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JP5725851B2 - Fuel cell device - Google Patents
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JP5725851B2 - Fuel cell device - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell device.

近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス(水素含有ガス)と酸素含有ガス(例えば、空気)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個配列してなるセルスタックを、収納容器内に収納してなる燃料電池モジュールや、燃料電池モジュールを外装ケース内に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 cell stack formed by arranging a plurality of fuel cells that can obtain power using a fuel gas (hydrogen-containing gas) and an oxygen-containing gas (for example, air) Various fuel cell modules housed in a container and fuel cell devices in which a fuel cell module is housed in an outer case have been proposed (see, for example, Patent Document 1).

このような燃料電池装置においては、排ガスに含まれる有害成分が燃料電池装置の外部に流出することを防ぐために、排ガス処理手段が排ガス排出流路における熱交換器の上流に設けられている。また、燃料電池装置の起動時において、燃焼触媒を備える排ガス処理手段を温めるために加熱部を設けた例が知られている(例えば、特許文献2参照。)。   In such a fuel cell device, in order to prevent harmful components contained in the exhaust gas from flowing out of the fuel cell device, an exhaust gas treatment means is provided upstream of the heat exchanger in the exhaust gas discharge passage. In addition, an example is known in which a heating unit is provided to warm the exhaust gas processing means including a combustion catalyst when the fuel cell device is started (see, for example, Patent Document 2).

特開2007−059377号公報JP 2007-059377 A 特開2010−192272号公報JP 2010-192272 A

しかしながら、特許文献2のように燃焼触媒を活性化する所定の温度に温めるために、燃焼触媒に加熱部を設け、熱交換器の上流に燃焼触媒を配置した場合、燃料電池装置が通常作動する場合に、加熱部が常時高温に曝され続けるため、加熱部が劣化してしまうという問題があった。   However, when the combustion catalyst is provided with a heating unit and the combustion catalyst is disposed upstream of the heat exchanger in order to warm the combustion catalyst to a predetermined temperature as in Patent Document 2, the fuel cell device normally operates. In this case, there is a problem in that the heating unit is deteriorated because the heating unit is constantly exposed to a high temperature.

本発明の燃料電池装置は、燃料ガスと酸素含有ガスとを用いて発電し、発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼させて排ガスを生成する燃料電池モジュールと、燃料電池モジュールに接続されており、排ガスを流すための排ガス排出流路と、排ガス排出流路に設けられており、排ガスと冷媒とで熱交換を行なう熱交換器とを備える。また、熱交換器よりも下流側の排ガス排出流路に設けられ、排ガスに含まれる有害成分を吸着させる第1の燃焼触媒と、熱交換器と、第1の燃焼触媒との間の排ガス排出流路に設けられた加熱部と、前記燃料電池モジュールに前記酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給部と、前記燃料電池モジュールに前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部と、前記第1の燃焼触媒の温度を測定する温度測定部と、起動時において、前記酸素含有ガス供給部と前記加熱部とを作動させ、前記熱交換器を通過した前記酸素含有ガスを前記加熱部にて加熱し、加熱された前記酸素含有ガスにて前記第1の燃焼触媒の温度を高めるとともに、前記温度測定部にて測定された前記第1の燃焼触媒の温度が前記有害成分を吸着可能な温度となったとき、前記燃料ガス供給部を作動させる制御部と、を有する。

The fuel cell device of the present invention is connected to the fuel cell module, which generates power using fuel gas and oxygen-containing gas, burns fuel gas not used for power generation to generate exhaust gas, and the fuel cell module And an exhaust gas exhaust passage for flowing exhaust gas, and a heat exchanger that is provided in the exhaust gas exhaust passage and performs heat exchange between the exhaust gas and the refrigerant. Further, exhaust gas is provided between the first combustion catalyst, the heat exchanger, and the first combustion catalyst, which is provided in the exhaust gas discharge passage downstream of the heat exchanger and adsorbs harmful components contained in the exhaust gas. A heating unit provided in a flow path, an oxygen-containing gas supply unit for supplying the oxygen-containing gas to the fuel cell module, a fuel gas supply unit for supplying the fuel gas to the fuel cell module, A temperature measuring unit that measures the temperature of the first combustion catalyst; and at the time of start-up, the oxygen-containing gas supply unit and the heating unit are operated, and the oxygen-containing gas that has passed through the heat exchanger is supplied to the heating unit. The temperature of the first combustion catalyst is increased by the heated oxygen-containing gas, and the temperature of the first combustion catalyst measured by the temperature measuring unit can adsorb the harmful components. When the temperature reaches And a control unit for operating the fuel gas supply unit.

本発明によれば、熱交換器の下流側に第1の燃焼触媒が設けられており、熱交換器と、第1の燃焼触媒との間に排ガスを加熱するための加熱部が配置されていることから、加熱部が常時高温に曝されることを低減し、加熱部の寿命を延ばすことができる。それにより、燃料電池装置を長寿命化させることができる。   According to the present invention, the first combustion catalyst is provided on the downstream side of the heat exchanger, and the heating unit for heating the exhaust gas is disposed between the heat exchanger and the first combustion catalyst. Therefore, it is possible to reduce the constant exposure of the heating unit to a high temperature and extend the life of the heating unit. Thereby, the life of the fuel cell device can be extended.

本発明の一実施形態である燃料電池装置を概略的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 図1に示す燃料電池装置の一部を透視して示す概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing a part of the fuel cell device shown in FIG. 図1に示す燃料電池装置のブロック図である。It is a block diagram of the fuel cell apparatus shown in FIG. 図1に示す燃料電池装置の起動時における制御を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing control at the time of startup of the fuel cell device shown in FIG. 1. 図1に示す燃料電池装置の一部を抜粋して示す概念図である。It is a conceptual diagram which extracts and shows a part of fuel cell apparatus shown in FIG. 本発明の他の実施形態である燃料電池装置の一部を抜粋して示す概念図である。It is a conceptual diagram which extracts and shows a part of fuel cell apparatus which is other embodiment of this invention. 本発明のさらに他の実施形態である燃料電池装置の一部を抜粋して示す概念図である。It is a conceptual diagram which extracts and shows a part of fuel cell apparatus which is further another embodiment of this invention.

本発明の第1の実施形態である燃料電池装置1について図1〜3を用いて説明する。図1においては、一部外装ケース2を構成する側壁を取り外して、外装ケース2の内部が見えるようにして示している。   A fuel cell device 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 1, a part of the side wall constituting the outer case 2 is removed so that the inside of the outer case 2 can be seen.

図1において、燃料電池装置1は、外装ケース2の内部における空間を上下に区切る仕切部材4の上部の空間が、複数の燃料電池セル(図示せず)を電気的に直列に接続してなるセルスタック(図示せず)を、収納容器(図示せず)内に収納してなる燃料電池モジュール3(以下、モジュール3と略す場合がある。)が配置された燃料電池モジュール収納室5(以下、モジュール収納室5と略す場合がある。)とされている。また、仕切部材4の下部の空間が、モジュール3を動作させるために必要な補機類(図示せず)を収納するための補機収納室6とされている。   In FIG. 1, the fuel cell device 1 is formed by electrically connecting a plurality of fuel cells (not shown) in series in an upper space of a partition member 4 that divides the space inside the outer case 2 in the vertical direction. A fuel cell module storage chamber 5 (hereinafter referred to as module 3) in which a cell stack (not shown) is stored in a storage container (not illustrated) is disposed. , Sometimes abbreviated as module storage chamber 5). The space below the partition member 4 is an auxiliary equipment storage chamber 6 for storing auxiliary equipment (not shown) necessary for operating the module 3.

モジュール収納室5のモジュール3の下部には、図2に示すように、補機収納室6を介してモジュール3の外部に連通する配管からなる排ガス排出流路11が設けられている。この排ガス排出流路11のモジュール収納室5側に第2の燃焼触媒7bが設けられており、補機収納室6側に熱交換器8が設けられている。   As shown in FIG. 2, an exhaust gas discharge passage 11 including a pipe communicating with the outside of the module 3 through the auxiliary machine storage chamber 6 is provided at the lower portion of the module 3 in the module storage chamber 5. A second combustion catalyst 7b is provided on the exhaust gas discharge passage 11 on the module storage chamber 5 side, and a heat exchanger 8 is provided on the auxiliary machinery storage chamber 6 side.

モジュール3は仕切部材4の上面に断熱部材9を介して配置されており、モジュール3内の熱が仕切部材4に輻射することを低減している。配管からなる排ガス排出管11は断熱部材9を貫通している。図2においては、モジュール3の底面にのみ断熱部材9を配置した例を示したが、断熱部材9をモジュール3を覆うように全面に配置してもよい。それにより、さらにモジュール3内の熱がモジュール収納室5に輻射されることを低減できる。   The module 3 is disposed on the upper surface of the partition member 4 via the heat insulating member 9, and the heat in the module 3 is reduced from being radiated to the partition member 4. An exhaust gas discharge pipe 11 made of piping passes through the heat insulating member 9. In FIG. 2, the example in which the heat insulating member 9 is disposed only on the bottom surface of the module 3 is shown, but the heat insulating member 9 may be disposed on the entire surface so as to cover the module 3. Thereby, it can further reduce that the heat in the module 3 is radiated to the module storage chamber 5.

また、第2の燃焼触媒7bは断熱部材9に囲まれるように設けることで、第2の燃焼触媒7bにて生じた燃焼熱をモジュール3を温めることに利用することができる。つまり、第2の燃焼触媒7bは、モジュール収納室5内に配置されることが好ましい。   Further, by providing the second combustion catalyst 7 b so as to be surrounded by the heat insulating member 9, the combustion heat generated in the second combustion catalyst 7 b can be used to warm the module 3. That is, it is preferable that the second combustion catalyst 7 b is disposed in the module storage chamber 5.

図3を用いて燃料電池装置1の構成および燃料電池装置1を構成する部材について詳細に説明する。   The configuration of the fuel cell device 1 and members constituting the fuel cell device 1 will be described in detail with reference to FIG.

燃料電池装置1は、モジュール3と、モジュール3に燃料ガスを供給するための原燃料供給源17と、モジュール3に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給源20と、原燃料供給源17から供給された原燃料を燃料ガスに水蒸気改質するための改質部19と、モジュール3で生成した水蒸気を含む排ガスを燃料電池装置1の外部へ排出するための排ガス排出流路11と、排ガス排出流路11に設けられた排ガスと冷媒とを熱交換するための熱交換器8と、冷媒を供給するための冷媒供給源22と、排ガスから凝縮された凝縮水を回収するための凝縮水回収部10と、回収した凝縮水を貯水するための貯水タンク24と、凝縮水を処理するための凝縮水処理手段19とを有する。また、排ガスを処理するための排ガス処理手段としての第2の燃焼触媒7bおよび第1の燃焼触媒7aを有する。   The fuel cell device 1 includes a module 3, a raw fuel supply source 17 for supplying fuel gas to the module 3, an oxygen-containing gas supply source 20 for supplying oxygen-containing gas to the module 3, and a raw fuel supply source. A reforming unit 19 for steam reforming the raw fuel supplied from the fuel gas into the fuel gas, and an exhaust gas discharge passage 11 for discharging the exhaust gas containing the steam generated by the module 3 to the outside of the fuel cell device 1. , A heat exchanger 8 for exchanging heat between the exhaust gas and the refrigerant provided in the exhaust gas discharge passage 11, a refrigerant supply source 22 for supplying the refrigerant, and for recovering condensed water condensed from the exhaust gas It has the condensed water collection | recovery part 10, the water storage tank 24 for storing the collected condensed water, and the condensed water processing means 19 for processing condensed water. Moreover, it has the 2nd combustion catalyst 7b and the 1st combustion catalyst 7a as an exhaust gas treatment means for processing exhaust gas.

モジュール3は、原燃量供給源17から供給された原燃料を改質部19にて改質触媒(
図示せず)を用いて水蒸気改質し、燃料ガス(水素含有ガス)に生成している。そして、生成された燃料ガスと、酸素含有ガス供給源20から供給された酸素含有ガスとにより発電を行なっている。モジュール3は、燃料電池セル(図示せず)の複数個を電気的に直列に接続したセルスタック(図示せず)により発電しており、発電に使用されなかった燃料ガスは酸素含有ガス(空気)と反応して燃料電池セルの上方で燃焼され、水蒸気を含んだ排ガスが生成され、燃料電池装置1の外部へと排出される。上述した改質触媒としては、水蒸気改質をするにあたって一般的なものを用いることができ、例えば、PtやRbが担持したものを用いることができる。
The module 3 converts the raw fuel supplied from the raw fuel supply source 17 into a reforming catalyst (
(Not shown) is steam reformed to produce fuel gas (hydrogen-containing gas). Then, power is generated by the generated fuel gas and the oxygen-containing gas supplied from the oxygen-containing gas supply source 20. The module 3 generates power by a cell stack (not shown) in which a plurality of fuel cells (not shown) are electrically connected in series. The fuel gas not used for power generation is oxygen-containing gas (air ) And is combusted above the fuel cell, and an exhaust gas containing water vapor is generated and discharged to the outside of the fuel cell device 1. As the above reforming catalyst, a general catalyst can be used for steam reforming, for example, a catalyst supported by Pt or Rb can be used.

また、モジュール3の内部には、燃料電池セルの上方で発電に使用されなかった燃料ガスを燃焼するために、着火部27が設けられている。着火部27としては、電流を流すことで発熱するヒータ等を用いることができる。さらに、モジュール3の内部の温度を測定するためにモジュール温度測定部28を設けてもよい。モジュール温度測定部28としては、熱電対やサーミスタ等を例示することができる。   In addition, an ignition unit 27 is provided inside the module 3 in order to burn fuel gas that has not been used for power generation above the fuel cell. As the ignition unit 27, a heater that generates heat when an electric current is passed can be used. Furthermore, a module temperature measuring unit 28 may be provided to measure the temperature inside the module 3. Examples of the module temperature measurement unit 28 include a thermocouple and a thermistor.

このようにモジュール3の内部は燃焼により高温な状態となることから、燃料電池装置1としては、作動温度が350〜750℃と高温な固体酸化物形燃料電池装置を用いることが好ましい。固体酸化物形燃料電池装置において、固体酸化物形燃料電池モジュールを燃焼熱により温めることで、固体酸化物形燃料電池装置の起動を早くすることができるとともに、高効率な発電効率とすることができる。   Thus, since the inside of the module 3 becomes a high temperature state by combustion, it is preferable to use a solid oxide fuel cell device having a high operating temperature of 350 to 750 ° C. as the fuel cell device 1. In the solid oxide fuel cell device, the solid oxide fuel cell module is warmed by the combustion heat, so that the solid oxide fuel cell device can be started quickly and the power generation efficiency can be made high. it can.

水蒸気を含んだ排ガスは、モジュール3から、排ガス排出流路11の熱交換器8を通じて燃料電池装置1の外部に排出される。排ガスは水素含有ガスを燃焼させることにより生じるため、排ガス中には水蒸気が含まれることとなる。熱交換器8は、排ガスに含まれる水蒸気を冷媒により熱交換することで排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮させ凝縮水を生成している。熱交換器8により生成した凝縮水は、燃料電池装置内の凝縮水ラインL3に供給され、貯水タンク24に貯水される。   The exhaust gas containing water vapor is discharged from the module 3 to the outside of the fuel cell device 1 through the heat exchanger 8 in the exhaust gas discharge passage 11. Since the exhaust gas is generated by burning the hydrogen-containing gas, the exhaust gas contains water vapor. The heat exchanger 8 condenses the water vapor contained in the exhaust gas by heat exchange of the water vapor contained in the exhaust gas with the refrigerant, thereby generating condensed water. The condensed water generated by the heat exchanger 8 is supplied to the condensed water line L3 in the fuel cell device and stored in the water storage tank 24.

凝縮水ラインL3は、熱交換器8により生成された凝縮水を改質部4に供給するための供給ラインであり、排ガスから凝縮水を分離するための凝縮水分離部材10と、貯水タンク24と、凝縮水からほこり等の不純物を取り除くための凝縮水処理部25と、凝縮水ポンプ26とを備えている。   The condensed water line L3 is a supply line for supplying condensed water generated by the heat exchanger 8 to the reforming unit 4, and includes a condensed water separating member 10 for separating condensed water from exhaust gas, and a water storage tank 24. And a condensate treatment unit 25 for removing impurities such as dust from the condensate, and a condensate pump 26.

凝縮水ラインL3から供給された凝縮水は、改質部19にて燃料ガスを生成する際に使用される。つまり、改質部19にて、原燃料供給源17から供給される原燃料と、凝縮水ラインL3から供給される凝縮水とにより、水蒸気改質を行ない燃料ガスを生成する。水蒸気改質は吸熱反応であることから、モジュール3の燃焼熱を利用して水蒸気改質を行なうことが好ましい。図3では、モジュール3の外部に改質部19を設けた例を示しているが、モジュール3の内部に改質部19を配置してもよい。それにより、モジュール3内の燃焼熱を効率よく利用することができる。   The condensed water supplied from the condensed water line L3 is used when fuel gas is generated in the reforming unit 19. That is, the reforming unit 19 performs steam reforming with the raw fuel supplied from the raw fuel supply source 17 and the condensed water supplied from the condensed water line L3 to generate fuel gas. Since steam reforming is an endothermic reaction, it is preferable to perform steam reforming using the combustion heat of module 3. FIG. 3 shows an example in which the reforming unit 19 is provided outside the module 3, but the reforming unit 19 may be arranged inside the module 3. Thereby, the combustion heat in the module 3 can be utilized efficiently.

熱交換器8にて排ガスと熱交換する冷媒は冷媒ラインL5を循環しており、冷媒ラインL5は冷媒供給源22および冷媒ポンプ23を具備して構成されている。冷媒としては、例えば、水を利用することができ、その場合は冷媒供給源22として水タンクを利用することができる。また、冷媒として水以外に他の液体を用いてもよく、窒素ガス等の気体を用いることもできる。   The refrigerant that exchanges heat with the exhaust gas in the heat exchanger 8 circulates through the refrigerant line L5, and the refrigerant line L5 includes a refrigerant supply source 22 and a refrigerant pump 23. For example, water can be used as the refrigerant, and in that case, a water tank can be used as the refrigerant supply source 22. In addition to water, other liquids may be used as the refrigerant, and a gas such as nitrogen gas may be used.

原燃料供給部は、原燃料供給ラインL1と、原燃料供給源17と、原燃料ポンプ18と、改質部19とを含み、凝縮水ラインL3から供給された凝縮水を改質部19に供給することにより燃料ガスを生成し、モジュール3に供給している。原燃料としては、都市ガス
(13Aガス)等の炭化水素系ガスや、石油等の液体燃料を用いることができる。原燃料供給源17は、使用する原燃料にあわせてガスボンベやタンク等を使用することができる。このように、燃料ガス供給部は改質部19を含むものであり、原燃料供給源17や凝縮水ラインL3をも含んでいる。
The raw fuel supply unit includes a raw fuel supply line L1, a raw fuel supply source 17, a raw fuel pump 18, and a reforming unit 19, and the condensed water supplied from the condensed water line L3 is supplied to the reforming unit 19. By supplying the fuel gas, the fuel gas is generated and supplied to the module 3. As raw fuel, hydrocarbon gas such as city gas (13A gas) or liquid fuel such as petroleum can be used. The raw fuel supply source 17 can use a gas cylinder or a tank according to the raw fuel to be used. As described above, the fuel gas supply section includes the reforming section 19 and also includes the raw fuel supply source 17 and the condensed water line L3.

酸素含有ガス供給部は、配管からなる酸素含有ガスラインL2と、酸素含有ガス供給源20と、酸素含有ガスポンプ21とを有している。酸素含有ガスとして、酸素や空気を用いることができ、酸素を用いる場合には酸素含有ガス供給源20としてガスボンベを用いることができ、空気を用いる場合には酸素含有ガス供給源20として外部と連通するような構成としてもよい。   The oxygen-containing gas supply unit has an oxygen-containing gas line L <b> 2 made of piping, an oxygen-containing gas supply source 20, and an oxygen-containing gas pump 21. As the oxygen-containing gas, oxygen or air can be used. When oxygen is used, a gas cylinder can be used as the oxygen-containing gas supply source 20. When air is used, the oxygen-containing gas supply source 20 communicates with the outside. It is good also as a structure which does.

排ガスラインL4は、配管からなる排ガス排出流路11により構成されており、排ガス排出部は、排ガスラインL4と、排ガスの流れ方向の上流側から見て、第2の燃焼触媒7bと、第2の燃焼触媒7bを通過した排ガスの温度を測定する第2の温度測定部15bと、熱交換器8と、加熱部12と、第1の燃焼触媒7aの上流側の排ガスの温度を測定する第1の温度測定部15aと、第1の燃焼触媒7aと、排ガス排出口14を含む。   The exhaust gas line L4 is constituted by an exhaust gas discharge passage 11 made of piping, and the exhaust gas discharge part is viewed from the exhaust gas line L4, the upstream side in the flow direction of the exhaust gas, the second combustion catalyst 7b, and the second A second temperature measurement unit 15b that measures the temperature of the exhaust gas that has passed through the combustion catalyst 7b, a heat exchanger 8, a heating unit 12, and a first exhaust gas that measures the temperature of the exhaust gas upstream of the first combustion catalyst 7a. 1 temperature measurement unit 15a, first combustion catalyst 7a, and exhaust gas outlet 14.

燃料電池装置1は、モジュール収納室5内にモジュール3を収納し、補機収納室6内にモジュール3を動作させるための補機を収納している。   The fuel cell device 1 stores a module 3 in a module storage chamber 5 and stores an auxiliary machine for operating the module 3 in an auxiliary machine storage chamber 6.

排ガスは、原燃料として都市ガス等の原燃料ガスを用いた場合には、原燃料ガスと、水蒸気と、改質触媒により生成された燃料ガス(水素)と、モジュール3内の不完全燃焼により生じたCO(一酸化炭素)とを含む場合がある。   When raw fuel gas such as city gas is used as raw fuel, the exhaust gas is generated by raw fuel gas, water vapor, fuel gas (hydrogen) generated by the reforming catalyst, and incomplete combustion in the module 3. It may contain generated CO (carbon monoxide).

燃料電池装置1の外部に排ガスを排出する場合に、安全面および環境面から排ガス中に有害成分として、可燃性である原燃料ガス、燃料ガスおよびCOが排出されることは好ましくなく、排ガスラインL4には排ガス処理手段として燃焼触媒7bを設ける必要がある。また、原燃料ガス、燃料ガスおよびCOが燃料電池装置の外部に排出されることを低減するために、原燃料ガス、燃料ガスおよびCOを検知する検知部を燃焼触媒7bよりも排ガスの流れ方向の下流に設けてもよい。それにより、起動時および通常作動時に燃料電池装置1から外部へ原燃料ガス、燃料ガスおよびCOが流出することを検知することができる。   When exhaust gas is discharged to the outside of the fuel cell device 1, it is not preferable that flammable raw fuel gas, fuel gas and CO are discharged as harmful components in the exhaust gas from the safety and environmental aspects. L4 needs to be provided with a combustion catalyst 7b as an exhaust gas treatment means. Further, in order to reduce the discharge of raw fuel gas, fuel gas, and CO to the outside of the fuel cell device, a detection unit that detects the raw fuel gas, fuel gas, and CO is provided with a flow direction of the exhaust gas rather than the combustion catalyst 7b. It may be provided downstream. Thereby, it is possible to detect that the raw fuel gas, the fuel gas, and the CO flow out from the fuel cell device 1 to the outside at the time of start-up and normal operation.

排ガス処理手段としては第2の燃焼触媒7b等の燃焼触媒を挙げることができ、燃焼触媒は、可燃性ガスを燃焼させたり、吸着させたりするための触媒であれば一般的に用いられているものでよく、例えば、PtやRbが担持した触媒を用いることができる。上述した触媒は、活性化温度が200〜300℃程度であるため、排ガスを処理するためにこの所定の温度まで加熱させることが好ましい。   Examples of the exhaust gas treatment means include a combustion catalyst such as the second combustion catalyst 7b. The combustion catalyst is generally used as long as it is a catalyst for burning or adsorbing a combustible gas. For example, a catalyst carrying Pt or Rb can be used. Since the activation temperature of the catalyst described above is about 200 to 300 ° C., it is preferable to heat it to this predetermined temperature in order to treat exhaust gas.

そのため、燃料電池装置1は、第1の燃焼触媒7aの温度を測定するための第1の温度測定部15aと、第2の燃焼触媒7bの温度を測定するための第2の温度測定部15bとを備えており、排ガスを処理する排ガス処理部として作用させることができる。第1の温度測定部15aおよび第2の温度測定部15bは、上述したモジュール温度測定部28と同様のものを用いることができる。第1の燃焼触媒7aと第2の燃焼触媒7bとは同様のものを用いてもよく、また、別の触媒が担持した異なる燃焼触媒としてもよい。第1の燃焼触媒7aおよび第2の燃焼触媒7bの温度を測定するとは、第1の温度測定部15aおよび第2の温度測定部15bにより検出された温度に従って、第1の燃焼触媒7aおよび第2の燃焼触媒7bを算出することを含む。   Therefore, the fuel cell device 1 includes a first temperature measuring unit 15a for measuring the temperature of the first combustion catalyst 7a and a second temperature measuring unit 15b for measuring the temperature of the second combustion catalyst 7b. It can be made to act as an exhaust gas processing part which processes exhaust gas. The first temperature measurement unit 15a and the second temperature measurement unit 15b can be the same as the module temperature measurement unit 28 described above. The same thing may be used for the 1st combustion catalyst 7a and the 2nd combustion catalyst 7b, and it is good also as a different combustion catalyst carried by another catalyst. The temperature of the first combustion catalyst 7a and the second combustion catalyst 7b is measured in accordance with the temperature detected by the first temperature measurement unit 15a and the second temperature measurement unit 15b. Calculation of the second combustion catalyst 7b.

加熱部12としては、電流を流すことで発熱するヒータ等を用いることができる。詳細
は後述するが、燃料電池装置1は、加熱部12が熱交換器8と第1の燃焼触媒7aとの間に配置されている。
As the heating unit 12, a heater that generates heat when an electric current is passed can be used. As will be described in detail later, in the fuel cell device 1, the heating unit 12 is disposed between the heat exchanger 8 and the first combustion catalyst 7a.

制御部16としては、例えば、CPU,ROM,RAM,入出力インターフェースを主体に構成されるマイクロコンピュータを用いることができる。そして、制御部16は、システムの各部を制御することにより、燃料電池装置の運転状態を制御している。   As the control unit 16, for example, a microcomputer mainly composed of a CPU, a ROM, a RAM, and an input / output interface can be used. And the control part 16 controls the driving | running state of a fuel cell apparatus by controlling each part of a system.

図4を用いて燃料電池装置1の起動における制御をフローチャートを用いて説明する。   Control in starting the fuel cell device 1 will be described using a flowchart with reference to FIG.

制御部16に燃料電池装置1を起動する信号が伝わると燃料電池装置1が起動を開始する(S101)。まず、酸素含有ガスポンプ21が作動し(S102)、燃料電池装置1(より詳しくはモジュール3)の内部に酸素含有ガス供給源20から酸素含有ガスが供給される。酸素含有ガスポンプ21は、起動開始後1分程度は、燃料電池装置1内に酸素含有ガスを充填させるために、例えば60〜100L/分で作動させ、その後は30〜50L/分で作動させてもよく、常時30〜50L/分で作動させてもよい。   When a signal for starting the fuel cell device 1 is transmitted to the control unit 16, the fuel cell device 1 starts to start (S101). First, the oxygen-containing gas pump 21 is operated (S102), and oxygen-containing gas is supplied from the oxygen-containing gas supply source 20 into the fuel cell device 1 (more specifically, the module 3). The oxygen-containing gas pump 21 is operated at a rate of, for example, 60 to 100 L / min for about 1 minute after the start of activation, and then at a rate of 30 to 50 L / min to fill the fuel cell device 1 with the oxygen-containing gas. Alternatively, it may be always operated at 30 to 50 L / min.

次に、熱交換器8と第1の燃焼触媒7aとの間に配置された加熱部12を作動させる(S103)。それにより、燃料電池装置1から外部に排出される酸素含有ガスが温められ、モジュール3周辺の燃料電池装置1を構成する各部材が温められることとなる。そのため、燃料電池装置1の内部の温度が上昇する。なお、モジュール3の内部に設けられた着火部27も同時に起動させることにより、モジュール3の内部を流れる酸素含有ガスをさらに温めることができ、モジュール3の内部に配置された各部材を温めることができる。そのため、燃料電池装置1の内部の温度をさらに上昇させることができるまた、S102とS103のとは順番が前後してもかまわない。   Next, the heating unit 12 disposed between the heat exchanger 8 and the first combustion catalyst 7a is operated (S103). Thereby, the oxygen-containing gas discharged | emitted from the fuel cell apparatus 1 outside is warmed, and each member which comprises the fuel cell apparatus 1 around the module 3 will be warmed. Therefore, the temperature inside the fuel cell device 1 rises. In addition, by starting simultaneously the ignition part 27 provided in the module 3, the oxygen containing gas which flows through the inside of the module 3 can further be heated, and each member arrange | positioned inside the module 3 can be warmed. it can. Therefore, the temperature inside the fuel cell device 1 can be further increased, and the order of S102 and S103 may be reversed.

そして、第1の温度測定部15aにより測定された温度が所定の温度以上かどうかを検知する(S104)。所定の温度未満の場合、所定の温度以上になるまで検知を続ける。所定の温度以上と検知された場合、原燃料ポンプ18を作動させる(S105)。原燃料ポンプ18は、例えば、1.5〜3.0L/分で作動させればよい。この時に合わせて循環ポンプ22を作動させてもよい。   And it is detected whether the temperature measured by the 1st temperature measurement part 15a is more than predetermined temperature (S104). If the temperature is lower than the predetermined temperature, the detection is continued until the temperature is higher than the predetermined temperature. When it is detected that the temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, the raw fuel pump 18 is operated (S105). The raw fuel pump 18 may be operated at, for example, 1.5 to 3.0 L / min. At this time, the circulation pump 22 may be operated.

所定の温度としては、第1の燃焼触媒7aが排ガス中に含まれる有害成分としての可燃性ガスを燃焼または吸着させるのに必要な温度であればよく、上述したRbやPtが胆持した燃焼触媒であれば200〜350℃とすることができる。第1の燃焼触媒7aおよび第2の燃焼触媒7bとしては、セラミックスや金属にRbやPt等の金属元素が担持したものを用いることができ、ハニカム構造を有することで、表面積を大きくすることができる。   The predetermined temperature may be a temperature required for the first combustion catalyst 7a to burn or adsorb the flammable gas as a harmful component contained in the exhaust gas. If it is a catalyst, it can be 200-350 degreeC. As the first combustion catalyst 7a and the second combustion catalyst 7b, ceramics or metal carrying a metal element such as Rb or Pt can be used, and by having a honeycomb structure, the surface area can be increased. it can.

次に、第2の温度測定部15bにより測定された温度が所定の温度以上かどうかを検知する(S106)。所定の温度未満の場合、所定の温度以上になるまで検知を続ける。所定の温度以上と検知された場合、加熱部12の作動を停止させる(S107)。それにより、第2の燃焼触媒7bにて、有害成分としての可燃性ガスを燃焼または吸着させることができ、燃料電池装置1の外部へ有害成分としての可燃性ガスが流出することを抑制することができる。所定の温度は、第1の燃焼触媒7aと第2の燃焼触媒7bとを同様のものを用いる場合には、第1の温度測定部15aで規定した所定の温度と同等とすることができる。   Next, it is detected whether the temperature measured by the second temperature measurement unit 15b is equal to or higher than a predetermined temperature (S106). If the temperature is lower than the predetermined temperature, the detection is continued until the temperature is higher than the predetermined temperature. When it is detected that the temperature is equal to or higher than the predetermined temperature, the operation of the heating unit 12 is stopped (S107). Thereby, in the 2nd combustion catalyst 7b, combustible gas as a harmful | toxic component can be burned or adsorbed, and it suppresses that the flammable gas as a harmful | toxic component flows out of the fuel cell apparatus 1 outside. Can do. The predetermined temperature can be made equal to the predetermined temperature defined by the first temperature measuring unit 15a when the same one is used for the first combustion catalyst 7a and the second combustion catalyst 7b.

このように制御することにより、加熱部12の作動を停止させることにより、加熱部12にて電力が消費されないこととなり、燃料電池装置1の発電効率を向上させることができる。   By controlling in this way, by stopping the operation of the heating unit 12, power is not consumed in the heating unit 12, and the power generation efficiency of the fuel cell device 1 can be improved.

また、モジュール3の内部に設けられたモジュール温度測定部28の昇温速度が速くなった場合には、着火部27によりモジュール3の内部で着火されたと判断し、着火部27の作動を停止させてもよい。それにより、着火部27にて消費される電力が使用されないこととなり、燃料電池装置1の発電効率を向上させることができる。さらに着火部27にて着火されたと判定された後に循環ポンプ25を作動させ、改質部19に凝縮水を供給してもよい。   When the temperature increase rate of the module temperature measuring unit 28 provided in the module 3 is increased, it is determined that the ignition unit 27 has ignited inside the module 3 and the operation of the ignition unit 27 is stopped. May be. Thereby, the electric power consumed in the ignition part 27 is not used, and the power generation efficiency of the fuel cell device 1 can be improved. Furthermore, after it is determined that the ignition unit 27 has ignited, the circulation pump 25 may be operated to supply condensed water to the reforming unit 19.

これらの制御を行い燃料電池装置1は、通常作動運転に移ることとなる。   By performing these controls, the fuel cell device 1 shifts to a normal operation operation.

他の制御方法としては、実験やシミュレーションにより供給する酸素含有ガスの量や原燃料の量により、第1の燃焼触媒7aおよび第2の燃焼触媒7bが所定の温度に達するまでの時間をあらかじめ求めておき、そのデータテーブルに従い所定の時間を算出し、所定の時間が経過した後に加熱部12の作動を止めるように制御してもよい。   As another control method, the time required for the first combustion catalyst 7a and the second combustion catalyst 7b to reach a predetermined temperature is obtained in advance by the amount of oxygen-containing gas or the amount of raw fuel supplied by experiments or simulations. Alternatively, a predetermined time may be calculated according to the data table, and control may be performed so that the operation of the heating unit 12 is stopped after the predetermined time has elapsed.

燃料電池装置1の通常作動について説明する。燃料電池装置1は通常作動時において、原燃料供給源17から供給された原燃料と、循環ラインL3から供給された凝縮水とにより改質部19にて燃料ガスを改質する。そして、燃料ガスと、酸素含有ガス供給源20から供給された酸素含有ガスとが燃料電池セルに供給されて燃料電池セルが発電する。燃料電池セルに供給される燃料ガスの中には、原燃料が気化した原燃料ガス(原燃料が気体だった場合には、温度の上昇した原燃料)が一部不純物として含まれる場合があるが、微量であるため燃料電池セルに悪影響を与えることはない。   The normal operation of the fuel cell device 1 will be described. During normal operation, the fuel cell device 1 reforms the fuel gas at the reforming unit 19 with the raw fuel supplied from the raw fuel supply source 17 and the condensed water supplied from the circulation line L3. Then, the fuel gas and the oxygen-containing gas supplied from the oxygen-containing gas supply source 20 are supplied to the fuel battery cell, and the fuel battery cell generates power. The fuel gas supplied to the fuel cell may contain a part of the raw fuel gas vaporized from the raw fuel (or the raw fuel whose temperature has increased when the raw fuel is a gas) as impurities. However, since it is a trace amount, it does not adversely affect the fuel cell.

そして、発電に使用されなかった燃料ガス(水素含有ガス)と一部不純物として含まれた原燃料ガスは、モジュール3の内部で酸素含有ガスと反応して燃焼されることとなる。この燃焼により生じた排ガスは、燃焼されなかった残余の可燃性ガス等の有害成分を含むこととなる。燃料電池装置1の通常作動時において、第2の燃焼触媒7bは、第2の温度測定部15bにより測定された温度が第2の燃焼触媒7bの活性化温度である200〜350℃に制御されている。この制御としては、例えば、第2の温度測定部15bにより測定された温度が第2の燃焼触媒7bの活性化温度よりも高い場合には、酸素含有ガスの流量を増加させることや燃焼に使用される燃料ガスの量を減少するように制御することを例示できる。また、第2の温度測定部15bにより測定された温度が第2の燃焼触媒7bの活性化温度よりも低い場合には、酸素含有ガスの流量を減少させることや燃焼に使用される燃料ガスの量を増加するように制御することを例示できる。このように第2の燃焼触媒7bの温度を第2の燃焼触媒7bの活性化温度に制御することにより、燃料電池装置1の外部に有害成分としての可燃性ガスが流出することを低減できる。また、第1の燃焼触媒7aおよび第2の燃焼触媒7bを活性化温度付近に保持することで、第1の燃焼触媒7aおよび第2の燃焼触媒7bを長寿命化することができる。   The fuel gas not used for power generation (hydrogen-containing gas) and the raw fuel gas partially contained as impurities react with the oxygen-containing gas inside the module 3 and are burned. The exhaust gas generated by this combustion contains harmful components such as the remaining combustible gas that has not been burned. During the normal operation of the fuel cell device 1, the second combustion catalyst 7b is controlled so that the temperature measured by the second temperature measurement unit 15b is 200 to 350 ° C., which is the activation temperature of the second combustion catalyst 7b. ing. As this control, for example, when the temperature measured by the second temperature measurement unit 15b is higher than the activation temperature of the second combustion catalyst 7b, the flow rate of the oxygen-containing gas is increased or used for combustion. It can be exemplified to control the amount of fuel gas to be reduced. In addition, when the temperature measured by the second temperature measurement unit 15b is lower than the activation temperature of the second combustion catalyst 7b, the flow rate of the oxygen-containing gas is reduced or the fuel gas used for combustion is reduced. It can be exemplified that the amount is controlled to increase. Thus, by controlling the temperature of the second combustion catalyst 7b to the activation temperature of the second combustion catalyst 7b, it is possible to reduce the inflow of combustible gas as a harmful component to the outside of the fuel cell device 1. Further, by maintaining the first combustion catalyst 7a and the second combustion catalyst 7b in the vicinity of the activation temperature, it is possible to extend the life of the first combustion catalyst 7a and the second combustion catalyst 7b.

そして、排ガスラインL4を流れる排ガスは、熱交換器8により冷媒と熱交換され、温度の低下した排ガスが熱交換器8以降の排ガスラインL4を流れることとなる。燃料電池装置1においては、熱交換器8により冷やされた排ガスは30〜50℃に冷やされることとなる。   And the exhaust gas which flows through the exhaust gas line L4 is heat-exchanged with a refrigerant | coolant by the heat exchanger 8, and the exhaust gas which the temperature fell will flow through the exhaust gas line L4 after the heat exchanger 8. In the fuel cell device 1, the exhaust gas cooled by the heat exchanger 8 is cooled to 30 to 50 ° C.

従来のように、加熱部12を第2の燃焼触媒7bの近傍に配置すると、加熱部が高温下に曝されて寿命が短くなる場合があったが、燃料電池装置1のように、熱交換器8と第1の燃焼触媒7aとの間に配置することで、温度の低い起動時においても、加熱部12の熱により短時間で燃料電池装置1を温めることができるとともに、加熱部12が熱交換器8よりも、排ガスの流れ方向から見て下流側に配置されていることから、加熱部12が通常作動時に高温下に曝されることを低減して、加熱部12を長寿命化することができる。そ
れにより、燃料電池装置1を長寿命化することができる。なお、加熱部12は、熱交換器8と第1の燃焼触媒7aとの間の排ガス排出流路11内部に設けられているが、熱交換器8よりも下流にあればよい。また、第1の燃焼触媒7aを温めることができる位置に配置されていればよく、第1の燃焼触媒7aの上流の排ガス排出流路11内部または第1の燃
焼触媒7aを直接温める構成としてもよい。その場合においても、起動時の短い間のみ高温に曝されることとなるため、加熱部12を長寿命化することができる。
If the heating unit 12 is disposed in the vicinity of the second combustion catalyst 7b as in the prior art, the heating unit may be exposed to a high temperature and the life may be shortened. However, as in the fuel cell device 1, heat exchange may be performed. The fuel cell device 1 can be warmed in a short time by the heat of the heating unit 12 even at the start-up time when the temperature is low, by being disposed between the vessel 8 and the first combustion catalyst 7a. Since it is disposed downstream of the heat exchanger 8 as viewed from the flow direction of the exhaust gas, the heating unit 12 is less exposed to high temperatures during normal operation, and the life of the heating unit 12 is extended. can do. Thereby, the life of the fuel cell device 1 can be extended. The heating unit 12 is provided inside the exhaust gas discharge passage 11 between the heat exchanger 8 and the first combustion catalyst 7a, but may be provided downstream of the heat exchanger 8. Further, the first combustion catalyst 7a may be arranged at a position where it can be warmed, and the inside of the exhaust gas discharge passage 11 upstream of the first combustion catalyst 7a or the first combustion catalyst 7a may be directly heated. Good. Even in such a case, the heating unit 12 can be extended in life because it is exposed to a high temperature only for a short time during startup.

図5を用いて燃料電池装置1における排ガスラインL4を詳細に説明する。
排ガスラインL4には、排ガスの流れ方向の上流側から見て、第2の燃焼触媒7bと、第2の燃焼触媒7bを通過した排ガスの温度を測定する第2の温度測定部15bと、熱交換器8と、加熱部12と、第1の温度測定部15aと、第1の燃焼触媒7a、排ガス排出口14とを含む。
The exhaust gas line L4 in the fuel cell device 1 will be described in detail with reference to FIG.
The exhaust gas line L4 includes a second combustion catalyst 7b, a second temperature measurement unit 15b that measures the temperature of the exhaust gas that has passed through the second combustion catalyst 7b, and heat, as viewed from the upstream side in the exhaust gas flow direction. The exchanger 8, the heating unit 12, the first temperature measuring unit 15 a, the first combustion catalyst 7 a, and the exhaust gas discharge port 14 are included.

第1の温度測定部15aおよび第2の温度測定部15bは、それぞれ第1の燃焼触媒7aと第2の燃焼触媒7bとの温度を測定できればよい。また、第1の温度測定部15aと第2の温度測定部15bとをそれぞれ第1の燃焼触媒7a、第2の燃焼触媒7bに直接設けてもよい。   The first temperature measurement unit 15a and the second temperature measurement unit 15b only need to be able to measure the temperatures of the first combustion catalyst 7a and the second combustion catalyst 7b, respectively. Further, the first temperature measurement unit 15a and the second temperature measurement unit 15b may be provided directly on the first combustion catalyst 7a and the second combustion catalyst 7b, respectively.

熱交換器8としては、プレートフィン型の熱交換器の他、水流通路を形成する配管の外壁に複数のフィンを排ガス流通路と平行となるように設けた熱交換器等を用いることができる。   As the heat exchanger 8, a heat exchanger or the like provided with a plurality of fins in parallel to the exhaust gas flow passage on the outer wall of the pipe forming the water flow passage can be used in addition to the plate fin type heat exchanger. .

熱交換器8の側面の下部には、冷媒流入口13aが設けられており、熱交換器8の側面の上部には、冷媒排出口13bが設けられている。そのため、熱交換器8の内部を冷媒は下方から上方へ向けて流れることとなる。   A refrigerant inlet 13 a is provided at the lower part of the side surface of the heat exchanger 8, and a refrigerant outlet 13 b is provided at the upper part of the side surface of the heat exchanger 8. Therefore, the refrigerant flows in the heat exchanger 8 from below to above.

冷媒の流入量は、冷媒ポンプ23により制御されており、熱交換器8から排出された排ガスの温度が30〜50℃となるように制御部16により制御されている。このためには、熱交換器8の出口近傍に温度を測定するための熱交換器温度測定部を設けて制御すればよい。燃料電池装置1は、第1の温度測定部15aを有するため、第1の温度測定部15aにより測定された温度に基づいて制御を行なってもよい。これにより、燃料電池装置1を構成する部材数を減らすことができる。   The inflow amount of the refrigerant is controlled by the refrigerant pump 23, and is controlled by the control unit 16 so that the temperature of the exhaust gas discharged from the heat exchanger 8 becomes 30 to 50 ° C. For this purpose, a heat exchanger temperature measuring unit for measuring the temperature in the vicinity of the outlet of the heat exchanger 8 may be provided and controlled. Since the fuel cell device 1 includes the first temperature measurement unit 15a, the control may be performed based on the temperature measured by the first temperature measurement unit 15a. Thereby, the number of members constituting the fuel cell device 1 can be reduced.

冷媒の流入量の制御としては、例えば、第1の温度測定部15aで測定された温度(第1の燃焼触媒7aの温度)が30〜50℃よりも高い場合は、冷媒の流入量を増加させ、第1の温度測定部15aで測定された温度が30〜50℃よりも低い場合は、冷媒の流入量を減少させればよい。   As control of the inflow amount of the refrigerant, for example, when the temperature measured by the first temperature measurement unit 15a (the temperature of the first combustion catalyst 7a) is higher than 30 to 50 ° C., the inflow amount of the refrigerant is increased. In the case where the temperature measured by the first temperature measurement unit 15a is lower than 30 to 50 ° C., the refrigerant inflow amount may be decreased.

図5に示す例では、加熱部12は、熱交換器8の下部に設けられている凝縮水分離部材10の内部に配置されている。そのため、高温な排ガスに曝されることがないため、加熱部12を長寿命化することができる。また、凝縮水分離部材10の内部に配置されていることから、排ガスを直接温めることができ、燃料電池装置1の起動を早くすることができる。   In the example shown in FIG. 5, the heating unit 12 is disposed inside the condensed water separation member 10 provided in the lower part of the heat exchanger 8. Therefore, since it is not exposed to high temperature exhaust gas, the heating part 12 can be extended in life. Moreover, since it is arrange | positioned inside the condensed water separation member 10, exhaust gas can be warmed directly and the starting of the fuel cell apparatus 1 can be made early.

配管からなる排ガス排出流路11は、ゴムやプラスチックや金属管により作製することができる。ゴムやプラスチックにより作製することにより安価に作製することができる。   The exhaust gas discharge channel 11 made of piping can be made of rubber, plastic, or metal pipe. It can be manufactured at low cost by using rubber or plastic.

排ガス排出口14は、燃料電池装置1を構成する外装ケース2に開口して設けられている。排ガス排出流路11の出口付近、言い換えると排ガス排出口14側に第1の温度測定部15aと第1の燃焼触媒7aが設けられている。燃料電池装置1の起動時においては、
第1の燃焼触媒7aを用いて有害成分としての可燃性ガスを燃焼または吸着させているため、排ガス排出口14付近に人や動物等がいると検知した場合、警報を鳴らすように作動する警報装置を設けてもよい。
The exhaust gas discharge port 14 is provided so as to open to the outer case 2 constituting the fuel cell device 1. A first temperature measurement unit 15a and a first combustion catalyst 7a are provided near the outlet of the exhaust gas discharge passage 11, in other words, on the exhaust gas outlet 14 side. At the start of the fuel cell device 1,
Since the combustible gas as a harmful component is combusted or adsorbed using the first combustion catalyst 7a, an alarm that operates to sound an alarm when it is detected that there are people or animals near the exhaust gas outlet 14 An apparatus may be provided.

図6を用いて、本発明の第2の実施形態である燃料電池装置29について説明する。なお、第1の実施形態と同じ部材については同じ符号を付しており、以降においても同様である。   A fuel cell device 29 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the same applies to the following.

燃料電池装置29は、加熱部12が凝縮水分離部材10の底面に接するように設けられており、その他の構成は燃料電池装置1と同様である。   The fuel cell device 29 is provided such that the heating unit 12 is in contact with the bottom surface of the condensed water separation member 10, and other configurations are the same as those of the fuel cell device 1.

燃料電池装置29においては、加熱部12が凝縮水分離部材10の底面に接するように設けられている。つまり、凝縮水分離部材10の底面に加熱部12が張り付けられている。そのため、凝縮水分離部材10の内部を流れる排ガスに接することがない。それにより、排ガス中に含まれる有害成分としての残余の可燃性ガスや、水蒸気等に曝されることがないため、さらに加熱部12を長寿命化することができる。それにより、さらに燃料電池装置29を長寿命化することができる。   In the fuel cell device 29, the heating unit 12 is provided in contact with the bottom surface of the condensed water separation member 10. That is, the heating unit 12 is attached to the bottom surface of the condensed water separating member 10. Therefore, it does not come into contact with the exhaust gas flowing inside the condensed water separation member 10. Thereby, since it is not exposed to the remaining combustible gas as a harmful | toxic component contained in waste gas, water vapor | steam, etc., the lifetime of the heating part 12 can further be extended. Thereby, the life of the fuel cell device 29 can be further extended.

また、凝縮水分離部材10は金属製の部材により作製することができ、起動時には、加熱部12の熱が凝縮水分離部材10を伝熱することにより、凝縮水分離部材10の内部を通過する排ガスを温めることができる。さらに、金属製の部材により凝縮水分離部材10が設けられることで、熱伝導率を向上させることができ、排ガスに効率的に熱を供給することができるため、燃料電池装置29の起動をさらに早くすることができる。   In addition, the condensed water separation member 10 can be made of a metal member, and at the time of start-up, the heat of the heating unit 12 passes through the condensed water separation member 10 by transferring the heat of the condensed water separation member 10. The exhaust gas can be warmed. Furthermore, since the condensed water separation member 10 is provided by a metal member, the thermal conductivity can be improved, and heat can be efficiently supplied to the exhaust gas. Can be fast.

なお、凝縮水分離部材10の底面に接するように設ける例を示したが、凝縮水分離部材10を覆うように全面にわたって、加熱部12を設けてもよい。それにより、さらに排ガスを温めることができる。   In addition, although the example provided so that the bottom surface of the condensed water separation member 10 may be contact | connected was shown, you may provide the heating part 12 over the whole surface so that the condensed water separation member 10 may be covered. Thereby, the exhaust gas can be further warmed.

図7を用いて、本発明の第3の実施形態である燃料電池装置30について説明する。   A fuel cell device 30 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

燃料電池装置30は、加熱部12が排ガス排出流路11の外面を覆うように設けられており、その他の構成は燃料電池装置1と同様である。   The fuel cell device 30 is provided so that the heating unit 12 covers the outer surface of the exhaust gas discharge passage 11, and the other configuration is the same as that of the fuel cell device 1.

燃料電池装置30においては、加熱部12が排ガス排出流路11を構成する配管の外面を覆うように設けられていることから、排ガス排出流路11を流れる排ガスに接することがない。そのため、排ガス中に含まれる有害成分としての残余の可燃性ガスや、水蒸気等に曝されることがないため、さらに加熱部12を長寿命化することができる。それにより、さらに燃料電池装置20を長寿命化することができる。   In the fuel cell device 30, since the heating unit 12 is provided so as to cover the outer surface of the pipe constituting the exhaust gas discharge passage 11, it does not come into contact with the exhaust gas flowing through the exhaust gas discharge passage 11. Therefore, since it is not exposed to the remaining combustible gas as a harmful | toxic component contained in waste gas, water vapor | steam, etc., the lifetime of the heating part 12 can further be extended. Thereby, the life of the fuel cell device 20 can be further extended.

排ガス排出流路11の外面に加熱部12を設ける場合には、排ガス排出流路11を金属製の部材により作製することが好ましく、排ガス排出流路11を伝熱することにより、排ガスを温めることができる。   When the heating unit 12 is provided on the outer surface of the exhaust gas discharge channel 11, the exhaust gas discharge channel 11 is preferably made of a metal member, and the exhaust gas is warmed by transferring heat through the exhaust gas discharge channel 11. Can do.

また、加熱部12を第1の燃焼触媒7aが配置されている部位よりも、排ガスの流れ方向の上流側に設けることで、第1の燃焼触媒7aにて有害成分として残余の可燃性ガスを燃焼させることにより生じる燃焼熱に加熱部12が曝されない構成となる。それにより、加熱部12を高寿命化することができる。   Further, by providing the heating unit 12 on the upstream side of the flow direction of the exhaust gas from the portion where the first combustion catalyst 7a is disposed, the remaining combustible gas is used as a harmful component in the first combustion catalyst 7a. The heating unit 12 is not exposed to the combustion heat generated by burning. Thereby, the lifetime of the heating part 12 can be extended.

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態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 embodiments of the present invention have 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. It is.

例えば、循環ラインL3を設けず改質器に直接水を供給する構成でもよい。それにより、燃料電池装置の起動時においても十分な量の水を供給することができる。また、冷媒ラインL5に冷媒供給源22として給湯器を用いることにより、給湯器の水を温めるために熱交換させることにより、排ガスの温度を下げることができるとともに、給湯器に温められた湯を供給することができ、効率のよいコージェネレーションシステムとすることができる。   For example, a configuration may be adopted in which water is directly supplied to the reformer without providing the circulation line L3. Thereby, a sufficient amount of water can be supplied even when the fuel cell device is activated. In addition, by using a water heater as the refrigerant supply source 22 in the refrigerant line L5, the temperature of the exhaust gas can be lowered by heat exchange in order to warm the water in the water heater, and hot water heated in the water heater can be reduced. It is possible to provide an efficient cogeneration system.

また、第2の温度測定部15bを第2の燃焼触媒7bの排ガスの流れ方向から見て下流側に設け、第1の温度測定部15aを第1の燃焼触媒7aの排ガスの流れ方向から見て上流側に設けた例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、第2の温度測定部15bを第2の燃焼触媒7bの排ガスの流れ方向から見て上流側に設け、第1の温度測定部15aを第1の燃焼触媒7aの排ガスの流れ方向から見て下流側に設けてもよい。燃焼触媒7b、7bの下流側に第1の温度測定部15a、第2の温度測定部15bを設けることで、さらに第1の燃焼触媒7b、第2の燃焼触媒7bを通過した際の排ガスの温度を正確に測定することができる。   The second temperature measurement unit 15b is provided on the downstream side when viewed from the flow direction of the exhaust gas of the second combustion catalyst 7b, and the first temperature measurement unit 15a is viewed from the flow direction of the exhaust gas of the first combustion catalyst 7a. However, the present invention is not limited to this example. For example, the second temperature measurement unit 15b is provided on the upstream side when viewed from the flow direction of the exhaust gas of the second combustion catalyst 7b, and the first temperature measurement unit 15a is viewed from the flow direction of the exhaust gas of the first combustion catalyst 7a. May be provided on the downstream side. By providing the first temperature measurement unit 15a and the second temperature measurement unit 15b on the downstream side of the combustion catalysts 7b and 7b, the exhaust gas when passing through the first combustion catalyst 7b and the second combustion catalyst 7b is further provided. The temperature can be measured accurately.

なお、外装ケース2内の上部にモジュール収納室5を設け、下部に補機収納室6を設けた例を示したが、例えば、外装ケース2を仕切部材4により左右に区画するとともに、一方が燃料電池モジュール3を収納するモジュール収納室5、他方がモジュール3を作動させるための補機類を収納する補機収納室6とした燃料電池装置1とすることもできる。   The example in which the module storage chamber 5 is provided in the upper part of the outer case 2 and the auxiliary machine storage chamber 6 is provided in the lower part has been shown. The fuel cell device 1 may be a module storage chamber 5 that stores the fuel cell module 3 and an auxiliary device storage chamber 6 that stores auxiliary devices for operating the module 3 on the other side.

1、29、30:燃料電池装置
2:外装ケース
3:燃料電池モジュール
4:仕切部材
5:燃料電池モジュール収納室
6:補機収納室
7a:第1の燃焼触媒
7b:第2の燃焼触媒
8:熱交換器
9:断熱材
10:凝縮水分離部材
11:排ガス排出流路
12:加熱部
13a:冷媒流入口
13b:冷媒排出口
14:排ガス排出口
15a:第1の温度測定部
15b:第2の温度測定部
16:制御装置
17:原燃料供給源
20:酸素含有ガス供給源
22:冷媒供給源
1, 29, 30: Fuel cell device 2: Exterior case 3: Fuel cell module 4: Partition member 5: Fuel cell module storage chamber 6: Auxiliary device storage chamber 7a: First combustion catalyst 7b: Second combustion catalyst 8 : Heat exchanger 9: Heat insulating material 10: Condensate separation member 11: Exhaust gas discharge channel 12: Heating part 13 a: Refrigerant inlet 13 b: Refrigerant outlet 14: Exhaust gas outlet 15 a: First temperature measuring part 15 b: No. 2 temperature measurement unit 16: control device 17: raw fuel supply source 20: oxygen-containing gas supply source 22: refrigerant supply source

Claims (3)

燃料ガスと酸素含有ガスとを用いて発電し、発電に使用されなかった前記燃料ガスと前記酸素含有ガスとを燃焼させて排ガスを生成する燃料電池モジュールと、
該燃料電池モジュールに接続されており、前記排ガスを流すための排ガス排出流路と、
該排ガス排出流路に設けられており、前記排ガスと冷媒とで熱交換を行なう熱交換器と、該熱交換器よりも下流側の前記排ガス排出流路に設けられ、前記排ガスに含まれる有害成分を吸着させる第1の燃焼触媒と、
前記熱交換器と、前記第1の燃焼触媒との間の前記排ガス排出流路に設けられた加熱部と、
前記燃料電池モジュールに前記酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給部と、
前記燃料電池モジュールに前記燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部と、
前記第1の燃焼触媒の温度を測定する温度測定部と、
起動時において、前記酸素含有ガス供給部と前記加熱部とを作動させ、前記熱交換器を通過した前記酸素含有ガスを前記加熱部にて加熱し、加熱された前記酸素含有ガスにて前記第1の燃焼触媒の温度を高めるとともに、前記温度測定部にて測定された前記第1の燃焼触媒の温度が前記有害成分を吸着可能な温度となったとき、前記燃料ガス供給部を作動させる制御部と、
を有することを特徴とする燃料電池装置。
A fuel cell module that generates electric power using a fuel gas and an oxygen-containing gas, and generates exhaust gas by burning the fuel gas and the oxygen-containing gas that have not been used for power generation;
An exhaust gas discharge passage connected to the fuel cell module for flowing the exhaust gas;
A heat exchanger for exchanging heat between the exhaust gas and the refrigerant, and a harmful gas contained in the exhaust gas, provided in the exhaust gas discharge channel downstream of the heat exchanger. A first combustion catalyst for adsorbing components;
A heating unit provided in the exhaust gas discharge passage between the heat exchanger and the first combustion catalyst;
An oxygen-containing gas supply unit for supplying the oxygen-containing gas to the fuel cell module;
A fuel gas supply unit for supplying the fuel gas to the fuel cell module;
A temperature measuring unit for measuring the temperature of the first combustion catalyst;
At startup, the oxygen-containing gas supply unit and the heating unit are operated, the oxygen-containing gas that has passed through the heat exchanger is heated by the heating unit, and the oxygen-containing gas that has been heated is Control for increasing the temperature of one combustion catalyst and operating the fuel gas supply unit when the temperature of the first combustion catalyst measured by the temperature measuring unit reaches a temperature capable of adsorbing the harmful components And
A fuel cell device comprising:
前記燃料電池モジュールと前記熱交換器との間の前記排ガス排出流路に設けられ、前記排ガスに含まれる前記有害成分を吸着させる第2の燃焼触媒をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池装置。 The first combustion catalyst according to claim 1, further comprising a second combustion catalyst provided in the exhaust gas discharge passage between the fuel cell module and the heat exchanger and configured to adsorb the harmful components contained in the exhaust gas. The fuel cell device according to the description. 前記第2の燃焼触媒の温度を測定する第2の温度測定部をさらに有し、
前記制御部は、前記第2の温度測定部により測定された温度が前記有害成分を吸着可能な温度となったとき、前記加熱部の作動を停止させることを特徴とする請求項に記載の燃料電池装置。
A second temperature measuring unit for measuring the temperature of the second combustion catalyst;
Wherein, when the temperature measured by the second temperature measuring unit becomes capable of adsorbing temperature the harmful components, according to claim 2, characterized in that it stops the operation of the heating unit Fuel cell device.
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