JP5408994B2

JP5408994B2 - Fuel cell device

Info

Publication number: JP5408994B2
Application number: JP2008326985A
Authority: JP
Inventors: 晋平白石; 英二谷口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2028-12-24
Also published as: JP2010153063A

Description

本発明は、複数の燃料電池セルを収納してなる燃料電池モジュールを備える燃料電池装置に関する。 The present invention relates to a fuel cell apparatus including a fuel cell module that houses a plurality of fuel cells.

近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガスと空気（酸素含有ガス）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルを複数並設して電気的に直列に接続してなる燃料電池セルスタックを、燃料電池セルに反応ガスを供給するマニホールドに固定した燃料電池セルスタック装置や、それを収納してなる燃料電池モジュール、さらには燃料電池モジュールを収納してなる燃料電池装置が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。 In recent years, as a next-generation energy, a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that can obtain electric power using hydrogen-containing gas and air (oxygen-containing gas) are arranged in parallel and electrically connected in series. Various fuel cell stack devices fixed to a manifold that supplies reaction gas to fuel cells, fuel cell modules that store the fuel cell stack devices, and fuel cell devices that store fuel cell modules have been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).

このような燃料電池装置においては、燃料電池セルに燃料ガスと酸素含有ガスとを供給することにより燃料電池セルの発電を行うととともに、燃料電池セルの発電で用いられなかった燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させることが知られており、これらの反応ガスを燃焼させるための着火ヒータ等を備えることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。 In such a fuel cell device, the fuel cell and the oxygen-containing gas are generated by supplying the fuel cell with the fuel gas and the oxygen-containing gas, and the fuel gas and the oxygen-containing gas that are not used in the power generation of the fuel cell. It is known to burn gas, and it has been proposed to include an ignition heater or the like for burning these reaction gases (see, for example, Patent Document 2).

また、燃料電池セルの発電や上述の燃焼反応に伴う排ガスには、一酸化炭素等の有害成分が含まれるため、この有害成分を無害化することを目的として、燃焼触媒を備える排ガス処理装置を設けることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。 Further, since the exhaust gas accompanying the power generation of the fuel cell and the above-described combustion reaction contains harmful components such as carbon monoxide, an exhaust gas treatment device equipped with a combustion catalyst is provided for the purpose of detoxifying the harmful components. Providing is proposed (for example, refer to Patent Document 3).

さらには、上述の排ガスの排熱を効果的に回収するための熱交換器を備え、熱交換器内を流れる水道水と排ガスの排熱とで熱交換を行って温水を生成し、その温水を給湯に用いることも提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特開２００７−５９３７７号公報特開２００８−１３５２６８号公報特開２００６−３２２９１号公報特開２００８−２１０６３０号公報 Furthermore, a heat exchanger for effectively recovering the exhaust heat of the exhaust gas described above is provided, and hot water is generated by exchanging heat between the tap water flowing in the heat exchanger and the exhaust heat of the exhaust gas. Has also been proposed for use in hot water supply (see, for example, Patent Document 4).
JP 2007-59377 A JP 2008-135268 A JP 2006-32291 A JP 2008-210630 A

ところで、上述したような燃料電池装置において、夜間等の発電量が少ない時間帯においては、燃料電池セルに供給される燃料ガスの供給量も低下し、それにより、燃料電池セルの発電で用いられなかった燃料ガスの燃焼反応も小さくなり、失火するおそれがある。 By the way, in the fuel cell apparatus as described above, in a time zone where the amount of power generation is small, such as at night, the amount of fuel gas supplied to the fuel cell also decreases, thereby being used for power generation of the fuel cell. The combustion reaction of the fuel gas that has not occurred becomes small, and there is a risk of misfire.

ここで、失火が生じると、燃料電池セルの発電で用いられなかった燃料ガスが不完全燃焼となり、それに伴い定常運転時に比べて一酸化炭素等の有害成分の量が増大し、排ガス処理装置での排ガス処理反応が増大する。特に、排ガス処理装置として燃焼触媒を用いている場合には、燃焼反応が増加することに伴い、燃焼触媒の劣化が生じるおそれがあった。 Here, when misfire occurs, the fuel gas that has not been used in the power generation of the fuel cells becomes incomplete combustion, and accordingly, the amount of harmful components such as carbon monoxide increases compared to during steady operation, and the exhaust gas treatment device The exhaust gas treatment reaction increases. In particular, when a combustion catalyst is used as the exhaust gas treatment device, there is a risk that the combustion catalyst will deteriorate as the combustion reaction increases.

それゆえ、本発明の目的は、燃料電池セルの発電で用いられなかった燃料ガスの燃焼が失火したことを効率よく判断することができるとともに、失火と判断される場合に着火を行なうことで、燃焼触媒の劣化を抑制することができる燃料電池装置を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to efficiently determine that the combustion of the fuel gas that has not been used in the power generation of the fuel cell has misfired, and to perform ignition when it is determined to be misfire, An object of the present invention is to provide a fuel cell device capable of suppressing deterioration of a combustion catalyst.

本発明の燃料電池装置は、収納容器内に複数個の固体酸化物形燃料電池セルを収納してなる燃料電池モジュールと、前記収納容器内に配置され前記燃料電池モジュール内の温度を測定するためのモジュール内温度センサと、前記固体酸化物形燃料電池セルの発電量に対応した量の燃料ガスを前記固体酸化物形燃料電池セルに供給するための燃料ガス供給手段と、前記収納容器内に配置され前記固体酸化物形燃料電池セルで利用されなかった前記燃料ガスを燃焼させるための着火装置と、前記固体酸化物形燃料電池セルの稼動に伴い生じる排ガスを処理するための燃焼触媒を有する排ガス処理装置と、前記排ガス処理装置で処理された後の処理済み排ガスと水とで熱交換を行なうための熱交換器と、前記着火装置の動作を制御する制御装置とを備えてなり、前記制御装置は、前記固体酸化物形燃料電池セルの発電量が一定の状態から増加した場合において、前記燃料電池モジュール内の温度が所定の温度よりも低くなったことを前記モジュール内温度センサによって検出すると、前記着火装置を作動させることを特徴とする。
The fuel cell device of the present invention is a fuel cell module in which a plurality of solid oxide fuel cells are accommodated in a storage container, and a temperature in the fuel cell module that is disposed in the storage container. a temperature sensor module, and the fuel gas supply means for supplying an amount of fuel gas that corresponds to the power generation amount of the solid oxide fuel cell to the solid oxide fuel cell, the storage container It has a ignition device for being arranged combusting the fuel gas which has not been used in the solid oxide fuel cell, a combustion catalyst for treating an exhaust gas caused with the operation of the solid oxide fuel cell An exhaust gas treatment device, a heat exchanger for exchanging heat between the treated exhaust gas after being treated by the exhaust gas treatment device and water, and a control device for controlling the operation of the ignition device Ete becomes, the control device, wherein when the power generation amount of the solid oxide fuel cell is increased from a fixed state, in the module that the temperature is lower than a predetermined temperature within the fuel cell module Upon detection by the temperature sensor, and wherein the operating the ignition device.

このような燃料電池装置においては、燃料電池セルの発電量が一定の状態から増加した場合に、燃料電池モジュール内の温度が所定の温度よりも低くなったことを検出した場合には、燃料電池セルで利用されなかった燃料ガスの燃焼が失火していると判断することができる。 In such a fuel cell device, when it is detected that the temperature in the fuel cell module has become lower than a predetermined temperature when the power generation amount of the fuel cell increases from a certain state, the fuel cell It can be determined that the combustion of the fuel gas not used in the cell is misfired.

それゆえ、制御装置が、燃料電池セルの発電量が一定の状態から増加した場合において、燃料電池モジュール内の温度が所定の温度よりも低くなったことをモジュール内温度センサによって検出した場合に、燃料ガスを燃焼させるように着火装置を作動させることにより、燃料電池セルの発電で用いられなかった燃料ガスを燃焼させることができる。それにより、一酸化炭素等の有害成分が発生することを抑制することができ、排ガス処理装置が劣化することを抑制することができる。 Therefore, when the control device detects that the temperature in the fuel cell module has become lower than a predetermined temperature when the power generation amount of the fuel cell increases from a certain state, By operating the ignition device so as to burn the fuel gas, the fuel gas that has not been used in the power generation of the fuel cell can be burned. Thereby, generation | occurrence | production of harmful components, such as carbon monoxide, can be suppressed and it can suppress that an exhaust gas processing apparatus deteriorates.

また、本発明の燃料電池装置は、前記制御装置は、前記着火装置を作動させた後、停止してから所定時間経過後における前記燃料電池モジュール内の温度が所定の温度よりも低いことを前記モジュール内温度センサによって検出すると、前記着火装置を再度作動させることが好ましい。 In the fuel cell device according to the present invention, the control device may be configured such that the temperature in the fuel cell module is lower than a predetermined temperature after a predetermined time has elapsed since the ignition device was operated and then stopped. Preferably, the ignition device is actuated again when detected by a module temperature sensor.

このような燃料電池装置は、着火装置を作動させた後、停止してから所定時間経過後における燃料電池モジュール内の温度が所定の温度よりも低いことを検出した場合には、燃料ガスが着火していないと判断できる。この場合において、制御装置が着火装置を再度作動させることにより、燃料電池セルで利用されなかった燃料ガスを有効に燃焼させることができる。それにより、一酸化炭素等の有害成分が発生することを抑制することができ、排ガス処理装置の劣化を抑制することができる。 When such a fuel cell device detects that the temperature in the fuel cell module is lower than a predetermined temperature after the lapse of a predetermined time after the ignition device is activated, the fuel gas is ignited. It can be judged that it is not. In this case, when the control device operates the ignition device again, the fuel gas that has not been used in the fuel cell can be burned effectively. Thereby, generation | occurrence | production of harmful components, such as carbon monoxide, can be suppressed and deterioration of an exhaust gas processing apparatus can be suppressed.

また、本発明の燃料電池装置は、前記制御装置は、前記着火装置を再度作動させた後、停止してから所定時間経過後における前記燃料電池モジュール内の温度が所定の温度よりも低いことを前記モジュール内温度センサによって検出すると、前記燃料電池装置の運転を停止することが好ましい。 In the fuel cell device of the present invention, the control device may be configured such that the temperature inside the fuel cell module is lower than a predetermined temperature after a predetermined time has elapsed after the ignition device is operated again and then stopped. It is preferable to stop the operation of the fuel cell device when detected by the temperature sensor in the module.

このような燃料電池装置においては、着火装置を再度作動させた後、停止してから所定時間経過後における燃料電池モジュール内の温度が所定温度よりも低いことを検出した場合においては、着火装置等に故障が生じていると判断することができる。この場合において、制御装置が燃料電池装置の運転を停止することにより、燃料電池装置が故障したまま運転を継続することを抑制でき、安全性を向上することができる。 In such a fuel cell device, when it is detected that the temperature in the fuel cell module is lower than the predetermined temperature after a predetermined time has elapsed since the ignition device is operated again, the ignition device, etc. It can be determined that a failure has occurred. In this case, by stopping the operation of the fuel cell device by the control device, it is possible to suppress the operation from continuing while the fuel cell device is out of order, thereby improving safety.

本発明の燃料電池装置は、制御装置は、固体酸化物形燃料電池セルの発電量が一定の状態から増加した場合において、燃料電池モジュール内の温度が所定の温度よりも低くなったことをモジュール内温度センサによって検出すると、着火装置を作動させることから、燃料電池セルで利用されなかった燃料ガスの燃焼が失火することを抑制することができ、
排ガス処理装置の劣化を抑制することができる。
The fuel cell device of the present invention, the control device, when the power generation amount of the solid oxide fuel cell is increased from a certain state, the temperature of the fuel cell module is lower than a predetermined temperature When detected by the temperature sensor in the module, since the ignition device is operated, it is possible to suppress the misfiring of the combustion of the fuel gas that has not been used in the fuel cell,
Deterioration of the exhaust gas treatment device can be suppressed.

図１は、本発明の燃料電池装置を具備する燃料電池システムの構成の一例を示した構成図である。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。まず、図１を用いて本発明の燃料電池装置の構成について説明する。 FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a configuration of a fuel cell system including a fuel cell device of the present invention. In the following drawings, the same numbers are assigned to the same members. First, the configuration of the fuel cell device of the present invention will be described with reference to FIG.

本発明の燃料電池装置は、図１においては発電を行なう発電ユニットに相当し、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニット、これらのユニット間を水が循環するための循環配管とあわせて、燃料電池システムが構成されている。なお、貯湯ユニットや循環配管も含めて本発明の燃料電池装置とすることもできる。 The fuel cell device of the present invention corresponds to a power generation unit that generates power in FIG. 1, and includes a hot water storage unit that stores hot water after heat exchange, and a circulation pipe that circulates water between these units. A battery system is configured. In addition, it can also be set as the fuel cell apparatus of this invention including a hot water storage unit and circulation piping.

図１に示す燃料電池装置（システム）は、燃料電池セル１、天然ガスや灯油等の被改質ガスを供給する被改質ガス供給手段２、酸素含有ガスを燃料電池セル１に供給するための酸素含有ガス供給手段３、被改質ガスと水蒸気により水蒸気改質する改質器４を具備している。なお、本発明の燃料電池モジュール（以下、モジュールと略す場合がある）は、燃料電池セル１と改質器４とを収納容器内に収納して構成される（後述する図２、図３、図４参照）。 The fuel cell device (system) shown in FIG. 1 is for supplying a fuel cell 1, a reformed gas supply means 2 that supplies a gas to be reformed such as natural gas or kerosene, and an oxygen-containing gas to the fuel cell 1. The oxygen-containing gas supply means 3 and the reformer 4 for steam reforming with the gas to be reformed and steam are provided. The fuel cell module of the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as “module”) is configured by storing the fuel cell 1 and the reformer 4 in a storage container (FIGS. 2 and 3 described later). (See FIG. 4).

また、図１に示す燃料電池装置（発電ユニット）においては、燃料電池セル１の発電により生じた排ガス（排熱）と水とで熱交換を行なう熱交換器１３、熱交換により生成された凝縮水を処理する凝縮水処理装置１９、熱交換器１３で生成された凝縮水を凝縮水処理装置１９に供給するための凝縮水供給管２１が設けられており、凝縮水処理装置１９にて処理された凝縮水は、水タンク１０に貯水された後、水ポンプ１１により改質器４に供給される。なお、凝縮水を処理するための凝縮水処理手段（例えば、イオン交換樹脂等。図示せず。）は、凝縮水処理装置１９のほか、凝縮水供給管２１等にも設けることができる。 Further, in the fuel cell device (power generation unit) shown in FIG. 1, a heat exchanger 13 that performs heat exchange between exhaust gas (exhaust heat) generated by power generation of the fuel cell 1 and water, and condensation generated by heat exchange. A condensed water treatment device 19 for treating water and a condensed water supply pipe 21 for supplying the condensed water generated by the heat exchanger 13 to the condensed water treatment device 19 are provided. The condensed water is stored in the water tank 10 and then supplied to the reformer 4 by the water pump 11. In addition, the condensed water processing means (for example, ion exchange resin etc., not shown) for processing condensed water can be provided not only in the condensed water processing apparatus 19 but also in the condensed water supply pipe 21 and the like.

一方、凝縮水処理装置１９に供給される凝縮水の量が少ない場合や凝縮水処理手段で処理された後の凝縮水の純度が低い場合においては、外部より供給される水（水道水等）を純水に処理して改質器４に供給することもでき、図１においては外部から供給される水を純水に処理する手段として各水処理装置を具備している。 On the other hand, when the amount of condensed water supplied to the condensed water treatment device 19 is small or when the purity of condensed water after being treated by the condensed water treatment means is low, water supplied from the outside (such as tap water) Can be treated with pure water and supplied to the reformer 4. In FIG. 1, each water treatment device is provided as means for treating the water supplied from the outside into pure water.

ここで、外部より供給される水を改質器４に供給するための各水処理装置としては、水を浄化するための活性炭フィルタ装置７、逆浸透膜装置８および浄化された水を純水にするためのイオン交換樹脂装置９の各装置のうち、少なくともイオン交換樹脂装置９（好ましくは全ての装置）を具備する。そして、イオン交換樹脂装置９にて生成された純水は水タンク１０に貯水される。なお、図１に示す燃料電池装置（発電ユニット）おいては、水処理装置として、上記各装置全てを備えるとともに、外部より供給される水の量を調整するための給水弁６が設けられている。また、凝縮水処理装置１９と水タンク１０とがタンク連結管２０にて連結されている。なお、凝縮水のみを改質器４に供給する場合には、凝縮水処理装置１９と改質器４とを水ポンプ１１を介して接続することも可能である。 Here, as each water treatment device for supplying the water supplied from the outside to the reformer 4, the activated carbon filter device 7 for purifying the water, the reverse osmosis membrane device 8, and the purified water is purified water. At least the ion exchange resin device 9 (preferably all devices) is included among the devices of the ion exchange resin device 9 for achieving the above. The pure water generated by the ion exchange resin device 9 is stored in the water tank 10. In addition, in the fuel cell apparatus (power generation unit) shown in FIG. 1, while providing all the said apparatuses as a water treatment apparatus, the water supply valve 6 for adjusting the quantity of the water supplied from the outside is provided. Yes. Further, the condensed water treatment device 19 and the water tank 10 are connected by a tank connecting pipe 20. In the case where only condensed water is supplied to the reformer 4, the condensed water treatment device 19 and the reformer 4 can be connected via the water pump 11.

また、改質器４に水を供給するための各水処理装置および凝縮水処理装置をあわせて、水供給装置Ｘとして表し、図１においては一点鎖線により囲って示している（なお、改質器４と水ポンプ１１を接続する給水管５、タンク連結管２０、凝縮水供給管２１も水供給装置Ｘに含まれるものとする。）。 In addition, each water treatment device and condensate treatment device for supplying water to the reformer 4 are collectively represented as a water supply device X, which is shown by being surrounded by a one-dot chain line in FIG. The water supply pipe 5, the tank connection pipe 20, and the condensed water supply pipe 21 that connect the container 4 and the water pump 11 are also included in the water supply apparatus X).

さらに図１に示す燃料電池装置は、燃料電池セル１にて発電された直流電力を交流電力に切り替え外部負荷に供給するためのパワーコンディショナ１２、熱交換器１３の出口に設けられ熱交換器１３の出口を流れる水（循環水流）の水温を測定するための出口水温センサ１５のほか、制御装置１４が設けられており、循環ポンプ１６とあわせて発電ユニットが構成されている。なお、制御装置１４については後に詳述する。そして、これら発電ユニットを構成する各装置を、外装ケース内に収納することで、設置や持ち運び等が容易な燃料電池装置とすることができる（図示せず）。また図示していないが、被改質ガス供給手段２と改質器４との間に、被改質ガスを加湿するための被改質ガス加湿器を設けることも可能である。なお、貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク１８を具備して構成されている。 Further, the fuel cell device shown in FIG. 1 is provided with a power conditioner 12 for switching the DC power generated in the fuel cell 1 to AC power and supplying it to an external load, and a heat exchanger provided at the outlet of the heat exchanger 13. In addition to the outlet water temperature sensor 15 for measuring the temperature of the water flowing through the outlet 13 (circulated water stream), a control device 14 is provided, and a power generation unit is configured together with the circulation pump 16. The control device 14 will be described in detail later. And each apparatus which comprises these electric power generation units can be set as a fuel cell apparatus with easy installation, carrying etc. by accommodating in an exterior case (not shown). Although not shown, a to-be-reformed gas humidifier for humidifying the to-be-reformed gas may be provided between the to-be-reformed gas supply means 2 and the reformer 4. The hot water storage unit includes a hot water storage tank 18 for storing hot water after heat exchange.

また、燃料電池セル１と熱交換器１３との間には、燃料電池セル１（モジュール）の稼働に伴い生じる排ガスを処理するための排ガス処理装置２２が設けられている。なお、排ガス処理装置に収納される排ガス処理手段としては、一般的に公知の燃焼触媒を用いることができ、図１においては、収納容器内に燃焼触媒を収納してなる排ガス処理装置２２を例示している。 Further, an exhaust gas treatment device 22 is provided between the fuel cell 1 and the heat exchanger 13 for treating the exhaust gas generated with the operation of the fuel cell 1 (module). As the exhaust gas treatment means accommodated in the exhaust gas treatment device, a generally known combustion catalyst can be used. In FIG. 1, an exhaust gas treatment device 22 in which the combustion catalyst is accommodated in a storage container is illustrated. doing.

さらに、モジュール内（図１においては燃料電池セル１として示している）には、燃料電池セル１で利用されなかった燃料ガスと酸素含有ガスとを燃焼させるための着火装置２３が設けられている。なお、着火装置２３としては、一般的に公知のものを使用でき、例えばヒータ、バーナー等を用いることができる。 Further, in the module (shown as the fuel cell 1 in FIG. 1), an ignition device 23 for burning the fuel gas and the oxygen-containing gas not used in the fuel cell 1 is provided. . As the ignition device 23, a generally known device can be used. For example, a heater, a burner, or the like can be used.

なお、図中の矢印は、被改質ガス、酸素含有ガス、水の流れ方向を示したものであり、また破線は制御装置１４に伝送される主な信号経路、または制御装置１４より伝送される主な信号経路を示している。また、同一の構成については同一の番号を付するものとし、以下同様である。 In addition, the arrow in a figure shows the flow direction of to-be-reformed gas, oxygen-containing gas, and water, and a broken line is transmitted from the main signal path | route transmitted to the control apparatus 14, or the control apparatus 14. Main signal paths are shown. The same components are denoted by the same reference numerals, and so on.

ここで、図１に示した燃料電池装置の運転方法について説明する。燃料電池セル１の発電に用いられる改質ガス（燃料ガス）を生成するために水蒸気改質を行なうにあたり、改質器４で使用される水（純水）は、熱交換器１３において燃料電池セル１の発電により生じた排ガスと循環配管１７を流れる水との熱交換により生成される凝縮水が用いられる。熱交換器１３にて生成された凝縮水は、凝縮水供給管２１を流れて凝縮水処理装置１９に供給される。凝縮水処理装置１９に備える凝縮水処理手段（イオン交換樹脂等）にて処理された凝縮水（純水）は、タンク連結管２０を介して水タンク１０に供給される。水タンク１０に貯水された水は、水ポンプ１１により改質器４に供給され、被改質ガス供給手段２より供給される被改質ガスとで水蒸気改質が行われ、生成された改質ガス（燃料ガス）が燃料電池セル１に供給される。燃料電池セル１においては、改質ガスと酸素含有ガス供給手段３より供給される酸素含有ガスとを用いて発電が行われる。以上の方法により、凝縮水を有効に利用することにより、水自立運転を行うことができる。 Here, a method of operating the fuel cell device shown in FIG. 1 will be described. In performing steam reforming to generate reformed gas (fuel gas) used for power generation of the fuel battery cell 1, water (pure water) used in the reformer 4 is converted into a fuel cell in the heat exchanger 13. Condensed water generated by heat exchange between the exhaust gas generated by the power generation of the cell 1 and the water flowing through the circulation pipe 17 is used. The condensed water generated in the heat exchanger 13 flows through the condensed water supply pipe 21 and is supplied to the condensed water treatment device 19. Condensed water (pure water) processed by the condensed water processing means (ion exchange resin or the like) provided in the condensed water processing device 19 is supplied to the water tank 10 via the tank connecting pipe 20. The water stored in the water tank 10 is supplied to the reformer 4 by the water pump 11, subjected to steam reforming with the reformed gas supplied from the reformed gas supply means 2, and generated reformed. A quality gas (fuel gas) is supplied to the fuel cell 1. In the fuel cell 1, power generation is performed using the reformed gas and the oxygen-containing gas supplied from the oxygen-containing gas supply means 3. By the above method, the water self-sustained operation can be performed by effectively using the condensed water.

一方で、凝縮水の生成量が少ない場合や、凝縮水処理装置１９にて処理された凝縮水の純度が低い場合においては、外部より供給される水（水道水等）を用いることもできる。 On the other hand, when the amount of condensed water produced is small, or when the purity of the condensed water treated by the condensed water treatment device 19 is low, water (such as tap water) supplied from the outside can be used.

この場合においては、まず給水弁６（例えば、電磁弁やエア駆動バルブ等）が開放され、水道水等の外部から供給される水が、給水管５を通して活性炭フィルタ７に供給される。活性炭フィルタ７にて処理された水は、続いて逆浸透膜８に供給される。逆浸透膜８にて処理された水は、引き続きイオン交換樹脂装置９に供給され、イオン交換樹脂装置９で処理されることにより生成された純水が、水タンク１０に貯水される。水タンク１０に貯水された純水は、上述した方法により、燃料電池セル１の発電に利用される。 In this case, first, the water supply valve 6 (for example, an electromagnetic valve or an air drive valve) is opened, and water supplied from the outside such as tap water is supplied to the activated carbon filter 7 through the water supply pipe 5. The water treated with the activated carbon filter 7 is then supplied to the reverse osmosis membrane 8. The water treated by the reverse osmosis membrane 8 is continuously supplied to the ion exchange resin device 9, and pure water generated by being treated by the ion exchange resin device 9 is stored in the water tank 10. The pure water stored in the water tank 10 is used for power generation of the fuel cell 1 by the method described above.

また、燃料電池装置（発電ユニット）において、燃料電池装置の稼働に伴い燃料電池セル１に改質器４を介して燃料ガスが供給されるとともに、酸素含有ガス供給手段３より酸素含有ガスが供給される。そして、制御装置１４が燃料電池セル１で使用されなかった燃料ガス（余剰の燃料ガス）と酸素含有ガスとを燃焼させるための着火装置２３を作動させることで、燃料電池セル１の温度を上昇させることができ、効率よく燃料電池セル１の発電を行なうことができる。 Further, in the fuel cell device (power generation unit), fuel gas is supplied to the fuel cell 1 through the reformer 4 as the fuel cell device is operated, and oxygen-containing gas is supplied from the oxygen-containing gas supply means 3. Is done. And the temperature of the fuel cell 1 is raised by operating the ignition device 23 for burning the fuel gas (surplus fuel gas) and oxygen-containing gas which were not used by the fuel cell 1 by the control apparatus 14 Therefore, the power generation of the fuel cell 1 can be performed efficiently.

また、モジュール内（図１においては燃料電池セル１として示している）には、モジュール内の温度を計測するためのモジュール内温度センサが配置されており、モジュール内温度センサによって計測されるモジュール内の温度に基づき、被改質ガス供給手段２や酸素含有ガス供給手段３等の動作を制御装置１４が制御することにより、効率よく発電が行なわれる。 Further, in the module (shown as fuel cell 1 in FIG. 1), an in-module temperature sensor for measuring the temperature in the module is arranged, and the inside of the module measured by the in-module temperature sensor is arranged. Based on this temperature, the control device 14 controls the operation of the reformed gas supply means 2, the oxygen-containing gas supply means 3, etc., so that power generation is performed efficiently.

続いて、本発明の燃料電池装置を構成するモジュールについて説明する。図２は、本発明の燃料電池装置を構成するモジュール２５の一例を示す外観斜視図であり、図３は図２で示す燃料電池モジュール２５の断面図である。 Subsequently, a module constituting the fuel cell device of the present invention will be described. 2 is an external perspective view showing an example of a module 25 constituting the fuel cell device of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the fuel cell module 25 shown in FIG.

図２に示すモジュール２５においては、収納容器２６の内部に、内部を燃料ガスが流通するガス流路（図示せず）を有する柱状の燃料電池セル１を立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル１間に集電部材（図１においては図示せず）を介して電気的に直列に接続するとともに、燃料電池セル１の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材（図示せず）でマニホールド２７に固定してなるセルスタック２８（セルスタック装置３３）を収納して構成されている。なお、セルスタック２８の両端には、セルスタック２８（燃料電池セル１）の発電により生じた電流を集電して外部に引き出すための、電流引き出し部を有する導電部材が配置されている（図示せず）。 In the module 25 shown in FIG. 2, a columnar fuel cell 1 having a gas flow path (not shown) through which fuel gas flows is arranged inside the storage container 26 in an upright state, and adjacent to the storage container 26. The fuel cells 1 are electrically connected in series via current collecting members (not shown in FIG. 1), and the lower end of the fuel cells 1 is connected to an insulating bonding material (not shown) such as a glass sealant. The cell stack 28 (cell stack device 33) fixed to the manifold 27 is accommodated. At both ends of the cell stack 28, conductive members having current drawing portions for collecting and drawing the current generated by the power generation of the cell stack 28 (fuel cell 1) to the outside are arranged (see FIG. Not shown).

なお、図２においては、燃料電池セル１として、内部を燃料ガス（水素含有ガス）が長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型で、ガス流路を有する支持体の表面に、燃料側電極層、固体電解質層および酸素側電極層を順に積層してなる固体酸化物形燃料電池セル１を例示している。 In FIG. 2, the fuel battery cell 1 is a hollow flat plate type having a gas flow path through which fuel gas (hydrogen-containing gas) flows in the longitudinal direction. A solid oxide fuel cell 1 in which a side electrode layer, a solid electrolyte layer, and an oxygen side electrode layer are sequentially laminated is illustrated.

さらに図２においては、燃料電池セル１の発電で使用する燃料ガスを得るために、原燃料供給管３２を介して供給される天然ガス等の原燃料（被改質ガス）を改質して燃料ガスを生成するための改質器４をセルスタック２８（燃料電池セル１）の上方に配置している。なお、改質器４は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行うことができる構造とすることが好ましく、水を気化させるための気化部２９と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒（図示せず）が配置された改質部３０とを備えている。そして、改質器４で生成された燃料ガスは、燃料ガス流通管３１を介してマニホールド２７に供給され、マニホールド２７より燃料電池セル１の内部に設けられたガス流路に供給される。なお、セルスタック装置３３の構成は、燃料電池セル１の種類や形状により、適宜変更することができ、例えばセルスタック装置３３に改質器４を含むこともできる。 Further, in FIG. 2, in order to obtain fuel gas used for power generation of the fuel cell 1, raw fuel (reformed gas) such as natural gas supplied through the raw fuel supply pipe 32 is reformed. The reformer 4 for generating fuel gas is disposed above the cell stack 28 (fuel cell 1). The reformer 4 preferably has a structure capable of performing steam reforming, which is an efficient reforming reaction, and a reforming unit 29 for vaporizing water and reforming raw fuel into fuel gas. And a reforming section 30 in which a reforming catalyst (not shown) is disposed. The fuel gas generated by the reformer 4 is supplied to the manifold 27 through the fuel gas flow pipe 31 and is supplied from the manifold 27 to the gas flow path provided inside the fuel cell 1. Note that the configuration of the cell stack device 33 can be appropriately changed depending on the type and shape of the fuel cell 1. For example, the reformer 4 can be included in the cell stack device 33.

また収納容器２６には、モジュール２５内の温度を測定するためのモジュール内温度センサ２４が設けられており、このモジュール内温度センサ２４によって測定されるモジュール２５内の温度に基づき、燃料ガスや酸素含有ガスを供給することで、モジュール２５の発電を効率よく行なうことができる。 Further, the storage container 26 is provided with an in-module temperature sensor 24 for measuring the temperature in the module 25. Based on the temperature in the module 25 measured by the in-module temperature sensor 24, fuel gas and oxygen By supplying the contained gas, the module 25 can generate power efficiently.

また図２においては、収納容器２６の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されるセルスタック装置３３を後方に取り出した状態を示している。ここで、図２に示したモジュール２５においては、セルスタック装置３３を、収納容器２６内にスライドして収納することが可能である。 Further, FIG. 2 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the storage container 26 is removed and the cell stack device 33 stored inside is taken out rearward. Here, in the module 25 shown in FIG. 2, the cell stack device 33 can be slid and stored in the storage container 26.

なお、収納容器２６の内部には、マニホールド２７に並置されたセルスタック２８の間に配置され、酸素含有ガス（酸素含有ガス）が燃料電池セル１の側方を下端部から上端部に向けて流れるように、酸素含有ガス導入部材３４が配置されている。 The storage container 26 is arranged between cell stacks 28 juxtaposed on the manifold 27, and oxygen-containing gas (oxygen-containing gas) faces the side of the fuel cell 1 from the lower end portion toward the upper end portion. An oxygen-containing gas introduction member 34 is arranged to flow.

ここで、燃料電池セル１のガス流路より排出される余剰な燃料ガスと酸素含有ガスとを燃料電池セル１の上端部側で燃焼させることにより、燃料電池セル１の温度を上昇させることができ、セルスタック装置３３の起動を早めることができる。あわせて、燃料電池セル１（セルスタック２８）の上方に配置された改質器４を温めることができ、改質器４で効率よく改質反応を行なうことができる。 Here, it is possible to raise the temperature of the fuel cell 1 by burning excess fuel gas and oxygen-containing gas discharged from the gas flow path of the fuel cell 1 on the upper end side of the fuel cell 1. This can accelerate the activation of the cell stack device 33. In addition, the reformer 4 disposed above the fuel cell 1 (cell stack 28) can be warmed, and the reformer 4 can efficiently perform the reforming reaction.

なお、本発明の燃料電池装置は、仕切板により上下に区画された外装ケースの上方の部屋にモジュール２５を収納し、下方の部屋にモジュール２５を動作させるための補機類を収納することにより構成される（図示せず）。 In the fuel cell device of the present invention, the module 25 is housed in a room above the outer case partitioned vertically by the partition plate, and accessories for operating the module 25 are housed in the lower room. Configured (not shown).

図３は、図２で示すモジュール２５の断面図である。モジュール２５を構成する収納容器２６は、内壁３５と外壁３６とを有する二重構造で、外壁３６により収納容器２６の外枠が形成されるとともに、内壁３５によりセルスタック２８（セルスタック装置３３）を収納する発電室３７が形成されている。さらにモジュール２５（収納容器２６）においては、内壁３５と外壁３６との間を、燃料電池セル１に導入する酸素含有ガス（酸素含有ガス）が流通する反応ガス流路としている。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the module 25 shown in FIG. The storage container 26 constituting the module 25 has a double structure having an inner wall 35 and an outer wall 36, and an outer frame of the storage container 26 is formed by the outer wall 36, and a cell stack 28 (cell stack device 33) is formed by the inner wall 35. Is formed. Further, in the module 25 (storage container 26), a reaction gas flow path through which an oxygen-containing gas (oxygen-containing gas) introduced into the fuel cell 1 flows is provided between the inner wall 35 and the outer wall 36.

ここで内壁３５には、内壁３５の上面よりセルスタック２８の側面側にまで延び、内壁３５と外壁３６とで形成される反応ガス流路に通じて、セルスタック２８に酸素含有ガスを導入するための酸素含有ガス導入部材３４が備えられている。また、酸素含有ガス導入部材３４の下端側に、燃料電池セル１の下端部に酸素含有ガスを導入するための酸素含有ガス導入口３８が設けられている。 Here, an oxygen-containing gas is introduced into the inner wall 35 from the upper surface of the inner wall 35 to the side surface side of the cell stack 28 and through a reaction gas flow path formed by the inner wall 35 and the outer wall 36. For this purpose, an oxygen-containing gas introduction member 34 is provided. Further, an oxygen-containing gas introduction port 38 for introducing an oxygen-containing gas into the lower end portion of the fuel cell 1 is provided on the lower end side of the oxygen-containing gas introduction member 34.

図３においては、酸素含有ガス導入部材３４が、収納容器２６の内部に横並びに並置された２つのセルスタック２８間に位置するように配置されているが、セルスタック２８の数により、例えば酸素含有ガス導入部材３４をセルスタック２８の両側面側から挟み込むように配置してもよい。具体的には、セルスタック２８（セルスタック装置３３）を１つだけ収納する場合には、酸素含有ガス導入部材３４を２つ設け、セルスタック２８を両側面側から挟み込むように配置することができる。 In FIG. 3, the oxygen-containing gas introduction member 34 is disposed so as to be positioned between two cell stacks 28 arranged side by side inside the storage container 26, but depending on the number of cell stacks 28, for example, oxygen The contained gas introduction member 34 may be disposed so as to be sandwiched from both side surfaces of the cell stack 28. Specifically, when only one cell stack 28 (cell stack device 33) is accommodated, two oxygen-containing gas introduction members 34 may be provided, and the cell stack 28 may be disposed so as to be sandwiched from both side surfaces. it can.

また発電室３７内には、モジュール２５内の熱が極端に放散され、燃料電池セル１（セルスタック２８）の温度が低下して発電量が低減しないよう、モジュール２５内の温度を高温に維持するための断熱材３９が適宜設けられている。 Further, in the power generation chamber 37, the temperature in the module 25 is maintained at a high temperature so that the heat in the module 25 is extremely dissipated and the temperature of the fuel cell 1 (cell stack 28) is lowered and the power generation amount is not reduced. A heat insulating material 39 is appropriately provided.

断熱材３９は、セルスタック２８の近傍に配置することが好ましく、特には、燃料電池セル１の配列方向に沿ってセルスタック２８の側面側に配置するとともに、セルスタック２８の側面の外形と同等またはそれ以上の大きさを有する断熱材３９を配置することが好ましい。なお、好ましくは、断熱材３９はセルスタック２８の両側面側に配置することが好ましい。それにより、セルスタック２８の温度が低下することを効果的に抑制できる。さらには、酸素含有ガス導入部材３４より導入される酸素含有ガス（酸素含有ガス）が、セルスタック２８の側面側より排出されることを抑制でき、セルスタック２８を構成する燃料電池セル１間の酸素含有ガスの流れを促進することができる。 The heat insulating material 39 is preferably disposed in the vicinity of the cell stack 28, and in particular, disposed on the side surface side of the cell stack 28 along the arrangement direction of the fuel cells 1, and is equivalent to the outer shape of the side surface of the cell stack 28. Or it is preferable to arrange | position the heat insulating material 39 which has a magnitude | size beyond it. Preferably, the heat insulating material 39 is disposed on both side surfaces of the cell stack 28. Thereby, it can suppress effectively that the temperature of the cell stack 28 falls. Furthermore, the oxygen-containing gas (oxygen-containing gas) introduced from the oxygen-containing gas introduction member 34 can be prevented from being discharged from the side surface side of the cell stack 28, and the fuel cells 1 constituting the cell stack 28 can be suppressed. The flow of the oxygen-containing gas can be promoted.

また、燃料電池セル１の配列方向に沿った内壁３５の内側には、排ガス用内壁４０が設けられており、内壁３５と排ガス用内壁４０との間が、発電室３７内の排ガスが上方から下方に向けて流れる排ガス流路とされている。なお、排ガス流路は、収納容器２６の底部に設けられた排気孔４１と通じている。 Further, an exhaust gas inner wall 40 is provided inside the inner wall 35 along the arrangement direction of the fuel cells 1, and the exhaust gas in the power generation chamber 37 is located between the inner wall 35 and the exhaust gas inner wall 40 from above. It is an exhaust gas flow path that flows downward. The exhaust gas channel communicates with an exhaust hole 41 provided at the bottom of the storage container 26.

それにより、モジュール２５の稼動（起動処理時、発電時、停止処理時）に伴って生じる排ガスは、排ガス流路を流れた後、排気孔４１より排気される構成となっている。なお、排気孔４１は収納容器２６の底部の一部を切り欠くようにして形成してもよく、また管状の部材を設けることにより形成してもよい。 Thereby, the exhaust gas generated with the operation of the module 25 (during start-up processing, power generation, and stop processing) flows through the exhaust gas passage and is then exhausted from the exhaust hole 41. The exhaust hole 41 may be formed by cutting out a part of the bottom of the storage container 26, or may be formed by providing a tubular member.

図４は、本発明の燃料電池装置のうち、モジュール２５、排ガス処理装置２２および熱交換器１３を抜粋して示した正面図であり、これらがこの順に接続されている。 FIG. 4 is a front view showing the module 25, the exhaust gas treatment device 22 and the heat exchanger 13 extracted from the fuel cell device of the present invention, which are connected in this order.

ここで、モジュール２５の周囲には断熱材４２が設けられており、モジュール２５の底面（下面）に、上述した燃焼触媒を備える排ガス処理装置２２と熱交換器１３とが、排ガス処理装置２２で処理された後の処理済み排ガスが熱交換器１３の排ガス流通路を上から下に流通するように、熱交換器１３に設けられた排ガス流通路が上下方向を向くように順に接続されている。なお、排ガス処理装置２２の下面には排出部が備えられており、排出部と熱交換器１３とが接続されている。また、モジュール２５の底面（もしくは底面に設けられている断熱材１７）が仕切部材４３に固定されている。 Here, a heat insulating material 42 is provided around the module 25, and the exhaust gas treatment device 22 including the combustion catalyst described above and the heat exchanger 13 are provided on the bottom surface (lower surface) of the module 25. The exhaust gas flow passages provided in the heat exchanger 13 are connected in order so as to face in the vertical direction so that the treated exhaust gas after the treatment flows through the exhaust gas flow passages of the heat exchanger 13 from above to below. . In addition, the exhaust part is provided in the lower surface of the exhaust gas processing apparatus 22, and the exhaust part and the heat exchanger 13 are connected. Further, the bottom surface of the module 25 (or the heat insulating material 17 provided on the bottom surface) is fixed to the partition member 43.

なお、図４においては、熱交換器１３としてプレートフィン型熱交換器１３を示している。プレートフィン型熱交換器１３には、水導入部４４と熱交換後水供給部４５とが設けられており、下方には熱交換後の排ガスと凝縮水とを分離するための気液分離部材４６が設けられている。 In FIG. 4, a plate fin type heat exchanger 13 is shown as the heat exchanger 13. The plate fin type heat exchanger 13 is provided with a water introduction part 44 and a water supply part 45 after heat exchange, and a gas-liquid separation member for separating the exhaust gas after heat exchange and the condensed water below. 46 is provided.

そして、モジュール２５内より排出される排ガスは、燃焼触媒を備える排ガス処理装置２２にて処理された後、熱交換器１３に供給され、熱交換器１３内を流れる水とで熱交換される。 And the exhaust gas discharged | emitted from the inside of the module 25 is processed by the exhaust gas processing apparatus 22 provided with a combustion catalyst, Then, it supplies to the heat exchanger 13 and heat-exchanges with the water which flows through the inside of the heat exchanger 13. FIG.

ところで、上述したような燃料電池装置において、夜間等の発電量が少ない時間帯においては、燃料電池セル１に供給される燃料ガスの供給量も低下し、それにより、燃料電池セル１の発電で用いられなかった燃料ガスの燃焼反応も小さくなり、失火するおそれがある。 By the way, in the fuel cell apparatus as described above, the supply amount of the fuel gas supplied to the fuel cell 1 also decreases during a time zone where the power generation amount is small, such as at night. The combustion reaction of fuel gas that has not been used is also reduced, and there is a risk of misfire.

ここで、失火が生じると、燃料電池セル１の発電で用いられなかった燃料ガスが不完全燃焼となり、それに伴い定常運転時に比べて一酸化炭素等の有害成分の量が増大し、排ガス処理装置２２での排ガス処理反応が増大する。特に、排ガス処理装置として燃焼触媒を用いているため、燃焼反応が増加することに伴い、燃焼触媒の劣化が生じるおそれがあった。
Here, when misfire occurs, the fuel gas that has not been used in the power generation of the fuel cell 1 is incompletely combusted, and accordingly, the amount of harmful components such as carbon monoxide is increased compared with that during steady operation, and the exhaust gas treatment device. The exhaust gas treatment reaction at 22 increases. In particular, the use of the combustion catalyst as an exhaust gas treatment apparatus, due to the combustion reaction increases, there is a possibility that the deterioration of the combustion catalyst occurs.

それゆえ、本発明においては、制御装置１４は、燃料電池セル１の発電で用いられなかった燃料ガスの燃焼が失火したことを効率よく判断することができるとともに、失火と判断される場合に着火を行ない燃焼触媒の劣化を抑制する。以下に、制御装置１４の制御について順に説明する。
Therefore, in the present invention, the control device 14 can efficiently determine that the combustion of the fuel gas that has not been used in the power generation of the fuel cell 1 has misfired, and ignite when it is determined that the misfire has occurred. To suppress deterioration of the combustion catalyst. The following will be described in the order for the control of the braking control device 14.

まず、燃料電池セル１（セルスタック２８）の発電量が一定で、かつモジュール内温度センサ２４で測定されるモジュール２５内の温度が一定の状態、すなわち安定して燃料電池セル１の発電が行なわれている状態から、モジュール２５内の温度が所定の温度よりも低くなったことをモジュール内温度センサ２４によって検出すると、制御装置１４は、燃料電池セル１で利用されなかった燃料ガスの燃焼が失火していると判断する。 First, the power generation amount of the fuel cell 1 (cell stack 28) is constant, and the temperature in the module 25 measured by the in-module temperature sensor 24 is constant, that is, the fuel cell 1 generates power stably. When the module internal temperature sensor 24 detects that the temperature in the module 25 has become lower than the predetermined temperature from the state in which the fuel cell is not used, the controller 14 causes the fuel gas not used in the fuel cell 1 to burn. Judge that there is a misfire.

なお、燃料電池セル１の発電量およびモジュール２５内の温度が一定とは、ある時点から３０分前の間における燃料電池セル１の発電量とモジュール２５内の温度のそれぞれが、所定の範囲内にある状態を示している。なお、例えば燃料電池セル１（セルスタック２８）の発電量における所定の範囲とは、セルスタック２８の発電量が７００ｗの場合に、ある時点から３０分前の間における燃料電池セル１の発電量が、その期間の発電量の平均値プラスマイナス２０ｗの範囲内とすることができる。同様にモジュール２５内の温度についても、その時点から３０分前の間におけるモジュール２５内の温度が、その期間のモジュール２５内の温度の平均値プラスマイナス１０℃の範囲内とすることができる。 Note that the power generation amount of the fuel cell 1 and the temperature in the module 25 are constant means that the power generation amount of the fuel cell 1 and the temperature in the module 25 within a predetermined range 30 minutes before a certain point in time are within a predetermined range. Shows the state. For example, the predetermined range of the power generation amount of the fuel cell 1 (cell stack 28) is the power generation amount of the fuel cell 1 30 minutes before a certain time when the power generation amount of the cell stack 28 is 700 w. However, it can be within the range of the average value of the power generation amount during that period plus or minus 20w. Similarly, with respect to the temperature in the module 25, the temperature in the module 25 for 30 minutes before that time may be within the range of the average value of the temperature in the module 25 during that period plus or minus 10 ° C.

そして、このように燃料電池セル１（セルスタック２８）の発電量が一定で、かつモジュール２５内温度が一定の場合に、モジュール２５内の温度が所定の温度よりも低くなったことを検出すると、制御装置１４は、燃料電池セル１で利用されなかった燃料ガスを燃焼させるよう、着火装置２３を作動させる。 When the power generation amount of the fuel cell 1 (cell stack 28) is constant and the temperature in the module 25 is constant in this way, it is detected that the temperature in the module 25 has become lower than a predetermined temperature. The control device 14 operates the ignition device 23 so as to burn the fuel gas that has not been used in the fuel battery cell 1.

それにより、制御装置１４が着火装置２３を作動させることで、燃料電池セル１の発電で用いられなかった燃料ガスを燃焼させることができ、一酸化炭素等の有害成分が発生することを抑制できる。それゆえ、排ガス処理装置２２（燃焼触媒）が劣化することを抑制することができる。 As a result, the control device 14 operates the ignition device 23 so that the fuel gas that has not been used in the power generation of the fuel cell 1 can be burned, and the generation of harmful components such as carbon monoxide can be suppressed. . Therefore, deterioration of the exhaust gas treatment device 22 (combustion catalyst) can be suppressed.

なお、制御装置１４が着火装置２３を作動させる温度（すなわち、モジュール２５内の温度が所定の温度よりも低くなった場合におけるその所定の温度）とは、燃料電池セル１（セルスタック２８）の発電量等に基づいて適宜設定することができるが、例えば上述の例においては、ある時点から５分前の間におけるモジュール２５内の温度の平均値に比べて３０℃低い温度とすることができる。 Note that the temperature at which the control device 14 operates the ignition device 23 (that is, the predetermined temperature when the temperature in the module 25 becomes lower than the predetermined temperature) is the fuel cell 1 (cell stack 28). Although it can be set as appropriate based on the amount of power generation, for example, in the above-mentioned example, it can be set to a temperature 30 ° C. lower than the average value of the temperature in the module 25 for 5 minutes before a certain point in time. .

それゆえ、制御装置１４は、燃料電池セル１の発電量およびモジュール２５内の温度が一定で、かつモジュール内温度センサ２４の測定する温度が、ある時点から５分前の間におけるモジュール２５内の温度の平均値に比べて３０℃低い温度よりも低くなったことを検知した場合に、着火装置２３を作動させる。 Therefore, the control device 14 is configured such that the power generation amount of the fuel cell 1 and the temperature in the module 25 are constant, and the temperature measured by the in-module temperature sensor 24 is within 5 minutes before a certain time. When it is detected that the temperature is lower by 30 ° C. than the average temperature, the ignition device 23 is activated.

そして、本発明の制御装置１４における制御としては、燃料電池セル１の発電量が一定の状態から増加した場合において、モジュール２５内の温度が所定の温度よりも低くなったことをモジュール内温度センサ２４によって検出すると、着火装置２３を作動させる。
Then, the module that as that control put to the control device 14, which in the case where power generation of the fuel cell 1 is increased from a fixed state, the temperature of the module 25 is lower than the predetermined temperature of the present invention When detected by the internal temperature sensor 24, the ignition device 23 is activated.

すなわち、上述したような燃料電池セル１の発電量が一定の状態から増加した場合に、モジュール２５内の温度が所定の温度よりも低くなったことを検出した場合には、制御装置１４は、燃料電池セル１で利用されなかった燃料ガスの燃焼が失火していると判断する。 That is, when it is detected that the temperature in the module 25 is lower than a predetermined temperature when the power generation amount of the fuel cell 1 as described above increases from a certain state, the control device 14 It is determined that the combustion of the fuel gas that has not been used in the fuel cell 1 is misfired.

なお、燃料電池セル１の発電量が一定の状態から増加した場合とは、例えばある時点から５分前の間における燃料電池セル１の発電量の平均値よりも、ある時点より５分後の間における燃料電池セル１の発電量の平均値が高くなった場合等とすることができる。 In addition, the case where the power generation amount of the fuel cell 1 increases from a certain state is, for example, 5 minutes after a certain point in time than the average value of the power generation amount of the fuel cell unit 5 minutes before a certain point in time. For example, the average value of the power generation amount of the fuel cell 1 during the period can be increased.

そして、このように燃料電池セル１（セルスタック２８）の発電量が一定の状態から増加した場合に、モジュール２５内の温度が所定の温度よりも低くなったことをモジュール内温度センサ２４によって検出すると、制御装置１４は、燃料電池セル１で利用されなかった燃料ガスを燃焼させるよう、着火装置２３を作動させる。 Then, when the power generation amount of the fuel cell 1 (cell stack 28) increases from a certain state in this way, the internal temperature sensor 24 detects that the temperature in the module 25 has become lower than a predetermined temperature. Then, the control device 14 operates the ignition device 23 so as to burn the fuel gas that has not been used in the fuel battery cell 1.

なお、この場合において、制御装置１４が着火装置２３を作動させる温度（すなわち、モジュール２５内の温度が所定の温度よりも低くなった場合におけるその所定の温度）とは、燃料電池セル１（セルスタック２８）の発電量等に基づいて適宜設定することができ、例えば燃料電池セル１（セルスタック２８）の発電量が増加する前における５分間のモジュール２５内の温度の平均値とするほか、発電量の増加を考慮して、その平均値よりも３０℃程度高い温度とすることができる。 In this case, the temperature at which the control device 14 operates the ignition device 23 (that is, the predetermined temperature when the temperature in the module 25 becomes lower than the predetermined temperature) is the fuel cell 1 (cell The power generation amount of the stack 28) can be set as appropriate. For example, in addition to the average value of the temperature in the module 25 for 5 minutes before the power generation amount of the fuel cell 1 (cell stack 28) increases, Considering an increase in the amount of power generation, the temperature can be set to about 30 ° C. higher than the average value.

それゆえ、制御装置１４は、燃料電池セル１の発電量が増加した場合に、燃料電池セル１（セルスタック２８）の発電量が増加する前における５分間のモジュール２５内の温度に基づいて規定した所定の温度よりも低くなったことを検知した場合に、着火装置２３を作動させる。 Therefore, when the power generation amount of the fuel cell 1 is increased, the control device 14 is defined based on the temperature in the module 25 for 5 minutes before the power generation amount of the fuel cell 1 (cell stack 28) is increased. When it is detected that the temperature is lower than the predetermined temperature, the ignition device 23 is activated.

また、制御装置１４における他の制御としては、燃料電池セル１の発電量が一定の状態から低下した場合において、モジュール２５内の温度が所定の温度よりも低くなったことをモジュール内温度センサ２４によって検出すると、着火装置２３を作動させる。 Further, as another control in the control device 14, when the power generation amount of the fuel cell 1 is lowered from a certain state, the in-module temperature sensor 24 indicates that the temperature in the module 25 has become lower than a predetermined temperature. If detected, the ignition device 23 is operated.

すなわち、上述したような燃料電池セル１の発電量が一定の状態から低下した場合に、モジュール２５内の温度が低下することが想定されるが、それ以上にモジュール２５内の温度が低下した場合には、制御装置１４は、燃料電池セル１で利用されなかった燃料ガスの燃焼が失火していると判断する。 That is, when the power generation amount of the fuel cell 1 as described above decreases from a certain state, it is assumed that the temperature in the module 25 decreases, but the temperature in the module 25 further decreases. The controller 14 determines that the combustion of the fuel gas that has not been used in the fuel cell 1 is misfired.

なお、燃料電池セル１の発電量が一定の状態から低下した場合とは、例えばある時点から５分前の間における燃料電池セル１の発電量の平均値よりも、ある時点より５分後の間における燃料電池セル１の発電量の平均値が低くなった場合等とすることができる。 Note that the case where the power generation amount of the fuel cell 1 is reduced from a certain state is, for example, 5 minutes after a certain point in time than the average value of the power generation amount of the fuel cell unit 5 minutes before a certain point in time. For example, the average value of the power generation amount of the fuel cell 1 during the period may be low.

ここで、このように燃料電池セル１（セルスタック２８）の発電量が一定の状態から低下した場合に、モジュール２５内の温度が低下することが想定できる。例えば、燃料電池セル１（セルスタック２８）の発電量が一定の場合における温度に対し、発電量の低下に基づいて発電量低下後の温度（所定の温度）を規定することができる。この場合に、モジュール内温度センサ２４によってモジュール２５の温度が所定の温度よりも低くなったことを検知すると、制御装置１４は、燃料電池セル１で利用されなかった燃料ガスを燃焼させるよう、着火装置２３を作動させる。 Here, when the power generation amount of the fuel cell 1 (cell stack 28) is lowered from a certain state in this way, it can be assumed that the temperature in the module 25 is lowered. For example, the temperature (predetermined temperature) after the power generation amount can be defined based on the decrease in the power generation amount with respect to the temperature when the power generation amount of the fuel cell 1 (cell stack 28) is constant. In this case, when the module temperature sensor 24 detects that the temperature of the module 25 has become lower than a predetermined temperature, the control device 14 ignites so as to burn the fuel gas not used in the fuel cell 1. The device 23 is activated.

なお、制御装置１４が着火装置２３を作動させる所定の温度は、発電量の低下に基づいて発電量低下後の温度とすることができるが、着火装置２３の作動をより効率的に行なうにあたり、発電量低下後の想定される温度よりも低い温度に設定することもできる。 The predetermined temperature at which the control device 14 operates the ignition device 23 can be the temperature after the power generation amount is reduced based on the decrease in the power generation amount. However, when the ignition device 23 is operated more efficiently, It can also be set to a temperature lower than the expected temperature after the power generation amount is reduced.

以上のようにして、制御装置１４が着火装置２３を作動させることで、燃料電池セル１の発電で用いられなかった燃料ガスを燃焼させることができるが、場合によって、制御装置１４が着火装置２３を作動させた場合においても、燃料電池セル１の発電で用いられなかった燃料ガスが燃焼しないこと、すなわち着火ができていないことが想定される。 As described above, the control device 14 operates the ignition device 23 so that the fuel gas that has not been used in the power generation of the fuel cell 1 can be combusted. In some cases, the control device 14 causes the ignition device 23 to burn. Even when the is operated, it is assumed that the fuel gas that has not been used in the power generation of the fuel battery cell 1 does not burn, that is, cannot be ignited.

それゆえ、本発明の燃料電池装置においては、制御装置１４は、モジュール内温度センサ２４によって、着火装置２３を作動させた後、停止してから所定時間経過後におけるモジュール２５内の温度が所定の温度よりも低いことを検出すると、燃料ガスが着火していないと判断することができる。 Therefore, in the fuel cell device of the present invention, the control device 14 uses the in-module temperature sensor 24 to activate the ignition device 23 and then stop the temperature in the module 25 after a predetermined time has elapsed after the operation. If it is detected that the temperature is lower than the temperature, it can be determined that the fuel gas is not ignited.

それゆえ、このような場合において、制御装置１４が着火装置２３を再度作動させることにより、燃料電池セル１で利用されなかった燃料ガスを有効に燃焼させることができる。それゆえ、一酸化炭素等の有害成分が発生することを抑制でき、排ガス処理装置２２（燃焼触媒）が劣化することを抑制することができる。 Therefore, in such a case, when the control device 14 operates the ignition device 23 again, the fuel gas that has not been used in the fuel cell 1 can be burned effectively. Therefore, generation | occurrence | production of harmful components, such as carbon monoxide, can be suppressed and it can suppress that exhaust gas processing apparatus 22 (combustion catalyst) deteriorates.

ここで、着火装置２３を作動させた後、停止してから所定時間経過後とは、モジュール２５の大きさや燃料電池セル１の数等により適宜設定することができるが、例えば１０分〜２０分後とすることができる。 Here, after the ignition device 23 is actuated and stopped, it can be appropriately set according to the size of the module 25, the number of the fuel cells 1 and the like, for example, 10 minutes to 20 minutes. Can be later.

また、所定時間経過後におけるモジュール２５内の温度が所定温度よりも低いとは、着火装置２３を再度作動させることにより上昇する温度を想定して適宜設定することや、着火装置２３を作動させたときの温度とすることもできる。 In addition, the temperature in the module 25 after the predetermined time is lower than the predetermined temperature is set appropriately assuming that the temperature rises when the ignition device 23 is operated again, or the ignition device 23 is operated. It can also be the temperature of time.

さらに、制御装置１４は、着火装置２３を再度作動させた後、停止してから所定時間経過後におけるモジュール２５内の温度が所定の温度よりも低いことを検出した場合には、着火装置２３等に故障が生じていると判断することができる。 Further, when the control device 14 detects that the temperature in the module 25 is lower than the predetermined temperature after the predetermined time has elapsed since the ignition device 23 is operated again and then stopped, the ignition device 23 and the like It can be determined that a failure has occurred.

この場合に、制御装置１４は、燃料電池装置の運転を停止することにより、燃料電池装置が故障したまま運転を継続することを抑制でき、安全性を向上することができる。 In this case, by stopping the operation of the fuel cell device, the control device 14 can suppress the operation from continuing while the fuel cell device is out of order, thereby improving safety.

ここで、着火装置２３を再度作動させた後、停止してから所定時間経過後とは、モジュール２５の大きさや燃料電池セル１の数等により適宜設定することができるが、例えば１０分〜２０分後とすることができる。 Here, after the ignition device 23 is actuated again and stopped, the predetermined time elapses can be set as appropriate depending on the size of the module 25, the number of the fuel cells 1 and the like. After minutes.

また、所定時間経過後におけるモジュール２５内の温度が所定温度よりも低いとは、着火装置２３を再度作動させることにより上昇する温度を想定して適宜設定することができ、例えば、着火装置２３を再度作動させたときの温度とすることもできる。 In addition, the temperature in the module 25 after the predetermined time has elapsed is lower than the predetermined temperature, and can be set as appropriate assuming a temperature that increases when the ignition device 23 is actuated again. It can also be the temperature when it is reactivated.

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態の例に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、種々の変更、改良等が可能である。 Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention. .

たとえば、燃料電池セル１を、内部を酸素含有ガスが長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型とすることもできる。この場合においても上述したような制御を行なうことにより、一酸化炭素等の有害成分が発生することを抑制でき、排ガス処理装置２２（燃焼触媒）が劣化することを抑制することができる。 For example, the fuel cell 1 may be a hollow flat plate type having a gas flow path in which an oxygen-containing gas flows in the longitudinal direction. Even in this case, by performing the control as described above, it is possible to suppress the generation of harmful components such as carbon monoxide and to suppress the deterioration of the exhaust gas treatment device 22 (combustion catalyst).

本発明の燃料電池装置の構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the fuel cell apparatus of this invention. 本発明の燃料電池装置における燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows an example of the fuel cell module in the fuel cell apparatus of this invention. 図２に示した燃料電池モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell module shown in FIG. 燃料電池モジュールと排ガス処理装置と熱交換器との接続を示す、本発明の燃料電池装置の一部を抜粋した正面図である。It is the front view which extracted part of the fuel cell apparatus of this invention which shows the connection of a fuel cell module, an exhaust gas processing apparatus, and a heat exchanger.

Explanation of symbols

１：燃料電池セル
１３：熱交換器
１４：制御装置
２２：排ガス処理装置
２３：着火装置
２４：モジュール内温度センサ
２５：燃料電池モジュール 1: Fuel cell 13: Heat exchanger 14: Control device 22: Exhaust gas treatment device 23: Ignition device 24: In-module temperature sensor 25: Fuel cell module

Claims

A fuel cell module in which a plurality of solid oxide fuel cells are stored in a storage container; a temperature sensor in the module for measuring a temperature in the fuel cell module disposed in the storage container; a fuel gas supply means for supplying an amount of fuel gas that corresponds to the power generation of the solid oxide fuel cell to the solid oxide fuel cell, the solid oxide fuel disposed in the storage container An ignition device for combusting the fuel gas that has not been used in a battery cell, an exhaust gas treatment device having a combustion catalyst for treating exhaust gas generated during operation of the solid oxide fuel cell, and the exhaust gas treatment A heat exchanger for exchanging heat between the treated exhaust gas and water after being treated by the device, and a control device for controlling the operation of the ignition device, the control device The when the power generation amount of the solid oxide fuel cell is increased from a fixed state, when the temperature in the fuel cell module is detected by the module temperature sensor that is lower than the predetermined temperature, the A fuel cell device that operates an ignition device.

When the control device detects that the temperature in the fuel cell module is lower than a predetermined temperature after a predetermined time has elapsed after the ignition device is activated and stopped, the ignition is performed. 2. The fuel cell device according to claim 1, wherein the device is operated again.

When the control device detects that the temperature in the fuel cell module is lower than a predetermined temperature after a predetermined time has elapsed since the ignition device is operated again after the operation is stopped, The fuel cell device according to claim 2 , wherein the operation of the fuel cell device is stopped.