JP6454874B2 - Fuel cell system and operation method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとを用いて発電を行う燃料電池システムとその運転方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system that generates power using an oxidant gas and a fuel gas, and an operation method thereof.
燃料電池システムは、通常、一般的な原料インフラである天然ガスやLPGから水素含有ガス(以後、改質ガスと呼ぶ)を生成させる改質器を有する水素製造装置(以後、改質器と呼ぶ)と、改質ガスを利用して発電する燃料電池スタックとで、構成されている。 A fuel cell system usually has a hydrogen production apparatus (hereinafter referred to as a reformer) having a reformer that generates a hydrogen-containing gas (hereinafter referred to as reformed gas) from natural gas or LPG, which is a general raw material infrastructure. ) And a fuel cell stack that generates power using the reformed gas.
燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電する燃料電池を発電部として備える燃料電池システムは、安定した発電を行うために、燃料電池発電部で発生した熱を冷却する機構(例えば、冷却水を循環させる回路と冷却水を蓄える冷却水タンク)を備える。 A fuel cell system including a fuel cell that generates power by reacting a fuel gas and an oxidant gas as a power generation unit is a mechanism for cooling heat generated in the fuel cell power generation unit (for example, using cooling water) in order to perform stable power generation. A circulating circuit and a cooling water tank for storing cooling water).
そして、燃料電池発電部のカソードから排出される酸化剤オフガスや、燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガス、バーナーから排出される燃焼オフガスなどに含まれる水蒸気を凝縮して生成された水などを回収し蓄える凝縮水タンクを備える燃料電池発電装置が知られている。回収された凝縮水は、再度改質水として利用され、外部から水を補給せずとも自立して発電を継続することが可能である。 Then, water generated by condensing water vapor contained in oxidant off-gas discharged from the cathode of the fuel cell power generation unit, anode off-gas discharged from the anode of the fuel cell, combustion off-gas discharged from the burner, etc. 2. Description of the Related Art A fuel cell power generation device including a condensed water tank that collects and stores is known. The collected condensed water is used again as reformed water, and can continue to generate electricity independently without replenishing water from the outside.
しかしながら、設置・施工時などの発電を行っていない状態では、水の生成はなく、手動あるいは自動で、これらの冷却水や改質水を投入する必要がある。このとき、水道水などの市水を投入する場合は、冷却水の導電率が高くなり、燃料電池発電部を構成するセパレータなどにダメージとなる場合があり、水道水を適切な導電率となるように浄化を行うことがある。 However, in the state where power generation is not performed at the time of installation and construction, there is no generation of water, and it is necessary to add these cooling water and reforming water manually or automatically. At this time, when city water such as tap water is introduced, the conductivity of the cooling water is increased, and the separator constituting the fuel cell power generation unit may be damaged, and the tap water has an appropriate conductivity. May be purified.
例えば、特許文献1には、冷却水経路と冷却水タンクと給水部と浄化部が構成され、冷却水タンクに給水された後に浄化動作を行う燃料電池システムが開示されている。
For example,
上記従来の技術に用いられる燃料電池システムでは、燃料電池システムを設置したときに試運転動作させる場合や、メンテナンスのために水抜きを行いメンテナンス完了後に試運転動作させる場合に、燃料電池システムの冷却水タンクに市水を給水した後に浄化器による浄化動作を行ってから発電運転を行う必要がある。 In the fuel cell system used in the above-described conventional technology, when performing a test operation when the fuel cell system is installed, or when draining water for maintenance and performing a test operation after the maintenance is completed, a cooling water tank of the fuel cell system is used. It is necessary to perform the power generation operation after performing the purification operation with the purifier after the city water is supplied.
また、給水された市水の水質によっては浄化動作に相応の時間が掛かり、施工者の拘束時間を増加させ、施工費用が増大する課題がある。 In addition, depending on the quality of the city water supplied, it takes a considerable amount of time for the purification operation, and there is a problem that the construction worker's restraint time increases and the construction cost increases.
また、浄化動作を短時間に実施させるためには、大流量を処理可能なポンプや浄化器が必要となりコストアップとなる。 Further, in order to perform the purification operation in a short time, a pump and a purifier capable of processing a large flow rate are required, resulting in an increase in cost.
本発明は、上記課題を鑑みて為されたものであり、燃料電池システムの給水時に作業者の拘束時間を短縮し、かつ、低コストな燃料電池システムとその運転方法を提供すること
を目的とする。
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has an object to provide a fuel cell system and a method for operating the fuel cell system that reduce the restraint time of an operator when water is supplied to the fuel cell system. To do.
上記目的を達成するために、本発明は、燃料電池システムが設置されて試運転を行う場合、及びメンテナンス後の試運転を行う場合の内の少なくともいずれか一方の場合に、燃料電池が発生する熱を吸収する冷却水が循環する循環経路の冷却水タンクへの給水が開始された後で、かつ前記冷却水を浄化器で浄化させる浄化動作を行う前に、前記冷却水を循環させる循環器を動作させ前記燃料電池の発電を開始する浄化前発電運転を行うようにしたのである。 In order to achieve the above object, the present invention provides heat generated by a fuel cell in at least one of a case where a fuel cell system is installed and a test operation is performed, and a case where a test operation after maintenance is performed. Operates the circulator that circulates the cooling water after the supply of water to the cooling water tank in the circulation path through which the cooling water to be absorbed starts and before the purification operation to purify the cooling water with the purifier Thus, the pre-purification power generation operation for starting the power generation of the fuel cell is performed.
これにより、より低コストかつ単純な方法で、設置時の試運転時間を短縮し、設置者の拘束時間を短縮することが可能となる。 Thereby, it becomes possible to shorten the trial run time at the time of installation and the restraint time of the installer by a lower cost and simple method.
この発明によれば、より低コストかつ単純な方法で、設置時の試運転時間を短縮し、設置者の拘束時間を短縮することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to reduce the trial run time at the time of installation and the restraint time of the installer by a lower cost and simple method.
第1の発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池が発生する熱を吸収する冷却水が循環する循環経路と、前記循環経路上に配置され、給水部を介して冷却水が供給されるように構成されている冷却水タンクと、前記循環経路上に配置され、前記冷却水を循環させる循環器と、前記冷却水を浄化する浄化器と、前記冷却水を前記浄化器で浄化させる浄化動作を行う制御器と、を備え、前記制御器が、燃料電池システムが設置されて試運転を行う場合、及びメンテナンス後の試運転を行う場合の内の少なくともいずれか一方の場合に、前記冷却水タンクへの給水が開始された後で、かつ前記浄化動作を行う前に、前記循環器を動作させ前記燃料電池の発電を開始する浄化前発電運転を行うよう制御する、燃料電池システムである。 1st invention is arrange | positioned on the said circulation path, the fuel cell which produces electric power using oxidant gas and fuel gas, the circulation path through which the cooling water which absorbs the heat which the said fuel cell generate | occur | produces circulates, A cooling water tank configured to be supplied with cooling water via a water supply unit; a circulator disposed on the circulation path for circulating the cooling water; a purifier for purifying the cooling water; A controller that performs a purifying operation for purifying the cooling water with the purifier, and the controller performs at least a test operation when a fuel cell system is installed and a test operation after maintenance. In any one of the cases, after the water supply to the cooling water tank is started and before the purification operation is performed, the pre-purification power generation operation is performed in which the circulator is operated to start the power generation of the fuel cell. To control the fuel A pond system.
これにより、浄化動作を行なわずに試運転するため、試運転にかかる時間を短縮することができる。 Thereby, since the test run is performed without performing the purification operation, the time required for the test run can be shortened.
第2の発明は、特に、第1の発明における、前記制御器が、前記浄化前発電運転の停止後、かつ次回の発電開始前に、前記浄化動作を実行するように制御するものである。これにより、停止中に浄化動作を行うことができ、浄化動作による施工者の待ち時間の発生が無い。 In a second aspect of the invention, in particular, in the first aspect of the invention, the controller controls the purification operation to be executed after the pre-purification power generation operation is stopped and before the next power generation is started. Thereby, purification operation | movement can be performed during a stop and there is no generation | occurrence | production of the waiting time of a constructor by purification operation.
第3の発明は、特に、第2の発明における、前記制御器が、前記浄化前発電運転の停止後に、使用者からの発電に関する所定の操作入力を受け付けた場合に、前記浄化動作を実行するように制御するものである。これにより、浄化直後に水抜き及び水張りが行われた場合に、浄化器に用いるイオン交換樹脂を無駄に消費してしまうことを防止できる。 According to a third aspect of the invention, in particular, in the second aspect of the invention, when the controller receives a predetermined operation input related to power generation from a user after the power generation operation before purification is stopped, the purification operation is executed. Is to control. Thereby, when draining and water filling are performed immediately after purification, it is possible to prevent wasteful consumption of the ion exchange resin used in the purifier.
第4の発明は、特に、第1〜第3のいずれかの発明における、前記制御器が、前記浄化前発電運転の積算時間が、予め設定された第1時間を超えた場合、前記浄化前発電運転を
行わず、前記浄化動作の後に、前記循環器を動作させ発電を開始するよう制御するものである。これにより、水道水発電時間を制限することができ、燃料電池(例えば、セパレータ)の腐食や溶出を抑制することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in particular, when the controller in any one of the first to third aspects of the present invention includes a pre-purification power generation operation in which an integrated time exceeds a preset first time, the pre-purification The power generation operation is not performed, and the circulator is operated to start power generation after the purification operation. Thereby, tap water power generation time can be limited and corrosion and elution of a fuel cell (for example, a separator) can be suppressed.
第5の発明は、特に、第1〜第4のいずれかの発明における、前記制御器が、1回あたりの前記浄化前発電運転の時間が、予め設定された第2時間を超えた場合、前記試運転を停止するよう制御するものである。これにより、1回あたりの水道水発電時間を制限することができ、燃料電池(例えば、セパレータ)の腐食や溶出を抑制することができる。 In a fifth aspect of the invention, in particular, in any one of the first to fourth aspects of the invention, when the time of the pre-purification power generation operation per time exceeds a preset second time, The trial operation is controlled to stop. Thereby, the tap water power generation time per time can be limited, and corrosion and elution of a fuel cell (for example, a separator) can be suppressed.
第6の発明は、特に、第1〜第5のいずれかの発明における、前記制御器が、前記浄化前発電運転での前記燃料電池の出力が、所定の出力以上になるよう制御するものである。これにより、燃料電池スタックの電圧を下げることができ、燃料電池(例えば、セパレータ)の腐食や溶出を抑制することができる。 In a sixth aspect of the invention, in particular, the controller according to any one of the first to fifth aspects of the invention controls the output of the fuel cell in the pre-purification power generation operation to be a predetermined output or more. is there. Thereby, the voltage of the fuel cell stack can be lowered, and corrosion and elution of the fuel cell (for example, a separator) can be suppressed.
第7の発明は、特に、第1〜第6のいずれかの発明における、前記制御器が、前記浄化前発電運転における前記燃料電池の制御温度が、通常運転時に比べて低くなるように制御するものである。これにより、燃料電池スタックの運転温度を下げるこができ、燃料電池(例えば、セパレータ)の腐食や溶出を抑制することができる。 In a seventh aspect of the invention, in particular, the controller according to any one of the first to sixth aspects of the invention controls the control temperature of the fuel cell in the pre-purification power generation operation to be lower than that in normal operation. Is. Thereby, the operating temperature of the fuel cell stack can be lowered, and corrosion and elution of the fuel cell (for example, a separator) can be suppressed.
第8の発明は、酸化剤ガスと燃料ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池が発生する熱を吸収する冷却水が循環する循環経路と、前記循環経路上に配置され、給水部を介して冷却水が供給されるように構成されている冷却水タンクと、前記循環経路上に配置され、前記冷却水を循環させる循環器と、前記冷却水を浄化する浄化器と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料電池システムが設置されて試運転を行う場合、及びメンテナンス後の試運転を行う場合の内の少なくともいずれか一方の場合に、前記冷却水タンクへの給水が開始された後で、前記循環器を動作させ前記燃料電池の発電を開始する浄化前発電運転を行うステップと、前記浄化前発電運転を行うステップの後に、前記冷却水を前記浄化器で浄化させる浄化動作を行うステップと、を備えるのである。 The eighth invention is disposed on the circulation path, a fuel cell that generates power using oxidant gas and fuel gas, a circulation path through which cooling water that absorbs heat generated by the fuel cell circulates, A cooling water tank configured to be supplied with cooling water via a water supply unit; a circulator disposed on the circulation path for circulating the cooling water; a purifier for purifying the cooling water; When the fuel cell system is installed and a test operation is performed, and when at least one of a test operation after maintenance is performed, the cooling water tank is supplied to the cooling water tank. After water supply is started, after the step of performing the pre-purification power generation operation for operating the circulator and starting the power generation of the fuel cell, and the step of performing the pre-purification power generation operation, the cooling water is supplied to the purifier. Clean Performing a cleaning operation for, it is provided with a.
これにより、浄化動作を行なわずに試運転するため、試運転にかかる時間を短縮することができる。 Thereby, since the test run is performed without performing the purification operation, the time required for the test run can be shortened.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the present embodiment.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1について説明する。図1は本発明の実施の形態1による浄化器と水素製造装置と燃料電池発電部と冷却水タンクと凝縮水タンクを含む燃料電池システムの構成図である。
(Embodiment 1)
図1において、符号の1が示す構成要素は原料ガスを昇圧・供給する原料ポンプ、符号の2が示す構成要素は水蒸気改質に用いる改質用水を供給する改質水ポンプ、符号の3が示す構成要素は原料ガスと改質用水が混合する原料・水混合部、符号の4が示す構成要素は原料および改質水から改質反応により水素を製造する燃料処理機である。
In FIG. 1, a constituent element indicated by
また、符号の5が示す構成要素は燃料処理機4から燃料電池発電部(燃料電池)19まで燃料を供給する燃料電池発電部アノード入口配管、符号の6が示す構成要素は燃料電池発電部アノード出口配管、符号の7が示す構成要素は、燃料電池発電部19から排出されるアノードオフガスと排熱回収経路23の間で熱交換を行うアノード排ガス熱交換器である。
Further, a component indicated by
また、符号の8が示す構成要素はアノードオフガスに含まれる未利用燃料などを燃焼させるオフガス燃焼器、符号の9が示す構成要素はオフガス燃焼器8で燃焼された排ガスと排熱回収経路23の間で熱交換を行う燃焼排ガス熱交換器、符号の10が示す構成要素は燃焼排ガスを燃料電池システム外に排出するための排気口である。
Further, the constituent element indicated by
また、符号の11が示す構成要素はアノードオフガス熱交換器7や燃焼排ガス熱交換器9などで凝縮した生成水を回収・貯留するための凝縮水タンク、符号の12が示す構成要素は凝縮水や供給された市水などを浄化するための浄化器、符号の13が示す構成要素は改質水ポンプ2から供給される改質水を燃料処理機4へ導くための改質水電磁弁である。
Further, a constituent element indicated by
また、符号の14が示す構成要素は改質水ポンプ2によって凝縮水タンク11から汲み上げられた水を冷却水タンク15へ導くための給水電磁弁、符号の16が示す構成要素は冷却水タンク15などに水を給水するための給水部、符号の17が示す構成要素は冷却水タンク15と接続し冷却水循環経路18と排熱回収経路23との間で熱交換する冷却水熱交換器である。
Further, a component indicated by
また、符号の20が示す構成要素は冷却水循環経路18の水を循環させるための冷却水循環ポンプ、符号の21が示す構成要素は冷却水タンク15からあふれた水を凝縮水タンク11へ導くための冷却水排水経路、符号の22が示す構成要素はアノードオフガス熱交換器7などで凝縮した生成水を凝縮水タンク11へ導くための凝縮水排水経路である。
Further, a component indicated by
また、符号の24が示す構成要素は各アクチュエータからの信号やセンサーなどの値を監視し、アクチュエータを制御する、監視制御部、符号の25が示す構成要素は排熱回収経路23を循環させるための排熱回収水循環ポンプである。
A component indicated by
なお、図面の簡略化、分かりやすさを考慮し監視制御部24とセンサやアクチェータは図1上は接続されていないが図示されていないだけで、必要なセンサおよびアクチュエータは監視制御部24と全て接続されている。
In consideration of simplification of the drawing and ease of understanding, the
また図1の構成は、一例であって、例えば、浄化器12は、回収水や給水された市水を浄化可能な位置にあれば良く、凝縮水排水経路22と燃焼排ガス熱交換器9からの凝縮水および冷却水排水経路21を合流させてその経路と凝縮水タンク11の間に配置しても良いし、改質水ポンプ2の下流に配置してもよい。
The configuration of FIG. 1 is an example, and for example, the
また、冷却水循環経路18に配置される燃料電池発電部19、冷却水熱交換器17、冷却水タンク15、冷却水循環ポンプ20は、冷却水を冷却水循環経路18で循環させ、燃料電池発電部19を冷却水によって冷却し、排熱回収経路23と熱交換可能な構成であればよく、例えば、冷却水循環ポンプ20を冷却水タンク15と冷却水熱交換器17の間に配置しても良いし、冷却水熱交換器17を燃料電池発電部19の下流に配置してもよい。
Further, the fuel cell
また、図示していないが燃料電池発電部19のカソード出口から排気される酸化剤ガス中の熱を回収し、生成水を凝縮させる排空気熱交換器を設置して、凝縮された水を凝縮水タンクへ貯留してもよい。
Although not shown, an exhaust air heat exchanger that collects heat in the oxidant gas exhausted from the cathode outlet of the fuel cell
以降に、本実施の形態における燃料電池システムの動作を説明する。原料ガスは原料ポンプ1によって昇圧され、燃料処理機4で生成される水素量、燃料電池発電部19で使用される水素量、燃料利用率となるように適切な値に流量制御される。同様に改質水流量は改質水ポンプ2によって適切なS/C比になるように制御される。燃料処理機4で生成された水素を含む燃料は、アノード入口配管5を通じて燃料電池発電部19に供給される。
Hereinafter, the operation of the fuel cell system in the present embodiment will be described. The source gas is boosted by the
燃料電池発電部19に供給された燃料ガスは、燃料電池発電部19内部で水素と酸素の結合反応により消費され、未利用の燃料ガスはオフガスとしてアノード出口配管6を通じて、アノードオフガス熱交換器7に供給され、排熱回収経路23との間で熱交換しオフガス中に含まれる水分を凝縮させる。凝縮した水は凝縮水排水経路22を通じて凝縮水タンク11に貯留される。
The fuel gas supplied to the fuel cell
アノードオフガス熱交換器7を通過した未利用ガスを含むアノードオフガスはオフガス燃焼器8に供給され、燃焼反応に使用され燃料処理機4へ熱を供給する。オフガス燃焼器8から排気された燃焼排ガスは燃焼排ガス熱交換器9で燃焼排ガスと排熱回収経路23との間で熱交換する。
The anode offgas containing unused gas that has passed through the anode offgas heat exchanger 7 is supplied to the
燃焼排ガスに含まれる水分は燃焼排ガス熱交換器9で凝縮され凝縮水排水経路22を通じて凝縮水タンク11に貯留され、排気ガスは排気口10へ導かれ、燃料電池システム外へ排気される。
Moisture contained in the combustion exhaust gas is condensed in the combustion exhaust
冷却水タンク15には給水部16が備えられ、給水部16から給水された水は冷却水タンク15の上限水位を超えると、オーバーフローして冷却水排水経路21を通じて凝縮水タンク11に流通される。
The cooling
給水部16は手動による給水の場合は、給水口であってもよいし、排熱回収経路23が貯湯タンクなどと接続され給水圧によって市水を供給可能な場合は、電磁弁などの開閉弁であってもよい。
The
凝縮水タンク11に貯留された回収水もしくは冷却水タンク15に供給され冷却水排水経路21を通じて凝縮水タンク11に貯留された市水は、改質水ポンプ2によって浄化器12を通流し、改質水電磁弁13を閉じ、給水電磁弁14を開き、冷却水タンク15に汲み上げられる。このとき、浄化器12を通流する際に市水中に含まれる金属イオン等の不純物を浄化し燃料電池発電部19を循環させるのに好適な水質へと浄化する。
The city water stored in the
改質水ポンプ2によって汲み上げられた浄化された水は、冷却水タンク15の上限水位を超えて冷却水排水経路21を通じて凝縮水タンク11に戻される。これを繰り返すことにより、冷却水タンク15および凝縮水タンク11に貯留された水を順次浄化する。
The purified water pumped up by the reforming water pump 2 exceeds the upper limit water level of the cooling
また、このとき冷却水循環ポンプ20を動作させることにより、冷却水タンク15の内部を撹拌しながら、浄化を行うことで浄化済の水と未浄化の水が特定の場所、例えば冷却水タンク15の底部に偏ることを防止する。
Further, at this time, the cooling
図2は本実施の形態における浄化動作および試運転に関わるシーケンスを示すフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart showing a sequence related to the purification operation and the trial operation in the present embodiment.
S101では、試運転か否かの判断を行う。試運転時はS102に進み、浄化前総発電時間が予め設定される第1時間を超えているかどうかを判断する。ここで、浄化前総発電時間とは、燃料電池システムが水道水を浄化しないまま発電を行った場合の、積算総発電時間を示す。所定時間を超えていない場合はS103に進み浄化前発電を実施する。浄化前発電中は浄化前総発電時間をカウントする。 In S101, it is determined whether or not the test run. In the trial operation, the process proceeds to S102, and it is determined whether or not the total power generation time before purification exceeds a preset first time. Here, the total power generation time before purification indicates the total total power generation time when the fuel cell system generates power without purifying the tap water. If the predetermined time has not been exceeded, the process proceeds to S103 and power generation before purification is performed. During power generation before purification, the total power generation time before purification is counted.
この燃料電池システムの構成と運転方法によれば、設置後あるいはメンテナンス後の試運転において、浄化動作を行わずに発電するため、試運転にかかる時間が短縮され、設置者やメンテナンス人員の現場拘束時間を短縮することができる。 According to the configuration and operation method of this fuel cell system, power generation is performed without performing a purification operation in a test operation after installation or maintenance, so the time required for the test operation is shortened, and the on-site restraint time for the installer and maintenance personnel is reduced. It can be shortened.
また、監視制御部24は、浄化前発電運転の停止後、かつ次回の発電開始前に、浄化動作を実行するように制御するよう構成されていてもよい。
Further, the
これにより、停止中に浄化動作を行うことができ、浄化動作による施工者の待ち時間の発生が無い。 Thereby, purification operation | movement can be performed during a stop and there is no generation | occurrence | production of the waiting time of a constructor by purification operation.
また、監視制御部24は、浄化前発電運転の停止後に、使用者からの発電に関する所定の操作入力を受け付けた場合に、浄化動作を実行するように制御するよう構成されていてもよい。
The
これにより、浄化直後に水抜き及び水張りが行われた場合に、浄化器12に用いるイオン交換樹脂を無駄に消費してしまうことを防止できる。
Thereby, it is possible to prevent wasteful consumption of the ion exchange resin used in the
また、S102では、浄化前総発電時間が第1時間を超えていた場合には浄化動作を行い、第1時間を超えていない場合は浄化前発電を実施する判断を行う。第1時間は燃料電池発電部19が市水などの導電率が高い冷却水で運転した場合に燃料電池発電部19の冷却水経路が腐食や基材の溶出等を起こし、運転に支障を来すことがないように設定され、市水等に含まれる不純物や導電率などによって決められる。
In S102, the purification operation is performed when the total power generation time before purification exceeds the first time, and the power generation before purification is determined when it does not exceed the first time. During the first time, when the fuel cell
例えば、ある地区の水道水のある導電率の冷却水を使用した場合に、発電によって冷却水経路に掛かる電位と導電率からか導かれる腐食電流および腐食電流から導かれる腐食量が冷却水経路のシール部の破損や流路部の破損などによって運転に支障が起こらないような値を設定する。 For example, in the case of using cooling water with a certain conductivity of tap water in a certain area, the potential applied to the cooling water path by power generation and the corrosion current derived from the conductivity and the amount of corrosion derived from the corrosion current are Set a value that will not hinder operation due to damage to the seal or flow path.
このように浄化前総発電時間を第1時間以下に制限することにより、浄化前発電によって起こる可能性がある燃料電池発電部19の腐食や溶出(例えば、セパレータ材料の腐食や溶出)を防止できる。
In this way, by limiting the total power generation time before purification to the first time or less, it is possible to prevent corrosion and elution (for example, corrosion and elution of separator material) of the fuel cell
また、S101で試運転で無い場合は、S105で浄化が完了しているかどうかを判断する。浄化が完了している場合は通常運転を行う。浄化が完了していない場合は、S107にて、燃料電池システムが発電していないこと、かつ、ユーザーの発電モード設定が発電禁止以外に設定されている場合に浄化動作を実施する判断を行う。 If the test operation is not performed in S101, it is determined in S105 whether the purification is completed. If purification is complete, perform normal operation. If purification has not been completed, a determination is made in S107 to perform the purification operation when the fuel cell system is not generating power and the user's power generation mode setting is set to other than power generation inhibition.
発電停止中に浄化を行うようにすると、ユーザーは浄化動作によって待たされることが無くなる。また、ユーザーが発電禁止設定を行っているときは発電させたくないという意図があることから、燃料電池システムを休止させる可能性があり、燃料電池発電部19の休止の前に燃料電池システムの水抜きを行う可能性が高い。
If purification is performed while power generation is stopped, the user will not be kept waiting for the purification operation. In addition, since the user intends not to generate power when the power generation prohibition setting is performed, there is a possibility that the fuel cell system may be suspended, and the fuel cell system water before the fuel cell
そのため、ユーザーが発電モードを発電禁止以外に設定したことを検知して浄化動作を行うことにより、浄化動作によって水を浄化した直後にユーザーが水抜きや水張りを行って再度浄化動作を行うことがなくなり、浄化器12のイオン交換樹脂の無駄な消費を回避することができる。
Therefore, by detecting that the user has set the power generation mode other than power generation prohibition and performing the purification operation, the user may perform the purification operation again by draining or filling with water immediately after purifying the water by the purification operation. As a result, useless consumption of the ion exchange resin of the
図2中のS103における試運転の浄化前発電を詳細化したシーケンスを図3に示す。S201において浄化前発電が予め設定される第2時間を超えた場合には、S202へ進み、浄化前発電を停止し、S205へ進み試運転を解除する。 FIG. 3 shows a detailed sequence of the power generation before purification in the trial operation in S103 in FIG. When the pre-purification power generation exceeds the preset second time in S201, the process proceeds to S202, the pre-purification power generation is stopped, and the process proceeds to S205 to cancel the trial operation.
これは、試運転の主目的が、設置施工後やメンテナンス後に燃料電池システムが健全に動作することを確認するためのものであり、長時間発電させる必要が無いためである。 This is because the main purpose of the trial operation is to confirm that the fuel cell system operates soundly after installation and maintenance, and it is not necessary to generate power for a long time.
一方で、設置者やメンテナンス人員が試運転を動作させたまま、試運転を解除せず、現場を離れてしまい、そのまま戻ってこない可能性も考えられる。そのため、浄化前発電を停止した後に試運転を解除し、待機状態に移行する。 On the other hand, there is a possibility that the installer or the maintenance staff leaves the site without releasing the trial run while the trial run is operated, and does not return as it is. Therefore, after stopping the power generation before purification, the trial operation is canceled and the standby state is entered.
1回あたりの浄化前発電を制限する第2時間はトータルでの浄化前総発電時間を制限する第1時間と試運転を何回想定するかによって決定される。例えば、第1時間を1000時間とした場合に、燃料電池システムが設置されてから撤去されるまでに最大必要となる試運転回数を例えば50回とすると、1回あたりの浄化前発電時間を制限する第2時間は20時間となる。 The second time for limiting power generation before purification per time is determined by the first time for limiting the total power generation time before purification in total and how many trial runs are assumed. For example, when the first time is set to 1000 hours, if the maximum number of trial runs required from when the fuel cell system is installed until it is removed is, for example, 50 times, the power generation time before purification per time is limited. The second time is 20 hours.
最大必要となる試運転回数は、設置されてから、ユーザーへの引き渡しが行われるまでに何回試運転を行うか、撤去されるまでに消耗品交換が何回行われるか、水抜きや給水などが必要となる故障が何回発生するか、などの想定に余裕度を掛けて決定される。 The maximum number of trial runs required is the number of trial runs from installation to delivery to the user, how many consumables are exchanged before removal, drainage and water supply, etc. It is determined by multiplying an assumption such as how many times a necessary failure occurs.
このように、1回あたりの浄化前発電時間を制限することにより、適切かつ許容しうる試運転の総回数を設定することができるため、浄化前発電による燃料電池発電部19の腐食(例えば、セパレータ材料の腐食)を抑制し、運転に支障が発生しないようにすることができる。また、設置者、施工者が試運転を解除せずに現場を離れてしまった場合でも、適切に発電を停止し、試運転を解除することができる。
In this way, by limiting the power generation time before purification per time, it is possible to set an appropriate and allowable total number of trial runs, so that corrosion of the fuel cell
図2中のS201で1回あたりの浄化前発電時間が第2時間を超えておらず、かつS203で浄化前総発電時間も第1時間を超えていない場合はS204の低腐食発電を行う。 In S201 in FIG. 2, if the power generation time before purification does not exceed the second time per time and the total power generation time before purification does not exceed the first time in S203, low corrosion power generation in S204 is performed.
燃料電池発電部19の冷却水経路に掛かる電位が高いほど大きな腐食電流が流れるため腐食の進行速度が早い。このため浄化前発電中は燃料電池発電部19の冷却水経路に掛かる電位が低くなるような発電を行う。例えば、燃料電池発電部19が発電セルの多積層型スタックの場合、最も電位が掛かるのは端子間に最も近いスタック冷却部経路である。
The higher the potential applied to the coolant path of the fuel cell
このため、スタック端子間電圧が最も低くなる運転として高電流密度運転を行う。電流密度が増加すれば燃料電池セルの電流―電圧特性から端子間電圧が低下する。燃料電池システムがAC出力目標制御をしている場合は、出力目標をある特定の値より大きくするように運転を実施する。 For this reason, a high current density operation is performed as an operation in which the voltage between the stack terminals is the lowest. If the current density increases, the voltage between terminals decreases from the current-voltage characteristics of the fuel cell. When the fuel cell system performs AC output target control, the operation is performed so that the output target is larger than a specific value.
このように浄化前発電中は、燃料電池発電部19の出力を所定の値以上にすることで、燃料電池発電部19の端子電圧を低下させることで、燃料電池発電部19が浄化前発電中の冷却水によって腐食する量を低下させることができる。
Thus, during power generation before purification, the fuel cell
燃料電池発電部19の冷却水経路の腐食率は、冷却水の導電率に大きく依存する。また水道水などの金属イオン、次亜塩素酸イオンを含む冷却水の導電率は温度に強く依存し、温度が高くなるほど導電率が上昇することが分かっている。このため、S204の低腐食運転時は、燃料電池発電部19の通常の温度制御に比べて、制御温度を低くすることで腐食量を低減することができる。
The corrosion rate of the cooling water path of the fuel cell
具体的には、低腐食運転時には、排熱回収水循環ポンプ25と冷却水循環ポンプ20を通常運転よりも高い操作量もしくは回転数で制御し、燃料電池発電部19の運転温度を下げる制御を行う。
Specifically, during the low-corrosion operation, the exhaust heat recovery
このように、浄化前発電中に、燃料電池発電部19の制御温度を下げる運転を行うことで、燃料電池発電部19が浄化前発電中の冷却水によって腐食する量を低下させることが
できる。
Thus, by performing the operation of lowering the control temperature of the fuel cell
以上のように、本発明にかかる燃料電池システムは、試運転を行う場合に施工者の待ち時間を短縮することができるため、例えば、定置用燃料電池コージェネレーションシステムなどの用途に適用できる。 As described above, the fuel cell system according to the present invention can reduce the waiting time of the installer when performing a test operation, and thus can be applied to applications such as a stationary fuel cell cogeneration system.
1 原料ポンプ
2 改質水ポンプ
4 燃料処理機
5 アノード入口配管
6 アノード出口配管
7 アノードオフガス熱交換器
8 オフガス燃焼器
9 燃焼排ガス熱交換器
10 排気口
11 凝縮水タンク
12 浄化器
13 改質水電磁弁
14 給水電磁弁
15 冷却水タンク
16 給水部
17 冷却水熱交換器
18 冷却水循環経路
19 燃料電池発電部
20 冷却水循環ポンプ
21 冷却水排水経路
22 凝縮水排水経路
23 排熱回収経路
24 監視制御部
25 排熱回収水循環ポンプ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記燃料電池が発生する熱を吸収する冷却水が循環する循環経路と、
前記循環経路上に配置され、給水部を介して冷却水が供給されるように構成されている冷却水タンクと、
前記循環経路上に配置され、前記冷却水を循環させる循環器と、
前記冷却水を浄化する浄化器と、
前記冷却水を前記浄化器で浄化させる浄化動作を行う制御器と、
を備え、
前記制御器は、燃料電池システムが設置されて試運転を行う場合、及びメンテナンス後の試運転を行う場合の内の少なくともいずれか一方の場合に、前記冷却水タンクへの給水が開始された後で、かつ前記浄化動作を行う前に、前記循環器を動作させ前記燃料電池の発電を開始する浄化前発電運転を行うよう制御する、
燃料電池システム。 A fuel cell that generates power using oxidant gas and fuel gas;
A circulation path through which cooling water that absorbs heat generated by the fuel cell circulates;
A cooling water tank disposed on the circulation path and configured to be supplied with cooling water via a water supply unit;
A circulator disposed on the circulation path for circulating the cooling water;
A purifier for purifying the cooling water;
A controller for performing a purifying operation for purifying the cooling water with the purifier;
With
In the case where at least one of the case where the fuel cell system is installed and a test operation is performed, and the case where a test operation after maintenance is performed, the controller is configured to start supplying water to the cooling water tank, And before performing the purification operation, control to perform the pre-purification power generation operation of operating the circulator and starting the power generation of the fuel cell,
Fuel cell system.
前記燃料電池が発生する熱を吸収する冷却水が循環する循環経路と、
前記循環経路上に配置され、給水部を介して冷却水が供給されるように構成されている冷却水タンクと、
前記循環経路上に配置され、前記冷却水を循環させる循環器と、
前記冷却水を浄化する浄化器と、
を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料電池システムが設置されて試運転を行う場合、及びメンテナンス後の試運転を行う場合の内の少なくともいずれか一方の場合に、前記冷却水タンクへの給水が開始された後で、前記循環器を動作させ前記燃料電池の発電を開始する浄化前発電運転を行うステップと、
前記浄化前発電運転を行うステップの後に、前記冷却水を前記浄化器で浄化させる浄化
動作を行うステップと、
を備える、燃料電池システムの運転方法。 A fuel cell that generates power using oxidant gas and fuel gas;
A circulation path through which cooling water that absorbs heat generated by the fuel cell circulates;
A cooling water tank disposed on the circulation path and configured to be supplied with cooling water via a water supply unit;
A circulator disposed on the circulation path for circulating the cooling water;
A purifier for purifying the cooling water;
A method for operating a fuel cell system comprising:
In at least one of the case where the fuel cell system is installed and a test operation is performed, and the case where a test operation after maintenance is performed, the circulator is installed after water supply to the cooling water tank is started. Performing a pre-purification power generation operation to operate and start power generation of the fuel cell;
After the step of performing the pre-purification power generation operation, performing a purification operation of purifying the cooling water with the purifier;
A method for operating a fuel cell system.
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