JP7127427B2 - 燃料電池システム - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。
従来、この種の燃料電池システムとしては、アノードに供給される水素含有ガスとカソードに供給される酸化剤ガス(空気)とに基づいて発電する燃料電池スタックと、水を気化させて炭化水素ガスと混合する気化器と、気化器からの炭化水素ガスを水素含有ガスに改質してアノードに供給する改質器と、気化器に炭化水素ガスを供給するための燃料ポンプと、気化器に水を供給するための水供給ポンプと、カソードに酸化剤ガスを供給するための空気ポンプと、空気および燃料ガスの供給を受けて燃料電池スタックを加熱する加熱バーナと、燃料電池スタックや気化器、改質器、ガスバーナを収容する断熱容器と、を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この燃料電池システムでは、システム停止する際には、燃料電池スタックに酸化剤ガスの供給を行なうと共に加熱バーナに空気のみを供給しつつ、燃料電池スタックに供給する炭化水素ガスの供給量を低減させる。そして、改質器の温度が200℃~550℃に降温すると、炭化水素ガスの供給を停止し、水蒸気の供給を継続しながら気化器の温度が100℃に達すると、気化器に一定量の水を供給してから水の供給を停止する。
特開2010-80192号公報
上述の燃料電池システムでは、システム停止する際に、断熱容器内の温度が不均一なときなどに、気化器の温度が燃料電池スタックや改質器の温度に比して急低下する場合がある。この場合、気化器で水蒸気が生成されにくくなり、改質器でコーキング(燃料の炭化現象)が生じたり燃料電池スタックが浸水したりする懸念がある。しかも、上述の燃料電池システムのように、気化器に一定量の水を供給してから水の供給を停止すると、気化器での吸熱反応の進行により、水蒸気の生成がより阻害され、改質器でのコーキングや燃料電池スタックの浸水が生じやすくなる。改質器でのコーキングや燃料電池スタックの浸水を抑制するために、気化器の温度が急低下したときに炭化水素ガスの供給を停止することも考えられるが、燃料電池スタックの温度が高いと、アノードが高温下で酸素雰囲気に晒され、アノードの酸化劣化が促進される懸念がある。
本発明の燃料電池システムは、システム停止する際に改質器でのコーキングや燃料電池スタックの浸水、アノードの酸化劣化の促進が生じるのを抑制することを主目的とする。
本発明の燃料電池システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の燃料電池システムは、
アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される酸化剤ガスとに基づいて発電する燃料電池と、
改質水を蒸発させて水蒸気を生成する気化器と、
前記水蒸気および原料ガスの混合ガスを前記燃料ガスに改質して前記アノードに供給する改質器と、
前記燃料電池を通過したオフガスを燃焼させて前記気化器と前記改質器とを加熱する燃焼部と、
前記改質器に前記原料ガスを供給する原料ガス供給装置と、
前記気化器に前記改質水を供給する改質水供給装置と、
前記カソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池と前記気化器と前記改質器と前記燃焼部とを有する燃料電池モジュール内に設けられ、前記気化器の温度を検出する気化器温度センサと、
前記燃料電池モジュール内の前記気化器温度センサとは異なる位置に設けられた温度検出器と、
システム停止する際には、前記温度検出器により検出される温度が第1閾値未満に至ると、前記原料ガス供給装置からの前記原料ガスの供給が停止するように前記原料ガス供給装置を制御すると共にまたは制御してから前記改質水供給装置からの前記改質水の供給が停止するように前記改質水供給装置を制御し、その後に、前記酸化剤ガス供給装置からの前記酸化剤ガスの供給が停止するように前記酸化剤ガス供給装置を制御する通常時停止処理を実行する制御装置と、
を備える燃料電池ステムであって、
前記制御装置は、前記システム停止する際に、前記温度検出器により検出される温度が前記第1閾値以上のときに前記気化器温度センサにより検出される前記気化器の温度が第2閾値未満に至ると、前記原料ガス供給装置からの前記原料ガスの供給と前記改質水供給装置からの前記改質水の供給と前記酸化剤ガス供給装置からの前記酸化剤ガスの供給との全てが停止するように前記原料ガス供給装置と前記改質水供給装置と前記酸化剤ガス供給装置とを制御する異常時停止処理を実行する、
ことを要旨とする。
この本発明の燃料電池システムでは、システム停止する際には、温度検出器により検出される温度が第1閾値未満に至ると、原料ガス供給装置からの原料ガスの供給が停止するように原料ガス供給装置を制御すると共にまたは制御してから改質水供給装置からの改質水の供給が停止するように改質水供給装置を制御し、その後に、酸化剤ガス供給装置からの酸化剤ガスの供給が停止するように酸化剤ガス供給装置を制御する通常時停止処理を実行する。そして、システム停止する際に、温度検出器により検出される温度が第1閾値以上で気化器温度センサにより検出される気化器の温度が第2閾値未満に至ると、原料ガス供給装置からの原料ガスの供給と改質水供給装置からの改質水の供給と酸化剤ガス供給装置からの酸化剤ガスの供給との全てが停止するように原料ガス供給装置と改質水供給装置と酸化剤ガス供給装置とを制御する異常時停止処理を実行する。これにより、改質器でのコーキングや燃料電池スタックの浸水を抑制することができると共に、アノードが高温下で酸素雰囲気に晒されるのを抑制してアノードの酸化劣化の促進を抑制することができる。
こうした本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記異常時停止処理によりシステム停止したときには、ユーザによる次回のシステム起動の指示の禁止、システム異常の旨の記憶処理、システム異常の旨の報知、サービスセンタへの連絡のうちの少なくとも1つを行なうものとしてもよい。こうすれば、二次故障の防止や安全性の向上、サービスセンタの作業者によるメンテナンスの作業性の向上を図ることができる。
本発明の燃料電池システムにおいて、前記温度検出器は、前記燃料電池の温度を検出する電池温度センサ、前記改質器の温度を検出する改質器温度センサ、前記燃焼部の温度を検出する燃焼部温度センサのうちの少なくとも1つを有するものとしてもよい。ここで、前記温度検出器が前記電池温度センサおよび前記改質器温度センサを有する場合、前記制御装置は、前記電池温度センサにより検出される前記燃料電池の温度および前記改質器温度センサにより検出される前記改質器の温度がそれぞれの閾値未満に至ったときに、前記温度検出器により検出される温度が前記第1閾値未満に至ったと判定するものとしてもよい。また、前記温度検出器が前記電池温度センサおよび前記燃焼部温度センサを有する場合、前記制御装置は、前記電池温度センサにより検出される前記燃料電池の温度および前記燃焼部温度センサにより検出される前記燃焼部の温度がそれぞれの閾値未満に至ったときに、前記温度検出器により検出される温度が前記第1閾値未満に至ったと判定するものとしてもよい。
本実施形態の燃料電池システム10の構成の概略を示す構成図である。 制御装置80のCPU81により実行される停止制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 システム停止する際の燃焼部温度Tcとスタック温度Tsと気化器温度Tvとの時間変化の様子の一例を示す説明図である。 変形例の停止制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
次に、本発明を実施するための形態について説明する。
図1は、本実施形態の燃料電池システム10の構成の概略を示す構成図である。本実施形態の燃料電池システム10は、図1に示すように、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガス(エア)との供給を受けて発電する燃料電池スタック36を有する発電ユニット20と、発電ユニット20の発電に伴って発生する熱を回収して給湯する貯湯タンク101を有する給湯ユニット100と、システム全体を制御する制御装置80と、を備える。
発電ユニット20は、気化器32、改質器33、燃料電池スタック36を含む燃料電池モジュール30と、気化器32に原料ガス(例えば天然ガスやLPガス)を供給する原料ガス供給装置40と、燃料電池スタック36にエアを供給するエア供給装置50と、気化器32に改質水を供給する改質水供給装置55と、燃料電池モジュール30で発生した排熱を回収する排熱回収装置60と、を備える。これらは、筐体22に収容されている。なお、筐体22には、吸気口22aと排気口22bとが設けられ、吸気口22a付近には、外気を取り込んで筐体22の内部を換気するための換気ファン24が設けられている。
気化器32は、改質水供給装置55からの改質水を蒸発させて水蒸気を生成すると共に原料ガス供給装置40からの原料ガスを予熱する。改質器33は、セラミックなどの担体に改質触媒(例えば、RuまたはNi系の触媒)が担持されて構成され、気化器32から供給された原料ガスと水蒸気との混合ガスを水蒸気改質反応によって燃料ガス(改質ガス)に改質する。改質器33の入口付近には、気化器32の温度(気化器温度Tv)を検出するための温度センサ91が設けられている。
気化器32、改質器33、燃料電池スタック36は、断熱性材料により形成された箱型のモジュールケース31内に収容されている。モジュールケース31内には、燃料電池スタック36の起動や、気化器32における水蒸気の生成、改質器33における水蒸気改質反応に必要な熱を供給するための燃焼部34が設けられている。燃焼部34には燃料電池スタック36を通過した燃料オフガス(アノードオフガス)と酸化剤オフガス(カソードオフガス)とが供給され、これらの混合ガスを点火ヒータ35により点火して燃焼させることにより、燃料電池スタック36や気化器32、改質器33を加熱する。燃焼部34には、燃焼部34の温度を検出するための温度センサ92が設けられている。燃料オフガスおよび酸化剤オフガスの燃焼により生成される燃焼排ガスは、燃焼触媒37を介して熱交換器62へ供給される。燃焼触媒37は、燃焼部34で燃え残った燃料ガスを触媒によって再燃焼させる酸化触媒である。
排熱回収装置60は、燃料電池モジュール30から燃焼排ガスが供給される熱交換器62と貯湯水を貯蔵する貯湯タンク101とを接続して貯湯水の循環路を形成する循環配管61を有する。循環配管61には、循環ポンプ63が設けられており、循環ポンプ63を駆動することにより、熱交換器62における貯湯水と燃焼排ガスとの熱交換により貯湯水を加温すると共に加温した貯湯水を貯湯タンク101へ貯湯する。熱交換器62は、凝縮水供給管66を介して改質水タンク57に接続されると共に排気ガス排出管67を介して外気と接続されている。熱交換器62に供給された燃焼排ガスは、貯湯水との熱交換により水蒸気成分が凝縮され、凝縮された水(凝縮水)が図示しない水精製器によって浄化されて改質水タンク57に回収される。また、残りの排気ガス(ガス成分)は、排気ガス排出管67を介して外気へ排出される。
原料ガス供給装置40は、ガス供給源1と気化器32とを接続する原料ガス供給管41を有する。原料ガス供給管41には、ガス供給源1側から順に、原料ガス供給弁(電磁弁)42,43、オリフィス44、原料ガスポンプ45、脱硫器46が設けられており、原料ガス供給弁42,43を開弁した状態で原料ガスポンプ45を駆動することにより、ガス供給源1からの原料ガスを脱硫器46を通過させて気化器32へ供給する。気化器32へ供給された原料ガスは、気化器32を経由して改質器33へ供給され、燃料ガスへと改質される。原料ガス供給弁42,43は、直列に接続された2連弁である。脱硫器46は、原料ガスに含まれる硫黄分を除去するものであり、例えば、硫黄化合物をゼオライトなどの吸着剤に吸着させて除去する常温脱硫方式などを採用することができる。なお、脱硫方式は、常温脱硫方式に限られず、種々の方式を採用し得る。また、原料ガス供給管41の原料ガス供給弁43とオリフィス44との間には、原料ガス供給管41内の原料ガスの圧力を検出する圧力センサ47が設けられ、オリフィス44と原料ガスポンプ45との間には、原料ガス供給管41を流れる原料ガスの単位時間当たりの流量(ガス流量Fg)を検出する流量センサ48が設けられている。
エア供給装置50は、外気と連通するフィルタ52と燃料電池スタック36とを接続するエア供給管51を有する。エア供給管51には、エアブロワ53が設けられており、エアブロワ53を駆動することにより、フィルタ52を介して吸入したエアを燃料電池スタック36へ供給する。また、エア供給管51には、エアブロワ53の下流側に、エア供給管51を流れるエアの単位時間当たりの流量(エア流量Fa)を検出する流量センサ54が設けられている。
改質水供給装置55は、改質水を貯蔵する改質水タンク57と気化器32とを接続する改質水供給管56を有する。改質水供給管56には、改質水ポンプ58が設けられており、改質水ポンプ58を駆動することにより、改質水タンク57の改質水を気化器32へ供給する。気化器32へ供給された改質水は、気化器32で水蒸気とされ、改質器33における水蒸気改質反応に利用される。また、改質水タンク57には、貯蔵される改質水を精製するための図示しない水精製器が設けられている。
燃料電池スタック36は、酸素イオン伝導体からなる固体電解質と、固体電解質の一方の面に設けられたアノードと、固体電解質の他方の面に設けられたカソードとを備える固体酸化物燃料電池セルが積層されたものである。燃料電池スタック36は、アノードに供給される燃料ガス中の水素とカソードに供給されるエア中の酸素とによる電気化学反応によって発電する。燃料電池スタック36の近傍または内部には、燃料電池スタック36の温度(スタック温度Ts)を検出する温度センサ93が設けられている。燃料電池スタック36の出力端子にはパワーコンディショナ70を介して商用電源2から負荷4への電力ライン3が接続されている。
パワーコンディショナ70は、燃料電池スタック36から出力された直流電圧を所定電圧(例えば、DC250V~300V)まで昇圧するDC/DCコンバータや、昇圧された直流電圧を商用電力系統2と連系可能な交流電圧(例えば、AC200V)に変換するインバータを有する。パワーコンディショナ70から分岐した電力ラインには電源基板78が接続されている。電源基板78は、燃料電池スタック36から出力された直流電圧や商用電力系統2からの交流電圧を補機類の作動に適した直流電圧に変換して補機類に供給するものである。実施形態では、補機類としては、原料ガス供給弁42,43や原料ガスポンプ45、エアブロワ53、改質水ポンプ58、循環ポンプ63などがある。
制御装置80は、CPU81を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、CPU81の他に、処理プログラムを記憶するROM82と、データを一時的に記憶するRAM83と、データを記憶保持する不揮発性のEEPROM84と、計時を行なう図示しないタイマと、図示しない入出力ポートと、を備える。制御装置80には、圧力センサ47や流量センサ48,54、温度センサ91~93などからの各種検出信号が入力ポートを介して入力されている。また、制御装置80からは、換気ファン24のファンモータへの駆動信号や原料ガス供給弁42,43のソレノイドへの駆動信号、原料ガスポンプ45のポンプモータへの駆動信号、エアブロワ53のブロワモータへの駆動信号、改質水ポンプ58のポンプモータへの駆動信号、循環ポンプ63のポンプモータへの駆動信号、パワーコンディショナ70(DC/DCコンバータやインバータ)への制御信号、電源基板78への制御信号、点火ヒータ35への駆動信号、各種情報を表示する表示パネル90への表示制御信号などが出力ポートを介して出力されている。
こうして構成された燃料電池システム10では、負荷4が要求する要求出力に基づくシステム要求値(システム要求出力)を入力し、入力したシステム要求値に基づいて燃料電池スタック36の目標スタック電流Iout*を設定し、設定した目標スタック電流Iout*に応じて原料ガス供給装置40と改質水供給装置55とエア供給装置50とを制御する発電制御を実行する。具体的には、原料ガス供給装置40の制御は、目標スタック電流Iout*に基づいて原料ガス供給装置40が供給すべき目標ガス流量Fg*を設定し、目標ガス流量Fg*と流量センサ48により検出されるガス流量Fgとの偏差に基づくフィードバック制御によりデューティDgを設定し、設定したデューティDgに基づいて原料ガスポンプ45のポンプモータを制御することにより行なわれる。改質水供給装置55の制御は、改質器33に供給される原料ガスの単位時間当たりの流量に対する水蒸気の単位時間当たりの流量の比率であるスチームカーボン比(S/C)が原料ガスの種類に応じて予め定められた所定の比率となるように目標改質水流量Fw*を設定し、設定した目標改質水流量Fw*に基づいてデューティDwを設定し、設定したデューティDwに基づいて改質水ポンプ58のポンプモータを制御することにより行なわれる。エア供給装置50の制御は、原料ガスの目標ガス流量Fg*に対して所定の比率(空燃比)となるようにエア供給装置50が供給すべき目標エア流量Fa*を設定し、設定した目標エア流量Fa*と流量センサ54により検出されるエア流量Faとの偏差に基づくフィードバック制御によりデューティDaを設定し、設定したデューティDaに基づいてエアブロワ53のブロワモータを制御することにより行なわれる。
また、燃料電池システム10では、システム起動する際には、対応する補機類を順次制御して、脱硫器46に燃料成分を吸着させて混合ガスの空燃比ずれを抑制する燃料吸着処理、燃焼部34のパージ処理、燃焼部34におけるオフガスの着火処理、水蒸気改質処理等を実行する。燃料電池システム10は、これらの処理の実行によりシステム起動すると、燃料電池スタック36での発電や給湯ユニット100による給湯が可能となる。なお、上述の起動処理は、あくまで一例であり、燃料電池システム10の構成や補機類の状態等によっては、一部の処理を省略してもよい。
次に、燃料電池システム10においてシステム停止する際の動作について説明する。図2は、制御装置80のCPU81により実行される停止制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、システム停止が指示されたときに実行される。
図2の停止制御ルーチンが実行されると、制御装置80のCPU81は、燃料電池スタック36での発電を停止させるために原料ガス供給装置40と改質水供給装置55とからそれぞれ原料ガスと改質水とが少量供給されるように原料ガスポンプ45と改質水ポンプ58とを制御すると共に燃料電池スタック36を冷却するためにエア供給装置50からエアが最大量供給されるようにエアブロワ53を制御して、システム停止処理を開始する(ステップS100)。燃料電池スタック36は、高温下においてアノードが酸素雰囲気に曝されると、アノードが酸化して発電性能の低下を招く。このため、システム停止する際に、燃料電池スタック36が十分に冷却されるまでアノードへの燃料ガスの供給が継続されるように、原料ガス供給装置40と改質水供給装置55とからそれぞれ必要最小限の原料ガスと改質水とを供給するのである。
続いて、温度センサ91からの気化器温度Tvや温度センサ92からの燃焼部温度Tc、温度センサ93からのスタック温度Tsを入力し(ステップS110)、入力した燃焼部温度Tcを閾値Tcref1と比較すると共に(ステップS120)、スタック温度Tsを閾値Tsref1と比較する(ステップS130)。ここで、閾値Tcref1および閾値Tsref1は、燃料電池スタック36のアノードが酸化しにくい温度まで燃焼部温度Tcやスタック温度Tsが低下したか否かを判定するのに用いられる閾値であり、閾値Tcref1としては、例えば310℃や320℃、330℃などが用いられ、閾値Tsrefとしては、例えば240℃や250℃、260℃などが用いられる。
ステップS120で燃焼部温度Tcが閾値Tcref1以上のときやステップS130でスタック温度Tsが閾値Tsref1以上のときには、気化器温度Tvを閾値Tvrefと比較し(ステップS140)、気化器温度Tvが閾値Tvref以上のときには、ステップS110に戻る。ここで、閾値Tvrefは、気化器32で水蒸気が生成されにくい温度まで気化器温度Tvが低下したか否かを判定するのに用いられる閾値であり、例えば、105℃や110℃、115℃などが用いられる。
図3は、システム停止する際の燃焼部温度Tcとスタック温度Tsと気化器温度Tvとの時間変化の様子の一例を示す説明図である。システム停止する際には、基本的には、図3(A)に示すように、燃焼部温度Tcとスタック温度Tsと気化器温度Tvとがそれぞれ同様の傾向で低下し、図示していないが、気化器温度Tvが閾値Tvref以上のときに燃焼部温度Tcが閾値Tcref1未満で且つスタック温度Tsが閾値Tsref1未満に至る。しかし、図3(B)に示すように、過剰な改質水の供給(吸熱反応の進行による水蒸気の生成の阻害)等により燃焼部温度Tcおよびスタック温度Tsに比して気化器温度Tvが急低下し、燃焼部温度Tcが閾値Tcref1以上のときやスタック温度Tsが閾値Tsref1以上のときに気化器温度Tvが閾値Tvref未満に至る場合もある。ステップS110~S140の処理は、図3(A)のような正常時であるか図3(B)のような異常時であるかを判別する処理である。なお、システム停止する際に燃料電池モジュール30(モジュールケース31)内の温度が不均一なとき、例えば、システム起動中や燃料電池スタック36での発電開始直後などにシステム停止する際に、図3(B)のような異常時になりやすい。
ステップS110~S140の処理の繰り返し実行している最中にステップS120で燃焼部温度Tcが閾値Tcref1未満で且つステップS130でスタック温度Tsが閾値Tsref1未満に至ったときには、図3(A)のような正常時であると判断し、通常時停止処理を実行して(ステップS150~S190)、本ルーチンを終了する(システム停止処理を終了する)。
通常停止処理では、最初に、原料ガス供給装置40からの原料ガスの供給と改質水供給装置55からの改質水の供給とが停止されるように原料ガスポンプ45と改質水ポンプ58とを制御する(ステップS150)。このとき、燃料電池スタック36を継続して冷却するために、エア供給装置50からのエアの最大量供給は継続される。
続いて、温度センサ92からの燃焼部温度Tcや温度センサ93からのスタック温度Tsを入力し(ステップS160)、入力した燃焼部温度Tcを閾値Tcref1よりも低い閾値Tcref2と比較すると共に(ステップS170)、スタック温度Tsを閾値Tsref1よりも低い閾値Tsref2と比較する(ステップS180)。ここで、閾値Tcref2および閾値Tsref2は、エア供給装置50からのエアの供給を停止してよいか否かを判定するのに用いられる閾値であり、例えば、140℃や150℃、160℃などが用いられる。
ステップS170で燃焼部温度Tcが閾値Tcref2以上のときやステップS180でスタック温度Tsが閾値Tsref2以上のときには、ステップS160に戻る。こうしてステップS160~S180の処理を繰り返し実行して、ステップS170で燃焼部温度Tcが閾値Tcref2未満で且つステップS180でスタック温度Tsが閾値Tsref2未満に至ると、エア供給装置50からのエアの供給が停止されるようにエアブロア53を制御して(ステップS190)、通常停止処理を終了する。
ステップS110~S140の処理の繰り返し実行している最中にステップS140で気化器温度Tvが閾値Tvref未満に至ったときには、図3(B)のような異常時であると判断し、異常時停止処理として、原料ガス供給装置40からの原料ガスの供給と改質水供給装置55からの改質水の供給とエア供給装置50からのエアの供給との全てが停止されるように原料ガスポンプ45と改質水ポンプ58とエアブロワ53とを制御して(ステップS200)、本ルーチンを終了する。なお、異常時停止処理は、実施形態では、システムをシャットダウンする処理であり、これらに加えて、他の補機(例えば、原料ガス供給弁42,43や循環ポンプ63など)も停止する。
燃焼部温度Tcが閾値Tcref1以上のときやスタック温度Tsが閾値Tsref1以上のときに気化器温度Tvが閾値Tvref未満に至ると、気化器32で水蒸気が十分に生成されにくくなり、改質器33に供給される水蒸気が不足し、改質器33でコーキング(燃料の炭化現象)が生じたり燃料電池スタック36が浸水したりする懸念がある。これに対して、改質器33でのコーキングや燃料電池スタック36の浸水を抑制するために、気化器温度Tvが閾値Tvref未満に至ったときに原料ガスの供給を停止すると、燃焼部温度Tcやスタック温度Tsが比較的高いために、燃料電池スタック36のアノードが高温下で酸素雰囲気に晒され、アノードの酸化劣化が促進される懸念がある。これらを踏まえて、本実施形態では、燃焼部温度Tcが閾値Tcref1以上のときやスタック温度Tsが閾値Tsref1以上のときに気化器温度Tvが閾値Tvref未満に至ると、原料ガス供給装置40からの原料ガスの供給と改質水供給装置55からの改質水の供給とエア供給装置50からのエアの供給との全てを停止するものとした。改質水の供給を停止することにより、燃料電池スタック36の浸水を抑制することができ、改質水の供給の停止と共に原料ガスの供給を停止することにより、改質器33でのコーキングを抑制することができ、原料ガスおよび改質水の供給の停止と共にエアの供給を停止することにより、燃料電池スタック36のアノードが高温下で酸素雰囲気に晒されるのを抑制してアノードの酸化劣化が促進されるのを抑制することができる。即ち、システム停止する際に改質器33でのコーキングや燃料電池スタック36の浸水、アノードの酸化劣化の促進が生じるのを抑制することができるのである。
本実施形態では、異常時停止処理を実行したときには、ユーザによる次回のシステム起動の指示を禁止(リジェクト)したり、異常時である旨や異常時停止処理を実行した旨をEEPROM84に記憶したり、これらの旨をサービスセンタに自動で連絡したり、これらの旨およびサービスセンタへの連絡を促す旨を表示パネル90に表示したりする。こうすれば、二次故障の防止や安全性の向上、サービスセンタの作業者によるメンテナンスの作業性の向上を図ることができる。
以上説明した本実施形態の燃料電池システム10では、システム停止する際に、燃焼部温度Tcが閾値Tcref1以上のときやスタック温度Tsが閾値Tsref1以上のときに気化器温度Tvが閾値Tvref未満に至ると、異常時停止処理として、原料ガス供給装置40からの原料ガスの供給と改質水供給装置55からの改質水の供給とエア供給装置50からのエアの供給との全てを停止する。これにより、システム停止する際に改質器33でのコーキングや燃料電池スタック36の浸水、アノードの酸化劣化の促進が生じるのを抑制することができる。
上述の実施形態では、気化器温度Tvが閾値Tvref以上のときに燃焼部温度Tcが閾値Tcref1未満で且つスタック温度Tsが閾値Tsref1未満に至ると、原料ガス供給装置40からの原料ガスの供給と改質水供給装置55からの改質水の供給とを同時に停止するものとしたが、原料ガス供給装置40からの原料ガスの供給を停止してから改質水供給装置55からの改質水の供給を停止するものとしてもよい。
上述の実施形態では、燃焼部温度Tcを検出する温度センサ92およびスタック温度Tsを検出する温度センサ93を設けるものとしたが、温度センサ92,93のうちの1つを設けない(省略する)ものとしてもよい。温度センサ92を省略する場合、図2の停止制御ルーチンのステップS120,S170の処理を省略し、温度センサ93を省略する場合、図2の停止制御ルーチンのステップS130,S180の処理を省略すればよい。
上述の実施形態では、温度センサ92,93を設けるものとしたが、これらに加えてまたはこれらのうちの少なくとも1つに代えて、改質器33内に、改質器33の温度(改質器温度Tr)を検出する改質器温度センサを設けるものとしてもよい。
例えば、温度センサ92に代えて改質器温度センサを設ける場合、図2の停止制御ルーチンに代えて、図4の停止制御ルーチンを実行するものとしてもよい。図4の停止制御ルーチンは、ステップS110,S120,S160,S170の処理に代えてステップS110b,S120b,S160b,S170bの処理を実行する点を除いて、図2の停止制御ルーチンと同一である。したがって、同一の処理については同一のステップ番号を付し、その詳細な説明を省略する。
図4の停止制御ルーチンでは、温度センサ91からの気化器温度Tvや温度センサ93からのスタック温度Ts、改質器温度センサからの改質器温度Trを入力し(ステップS110b)、改質器温度Trを閾値Trref1と比較すると共に(ステップS120b)、スタック温度Tsを閾値Tsref1と比較する(ステップS130)。ここで、閾値Trref1は、閾値Tcref1や閾値Tsref1と同様に定められる。改質器温度Trが閾値Trref1以上のときやスタック温度Tsが閾値Tsref1以上のときには、ステップS140に進む。一方、改質器温度Trが閾値Trref1未満で且つスタック温度Tsが閾値Tsref1未満のときには、ステップ150に進む。
そして、ステップS150の処理を実行した後に、温度センサ93からのスタック温度Tsや改質器温度センサからの改質器温度Trも入力し(ステップS160b)、改質器温度Trを閾値Trref2と比較すると共に(ステップS170b)、スタック温度Tsを閾値Tsref2と比較する(ステップS180)。ここで、閾値Trref2は、閾値Tcref2や閾値Tsref2と同様に定められる。改質器温度Trが閾値Trref2以上のときやスタック温度Tsが閾値Tsref2以上のときには、ステップS160bに戻る。一方、改質器温度Trが閾値Trref2未満で且つスタック温度Tsが閾値Tsref2未満のときには、ステップ190に進む。
こうした図4の停止制御ルーチンを実行する場合でも、上述の図2の停止制御ルーチンを実行する場合と同様の効果を奏することができる。
上述の実施形態では、温度センサ91は、改質器33の入口付近に設けられるものとしたが、気化器32の出口付近に設けられるものとしてもよい。
実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、燃料電池スタック36が「燃料電池」に相当し、気化器32が「気化器」に相当し、改質器33が「改質器」に相当し、燃焼部34が「燃焼部」に相当し、原料ガス供給装置40が「原料ガス供給装置」に相当し、改質水供給装置55が「改質水供給装置」に相当し、エア供給装置50が「酸化剤ガス供給装置」に相当し、温度センサ91が「気化器温度センサ」に相当し、温度センサ92,93が「温度検出器」に相当し、制御装置80が「制御装置」に相当する。また、温度センサ93が「電池温度センサ」に相当し、改質器温度センサが「改質器温度センサ」に相当し、温度センサ92が「燃焼部温度センサ」に相当する。
なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、燃料電池システムの製造産業などに利用可能である。
1 ガス供給源、2 商用電力系統、3 電力ライン、4 負荷、10 燃料電池システム、20 発電ユニット、22 筐体、22a 吸気口、22b 排気口、24 換気ファン、30 燃料電池モジュール、31 モジュールケース、32 気化器、33 改質器、34 燃焼部、35 点火ヒータ、36 燃料電池スタック、37 燃焼触媒、40 原料ガス供給装置、41 原料ガス供給管、42,43 原料ガス供給弁、44 オリフィス、45 原料ガスポンプ、46 脱硫器、47 圧力センサ、48 流量センサ、50 エア供給装置、51 エア供給管、52 フィルタ、53 エアブロワ、54 流量センサ、55 改質水供給装置、56 改質水供給管、57 改質水タンク、58 改質水ポンプ、60 排熱回収装置、61 循環配管、62 熱交換器、63 循環ポンプ、66 凝縮水供給管、67 排気ガス排出管、70 パワーコンディショナ、78 電源基板、80 制御装置、81 CPU、82 ROM、83 RAM、84 タイマ、90 表示パネル、91~93 温度センサ、100 給湯ユニット、101 貯湯タンク。

Claims (5)

  1. アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される酸化剤ガスとに基づいて発電する燃料電池と、
    改質水を蒸発させて水蒸気を生成する気化器と、
    前記水蒸気および原料ガスの混合ガスを前記燃料ガスに改質して前記アノードに供給する改質器と、
    前記燃料電池を通過したオフガスを燃焼させて前記気化器と前記改質器とを加熱する燃焼部と、
    前記改質器に前記原料ガスを供給する原料ガス供給装置と、
    前記気化器に前記改質水を供給する改質水供給装置と、
    前記カソードに前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
    前記燃料電池と前記気化器と前記改質器と前記燃焼部とを有する燃料電池モジュール内に設けられ、前記気化器の温度を検出する気化器温度センサと、
    前記燃料電池モジュール内の前記気化器温度センサとは異なる位置に設けられた温度検出器と、
    システム停止する際には、前記温度検出器により検出される温度が第1閾値未満に至ると、前記原料ガス供給装置からの前記原料ガスの供給が停止するように前記原料ガス供給装置を制御すると共にまたは制御してから前記改質水供給装置からの前記改質水の供給が停止するように前記改質水供給装置を制御し、その後に、前記酸化剤ガス供給装置からの前記酸化剤ガスの供給が停止するように前記酸化剤ガス供給装置を制御する通常時停止処理を実行する制御装置と、
    を備える燃料電池ステムであって、
    前記制御装置は、前記システム停止する際に、前記温度検出器により検出される温度が前記第1閾値以上のときに前記気化器温度センサにより検出される前記気化器の温度が第2閾値未満に至ると、前記原料ガス供給装置からの前記原料ガスの供給と前記改質水供給装置からの前記改質水の供給と前記酸化剤ガス供給装置からの前記酸化剤ガスの供給との全てが停止するように前記原料ガス供給装置と前記改質水供給装置と前記酸化剤ガス供給装置とを制御する異常時停止処理を実行する、
    燃料電池システム。
  2. 請求項1記載の燃料電池システムであって、
    前記制御装置は、前記異常時停止処理によりシステム停止したときには、ユーザによる次回のシステム起動の指示の禁止、システム異常の旨の記憶処理、システム異常の旨の報知、サービスセンタへの連絡のうちの少なくとも1つを行なう、
    燃料電池システム。
  3. 請求項1または2記載の燃料電池システムであって、
    前記温度検出器は、前記燃料電池の温度を検出する電池温度センサ、前記改質器の温度を検出する改質器温度センサ、前記燃焼部の温度を検出する燃焼部温度センサのうちの少なくとも1つを有する、
    燃料電池システム。
  4. 請求項3記載の燃料電池システムであって、
    前記制御装置は、前記電池温度センサにより検出される前記燃料電池の温度および前記改質器温度センサにより検出される前記改質器の温度がそれぞれの閾値未満に至ったときに、前記温度検出器により検出される温度が前記第1閾値未満に至ったと判定する、
    燃料電池システム。
  5. 請求項3記載の燃料電池システムであって、
    前記制御装置は、前記電池温度センサにより検出される前記燃料電池の温度および前記燃焼部温度センサにより検出される前記燃焼部の温度がそれぞれの閾値未満に至ったときに、前記温度検出器により検出される温度が前記第1閾値未満に至ったと判定する、
    燃料電池システム。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010027579A (ja) 2008-07-24 2010-02-04 Osaka Gas Co Ltd 燃料電池システム
JP2012133916A (ja) 2010-12-20 2012-07-12 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
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Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010027579A (ja) 2008-07-24 2010-02-04 Osaka Gas Co Ltd 燃料電池システム
JP2012133916A (ja) 2010-12-20 2012-07-12 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
JP2012160300A (ja) 2011-01-31 2012-08-23 Aisin Seiki Co Ltd 燃料電池システム
WO2016084372A1 (ja) 2014-11-27 2016-06-02 パナソニック株式会社 燃料電池システム
JP2018170201A (ja) 2017-03-30 2018-11-01 Toto株式会社 固体酸化物形燃料電池システム

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