流量はすぐには増加せず、図3に一点鎖線Rcで示すように、復帰要請時間P4内に燃料電池システム1外に供給される電力が復帰要請出力まで回復させることできず、FRT要件を充足することが困難となる。これに対し、本実施の形態に係る燃料電池システム1では、復帰要請時間P4内に燃料電池システム1外に供給される電力が復帰要請出力となるように燃料電池13の発電電力を回復させることができるので、FRT要件を充足することができる。制御装置40は、燃料電池13の発電電力を回復させたら、再び異常監視工程(S3)に戻る。   In the step of determining whether or not the abnormality of the system power supply PS has been resolved (S7), when the abnormality is resolved, the control device 40 restarts the supply of power to the outside of the fuel cell system 1 in order to resume the supply of power to the fuel cell 13. Is recovered toward the generated power immediately before the abnormality of the system power supply PS is detected (immediately before time t5 in FIG. 3) (S8). Note that the gate block may be performed when a phase change occurs due to power recovery of the system power supply PS. At this time, the fuel cell 13 is supplied with the fuel gas E and the oxidant gas A at a flow rate suitable for generating the power immediately before the abnormality of the system power supply PS is detected. The power recovers quickly, and the power supplied to the outside of the fuel cell system 1 within the recovery request time P4 is the recovery request output (in this embodiment, 80% of the generated power immediately before the abnormality of the system power supply PS is detected). It recovers to 100% of the generated power immediately before the abnormality of the system power supply PS is detected shortly thereafter. As shown by a one-dot chain line Qc in FIG. 3, the flow rate of the fuel gas E or the like supplied to the fuel cell 13 is reduced from the time t5 when the abnormality of the system power source PS is detected to decrease the generated power in the fuel cell 13. In the case of a corresponding decrease, even if an attempt is made to increase the flow rate of the fuel gas E or the like supplied to the fuel cell 13 in order to recover the generated power of the fuel cell 13 from the time t6 when the abnormality of the system power supply PS is resolved, The flow rate of the fuel gas E and the like supplied to the fuel cell 13 does not increase immediately due to a delay in the response of the increase in the flow rate of the fuel gas E generation in the reformer 11, but returns as shown by a one-dot chain line Rc in FIG. The power supplied to the outside of the fuel cell system 1 within the requested time P4 cannot be recovered to the return request output, making it difficult to satisfy the FRT requirement. In contrast, in the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the generated power of the fuel cell 13 is recovered so that the power supplied to the outside of the fuel cell system 1 becomes the return request output within the return request time P4. Can meet the FRT requirements. When the control device 40 recovers the power generated by the fuel cell 13, it returns to the abnormality monitoring step (S3) again.

系統電源PSの異常が解消したか否かを判断する工程(S7)において、異常が解消していない場合(図3における時間t9参照)、制御装置40は、インバータ32の出力を停止することで燃料電池システム1外への電力の供給を停止し(S9)、改質器11における燃料ガスEの生成量を減少させることで燃料電池13に供給される燃料ガスEの流量を減少させると共に、燃料電池13に供給される酸化剤ガスAの流量を減少させる(S10)。このとき、改質器11における燃料ガスEの生成を少量として継続すると、改質器11の定常運転を再開する際に立ち上がりを早めることができる。なお、改質器11における燃料ガスEの生成量を減少させることには、燃料ガスEの生成量を0にすることを含み、この場合は改質器11を停止させたことになる。このとき、改質器11における燃料ガスEの生成量を0にして、燃料電池13自体の発電を停止させる。又は、改質器11における燃料ガスEの生成量を少量として、燃料電池システム1の内部に備えられる補機(原料ブロワ22、改質水ポンプ24、酸化剤ガスブロワ27など)において消費可能な程度の電力のみ燃料電池13で発電を継続しながら系統電源PSの異常が解消するまで待機してもよい。以後、燃料電池13における発電を再開する際は、燃料ガス生成工程(S1)から図2に示すフローを行う。   In the step of determining whether or not the abnormality of the system power supply PS has been resolved (S7), if the abnormality has not been resolved (see time t9 in FIG. 3), the control device 40 stops the output of the inverter 32. The supply of electric power to the outside of the fuel cell system 1 is stopped (S9), the flow rate of the fuel gas E supplied to the fuel cell 13 is reduced by reducing the amount of fuel gas E generated in the reformer 11, and The flow rate of the oxidant gas A supplied to the fuel cell 13 is decreased (S10). At this time, if the production of the fuel gas E in the reformer 11 is continued as a small amount, the start-up can be accelerated when the steady operation of the reformer 11 is resumed. Note that reducing the amount of fuel gas E generated in the reformer 11 includes reducing the amount of fuel gas E generated to 0, and in this case, the reformer 11 is stopped. At this time, the generation amount of the fuel gas E in the reformer 11 is set to 0, and the power generation of the fuel cell 13 itself is stopped. Alternatively, the production amount of the fuel gas E in the reformer 11 is reduced to a level that can be consumed in auxiliary equipment (such as the raw material blower 22, the reforming water pump 24, and the oxidant gas blower 27) provided in the fuel cell system 1. It is possible to wait until the abnormality of the system power supply PS is solved while continuing the power generation by the fuel cell 13 only for the power of the power. Thereafter, when the power generation in the fuel cell 13 is resumed, the flow shown in FIG. 2 is performed from the fuel gas generation step (S1).

以上で説明したように、本実施の形態に係る燃料電池システム1によれば、系統電源PSの異常を検知したときに、燃料電池13の発電電力を減少させる一方で、燃料電池13に供給される燃料ガスE(改質器11で生成される燃料ガスE)及び酸化剤ガスAの流量を系統電源PSの異常が検知される直前の流量のまま維持するので、系統電源PSの異常が瞬時的であった場合に、復帰要請時間P4内に、燃料電池システム1外に供給する電力が復帰要請出力となるのに必要な電力まで燃料電池13の発電電力を回復させることができ、FRT要件を充足することができる。加えて、燃料オフガスFe及び酸化剤オフガスFa共に燃焼部15で燃焼させるので、系統電源PSの異常を検知したときに、燃料電池13の発電電力を減少させる一方で、燃料電池13に供給される燃料ガスE及び酸化剤ガスAの流量を系統電源PSの異常が検知される直前の流量のまま維持しても、燃焼部15におけるオフガスFの燃焼を安定的に維持することができる。特に、オフガスFの燃焼熱を改質器11の加熱に利用する場合においては、改質器11が安定的に加熱され、燃料ガスEの生成も安定的に継続されるため、より好適な燃料ガスEの生成状態を維持したまま、燃料電池13の発電電力の回復に備えることができる。   As described above, according to the fuel cell system 1 according to the present embodiment, when the abnormality of the system power supply PS is detected, the generated power of the fuel cell 13 is reduced while being supplied to the fuel cell 13. Since the flow rates of the fuel gas E (fuel gas E generated by the reformer 11) and the oxidant gas A are maintained at the flow rates just before the abnormality of the system power supply PS is detected, the abnormality of the system power supply PS is instantaneous. In the case of the target, the generated power of the fuel cell 13 can be restored to the power required for the power supplied to the outside of the fuel cell system 1 to become the return request output within the return request time P4. Can be satisfied. In addition, since both the fuel off-gas Fe and the oxidant off-gas Fa are burned in the combustion unit 15, when the abnormality of the system power supply PS is detected, the generated power of the fuel cell 13 is reduced while being supplied to the fuel cell 13. Even if the flow rates of the fuel gas E and the oxidant gas A are maintained as they were immediately before the abnormality of the system power supply PS is detected, the combustion of the off gas F in the combustion section 15 can be stably maintained. In particular, when the combustion heat of the offgas F is used for heating the reformer 11, the reformer 11 is stably heated and the generation of the fuel gas E is also stably continued. It is possible to prepare for the recovery of the generated power of the fuel cell 13 while maintaining the generation state of the gas E.

次に図4を参照して本発明の実施の形態の変形例に係る燃料電池システム1Aを説明する。図4は、燃料電池システム1Aの模式的系統図である。燃料電池システム1Aの、燃料電池システム1(図1参照)との異なる点は、系内負荷51が設けられている点である。系内負荷51は、バッテリ(蓄電池)、ヒータ、家庭内の電気機器等を適用することができ、その中でもバッテリを適用すると燃料電池13で発生した電力の利用の自由度が向上することとなり好適である。系内負荷51は、本変形例では、ケーブル59を介して、インバータ32と異常検知器35との間に電気的に接続されているが、この位置への接続に代えて、図4に二点鎖線で示すように、コンバータ31とインバータ32との間、あるいはコンバータ31の上流(燃料電池13とコンバータ31との間)に接続されていてもよい。系内負荷51がバッテリの場合、インバータ32よりも上流側に接続されていると、直流に整流しなくて済むという利点がある。ケーブル59には、リレー55が配設されている。リレー55は、典型的には電磁リレーが用いられる。リレー55は、信号ケーブルを介して制御装置40と接続されており、制御装置40からの信号を受信して回路の開閉を行うことができるように構成されている。以下の説明において、リレー55が開というときは、回路が開いて系内負荷51に電力が供給されない状態となっており、リレー55が閉というときは、回路が閉じて系内負荷51に電力が供給される状態となっているものとする。燃料電池システム1Aの、上記以外の構成は、燃料電池システム1(図1参照)と同様である。   Next, a fuel cell system 1A according to a modification of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic system diagram of the fuel cell system 1A. The fuel cell system 1A is different from the fuel cell system 1 (see FIG. 1) in that an in-system load 51 is provided. As the in-system load 51, a battery (storage battery), a heater, an electric appliance in the home, and the like can be applied. Among them, when the battery is applied, the degree of freedom in using the electric power generated in the fuel cell 13 is improved. It is. In the present modification, the in-system load 51 is electrically connected between the inverter 32 and the abnormality detector 35 via a cable 59. As indicated by a dotted line, the converter 31 may be connected between the inverter 32 and the upstream of the converter 31 (between the fuel cell 13 and the converter 31). When the in-system load 51 is a battery, if it is connected upstream of the inverter 32, there is an advantage that it is not necessary to rectify to direct current. The cable 59 is provided with a relay 55. As the relay 55, an electromagnetic relay is typically used. The relay 55 is connected to the control device 40 via a signal cable, and is configured to receive a signal from the control device 40 and open and close the circuit. In the following description, when the relay 55 is open, the circuit is open and power is not supplied to the system load 51. When the relay 55 is closed, the circuit is closed and power is supplied to the system load 51. Is in a state of being supplied. The other configuration of the fuel cell system 1A is the same as that of the fuel cell system 1 (see FIG. 1).

上述のように構成された燃料電池システム1Aの作用は、図2に示すフローにおいて、燃料ガス生成工程(S1)から、燃料電池13の発電電力を系統電源PSの異常が検知される直前の発電電力に向けて回復させる工程(S8)までは、前述の燃料電池システム1(図1参照)と同じである。しかし、燃料電池システム1(図1参照)と異なり、図2に示すフローの系統電源PSの異常が解消したか否かを判断する工程(S7)において異常が解消していない場合に、燃料電池システム外への電力の供給を停止する工程(S9)及び燃料電池13に供給される燃料ガスE等の流量を減少させる工程(S10)に代えて、以下のように作動する。   The operation of the fuel cell system 1A configured as described above is based on the power generation just before the abnormality of the system power supply PS is detected from the fuel gas generation step (S1) in the flow shown in FIG. The process up to power recovery (S8) is the same as that of the fuel cell system 1 (see FIG. 1). However, unlike the fuel cell system 1 (see FIG. 1), when the abnormality is not resolved in the step (S7) of determining whether or not the abnormality of the system power supply PS of the flow shown in FIG. Instead of the step of stopping the supply of power outside the system (S9) and the step of reducing the flow rate of the fuel gas E and the like supplied to the fuel cell 13 (S10), the operation is as follows.

以下、図5に示すタイムチャートを併せて参照して説明する。図5に示すタイムチャートは、燃料電池システム1Aの運転方法を説明するものであり、時間t1から時間t8までは、図3に示すタイムチャートと同じになっている。燃料電池システム1Aでは、系統電源PSの異常を検知していない通常運転時、及び、系統電源PSの異常を検知してから所定の時間以内に異常が解消して燃料電池13の発電電力を回復させる運転を行う際に、リレー55が開となっている。図2に示すフローにおける系統電源PSの異常が解消したか否かを判断する工程(S7)において異常が解消していない場合(図5における時間t9’参照)、制御装置40は、リレー55を閉にして系内負荷51に燃料電池13で発生した電力を供給できるようにすると共に、燃料電池13の発電電力を、系統電源PSの異常が検知される直前(図5における時間t8の直前)の発電電力に向けて回復させる。このとき、燃料電池13には、系統電源PSの異常が検知される直前の電力を発電させるのに適した流量の燃料ガスE及び酸化剤ガスAが供給されているので、燃料電池13の発電電力は速やかに回復することとなる。つまり、燃料電池システム1Aでは、系統電源PSの異常を検知してから所定の時間が経過しても異常が解消しない場合であっても、改質器11における燃料ガスEの生成量、ひいては燃料電池13に供給される燃料ガスEの流量、並びに、燃料電池13に供給される酸化剤ガスAの流量を減少させることなく、燃料電池13における発電を継続することとしている。燃料電池13で発生した電力が系内負荷51に供給されている際に、系統電源PSの異常が解消した場合、制御装置40は、リレー55を開にし、燃料電池13で発生した電力を燃料電池システム1A外へ供給する。このときに燃料電池システム1A外へ供給される電力は、系統電源PSの異常が検知される直前の発電電力と同等になっているので、FRT要件で求められるのと同等以上の短時間で速やかに燃料電池システム1A外へ電力の供給を再開することができる。なお、系統電源PSの異常が解消して燃料電池システム1A外へ電力が供給されることとなったら、図2に示すフローの異常監視工程(S3)に戻ればよい。   Hereinafter, description will be made with reference to the time chart shown in FIG. The time chart shown in FIG. 5 explains the operation method of the fuel cell system 1A, and the time chart from time t1 to time t8 is the same as the time chart shown in FIG. In the fuel cell system 1A, during normal operation in which no abnormality of the system power supply PS is detected and within a predetermined time after the abnormality of the system power supply PS is detected, the abnormality is resolved and the generated power of the fuel cell 13 is recovered. When performing the operation to be performed, the relay 55 is opened. When the abnormality has not been resolved in the step (S7) of determining whether or not the abnormality of the system power supply PS in the flow shown in FIG. 2 has been resolved (see time t9 ′ in FIG. 5), the control device 40 turns on the relay 55. The system is closed so that the power generated by the fuel cell 13 can be supplied to the in-system load 51, and the generated power of the fuel cell 13 is set just before the abnormality of the system power supply PS is detected (immediately before time t8 in FIG. 5). Recover toward the generated power. At this time, the fuel cell 13 is supplied with the fuel gas E and the oxidant gas A at a flow rate suitable for generating the power immediately before the abnormality of the system power supply PS is detected. Electricity will recover quickly. That is, in the fuel cell system 1A, the amount of fuel gas E generated in the reformer 11, and thus the fuel, even if the abnormality is not resolved even after a predetermined time has elapsed since the abnormality of the system power supply PS is detected. Power generation in the fuel cell 13 is continued without decreasing the flow rate of the fuel gas E supplied to the battery 13 and the flow rate of the oxidant gas A supplied to the fuel cell 13. When the power generated in the fuel cell 13 is supplied to the in-system load 51 and the abnormality of the system power supply PS is resolved, the control device 40 opens the relay 55 and uses the power generated in the fuel cell 13 as fuel. Supply outside battery system 1A. Since the power supplied to the outside of the fuel cell system 1A at this time is equivalent to the generated power immediately before the abnormality of the system power supply PS is detected, it can be quickly performed in a time shorter than or equal to that required by the FRT requirement. In addition, the supply of power to the outside of the fuel cell system 1A can be resumed. Note that when the abnormality of the system power supply PS is resolved and power is supplied to the outside of the fuel cell system 1A, the process may return to the flow abnormality monitoring step (S3) shown in FIG.

以上で説明したように、本変形例に係る燃料電池システム1Aによれば、系統電源PSの異常を検知してから所定の時間が経過しても異常が解消しない場合に、燃料電池13に供給される燃料ガスE及び酸化剤ガスAの流量を減少させずに、燃料電池13の発電電力を回復させるので、系統電源PSの異常が解消したか否かにかかわらず、系統電源PSの異常を検知する前の出力で燃料電池13の運転を継続させることができ、系統電源PSの異常が解消した際に、系統電源PSの異常が検知される直前の発電電力と同等の電力を燃料電池システム1A外へ供給することができて、燃料電池システム1A外へ電力の供給を速やかに再開することができる。   As described above, according to the fuel cell system 1A according to the present modification, the fuel cell system 1A supplies the fuel cell 13 when the abnormality is not resolved even after a predetermined time has elapsed since the abnormality of the system power supply PS is detected. The generated power of the fuel cell 13 is recovered without reducing the flow rates of the fuel gas E and the oxidant gas A, so that the abnormality of the system power supply PS can be detected regardless of whether or not the abnormality of the system power supply PS has been resolved. The operation of the fuel cell 13 can be continued with the output before the detection, and when the abnormality of the system power source PS is resolved, the fuel cell system generates power equivalent to the generated power immediately before the abnormality of the system power source PS is detected. 1A can be supplied to the outside, and the supply of power to the outside of the fuel cell system 1A can be promptly restarted.

以上の説明では、改質器11が水蒸気改質反応を行うこととしたが、部分酸化改質反応を行うように構成されていてもよい。改質器11が部分酸化改質反応を行う構成の場合、改質器11には改質水Wに代えて改質用酸化剤が供給されることになるため、改質水ポンプ24が配設された改質水管23に代えて、改質用酸化剤ブロワが配設された改質用酸化剤ガス管が改質器11に接続されることとなる。   In the above description, the reformer 11 performs the steam reforming reaction. However, the reformer 11 may be configured to perform the partial oxidation reforming reaction. In the case where the reformer 11 is configured to perform the partial oxidation reforming reaction, the reformer 11 is supplied with the reforming oxidant instead of the reforming water W. Instead of the reforming water pipe 23 provided, a reforming oxidant gas pipe provided with a reforming oxidant blower is connected to the reformer 11.

以上の説明では、燃料電池13が円筒型のSOFCであるとしたが、プレート型(平型)であってもよい。また、燃焼部15が、改質器11と燃料電池13との間の空間に形成される構造であることとしたが、燃焼部15は、オフガスFを燃焼させるバーナを有する燃焼装置として構成されていてもよい。また、改質器11及び燃料電池13が筐体に収容されて構成されていることとしたが、改質器11が筐体の外部に設置されるように構成されていてもよい。この場合、燃焼部15における燃焼により生じた排ガスを改質器11の近傍に供給することで、排ガスの熱を改質器11の加熱に利用することができる。なお、改質器11において加熱を必要としない改質触媒を用いる場合は、燃焼部15における燃焼により生じた排ガスと改質器11との熱の受け渡しは考慮しなくてもよい。   In the above description, the fuel cell 13 is a cylindrical SOFC, but it may be a plate type (flat type). In addition, the combustion unit 15 has a structure formed in the space between the reformer 11 and the fuel cell 13, but the combustion unit 15 is configured as a combustion device having a burner that burns off-gas F. It may be. Further, the reformer 11 and the fuel cell 13 are configured to be accommodated in the casing, but the reformer 11 may be configured to be installed outside the casing. In this case, the heat of the exhaust gas can be used for heating the reformer 11 by supplying the exhaust gas generated by the combustion in the combustion unit 15 to the vicinity of the reformer 11. When a reforming catalyst that does not require heating is used in the reformer 11, it is not necessary to consider the heat transfer between the exhaust gas generated by the combustion in the combustion unit 15 and the reformer 11.

以上の説明では、異常監視工程(S3)において異常検知器35が系統電源PSの異常を検知したときに、燃料電池13の発電電力を減少させる一方で、燃料電池13に供給される燃料ガスEの流量(改質器11における燃料ガスEの生成流量を含む)及び酸化剤ガスAの流量を、所定の時間にわたって系統電源PSの異常が検知される直前の流量に維持することとしたが、燃料電池13に供給される燃料ガスE及び酸化剤ガスAの流量は、所定の時間にわたって「実質的に」系統電源PSの異常が検知される直前の流量に維持することとしてもよい。実質的に系統電源PSの異常が検知される直前の流量に維持するとは、系統電源PSの異常が瞬時的なものであった場合に、異常の解消後に直ちに(復帰要請時間P4内に)異常検知前に燃料電池システム1外に供給していた電力を出力するのに必要な電力まで燃料電池13の発電電力を回復できる範囲において、燃料電池13に供給される燃料ガスEの流量(これに付随する改質器11供給される原料D及び改質水Wの流量も含む)及び酸化剤ガスAの流量の増減を許容することを意味している。   In the above description, when the abnormality detector 35 detects an abnormality of the system power supply PS in the abnormality monitoring step (S3), the fuel gas E supplied to the fuel cell 13 is reduced while the generated power of the fuel cell 13 is reduced. The flow rate (including the production flow rate of the fuel gas E in the reformer 11) and the flow rate of the oxidant gas A are maintained at the flow rate immediately before the abnormality of the system power supply PS is detected for a predetermined time. The flow rates of the fuel gas E and the oxidant gas A supplied to the fuel cell 13 may be maintained at the flow rates just before the abnormality of the system power supply PS is detected for a predetermined time. Maintaining the flow rate substantially immediately before the abnormality of the system power supply PS is detected means that, when the abnormality of the system power supply PS is instantaneous, the abnormality is immediately after the abnormality is resolved (within the return request time P4). The flow rate of the fuel gas E supplied to the fuel cell 13 (to this) within a range in which the generated power of the fuel cell 13 can be recovered to the power necessary to output the power supplied to the outside of the fuel cell system 1 before the detection. This also means that the flow rate of the oxidant gas A and the flow rate of the raw material D and the reforming water W supplied to the accompanying reformer 11 are allowed.

以上の説明では、異常監視工程(S3)において異常検知器35が系統電源PSの異常を検知したときに、燃料電池13の発電電力を減少させる一方で、燃料電池13に供給される燃料ガスEの流量(改質器11における燃料ガスEの生成流量を含む)及び酸化剤ガスAの流量を、所定の時間にわたって系統電源PSの異常が検知される直前の流量に維持することとしたが、復帰要請時間内に、燃料電池システム1外に供給する電力が復帰要請出力となるのに必要な電力を燃料電池13で発電するのに必要な流量とすれば足りることは上述の通りである。復帰要請出力が比較的小さい場合は、燃料ガスE及び酸化剤ガスAの流量を調節する工程(S5)において燃料ガスE及び酸化剤ガスAの流量を減少させることで原料消費量や補機を作動させる消費電力を削減可能な量が比較的大きくなる。他方、燃料電池13の発電電力を減少させる一方で、燃料電池13に供給される燃料ガスEの流量(改質器11における燃料ガスEの生成流量を含む)及び酸化剤ガスAの流量を、系統電源PSの異常が検知される直前の流量に維持することとした場合は、図2に示すフローにおける燃料ガスE及び酸化剤ガスAの流量を調節する工程(S5)を省略することが可能となり、制御を簡素化することができる。   In the above description, when the abnormality detector 35 detects an abnormality of the system power supply PS in the abnormality monitoring step (S3), the fuel gas E supplied to the fuel cell 13 is reduced while the generated power of the fuel cell 13 is reduced. The flow rate (including the production flow rate of the fuel gas E in the reformer 11) and the flow rate of the oxidant gas A are maintained at the flow rate immediately before the abnormality of the system power supply PS is detected for a predetermined time. As described above, it is sufficient that the electric power supplied to the outside of the fuel cell system 1 within the return request time is a flow rate required to generate the power required for the fuel cell 13 to generate the return request output. If the return request output is relatively small, the flow rate of the fuel gas E and the oxidant gas A is adjusted in the step (S5) of adjusting the flow rate of the fuel gas E and the oxidant gas A, thereby reducing the raw material consumption and auxiliary equipment The amount of power consumption that can be reduced is relatively large. On the other hand, while reducing the generated power of the fuel cell 13, the flow rate of the fuel gas E supplied to the fuel cell 13 (including the generation flow rate of the fuel gas E in the reformer 11) and the flow rate of the oxidant gas A are When it is decided to maintain the flow rate immediately before the abnormality of the system power supply PS is detected, the step (S5) of adjusting the flow rates of the fuel gas E and the oxidant gas A in the flow shown in FIG. 2 can be omitted. Thus, the control can be simplified.

1 燃料電池システム
11 改質器
13 燃料電池
15 燃焼部
35 異常検知器
40 制御装置
A 酸化剤ガス
D 原料
E 燃料ガス
F オフガス
Fe 燃料オフガス
Fa 酸化剤オフガス
PS 系統電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 11 Reformer 13 Fuel cell 15 Combustion part 35 Abnormality detector 40 Control apparatus A Oxidant gas D Raw material E Fuel gas F Off gas Fe Fuel off gas Fa Oxidant off gas PS System power supply

Claims (5)

系統電源に連系された燃料電池システムであって;
前記燃料電池システム外に供給する電力を発生させる燃料電池と;
導入した原料を、前記燃料電池へ供給される燃料ガスに改質する改質器と;
前記系統電源の異常を検知する異常検知部と;
前記異常検知部が前記系統電源の異常を検知したときに、前記燃料電池の発電電力を減少させる一方で、前記改質器における前記燃料ガスの生成流量を、前記系統電源の異常が解消した場合に前記燃料電池システム外に供給することが求められる電力である復帰要請出力を前記燃料電池で発電するのに必要な流量に調節して、所定の時間にわたって維持する制御を行う制御部とを備え;
前記燃料電池が、酸化剤ガスと前記燃料ガスとを導入して発電する固体酸化物形燃料電池で構成され;
前記燃料電池に供給された前記燃料ガスのうち発電に利用されなかったガスである燃料オフガスと、前記燃料電池に供給された前記酸化剤ガスのうち発電に利用されなかったガスである酸化剤オフガスと、を導入して前記燃料オフガスを燃焼させる燃焼部をさらに備え;
前記制御部が、前記異常検知部が前記系統電源の異常を検知したときに、前記燃料電池に供給される前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの流量を、前記復帰要請出力を前記燃料電池で発電するのに必要な流量に調節して、所定の時間にわたって維持する制御を行うように構成された;
燃料電池システム。
A fuel cell system linked to a grid power source;
A fuel cell for generating electric power to be supplied to the outside of the fuel cell system;
A reformer for reforming the introduced raw material into a fuel gas supplied to the fuel cell;
An abnormality detection unit for detecting an abnormality of the system power supply;
When the abnormality detection unit detects an abnormality in the system power supply, the generated power of the fuel cell is reduced while the generation flow rate of the fuel gas in the reformer is resolved. And a control unit for adjusting a return request output, which is electric power required to be supplied to the outside of the fuel cell system, to a flow rate necessary for power generation by the fuel cell and maintaining it for a predetermined time. Huh;
The fuel cell comprises a solid oxide fuel cell that generates electricity by introducing an oxidant gas and the fuel gas;
Of the fuel gas supplied to the fuel cell, a fuel off gas which is a gas not used for power generation, and among the oxidant gas supplied to the fuel cell, an oxidant off gas which is a gas not used for power generation And further comprising a combustion part for burning the fuel off gas by introducing
When the abnormality detection unit detects an abnormality in the system power supply, the control unit generates a flow rate of the fuel gas and the oxidant gas supplied to the fuel cell, and generates a return request output by the fuel cell. Configured to adjust to the flow rate necessary to maintain and maintain for a predetermined time;
Fuel cell system.
前記制御部が、前記異常検知部が前記系統電源の異常を検知してから前記所定の時間が経過しても前記系統電源の異常が解消しないときに、前記燃料電池システム外への電力の供給を停止させると共に、前記改質器における前記燃料ガスの生成流量を減少させる制御を行うように構成された;
請求項1に記載の燃料電池システム。
Supplying power to the outside of the fuel cell system when the abnormality of the system power source is not resolved even after the predetermined time has elapsed after the abnormality detection unit detects the abnormality of the system power source. And a control for reducing the flow rate of the fuel gas generated in the reformer;
The fuel cell system according to claim 1.
前記燃料電池システムが前記燃料電池で発生した電力を外部へ供給していないときに前記燃料電池で発生した電力を利用可能な系内負荷を備え;
前記制御部が、前記異常検知部が前記系統電源の異常を検知してから前記所定の時間が経過しても前記系統電源の異常が解消しないときに、前記燃料電池の発電電力を回復させて前記燃料電池で発生した電力を前記系内負荷に供給する制御を行うように構成された;
請求項1に記載の燃料電池システム。
An in-system load that can use the power generated in the fuel cell when the fuel cell system is not supplying the power generated in the fuel cell to the outside;
The control unit restores the generated power of the fuel cell when the abnormality of the system power source is not resolved even after the predetermined time has elapsed after the abnormality detection unit detects the abnormality of the system power source. Configured to perform control to supply power generated in the fuel cell to the in-system load;
The fuel cell system according to claim 1.
前記燃料電池から前記燃料オフガスが導出される部分の上部に前記改質器が配置され、前記燃料電池と前記改質器との間の空間が前記燃焼部に構成された;  The reformer is disposed above a portion where the fuel off gas is led out from the fuel cell, and a space between the fuel cell and the reformer is formed in the combustion unit;
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。  The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3.
系統電源に連系された燃料電池システムを運転する方法であって;
前記燃料電池システム外に供給する電力を、酸化剤ガスと燃料ガスとを導入して発電する固体酸化物形の燃料電池で発電する発電工程と;
前記燃料電池に供給する前記燃料ガスを生成する燃料ガス生成工程と;
前記燃料電池に供給された前記燃料ガスのうち発電に利用されなかったガスである燃料オフガスと、前記燃料電池に供給された前記酸化剤ガスのうち発電に利用されなかったガスである酸化剤オフガスと、を燃焼部に導入して前記燃料オフガスを燃焼させる燃焼工程と;
前記系統電源の異常の有無を監視する異常監視工程と;
前記異常監視工程において前記系統電源の異常を検知したときに、前記燃料電池の発電電力を減少させる一方で、前記燃料ガス生成工程における前記燃料ガスの生成流量を、前記系統電源の異常が解消した場合に前記燃料電池システム外に供給することが求められる電力である復帰要請出力を前記燃料電池で発電するのに必要な流量に調節し、かつ、前記燃料電池に供給される前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスの流量を、前記復帰要請出力を前記燃料電池で発電するのに必要な流量に調節し、所定の時間にわたって維持して、前記系統電源の異常の解消を待機する待機工程とを備える;
燃料電池システムの運転方法。
A method of operating a fuel cell system linked to a grid power source;
A power generation step of generating electric power to be supplied outside the fuel cell system with a solid oxide fuel cell that generates power by introducing an oxidant gas and a fuel gas ;
A fuel gas generating step of generating the fuel gas supplied to the fuel cell;
Of the fuel gas supplied to the fuel cell, a fuel off gas which is a gas not used for power generation, and among the oxidant gas supplied to the fuel cell, an oxidant off gas which is a gas not used for power generation And a combustion step of burning the fuel off gas by introducing into the combustion section;
An abnormality monitoring step of monitoring the presence or absence of abnormality of the system power supply;
When the abnormality of the system power supply is detected in the abnormality monitoring step, the generated power of the fuel cell is reduced, while the generation flow rate of the fuel gas in the fuel gas generation step is solved by the abnormality of the system power supply. In this case, a return request output, which is power required to be supplied to the outside of the fuel cell system, is adjusted to a flow rate necessary for generating power by the fuel cell , and the fuel gas supplied to the fuel cell and the fuel cell A standby step of adjusting the flow rate of the oxidant gas to a flow rate required for generating the return request output by the fuel cell, maintaining the output for a predetermined time, and waiting for resolution of the abnormality of the system power supply. ;
Operation method of fuel cell system.
JP2014058948A 2013-03-29 2014-03-20 FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM Active JP5837957B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014058948A JP5837957B2 (en) 2013-03-29 2014-03-20 FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013074211 2013-03-29
JP2013074211 2013-03-29
JP2014058948A JP5837957B2 (en) 2013-03-29 2014-03-20 FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014209464A JP2014209464A (en) 2014-11-06
JP5837957B2 true JP5837957B2 (en) 2015-12-24

Family

ID=51903564

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014058948A Active JP5837957B2 (en) 2013-03-29 2014-03-20 FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5837957B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6844618B2 (en) * 2016-05-18 2021-04-07 株式会社村田製作所 Power supply device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09261969A (en) * 1996-03-22 1997-10-03 Mitsubishi Electric Corp Inverter device
JP3889553B2 (en) * 2000-06-23 2007-03-07 三洋電機株式会社 Method and apparatus for controlling fuel cell system
JP5086571B2 (en) * 2006-06-27 2012-11-28 株式会社荏原製作所 Fuel cell system
JP2008176943A (en) * 2007-01-16 2008-07-31 Ebara Ballard Corp Fuel cell system
JP5382767B2 (en) * 2008-10-03 2014-01-08 一般財団法人電力中央研究所 Fuel cell power generation system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014209464A (en) 2014-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2124282B1 (en) Reformer system, fuel cell system, and their operation method
JP5086571B2 (en) Fuel cell system
TWI422095B (en) A reformer system, a fuel cell system and a method of operation
JP5422780B1 (en) Fuel cell system
JP6306327B2 (en) Solid oxide fuel cell system
US20130316257A1 (en) Fuel cell system
JP6174578B2 (en) Solid oxide fuel cell system
WO2012091121A1 (en) Fuel cell system
JP5837957B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING FUEL CELL SYSTEM
US8778547B2 (en) Power generating system
JP4902165B2 (en) Fuel cell reformer and fuel cell system comprising the fuel cell reformer
JP2008217999A (en) Operation method of high temperature type fuel cell system
JP2009283278A (en) Fuel cell system
JP2013143212A (en) Fuel cell power generation system and operation method thereof
JP2017162655A (en) Fuel cell system
JP4917791B2 (en) Fuel cell system
JPWO2012091030A1 (en) Fuel cell system
JP2015056219A (en) Fuel cell system, and method of operating the same
JP2017016816A (en) Fuel cell system, stop method for fuel cell system, and power production method
JP2023149030A (en) Heat source machine system and method for operating heat source machine system
JP2023149029A (en) Heat source machine system and method for operating heat source machine system
KR101275489B1 (en) Operation method of fuel cell system
JP2008214121A (en) Hydrogen generator and fuel cell system using it
JP5248068B2 (en) Fuel cell system
JP2015170420A (en) Control device and fuel battery system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150623

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20150623

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20150715

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20150722

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150728

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150925

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20151020

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20151106

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5837957

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R360 Written notification for declining of transfer of rights

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360

R371 Transfer withdrawn

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350