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JP6452744B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池システムにおいて、エネルギー利用効率を向上させるための構成として、燃料電池スタックを複数設け、前段の燃料電池スタックから排出された使用済みの燃料ガス中の未反応の燃料ガスを、後段の燃料電池スタックで再生燃料ガスとして再利用する多段式が知られている。多段式の燃料電池システムは、使用済みの燃料ガスに含まれる水蒸気や二酸化炭素(CO2)を除去できれば、反応に寄与する水素及び一酸化炭素の濃度が増加することで、再生燃料ガスが供給される燃料電池スタックの性能向上が見込める。 In the fuel cell system, as a configuration for improving energy utilization efficiency, a plurality of fuel cell stacks are provided, and unreacted fuel gas in the used fuel gas discharged from the preceding fuel cell stack is used as the subsequent fuel cell. A multi-stage type that is reused as a regenerated fuel gas in a stack is known. If the multistage fuel cell system can remove water vapor and carbon dioxide (CO 2 ) contained in the spent fuel gas, the concentration of hydrogen and carbon monoxide contributing to the reaction will increase, so that the regenerated fuel gas will be supplied. The fuel cell stack performance is expected to improve.

ここで、多段式の燃料電池システムではないが、複数の中空型セルを並列接続したモジュールを2個以上直列接続した燃料電池において、各中空型セルから効率良く電流を取り出し、発電効率を高める燃料電池が開示されている(特許文献1参照)。   Here, although not a multistage fuel cell system, in a fuel cell in which two or more modules in which a plurality of hollow cells are connected in parallel are connected in series, a fuel that efficiently takes out current from each hollow cell and increases power generation efficiency A battery is disclosed (see Patent Document 1).

また、特許文献2には、燃料電池容器と、セル集合体と、陽極側電気取り出し部及び陰極側電気取り出し部とを備えた燃料電池が開示されている。   Patent Document 2 discloses a fuel cell including a fuel cell container, a cell assembly, an anode-side electrical extraction unit, and a cathode-side electrical extraction unit.

特許文献2では、燃料電池容器の各電極取り出し部が、セル集合体で発電した電気を燃料電池容器外部に取り出すようになっている。   In Patent Document 2, each electrode takeout part of the fuel cell container takes out the electricity generated by the cell assembly to the outside of the fuel cell container.

さらに、特許文献3には、燃料電池セルと、燃料電池セルを収容するためのセル室を形成する容器部を構成するカバー部材及びベース部材と、を備え、燃料電池セルから電気を取り出すための電極棒をつなぐ電気接続部材を周辺部材と離間配置させている構造が記載されている。   Further, Patent Document 3 includes a fuel battery cell, and a cover member and a base member that form a container part that forms a cell chamber for housing the fuel battery cell, for extracting electricity from the fuel battery cell. A structure is described in which an electrical connection member that connects the electrode rods is spaced from the peripheral member.

特開2007−66723号公報JP 2007-66723 A 特開2007−66723号公報JP 2007-66723 A 特開2007−66723号公報JP 2007-66723 A

例えば、多段式燃料電池システムにおいては、雰囲気が外気よりも高温となるように断熱材を主材料として構成されたホットボックスに収容されている。このホットボックスに収容されたスタックモジュールに取り付けられた電極(端子)の取り出し部は、ホットボックスを貫通して外部に電気的に接続されることになる。   For example, in a multistage fuel cell system, it is housed in a hot box that is configured with a heat insulating material as a main material so that the atmosphere is higher than the outside air. An electrode (terminal) extraction portion attached to the stack module accommodated in the hot box penetrates the hot box and is electrically connected to the outside.

しかしながら、電極の貫通によって、ホットボックスの断熱性が損なわれるため、その断熱性の損失分に相当する熱を補うために、燃料を追加する必要があり、発電効率に悪影響を及ぼすことになる。従って、発電効率を維持するためのホットボックス内の温度維持性を優先する場合は、ホットボックスを貫通する電極数は少ない方がよい。必要最小限の電極数は、陽極(プラス)端子と陰極(マイナス)端子の2個の端子でよい。   However, since the heat insulation of the hot box is impaired due to the penetration of the electrodes, it is necessary to add fuel to compensate for the heat corresponding to the heat insulation loss, which adversely affects the power generation efficiency. Therefore, when priority is given to temperature maintainability in the hot box for maintaining power generation efficiency, it is better that the number of electrodes penetrating the hot box is small. The minimum necessary number of electrodes may be two terminals, an anode (plus) terminal and a cathode (minus) terminal.

一方、複数段の燃料電池スタック群及び各段を構成する複数のスタックモジュールの接続状態の汎用性を優先する場合は、それぞれの燃料電池スタック群(及びスタックモジュール)の陽極端子及び陰極端子をホットボックスから貫通させる方がよい。最大でスタックモジュールのそれぞれの陽極端子及び陰極端子の数となる。   On the other hand, when priority is given to the versatility of the connection state of a plurality of fuel cell stack groups and a plurality of stack modules constituting each stage, the anode terminal and cathode terminal of each fuel cell stack group (and stack module) are hot. It is better to penetrate from the box. The maximum is the number of each anode terminal and cathode terminal of the stack module.

なお、個別にパワーコンディショナー等に接続された燃料電池スタック群又はスタックモジュールは、当該パワーコンディショナー等によって電圧又は電流が制御される。以下において、個別にパワーコンディショナー等に接続することを、「個別接続」という。また、燃料電池スタック群又はスタックモジュールを内部で直列に接続してパワーコンディショナー等に接続することを、「一括接続」という。   Note that the voltage or current of the fuel cell stack group or stack module individually connected to the power conditioner or the like is controlled by the power conditioner or the like. Hereinafter, individually connecting to a power conditioner or the like is referred to as “individual connection”. In addition, connecting the fuel cell stack group or the stack module in series inside and connecting to the power conditioner or the like is called “collective connection”.

なお、燃料電池スタック群(又はスタックモジュール)を一括接続した場合、何れか1つが故障を起こすと、全ての発電機能が遮断されることになり、汎用性のない端子の取り出しでは、故障していない燃料電池スタック群(又はスタックモジュール)も停止し、無駄となる場合がある。   In addition, when fuel cell stack groups (or stack modules) are connected together, if any one fails, all power generation functions will be cut off, and if a non-generic terminal is taken out, it will fail. A fuel cell stack group (or stack module) that does not exist is also stopped and may be wasted.

すなわち、燃料電池スタック群を備えた燃料電池システムにおいて、ホットボックス内の温度維持性と、電力の接続形態の汎用性とは二律背反の関係にあり、優先度の設定により、端子の取り出し数を考慮する必要があるが、上記特許文献1〜特許文献3を含む従来技術では、優先度についての考慮はなされていない。   In other words, in a fuel cell system equipped with a fuel cell stack group, there is a trade-off between temperature maintainability in the hot box and versatility of the power connection mode, and the number of terminals to be taken into consideration is determined by setting priority. However, in the prior art including Patent Documents 1 to 3, the priority is not taken into consideration.

本発明は上記事実を考慮し、発電効率向上のためにホットボックス内の温度維持を優先するか、出力される電源の仕様の汎用性を優先するかによる選択を一意的に特定することができる燃料電池システムを得ることが目的である。   In consideration of the above facts, the present invention can uniquely specify the selection depending on whether priority is given to maintaining the temperature in the hot box or improving the versatility of the output power supply in order to improve power generation efficiency. The object is to obtain a fuel cell system.

本発明は、燃料ガスと空気との化学反応によって発電するスタックモジュールを少なくとも1つ含む多段の燃料電池スタック群と、筐体の内部の雰囲気が予め定めた温度に維持され、当該筐体に前記多段の燃料電池スタック群を収容するホットボックスと、前記ホットボックスの前記筐体の内外を貫通し、前記多段の燃料電池スタック群に対応して接続される少なくとも一対の端子とを有し、前記スタックモジュール及び前記燃料電池スタック群の汎用性と、前記ホットボックス内の温度維持性との関係によって定まるタイプ毎に、前記ホットボックスの内外を貫通する前記一対の端子のセット数を特定したことを特徴とする燃料電池システムである。 In the present invention, a multi-stage fuel cell stack group including at least one stack module that generates power by a chemical reaction between fuel gas and air, and an atmosphere inside the housing are maintained at a predetermined temperature, and hot box that houses the fuel cell stack groups of multi-stage, the pass through the inside and outside of the housing of the hot box, having at least a pair of terminals are connected in correspondence with the fuel cell stack groups of the multi-stage, the For each type determined by the relationship between the versatility of the stack module and the fuel cell stack group and the temperature maintainability in the hot box, the number of sets of the pair of terminals penetrating the inside and outside of the hot box is specified. This is a featured fuel cell system.

本発明によれば、ホットボックスは、筐体の内部の雰囲気が予め定めた温度に維持され、当該筐体に多段の燃料電池スタック群を収容する。ホットボックスには、多段の燃料電池スタック群の電極と電気的接続された一対の端子が設けられることで、外部に配線を取り出すことができる。   According to the present invention, in the hot box, the atmosphere inside the casing is maintained at a predetermined temperature, and the multistage fuel cell stack group is accommodated in the casing. The hot box is provided with a pair of terminals that are electrically connected to the electrodes of the multi-stage fuel cell stack group, so that wiring can be taken out to the outside.

このとき、一対の端子は、ホットボックスの筐体の内外を貫通し、多段の燃料電池スタック群に対応して接続される。   At this time, the pair of terminals penetrates the inside and outside of the housing of the hot box and is connected corresponding to the multistage fuel cell stack group.

このように端子を接続することで、例えば、発電効率向上のためにホットボックス内の温度維持を優先するか、出力される電源の仕様の汎用性を優先するかによる選択を一意的に特定することができる。   By connecting the terminals in this way, for example, the selection based on whether priority is given to maintaining the temperature in the hot box for improving power generation efficiency or versatility of the specifications of the output power supply is uniquely specified. be able to.

なお、本発明において端子とは、ホットボックスの内外で電気ケーブルを接続する導電性部材に限定されるものではなく、例えば、ホットボックスの内外で、単一の電気ケーブルを貫通させるような構造の場合は、ホットッボックスの内外を通過する電気ケーブルの領域を端子と定義してもよい。   In the present invention, the terminal is not limited to a conductive member that connects an electric cable inside and outside the hot box. For example, the terminal has a structure that penetrates a single electric cable inside and outside the hot box. In this case, the area of the electric cable that passes through the hot box may be defined as a terminal.

また、本発明の多段の燃料電池スタック群は、例えば、下流側の燃料電池スタック群が、上流側の燃料電池スタック群から再生燃料ガスを受けて発電するように、多段に接続される場合がある。この構成において、各段の燃料電池スタック群が複数のスタックモジュールを備える場合は、同一の条件で発電するスタックモジュールの集合体としてもよい。   Further, the multi-stage fuel cell stack group of the present invention may be connected in multiple stages so that the downstream fuel cell stack group receives the regenerated fuel gas from the upstream fuel cell stack group and generates power. is there. In this configuration, when the fuel cell stack group at each stage includes a plurality of stack modules, it may be an assembly of stack modules that generate power under the same conditions.

本発明において、前記燃料電池スタック群が、電気的に独立した複数のスタックモジュールを含む場合は、前記一対の端子が前記複数のスタックモジュール毎に接続され、前記燃料電池スタック群が、電気的に相互に接続された複数のスタックモジュールを含む場合は、前記一対の端子が前記燃料電池スタック群の各々に接続され、前記多段の燃料電池スタック群が、電気的に相互に接続されている場合は、前記一対の端子が初段の燃料電池スタック群の一方の極に接続されると共に最終段の燃料電池スタック群の他方の極に接続される、ことを特徴とする。   In the present invention, when the fuel cell stack group includes a plurality of electrically independent stack modules, the pair of terminals are connected to each of the plurality of stack modules, and the fuel cell stack group is electrically When a plurality of stack modules connected to each other are included, the pair of terminals are connected to each of the fuel cell stack groups, and the multi-stage fuel cell stack groups are electrically connected to each other. The pair of terminals are connected to one pole of the first stage fuel cell stack group and to the other pole of the last stage fuel cell stack group.

それぞれの燃料電池スタック群の構成において、適正な端子を設けることができる。   Appropriate terminals can be provided in the configuration of each fuel cell stack group.

本発明において、端子間を開成又は閉成するスイッチをさらに有し、前記スイッチの開成及び閉成により、前記燃料電池スタック群を一括又は個別に接続することを特徴とする。   The present invention further includes a switch that opens or closes the terminals, and the fuel cell stack group is connected collectively or individually by opening and closing the switch.

スイッチの開成又は閉成により、燃料電池スタック群を一括又は個別に接続することができ、汎用性を高めることができる。   By opening or closing the switch, fuel cell stack groups can be connected together or individually, and versatility can be improved.

本発明において、端子間を開成又は閉成するスイッチと、前記スタックモジュールを、前記スイッチの開成及び閉成により、電気的に切り離す切り離し制御手段と、をさらに有する。   In the present invention, it further includes a switch that opens or closes between terminals, and a disconnect control unit that electrically disconnects the stack module by opening and closing the switch.

スタックモジュールを、スイッチの開成及び閉成操作によって、電気的に切り離すことで、スタックモジュールを選択して発電を継続することができる。   By electrically disconnecting the stack module by opening and closing the switch, the stack module can be selected and power generation can be continued.

本発明において、端子間を開成又は閉成するスイッチと、前記多段の燃料電池スタック群の各々を、前記スイッチの開成及び閉成により、電気的に切り離す切り離し制御手段と、をさらに有する。   The present invention further includes a switch that opens or closes terminals, and a separation control unit that electrically separates each of the multistage fuel cell stack groups by opening and closing the switches.

燃料電池スタック群の各々でバイパスすることで、燃料電池スタック群を選択して発電を継続することができる。   By bypassing each fuel cell stack group, it is possible to select the fuel cell stack group and continue power generation.

なお、本発明において、前記ホットボックスは、前記端子群の数に依存して変動する前記ホットボックスの雰囲気の温度維持性、及び、前記温度維持性とは二律背反の関係であり、前記端子群の数に依存して変動する配線組み合わせの汎用性、の相互の優先度に基づいて、端子群の数が選択されるようにしてもよい。   In the present invention, the hot box has a trade-off relationship between the temperature maintainability of the hot box atmosphere that varies depending on the number of the terminal groups, and the temperature maintainability. The number of terminal groups may be selected based on the mutual priority of the versatility of the wiring combination that varies depending on the number.

すなわち、端子群の数に依存して変動するホットボックスの雰囲気の温度維持性、及び、温度維持性とは二律背反の関係であり、端子群の数に依存して変動する配線組み合わせの汎用性、の相互の優先度に基づいて、端子群の数を選択することができる。   That is, the temperature maintainability of the hot box atmosphere that varies depending on the number of terminal groups, and the temperature maintainability is a trade-off relationship, and the versatility of wiring combinations that vary depending on the number of terminal groups, The number of terminal groups can be selected based on the mutual priority.

本発明において、前記ホットボックスには、内外を貫通する端子群が集約して埋め込まれ、着脱可能なコネクタ端子ユニットが設けられ、前記コネクタ端子ユニットの端子群が前記一対の端子として利用されることを特徴とする。   In the present invention, in the hot box, terminal groups penetrating inside and outside are gathered and embedded, and a detachable connector terminal unit is provided, and the terminal groups of the connector terminal unit are used as the pair of terminals. It is characterized by.

端子の取り出し位置を集約することができるので、温度維持特性を向上させることができる。   Since the terminal take-out positions can be integrated, the temperature maintenance characteristics can be improved.

以上説明した如く本発明では、発電効率向上のためにホットボックス内の温度維持を優先するか、出力される電源の仕様の汎用性を優先するかによる選択を一意的に特定することができるという優れた効果を有する。   As described above, in the present invention, it is possible to uniquely specify the selection depending on whether priority is given to maintaining the temperature in the hot box or the versatility of the specifications of the output power supply in order to improve power generation efficiency. Has an excellent effect.

本実施の形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment. 本実施の形態に係る燃料電池スタック群が収容されるホットボックスの構造を示す正面図であり、(A)はAタイプ、(B)はBタイプ、(C)はCタイプを示す。It is a front view which shows the structure of the hot box in which the fuel cell stack group which concerns on this Embodiment is accommodated, (A) shows A type, (B) shows B type, (C) shows C type. 本実施の形態に係る燃料電池スタック群が収容されるホットボックスの構造を示す正面図であり、(A)はDタイプ、(B)はEタイプ、(C)はFタイプを示す。It is a front view which shows the structure of the hot box in which the fuel cell stack group which concerns on this Embodiment is accommodated, (A) shows D type, (B) shows E type, (C) shows F type. 本実施の形態に係る燃料電池スタック群が収容されるホットボックスの構造を示す正面図であり、(A)はGタイプ、(B)はHタイプ、(C)はIタイプを示す。It is a front view which shows the structure of the hot box in which the fuel cell stack group which concerns on this Embodiment is accommodated, (A) shows G type, (B) shows H type, (C) shows I type. (A)本実施の形態に係るホットボックスの構造タイプにおける汎用性−温度維持性の形態を示す分布図、(B)はホットボックスの構造タイプの概略を示す図表である。(A) Distribution diagram showing the form of versatility-temperature maintenance in the structure type of the hot box according to the present embodiment, and (B) is a chart showing the outline of the structure type of the hot box. 本実施の形態の制御部で実行される故障診断制御ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the failure diagnosis control routine performed with the control part of this Embodiment. 変形例に係る本実施の形態に係る燃料電池スタック群が収容されるホットボックスの構造(Jタイプ)を示す正面図である。It is a front view which shows the structure (J type) of the hot box in which the fuel cell stack group which concerns on this Embodiment which concerns on a modification is accommodated.

図1に従い、本実施の形態に係る燃料電池システム10の構成を、各部の機能と共に説明する。なお、本実施の形態の燃料電池システム10は一例であり、各部において構造が適宜改造(増設、撤去を含む)される場合もあるが、発電する基本概念は変わることはない。   The configuration of the fuel cell system 10 according to the present embodiment will be described together with the functions of the respective parts according to FIG. The fuel cell system 10 of the present embodiment is an example, and the structure may be appropriately modified (including expansion and removal) in each part, but the basic concept of generating power does not change.

燃料電池システム10は、主要な構成として、気化器12、改質器14、燃料電池スタック群としての第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18、空気供給部46、分離部20、第1熱交換部30、第2熱交換部32、第3熱交換部34、第4熱交換部36、燃焼器40、タンク42、及び制御部44を備えている。   The fuel cell system 10 mainly includes a vaporizer 12, a reformer 14, a first fuel cell stack 16 and a second fuel cell stack 18 as a fuel cell stack group, an air supply unit 46, a separation unit 20, 1 heat exchange part 30, 2nd heat exchange part 32, 3rd heat exchange part 34, 4th heat exchange part 36, combustor 40, tank 42, and control part 44 are provided.

第1燃料電池スタック16は、固体酸化物形の燃料電池スタックであり、積層された複数の燃料電池セルを有している。第1燃料電池スタック16は、燃料ガス及び空気を同等の条件で受ける複数のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn「nは正の整数」(図2参照)で構成してもよい。   The first fuel cell stack 16 is a solid oxide fuel cell stack, and has a plurality of stacked fuel cells. The first fuel cell stack 16 may include a plurality of stack modules 16M1, M2,... Mn “n is a positive integer” (see FIG. 2) that receives fuel gas and air under the same conditions.

第2燃料電池スタック18は、固体酸化物形の燃料電池スタックであり、積層された複数の燃料電池セルを有している。第2燃料電池スタック18は、燃料ガス及び空気を同等の条件で受ける複数のスタックモジュール18M1、M2・・・Mn「nは正の整数」(図2参照)で構成してもよい。   The second fuel cell stack 18 is a solid oxide fuel cell stack, and has a plurality of stacked fuel cells. The second fuel cell stack 18 may include a plurality of stack modules 18M1, M2,... Mn “n is a positive integer” (see FIG. 2) that receives fuel gas and air under the same conditions.

すなわち、本実施の形態の燃料電池システム10は、燃料電池スタックが複数段(ここでは、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18の2段)とされた、多段式の燃料電池システム10を構成している。なお、段数は、2段に限定されず、3段以上であってもよい。なお、空気は、各段共に、同等の条件で受けるようにしてもよい。   That is, the fuel cell system 10 according to the present embodiment has a multi-stage fuel cell system in which the fuel cell stack has a plurality of stages (here, the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18). 10 is constituted. Note that the number of stages is not limited to two, and may be three or more. Note that air may be received under the same conditions in each stage.

気化器12には、原料ガス管P1の一端が接続されており、原料ガス管P1の他端は図示しないガス源に接続されている。ガス源からは、ブロアBによりガス(一例として、メタン)が気化器12へ送出される。原料ガス管P1の中間部には、水を貯留するタンク42からの水供給管P2が接続されている。タンク42からは、ポンプPにより、水(液相)が気化器12へ送出される。   One end of the source gas pipe P1 is connected to the vaporizer 12, and the other end of the source gas pipe P1 is connected to a gas source (not shown). A gas (for example, methane) is sent from the gas source to the vaporizer 12 by the blower B. A water supply pipe P2 from a tank 42 for storing water is connected to an intermediate portion of the source gas pipe P1. Water (liquid phase) is sent from the tank 42 to the vaporizer 12 by the pump P.

気化器12では、水が気化される。気化には、後述する燃焼器40の熱が用いられる。なお、本実施形態では、原料ガスとしてメタンを用いるが、改質が可能なガスであれば特に限定されず、炭化水素燃料を用いることができる。炭化水素燃料としては、天然ガス、LPガス(液化石油ガス)、石炭改質ガス、バイオガス、低級炭化水素ガスなどが例示される。   In the vaporizer 12, water is vaporized. For the vaporization, the heat of the combustor 40 described later is used. In this embodiment, methane is used as the raw material gas, but it is not particularly limited as long as it can be reformed, and a hydrocarbon fuel can be used. Examples of the hydrocarbon fuel include natural gas, LP gas (liquefied petroleum gas), coal reformed gas, biogas, and lower hydrocarbon gas.

気化器12では、供給されたメタン及び水が混合されると共に、燃焼排ガス管P10を流通する燃焼排ガスG6から熱を得て加熱され、水が気化され水蒸気となる。   In the vaporizer 12, the supplied methane and water are mixed, and heat is obtained from the combustion exhaust gas G6 flowing through the combustion exhaust pipe P10, and the water is vaporized to become water vapor.

メタン及び水蒸気は、気化器12から配管P3を介して改質器14へ送出される。改質器14では、改質反応により、水素を含む600℃程度の燃料ガスG1が生成される。燃料ガスG1は、燃料ガス管P4を介して第1燃料電池スタック16のアノード16Aに供給される。   Methane and water vapor are sent from the vaporizer 12 to the reformer 14 via the pipe P3. In the reformer 14, a fuel gas G1 containing about 600 ° C. containing hydrogen is generated by the reforming reaction. The fuel gas G1 is supplied to the anode 16A of the first fuel cell stack 16 via the fuel gas pipe P4.

第1燃料電池スタック16のカソード16Bには、分離部20の透過部26から排出された透過部排出ガス(空気Aと二酸化炭素及び水蒸気の混合気体)が、酸化ガスG5として酸化ガス管P5を経て供給される。これにより、第1燃料電池スタック16では、化学反応により発電が行われる。   At the cathode 16B of the first fuel cell stack 16, the permeated portion exhaust gas (mixed gas of air A, carbon dioxide, and water vapor) discharged from the permeated portion 26 of the separation portion 20 passes through the oxidizing gas pipe P5 as the oxidizing gas G5. It is supplied via. Thereby, in the 1st fuel cell stack 16, electric power generation is performed by a chemical reaction.

上記化学反応により第1燃料電池スタック16は発熱し、650℃程度の温度で発電が行われる。この発電に伴い燃料電池スタック16のアノード16Aからは、アノードオフガスG3が排出される。また、カソード16Bからは、カソードオフガスG2が排出され、カソードオフガスG2は、カソードオフガス管P6を通って第2燃料電池スタック18のカソード18Bへ供給される。   The first fuel cell stack 16 generates heat by the chemical reaction, and power generation is performed at a temperature of about 650 ° C. Along with this power generation, the anode off gas G3 is discharged from the anode 16A of the fuel cell stack 16. Further, the cathode off gas G2 is discharged from the cathode 16B, and the cathode off gas G2 is supplied to the cathode 18B of the second fuel cell stack 18 through the cathode off gas pipe P6.

アノード16Aから排出されたアノードオフガスG3は、アノードオフガス管P7に導かれ、第2熱交換部32、第1熱交換部30を経て、分離部20の流入部24へ流入される。第2熱交換部32では、アノードオフガスG3の温度は、約650℃からある程度温度が低下し(80℃〜140℃程度の低下)、第1熱交換部30では、アノードオフガスG3の温度は、適温T0に近い温度まで下げられる。   The anode off-gas G3 discharged from the anode 16A is guided to the anode off-gas pipe P7, and flows into the inflow section 24 of the separation section 20 through the second heat exchange section 32 and the first heat exchange section 30. In the second heat exchange unit 32, the temperature of the anode off gas G3 is reduced to some extent from about 650 ° C. (a decrease of about 80 ° C. to 140 ° C.), and in the first heat exchange unit 30, the temperature of the anode off gas G3 is The temperature is lowered to a temperature close to the appropriate temperature T0.

一方、空気供給部46からは、制御部44による分離部20の温度Tのフィードバック制御により流量が制御された空気Aが、空気供給管P8により、第1熱交換部30を介して分離部20の透過部26へ送出される。第1熱交換部30では、空気Aの温度は、適温T0に近い温度、すなわち、第1熱交換部30で熱交換が行われた後のアノードオフガスG3と略同じ温度となる。   On the other hand, from the air supply unit 46, the air A whose flow rate is controlled by feedback control of the temperature T of the separation unit 20 by the control unit 44 is separated from the air supply pipe P8 via the first heat exchange unit 30. Are transmitted to the transmission unit 26. In the first heat exchange unit 30, the temperature of the air A is a temperature close to the appropriate temperature T0, that is, substantially the same temperature as the anode offgas G3 after the heat exchange is performed in the first heat exchange unit 30.

アノードオフガスG3は、第2熱交換部32、第1熱交換部30での熱交換を経て分離部20の流入部24へ流入され、二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方が、分離膜28を透過して透過部26側へ移動することにより分離される。   The anode off gas G3 flows into the inflow part 24 of the separation part 20 through heat exchange in the second heat exchange part 32 and the first heat exchange part 30, and at least one of carbon dioxide and water vapor passes through the separation membrane 28. Then, it is separated by moving to the transmission part 26 side.

流入部24からは再生燃料ガスG4が送出され、第4熱交換部36、第2熱交換部32を経て、600℃程度に昇温され、再生燃料ガス管P9により第2燃料電池スタック18のアノード18Aへ供給される。第2燃料電池スタック18では、化学反応により発電が行われる。   The regenerated fuel gas G4 is sent out from the inflow section 24, and is heated to about 600 ° C. through the fourth heat exchange section 36 and the second heat exchange section 32, and the regenerated fuel gas pipe P9 causes the second fuel cell stack 18 to Supplied to the anode 18A. In the second fuel cell stack 18, power generation is performed by a chemical reaction.

上記化学反応により第2燃料電池スタック18は発熱し、650℃程度の温度で発電が行われる。アノード18A、カソード18Bでの使用済ガスは、配管P11、カソードオフ燃焼導入管P12により各々燃焼器40へ送出され、燃焼器40で焼却に供される。   The second fuel cell stack 18 generates heat due to the chemical reaction, and power is generated at a temperature of about 650 ° C. Spent gas at the anode 18A and the cathode 18B is sent to the combustor 40 through the pipe P11 and the cathode off combustion introduction pipe P12, and is burned by the combustor 40.

燃焼器40からの燃焼排ガスG6は、第3熱交換部34、第4熱交換部36、及び気化器12を経て、燃焼排ガス管P10によりタンク42へ送出される。燃焼排ガスG6に含まれる水蒸気は、気化器12からタンク42までの経路やタンク42内で冷却され、凝縮されてタンク42に貯留される。その他の燃焼排ガスは、タンク42から装置外に放出される。   The combustion exhaust gas G6 from the combustor 40 passes through the third heat exchange unit 34, the fourth heat exchange unit 36, and the vaporizer 12, and is sent to the tank 42 through the combustion exhaust gas pipe P10. The water vapor contained in the combustion exhaust gas G6 is cooled in the path from the vaporizer 12 to the tank 42 or in the tank 42, condensed, and stored in the tank 42. Other combustion exhaust gas is discharged from the tank 42 to the outside of the apparatus.

一方、透過部26へ流入したスイープガスとしての空気Aは、分離膜28を透過して流入した二酸化炭素、水蒸気、及び、その他分離膜28を透過したアノードオフガスG3中の気体と共に、透過部26から送出される。   On the other hand, the air A as the sweep gas that has flowed into the permeation section 26, together with the carbon dioxide and water vapor that have permeated through the separation membrane 28 and the gas in the anode off-gas G3 that has permeated through the separation membrane 28, is transmitted through the permeation section 26. Is sent from.

送出された透過部排出ガスG7は、第3熱交換部34を経て、酸化ガスG5として酸化ガス管P5によりカソード16Bへ供給される。   The transmitted permeated portion exhaust gas G7 is supplied to the cathode 16B through the third heat exchanging portion 34 as the oxidizing gas G5 through the oxidizing gas pipe P5.

(燃料電池スタックの断熱)   (Insulation of fuel cell stack)

図2〜図4に示される如く、ここで、本実施の形態の第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18を含むほとんどの機器(図1の場合、分離部24及びタンク42を除く)は、ホットボックス50に収容されている。   As shown in FIGS. 2 to 4, most devices including the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 of the present embodiment (except for the separation unit 24 and the tank 42 in the case of FIG. 1). ) Is accommodated in the hot box 50.

ホットボックス50は、主として断熱材によって筐体50Aが形成されており、当該筐体50Aに収容された第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18は、外気とは分離された雰囲気50Bの環境下で、所定の温度(予め定めた許容範囲を含む)で維持される。   The hot box 50 has a casing 50A mainly formed of a heat insulating material. The first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 accommodated in the casing 50A have an atmosphere 50B separated from the outside air. It is maintained at a predetermined temperature (including a predetermined allowable range) under the environment.

ところで、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18は、それぞれ複数のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及び18M1、M2・・・Mn(nは正の整数)で構成されている。言い換えれば、16M1、M2・・・Mn、及び18M1、M2・・・Mn毎に陽極(プラス極)及び陰極(マイナス極)を備え、適宜電気的に接続されることで、所定の電圧を出力することができる。   By the way, the 1st fuel cell stack 16 and the 2nd fuel cell stack 18 are comprised by several stack module 16M1, M2 ... Mn, and 18M1, M2 ... Mn (n is a positive integer), respectively. . In other words, each of 16M1, M2... Mn, and each of 18M1, M2... Mn has an anode (positive electrode) and a cathode (negative electrode), and is appropriately electrically connected to output a predetermined voltage. can do.

出力される電圧は、制御部44(図1参照)の一部を構成するパワーコンディショナー等によって電圧もしくは電流の少なくとも一方が制御され、電源として出力される。   As for the output voltage, at least one of the voltage and the current is controlled by a power conditioner or the like constituting a part of the control unit 44 (see FIG. 1), and is output as a power source.

しかしながら、本実施の形態の燃料電池システム10を含め、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18で発電した電力を、どのような電源としての仕様(電圧もしくは電流の少なくとも一方、容量等)とするかは、需要によって様々であり、一概に特定し得るものではない。従って、汎用性を持たせるためには、最も細く分類した単位(すなわち、スタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及びスタックモジュール18M1、M2・・・Mn)毎に、ホットボックス50から陽極とマイナス極とを取り出しておくことが好ましい。   However, the power generated by the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18, including the fuel cell system 10 of the present embodiment, is used as any power source specification (at least one of voltage or current, capacity, etc.) ) Depends on demand and cannot be specified in general. Therefore, in order to have versatility, the anode and the minus from the hot box 50 are provided for each of the finely classified units (that is, the stack modules 16M1, M2... Mn and the stack modules 18M1, M2... Mn). It is preferable to take out the pole.

一方、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18は、ホットボックス50によって、ほぼ一定の雰囲気温度の下で維持されることが、発電能力を保持するために重要であり、取り出す端子数は少ないことが好ましい。すなわち、本実施の形態の燃料電池システム10(多段式〜では、燃焼器40で得られる温度が少ないため、ホットボックス50において、熱が逃げる要素(温度低下の要因となる端子数)を必要最小限まで減らすことが望ましい。   On the other hand, it is important for maintaining the power generation capability that the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 are maintained by the hot box 50 under a substantially constant atmospheric temperature. Is preferably less. That is, in the fuel cell system 10 of the present embodiment (in the multi-stage type, since the temperature obtained by the combustor 40 is small, in the hot box 50, the element that allows heat to escape (the number of terminals that cause the temperature decrease) is the minimum necessary. It is desirable to reduce it to the limit.

すなわち、汎用性と、温度維持性とは、二律背反の関係にあり、優先度の設定によって、ホットボックス50から取り出す端子数が異なることになる。言い換えれば、汎用性を優先するか、或いは、温度維持性を優先するかによって、ホットボックス50内外における第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック(各16M1、M2・・・Mn、及び18M1、M2・・・Mnを含む)の配線構造が異なるため、予め、優先度に応じた配線構造を準備しておくことが重要となる。   That is, versatility and temperature maintainability are in a trade-off relationship, and the number of terminals taken out from the hot box 50 varies depending on the priority setting. In other words, the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack (16M1, M2,... Mn, and 18M1 in and out of the hot box 50 are used depending on whether generality is given priority or temperature maintenance is given priority. , M2... Including Mn), it is important to prepare a wiring structure according to priority in advance.

そこで、本実施の形態では、図5に示される如く、汎用性と温度維持性との関係において、それぞれの優位性に従って、ホットボックス50から出力される端子数(構造的にはホットボックス50の貫通孔数)の構成を分類することで、設定する優先度に基づいて、一意的にホットボックス50から出力される端子数を特定することができるようにした。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the number of terminals output from the hot box 50 (in terms of the structure, the hot box 50 in accordance with the respective advantages in the relationship between versatility and temperature maintainability. By classifying the configuration of the number of through holes), the number of terminals output from the hot box 50 can be uniquely specified based on the priority to be set.

本実施の形態では、ホットボックス50と、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18、及び、それぞれ複数のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及び18M1、M2・・・Mnに設けられた電極(プラス極、マイナス極)の接続状態のバリエーションとして、9種類(図5(B)に示すAタイプ〜Iタイプ)の構造を設定し、図5(A)に示される如く、それぞれを、横軸が汎用性、縦軸が温度維持性としたチャートに分布した。   In the present embodiment, the hot box 50, the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18, and the plurality of stack modules 16M1, M2... Mn, and 18M1, M2. Nine types (A type to I type shown in FIG. 5 (B)) are set as variations in the connection state of the electrodes (positive electrode, negative electrode), and as shown in FIG. 5 (A), Were distributed in a chart with versatility on the horizontal axis and temperature maintainability on the vertical axis.

図2〜図4は、各タイプ(Aタイプ〜Iタイプ)のホットボックス50の構造を示す概念図である。   2 to 4 are conceptual diagrams showing the structure of each type (A type to I type) hot box 50.

ホットボックス50には、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18が収容され、ホットボックス50内の雰囲気温度に維持されている。   The hot box 50 accommodates the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18, and is maintained at the atmospheric temperature in the hot box 50.

(Aタイプ)   (A type)

図2(A)に示される如く、Aタイプは、第1燃料電池スタック16のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及び第2燃料電池スタック18のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及び18M1、M2・・・Mnのそれぞれのプラス極の端子50C及びマイナス極の端子50Cがホットボックス50に設けられた端子50Cを介して、外部に取り出されている。この状態では、それぞれが独立した個別接続である。取り出された端子50Cは、様々なバリエーションの接続状態(一括接続又は個別接続)とすることができる。また、最小単位で取捨選択が可能である。   As shown in FIG. 2A, the A type includes the stack modules 16M1, M2... Mn of the first fuel cell stack 16, and the stack modules 16M1, M2... Mn of the second fuel cell stack 18. 18M1, M2,... Mn, the positive terminal 50C and the negative terminal 50C are taken out to the outside through the terminal 50C provided in the hot box 50. In this state, each is an independent connection. The extracted terminal 50C can be in various connection states (collective connection or individual connection). Also, selection can be made in the smallest unit.

図2(A)に示される如く、Aタイプは、最小単位で端子50Cが取り出されているため汎用性が高く、端子50Cの数が最も多いため温度維持性が低い位置に分布される(図5(A)のA点参照)。   As shown in FIG. 2A, the A type has high versatility because the terminals 50C are taken out in the smallest unit, and is distributed at positions where the temperature maintainability is low because the number of terminals 50C is the largest (see FIG. 2A). (Refer to point A in 5 (A)).

(Bタイプ)   (B type)

図2(B)に示される如く、Bタイプは、第1燃料電池スタック16のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及び第2燃料電池スタック18のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及び18M1、M2・・・Mnのそれぞれのプラス極の端子50C及びマイナス極の端子50Cがホットボックス50に設けられた端子50Cを介して、外部に取り出されている。   As shown in FIG. 2B, the B type includes the stack modules 16M1, M2... Mn of the first fuel cell stack 16, and the stack modules 16M1, M2. 18M1, M2,... Mn, the positive terminal 50C and the negative terminal 50C are taken out to the outside through the terminal 50C provided in the hot box 50.

外部に取り出された第1燃料電池スタック16のスタックモジュール16M1、M2・・・Mnは、それぞれ一括に接続されている。   The stack modules 16M1, M2,... Mn of the first fuel cell stack 16 taken out to the outside are all connected together.

また、外部に取り出された第2燃料電池スタック18の16M1、M2・・・Mnは、それぞれ一括に接続されている。   Also, 16M1, M2,... Mn of the second fuel cell stack 18 taken out to the outside are connected together in a lump.

すなわち、Bタイプは、第1燃料電池スタック16と第2燃料電池スタック18とが独立した形態(燃料電池スタック段数毎)で出力される。   That is, in the B type, the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 are output in an independent form (for each number of fuel cell stack stages).

図2(B)に示される如く、Bタイプは、温度維持性はAタイプと同等であるが、基本的には第1燃料電池スタック16と第2燃料電池スタック18の単位で既に接続状態であるため、Aタイプよりも若干汎用性が低い位置に分布される(図5(A)のB点参照)。   As shown in FIG. 2B, the B type has the same temperature maintainability as the A type, but is basically already connected in units of the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18. For this reason, it is distributed at positions that are slightly less versatile than the A type (see point B in FIG. 5A).

(Cタイプ)   (C type)

図2(C)に示される如く、Cタイプは、第1燃料電池スタック16のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及び第2燃料電池スタック18のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及び18M1、M2・・・Mnのそれぞれのプラス極の端子50C及びマイナス極の端子50Cがホットボックス50に設けられた端子50Cを介して、外部に取り出されている。   As shown in FIG. 2C, the C type includes the stack modules 16M1, M2... Mn of the first fuel cell stack 16, and the stack modules 16M1, M2... Mn of the second fuel cell stack 18. 18M1, M2,... Mn, the positive terminal 50C and the negative terminal 50C are taken out to the outside through the terminal 50C provided in the hot box 50.

外部に取り出された第1燃料電池スタック16のスタックモジュール16M1、M2・・・Mnと、第2燃料電池スタック18のスタックモジュール18M1、M2・・・Mnとが一括に接続されている。   The stack modules 16M1, M2,... Mn of the first fuel cell stack 16 taken out to the outside and the stack modules 18M1, M2,.

すなわち、Cタイプは、第1燃料電池スタック16と第2燃料電池スタック18とが一体化した形態(スタック全段一括接続)で出力される。   That is, the C type is output in a form in which the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 are integrated (all stacks are collectively connected).

図2(C)に示される如く、Cタイプは、温度維持性はAタイプ及びBタイプと同等であるが、基本的には全てのスタック(第1燃料電池スタック16と第2燃料電池スタック18)が既に一括接続状態であるため、Bタイプよりも若干汎用性が低い位置に分布される(図5(A)のC点参照)。   As shown in FIG. 2C, the C type has the same temperature maintainability as the A type and B type, but basically all the stacks (the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18). ) Is already in a collective connection state, and is therefore distributed at positions that are slightly less versatile than the B type (see point C in FIG. 5A).

なお、Aタイプ、Bタイプ、及びCタイプは、個別のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及び18M1、M2・・・Mnから独立して端子50Cが出力される構造において、1つのグループ(第1グループ)として分類可能であり、汎用性の差異は無視できる範囲であるため、図5(A)の分布位置を同一としてもよい。   The A type, the B type, and the C type have a structure in which the terminal 50C is output independently from the individual stack modules 16M1, M2... Mn and 18M1, M2. The distribution positions in FIG. 5A may be the same because the difference in versatility is in a negligible range.

(Dタイプ)   (D type)

図3(A)に示される如く、Dタイプは、第1燃料電池スタック16のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及び第2燃料電池スタック18のスタックモジュール18M1、M2・・・Mnのそれぞれが、ホットボックス40内で一括接続されており、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18が、それぞれ独立して一対の電極(プラス極及びマイナス極)が端子50Cを介して、外部に取り出されている。   As shown in FIG. 3A, each of the D type includes stack modules 16M1, M2... Mn of the first fuel cell stack 16, and stack modules 18M1, M2. Are connected together in the hot box 40, and the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 are independently connected to each other via a terminal 50C with a pair of electrodes (a positive electrode and a negative electrode). Has been taken out.

このDタイプの場合、本実施の形態では、燃料電池スタックの数が、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18の2基であるので、端子50Cの数は、4となる(燃料電池スタック×2)。   In the case of this D type, in the present embodiment, since the number of fuel cell stacks is two, that is, the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18, the number of terminals 50C is four (fuel) Battery stack x 2).

図3(A)に示される如く、Dタイプは、第1燃料電池スタック16、及び第2燃料電池スタック18が独立した個別接続状態であり、温度維持性及び汎用性共に、Aタイプ〜Fタイプの相対評価において平均的であり、原点位置に分布される(図5(A)のD点参照)。言い換えれば、温度維持性及び汎用性の評価は、このDタイプを基準として、Aタイプ〜Cタイプ、Eタイプ及びFタイプの評価が設定される。   As shown in FIG. 3 (A), the D type is a state in which the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 are independently connected, and the A type to the F type have both temperature maintenance and versatility. Are averaged and distributed at the origin position (see point D in FIG. 5A). In other words, for the evaluation of the temperature maintenance property and the versatility, the evaluations of A type to C type, E type, and F type are set based on the D type.

(Eタイプ)   (E type)

図3(B)に示される如く、Eタイプは、第1燃料電池スタック16のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及び第2燃料電池スタック18のスタックモジュール18M1、M2・・・Mnのそれぞれが、一括接続されており、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18が、それぞれ独立して一対の電極(プラス極及びマイナス極)が端子50Cを介して、外部に取り出されている。   As shown in FIG. 3B, the E type includes the stack modules 16M1, M2... Mn of the first fuel cell stack 16, and the stack modules 18M1, M2. However, the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 are independently connected to each other with a pair of electrodes (a positive electrode and a negative electrode) taken out through the terminal 50C. .

また、外部に取り出された第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18は、一括接続されている。   Further, the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 taken out to the outside are connected together.

このEタイプの場合、本実施の形態では、Dタイプと同様に燃料電池スタックの数が、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18の2基であるので、端子50Cの数は、4となる(燃料電池スタック×2)。   In the case of this E type, in the present embodiment, since the number of fuel cell stacks is two, that is, the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 as in the D type, the number of terminals 50C is 4 (fuel cell stack x 2).

図3(B)に示される如く、Eタイプは、第1燃料電池スタック16、及び第2燃料電池スタック18が一括接続状態であり、温度維持性は平均的であるが、Dタイプよりも若干汎用性が低くなる位置に分布される(図5(A)のD点参照)。   As shown in FIG. 3B, in the E type, the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 are in a collective connection state, and the temperature maintainability is average, but slightly higher than the D type. It is distributed at positions where versatility is reduced (see point D in FIG. 5A).

なお、Dタイプ及びEタイプは、燃料電池スタック単位で、端子50Cが出力される構造において、1つのグループ(第2グループ)として分類可能であり、汎用性の差異は無視できる範囲であるため、図5(A)の分布位置を同一としてもよい。   The D type and E type can be classified as one group (second group) in the structure in which the terminal 50C is output in units of fuel cell stacks, and the difference in versatility is in a negligible range. The distribution positions in FIG. 5A may be the same.

(Fタイプ)   (F type)

図3(C)に示される如く、Fタイプは、第1燃料電池スタック16のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及び第2燃料電池スタック18のスタックモジュール18M1、M2・・・Mnのそれぞれが、ホットボックス40内で一括接続され、かつ第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18がホットボックス40内で一括接続されている。   As shown in FIG. 3C, the F type includes stack modules 16M1, M2... Mn of the first fuel cell stack 16, and stack modules 18M1, M2. However, the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 are collectively connected in the hot box 40.

すなわち、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18の一方の電極(例えば、マイナス極)と、第2燃料電池スタック18の一方の電極(例えば、プラス極)とがホットボックス50内で接続された一括接続状態であり、第1燃料電池スタック16の他方の電極(例えば、プラス極)と、第2燃料電池スタック18の他方の電極(例えば、マイナス極)とが、それぞれ端子50Cを介してホットボックス50の外部に取り出されている。すなわち、最小数である2個の端子50Cであり、温度維持性が最も高いが、汎用性は最も低い位置に分布される(図5(A)のF点参照)。   That is, one electrode (for example, negative electrode) of the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 and one electrode (for example, positive electrode) of the second fuel cell stack 18 are within the hot box 50. The other electrode (for example, the positive electrode) of the first fuel cell stack 16 and the other electrode (for example, the negative electrode) of the second fuel cell stack 18 are respectively connected to the terminal 50C. Through the hot box 50. That is, the minimum number of the two terminals 50C is the highest in temperature maintainability but distributed at the lowest versatility (see point F in FIG. 5A).

以下に示すGタイプ、Hタイプ、Iタイプの3タイプは、上記Aタイプ〜Fタイプの6タイプとの分類とは異なり、Aタイプ〜Fタイプの追加機能という位置付けとなる。   The following three types of G type, H type, and I type are positioned as additional functions of the A type to the F type, unlike the classification of the six types of the A type to the F type.

(Gタイプ) (G type)

図4(A)に示される如く、Gタイプは、第1燃料電池スタック16のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及び第2燃料電池スタック18のスタックモジュール18M1、M2・・・Mnのそれぞれのプラス極の端子50C及びマイナス極の端子50Cがホットボックス50に設けられた単一のコネクタ端子50Cを介して、外部に取り出されている。但し、単一のコネックタ端子内で端子同士は絶縁されており、ショートしない構成となっている。   As shown in FIG. 4A, the G type includes stack modules 16M1, M2... Mn of the first fuel cell stack 16, and stack modules 18M1, M2. The positive electrode terminal 50 </ b> C and the negative electrode terminal 50 </ b> C are taken out through a single connector terminal 50 </ b> C provided in the hot box 50. However, the terminals are insulated from each other in a single connexer terminal, and are not short-circuited.

図4(A)に示される如く、Gタイプは、最小単位でコネクタ端子50Cが取り出されているが、コネクタ端子50Cを用いる場合に、最小単位である必要はなく、全てのタイプ(Aタイプ〜Fタイプ)に適用可能である。例えば、Eタイプの場合は、4線が集約されることになる。また、コネクタ端子50Cは1箇所に限らず、複数の配線を束ねた複数のコネクタ端子50Cを設けてもよい。さらには、プラス極とマイナス極とを分けてもよい。   As shown in FIG. 4A, in the G type, the connector terminal 50C is taken out in the minimum unit, but when the connector terminal 50C is used, it is not necessary to be in the minimum unit, and all types (A type to F type). For example, in the case of the E type, four lines are collected. Further, the connector terminal 50C is not limited to one place, and a plurality of connector terminals 50C in which a plurality of wires are bundled may be provided. Furthermore, the positive pole and the negative pole may be separated.

(Hタイプ)   (H type)

図4(B)に示される如く、Hタイプは、第1燃料電池スタック16のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及び第2燃料電池スタック18のスタックモジュール18M1、M2・・・Mnのそれぞれのプラス極及びマイナス極がホットボックス50の内部で相互に接続され、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18のそれぞれ一対の電極(プラス極及びマイナス極)が端子50Cを介して、外部に取り出されている(ここまでは、Eタイプと同一構成の例を示した)。   As shown in FIG. 4B, the H type includes the stack modules 16M1, M2... Mn of the first fuel cell stack 16, and the stack modules 18M1, M2. Are connected to each other inside the hot box 50, and a pair of electrodes (a positive electrode and a negative electrode) of the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 are connected via the terminal 50C. It has been taken out to the outside (so far, an example of the same configuration as the E type has been shown).

また、Hタイプは、第1燃料電池スタック16の一方の電極(例えば、マイナス極)と、第2燃料電池スタック18の一方の電極(例えば、プラス極)とが、ホットボックス50の外部において、スイッチ52を介して接続されている。   In the H type, one electrode (for example, a negative electrode) of the first fuel cell stack 16 and one electrode (for example, a positive electrode) of the second fuel cell stack 18 are outside the hot box 50. Connection is made via a switch 52.

すなわち、Hタイプは、ホットボックス50の外部で、各段の燃料電池スタック群の一括接続又は個別接続をスイッチ52の閉成又は開成制御によって選択可能である。このようなホットボックス50の外部に取り出した配線に、スイッチ切り替え機能を持たせる構成は、Aタイプ〜Eタイプに適用可能である。   That is, in the H type, the batch connection or individual connection of the fuel cell stack groups at each stage can be selected by the closing or opening control of the switch 52 outside the hot box 50. Such a configuration in which the wiring taken out of the hot box 50 is provided with a switch switching function is applicable to the A type to E type.

(Iタイプ)   (I type)

図4(C)に示される如く、Iタイプは、第1燃料電池スタック16のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及び第2燃料電池スタック18のスタックモジュール18M1、M2・・・Mnのそれぞれのプラス極の端子50C及びマイナス極の端子50Cがホットボックス50に設けられた端子50Cを介して、外部に取り出されている。この状態では、それぞれが独立した個別接続であるが、取り出された端子50Cは、様々なバリエーションの接続状態(一括接続又は個別接続)とすることができる。また、最小単位で取捨選択が可能である。   As shown in FIG. 4C, the I type includes the stack modules 16M1, M2... Mn of the first fuel cell stack 16, and the stack modules 18M1, M2. The positive electrode terminal 50 </ b> C and the negative electrode terminal 50 </ b> C are taken out to the outside through the terminals 50 </ b> C provided in the hot box 50. In this state, each is an independent connection, but the extracted terminal 50C can be in various connection states (collective connection or individual connection). Also, selection can be made in the smallest unit.

ここで、Iタイプは、第1燃料電池スタック16のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及び第2燃料電池スタック18のスタックモジュール18M1、M2・・・Mnの電極間を導通させる第1スイッチ54と、それぞれの電極の少なくとも一方に介在された第2スイッチ56と、を備える。   Here, the I type is a first switch that conducts between the electrodes of the stack modules 16M1, M2... Mn of the first fuel cell stack 16 and the stack modules 18M1, M2. 54, and a second switch 56 interposed in at least one of the respective electrodes.

これにより、図4(C)に示される如く、一部のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn及び18M1、M2・・・Mnの何れかが故障した場合、第1スイッチ52及び第2スイッチ54の開成及び閉成制御によって、当該故障したスタックモジュールを電気的に切り離すことができ(図4(C)の点線参照)、正常に稼働している他のスタックモジュールを有効利用するという特有の効果を得ることができる。   Accordingly, as shown in FIG. 4C, when any one of the stack modules 16M1, M2... Mn and 18M1, M2. With the opening and closing control, the faulty stack module can be electrically disconnected (see the dotted line in FIG. 4C), and the unique effect of effectively using another stack module that is operating normally Can be obtained.

Aタイプ〜Fタイプは、図5(A)に示される如く、温度維持性及び汎用性によって分類可能であるが、パワーコンディショナー等で電圧を昇圧するときの効率という観点で差別化することができる。効率は、パワーコンディションー等に投入される電圧が高い方が、つまりは出力端子数が少ない方が効率がよいため、Cタイプ、Eタイプ、及びFタイプが、最も高効率である。次にBタイプとEタイプが、Cタイプ、Dタイプ、及びFタイプの次に効率がよい。そして、Aタイプが効率の面では最も低効率となる。   As shown in FIG. 5A, A type to F type can be classified according to temperature maintainability and versatility, but can be differentiated from the viewpoint of efficiency when boosting voltage with a power conditioner or the like. . The efficiency is higher when the voltage applied to the power condition or the like is higher, that is, when the number of output terminals is smaller. Therefore, the C type, E type, and F type are the most efficient. Next, B type and E type are the next most efficient after C type, D type, and F type. The A type has the lowest efficiency in terms of efficiency.

また、追加機能としてのGタイプは、効果として温度維持性を向上することができる。追加機能としてのHタイプは、汎用性を向上することができる。さらに、Iタイプは、故障モジュールを切り離すことができ、燃料電池システムの損失を最小限に抑えることができる。   Moreover, the G type as an additional function can improve temperature maintenance property as an effect. The H type as an additional function can improve versatility. In addition, Type I can isolate the faulty module and minimize the loss of the fuel cell system.

以下に、本実施の形態の作用を説明する。   The operation of the present embodiment will be described below.

(多段式燃料電池スタックの発電動作)   (Power generation operation of multi-stage fuel cell stack)

本実施の形態の燃料電池システムでは、まず、初段である第1燃料電池スタックを対象として、気化器12には、ガス源からメタンが供給されると共に、水が供給される。供給されたメタンと水は、混合されると共に、燃焼排ガスから熱を得て加熱され、水が気化され水蒸気となる。   In the fuel cell system according to the present embodiment, first, methane is supplied from a gas source and water is supplied to the vaporizer 12 for the first fuel cell stack as the first stage. The supplied methane and water are mixed and heated by obtaining heat from the combustion exhaust gas, and the water is vaporized to become steam.

メタン及び水蒸気は、気化器12から改質器14へ送出される。改質器14では、改質反応により、水素を含む600℃程度の燃料ガスG1が生成される。燃料ガスG1は、第1燃料電池スタック16のアノード16Aに供給される。第1燃料電池スタック16のカソード16Bには、酸化ガスG5が供給される。これにより、第1燃料電池スタック16では、化学反応により発電が行われる。   Methane and water vapor are sent from the vaporizer 12 to the reformer 14. In the reformer 14, a fuel gas G1 containing about 600 ° C. containing hydrogen is generated by the reforming reaction. The fuel gas G1 is supplied to the anode 16A of the first fuel cell stack 16. An oxidizing gas G5 is supplied to the cathode 16B of the first fuel cell stack 16. Thereby, in the 1st fuel cell stack 16, electric power generation is performed by a chemical reaction.

この発電に伴い燃料電池スタック16のアノード16Aからは、アノードオフガスG3が排出される。また、カソード16Bからは、カソードオフガスG2が排出され、カソードオフガスG2は、第2燃料電池スタック18のカソード18Bへ供給される。   Along with this power generation, the anode off gas G3 is discharged from the anode 16A of the fuel cell stack 16. Further, the cathode off gas G2 is discharged from the cathode 16B, and the cathode off gas G2 is supplied to the cathode 18B of the second fuel cell stack 18.

アノード16Aから排出されたアノードオフガスG3は、分離部20の流入部24へ流入され、二酸化炭素及び水蒸気の少なくとも一方が、分離膜28を透過して透過部26側へ移動することにより分離される。   The anode off gas G3 discharged from the anode 16A flows into the inflow section 24 of the separation section 20, and at least one of carbon dioxide and water vapor is separated by passing through the separation membrane 28 and moving toward the permeation section 26. .

一方、空気供給部46からは、空気Aが分離部20の透過部26へ送出される。   On the other hand, air A is sent from the air supply unit 46 to the transmission unit 26 of the separation unit 20.

流入部24からは再生燃料ガスG4が送出され、第2燃料電池スタック18のアノード18Aへ供給される。第2燃料電池スタック18では、化学反応により発電が行われる。   The regenerated fuel gas G4 is sent from the inflow portion 24 and supplied to the anode 18A of the second fuel cell stack 18. In the second fuel cell stack 18, power generation is performed by a chemical reaction.

第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18は、ホットボックス50に収容され、外気とは分離された雰囲気温度(予め定めた許容範囲を含む)の下で維持される。この温度維持により、発電効率を最適な状態で安定させることができる。   The first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 are accommodated in the hot box 50 and maintained under an atmospheric temperature (including a predetermined allowable range) separated from the outside air. By maintaining this temperature, the power generation efficiency can be stabilized in an optimum state.

ここで、本実施の形態は、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18で発電した電力を、どのような電源としての仕様(電圧もしくは電流の少なくとも一方、容量等)とするかを、図5(A)に示される如く、汎用性と温度維持性とのそれぞれの優先度に基づいて、一意的にホットボックス50から出力される端子数を特定することができるようにした。   Here, in the present embodiment, the specifications of the power source (at least one of voltage or current, capacity, etc.) for the power generated by the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 are determined. As shown in FIG. 5A, the number of terminals output from the hot box 50 can be uniquely specified based on the priorities of versatility and temperature maintainability.

本実施の形態の燃料電池システム10の設計者又は利用者は、運転時の仕様に基づき、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18の電極の配線構造にバリエーションを持たせるための汎用性、並びにホットボックス50の内部の雰囲気温度を維持し、発電効率を安定させるための温度維持性の何れを優先させるかを決定する。例えば、図5(A)に示される如く、それぞれの特性を、原点を中心に、プラス側(特性が優位側となる事象と、マイナス側となる事象とに分類することで、大きく分けて4事象を設定する。   A designer or user of the fuel cell system 10 of the present embodiment can use a general-purpose for providing variations in the electrode wiring structure of the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 based on specifications during operation. The temperature and the atmospheric temperature inside the hot box 50 are maintained, and it is determined which of the temperature maintainability for stabilizing the power generation efficiency is prioritized. For example, as shown in FIG. 5 (A), each characteristic is roughly divided into 4 by classifying the characteristic into a plus side (an event where the characteristic is dominant) and an event where the characteristic is negative, with the origin at the center. Set an event.

その中で、決定した優先度に対応するタイプを選択する。以下に、選択要件を列挙する。   Among them, the type corresponding to the determined priority is selected. The selection requirements are listed below.

(選択要件1) 温度維持性は低くてもよいが、汎用性の高い方がよい場合は、タイプA又はタイプBを選択する。   (Selection Requirement 1) The temperature maintainability may be low, but if higher versatility is better, type A or type B is selected.

(選択要件2) 汎用性は低くてもよいが、温度維持性の高い方がよい場合は、タイプFが選択される。   (Selection requirement 2) Although general versatility may be low, type F is selected when higher temperature maintainability is better.

(選択要件3) 温度維持性及び汎用性が共に平均的でよい場合は、タイプD又はタイプEが選択される。   (Selection Requirement 3) When both the temperature maintenance property and the versatility may be average, type D or type E is selected.

(選択要件4) 選択したタイプに対して、Gタイプ又はHタイプの構成を追加機能として適用可能である。   (Selection requirement 4) A G type or H type configuration can be applied as an additional function to the selected type.

(故障診断)   (Failure diagnosis)

燃料電池システム10において、特に、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18は、それぞれ複数のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及び18M1、M2・・・Mnで構成されている。   In the fuel cell system 10, in particular, the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 are constituted by a plurality of stack modules 16M1, M2... Mn, and 18M1, M2.

このとき、その一部のスタックモジュールが故障した場合、全ての発電機能を失うことになる。   At this time, if some of the stack modules fail, all power generation functions are lost.

そこで、故障診断により故障と診断したスタックモジュールを電気的に切り離すことができるようにした。   Therefore, the stack module diagnosed as faulty by fault diagnosis can be electrically disconnected.

図6は、制御部44において実行される故障診断制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。   FIG. 6 is a flowchart showing a flow of a failure diagnosis control routine executed in the control unit 44.

ステップ60では、故障診断を実行する。例えば、スタックモジュール毎の電圧(起電力)を計測して、しきい値を逸脱しているか否かを判断する。電圧計測は、予め装置に電圧計を設置してもよいし、検査員が定期又は不定期に検査機を用いて計測した値を、手動又は自動で故障診断制御の入力部に入力するようにしてもよい。また、電圧計測は、装置の非稼働時であって稼働中であってもよい。   In step 60, fault diagnosis is executed. For example, the voltage (electromotive force) for each stack module is measured to determine whether or not the threshold value is deviated. For voltage measurement, a voltmeter may be installed in the device in advance, and the value measured by the inspector using the inspection machine regularly or irregularly may be input manually or automatically to the input part of the fault diagnosis control. May be. Further, the voltage measurement may be performed when the apparatus is not in operation.

次のステップ62では、ステップ60での故障診断の結果、故障しているスタックモジュールが有るか否かを判断する。   In the next step 62, it is determined whether or not there is a stack module that has failed as a result of the failure diagnosis in step 60.

ステップ62で否定判定された場合は、故障したスタックモジュールは存在しないと判断し、このルーチンは終了する。   If a negative determination is made in step 62, it is determined that there is no failed stack module, and this routine ends.

また、ステップ62で肯定判定された場合は、故障したスタックモジュールが存在していると判断し、ステップ64へ移行して、故障したスタックモジュールを特定し、ステップ66へ移行する。   If the determination in step 62 is affirmative, it is determined that a faulty stack module is present, the process proceeds to step 64, the faulty stack module is specified, and the process proceeds to step 66.

ステップ66では、特定したスタックモジュールを、その他のスタックモジュールに対して電気的接続状態を回避(電気的に切り離す)するための、第1スイッチ54と第2スイッチ56のスイッチング状態を設定し、ステップ68へ移行する。   In step 66, the switching state of the first switch 54 and the second switch 56 is set for avoiding (electrically disconnecting) the specified stack module from other stack modules. 68.

ステップ68では、ステップ66で設定したスイッチング状態に基づいて、第1スイッチ54及び第2スイッチ56のスイッチング処理を実行し、ステップ70へ移行する。   In step 68, the switching process of the first switch 54 and the second switch 56 is executed based on the switching state set in step 66, and the process proceeds to step 70.

これにより、図4(C)の点線で示される如く、電流を故障したスタックモジュールを回避して流すことができ、一部のスタックモジュールの故障が起きても、その他のスタックモジュールで起電力を得ることができる。   As a result, as indicated by the dotted line in FIG. 4C, it is possible to flow the current by avoiding the stack module in which the current has failed, and even if some stack modules fail, the electromotive force is generated in the other stack modules. Can be obtained.

ステップ70では、一部のスタックモジュールを電気的に切り離したことによる電圧の変化に基づき、パワーコンディショナー等による電圧もしくは電流の少なくとも一方の調整(コンバータの電圧もしくは電流の少なくとも一方の調整等)を実行し、このルーチンは終了する。   In step 70, adjustment of at least one of voltage or current (such as adjustment of at least one of converter voltage or current) is performed by a power conditioner or the like based on a voltage change caused by electrically disconnecting some of the stack modules. This routine ends.

以上説明した如く本発明では、多段式の燃料電池システム10において、それぞれの段の燃料電池スタック(ここでは、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18)をホットボックス50に収容することで、予め定めた雰囲気温度の環境下に維持することで、発電能力の安定化を図っている。   As described above, according to the present invention, in the multistage fuel cell system 10, the fuel cell stacks (here, the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18) of each stage are accommodated in the hot box 50. Therefore, the power generation capacity is stabilized by maintaining it in an environment of a predetermined atmospheric temperature.

一方、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18で発電した電力を、どのような電源としての仕様(電圧もしくは電流の少なくとも一方、容量等)とするかは、需要によって様々であり、一概に特定し得るものではない。そこで、本実施の形態では、電源としての仕様の汎用性と温度維持性との関係において、それぞれの優位性に従って、ホットボックス50から出力される端子数の構成を分類することで、設定する優先度に基づいて、一意的にホットボックス50から出力される端子数を特定することができるようにした。これにより、使用者が要求する汎用性及び温度維持性を維持した燃料電池システム10を構築することができる。   On the other hand, the specifications of the power source (at least one of voltage or current, capacity, etc.) as the power generated by the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18 vary depending on demand, It cannot be specified in general. Therefore, in the present embodiment, in the relationship between the versatility of the specifications as a power source and the temperature maintainability, the priority to be set is classified by classifying the configuration of the number of terminals output from the hot box 50 according to the respective advantages. Based on the degree, the number of terminals output from the hot box 50 can be uniquely specified. Thereby, the fuel cell system 10 which maintained the versatility and temperature maintenance property which a user requires can be constructed | assembled.

なお、本実施の形態では、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18、及び、それぞれ複数のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn、及び18M1、M2・・・Mnに設けられた電極(プラス極、マイナス極)の接続状態、並びに端子数の組み合わせとして、Aタイプ〜Fタイプ、及びGタイプ〜Iタイプを例示したが、これらのタイプに限定されるものではなく、様々なタイプを図5(A)の事象に分布させて、選択対象としてもよい。   In the present embodiment, the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18, and the electrodes provided on the plurality of stack modules 16M1, M2... Mn, and 18M1, M2. (Types of positive and negative poles) and combinations of the number of terminals and the number of terminals are illustrated as A type to F type and G type to I type, but are not limited to these types, and various types are available. It may be distributed over the events of FIG.

また、本実施の形態では、分離部20を備えた燃料電池システム10(図1参照)を一例として挙げたが、図1に示す燃料電池システム10に限定されず、例えば、分離膜20の有無を含め、吸収材の有無、アノードガスの凝縮の有無、排ガスの凝縮の有無等、異なるシステム構成であってもよい。   Moreover, in this Embodiment, although the fuel cell system 10 (refer FIG. 1) provided with the separation part 20 was mentioned as an example, it is not limited to the fuel cell system 10 shown in FIG. Different system configurations, such as the presence or absence of an absorbent material, the presence or absence of condensation of anode gas, and the presence or absence of condensation of exhaust gas.

さらに、本実施の形態では、図5(A)に示される如く、評価項目として、汎用性と温度維持性を設定し、当該汎用性と温度維持性関係において、それぞれの優位性に従って、ホットボックス50の貫通孔数の構成を分類するようにしたが、評価項目として、部品点数をいれてもよい。例えば、端子数が増えれば増えるほど、例えば、それぞれに電圧を昇圧する部品が必要となり、コストアップにつながる。評価項目が3以上の場合、図5(A)の特性図に代えて、各タイプのレーダーチャートを生成することが好ましい。   Furthermore, in this embodiment, as shown in FIG. 5A, versatility and temperature maintainability are set as evaluation items, and the hot box is set according to the respective advantages in the versatility and temperature maintainability relationship. Although the configuration of 50 through holes is classified, the number of parts may be included as an evaluation item. For example, as the number of terminals increases, for example, components for boosting the voltage are required, leading to an increase in cost. When the evaluation item is 3 or more, it is preferable to generate each type of radar chart instead of the characteristic diagram of FIG.

(変形例)   (Modification)

前述したIタイプ(図4(C)参照)は、一部のスタックモジュール16M1、M2・・・Mn及び18M1、M2・・・Mnの何れかが故障した場合、第1スイッチ52及び第2スイッチ54の開成及び閉成制御によって、当該故障したスタックモジュールを電気的に切り離し、正常に稼働している他のスタックモジュールを有効利用する構成としたが、図7に示される如く、Iタイプの変形例として、切り離しを燃料電池スタック群単位で切り離すようにしてもよい(Jタイプという)。   In the above-mentioned I type (see FIG. 4C), when one of some stack modules 16M1, M2... Mn and 18M1, M2. According to the opening and closing control 54, the failed stack module is electrically disconnected, and the other stack modules that are operating normally are used effectively. However, as shown in FIG. As an example, the separation may be performed in units of fuel cell stack groups (referred to as J type).

図7に示される如く、Jタイプの構成は、各端子50Cに接続された配線には、それぞれ第3スイッチ55A、55B、55C、55Dの第1接点aが接続されている。また、各燃料電池スタック群の電極間には、第3スイッチ55A、55B、55C、55Dの第2接点側bで第4スイッチ57A、57Bが介在されている。   As shown in FIG. 7, in the J type configuration, the first contacts a of the third switches 55A, 55B, 55C, and 55D are connected to the wirings connected to the terminals 50C, respectively. Further, between the electrodes of each fuel cell stack group, fourth switches 57A and 57B are interposed on the second contact side b of the third switches 55A, 55B, 55C and 55D.

第1燃料電池スタック16の一方の極性の電極16Rと、第2の燃料電池スタック18の他方の極性の電極18Lは,図7の中央の2個の第3スイッチ55B、55Cがオンのとき、導通可能となっている。   The electrode 16R of one polarity of the first fuel cell stack 16 and the electrode 18L of the other polarity of the second fuel cell stack 18 are turned on when the two third switches 55B and 55C in the center of FIG. Conduction is possible.

ここで、図7は、第1燃料電池スタック16を切り離して、第2燃料スタック18だけで運転する状態を図示している。なお、第3スイッチ55及び第4スイッチ57のそれぞれのオン・オフを切り替えることで、第2燃料電池スタック18を切り離して、第1燃料スタック16だけで運転する状態とすることができる。   Here, FIG. 7 illustrates a state in which the first fuel cell stack 16 is disconnected and the operation is performed only with the second fuel stack 18. It should be noted that the second fuel cell stack 18 can be disconnected and operated with only the first fuel stack 16 by switching each of the third switch 55 and the fourth switch 57 on and off.

当然、第1燃料電池スタック16及び第2燃料電池スタック18に限らず、3以上の数の燃料電池スタックが存在する場合は、それぞれを個別に切り離すことができる。なお、故障診断制御は、図6のスタックモジュールを燃料電池スタックに読み替え、適宜第3スイッチ55及び第4スイッチ57の切り替えを制御すればよい。   Of course, not only the first fuel cell stack 16 and the second fuel cell stack 18, but also when there are three or more fuel cell stacks, they can be separated individually. In the failure diagnosis control, the stack module in FIG. 6 may be read as a fuel cell stack, and switching of the third switch 55 and the fourth switch 57 may be controlled as appropriate.

また、ここでは、スタックモジュールや燃料電池スタック群での故障時について述べたが、故障に限らず、それぞれのスタックモジュールや燃料電池スタック群に通電させたくない事情が生じた場合には、同様の手段で切り離すようにしてもよい。   In addition, here, the case of a failure in the stack module or fuel cell stack group has been described. However, not only in the case of a failure, but if there is a situation where it is not desired to energize each stack module or fuel cell stack group, the same applies. It may be separated by means.

A 空気
P ポンプ
P1 原料ガス管
P2 水供給管
P3 配管
P4 燃料ガス管
P5 酸化ガス管
P6 カソードオフガス管
P7 アノードオフガス管
P8 空気供給管
P9 再生燃料ガス管
P10 燃焼排ガス管
P11 配管
P12 カソードオフ燃焼導入管
G1 燃料ガス
G2 カソードオフガス
G3 アノードオフガス
G4 再生燃料ガス
G5 酸化ガス
G6 燃焼排ガス
G7 透過部排出ガス
10 燃料電池システム
12 気化器
14 改質器
16 第1燃料電池スタック
16A アノード
16B カソード
16M1、M2・・・Mn スタックモジュール
18 第2燃料電池スタック
18A アノード
18B カソード
18M1、M2・・・Mn スタックモジュール
20 分離部
24 流入部
26 透過部
28 分離膜
30 第1熱交換部
32 第2熱交換部
34 第3熱交換部
36 第4熱交換部
40 燃焼器
42 タンク
44 制御部
46 空気供給部
50 ホットボックス
50A 筐体
50B 雰囲気
50C 端子
52 スイッチ
54 第1スイッチ
56 第2スイッチ
55A、55B、55C、55D 第3スイッチ
57A、57B 第4スイッチ
A Air P Pump P1 Raw material gas pipe P2 Water supply pipe P3 pipe P4 Fuel gas pipe P5 Oxidation gas pipe P6 Cathode off-gas pipe P7 Anode off-gas pipe P8 Air supply pipe P9 Regenerated fuel gas pipe P10 Combustion exhaust pipe P11 Pipe P12 Cathode off combustion introduction Tube G1 Fuel gas G2 Cathode off gas G3 Anode off gas G4 Regenerated fuel gas G5 Oxidized gas G6 Combustion exhaust gas G7 Permeate exhaust gas 10 Fuel cell system 12 Vaporizer 14 Reformer 16 First fuel cell stack 16A Anode 16B Cathode 16M1, M2 ..Mn stack module 18 second fuel cell stack 18A anode 18B cathode 18M1, M2... Mn stack module 20 separation section 24 inflow section 26 permeation section 28 separation membrane 30 first heat exchange section 32 second heat exchange Part 34 Third heat exchange part 36 Fourth heat exchange part 40 Combustor 42 Tank 44 Control part 46 Air supply part 50 Hot box 50A Housing 50B Atmosphere 50C Terminal 52 Switch 54 First switch 56 Second switch 55A, 55B, 55C , 55D 3rd switch 57A, 57B 4th switch

Claims (6)

燃料ガスと空気との化学反応によって発電するスタックモジュールを少なくとも1つ含む多段の燃料電池スタック群と、
筐体の内部の雰囲気が予め定めた温度に維持され、当該筐体に前記多段の燃料電池スタック群を収容するホットボックスと、
前記ホットボックスの前記筐体の内外を貫通し、前記多段の燃料電池スタック群に対応して接続される少なくとも一対の端子とを有し、
前記スタックモジュール及び前記燃料電池スタック群の汎用性と、前記ホットボックス内の温度維持性との関係によって定まるタイプ毎に、前記ホットボックスの内外を貫通する前記一対の端子のセット数を特定したことを特徴とする燃料電池システム。
A multi-stage fuel cell stack group including at least one stack module that generates electric power by a chemical reaction between fuel gas and air;
A hot box in which the atmosphere inside the housing is maintained at a predetermined temperature, and the multi-stage fuel cell stack group is housed in the housing;
Having at least a pair of terminals penetrating the inside and outside of the housing of the hot box and connected corresponding to the multi-stage fuel cell stack group ,
The number of sets of the pair of terminals penetrating the inside and outside of the hot box is specified for each type determined by the relationship between the versatility of the stack module and the fuel cell stack group and the temperature maintenance property in the hot box. A fuel cell system.
前記燃料電池スタック群が、電気的に独立した複数のスタックモジュールを含む場合は、前記一対の端子が前記複数のスタックモジュール毎に接続され、
前記燃料電池スタック群が、電気的に相互に接続された複数のスタックモジュールを含む場合は、前記一対の端子が前記燃料電池スタック群の各々に接続され、
前記多段の燃料電池スタック群が、電気的に相互に接続されている場合は、前記一対の端子が初段の燃料電池スタック群の一方の極に接続されると共に最終段の燃料電池スタック群の他方の極に接続される、
ことを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
When the fuel cell stack group includes a plurality of electrically independent stack modules, the pair of terminals are connected to each of the plurality of stack modules,
When the fuel cell stack group includes a plurality of stack modules electrically connected to each other, the pair of terminals are connected to each of the fuel cell stack groups,
When the multi-stage fuel cell stack group is electrically connected to each other, the pair of terminals are connected to one pole of the first-stage fuel cell stack group and the other of the last-stage fuel cell stack group Connected to the poles of the
The fuel cell system according to claim 1.
端子間を開成又は閉成するスイッチをさらに有し、
前記スイッチの開成及び閉成により、前記燃料電池スタック群を一括又は個別に接続することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の燃料電池システム。
A switch that opens or closes the terminals;
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell stack groups are connected together or individually by opening and closing the switch. 4.
端子間を開成又は閉成するスイッチと、
前記スタックモジュールを、前記スイッチの開成及び閉成により、電気的に切り離す切り離し制御手段と、
をさらに有する請求項1又は請求項2記載の燃料電池システム。
A switch that opens or closes the terminals;
Disconnect control means for electrically disconnecting the stack module by opening and closing the switch;
The fuel cell system according to claim 1 or 2, further comprising:
端子間を開成又は閉成するスイッチと、
前記多段の燃料電池スタック群の各々を、前記スイッチの開成及び閉成により、電気的に切り離す切り離し制御手段と、
をさらに有する請求項1又は請求項2記載の燃料電池システム。
A switch that opens or closes the terminals;
Disconnect control means for electrically disconnecting each of the multi-stage fuel cell stack group by opening and closing the switch;
The fuel cell system according to claim 1 or 2, further comprising:
前記ホットボックスには、内外を貫通する端子群が集約して埋め込まれ、着脱可能なコネクタ端子ユニットが設けられ、前記コネクタ端子ユニットの端子群が前記一対の端子として利用されることを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか1項記載の燃料電池システム。   In the hot box, a terminal group penetrating inside and outside is gathered and embedded, and a detachable connector terminal unit is provided, and the terminal group of the connector terminal unit is used as the pair of terminals. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5.
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