JP6399953B2

JP6399953B2 - Fuel cell module

Info

Publication number: JP6399953B2
Application number: JP2015045462A
Authority: JP
Inventors: 和也三輪; 武藤　剛; 剛武藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-03-09
Filing date: 2015-03-09
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2035-03-09
Also published as: JP2016167338A

Description

本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を複数積層した燃料電池スタックを備える燃料電池モジュールに関する。 The present invention relates to a fuel cell module including a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that generate power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas are stacked.

通常、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は、固体電解質に酸化物イオン導電体、例えば、安定化ジルコニアを用いている。固体電解質の両側にアノード電極とカソード電極とを配設した電解質・電極接合体（以下、ＭＥＡともいう）は、セパレータ（バイポーラ板）によって挟持されている。燃料電池は、通常、電解質・電極接合体とセパレータとが所定数だけ積層された燃料電池スタックとして使用されている。 Usually, a solid oxide fuel cell (SOFC) uses an oxide ion conductor, for example, stabilized zirconia, as a solid electrolyte. An electrolyte / electrode assembly (hereinafter also referred to as MEA) in which an anode electrode and a cathode electrode are disposed on both sides of a solid electrolyte is sandwiched between separators (bipolar plates). A fuel cell is usually used as a fuel cell stack in which a predetermined number of electrolyte / electrode assemblies and separators are stacked.

ＳＯＦＣでは、運転温度が比較的高温に設定されており、始動時には、改質器等の周辺機器及び燃料電池スタック本体を所望の温度に暖機する必要がある。この種の暖機方式としては、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムとその運転方法が知られている。 In the SOFC, the operation temperature is set to a relatively high temperature, and it is necessary to warm up peripheral devices such as a reformer and the fuel cell stack body to a desired temperature at the time of startup. As this type of warm-up system, for example, a fuel cell system disclosed in Patent Document 1 and an operation method thereof are known.

この燃料電池システムでは、燃料電池に接して該燃料電池の温度を調整する熱媒層と、反応ガスを燃焼させて熱を発生させる燃焼器とが配置された燃料電池スタックを備えている。そして、燃料電池への水素供給流路上には、燃焼器に接続された水素供給分岐流路に対し水素を流量調整して流すことが可能な三方流量制御弁が配設されている。 This fuel cell system includes a fuel cell stack in which a heat medium layer that adjusts the temperature of the fuel cell in contact with the fuel cell and a combustor that generates heat by burning a reaction gas are disposed. On the hydrogen supply channel to the fuel cell, a three-way flow control valve capable of adjusting the flow rate of hydrogen to the hydrogen supply branch channel connected to the combustor is disposed.

そこで、三方流量制御弁を介して燃焼器に所定流量の水素を供給し、この水素を前記燃焼器で燃焼させることによって、燃料電池スタック内の熱媒を暖めることができ、ひいては燃料電池スタックを暖めることができる、としている。 Therefore, by supplying a predetermined flow rate of hydrogen to the combustor via the three-way flow control valve and burning this hydrogen in the combustor, the heat medium in the fuel cell stack can be warmed, and the fuel cell stack is eventually It can be warmed.

特開２００４−３１９３６３号公報JP 2004-319363 A

本発明は、この種の技術に関連してなされたものであり、簡単且つ安価な三方弁を用いるとともに、部品点数を可及的に削減して構成の簡素化を図ることが可能な燃料電池モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in connection with this type of technology, and uses a simple and inexpensive three-way valve and can reduce the number of parts as much as possible to simplify the configuration of the fuel cell. The purpose is to provide modules.

本発明に係る燃料電池モジュールは、燃料電池スタック、改質器、排ガス燃焼器及び起動用燃焼器を備えている。燃料電池スタックは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を複数積層している。 The fuel cell module according to the present invention includes a fuel cell stack, a reformer, an exhaust gas combustor, and a start-up combustor. In the fuel cell stack, a plurality of fuel cells that generate power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas are stacked.

改質器は、炭化水素を主体とする原燃料を改質し、燃料電池スタックに供給される燃料ガスを生成している。排ガス燃焼器は、燃料電池スタックから排出される燃料ガスである燃料排ガスと酸化剤ガスである酸化剤排ガスとを燃焼させ、燃焼排ガスを発生させている。起動用燃焼器は、原燃料と酸化剤ガスとを燃焼させて燃焼ガスを発生させている。 The reformer reforms raw fuel mainly composed of hydrocarbons, and generates fuel gas to be supplied to the fuel cell stack. The exhaust gas combustor burns fuel exhaust gas that is fuel gas discharged from the fuel cell stack and oxidant exhaust gas that is oxidant gas, and generates combustion exhaust gas. The start-up combustor burns raw fuel and oxidant gas to generate combustion gas.

この燃料電池モジュールは、起動用燃焼器に原燃料を供給する第１燃料供給流路と、改質器に前記原燃料を供給する第２燃料供給流路と、を備えている。燃料電池モジュールは、第１燃料供給流路又は第２燃料供給流路の一方のみに原燃料を供給するための三方弁と、原燃料供給流路と、を備えている。原燃料供給流路には、三方弁を介して第１燃料供給流路及び第２燃料供給流路が合流されるとともに、該三方弁の上流に遮断弁が配置されている。 The fuel cell module includes a first fuel supply channel that supplies raw fuel to the start-up combustor, and a second fuel supply channel that supplies the raw fuel to the reformer. The fuel cell module includes a three-way valve for supplying raw fuel to only one of the first fuel supply flow path and the second fuel supply flow path, and the raw fuel supply flow path. In the raw fuel supply flow path, the first fuel supply flow path and the second fuel supply flow path are joined via a three-way valve, and a shut-off valve is disposed upstream of the three-way valve.

三方弁は、共通ポート、開放ポート及び閉塞ポートを有している。共通ポートは、非通電時及び通電時に常に開放されるとともに、遮断弁に接続されている。開放ポートは、非通電時に開放される一方、通電時に閉塞されるとともに、第１燃料供給流路又は第２燃料供給流路に繋がっている。閉塞ポートは、非通電時に閉塞される一方、通電時に開放されるとともに、第２燃料供給流路又は第１燃料供給流路に繋がっている。そして、開放ポートの下流には、流体の逆流を阻止する逆止弁が配設され、且つ、閉塞ポートの下流には、前記逆止弁が設けられていない。 The three-way valve has a common port, an open port, and a closed port. The common port is always opened when de-energized and energized, and is connected to a shut-off valve. The open port is opened when not energized, is closed when energized, and is connected to the first fuel supply channel or the second fuel supply channel. The closed port is closed when not energized, is opened when energized, and is connected to the second fuel supply channel or the first fuel supply channel. A check valve for preventing the back flow of fluid is disposed downstream of the open port, and the check valve is not provided downstream of the closing port.

また、この燃料電池モジュールでは、原燃料供給流路には、原燃料の流量を計測する流量センサと、前記原燃料に含まれる硫黄成分を除去する脱硫器とが、遮断弁と三方弁との間に位置して配置されることが好ましい。 Further, in this fuel cell module, the raw fuel supply flow path includes a flow sensor for measuring the flow rate of the raw fuel and a desulfurizer for removing sulfur components contained in the raw fuel, with a shut-off valve and a three-way valve. It is preferable that they are arranged in between.

三方弁は、閉塞ポート自体により水分の逆流を阻止する一方、開放ポートの下流に設けられた逆止弁により前記水分の逆流を阻止することが可能である。従って、三方弁は、簡単な構成で、水分の逆流による流量センサ及び脱硫器への影響を確実に防止することができる。 The three-way valve can prevent the backflow of moisture by the blocking port itself, and can prevent the backflow of the water by a check valve provided downstream of the open port. Therefore, the three-way valve can reliably prevent the flow sensor and the desulfurizer from being affected by the backflow of moisture with a simple configuration.

さらに、この燃料電池モジュールでは、排ガス燃焼器で発生する燃焼排ガスを起動用燃焼器に供給するとともに、前記起動用燃焼器で発生する燃焼ガス及び前記燃焼排ガスが流通する排ガス流路を備えることが好ましい。その際、開放ポートには、起動用燃焼器が配置される第１燃料供給流路が接続される一方、閉塞ポートには、改質器が配置される第２燃料供給流路が接続されることが好ましい。 Further, the fuel cell module includes an exhaust gas flow path through which the combustion exhaust gas generated in the exhaust gas combustor is supplied to the startup combustor and the combustion gas generated in the startup combustor and the combustion exhaust gas circulate. preferable. At that time, a first fuel supply flow path in which the start-up combustor is disposed is connected to the open port, and a second fuel supply flow path in which the reformer is disposed is connected to the closed port. It is preferable.

これにより、三方弁の劣化によって原燃料の漏れが発生した際、第１燃料供給流路に配置されている逆止弁の開弁圧が抵抗として機能し、起動用燃焼器側に前記原燃料が流れることを阻止することができる。このため、起動時以外に起動用燃焼器に原燃料が供給されることがなく、前記原燃料が無駄に排気されることを確実に抑制することが可能になる。 Thus, when the raw fuel leaks due to the deterioration of the three-way valve, the valve opening pressure of the check valve arranged in the first fuel supply flow path functions as a resistance, and the raw fuel is introduced to the start-up combustor side. Can be prevented from flowing. For this reason, the raw fuel is not supplied to the start-up combustor except during the start-up, and it is possible to reliably prevent the raw fuel from being exhausted wastefully.

さらにまた、排ガス流路には、燃焼ガス又は燃焼排ガスとの熱交換により酸化剤ガスを昇温させるとともに、燃料電池スタックに昇温された前記酸化剤ガスを供給する空気予熱器を備えることが好ましい。その際、起動用燃焼器は、燃焼ガス及び燃焼排ガスを空気予熱器に供給することが好ましい。従って、起動時及び運転時にも、空気予熱器に熱エネルギを供給することができ、酸化剤ガスを良好に昇温させることが可能になる。 Furthermore, the exhaust gas flow path may be provided with an air preheater that raises the temperature of the oxidant gas by heat exchange with the combustion gas or the combustion exhaust gas and supplies the heated oxidant gas to the fuel cell stack. preferable. At that time, the start-up combustor preferably supplies combustion gas and combustion exhaust gas to the air preheater. Therefore, thermal energy can be supplied to the air preheater at the time of start-up and operation, and the temperature of the oxidant gas can be raised satisfactorily.

また、第２燃料供給流路から排ガス流路の一部及び第１燃料供給流路に連なる燃料系流通路を有し、前記燃料系流通路には、少なくとも改質器、燃料電池スタック、排ガス燃焼器及び起動用燃焼器が配置されることが好ましい。その際、逆止弁の開弁圧は、燃料系流通路の全圧力損失よりも大きな圧力に設定されることが好ましい。これにより、三方弁の劣化によって第１燃料供給流路に原燃料の漏れが発生した際、前記第１燃料供給流路に配置されている逆止弁の開弁圧は、抵抗として機能する。このため、起動用燃焼器側に原燃料が供給されることを可及的に抑制することができ、前記原燃料を効率的且つ経済的に使用することが可能になる。 In addition, a fuel system flow passage is connected from the second fuel supply flow path to a part of the exhaust gas flow path and the first fuel supply flow path. The fuel flow path includes at least a reformer, a fuel cell stack, and exhaust gas. A combustor and a start-up combustor are preferably arranged. At this time, the valve opening pressure of the check valve is preferably set to a pressure larger than the total pressure loss of the fuel system flow passage. Thus, when the raw fuel leaks in the first fuel supply flow path due to the deterioration of the three-way valve, the valve opening pressure of the check valve disposed in the first fuel supply flow path functions as a resistance. For this reason, it can suppress as much as possible that raw fuel is supplied to the starting combustor side, and it becomes possible to use the said raw fuel efficiently and economically.

本発明によれば、三方弁の開放ポートの下流には、流体の逆流を阻止する逆止弁が配設されている。このため、特に燃料電池モジュールの停止時に、燃料電池スタックからの水分（水蒸気）が、原燃料供給流路に入り込むことを可及的に抑制することができる。しかも、閉塞ポートの下流には、逆止弁が設けられていない。従って、簡単且つ安価な三方弁を用いるとともに、部品点数を可及的に削減して構成の簡素化を図ることが可能になる。 According to the present invention, the check valve for preventing the back flow of the fluid is disposed downstream of the open port of the three-way valve. For this reason, it is possible to suppress as much as possible the moisture (water vapor) from the fuel cell stack from entering the raw fuel supply channel, particularly when the fuel cell module is stopped. Moreover, no check valve is provided downstream of the blocking port. Accordingly, a simple and inexpensive three-way valve can be used, and the number of parts can be reduced as much as possible to simplify the configuration.

本発明の実施形態に係る燃料電池モジュールの概略構成説明図である。It is a schematic structure explanatory view of a fuel cell module concerning an embodiment of the present invention. 前記燃料電池モジュールの流体流れ状態を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the fluid flow state of the said fuel cell module. 前記燃料電池モジュールの要部概略説明図である。It is a principal part schematic explanatory drawing of the said fuel cell module. 比較例１の概略説明図である。6 is a schematic explanatory diagram of Comparative Example 1. FIG. 比較例２の概略説明図である。10 is a schematic explanatory diagram of Comparative Example 2. FIG. 三方弁に漏れが発生した際の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing when a leak generate | occur | produces in a three-way valve.

図１に示すように、本発明の実施形態に係る燃料電池モジュール１０は、定置用の他、車載用等の種々の用途に用いられる。燃料電池モジュール１０は、燃料電池ユニット１２を備え、前記燃料電池ユニット１２が筐体１４内に収容される。 As shown in FIG. 1, the fuel cell module 10 according to the embodiment of the present invention is used for various uses such as in-vehicle use as well as stationary use. The fuel cell module 10 includes a fuel cell unit 12, and the fuel cell unit 12 is accommodated in a housing 14.

図１及び図２に示すように、燃料電池ユニット１２は、燃料電池スタック１６、改質器１８、空気予熱器２０、排ガス燃焼器２２、起動用燃焼器２４、蒸発器２６、排気触媒昇温器２８及び排気触媒３０を備える。 As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell unit 12 includes a fuel cell stack 16, a reformer 18, an air preheater 20, an exhaust gas combustor 22, an activation combustor 24, an evaporator 26, and an exhaust catalyst temperature rise. And an exhaust catalyst 30.

燃料電池スタック１６は、燃料ガス（水素ガスにメタン、一酸化炭素が混合した気体）と酸化剤ガス（空気）との電気化学反応により発電する。燃料電池スタック１６は、図１に示すように、平板状の固体酸化物形燃料電池３２を備え、複数の前記燃料電池３２は、鉛直方向（矢印Ａ方向）又は水平方向（矢印Ｂ方向）に積層される。 The fuel cell stack 16 generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas (a gas obtained by mixing methane and carbon monoxide with hydrogen gas) and an oxidant gas (air). As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 16 includes a flat solid oxide fuel cell 32. The plurality of fuel cells 32 are arranged in the vertical direction (arrow A direction) or in the horizontal direction (arrow B direction). Laminated.

燃料電池３２は、例えば、安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電体で構成される電解質の両面に、カソード電極及びアノード電極が設けられた電解質・電極接合体（ＭＥＡ）を備える。電解質・電極接合体の両側には、カソードセパレータとアノードセパレータとが配設される。カソードセパレータには、カソード電極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路が形成されるとともに、アノードセパレータには、アノード電極に燃料ガスを供給する燃料ガス流路が形成される。 The fuel cell 32 includes, for example, an electrolyte / electrode assembly (MEA) in which a cathode electrode and an anode electrode are provided on both surfaces of an electrolyte composed of an oxide ion conductor such as stabilized zirconia. A cathode separator and an anode separator are disposed on both sides of the electrolyte / electrode assembly. The cathode separator is formed with an oxidant gas flow path for supplying oxidant gas to the cathode electrode, and the anode separator is formed with a fuel gas flow path for supplying fuel gas to the anode electrode.

改質器１８は、燃料電池スタック１６に隣接して略コ字状に配置されるとともに、前記改質器１８の内部には、排ガス燃焼器２２が配置される。改質器１８は、炭化水素を主体とする原燃料（例えば、都市ガス）と水蒸気との混合ガスを改質（水蒸気改質）し、燃料電池スタック１６に供給される燃料ガスを生成する。排ガス燃焼器２２は、燃料電池スタック１６から排出される燃料ガスである燃料排ガスと酸化剤ガスである酸化剤排ガスとを燃焼させ、燃焼排ガスを発生させる。 The reformer 18 is disposed in a substantially U shape adjacent to the fuel cell stack 16, and an exhaust gas combustor 22 is disposed inside the reformer 18. The reformer 18 reforms (steam reforming) a mixed gas of raw fuel (for example, city gas) mainly composed of hydrocarbons and steam, and generates fuel gas to be supplied to the fuel cell stack 16. The exhaust gas combustor 22 burns fuel exhaust gas that is fuel gas discharged from the fuel cell stack 16 and oxidant exhaust gas that is oxidant gas, and generates combustion exhaust gas.

改質器１８には、燃料電池スタック１６とは反対側に隣接して空気予熱器２０及び起動用燃焼器２４が配置されるとともに、前記空気予熱器２０には、蒸発器２６及び混合器３６が積層される。空気予熱器２０は、燃焼ガス又は燃焼排ガスとの熱交換により酸化剤ガスを昇温させるとともに、燃料電池スタック１６に前記酸化剤ガスを供給する。 The reformer 18 is provided with an air preheater 20 and a start-up combustor 24 adjacent to the opposite side of the fuel cell stack 16. The air preheater 20 includes an evaporator 26 and a mixer 36. Are stacked. The air preheater 20 raises the temperature of the oxidant gas by heat exchange with the combustion gas or the combustion exhaust gas, and supplies the oxidant gas to the fuel cell stack 16.

起動用燃焼器２４は、原燃料と酸化剤ガスとを燃焼させて燃焼ガスを発生させる。蒸発器２６は、水を蒸発させるとともに、水蒸気を混合器３６に供給する。混合器３６は、水蒸気と原燃料とを混合して混合ガスを生成し、前記混合ガスを改質器１８に供給する。 The start-up combustor 24 combusts raw fuel and oxidant gas to generate combustion gas. The evaporator 26 evaporates water and supplies water vapor to the mixer 36. The mixer 36 mixes steam and raw fuel to generate a mixed gas, and supplies the mixed gas to the reformer 18.

排ガス燃焼器２２には、第１グロープラグ３４ａが配置されるとともに、起動用燃焼器２４には、第２グロープラグ３４ｂが配置される。第１グロープラグ３４ａは、燃料排ガスと酸化剤排ガスとの混合ガスを点火させる。第２グロープラグ３４ｂは、原燃料と酸化剤ガスとの混合ガスを点火させる。 A first glow plug 34 a is disposed in the exhaust gas combustor 22, and a second glow plug 34 b is disposed in the startup combustor 24. The first glow plug 34a ignites a mixed gas of fuel exhaust gas and oxidant exhaust gas. The second glow plug 34b ignites a mixed gas of raw fuel and oxidant gas.

排気触媒３０は、燃焼ガス又は燃焼排ガスを外部に放出させる前に、前記燃焼ガス又は前記燃焼排ガスに含まれる不純物を除去する。排気触媒昇温器２８は、排気触媒３０を必要に応じて活性温度に昇温させるヒータ（加熱器）を備える。排ガス燃焼器２２と起動用燃焼器２４とは、いずれか一方のみが選択的に駆動される。 The exhaust catalyst 30 removes impurities contained in the combustion gas or the combustion exhaust gas before releasing the combustion gas or combustion exhaust gas to the outside. The exhaust catalyst heater 28 includes a heater (heater) that raises the temperature of the exhaust catalyst 30 to the activation temperature as necessary. Only one of the exhaust gas combustor 22 and the start-up combustor 24 is selectively driven.

図２に示すように、空気予熱器２０には、空気供給源（図示せず）から燃料電池スタック１６の酸化剤ガス系流路（図示せず）に空気（酸化剤ガス）を供給するための空気供給流路３８が接続される。蒸発器２６の入口には、貯水源（図示せず）から水を供給するための水供給流路４０が接続され、前記蒸発器２６の出口には、水蒸気を混合器３６に供給するための水蒸気供給流路４０ａが接続される。 As shown in FIG. 2, air (oxidant gas) is supplied to the air preheater 20 from an air supply source (not shown) to an oxidant gas system flow path (not shown) of the fuel cell stack 16. The air supply flow path 38 is connected. A water supply channel 40 for supplying water from a water storage source (not shown) is connected to the inlet of the evaporator 26, and water vapor is supplied to the mixer 36 at the outlet of the evaporator 26. A water vapor supply channel 40a is connected.

図３に示すように、起動用燃焼器２４の入口２４_INには、原燃料を供給するための第１燃料供給流路４２ａが接続される。混合器３６（実質的には、改質器１８）には、原燃料を供給する第２燃料供給流路４２ｂが接続される。図２及び図３に示すように、混合器３６には、水蒸気と原燃料との混合ガスを改質器１８に供給する混合ガス供給流路４４が接続される。改質器１８には、改質ガス（燃料ガス）を燃料電池スタック１６の燃料ガス系流路（図示せず）に供給する改質ガス供給流路４６が接続される。 As shown in FIG. 3, a first fuel supply flow path 42 a for supplying raw fuel is connected to the inlet 24 _IN of the start-up combustor 24. A second fuel supply channel 42b for supplying raw fuel is connected to the mixer 36 (substantially, the reformer 18). As shown in FIGS. 2 and 3, the mixer 36 is connected to a mixed gas supply passage 44 that supplies a mixed gas of water vapor and raw fuel to the reformer 18. The reformer 18 is connected to a reformed gas supply channel 46 that supplies a reformed gas (fuel gas) to a fuel gas system channel (not shown) of the fuel cell stack 16.

第１燃料供給流路４２ａと第２燃料供給流路４２ｂとは、三方弁４８に接続され、原燃料供給流路５０に一体化される。原燃料供給流路５０には、原燃料供給源（都市ガス１３Ａ）５２から原燃料流れ方向下流に向かって、第１電磁弁（遮断弁）５４ａ、第２電磁弁（遮断弁）５４ｂ、脱硫器５６及び流量センサ５８が配置される。脱硫器５６は、原燃料に含まれる硫黄成分を除去する。流量センサ５８は、原燃料の流量を計測する。 The first fuel supply channel 42 a and the second fuel supply channel 42 b are connected to the three-way valve 48 and integrated with the raw fuel supply channel 50. In the raw fuel supply flow path 50, a first electromagnetic valve (shutoff valve) 54a, a second solenoid valve (shutoff valve) 54b, desulfurization are provided downstream from the raw fuel supply source (city gas 13A) 52 in the raw fuel flow direction. A device 56 and a flow sensor 58 are arranged. The desulfurizer 56 removes sulfur components contained in the raw fuel. The flow sensor 58 measures the flow rate of the raw fuel.

図３に示すように、三方弁４８は、共通ポート４８_COM、開放ポート４８_NO及び閉塞ポート４８_NCを有する。共通ポート４８_COMは、非通電時及び通電時に常に開放されるとともに、第１電磁弁５４ａ及び第２電磁弁５４ｂに接続される。開放ポート４８_NOは、非通電時に開放される一方、通電時に閉塞されるとともに、第１燃料供給流路４２ａ（又は第２燃料供給流路４２ｂ）に繋がる。閉塞ポート４８_NCは、非通電時に閉塞される一方、通電時に開放されるとともに、第２燃料供給流路４２ｂ（又は第１燃料供給流路４２ａ）に繋がる。 As shown in FIG. 3, the three-way valve 48 has a common port 48 _COM , an open port 48 _NO, and a closed port 48 _NC . The common port 48 _COM is always opened when not energized and energized, and is connected to the first solenoid valve 54a and the second solenoid valve 54b. The open port _48NO is opened when not energized, is closed when energized, and is connected to the first fuel supply channel 42a (or the second fuel supply channel 42b). The closing port 48 _NC is closed when not energized, is opened when energized, and is connected to the second fuel supply channel 42b (or the first fuel supply channel 42a).

開放ポート４８_NOの下流には、すなわち、第１燃料供給流路４２ａには、流体（燃焼ガス又は燃焼排ガス）の逆流を阻止する逆止弁６０が配設される。閉塞ポート４８_NCの下流には、逆止弁が設けられていない。 A check valve 60 for preventing the backflow of fluid (combustion gas or combustion exhaust gas) is disposed downstream of the open port 48 _NO , that is, in the first fuel supply flow path 42a. A check valve is not provided downstream of the blocking port 48 _NC .

図２に示すように、燃料電池スタック１６の燃料排ガス出口と排ガス燃焼器２２とは、燃料排ガス流路６２ａにより接続される。燃料電池スタック１６の酸化剤排ガス出口と排ガス燃焼器２２とは、酸化剤排ガス流路６２ｂにより接続される。排ガス燃焼器２２により生成される燃焼排ガスは、排ガス流路６４を介して改質器１８に供給される。排ガス流路６４は、改質器１８の下流で起動用燃焼器２４の入口２４_INに接続される（図３参照）。 As shown in FIG. 2, the fuel exhaust gas outlet of the fuel cell stack 16 and the exhaust gas combustor 22 are connected by a fuel exhaust gas flow path 62a. The oxidant exhaust gas outlet of the fuel cell stack 16 and the exhaust gas combustor 22 are connected by an oxidant exhaust gas flow path 62b. The combustion exhaust gas generated by the exhaust gas combustor 22 is supplied to the reformer 18 via the exhaust gas flow path 64. The exhaust gas flow path 64 is connected to the inlet 24 _IN of the start-up combustor 24 downstream of the reformer 18 (see FIG. 3).

排ガス流路６４には、燃料排ガスの流れ方向下流に沿って、改質器１８、起動用燃焼器２４、空気予熱器２０、排気触媒昇温器２８及び排気触媒３０の順に配置される。 The reformer 18, the start-up combustor 24, the air preheater 20, the exhaust catalyst temperature increaser 28, and the exhaust catalyst 30 are arranged in the exhaust gas flow path 64 in the flow direction downstream of the fuel exhaust gas.

図３に示すように、燃料電池ユニット１２は、第２燃料供給流路４２ｂから排ガス流路６４の一部及び第１燃料供給流路４２ａに連なる燃料系流通路６６を有する。燃料系流通路６６には、少なくとも改質器１８、燃料電池スタック１６、排ガス燃焼器２２及び起動用燃焼器２４が配置されるとともに、必要に応じて混合器３６が配置される。 As shown in FIG. 3, the fuel cell unit 12 includes a fuel system flow passage 66 that extends from the second fuel supply flow path 42b to a part of the exhaust gas flow path 64 and the first fuel supply flow path 42a. At least the reformer 18, the fuel cell stack 16, the exhaust gas combustor 22, and the start-up combustor 24 are disposed in the fuel system flow passage 66, and a mixer 36 is disposed as necessary.

逆止弁６０の開弁圧Ｐ_SETは、燃料系流通路６６の全圧力損失Ｐ_LOSSよりも大きな圧力に設定される（開弁圧Ｐ_SET≧全圧力損失Ｐ_LOSS）。第２燃料供給流路４２ｂに供給される原燃料の供給圧力をＰ_ALLとする。混合器３６の圧力損失Ｐ１、改質器１８の改質時の圧力損失Ｐ２、燃料電池スタック１６の圧力損失Ｐ３、排ガス燃焼器２２の圧力損失Ｐ４及び前記改質器１８の排ガス通過時の圧力損失Ｐ５とする。 The valve opening pressure P _SET of the check valve 60 is set to a pressure larger than the total pressure loss P _LOSS of the fuel system flow passage 66 (valve opening pressure P _SET ≧ total pressure loss P _LOSS ). The supply pressure of the raw fuel supplied to the second fuel supply flow path 42b is P _ALL . Pressure loss P1 of the mixer 36, pressure loss P2 during reforming of the reformer 18, pressure loss P3 of the fuel cell stack 16, pressure loss P4 of the exhaust gas combustor 22, and pressure when the reformer 18 passes through the exhaust gas Assume loss P5.

なお、起動用燃焼器２４では、入口２４_INと出口２４_OUTとの間に圧力損失Ｐ６が発生する。しかしながら、燃料系流通路６６では、排ガス流路６４の一部及び第１燃料供給流路４２ａが、起動用燃焼器２４の入口２４_INで接続されるため、起動用燃焼器２４での圧力損失は０とみなすことができる。 In the start-up combustor 24, the pressure loss P6 is generated between the inlet 24 _IN and the outlet 24 _OUT. However, in the fuel system flow passage 66, a part of the exhaust gas flow path 64 and the first fuel supply flow path 42 a are connected at the inlet 24 _IN of the start-up combustor 24, and thus the pressure loss in the start-up combustor 24. Can be considered 0.

燃料系流通路６６の全圧力損失Ｐ_LOSSは、全圧力損失Ｐ_LOSS＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４＋Ｐ５であり、前記燃料系流通路６６を流れる流体の圧力（流体圧）Ｐ_FLOWは、流体圧Ｐ_FLOW＝供給圧力Ｐ_ALL−全圧力損失Ｐ_LOSSとなる。従って、開弁圧Ｐ_SET≧供給圧力Ｐ_ALL−流体圧Ｐ_FLOWとなる。なお、起動用燃焼器２４は、本実施形態とは異なる構成を有する種々の起動用燃焼器２４を採用することが可能である。その際、燃料系流通路６６の全圧力損失Ｐ_LOSSには、起動用燃焼器２４の圧力損失Ｐ６（少なくとも排ガス流路６４から起動用燃焼器２４に導入された流体が第１燃料供給流路４２ａに排出される間の圧力損失）が含まれる場合がある。この場合には、全圧力損失Ｐ_LOSS＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ６となる。 The total pressure loss P _LOSS of the fuel system flow passage 66 is the total pressure loss P _LOSS = P1 + P2 + P3 + P4 + P5, and the pressure (fluid pressure) P _FLOW of the fluid flowing through the fuel system flow passage 66 is the fluid pressure P _FLOW = supply pressure P _ALL -Total pressure loss P _LOSS . Therefore, the valve opening pressure P _SET ≧ supply pressure P _ALL −fluid pressure P _FLOW . Note that various start-up combustors 24 having different configurations from the present embodiment can be adopted as the start-up combustor 24. At this time, the total pressure loss P _LOSS of the fuel system flow passage 66 includes the pressure loss P6 of the start-up combustor 24 (at least the fluid introduced from the exhaust gas flow path 64 to the start-up combustor 24 is the first fuel supply flow path. 42a) may be included. In this case, the total pressure loss P _LOSS = P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6.

このように構成される燃料電池モジュール１０の動作について、以下に説明する。 The operation of the fuel cell module 10 configured as described above will be described below.

燃料電池モジュール１０の起動時には、空気供給流路３８から空気予熱器２０に空気の供給が開始される。その後、起動用燃焼器２４の第２グロープラグ３４ｂがオンされるとともに、排気触媒昇温器２８がオンされる。 When the fuel cell module 10 is started, supply of air from the air supply flow path 38 to the air preheater 20 is started. Thereafter, the second glow plug 34b of the start-up combustor 24 is turned on, and the exhaust catalyst temperature riser 28 is turned on.

空気予熱器２０に供給された空気は、後述する起動用燃焼器２４からの燃焼ガスにより昇温された後、空気供給流路３８を通って燃料電池スタック１６の酸化剤ガス系流路を流通する。空気は、燃料電池スタック１６から酸化剤排ガス流路６２ｂを通って排ガス燃焼器２２に送られ、さらに改質器１８を通って起動用燃焼器２４に供給される。 The air supplied to the air preheater 20 is heated by a combustion gas from a starting combustor 24 described later, and then flows through the oxidant gas system flow path of the fuel cell stack 16 through the air supply flow path 38. To do. Air is sent from the fuel cell stack 16 to the exhaust gas combustor 22 through the oxidant exhaust gas flow path 62b, and further supplied to the start-up combustor 24 through the reformer 18.

起動用燃焼器２４には、原燃料が供給される。具体的には、例えば、都市ガス（ＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₆、Ｃ₃Ｈ₈、Ｃ₄Ｈ₁₀を含む）等の原燃料は、第１電磁弁５４ａ及び第２電磁弁５４ｂの開放作用下に、原燃料供給流路５０から脱硫器５６に供給される。脱硫器５６で硫黄成分が除去された原燃料は、流量センサ５８を通って三方弁４８の共通ポート４８_COMに供給される。三方弁４８は、非通電状態であり、共通ポート４８_COMに供給された原燃料は、開放ポート４８_NOを通って第１燃料供給流路４２ａに供給される。 Raw fuel is supplied to the start-up combustor 24. Specifically, for example, raw fuel such as city gas (including CH ₄ , C ₂ H ₆ , C ₃ H ₈ , and C ₄ H ₁₀ ) is used to open the first electromagnetic valve 54 a and the second electromagnetic valve 54 b. Below, the raw fuel supply channel 50 supplies the desulfurizer 56. The raw fuel from which the sulfur component has been removed by the desulfurizer 56 is supplied to the common port 48 _COM of the three-way valve 48 through the flow sensor 58. The three-way valve 48 is de-energized, the raw fuel supplied to the common port 48 _COM is supplied to the first fuel supply passage 42a through the open port 48 _NO.

第１燃料供給流路４２ａでは、原燃料の流体圧により逆止弁６０が開弁され、前記原燃料が起動用燃焼器２４に供給される。このため、起動用燃焼器２４には、空気と原燃料とが供給されるとともに、前記原燃料と前記空気との混合ガスは、第２グロープラグ３４ｂの作用下に着火される。従って、起動用燃焼器２４での燃焼が開始され、燃焼ガスが生成される。燃焼ガスは、排ガス流路６４に沿って、空気予熱器２０、排気触媒昇温器２８及び排気触媒３０の順に供給され、これらの機器の昇温が開始される。 In the first fuel supply passage 42 a, the check valve 60 is opened by the fluid pressure of the raw fuel, and the raw fuel is supplied to the starting combustor 24. Therefore, air and raw fuel are supplied to the start-up combustor 24, and the mixed gas of the raw fuel and the air is ignited under the action of the second glow plug 34b. Accordingly, combustion in the start-up combustor 24 is started and combustion gas is generated. The combustion gas is supplied along the exhaust gas flow path 64 in the order of the air preheater 20, the exhaust catalyst warmer 28, and the exhaust catalyst 30, and the temperature rise of these devices is started.

空気予熱器２０では、起動用燃焼器２４から供給される燃焼ガスを熱源とし、空気供給流路３８を介して供給される空気が加熱昇温される。昇温された空気は、燃料電池スタック１６の酸化剤ガス系流路に供給され、前記燃料電池スタック１６を昇温させる。燃料電池スタック１６の酸化剤ガス系流路を通過した空気は、酸化剤排ガス流路６２ｂを通って排ガス燃焼器２２に送られ、さらに排ガス流路６４から改質器１８に供給される。これにより、改質器１８は、排ガス流路６４から供給される空気により昇温される。 In the air preheater 20, the combustion gas supplied from the start-up combustor 24 is used as a heat source, and the air supplied through the air supply passage 38 is heated and heated. The heated air is supplied to the oxidant gas system flow path of the fuel cell stack 16 to raise the temperature of the fuel cell stack 16. The air that has passed through the oxidant gas system flow path of the fuel cell stack 16 is sent to the exhaust gas combustor 22 through the oxidant exhaust gas flow path 62b, and is further supplied from the exhaust gas flow path 64 to the reformer 18. As a result, the reformer 18 is heated by the air supplied from the exhaust gas flow path 64.

次いで、改質器１８が水蒸気改質を行うことができる温度に昇温されると、三方弁４８に通電される。これにより、開放ポート４８_NOは、閉塞される一方、閉塞ポート４８_NCは、開放され、原燃料は、原燃料供給流路５０から三方弁４８の閉塞ポート４８_NCを通って第２燃料供給流路４２ｂに供給される。第２燃料供給流路４２ｂに供給された原燃料は、混合器３６に供給される。 Next, when the reformer 18 is heated to a temperature at which steam reforming can be performed, the three-way valve 48 is energized. As a result, the open port 48 _NO is closed, while the closed port 48 _NC is opened, and the raw fuel flows from the raw fuel supply flow path 50 through the closed port 48 _NC of the three-way valve 48 to the second fuel supply flow. It is supplied to the path 42b. The raw fuel supplied to the second fuel supply channel 42 b is supplied to the mixer 36.

蒸発器２６には、水供給流路４０を介して水が供給される。このため、蒸発器２６では、水が蒸発して水蒸気が生成され、前記水蒸気は、水蒸気供給流路４０ａを通って混合器３６に供給される。従って、混合器３６では、原燃料と水蒸気とが混合された混合ガスが生成され、前記混合ガスは、混合ガス供給流路４４を通って改質器１８に供給される。 Water is supplied to the evaporator 26 via the water supply channel 40. For this reason, in the evaporator 26, water evaporates and water vapor | steam is produced | generated, and the said water vapor | steam is supplied to the mixer 36 through the water vapor | steam supply flow path 40a. Therefore, in the mixer 36, a mixed gas in which the raw fuel and water vapor are mixed is generated, and the mixed gas is supplied to the reformer 18 through the mixed gas supply channel 44.

改質器１８では、原燃料が水蒸気改質され、Ｃ₂₊の炭化水素が除去（改質）されてメタンを主成分とする改質ガスが得られる。改質ガスは、改質ガス供給流路４６を通って燃料電池スタック１６の燃料ガス系流路に供給される。 In the reformer 18, the raw fuel is steam-reformed, and C ₂₊ hydrocarbons are removed (reformed) to obtain a reformed gas mainly composed of methane. The reformed gas is supplied to the fuel gas system channel of the fuel cell stack 16 through the reformed gas supply channel 46.

燃料電池スタック１６の酸化剤排ガス出口から酸化剤排ガス流路６２ｂを介して排ガス燃焼器２２に比較的高温の空気が供給される。一方、燃料電池スタック１６の燃料排ガス出口から燃料排ガス流路６２ａを介して排ガス燃焼器２２に比較的高温の燃料ガスが供給される。 Air of relatively high temperature is supplied from the oxidant exhaust gas outlet of the fuel cell stack 16 to the exhaust gas combustor 22 through the oxidant exhaust gas flow path 62b. On the other hand, a relatively high-temperature fuel gas is supplied from the fuel exhaust gas outlet of the fuel cell stack 16 to the exhaust gas combustor 22 through the fuel exhaust gas passage 62a.

高温の空気及び高温の燃料ガスは、排ガス流路６４を介して改質器１８から起動用燃焼器２４に供給され、燃焼ガスが生成される。燃焼ガスは、排ガス流路６４に沿って、空気予熱器２０、排気触媒昇温器２８及び排気触媒３０の順に供給され、これらの機器が昇温される。 High-temperature air and high-temperature fuel gas are supplied from the reformer 18 to the start-up combustor 24 via the exhaust gas flow path 64, and combustion gas is generated. The combustion gas is supplied along the exhaust gas flow path 64 in the order of the air preheater 20, the exhaust catalyst warmer 28, and the exhaust catalyst 30, and these devices are heated.

燃料電池スタック１６は、昇温されており、この燃料電池スタック１６の温度が発電可能温度に至ると、前記燃料電池スタック１６の運転が開始される。燃料電池スタック１６を構成する各燃料電池３２では、燃料ガスと空気との化学反応により発電が行われる。発電反応により燃料電池スタック１６から排出される燃料ガスである燃料排ガスは、燃料排ガス流路６２ａに導出される。同様に、発電反応により燃料電池スタック１６から排出される酸化剤ガスである酸化剤排ガスは、酸化剤排ガス流路６２ｂに導出される。 The temperature of the fuel cell stack 16 is raised, and when the temperature of the fuel cell stack 16 reaches a power generation possible temperature, the operation of the fuel cell stack 16 is started. Each fuel cell 32 constituting the fuel cell stack 16 generates power by a chemical reaction between fuel gas and air. The fuel exhaust gas that is the fuel gas discharged from the fuel cell stack 16 by the power generation reaction is led to the fuel exhaust gas flow path 62a. Similarly, the oxidant exhaust gas that is the oxidant gas discharged from the fuel cell stack 16 by the power generation reaction is led to the oxidant exhaust gas flow path 62b.

燃料排ガス及び酸化剤排ガスは、排ガス燃焼器２２に導入される。従って、排ガス燃焼器２２では、燃料排ガスと酸化剤排ガスとが混合されて燃焼され、燃焼排ガスが発生する。この燃焼排ガスは、排ガス流路６４に沿って、改質器１８、起動用燃焼器２４、空気予熱器２０、排気触媒昇温器２８及び排気触媒３０の順に供給され、これらの機器が昇温される。なお、排ガス燃焼器２２の第１グロープラグ３４ａは、必要に応じてオンされればよく、燃料排ガスと酸化剤排ガスとが自然着火する際には、不要になる。 Fuel exhaust gas and oxidant exhaust gas are introduced into the exhaust gas combustor 22. Therefore, in the exhaust gas combustor 22, the fuel exhaust gas and the oxidant exhaust gas are mixed and burned to generate combustion exhaust gas. The combustion exhaust gas is supplied along the exhaust gas flow path 64 in the order of the reformer 18, the start-up combustor 24, the air preheater 20, the exhaust catalyst warmer 28, and the exhaust catalyst 30. Is done. The first glow plug 34a of the exhaust gas combustor 22 may be turned on as necessary, and is unnecessary when the fuel exhaust gas and the oxidant exhaust gas spontaneously ignite.

この場合、本実施形態では、図２及び図３に示すように、三方弁４８の開放ポート４８_NOの下流には、流体の逆流を阻止する逆止弁６０が配設されている。このため、特に燃料電池モジュール１０の停止時に、燃料電池スタック１６からの水分（水蒸気）が、原燃料供給流路５０に入り込むことを可及的に抑制することができる。 In this case, in this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, a check valve 60 for preventing the back flow of fluid is disposed downstream of the open port 48 _NO of the three-way valve 48. For this reason, especially when the fuel cell module 10 is stopped, moisture (water vapor) from the fuel cell stack 16 can be prevented from entering the raw fuel supply channel 50 as much as possible.

しかも、三方弁４８の閉塞ポート４８_NCの下流には、逆止弁が設けられていない。従って、簡単且つ安価な三方弁４８を用いるとともに、部品点数を可及的に削減して構成の簡素化を図ることが可能になる。 Moreover, no check valve is provided downstream of the closing port 48 _NC of the three-way valve 48. Therefore, the simple and inexpensive three-way valve 48 can be used, and the number of parts can be reduced as much as possible to simplify the configuration.

例えば、図４に示す比較例１である燃料電池ユニット７０_ref.は、原燃料供給流路５０が第１原燃料供給流路５０ａと第２原燃料供給流路５０ｂとに分岐する。第１原燃料供給流路５０ａには、第１電磁弁５４ａ１及び第２電磁弁５４ｂ１が配置され、前記第１原燃料供給流路５０ａに連結される第１燃料供給流路４２ａには、第１逆止弁６０ａが配置される。 For example, in the fuel cell unit 70 _{ref. Which} is the first comparative example shown in FIG. 4, the raw fuel supply flow path 50 is branched into a first raw fuel supply flow path 50a and a second raw fuel supply flow path 50b. A first electromagnetic valve 54a1 and a second electromagnetic valve 54b1 are disposed in the first raw fuel supply flow path 50a, and a first fuel supply flow path 42a connected to the first raw fuel supply flow path 50a includes a first electromagnetic valve 54a1 and a second electromagnetic valve 54b1. 1 check valve 60a is arranged.

第２原燃料供給流路５０ｂには、第１電磁弁５４ａ２及び第２電磁弁５４ｂ２が配置され、前記第２原燃料供給流路５０ｂに連結される第２燃料供給流路４２ｂには、第２逆止弁６０ｂが配置される。 A first electromagnetic valve 54a2 and a second electromagnetic valve 54b2 are disposed in the second raw fuel supply flow path 50b, and a second fuel supply flow path 42b connected to the second raw fuel supply flow path 50b includes a first electromagnetic valve 54a2 and a second electromagnetic valve 54b2. Two check valves 60b are arranged.

また、図５に示す比較例２である燃料電池ユニット７２_ref.は、原燃料供給流路５０が第１電磁弁５４ａの下流で第１原燃料供給流路５０ｃと第２原燃料供給流路５０ｄとに分岐する。第１原燃料供給流路５０ｃには、第２電磁弁５４ｂ１が配置され、前記第１原燃料供給流路５０ｃに連結される第１燃料供給流路４２ａには、第１逆止弁６０ａが配置される。 Further, in the fuel cell unit 72 _{ref. Which} is the comparative example 2 shown in FIG. 5, the raw fuel supply flow path 50 is downstream of the first electromagnetic valve 54a and the first raw fuel supply flow path 50c and the second raw fuel supply flow path. Branch to 50d. A second electromagnetic valve 54b1 is disposed in the first raw fuel supply flow path 50c, and a first check valve 60a is provided in the first fuel supply flow path 42a connected to the first raw fuel supply flow path 50c. Be placed.

第２原燃料供給流路５０ｄには、第２電磁弁５４ｂ２が配置され、前記第２原燃料供給流路５０ｄに連結される第２燃料供給流路４２ｂには、第２逆止弁６０ｂが配置される。 A second electromagnetic valve 54b2 is disposed in the second raw fuel supply flow path 50d, and a second check valve 60b is provided in the second fuel supply flow path 42b connected to the second raw fuel supply flow path 50d. Be placed.

このように、比較例１及び比較例２では、遮断弁である電磁弁の個数及び逆止弁の個数が、本実施形態に比べて増加するとともに、構成が複雑化するという問題がある。これに対して、本実施形態では、部品点数を可及的に削減することができ、しかも構成の簡素化を図ることが可能になるという効果が得られる。 As described above, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 have a problem that the number of solenoid valves and check valves, which are shut-off valves, is increased as compared with the present embodiment, and the configuration is complicated. On the other hand, in this embodiment, the number of parts can be reduced as much as possible, and the effect that the configuration can be simplified can be obtained.

また、本実施形態では、原燃料供給流路５０には、原燃料の流量を計測する流量センサ５８と、前記原燃料に含まれる硫黄成分を除去する脱硫器５６とが、第１電磁弁５４ａ及び第２電磁弁５４ｂと三方弁４８との間に配置されている。三方弁４８は、閉塞ポート４８_NC自体により水分の逆流を阻止する一方、開放ポート４８_NOの下流に設けられた逆止弁６０により前記水分の逆流を阻止することが可能である。これにより、三方弁４８は、簡単な構成で、水分の逆流による流量センサ５８及び脱硫器５６への影響を確実に防止することができる。 In the present embodiment, the raw fuel supply flow path 50 includes a flow rate sensor 58 for measuring the flow rate of the raw fuel and a desulfurizer 56 for removing sulfur components contained in the raw fuel, the first electromagnetic valve 54a. And between the second electromagnetic valve 54b and the three-way valve 48. The three-way valve 48 can block the back flow of water by the blocking port 48 _NC itself, and can block the back flow of water by a check valve 60 provided downstream of the open port 48 _NO . As a result, the three-way valve 48 can reliably prevent the flow sensor 58 and the desulfurizer 56 from being influenced by the backflow of moisture with a simple configuration.

さらに、燃料電池モジュール１０では、排ガス燃焼器２２で発生する燃焼排ガスを起動用燃焼器２４に供給するとともに、前記起動用燃焼器２４で発生する燃焼ガス及び前記燃焼排ガスが流通する排ガス流路６４を備えている。その際、三方弁４８の開放ポート４８_NOには、起動用燃焼器２４が配置される第１燃料供給流路４２ａが接続される一方、閉塞ポート４８_NCには、改質器１８が配置される第２燃料供給流路４２ｂが接続されている。 Further, in the fuel cell module 10, the combustion exhaust gas generated in the exhaust gas combustor 22 is supplied to the startup combustor 24, and the combustion gas generated in the startup combustor 24 and the exhaust gas flow path 64 through which the combustion exhaust gas flows. It has. At that time, the open port 48 _NO of the three-way valve 48, while the first fuel supply passage 42a for the start-up combustor 24 is disposed is connected to the closed port 48 _NC, reformer 18 is disposed The second fuel supply flow path 42b is connected.

これにより、三方弁４８の劣化によって原燃料の漏れが発生した際、第１燃料供給流路４２ａに配置されている逆止弁６０の開弁圧Ｐ_SETが抵抗として機能し、起動用燃焼器２４側に前記原燃料が流れることを阻止することができる。このため、起動時以外に起動用燃焼器２４に原燃料が供給されることがなく、前記原燃料が無駄に排気されることを確実に抑制することが可能になる。 Thus, when a leakage of the raw fuel is generated by the deterioration of the three-way valve 48, the valve opening pressure P _SET of the check valve 60 disposed in the first fuel supply passage 42a functions as a resistance, the start-up combustor It is possible to prevent the raw fuel from flowing to the 24 side. For this reason, the raw fuel is not supplied to the start-up combustor 24 except during the start-up, and the raw fuel can be reliably prevented from being exhausted wastefully.

ここで、開放ポート４８_NOに、逆止弁６０を介装して改質器１８が配置されると、発電中、前記逆止弁６０の開弁圧Ｐ_SETの抵抗分だけ原燃料の圧力損失が増加する。従って、原燃料の吐出圧が高圧化され、例えば、起動用燃焼器２４側に原燃料の漏れが惹起すると、前記原燃料が不要に廃棄されてしまい、不経済である。 Here, when the reformer 18 is disposed in the open port 48 _NO with the check valve 60 interposed, the pressure of the raw fuel is equal to the resistance of the valve opening pressure P _SET of the check valve 60 during power generation. Loss increases. Therefore, when the discharge pressure of the raw fuel is increased and, for example, leakage of the raw fuel is caused on the start-up combustor 24 side, the raw fuel is unnecessarily discarded, which is uneconomical.

さらにまた、図２に示すように、排ガス流路６４には、燃焼ガス又は燃焼排ガスとの熱交換により酸化剤ガスを昇温させるとともに、燃料電池スタック１６に昇温された前記酸化剤ガスを供給する空気予熱器２０が備えられている。その際、起動用燃焼器２４は、燃焼ガス及び燃焼排ガスを空気予熱器２０に供給している。これにより、起動時及び運転時にも、空気予熱器２０に熱エネルギを供給することができ、酸化剤ガスを良好に昇温させることが可能になる。 Furthermore, as shown in FIG. 2, the exhaust gas flow path 64 raises the temperature of the oxidant gas by heat exchange with the combustion gas or the combustion exhaust gas, and the oxidant gas heated to the fuel cell stack 16 A supply air preheater 20 is provided. At that time, the start-up combustor 24 supplies combustion gas and combustion exhaust gas to the air preheater 20. Thereby, thermal energy can be supplied to the air preheater 20 at the time of start-up and operation, and the temperature of the oxidant gas can be raised satisfactorily.

また、図３に示すように、燃料電池ユニット１２は、第２燃料供給流路４２ｂから排ガス流路６４の一部及び第１燃料供給流路４２ａに連なる燃料系流通路６６を有している。そして、逆止弁６０の開弁圧Ｐ_SETは、燃料系流通路６６の全圧力損失Ｐ_LOSSよりも大きな圧力に設定されている（開弁圧Ｐ_SET≧全圧力損失Ｐ_LOSS）。このため、開弁圧Ｐ_SET≧供給圧力Ｐ_ALL−流体圧Ｐ_FLOWの関係に設定されている。 As shown in FIG. 3, the fuel cell unit 12 has a fuel system flow passage 66 that extends from the second fuel supply passage 42b to a part of the exhaust gas passage 64 and the first fuel supply passage 42a. . The valve opening pressure P _SET of the check valve 60 is set to a pressure larger than the total pressure loss P _LOSS of the fuel system flow passage 66 (valve opening pressure P _SET ≧ total pressure loss P _LOSS ). For this reason, the relationship of valve opening pressure P _SET ≧ supply pressure P _ALL −fluid pressure P _FLOW is set.

例えば、図６に示すように、三方弁４８に通電されており、原燃料が閉塞ポート４８_NCを通って第２燃料供給流路４２ｂに供給されている際、前記三方弁４８にシート劣化等に起因して前記原燃料の漏れが惹起する場合がある。従って、原燃料は、三方弁４８の開放ポート４８_NOを通って第１燃料供給流路４２ａに導入される。 For example, as shown in FIG. 6, when the three-way valve 48 is energized and the raw fuel is supplied to the second fuel supply passage 42 b through the closing port 48 _NC , the three-way valve 48 has a seat deterioration or the like. This may cause the raw fuel to leak. Accordingly, the raw fuel is introduced into the first fuel supply channel 42 a through the open port 48 _NO of the three-way valve 48.

ここで、第１燃料供給流路４２ａには、逆止弁６０の一次側に供給圧力Ｐ_ALLが付与されている一方、前記逆止弁６０の二次側に流体圧Ｐ_FLOW及び開弁圧Ｐ_SETが付与されている。その際、開弁圧Ｐ_SET＋流体圧Ｐ_FLOW≧供給圧力Ｐ_ALLの関係を有しており、逆止弁６０は、第１燃料供給流路４２ａに漏れた原燃料に対して抵抗として機能し、開弁されることがない。 Here, supply pressure P _ALL is applied to the primary side of the check valve 60 in the first fuel supply flow path 42 a, while fluid pressure P _FLOW and valve opening pressure are applied to the secondary side of the check valve 60. P _SET is assigned. At that time, the valve opening pressure P _SET + fluid pressure P _FLOW ≧ supply pressure P _ALL is satisfied, and the check valve 60 functions as a resistance against the raw fuel leaked into the first fuel supply flow path 42a. However, the valve is never opened.

これにより、第１燃料供給流路４２ａに漏れた原燃料が、起動用燃焼器２４側に供給されることを可及的に抑制することができ、前記原燃料を効率的且つ経済的に使用することが可能になる。 Thereby, it is possible to suppress as much as possible that the raw fuel leaked into the first fuel supply flow path 42a is supplied to the start-up combustor 24 side, and use the raw fuel efficiently and economically. It becomes possible to do.

１０…燃料電池モジュール１２…燃料電池ユニット
１４…筐体１６…燃料電池スタック
１８…改質器２０…空気予熱器
２２…排ガス燃焼器２４…起動用燃焼器
２６…蒸発器２８…排気触媒昇温器
３０…排気触媒３２…燃料電池
３６…混合器３８…空気供給流路
４０…水供給流路４２ａ、４２ｂ…燃料供給流路
４８…三方弁４８_COM…共通ポート
４８_NC…閉塞ポート４８_NO…開放ポート
５０…原燃料供給流路５４ａ、５４ｂ…電磁弁
５６…脱硫器５８…流量センサ
６０…逆止弁６４…排ガス流路
６６…燃料系流通路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell module 12 ... Fuel cell unit 14 ... Housing 16 ... Fuel cell stack 18 ... Reformer 20 ... Air preheater 22 ... Exhaust gas combustor 24 ... Startup combustor 26 ... Evaporator 28 ... Exhaust catalyst temperature rising 30 ... Exhaust catalyst 32 ... Fuel cell 36 ... Mixer 38 ... Air supply channel 40 ... Water supply channel 42a, 42b ... Fuel supply channel 48 ... Three-way valve 48 _COM ... Common port 48 _NC ... Blocking port 48 _NO ... Open port 50 ... Raw fuel supply flow path 54a, 54b ... Solenoid valve 56 ... Desulfurizer 58 ... Flow rate sensor 60 ... Check valve 64 ... Exhaust gas flow path 66 ... Fuel system flow path

Claims

A fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that generate electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas are stacked;
A reformer for reforming raw fuel mainly composed of hydrocarbons and generating the fuel gas supplied to the fuel cell stack;
An exhaust gas combustor that generates a combustion exhaust gas by burning a fuel exhaust gas that is the fuel gas discharged from the fuel cell stack and an oxidant exhaust gas that is the oxidant gas;
A start-up combustor that generates combustion gas by burning the raw fuel and the oxidant gas;
A fuel cell module comprising:
A first fuel supply flow path for supplying the raw fuel to the start-up combustor;
A second fuel supply channel for supplying the raw fuel to the reformer;
A three-way valve for supplying the raw fuel only to one of the first fuel supply channel or the second fuel supply channel;
A raw fuel supply flow path in which the first fuel supply flow path and the second fuel supply flow path are joined via the three-way valve, and a shutoff valve is disposed upstream of the three-way valve;
With
The three-way valve is always opened when de-energized and energized, and is connected to the shut-off valve; and
An open port that is opened when not energized, closed when energized, and connected to the first fuel supply channel or the second fuel supply channel;
A closed port that is closed when not energized, opened when energized, and connected to the second fuel supply channel or the first fuel supply channel;
Have
A fuel cell module, wherein a check valve for preventing a back flow of fluid is disposed downstream of the open port, and the check valve is not provided downstream of the closed port.

2. The fuel cell module according to claim 1, wherein a flow rate sensor that measures a flow rate of the raw fuel is provided in the raw fuel supply flow path;
A desulfurizer for removing sulfur components contained in the raw fuel;
Is disposed between the shut-off valve and the three-way valve.

3. The fuel cell module according to claim 1, wherein the combustion exhaust gas generated in the exhaust gas combustor is supplied to the startup combustor, and the combustion gas generated in the startup combustor and the combustion exhaust gas are circulated. An exhaust gas flow path
The open port is connected to the first fuel supply flow path in which the start-up combustor is disposed,
The fuel cell module, wherein the second fuel supply channel in which the reformer is disposed is connected to the closed port.

4. The fuel cell module according to claim 3, wherein the temperature of the oxidant gas is increased in the exhaust gas flow path by heat exchange with the combustion gas or the combustion exhaust gas, and the oxidation of the fuel cell stack is increased in temperature. An air preheater for supplying the agent gas,
The start-up combustor supplies the combustion gas and the combustion exhaust gas to the air preheater.

5. The fuel cell module according to claim 3, further comprising a fuel system flow passage that extends from the second fuel supply passage to a part of the exhaust gas passage and the first fuel supply passage.
At least the reformer, the fuel cell stack, the exhaust gas combustor, and the start-up combustor are disposed in the fuel system flow passage.
The fuel cell module according to claim 1, wherein a valve opening pressure of the check valve is set to a pressure larger than a total pressure loss of the fuel system flow passage.