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JP7423382B2 - Seal member, fuel cell system, and seal member repair method - Google Patents
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JP7423382B2 - Seal member, fuel cell system, and seal member repair method - Google Patents

Seal member, fuel cell system, and seal member repair method Download PDF

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JP7423382B2 JP2020060613A JP2020060613A JP7423382B2 JP 7423382 B2 JP7423382 B2 JP 7423382B2 JP 2020060613 A JP2020060613 A JP 2020060613A JP 2020060613 A JP2020060613 A JP 2020060613A JP 7423382 B2 JP7423382 B2 JP 7423382B2
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Description

本発明は、シール部材、燃料電池システム及びシール部材の修復方法に関する。 The present invention relates to a seal member, a fuel cell system, and a method for repairing a seal member.

特許文献1の燃料電池システムは、燃料ガスを供給するマニホールドと、マニホールドから燃料ガスの供給を受けるセルスタックとを備えている。セルスタックは、長手方向に延びる楕円形の筒状の複数のセルが、マニホールドに対して長手方向が突出するように、かつ、平行に立設して構成されている。セルは、マニホールドからの燃料ガスの供給と、空気の供給とを受けて電気化学反応によって発電を行う。 The fuel cell system of Patent Document 1 includes a manifold that supplies fuel gas and a cell stack that receives the supply of fuel gas from the manifold. The cell stack is configured such that a plurality of elliptical cylindrical cells extending in the longitudinal direction are erected in parallel so that the longitudinal direction thereof projects from the manifold. The cell receives fuel gas and air from the manifold and generates electricity through an electrochemical reaction.

特許文献1では、マニホールドに設けられた挿入口にセルの長手方向の一端が挿入されて接合され、シール部材で封止される。また、隣接するセルの一端どうしもシール部材によって封止されている。特許文献1のシール部材は、表層部の緻密部と、緻密部の下部の多孔質部と、その他の部分とから構成されている。多孔質部の下端はシール部材の下端にまで達している。このようなシール部材の構成により、シール部材内部の熱収縮による応力を緩和することができ、シール部材の表層部にまでシール部材の剥離が進むことを抑制できるとされている。よって、セルとマニホールドとの接合部分、セル間の接合部分などのシール部材が設けられた箇所におけるシール部材の剥離を抑制できるとされている。 In Patent Document 1, one longitudinal end of a cell is inserted into an insertion port provided in a manifold, joined together, and sealed with a sealing member. Furthermore, one ends of adjacent cells are also sealed with a sealing member. The sealing member of Patent Document 1 is composed of a dense portion in the surface layer portion, a porous portion below the dense portion, and other portions. The lower end of the porous portion reaches the lower end of the sealing member. It is said that such a configuration of the seal member can alleviate the stress caused by thermal contraction inside the seal member, and can suppress the progress of peeling of the seal member to the surface layer of the seal member. Therefore, it is said that it is possible to suppress peeling of the seal member at locations where the seal member is provided, such as the joint portion between the cell and the manifold, and the joint portion between cells.

特開2017-112045号公報Japanese Patent Application Publication No. 2017-112045

しかし、接合部分のシール部材に急激な温度変化が生じた場合、運搬及び地震等の振動により許容値以上の応力が接合部分のシール部材にかかった場合等には、シール部材に破損が生じる可能性がある。そうすると、破損部分から燃料ガス等が漏洩する。現状では、シール部材に破損が生じると、燃料電池セルの使用が困難である。 However, if a sudden temperature change occurs in the seal member at the joint, or if stress exceeding the allowable value is applied to the seal member at the joint due to vibrations such as transportation or earthquakes, the seal member may be damaged. There is sex. If this happens, fuel gas, etc. will leak from the damaged part. Currently, if the seal member is damaged, it is difficult to use the fuel cell.

そこで、本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムに用いるシール部材、燃料電池システム及びシール部材の修復方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a seal member used in a fuel cell system, a fuel cell system, and a method for repairing the seal member.

本発明に係るシール部材の特徴構成は、
燃料電池セルを有する燃料電池モジュールの構成部材どうしを接合する接合部分に適用されるシール部材であって、
前記燃料電池セルの通常の運転温度より高温の運転温度において溶融し、第1軟化点温度を有する材料からなる第1部材と、
前記燃料電池セルの前記通常の運転温度より高温の運転温度において溶融し、かつ、前記第1部材の前記第1軟化点温度より低い第2軟化点温度を有する材料からなる第2部材とを含
前記第1部材及び前記第2部材の材料は等方性材料である点にある。
上記特徴構成の第1部材及び第2部材を含むシール部材は、燃料電池モジュールの構成部材どうしを接合する接合部分に適用されている。第1部材及び第2部材はともに通常の運転温度より高温の運転温度において燃料電池セルが運転されている場合に溶融する第1軟化点温度及び第2軟化点温度を有している。よって、燃料電池セルが通常の運転温度で運転されている場合においては、第1部材及び第2部材は溶融しない。第2部材の第2軟化点温度は、第1部材の第1軟化点温度よりも低い。よって、シール部材が第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満となる温度で燃料電池セルを運転した場合、第2部材は溶融するものの第1部材は溶融しない。シール部材にひび及び剥がれ等の破損が生じた場合、前述のように加熱することで第1部材は溶融せずそのままの形状を維持するが、第2部材が溶融して第1部材の破損部分を埋め合わせて修復する。これにより、シール部材が破損した場合であっても修復することで、接合部分を封止して燃料ガス等の漏洩を抑制することができる。
加えて、上記特徴構成のようにシール部材を構成する第1部材及び第2部材を等方性材料で形成することで、シール部材の異方的な熱膨張によって生じる応力を抑制でき、また応力のかかる方位による強度ばらつきも抑えられるため、シール部材の強度が部分的に小さくなることを抑制でき、接合部分を強固に封止できるなど安定なシール部材を得ることができる。また、第1部材の破損部分を第2部材で修復した場合も、等方性材料でシール部材を構成できるため部分的に強度が小さくなることを抑制できる。
The characteristic configuration of the seal member according to the present invention is as follows:
A sealing member applied to a joint portion that joins constituent members of a fuel cell module having fuel cell cells,
a first member made of a material that melts at an operating temperature higher than the normal operating temperature of the fuel cell and has a first softening point temperature;
a second member made of a material that melts at an operating temperature higher than the normal operating temperature of the fuel cell and has a second softening point temperature lower than the first softening point temperature of the first member. fruit ,
The material of the first member and the second member is an isotropic material .
The sealing member including the first member and the second member having the above-described characteristics is applied to a joint portion that joins constituent members of a fuel cell module. Both the first member and the second member have a first softening point temperature and a second softening point temperature at which they melt when the fuel cell is operated at an operating temperature higher than the normal operating temperature. Therefore, when the fuel cell is operated at a normal operating temperature, the first member and the second member do not melt. The second softening point temperature of the second member is lower than the first softening point temperature of the first member. Therefore, when the fuel cell is operated at a temperature where the sealing member is higher than or equal to the second softening point temperature and lower than the first softening point temperature, the second member melts but the first member does not melt. If damage such as cracking or peeling occurs in the sealing member, by heating as described above, the first member will not melt and will maintain its shape, but the second member will melt and the damaged portion of the first member will be removed. make up for and repair. Thereby, even if the seal member is damaged, by repairing it, the joint portion can be sealed and leakage of fuel gas or the like can be suppressed.
In addition, by forming the first member and the second member constituting the sealing member from an isotropic material as in the characteristic configuration described above, stress caused by anisotropic thermal expansion of the sealing member can be suppressed, and stress can be reduced. Since the variation in strength due to the orientation is also suppressed, it is possible to prevent the strength of the seal member from decreasing locally, and it is possible to obtain a stable seal member such that the joint portion can be firmly sealed. Further, even when a damaged portion of the first member is repaired with the second member, the seal member can be made of an isotropic material, so that it is possible to prevent the strength from decreasing locally.

本発明に係る燃料電池システムの特徴構成は、The characteristic configuration of the fuel cell system according to the present invention is as follows:
燃料ガスが通流する燃料ガス通路を有する複数の燃料電池セルと、a plurality of fuel cells each having a fuel gas passage through which fuel gas flows;
前記複数の燃料電池セルの一端が挿入されることで前記燃料ガス通路と連通され、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に供給するマニホールドと、a manifold that communicates with the fuel gas passage by inserting one end of the plurality of fuel cells and supplies the fuel gas to the fuel gas passage;
前記燃料電池セルの一端と前記マニホールドとの接合部分に適用されているシール部材とを備え、 a sealing member applied to a joint between one end of the fuel cell and the manifold;
前記シール部材は、前記燃料電池セルの通常の運転温度より高温の運転温度において溶融し、第1軟化点温度を有する材料からなる第1部材と、前記燃料電池セルの前記通常の運転温度より高温の運転温度において溶融し、かつ、前記第1部材の前記第1軟化点温度より低い第2軟化点温度を有する材料からなる第2部材とを含む点にある。The sealing member includes a first member made of a material that melts at an operating temperature higher than the normal operating temperature of the fuel cell and has a first softening point temperature; and a second member made of a material that melts at the operating temperature of and has a second softening point temperature lower than the first softening point temperature of the first member.
上記特徴構成の第1部材及び第2部材を含むシール部材は、燃料電池セルの一端とマニホールドとの接合部分に適用されている。第1部材及び第2部材はともに通常の運転温度より高温の運転温度において燃料電池セルが運転されている場合に溶融する第1軟化点温度及び第2軟化点温度を有している。よって、燃料電池セルが通常の運転温度で運転されている場合においては、第1部材及び第2部材は溶融しない。第2部材の第2軟化点温度は、第1部材の第1軟化点温度よりも低い。The sealing member including the first member and the second member having the above characteristic configuration is applied to a joint portion between one end of the fuel cell and the manifold. Both the first member and the second member have a first softening point temperature and a second softening point temperature at which they melt when the fuel cell is operated at an operating temperature higher than the normal operating temperature. Therefore, when the fuel cell is operated at a normal operating temperature, the first member and the second member do not melt. The second softening point temperature of the second member is lower than the first softening point temperature of the first member.
シール部材が第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満となる温度で燃料電池セルを運転した場合、第2部材は溶融するものの第1部材は溶融しない。第1部材にひび及び剥がれ等の破損が生じた場合、前述のように加熱することで第1部材は溶融せずそのままの形状を維持するが、第2部材が溶融して第1部材の破損部分を埋め合わせて修復する。これにより、燃料電池セルの一端とマニホールドとの接合部分のシール部材が破損した場合であっても、シール部材を修復することで燃料ガス等の漏洩を抑制することができる。When the fuel cell is operated at a temperature where the sealing member is higher than or equal to the second softening point temperature and lower than the first softening point temperature, the second member melts but the first member does not melt. If damage such as cracking or peeling occurs in the first member, the first member will not melt and maintain its shape by heating as described above, but the second member will melt and damage the first member. Repair and fill in the parts. As a result, even if the seal member at the joint between one end of the fuel cell and the manifold is damaged, leakage of fuel gas or the like can be suppressed by repairing the seal member.

本発明に係る燃料電池システムの更なる特徴構成は、前記第1部材及び前記第2部材の材料は等方性材料である点にある。 A further characteristic configuration of the fuel cell system according to the present invention is that the materials of the first member and the second member are isotropic materials.

上記特徴構成のようにシール部材を構成する第1部材及び第2部材を等方性材料で形成することで、シール部材の異方的な熱膨張によって生じる応力を抑制でき、また応力のかかる方位による強度ばらつきも抑えられるため、シール部材の強度が部分的に小さくなることを抑制でき、接合部分を強固に封止できるなど安定なシール部材を得ることができる。また、第1部材の破損部分を第2部材で修復した場合も、等方性材料でシール部材を構成できるため部分的に強度が小さくなることを抑制できる。 By forming the first member and the second member constituting the sealing member from an isotropic material as in the characteristic configuration described above, it is possible to suppress stress caused by anisotropic thermal expansion of the sealing member, and also to suppress the stress caused by the anisotropic thermal expansion of the sealing member. Since the variation in strength due to this can be suppressed, it is possible to prevent the strength of the sealing member from decreasing locally, and it is possible to obtain a stable sealing member, such as being able to firmly seal the joint portion. Further, even when a damaged portion of the first member is repaired with the second member, the seal member can be made of an isotropic material, so that it is possible to prevent the strength from decreasing locally.

本発明に係るシール部材及び燃料電池システムの更なる特徴構成は、前記第1部材と前記第2部材とは互いに隣接している点にある。 A further feature of the seal member and fuel cell system according to the present invention is that the first member and the second member are adjacent to each other.

上記特徴構成によれば、第1部材と第2部材とは互いに隣接しているため、第1部材が破損した場合に、シール部材を前述のように加熱することで第1部材に隣接する第2部材が溶融して第1部材の破損部分を埋め合わせて修復できる。 According to the above characteristic configuration, since the first member and the second member are adjacent to each other, when the first member is damaged, the sealing member is heated as described above, and the first member and the second member are adjacent to each other. The two parts can be melted to compensate for and repair the damaged part of the first part.

本発明に係るシール部材及び燃料電池システムの更なる特徴構成は、前記第2部材は、前記第1部材の上方に配置されている点にある。 A further characteristic configuration of the seal member and fuel cell system according to the present invention is that the second member is disposed above the first member.

上記特徴構成によれば、第2部材は第1部材の上方に配置されているため、シール部材を前述のように加熱することで第1部材の上方の第2部材が溶融して重力により第1部材の破損部分に入り込む。これにより、第1部材の破損部分が第2部材により埋め合わされて修復できる。 According to the characteristic configuration described above, since the second member is arranged above the first member, heating the sealing member as described above melts the second member above the first member, and the second member is placed above the first member by gravity. It gets into the damaged part of one member. Thereby, the damaged portion of the first member can be compensated for by the second member and repaired.

本発明に係るシール部材及び燃料電池システムの更なる特徴構成は、前記第2部材は前記第1部材の表面を覆うように配置されている点にある。 A further feature of the seal member and fuel cell system according to the present invention is that the second member is arranged to cover the surface of the first member.

上記特徴構成によれば、シール部材は第1部材と接するいずれの表面も覆うように配置されている。よって、シール部材を前述のように加熱することで、第1部材のいずれの表面からも破損部分に第2部材を溶融して入り込ませて修復できる。 According to the characteristic configuration described above, the sealing member is arranged so as to cover any surface that comes into contact with the first member. Therefore, by heating the sealing member as described above, the second member can be melted and inserted into the damaged portion from any surface of the first member to repair it.

本発明に係るシール部材及び燃料電池システムの更なる特徴構成は、前記第1軟化点温度及び前記第2軟化点温度は前記通常の運転時のシール部材の温度よりも30℃以上、より好ましくは100℃以上高い点にある。 A further characteristic configuration of the seal member and fuel cell system according to the present invention is that the first softening point temperature and the second softening point temperature are more preferably 30° C. or higher than the temperature of the seal member during normal operation. It is at a point higher than 100 degrees Celsius.

上記特徴構成のように第1軟化点温度及び第2軟化点温度が通常の運転時のシール部材の温度よりも30℃以上、より好ましくは100℃以上高いため、第1部材及び第2部材は燃料電池セルの通常の運転温度では溶融せずシール部材として形状を維持できる。よって、燃料電池セルが運転している場合でもシール部材は封止機能を安定的に提供する。 As in the above characteristic structure, the first softening point temperature and the second softening point temperature are higher than the temperature of the sealing member during normal operation by 30°C or more, more preferably by 100°C or more, so the first member and the second member are It does not melt at normal operating temperatures of fuel cells and can maintain its shape as a sealing member. Therefore, even when the fuel cell is in operation, the sealing member stably provides a sealing function.

本発明に係るシール部材及び燃料電池システムの更なる特徴構成は、前記第1軟化点温度は前記第2軟化点温度よりも60℃以上高い点にある。 A further feature of the seal member and fuel cell system according to the present invention is that the first softening point temperature is higher than the second softening point temperature by 60° C. or more.

上記特徴構成によれば、第1軟化点温度は第2軟化点温度よりも60℃以上高い。よって、シール部材が第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満となる温度で燃料電池セルを運転することで、第1部材の形状を維持したままで第2部材を溶融させ、溶融した第2部材により第1部材の破損部分を埋め合わせて修復できる。 According to the characteristic configuration described above, the first softening point temperature is higher than the second softening point temperature by 60° C. or more. Therefore, by operating the fuel cell at a temperature at which the sealing member is higher than or equal to the second softening point temperature and lower than the first softening point temperature, the second member is melted while maintaining the shape of the first member, and the melted second member is melted while maintaining the shape of the first member. The two members can compensate for and repair the damaged portion of the first member.

本発明に係る燃料電池システムの更なる特徴構成は、
通常の運転温度で前記燃料電池セルを運転するように制御する第1運転モードを実行可能であり、前記燃料電池セルの前記通常の運転温度より高温の運転温度であり、かつ、前記第2軟化点温度以上前記第1軟化点温度未満で前記シール部材を加熱可能に前記燃料電池セルを運転するように制御する第2運転モードを実行する運転制御部を備える点にある。
Further characteristic configurations of the fuel cell system according to the present invention include:
A first operating mode is executable in which the fuel cell is controlled to be operated at a normal operating temperature, the operating temperature is higher than the normal operating temperature of the fuel cell, and the second softening mode is The present invention further includes an operation control section that executes a second operation mode in which the fuel cell is controlled to be operated so that the seal member can be heated to a temperature higher than the point temperature and lower than the first softening point temperature.

上記特徴構成によれば、運転制御部は、第2運転モードを実行することで、第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満でシール部材を加熱可能に燃料電池セルを運転するように制御する。通常の運転温度よりも高温の運転温度で燃料電池セルが運転されると、第1部材は溶融せずそのままの形状を維持するが、第2部材が溶融して第1部材の破損部分を埋め合わせて修復することができる。これにより、シール部材が破損した場合であっても修復することで、接合部分を封止して燃料ガス等の漏洩を抑制することができる。また、シール部材の修復を燃料電池セルの運転温度で調整することで行うことができる。なお、第2運転モードの運転温度は、第2部材が十分に溶融するように第2軟化点よりも30℃以上高い温度であることが好ましい。加えて、第2運転モード中の第1部材の十分な強度を維持するため、第1軟化点温度は第2運転モードの運転温度よりも30℃以上、より好ましくは100℃以上高いことが好ましい。 According to the characteristic configuration described above, the operation control unit controls the fuel cell to operate so that the sealing member can be heated at a temperature higher than or equal to the second softening point temperature and lower than the first softening point temperature by executing the second operation mode. do. When the fuel cell is operated at an operating temperature higher than the normal operating temperature, the first member does not melt and maintains its shape, but the second member melts and compensates for the damaged portion of the first member. can be repaired. Thereby, even if the seal member is damaged, by repairing it, the joint portion can be sealed and leakage of fuel gas or the like can be suppressed. Furthermore, the sealing member can be repaired by adjusting the operating temperature of the fuel cell. Note that the operating temperature in the second operating mode is preferably a temperature higher than the second softening point by 30° C. or more so that the second member is sufficiently melted. In addition, in order to maintain sufficient strength of the first member during the second operating mode, the first softening point temperature is preferably 30° C. or more, more preferably 100° C. or more higher than the operating temperature in the second operating mode. .

本発明に係るシール部材の修復方法は、
燃料電池セルを有し、構成部材どうしを接合する接合部分に適用される上記のシール部材で前記構成部材どうしが接合されている燃料電池モジュールと、前記燃料電池セルの運転を制御する運転制御部とを備える燃料電池システムにおける前記シール部材の修復方法であって、その特徴構成は、
前記運転制御部は、通常の運転温度で前記燃料電池セルを運転するように制御する第1運転モードと、前記燃料電池セルの前記通常の運転温度より高温の運転温度であり、前記第2軟化点温度以上前記第1軟化点温度未満で前記シール部材を加熱可能に前記燃料電池セルを運転する第2運転モードとを実行可能である点にある。
The method for repairing a seal member according to the present invention includes:
A fuel cell module having a fuel cell, in which the constituent members are joined together by the above-mentioned sealing member applied to a joint portion where the constituent members are joined together, and an operation control unit that controls the operation of the fuel cell. A method for repairing the seal member in a fuel cell system comprising:
The operation control unit is configured to control a first operation mode to operate the fuel cell at a normal operating temperature, and a second operation mode in which the operating temperature is higher than the normal operating temperature of the fuel cell. The present invention is capable of implementing a second operation mode in which the fuel cell is operated so as to be able to heat the sealing member at a temperature higher than the point temperature and lower than the first softening point temperature.

上記特徴構成によれば、運転制御部は、第2運転モードを実行することで、第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満でシール部材を加熱可能に燃料電池セルを運転するように制御する。通常の運転温度よりも高温で燃料電池セルが運転されると、第1部材は溶融せずそのままの形状を維持するが、第2部材が溶融して第1部材の破損部分を埋め合わせて修復することができる。これにより、シール部材が破損した場合であっても修復することで、接合部分を封止して燃料ガス等の漏洩を抑制することができる。また、シール部材の修復を燃料電池セルの運転温度を調整することで行うことができる。 According to the characteristic configuration described above, the operation control unit controls the fuel cell to operate so that the sealing member can be heated at a temperature higher than or equal to the second softening point temperature and lower than the first softening point temperature by executing the second operation mode. do. When the fuel cell is operated at a higher temperature than the normal operating temperature, the first member does not melt and maintains its shape, but the second member melts and repairs the damaged part of the first member. be able to. Thereby, even if the seal member is damaged, by repairing it, the joint portion can be sealed and leakage of fuel gas or the like can be suppressed. Furthermore, the seal member can be repaired by adjusting the operating temperature of the fuel cell.

本発明に係るシール部材の更なる修復方法は、
燃料電池セルを有し、構成部材どうしを接合する接合部分に適用される上記のシール部材で前記構成部材どうしが接合されている燃料電池モジュールと、加熱部と、前記加熱部を制御する加熱部制御部とを備える燃料電池システムにおけるシール部材の修復方法であって、その特徴構成は、
前記加熱部制御部は、前記第2軟化点温度以上前記第1軟化点温度未満で前記シール部材を加熱するように前記加熱部を制御する点にある。
A further method for repairing a seal member according to the present invention includes:
A fuel cell module having a fuel cell and in which the constituent members are joined together by the above-mentioned sealing member applied to a joint portion where the constituent members are joined together, a heating section, and a heating section that controls the heating section. A method for repairing a seal member in a fuel cell system comprising a control unit, the characteristic structure of which is as follows:
The heating section control section controls the heating section so as to heat the sealing member at a temperature higher than or equal to the second softening point temperature and lower than the first softening point temperature.

第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満でシール部材を加熱部により加熱した場合、第2部材は溶融するものの第1部材は溶融しない。第1部材にひび及び剥がれ等の破損が生じた場合、前述のように加熱することで第1部材は溶融せずそのままの形状を維持するが、第2部材が溶融して第1部材の破損部分を埋め合わせて修復することができる。 When the sealing member is heated by the heating section at a temperature higher than or equal to the second softening point temperature and lower than the first softening point temperature, the second member melts but the first member does not melt. If damage such as cracking or peeling occurs in the first member, the first member will not melt and maintain its shape by heating as described above, but the second member will melt and damage the first member. Parts can be replaced and repaired.

燃料電池システムの全体構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a fuel cell system. 円筒平板型の燃料電池モジュールを示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing a cylindrical flat plate type fuel cell module. 円筒平板型の燃料電池モジュールを示す上面図である。FIG. 2 is a top view showing a cylindrical flat plate type fuel cell module. 円筒平板型の燃料電池モジュールにおける一部拡大斜視図である。FIG. 2 is a partially enlarged perspective view of a cylindrical flat plate type fuel cell module. 円筒平板型の燃料電池モジュールにおけるシール部材の配置を示す拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view showing the arrangement of seal members in a cylindrical flat plate type fuel cell module. 円筒平板型の燃料電池モジュールにおけるシール部材の破損部分を示す拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view showing a damaged portion of a seal member in a cylindrical flat plate type fuel cell module. 円筒平板型の燃料電池モジュールにおけるシール部材が修復されている様子を示す拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view showing a state in which a seal member in a cylindrical flat plate type fuel cell module is repaired. 平板型の燃料電池モジュールを示す分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view showing a flat plate type fuel cell module. 平板型の燃料電池モジュールにおける燃料ガスの流れを示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the flow of fuel gas in a flat fuel cell module. 平板型の燃料電池モジュールにおける酸化剤ガスの流れを示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the flow of oxidizing gas in a flat fuel cell module. 平板型の燃料電池モジュールにおけるシール部材の配置を示す拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view showing the arrangement of seal members in a flat fuel cell module. 平板型の燃料電池モジュールにおけるシール部材の破損部分を示す拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view showing a damaged portion of a seal member in a flat fuel cell module. 平板型の燃料電池モジュールにおけるシール部材が修復されている様子を示す拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view showing a state in which a seal member in a flat fuel cell module is repaired. 円筒型の燃料電池モジュールを示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing a cylindrical fuel cell module. 円筒型の燃料電池モジュールにおけるシール部材の配置を示す拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view showing the arrangement of seal members in a cylindrical fuel cell module. 円筒型の燃料電池モジュールにおけるシール部材の破損部分を示す拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view showing a damaged portion of a seal member in a cylindrical fuel cell module. 円筒型の燃料電池モジュールにおけるシール部材が修復されている様子を示す拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view showing how a seal member in a cylindrical fuel cell module is being repaired. シール部材の配置の他の例を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing another example of arrangement of seal members. 他の燃料電池システムの全体構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing the overall configuration of another fuel cell system.

〔実施形態〕
以下に、本発明の実施形態に係るシール部材の修復方法について、図1を用いて説明する。
[Embodiment]
A method for repairing a seal member according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

(1)燃料電池システムの構成
(1-1)全体構成
燃料電池システム100は、図1に示すように、燃料電池発電装置1を備えている。また、燃料電池システム100は、燃料電池発電装置1に燃料ガス、改質水及び酸化剤ガスを供給するために、燃料ガス供給用の燃料ガス用ポンプ2と、昇圧ポンプ5と、脱硫器3と、改質水供給用の改質水タンク9と、酸化剤ガス供給用の空気ブロア15とを備えている。また、燃料電池システム100は、燃料電池発電装置1から排出される熱を再利用する排熱利用部としての熱交換器17と、熱交換器17との間で循環させる水等の熱媒を収容する貯湯タンク19とを備えている。また、燃料電池システム100は、燃料電池システム100の運転を制御する運転制御部71を備えている。
(1) Configuration of fuel cell system (1-1) Overall configuration The fuel cell system 100 includes a fuel cell power generation device 1, as shown in FIG. The fuel cell system 100 also includes a fuel gas pump 2 for supplying fuel gas, a boost pump 5, and a desulfurizer 3 in order to supply fuel gas, reformed water, and oxidant gas to the fuel cell power generation device 1. , a reformed water tank 9 for supplying reformed water, and an air blower 15 for supplying oxidizing gas. The fuel cell system 100 also includes a heat exchanger 17 as an exhaust heat utilization unit that reuses heat discharged from the fuel cell power generation device 1, and a heat medium such as water that is circulated between the heat exchanger 17. A hot water storage tank 19 is provided. Further, the fuel cell system 100 includes an operation control section 71 that controls the operation of the fuel cell system 100.

本実施形態の運転制御部71は、通常の運転温度よりも高温で後述の燃料電池セルAを運転するように制御する第2運転モードを実行する。これによりシール部材を補修し、燃料ガス及び酸化剤ガス等の各種ガス(以下、単に燃料ガス等という場合もある)の漏洩を抑制する。この点については後述する。 The operation control unit 71 of this embodiment executes a second operation mode in which the fuel cell A, which will be described later, is controlled to be operated at a higher temperature than the normal operating temperature. This repairs the seal member and suppresses leakage of various gases such as fuel gas and oxidizing gas (hereinafter also simply referred to as fuel gas etc.). This point will be discussed later.

都市ガス(例えば、都市ガス13A)等の炭化水素系の原燃料は、燃料ガス用ポンプ2により所定流量の出力が制御されて昇圧ポンプ5に供給される。さらに、原燃料は、昇圧ポンプ5の作動により原燃料供給路41を通して脱硫器3に供給される。 Hydrocarbon raw fuel such as city gas (for example, city gas 13A) is supplied to the boost pump 5 with the output of a predetermined flow rate controlled by the fuel gas pump 2. Furthermore, the raw fuel is supplied to the desulfurizer 3 through the raw fuel supply path 41 by the operation of the boost pump 5 .

脱硫器3は、原燃料に含まれる硫黄化合物成分を除去(脱硫)する。原燃料中に硫黄化合物が含有される場合、脱硫器3を備えることにより、硫黄化合物による改質器28あるいは燃料電池発電装置1に対する影響を抑制することができる。 The desulfurizer 3 removes (desulfurizes) sulfur compound components contained in raw fuel. When the raw fuel contains sulfur compounds, by providing the desulfurizer 3, it is possible to suppress the influence of the sulfur compounds on the reformer 28 or the fuel cell power generation device 1.

改質水タンク9からは、改質水ポンプ7の作動により改質水供給路43を通して燃料電池発電装置1に改質水が供給される。 Reformed water is supplied from the reformed water tank 9 to the fuel cell power generation device 1 through the reformed water supply path 43 by the operation of the reformed water pump 7 .

改質水タンク9は、後述の触媒燃焼排ガスから凝縮水を回収する。また、改質水タンク9に供給される凝縮水を水精製器(図示せず)により精製するようになっている。具体的には、熱交換器17の出口から排出路51を介して排出される後述の触媒燃焼排ガスから、凝縮水回収路45を介して凝縮水を水精製器(図示せず)に回収する。そして、水精製器(図示せず)により精製された凝縮水が改質水タンク9に回収される。 The reformed water tank 9 collects condensed water from catalyst combustion exhaust gas, which will be described later. Further, the condensed water supplied to the reformed water tank 9 is purified by a water purifier (not shown). Specifically, condensed water is collected from the catalytic combustion exhaust gas, which will be described later, discharged from the outlet of the heat exchanger 17 via the discharge passage 51 through the condensed water recovery passage 45 into a water purifier (not shown). . Condensed water purified by a water purifier (not shown) is collected in the reformed water tank 9.

また、改質水タンク9には、凝縮水とは独立に、水供給部13から水を供給可能になっている。 Furthermore, water can be supplied to the reformed water tank 9 from a water supply section 13 independently of the condensed water.

燃料電池発電装置1は、収納容器40内に収納されており、燃料電池モジュール23、気化器27、改質器28及び燃焼部29を備えている。 The fuel cell power generation device 1 is housed in a storage container 40 and includes a fuel cell module 23, a vaporizer 27, a reformer 28, and a combustion section 29.

気化器27には、改質水供給路43を介して改質水タンク9から改質水が供給され、原燃料供給路41を介して脱硫された原燃料が供給される。原燃料供給路41は脱硫器3よりも下流側の部位で、改質水供給路43に合流されており、収納容器40外にて合流された改質水と原燃料とが気化器27に供給される。改質水及び原燃料が供給された気化器27は、改質水から水蒸気を生成する。気化器27にて生成された水蒸気を含む原燃料は、水蒸気含有原燃料供給路31を通して改質器28に供給される。 The vaporizer 27 is supplied with reformed water from the reformed water tank 9 via the reformed water supply path 43, and is supplied with desulfurized raw fuel via the raw fuel supply path 41. The raw fuel supply path 41 is located downstream of the desulfurizer 3 and merges with the reformed water supply path 43, and the reformed water and raw fuel that are combined outside the storage container 40 are fed to the vaporizer 27. Supplied. The vaporizer 27 supplied with reformed water and raw fuel generates steam from the reformed water. The raw fuel containing steam generated in the vaporizer 27 is supplied to the reformer 28 through a steam-containing raw fuel supply path 31 .

改質器28は、気化器27にて生成された水蒸気を用いて、脱硫器3において脱硫された原燃料を水蒸気改質して、水素ガスを主成分とする燃料ガス(還元性成分を有するガス)を生成する。このとき、改質器28は、後述の燃焼部29での燃料成分ガスを含む未燃ガスの燃焼により発生する燃焼熱を用いて原燃料の水蒸気改質を行う。 The reformer 28 uses the steam generated in the vaporizer 27 to steam-reform the raw fuel desulfurized in the desulfurizer 3 to produce a fuel gas containing hydrogen gas as a main component (containing a reducing component). gas). At this time, the reformer 28 performs steam reform of the raw fuel using combustion heat generated by combustion of unburned gas including fuel component gas in a combustion section 29, which will be described later.

改質器28にて生成された燃料ガスは、燃料ガス供給路33を通して燃料電池モジュール23に供給される。燃料ガスは、燃料電池モジュール23を構成する複数の燃料電池セルAに対して分配されて供給される。各燃料電池セルAは、燃料ガスが供給されるアノードと、空気ブロア15を通じて酸化剤ガスが供給されるカソードと、アノードとカソードとの間の電解質とを有しており、燃料ガス及び酸化剤ガスを反応させて発電する。 The fuel gas generated in the reformer 28 is supplied to the fuel cell module 23 through a fuel gas supply path 33. The fuel gas is distributed and supplied to the plurality of fuel cells A that constitute the fuel cell module 23. Each fuel cell A has an anode to which fuel gas is supplied, a cathode to which oxidant gas is supplied through the air blower 15, and an electrolyte between the anode and the cathode. Generates electricity by reacting gases.

インバータ39は、燃料電池モジュール23において発電された出力電圧を調整し、商用系統(図示せず)から受電する電力と同じ電圧及び同じ周波数にする。 The inverter 39 adjusts the output voltage generated by the fuel cell module 23 to make it the same voltage and frequency as the power received from the commercial grid (not shown).

燃焼部29には、燃料電池モジュール23における発電反応に用いられずに排出される燃料成分ガスを含む未燃ガスが供給される。燃焼部29は、供給された未燃ガスを燃焼する。燃焼部29からは、未燃ガスの燃焼により生じたセル燃焼排ガス(燃焼排ガスの一例)が排出される。 The combustion section 29 is supplied with unburned gas containing fuel component gas that is discharged without being used for the power generation reaction in the fuel cell module 23 . The combustion section 29 burns the supplied unburned gas. From the combustion section 29, cell combustion exhaust gas (an example of combustion exhaust gas) generated by combustion of unburned gas is discharged.

セル燃焼排ガスは改質器28に供給されるとともに、燃焼触媒部35を介してガス出口37から収納容器40の外部に排出される。改質器28は、前述の通り、セル燃焼排ガスの熱、つまり燃料成分ガスの燃焼により生じた燃焼熱を用いて水蒸気改質を行う。 The cell combustion exhaust gas is supplied to the reformer 28 and is discharged to the outside of the storage container 40 from the gas outlet 37 via the combustion catalyst section 35. As described above, the reformer 28 performs steam reforming using the heat of the cell combustion exhaust gas, that is, the combustion heat generated by combustion of the fuel component gas.

ガス出口37には、燃焼触媒部35が配置され、セル燃焼排ガスに含有される一酸化炭素や水素等の還元性成分である未燃ガスを燃焼除去する。燃焼触媒部35は、例えば、白金系触媒等から構成されている。 A combustion catalyst section 35 is disposed at the gas outlet 37, and burns off unburned gas, which is a reducing component such as carbon monoxide and hydrogen contained in the cell combustion exhaust gas. The combustion catalyst section 35 is made of, for example, a platinum-based catalyst.

ガス出口37からは、燃焼触媒部35での未燃ガスの燃焼により生じた触媒燃焼排ガス(燃焼排ガスの一例)が排出される。触媒燃焼排ガスは、排出路52を介して熱交換器17に送られる。 Catalyst combustion exhaust gas (an example of combustion exhaust gas) generated by combustion of unburned gas in the combustion catalyst section 35 is discharged from the gas outlet 37 . The catalyst combustion exhaust gas is sent to the heat exchanger 17 via the exhaust path 52.

燃料電池発電装置1の各部には温度及び電圧を検出するための各種検出部が設けられてる。本実施形態では、燃料電池セルAにおける温度を検出するためのセル温度検出部T1と、燃焼部29におけるセル燃焼排ガスの温度を検出するための燃焼部温度検出部T2と、燃焼触媒部35における触媒燃焼排ガスの温度を検出するための触媒温度検出部T3と、燃料電池セルAにおける発電電圧を検出するための電圧検出部Vとを備えている。これらの検出部の検出結果は、運転制御部71に送信される。 Each part of the fuel cell power generation device 1 is provided with various detection parts for detecting temperature and voltage. In this embodiment, a cell temperature detection section T1 for detecting the temperature in the fuel cell A, a combustion section temperature detection section T2 for detecting the temperature of the cell combustion exhaust gas in the combustion section 29, and a combustion section temperature detection section T2 for detecting the temperature of the cell combustion exhaust gas in the combustion section 29, It includes a catalyst temperature detection section T3 for detecting the temperature of catalyst combustion exhaust gas, and a voltage detection section V for detecting the generated voltage in the fuel cell A. The detection results of these detection units are transmitted to the operation control unit 71.

熱交換器17では、ガス出口37から排出される触媒燃焼排ガスと、貯湯タンク19から排出される熱媒との間で熱交換が行われる。例えば、熱媒が水である場合、触媒燃焼排ガスと水との間で熱交換が行われ温水が生成され、貯湯タンク19に収容される。触媒燃焼排ガスは、水との熱交換により温度が低下した状態で排出路51に排出される。熱交換器17を出た熱媒は、熱媒循環路61に排出され貯湯タンク19に導入される。さらに、貯湯タンク19を出た熱媒循環路61を通流して再び熱交換器17に導入される。よって、熱媒循環路61によって、熱交換器17と貯湯タンク19との間で熱媒が循環する。 In the heat exchanger 17 , heat exchange is performed between the catalytic combustion exhaust gas discharged from the gas outlet 37 and the heat medium discharged from the hot water storage tank 19 . For example, when the heat medium is water, heat exchange is performed between the catalyst combustion exhaust gas and water to generate hot water, which is stored in the hot water storage tank 19 . The catalyst combustion exhaust gas is discharged into the discharge passage 51 in a state where the temperature has been lowered by heat exchange with water. The heat medium exiting the heat exchanger 17 is discharged into the heat medium circulation path 61 and introduced into the hot water storage tank 19. Further, the hot water flows through the heat medium circulation path 61 that exits the hot water storage tank 19 and is introduced into the heat exchanger 17 again. Therefore, the heat medium circulates between the heat exchanger 17 and the hot water storage tank 19 through the heat medium circulation path 61.

なお、貯湯タンク19には、貯湯タンク19中の湯水を出湯するための出湯路19a、及び、湯水の出湯に応じて貯湯タンク19に給水するための給水路19bが設けられている。貯湯タンク19に収容された温水は、お風呂及び洗面等への供給に用いることが可能であり、燃料電池発電装置1からの触媒燃焼排ガスの排熱を再利用することができる。 The hot water storage tank 19 is provided with a hot water outlet path 19a for discharging the hot water in the hot water storage tank 19, and a water supply channel 19b for supplying water to the hot water storage tank 19 according to the hot water discharge. The hot water stored in the hot water storage tank 19 can be used to supply a bath, washroom, etc., and the exhaust heat of the catalytic combustion exhaust gas from the fuel cell power generation device 1 can be reused.

また、熱媒循環路61には、循環ポンプ63と、ラジエータ65とが備えられている。循環ポンプ63は、回転数を制御し、所望の回転数で貯湯タンク19からの熱媒を熱交換器17に供給する。ラジエータ65は、熱媒循環路61を通流する熱媒の熱を放熱させるための放熱ファン65aと、図示しない温度センサとを有する。 Further, the heat medium circulation path 61 is equipped with a circulation pump 63 and a radiator 65. The circulation pump 63 controls the rotation speed and supplies the heat medium from the hot water storage tank 19 to the heat exchanger 17 at a desired rotation speed. The radiator 65 includes a heat radiation fan 65a for radiating the heat of the heating medium flowing through the heating medium circulation path 61, and a temperature sensor (not shown).

(1-2)燃料電池モジュールの構成とシール部材
次に、燃料電池モジュール23の構成について説明する。以下では、燃料電池モジュール23として、円筒平板型の燃料電池モジュール、平板型の燃料電池モジュール及び円筒型の燃料電池モジュールを例に挙げて説明する。
また、燃料電池モジュール23には、燃料ガス及び酸化剤ガス等の各種ガスの漏洩を防ぐためのシール部材が設けられているが、各燃料電池モジュールの構成の説明とともにシール部材の構成についても説明する。
(1-2) Structure of fuel cell module and sealing member Next, the structure of the fuel cell module 23 will be explained. In the following, the fuel cell module 23 will be described using a cylindrical-flat plate type fuel cell module, a flat plate type fuel cell module, and a cylindrical type fuel cell module as examples.
Furthermore, the fuel cell module 23 is provided with a seal member to prevent leakage of various gases such as fuel gas and oxidant gas, and the structure of the seal member will also be explained along with the explanation of the structure of each fuel cell module. do.

(a)円筒平板型の燃料電池モジュール
円筒平板型の燃料電池モジュール23について図2~図5を用いて説明する。
円筒平板型の燃料電池モジュール23は、複数の円筒平板型の燃料電池セルAと、集電部材213と、導電部材214と、電流引き出し部215と、燃料ガスが導入されるマニホールドMとを有している。複数の円筒平板型の燃料電池セルAは、集電部材213を介して互いに平行に配置されており、マニホールドMから立設するように設けられている。導電部材214は、複数の燃料電池セルA及び集電部材213を挟持するように、燃料電池セルAの配置方向の両端に設けられている。電流引き出し部215は導電部材214に接続されており、燃料電池セルAの発電により生じる電流を取り出す。
(a) Cylindrical and flat plate type fuel cell module The cylindrical and flat plate type fuel cell module 23 will be explained using FIGS. 2 to 5.
The cylindrical and flat type fuel cell module 23 includes a plurality of cylindrical and flat type fuel cells A, a current collecting member 213, a conductive member 214, a current extraction part 215, and a manifold M into which fuel gas is introduced. are doing. The plurality of cylindrical and flat fuel cells A are arranged in parallel to each other with current collecting members 213 interposed therebetween, and are provided so as to stand up from the manifold M. The conductive members 214 are provided at both ends of the fuel cells A in the arrangement direction so as to sandwich the plurality of fuel cells A and the current collecting member 213. The current extraction section 215 is connected to the conductive member 214 and extracts the current generated by the power generation of the fuel cell A.

燃料電池セルAは、円筒平板形状に形成されており、導電性部材201と、燃料極層203と、電解質層204と、中間層205と、空気極層206と、密着層207と、インターコネクタ208とを有する。導電性部材201には、燃料電池セルAの立設している方向に沿って導電性部材201を貫通する燃料ガス流路202が設けられている。燃料ガス流路202には、マニホールドMから供給される燃料ガスが通流する。 The fuel cell A is formed into a cylindrical and flat plate shape, and includes a conductive member 201, a fuel electrode layer 203, an electrolyte layer 204, an intermediate layer 205, an air electrode layer 206, an adhesive layer 207, and an interconnector. 208. The conductive member 201 is provided with a fuel gas passage 202 that penetrates the conductive member 201 along the direction in which the fuel cells A are installed. Fuel gas supplied from the manifold M flows through the fuel gas passage 202 .

隣接する燃料電池セルAの一方側には、導電性部材201から外側に向かって、燃料極層203、電解質層204、中間層205、空気極層206が順に積層されている。燃料極層203及び電解質層204は、隣接する燃料電池セルAの他方側の一部にまで延びて形成されている。そして、隣接する燃料電池セルAの他方側における燃料極層203及び電解質層204が形成されていない部分には、密着層207を介してインターコネクタ208が形成されている。 On one side of adjacent fuel cells A, a fuel electrode layer 203, an electrolyte layer 204, an intermediate layer 205, and an air electrode layer 206 are laminated in order from the conductive member 201 toward the outside. The fuel electrode layer 203 and the electrolyte layer 204 are formed to extend to a part of the other side of the adjacent fuel cell A. Then, an interconnector 208 is formed with an adhesive layer 207 interposed in a portion on the other side of the adjacent fuel cell A where the fuel electrode layer 203 and the electrolyte layer 204 are not formed.

以上のような円筒平板型の燃料電池モジュール23において、シール部材80は、例えば図4、図5に示すように、マニホールドMに連通するように立設された燃料電池セルAとマニホールドMとの接合部分に塗布されている。図4、図5の例では、マニホールドMの上面にシール部材80が塗布されており、燃料電池セルAとマニホールドMとの接合部分がシール部材80により封止されている。このように燃料電池セルAとマニホールドMとの接合部分にシール部材80を配置することで、燃料ガス等の漏洩を抑制することができる。本実施形態のシール部材80は、図5に示すように、第1部材81と第2部材83とにより構成されている。図5の例では、第1部材81は第2部材83の下方に位置している。 In the cylindrical and flat plate type fuel cell module 23 as described above, the sealing member 80 connects the fuel cell A and the manifold M, which are vertically arranged so as to communicate with the manifold M, as shown in FIGS. 4 and 5, for example. It is applied to the joints. In the examples shown in FIGS. 4 and 5, a sealing member 80 is applied to the upper surface of the manifold M, and the joint portion between the fuel cell A and the manifold M is sealed by the sealing member 80. By arranging the seal member 80 at the joint portion between the fuel cell A and the manifold M in this manner, leakage of fuel gas and the like can be suppressed. As shown in FIG. 5, the sealing member 80 of this embodiment includes a first member 81 and a second member 83. In the example of FIG. 5, the first member 81 is located below the second member 83.

第2部材83は、燃料電池セルAの通常の運転時の第2部材83のシール温度(後述の第1運転モードでの例えば500~650℃のシール温度)より高温(例えば700℃以上)である第2軟化点温度を有する材料からなる。つまり、例えば、燃料電池セルAの通常の運転温度は700~750℃であるが、通常の運転時の第2部材83のシール温度は500~650℃になっている。そして、燃料電池セルAが通常の運転温度(例えば700~750℃)より高温の運転温度(例えば780~900℃)に制御された場合、第2部材83のシール温度は700℃以上となり第2部材83は溶融可能となる。このように第2軟化点温度は、燃料電池セルAが高温(例えば780~900℃)に制御された場合において第2部材83が溶融可能な温度である。 The second member 83 has a temperature higher than the sealing temperature of the second member 83 during normal operation of the fuel cell A (for example, a sealing temperature of 500 to 650°C in the first operation mode described later) (for example, 700°C or more). It is made of a material having a certain second softening point temperature. That is, for example, the normal operating temperature of the fuel cell A is 700 to 750°C, but the sealing temperature of the second member 83 during normal operation is 500 to 650°C. Then, when the fuel cell A is controlled to a higher operating temperature (for example, 780 to 900 degrees Celsius) than the normal operating temperature (for example, 700 to 750 degrees Celsius), the sealing temperature of the second member 83 becomes 700 degrees Celsius or higher, and the second The member 83 becomes meltable. As described above, the second softening point temperature is a temperature at which the second member 83 can be melted when the fuel cell A is controlled to a high temperature (for example, 780 to 900° C.).

また、第1部材81は、燃料電池セルAの通常の運転時の第1部材81のシール温度より高温であり、かつ、第2軟化点温度より高温である第1軟化点温度を有する材料からなる。つまり、例えば、燃料電池セルAの通常の運転温度は700~750℃であるが、通常の運転時の第1部材81のシール温度は500~650℃になっている。そして、燃料電池セルAが通常の運転温度(例えば700~750℃)より高温の運転温度(例えば780~900℃)に制御された場合、第1部材81のシール温度は700℃以上となる。第1軟化点温度は、燃料電池セルAが高温(例えば780~900℃)に制御された場合においても第1部材81が溶融しない温度である。 The first member 81 is made of a material having a first softening point temperature higher than the sealing temperature of the first member 81 during normal operation of the fuel cell A and higher than the second softening point temperature. Become. That is, for example, the normal operating temperature of the fuel cell A is 700 to 750°C, but the sealing temperature of the first member 81 during normal operation is 500 to 650°C. When the fuel cell A is controlled to a higher operating temperature (for example, 780 to 900°C) than the normal operating temperature (for example, 700 to 750°C), the sealing temperature of the first member 81 becomes 700°C or higher. The first softening point temperature is a temperature at which the first member 81 does not melt even when the fuel cell A is controlled to a high temperature (for example, 780 to 900° C.).

よって、燃料電池セルAが通常の運転温度で運転されている場合においては、第1部材81及び第2部材83は溶融しない。そのため、燃料電池セルAが通常の運転で発電を行っている場合はシール部材80は溶融せず形状等を保持しており、燃料ガス等の漏洩を抑制する。 Therefore, when the fuel cell A is operated at a normal operating temperature, the first member 81 and the second member 83 do not melt. Therefore, when the fuel cell A is generating power in normal operation, the sealing member 80 does not melt and maintains its shape, thereby suppressing leakage of fuel gas and the like.

ここで、シール部材80が第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満となる温度で燃料電池セルAを運転した場合(後述の第2運転モード)、シール部材80のうち第2部材83は溶融し、第1部材81は溶融せずに形状等を保持している。通常の運転時のシール温度とは、これに限定されないが、例えば500~650℃である。また、通常の運転時のシール温度よりも高温であり、第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満の温度とは、例えば650~850℃である。また、第1軟化点温度以上とは、例えば900℃を超える温度である。 Here, when the fuel cell A is operated at a temperature at which the seal member 80 is higher than or equal to the second softening point temperature and lower than the first softening point temperature (second operation mode described later), the second member 83 of the seal member 80 is The first member 81 is not melted and maintains its shape and the like. The sealing temperature during normal operation is, for example, 500 to 650°C, although it is not limited thereto. Further, the temperature which is higher than the sealing temperature during normal operation and which is higher than the second softening point temperature and lower than the first softening point temperature is, for example, 650 to 850°C. Further, the first softening point temperature or higher is, for example, a temperature exceeding 900°C.

例えば、円筒平板型の燃料電池モジュール23において、図6に示すように燃料電池セルAとマニホールドMとの接合部分のシール部材80に破損部分85が生じたとする。この場合、マニホールドMから燃料ガスが漏洩する。そこで、通常の運転温度(第1運転モードでの通常の運転温度)よりも高温(第2運転モードでの高温)の運転温度において燃料電池セルAを運転することで、シール部材80が第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満となり流動状態となる。この場合、シール部材80のシール温度は第1軟化点温度未満であるため、第1部材81は溶融しない。一方、シール部材80のシール温度は第2軟化点温度以上であるため、第2部材83は溶融する。よって、シール部材80にひび及び剥がれ等の破損が生じた場合、前述のように加熱することで第1部材81は溶融せずそのままの形状を維持するが、図7に示すように第2部材83が溶融して第1部材81の破損部分85を埋め合わせて修復する。図6、図7のシール部材80では、溶融する第2部材83が第1部材81の上方に配置されているため、シール部材80を前述のように加熱することで第1部材81の上方の第2部材83が溶融して重力により第1部材81の破損部分85に入り込む。これにより、第1部材81の破損部分85が第2部材83により埋め合わされて修復できる。よって、シール部材80が破損した場合であっても修復することで、接合部分を封止して燃料ガス等の漏洩を抑制することができる。 For example, suppose that in the cylindrical and flat plate type fuel cell module 23, a damaged portion 85 occurs in the sealing member 80 at the joint portion between the fuel cell A and the manifold M, as shown in FIG. In this case, fuel gas leaks from the manifold M. Therefore, by operating the fuel cell A at an operating temperature higher than the normal operating temperature (normal operating temperature in the first operating mode) (high temperature in the second operating mode), the sealing member 80 The temperature becomes higher than or equal to the softening point temperature and lower than the first softening point temperature, resulting in a fluid state. In this case, since the sealing temperature of the sealing member 80 is lower than the first softening point temperature, the first member 81 does not melt. On the other hand, since the sealing temperature of the sealing member 80 is equal to or higher than the second softening point temperature, the second member 83 is melted. Therefore, if damage such as cracking or peeling occurs in the sealing member 80, the first member 81 will not melt and maintain its shape by heating as described above, but the second member 81 will not melt as shown in FIG. 83 melts to compensate for and repair the damaged portion 85 of the first member 81. In the sealing member 80 of FIGS. 6 and 7, since the second member 83 to be melted is placed above the first member 81, by heating the sealing member 80 as described above, the melting second member 83 is placed above the first member 81. The second member 83 melts and enters the damaged portion 85 of the first member 81 due to gravity. Thereby, the damaged portion 85 of the first member 81 can be compensated for and repaired by the second member 83. Therefore, even if the seal member 80 is damaged, by repairing it, the joint portion can be sealed and leakage of fuel gas or the like can be suppressed.

上記の通りシール部材80に破損が生じた場合、シール部材80の第1部材81は溶融せず第2部材83を溶融して流動状態とすることでシール部材80の破損部分85を修復する。この場合、燃料電池セルAを高温にすることで第2部材83を溶融してある程度流動状態にするものの、第2部材83の溶融が進み過ぎて接合部分から流れ出してしまうことや、材料の一部が揮発してしまうことを抑制する必要がある。これらの点を考慮して、第1部材81及び第2部材83の材料を適宜選択するのが好ましい。 As described above, when the seal member 80 is damaged, the first member 81 of the seal member 80 is not melted, but the second member 83 is melted into a fluid state, thereby repairing the damaged portion 85 of the seal member 80. In this case, by heating the fuel cell A to a high temperature, the second member 83 is melted and brought into a fluid state to some extent; however, the second member 83 may melt too much and flow out of the joint, or the material may partially melt. It is necessary to suppress the volatilization of the It is preferable to take these points into consideration and select materials for the first member 81 and the second member 83 as appropriate.

例えば、第1部材81の第1軟化点温度及び第2部材83の第2軟化点温度は、通常の運転温度(例えば700~750℃)における第1部材81及び第2部材83のシール温度よりも30℃以上高いと好ましく、100℃以上高いとさらに好ましい。これにより、第1部材81及び第2部材83は燃料電池セルAの通常の運転温度では溶融せずシール部材80として形状を維持できる。よって、燃料電池セルAが通常運転している場合でもシール部材80は封止機能を安定的に提供する。 For example, the first softening point temperature of the first member 81 and the second softening point temperature of the second member 83 are higher than the sealing temperature of the first member 81 and the second member 83 at a normal operating temperature (for example, 700 to 750° C.). It is preferable that the temperature is higher by 30°C or more, and even more preferably by 100°C or more. As a result, the first member 81 and the second member 83 do not melt at the normal operating temperature of the fuel cell A and can maintain their shape as the seal member 80. Therefore, even when the fuel cell A is in normal operation, the sealing member 80 stably provides a sealing function.

また、第1部材81の第1軟化点温度は第2部材83の第2軟化点温度よりも60℃以上高いと好ましく、150℃以上高いとさらに好ましい。これにより、シール部材80が第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満となる温度で燃料電池セルAを運転することで、第1部材81の形状を維持したままで第2部材83を溶融させ、溶融した第2部材83により第1部材81の破損部分85を埋め合わせて修復できる。 Further, the first softening point temperature of the first member 81 is preferably 60° C. or more higher than the second softening point temperature of the second member 83, and more preferably 150° C. or more higher. As a result, by operating the fuel cell A at a temperature where the sealing member 80 is higher than or equal to the second softening point temperature and lower than the first softening point temperature, the second member 83 is melted while maintaining the shape of the first member 81. The damaged portion 85 of the first member 81 can be repaired by making up for it with the melted second member 83.

また、第1部材81及び第2部材83の材料は等方性材料であるのが好ましい。これにより、シール部材80の異方的な熱膨張によって生じる応力を抑制でき、また応力のかかる方位による強度ばらつきも抑えられるため、シール部材80の強度が部分的に小さくなることを抑制でき、接合部分を強固に封止できるなど安定なシール部材80を得ることができる。また、第1部材81の破損部分85を第2部材83で修復した場合も、等方性材料でシール部材80を構成できるため部分的に強度が小さくなることを抑制できる。 Moreover, it is preferable that the material of the first member 81 and the second member 83 is an isotropic material. As a result, stress caused by anisotropic thermal expansion of the seal member 80 can be suppressed, and variation in strength due to the direction in which stress is applied can also be suppressed, so that it is possible to suppress the strength of the seal member 80 from being partially reduced, and the joining It is possible to obtain a stable sealing member 80 that can firmly seal the portion. Further, even when the damaged portion 85 of the first member 81 is repaired with the second member 83, since the seal member 80 can be made of an isotropic material, it is possible to suppress a partial decrease in strength.

このようなシール部材80に用いることができる材料としては、例えばSiO-B系、SiO-CaO系、MgO-B系等の非晶質ガラス及び結晶化ガラス、α-アルミナに代表されるような耐熱セラミックス粒子などのフィラーによって形状保持させたガラス等を用いることができる。第1部材81としては、これらの材料等から第1軟化点温度を満たす材料が選択される。同様に、第2部材83としては、これらの材料等から第2軟化点温度を満たす材料が選択される。
なお、結晶化ガラスとは、例えば、全体積に対して、結晶相が占める体積が60%以上であり、非晶質相等が占める体積が40%未満のガラスである。
Examples of materials that can be used for such a sealing member 80 include amorphous glasses such as SiO 2 -B 2 O 3 series, SiO 2 -CaO series, MgO-B 2 O 3 series, crystallized glass, α - It is possible to use glass whose shape is maintained by a filler such as heat-resistant ceramic particles such as alumina. As the first member 81, a material satisfying the first softening point temperature is selected from these materials. Similarly, for the second member 83, a material satisfying the second softening point temperature is selected from these materials.
Note that crystallized glass is, for example, glass in which the volume occupied by the crystalline phase is 60% or more and the volume occupied by the amorphous phase or the like is less than 40% of the total volume.

(b)平板型の燃料電池モジュール
平板型の燃料電池モジュール23について図8~図11を用いて説明する。
平板型の燃料電池モジュール23は、燃料電池セルAを収容する第1セパレータ101と、燃料ガス及び酸化剤ガスを燃料電池セルAの平面に供給するための溝103a、103bが形成された第2セパレータ103とが、交互にZ方向に積層されて構成されている。
(b) Flat-plate fuel cell module The flat-plate fuel cell module 23 will be explained using FIGS. 8 to 11.
The flat plate type fuel cell module 23 includes a first separator 101 that accommodates the fuel cell A, and a second separator 101 in which grooves 103a and 103b for supplying fuel gas and oxidant gas to the plane of the fuel cell A are formed. Separators 103 are alternately stacked in the Z direction.

燃料電池セルAは、第1セパレータ101の中央部に収容されている。燃料電池セルAは、Z方向の下方から上方に向かって空気極層115、電解質層113及び燃料極層111が順に積層されるともに、燃料極層111上に集電部材117が積層されて形成されている。第1セパレータ101は、この燃料電池セルAの上面及び下面を露出するように中央部に開口が形成されている。 The fuel cell A is housed in the center of the first separator 101. The fuel cell A is formed by laminating an air electrode layer 115, an electrolyte layer 113, and a fuel electrode layer 111 in order from the bottom to the top in the Z direction, and a current collecting member 117 is stacked on the fuel electrode layer 111. has been done. The first separator 101 has an opening formed in the center so as to expose the upper and lower surfaces of the fuel cell A.

第2セパレータ103は、第1セパレータ101において燃料電池セルAが配置されている中央部に対応する位置に、溝103a及び溝103bを有する。溝103aは、燃料ガスを燃料電池セルAの燃料極層111に供給するために、第2セパレータ103の下面に形成されている。つまり、図8によると、第1セパレータ101の燃料極層111側に対向する第2セパレータ103において、その下面の溝103aが燃料極層111に対応している。本実施形態では、溝103aは、図8中のX方向に沿って延びて形成されている。また、溝103aは、Y方向に離隔して4本形成されている。 The second separator 103 has a groove 103a and a groove 103b at a position corresponding to the center portion of the first separator 101 where the fuel cell A is arranged. The groove 103a is formed on the lower surface of the second separator 103 in order to supply fuel gas to the fuel electrode layer 111 of the fuel cell A. That is, according to FIG. 8, in the second separator 103 facing the fuel electrode layer 111 side of the first separator 101, the groove 103a on the lower surface thereof corresponds to the fuel electrode layer 111. In this embodiment, the groove 103a is formed to extend along the X direction in FIG. Furthermore, four grooves 103a are formed spaced apart in the Y direction.

一方、溝103bは、空気極層115に酸化剤ガスを供給するために、第2セパレータ103の上面に形成されている。つまり、図8によると、第1セパレータ101の空気極層115側に対向する第2セパレータ103において、その上面の溝103bが空気極層115に対応している。本実施形態では、溝103bは、図8中のY方向に沿って延びて形成されている。また、溝103bは、X方向に離隔して4本形成されている。なお、溝103aと溝103bとは互いに所定の間隔をおいて隔離して形成されている。 On the other hand, the groove 103b is formed on the upper surface of the second separator 103 in order to supply oxidant gas to the air electrode layer 115. That is, according to FIG. 8, in the second separator 103 facing the air electrode layer 115 side of the first separator 101, the groove 103b on the upper surface thereof corresponds to the air electrode layer 115. In this embodiment, the groove 103b is formed to extend along the Y direction in FIG. Further, four grooves 103b are formed spaced apart in the X direction. Note that the grooves 103a and 103b are formed to be separated from each other by a predetermined interval.

第2セパレータ103の溝103a及び溝103bそれぞれに燃料ガス及び酸化剤ガスを通流させるために、積層された第1セパレータ101及び第2セパレータ103を貫通する開口が周縁に形成されている。この開口には、燃料ガスを供給するための開口と、酸化剤ガスを供給するための開口とが含まれる。具体的に、開口としては、燃料ガスを燃料電池セルAに供給するための燃料ガス供給路121inと、燃料電池セルAで発電に用いられなかった燃料ガスを排出する燃料ガス排出路121outと、酸化剤ガスを燃料電池セルAに供給するための酸化剤ガス供給路123inと、燃料電池セルAで発電に用いられなかった酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出路123outとが設けられている。 In order to allow fuel gas and oxidant gas to flow through the grooves 103a and 103b of the second separator 103, openings are formed at the periphery of the stacked first separator 101 and second separator 103, respectively. The openings include an opening for supplying fuel gas and an opening for supplying oxidant gas. Specifically, the openings include a fuel gas supply path 121 inch for supplying fuel gas to the fuel cell A, a fuel gas discharge path 121 out for discharging fuel gas not used for power generation in the fuel cell A, An oxidizing gas supply path 123 inches for supplying oxidizing gas to the fuel cell A, and an oxidizing gas discharge path 123out for discharging the oxidizing gas not used for power generation in the fuel cell A are provided. .

燃料ガス供給路121in及び燃料ガス排出路121outは、X方向に対向するように第1セパレータ101及び第2セパレータ103の周縁に形成されている。また、燃料ガス供給路121inと燃料ガス排出路121outとは溝103aを介して連通している。そして、燃料ガスは、燃料電池モジュール23の下方から供給され、燃料ガス供給路121inをZ方向の上方に向かって通流するとともに(図8、図9中のFGin)、溝103a内にも供給される。これにより、燃料極層111に燃料ガスが供給される。燃料電池セルAで発電に用いられなかった燃料ガスは、溝103aを通って燃料ガス排出路121outに導入される。排出された燃料ガスは、燃料ガス排出路121outをZ方向の下方に向かって通流し(図8、図9中のFGout)、燃料電池モジュール23の外部に排出される。 The fuel gas supply path 121in and the fuel gas discharge path 121out are formed at the periphery of the first separator 101 and the second separator 103 so as to face each other in the X direction. Further, the fuel gas supply path 121in and the fuel gas discharge path 121out communicate with each other via the groove 103a. The fuel gas is supplied from below the fuel cell module 23, flows upward in the Z direction through the fuel gas supply path 121 inch (FGin in FIGS. 8 and 9), and is also supplied into the groove 103a. be done. As a result, fuel gas is supplied to the fuel electrode layer 111. The fuel gas that is not used for power generation in the fuel cell A is introduced into the fuel gas exhaust path 121out through the groove 103a. The discharged fuel gas flows downward in the Z direction through the fuel gas discharge path 121out (FGout in FIGS. 8 and 9), and is discharged to the outside of the fuel cell module 23.

酸化剤ガス供給路123in及び酸化剤ガス排出路123outは、Y方向に対向するように第1セパレータ101及び第2セパレータ103の周縁に形成されている。また、酸化剤ガス供給路123inと酸化剤ガス排出路123outとは溝103bを介して連通している。そして、酸化剤ガスは、燃料電池モジュール23の下方から供給され、酸化剤ガス供給路123inをZ方向の上方に向かって通流するとともに(図8、図10中のOGin)、溝103a内にも供給される。これにより、空気極層115に酸化剤ガスが供給される。燃料電池セルAで発電に用いられなかった酸化剤ガスは、溝103bを通って酸化剤ガス排出路123outに導入される。排出された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出路123outをZ方向の下方に向かって通流し(図8、図10中のOGout)、燃料電池モジュール23の外部に排出される。 The oxidant gas supply path 123in and the oxidant gas discharge path 123out are formed at the periphery of the first separator 101 and the second separator 103 so as to face each other in the Y direction. Further, the oxidant gas supply path 123in and the oxidant gas discharge path 123out communicate with each other via the groove 103b. The oxidizing gas is supplied from below the fuel cell module 23, flows upward in the Z direction through the oxidizing gas supply path 123in (OGin in FIGS. 8 and 10), and flows into the groove 103a. will also be supplied. As a result, the oxidant gas is supplied to the air electrode layer 115. The oxidizing gas that is not used for power generation in the fuel cell A is introduced into the oxidizing gas discharge path 123out through the groove 103b. The discharged oxidant gas flows downward in the Z direction through the oxidant gas discharge path 123out (OGout in FIGS. 8 and 10), and is discharged to the outside of the fuel cell module 23.

以上のような平板型の燃料電池モジュール23において、シール部材80は、例えば図9、図10に示すように、燃料電池セルAと第1セパレータ101との接合部分(シール部材80a)、第1セパレータ101と第2セパレータとの接合部分(シール部材80b)に配置されている。このようにシール部材80を配置することで、燃料ガス等の漏洩を抑制することができる。 In the flat fuel cell module 23 as described above, the sealing member 80 is, for example, as shown in FIGS. 9 and 10, It is arranged at the joint portion (sealing member 80b) between the separator 101 and the second separator. By arranging the seal member 80 in this manner, leakage of fuel gas and the like can be suppressed.

図11は、燃料電池セルAと第1セパレータ101との接合部分に配置されたシール部材80aを示す拡大図である。本実施形態のシール部材80は、図11等に示すように、第1部材81と第2部材83とにより構成されている。図11の例では、第1部材81は燃料電池セルA側に、第2部材83は第1セパレータ101側に位置している。第1部材81及び第2部材83の材料は、上述したシール部材80と同様である。 FIG. 11 is an enlarged view showing the seal member 80a disposed at the joint between the fuel cell A and the first separator 101. The sealing member 80 of this embodiment is composed of a first member 81 and a second member 83, as shown in FIG. 11 and the like. In the example of FIG. 11, the first member 81 is located on the fuel cell A side, and the second member 83 is located on the first separator 101 side. The materials of the first member 81 and the second member 83 are the same as those of the seal member 80 described above.

例えば、平板型の燃料電池モジュール23において、図11に示すようにシール部材80に破損部分85が生じたとする。通常の運転温度(第1運転モードでの通常の運転温度)よりも高温(第2運転モードでの高温)の運転温度において燃料電池セルAを運転することで、シール部材80が第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満となり流動状態となる。この場合、シール部材80のシール温度は第1軟化点温度未満であるため、第1部材81は溶融しない。一方、シール部材80のシール温度は第2軟化点温度以上であるため、第2部材83は溶融する。よって、シール部材80にひび及び剥がれ等の破損が生じた場合、前述のように加熱することで第1部材81は溶融せずそのままの形状を維持するが、図13に示すように第2部材83が溶融して第1部材81の破損部分85を埋め合わせて修復する。これにより、シール部材80が破損した場合であっても、シール部材80を修復することで燃料ガス等の漏洩を抑制することができる。シール部材80の材料については既述した通りである。 For example, assume that in the flat plate type fuel cell module 23, a damaged portion 85 occurs in the seal member 80 as shown in FIG. By operating the fuel cell A at an operating temperature higher than the normal operating temperature (normal operating temperature in the first operating mode) (high temperature in the second operating mode), the sealing member 80 reaches the second softening point. The temperature becomes higher than or equal to the first softening point temperature and becomes a fluid state. In this case, since the sealing temperature of the sealing member 80 is lower than the first softening point temperature, the first member 81 does not melt. On the other hand, since the sealing temperature of the sealing member 80 is equal to or higher than the second softening point temperature, the second member 83 is melted. Therefore, if damage such as cracking or peeling occurs in the sealing member 80, the first member 81 will not melt and maintain its shape by heating as described above, but the second member 81 will not melt as shown in FIG. 83 melts to compensate for and repair the damaged portion 85 of the first member 81. Thereby, even if the seal member 80 is damaged, leakage of fuel gas or the like can be suppressed by repairing the seal member 80. The material of the seal member 80 is as described above.

なお、上記の図12、図13では、シール部材80aの破損の修復について説明したが、シール部材80bの破損についても同様に修復可能である。 In addition, although the above-mentioned FIGS. 12 and 13 describe repair of damage to the seal member 80a, damage to the seal member 80b can also be repaired in the same manner.

(c)円筒型の燃料電池モジュール
円筒型の燃料電池モジュール23について図14~図15を用いて説明する。
円筒型の燃料電池モジュール23は、円筒状の燃料電池セルAと、集電部材319と、燃料極側端子321と、空気極側端子325とを有している。燃料電池セルAは、円筒状の内部から順に燃料極層311、電解質層313、空気極層315が順に積層されている。燃料電池セルAの最も内面の燃料極層311は燃料ガスが通流する燃料ガス通流部317を構成している。集電部材319は、空気極層315の外面に接して設けられており、酸化剤ガスの供給を受ける。
(c) Cylindrical Fuel Cell Module The cylindrical fuel cell module 23 will be explained using FIGS. 14 to 15.
The cylindrical fuel cell module 23 includes a cylindrical fuel cell A, a current collecting member 319, a fuel electrode terminal 321, and an air electrode terminal 325. In the fuel cell A, a fuel electrode layer 311, an electrolyte layer 313, and an air electrode layer 315 are laminated in order from the inside of the cylinder. The innermost fuel electrode layer 311 of the fuel cell A constitutes a fuel gas flow section 317 through which fuel gas flows. The current collecting member 319 is provided in contact with the outer surface of the air electrode layer 315 and receives supply of oxidizing gas.

電解質層313及び燃料極層311は、軸心方向において燃料電池セルAから突出して形成されている。この突出した電解質層313及び燃料極層311に、燃料極側端子321が取り付けられている。一方、空気極層315の外面に設けられた集電部材319に、空気極側端子325が取り付けられている。燃料極側端子321には貫通孔321aが設けられており、空気極側端子325には貫通孔325aが設けられている。貫通孔321a、燃料ガス通流部317及び貫通孔325aが連通しており、燃料ガスが通流する。 The electrolyte layer 313 and the fuel electrode layer 311 are formed to protrude from the fuel cell A in the axial direction. A fuel electrode side terminal 321 is attached to the protruding electrolyte layer 313 and fuel electrode layer 311. On the other hand, an air electrode side terminal 325 is attached to a current collecting member 319 provided on the outer surface of the air electrode layer 315. The fuel electrode side terminal 321 is provided with a through hole 321a, and the air electrode side terminal 325 is provided with a through hole 325a. The through hole 321a, the fuel gas flow section 317, and the through hole 325a are in communication with each other, and fuel gas flows therethrough.

以上のような円筒平板型の燃料電池モジュール23において、シール部材80は、例えば図14、図15に示すように燃料極側端子321と燃料電池セルAから突出している電解質層313及び燃料極層311との接合部分、図14に示すように空気極側端子325と空気極層315との接合部分に配置されている。このように燃料電池セルAと端子との接合部分にシール部材80を配置することで、燃料ガス等の漏洩を抑制することができる。 In the cylindrical and flat plate type fuel cell module 23 as described above, the sealing member 80 is configured to connect the fuel electrode side terminal 321, the electrolyte layer 313 and the fuel electrode layer protruding from the fuel cell A, as shown in FIGS. 14 and 15, for example. 311, and as shown in FIG. 14, it is arranged at the joint between the air electrode side terminal 325 and the air electrode layer 315. By arranging the seal member 80 at the joint portion between the fuel cell A and the terminal in this manner, leakage of fuel gas and the like can be suppressed.

例えば円筒型の燃料電池モジュール23において、図16に示すように燃料電池セルAと燃料極側端子321との接合部分のシール部材80に破損部分85が生じたとする。この場合、燃料電池モジュール23の外に燃料ガスが漏洩する。そこで、通常の運転温度(第1運転モードでの通常の運転温度)よりも高温(第2運転モードでの高温)の運転温度において燃料電池セルAを運転することで、シール部材80が第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満となり流動状態となる。この場合、シール部材80のシール温度は第1軟化点温度未満であるため、第1部材81は溶融しない。一方、シール部材80のシール温度は第2軟化点温度以上であるため、第2部材83は溶融する。よって、シール部材80にひび及び剥がれ等の破損が生じた場合、前述のように加熱することで第1部材81は溶融せずそのままの形状を維持するが、図17に示すように第2部材83が溶融して第1部材81の破損部分85を埋め合わせて修復する。これにより、シール部材80が破損した場合であっても、シール部材80を修復することで燃料ガス等の漏洩を抑制することができる。シール部材80の材料については既述した通りである。 For example, suppose that in the cylindrical fuel cell module 23, a damaged portion 85 occurs in the seal member 80 at the joint portion between the fuel cell A and the fuel electrode side terminal 321, as shown in FIG. In this case, fuel gas leaks outside the fuel cell module 23. Therefore, by operating the fuel cell A at an operating temperature higher than the normal operating temperature (normal operating temperature in the first operating mode) (high temperature in the second operating mode), the sealing member 80 The temperature becomes higher than or equal to the softening point temperature and lower than the first softening point temperature, resulting in a fluid state. In this case, since the sealing temperature of the sealing member 80 is lower than the first softening point temperature, the first member 81 does not melt. On the other hand, since the sealing temperature of the sealing member 80 is equal to or higher than the second softening point temperature, the second member 83 is melted. Therefore, if damage such as cracking or peeling occurs in the sealing member 80, the first member 81 will not melt and maintain its shape by heating as described above, but the second member 81 will not melt as shown in FIG. 83 melts to compensate for and repair the damaged portion 85 of the first member 81. Thereby, even if the seal member 80 is damaged, leakage of fuel gas or the like can be suppressed by repairing the seal member 80. The material of the seal member 80 is as described above.

(2)運転制御部が実行するシール部材の修復方法
上記の燃料電池システム100の運転制御部71は、シール部材80が破損した場合に修復を行うための修復方法を実行する。
(2-1)修復方法の全体の流れ
まず、シール部材80の修復方法の全体の流れについて説明する。
運転制御部71は、通常の運転温度で燃料電池セルAを運転するように制御する第1運転モードと、通常の運転温度よりも高温で燃料電池セルAを運転するように制御する第2運転モードとを実行可能であり、所定のタイミングで第2運転モードを実行する。
(2) Seal Member Repair Method Executed by Operation Control Unit The operation control unit 71 of the fuel cell system 100 described above executes a repair method for repairing the seal member 80 when it is damaged.
(2-1) Overall flow of the repair method First, the overall flow of the repair method for the seal member 80 will be explained.
The operation control unit 71 operates in a first operation mode in which the fuel cell A is controlled to operate at a normal operating temperature, and in a second operation mode in which the fuel cell A is controlled to be operated at a higher temperature than the normal operating temperature. mode, and executes the second operation mode at a predetermined timing.

第1運転モードは、例えば、燃料電池システム100で発電された発電電力を負荷等に供給している通常運転を意味する。第1運転モードにおける通常の運転温度とは、通常運転の場合の燃料電池セルAの温度である。通常の運転温度は、これに限定されないが、例えば700~750℃である。 The first operation mode means, for example, normal operation in which the power generated by the fuel cell system 100 is supplied to a load or the like. The normal operating temperature in the first operating mode is the temperature of the fuel cell A in normal operation. Typical operating temperatures are, for example, 700 to 750°C, but are not limited thereto.

そして、運転制御部71は、燃料ガス用ポンプ2を制御することによる燃料ガス供給量の制御、空気ブロア15を制御することによる酸化剤ガス供給量の制御、改質水ポンプ7を制御することによる水蒸気量の制御等によって燃料電池セルAの温度を制御する。なお、運転制御部71は、セル温度検出部T1、燃焼部温度検出部T2、触媒温度検出部T3及び電圧検出部V等が検出した各種温度及び電圧等を参照し、燃料電池セルAの温度を制御する。 The operation control unit 71 controls the fuel gas supply amount by controlling the fuel gas pump 2, the oxidant gas supply amount by controlling the air blower 15, and the reforming water pump 7. The temperature of the fuel cell A is controlled by controlling the amount of water vapor, etc. Note that the operation control unit 71 refers to various temperatures and voltages detected by the cell temperature detection unit T1, combustion section temperature detection unit T2, catalyst temperature detection unit T3, voltage detection unit V, etc., and determines the temperature of the fuel cell A. control.

一方、第2運転モードは、第1運転モードとは異なり、シール部材80の修復を行うための修復方法を実行する際の運転を意味する。第2運転モードにおける燃料電池セルAの温度は、第1運転モードにおける通常の運転温度よりも高く、第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満でシール部材80を加熱可能であり、シール部材80のうち第2部材83を溶融して第1部材81を修復可能な温度である。第2運転モードの運転温度は、これに限定されないが、例えば780~900℃である。第2運転モードにおける運転温度の制御方法については後述する。 On the other hand, the second operation mode, unlike the first operation mode, refers to an operation when performing a repair method for repairing the seal member 80. The temperature of the fuel cell A in the second operation mode is higher than the normal operation temperature in the first operation mode, and the seal member 80 can be heated to a temperature higher than or equal to the second softening point temperature and lower than the first softening point temperature. 80, the temperature is such that the second member 83 can be melted and the first member 81 can be repaired. The operating temperature in the second operating mode is, for example, 780 to 900°C, although it is not limited thereto. A method of controlling the operating temperature in the second operating mode will be described later.

運転制御部71は、上記のシール部材80を修復するための第2運転モードを、所定のタイミングで実行する。所定のタイミングとは、任意のタイミングであってもよいし、定期的なタイミングであってもよい。その他、運転制御部71は、燃料ガス等の漏洩が検出されたタイミングで第2運転モードを実行してもよい。
第2運転モードを開始した後、運転制御部71は、任意のタイミングで第2運転モードを終了してもよいし、第2運転モードを所定期間実行した後に終了してもよい。その他、後述の通り燃料電池システム100の状態に基づいて第2運転モードを終了してもよい。
The operation control unit 71 executes the second operation mode for repairing the seal member 80 at a predetermined timing. The predetermined timing may be any timing or periodic timing. In addition, the operation control unit 71 may execute the second operation mode at the timing when leakage of fuel gas or the like is detected.
After starting the second driving mode, the driving control unit 71 may end the second driving mode at any timing, or may end the second driving mode after executing the second driving mode for a predetermined period. In addition, the second operation mode may be terminated based on the state of the fuel cell system 100 as described later.

以上のように第2運転モードの実行によって、シール部材80が溶融して破損部分85が埋め合わされることで修復される。これにより、シール部材80が破損した場合であっても、シール部材80を修復することで燃料ガス等の漏洩を抑制することができる。よって、燃料ガス等の漏洩による燃料電池セルAにおける発電性能の低下を抑制でき、また、環境への悪影響も抑制できる。また、シール部材80の修復を燃料電池セルの運転温度を調整することで行うことができる。 As described above, by executing the second operation mode, the seal member 80 is melted and the damaged portion 85 is compensated for and repaired. Thereby, even if the seal member 80 is damaged, leakage of fuel gas or the like can be suppressed by repairing the seal member 80. Therefore, it is possible to suppress a decrease in power generation performance in the fuel cell A due to leakage of fuel gas and the like, and also to suppress adverse effects on the environment. Further, the seal member 80 can be repaired by adjusting the operating temperature of the fuel cell.

(2-2)第2運転モードにおける温度制御の例
第2運転モードでは、運転制御部71は、第1運転モードでの通常の運転温度よりも高温であり、シール部材80が第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満となるように燃料電池セルAの運転を制御する。以下では、第2運転モードにおける燃料電池セルAを高温での運転に制御する方法の一例について説明する。
(2-2) Example of temperature control in second operation mode In the second operation mode, the operation control unit 71 is at a higher temperature than the normal operation temperature in the first operation mode, and the sealing member 80 is at a second softening point. The operation of the fuel cell A is controlled so that the temperature is equal to or higher than the first softening point temperature and lower than the first softening point temperature. Below, an example of a method for controlling the fuel cell A in the second operation mode to operate at a high temperature will be described.

運転制御部71は、第2運転モードにおいて、燃料ガス用ポンプ2を制御して燃料ガスの供給量を第1運転モードよりも増加させ、燃料電池セルAの温度を上昇させる。燃料ガスの供給量の増加分に応じて燃焼量が増加する。これにより、燃料電池セルAの温度を上昇させて高温で運転させることができる。 In the second operation mode, the operation control unit 71 controls the fuel gas pump 2 to increase the amount of fuel gas supplied than in the first operation mode, thereby increasing the temperature of the fuel cell A. The amount of combustion increases in accordance with the increase in the amount of fuel gas supplied. Thereby, the temperature of the fuel cell A can be increased and the fuel cell A can be operated at a high temperature.

運転制御部71は、第2運転モードにおいて、空気ブロア15を制御して酸化剤ガスの供給量を第1運転モードよりも減少させ、燃料電池セルAの温度を上昇させる。酸化剤ガスの供給量を減少させると、燃料電池セルAの冷却が抑制される。これにより、燃料電池セルAの温度を上昇させて高温で運転させることができる。 In the second operation mode, the operation control unit 71 controls the air blower 15 to reduce the amount of oxidant gas supplied than in the first operation mode, thereby increasing the temperature of the fuel cell A. When the supply amount of oxidant gas is reduced, cooling of the fuel cell A is suppressed. Thereby, the temperature of the fuel cell A can be increased and the fuel cell A can be operated at a high temperature.

なお、運転制御部71は、前述のように温度を上昇させるように制御した場合、セル温度検出部T1が検出する燃料電池セルAの温度を監視しておき、所定の高温(シール部材80が第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満となる温度)まで温度を上昇させる制御を行う。そして、所定の高温まで燃料電池セルAの温度が上昇すると、運転制御部71は温度をさらに上昇させる制御を停止させることができる。 In addition, when controlling the temperature to increase as described above, the operation control section 71 monitors the temperature of the fuel cell A detected by the cell temperature detection section T1, and when the temperature reaches a predetermined high temperature (the sealing member 80 Control is performed to raise the temperature to a temperature that is equal to or higher than the second softening point temperature and lower than the first softening point temperature. Then, when the temperature of the fuel cell A rises to a predetermined high temperature, the operation control unit 71 can stop the control to further increase the temperature.

また、運転制御部71は、前述のように高温に制御する場合に、当該高温まで徐々に温度を上げるように制御することができる。これにより、急激な温度上昇による急激な熱応力の発生等による燃料電池セルAの変形及び割れ等を抑制できる。 Further, when controlling the temperature to a high temperature as described above, the operation control unit 71 can control the temperature to be gradually raised to the high temperature. This makes it possible to suppress deformation and cracking of the fuel cell A due to sudden thermal stress caused by a sudden temperature rise.

また、運転制御部71は、燃料電池セルAの発電性能が回復したか否かを見ながら徐々に温度を上昇させることができる。シール部材80の破損によって燃料ガス等が漏洩している場合、燃料電池セルAへの燃料ガス等の供給量が減り発電性能が低下する。そこで、運転制御部71は、温度を所定の温度だけ上昇させたにも関わらず燃料電池セルAの発電性能が低下したままで回復していない場合は、シール部材80の破損が修復されていないとして、さらに温度を上昇させシール部材80を溶融して修復可能なように制御する。この場合であっても、所定の高温(例えば900℃)までで温度の上昇を停止させるのが、燃料電池セルAの変形及び割れ等を防ぐ観点から好ましい。なお、運転制御部71は、電圧検出部Vで検出される発電電圧が通常運転での発電電圧よりも低い場合、燃焼部温度検出部T2が検出したセル燃焼排ガスの温度が通常運転の場合よりも高いままである場合、触媒温度検出部T3が検出した触媒燃焼排ガスの温度が通常運転の場合よりも高いままである場合等には、シール部材80の破損が修復されておらず、発電性能が回復していないと判断する。 Further, the operation control unit 71 can gradually increase the temperature while checking whether the power generation performance of the fuel cell A has recovered. If fuel gas or the like leaks due to damage to the seal member 80, the amount of fuel gas or the like supplied to the fuel cell A decreases, and power generation performance deteriorates. Therefore, the operation control unit 71 determines that if the power generation performance of the fuel cell A remains degraded and has not recovered even though the temperature has been increased by a predetermined amount, the damage to the seal member 80 has not been repaired. As a result, the temperature is further increased to melt the sealing member 80 so that it can be repaired. Even in this case, it is preferable to stop the temperature increase at a predetermined high temperature (for example, 900° C.) from the viewpoint of preventing deformation and cracking of the fuel cell A. Note that, when the generated voltage detected by the voltage detection unit V is lower than the generated voltage in normal operation, the operation control unit 71 controls the temperature of the cell combustion exhaust gas detected by the combustion section temperature detection unit T2 to be lower than that in normal operation. If the temperature of the catalyst combustion exhaust gas detected by the catalyst temperature detection unit T3 remains higher than that during normal operation, the damage to the seal member 80 has not been repaired, and the power generation performance It is determined that the patient has not recovered.

一方、運転制御部71は、温度を所定の温度だけ上昇させたことで燃料電池セルAの発電性能が回復した場合は、さらなる温度の上昇を停止させるか、通常運転の温度に戻すように制御する。なお、運転制御部71は、電圧検出部Vで検出される発電電圧が通常運転での発電電圧と同程度かそれ以上の場合、燃焼部温度検出部T2が検出したセル燃焼排ガスの温度が通常運転の場合と同程度となった場合、触媒温度検出部T3が検出した触媒燃焼排ガスの温度が通常運転の場合と同程度となった場合等には、シール部材80の破損が修復されて発電性能が回復していると判断する。 On the other hand, if the power generation performance of the fuel cell A is recovered by increasing the temperature by a predetermined temperature, the operation control unit 71 controls to stop the further increase in temperature or return the temperature to normal operation. do. Note that, when the generated voltage detected by the voltage detection unit V is equal to or higher than the generated voltage in normal operation, the operation control unit 71 determines that the temperature of the cell combustion exhaust gas detected by the combustion section temperature detection unit T2 is normal. If the temperature of the catalyst combustion exhaust gas detected by the catalyst temperature detection unit T3 becomes the same as that during normal operation, the damage to the seal member 80 is repaired and power generation resumes. It is determined that performance has recovered.

なお、運転制御部71は、徐々に温度を上昇させつつ燃料電池セルAの発電性能を確認するにあたっては、例えば900℃の高温で燃料電池セルAを運転してシール部材80を修復し、その後、一旦通常の運転温度に戻して燃料電池セルAを運転し、通常の運転温度で燃料電池セルAの発電性能を確認するのが好ましい。発電性能が確認できた後、発電性能が回復していない場合は、運転制御部71は、先の温度よりも高温の例えば920℃の高温で燃料電池セルAを運転させる。発電性能が回復している場合は、運転制御部71は、通常の運転温度で燃料電池セルAを運転する。 In addition, when checking the power generation performance of the fuel cell A while gradually increasing the temperature, the operation control unit 71 operates the fuel cell A at a high temperature of 900° C. to repair the sealing member 80, and then It is preferable to once return the normal operating temperature to operate the fuel cell A and check the power generation performance of the fuel cell A at the normal operating temperature. After the power generation performance has been confirmed, if the power generation performance has not recovered, the operation control unit 71 operates the fuel cell A at a higher temperature than the previous temperature, for example, 920°C. If the power generation performance has recovered, the operation control unit 71 operates the fuel cell A at the normal operating temperature.

(2-3)第2運転モードの開始条件の例
運転制御部71は、任意のタイミング、定期的なタイミング、燃料ガス等の漏洩が検出されたタイミング等の所定のタイミングで第2運転モードを実行する。ここでは、燃料ガス等の漏洩が検出されたタイミングでの第2運転モードの開始について説明する。
(2-3) Example of start condition for second operation mode The operation control unit 71 starts the second operation mode at a predetermined timing, such as an arbitrary timing, a regular timing, or a timing when a leak of fuel gas or the like is detected. Execute. Here, a description will be given of the start of the second operation mode at the timing when leakage of fuel gas or the like is detected.

運転制御部71は、燃焼部温度検出部T2が検出したセル燃焼排ガスの温度が開始用燃焼温度閾値よりも大きくなると、第2運転モードを実行する。燃焼部29から排出されるセル燃焼排ガスの温度が開始用燃焼温度閾値よりも大きくなった場合とは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いた燃料電池セルAでの発電性能が低下し、燃焼部29での未燃ガスの燃焼が増加してセル燃焼排ガスの温度が上昇している場合である。この場合、シール部材80が破損して燃料ガス及び酸化剤ガス等が漏洩し、発電性能の低下が生じているとして、運転制御部71はシール部材80を修復するための第2運転モードを実行する。なお、開始用燃焼温度閾値は、例えば、通常運転での燃焼部29におけるセル燃焼排ガスの温度より高い温度に設定されている。 The operation control section 71 executes the second operation mode when the temperature of the cell combustion exhaust gas detected by the combustion section temperature detection section T2 becomes larger than the starting combustion temperature threshold. When the temperature of the cell combustion exhaust gas discharged from the combustion section 29 becomes higher than the starting combustion temperature threshold, the power generation performance of the fuel cell A using the fuel gas and the oxidizing gas decreases, and the combustion This is a case where the combustion of unburned gas in the section 29 increases and the temperature of the cell combustion exhaust gas increases. In this case, the operation control unit 71 executes the second operation mode to repair the seal member 80 because the seal member 80 is damaged and fuel gas, oxidizing gas, etc. leak, resulting in a decrease in power generation performance. do. Note that the starting combustion temperature threshold is set, for example, to a temperature higher than the temperature of the cell combustion exhaust gas in the combustion section 29 during normal operation.

運転制御部71は、触媒温度検出部T3が検出した触媒燃焼排ガスの温度が開始用触媒温度閾値よりも大きくなると、第2運転モードを実行する。燃焼触媒部35から排出される触媒燃焼排ガスの温度が開始用触媒温度閾値よりも大きくなった場合とは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いた燃料電池セルAでの発電性能が低下し、燃焼触媒部35での未燃ガスの燃焼が増加し触媒燃焼排ガスの温度が上昇した場合である。この場合、シール部材80が破損して燃料ガス及び酸化剤ガス等が漏洩し、発電性能の低下が生じているとして、運転制御部71はシール部材80を修復するための第2運転モードを実行する。なお、開始用触媒温度閾値は、例えば、通常運転での燃焼触媒部35における触媒燃焼排ガスの温度より高い温度に設定されている。 The operation control unit 71 executes the second operation mode when the temperature of the catalyst combustion exhaust gas detected by the catalyst temperature detection unit T3 becomes larger than the starting catalyst temperature threshold. When the temperature of the catalyst combustion exhaust gas discharged from the combustion catalyst section 35 becomes higher than the starting catalyst temperature threshold, the power generation performance of the fuel cell A using the fuel gas and the oxidizing gas decreases, This is a case where the combustion of unburned gas in the combustion catalyst section 35 increases and the temperature of the catalyst combustion exhaust gas rises. In this case, the operation control unit 71 executes the second operation mode to repair the seal member 80 because the seal member 80 is damaged and fuel gas, oxidizing gas, etc. leak, resulting in a decrease in power generation performance. do. Note that the starting catalyst temperature threshold is set, for example, to a temperature higher than the temperature of the catalyst combustion exhaust gas in the combustion catalyst section 35 during normal operation.

運転制御部71は、電圧検出部Vが検出した発電電圧が開始用電圧閾値よりも小さくなると、第2運転モードを実行する。電圧検出部Vが検出した燃料電池セルAの発電電圧が開始用電圧閾値よりも小さくなった場合とは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いた燃料電池セルAでの発電性能が低下した場合である。この場合、シール部材80が破損して燃料ガス及び酸化剤ガス等が漏洩し、発電性能の低下が生じているとして、運転制御部71はシール部材80を修復するための第2運転モードを実行する。なお、開始用電圧閾値は、例えば、通常運転での燃料電池セルAにおける発電電圧より低い電圧に設定されている。 The operation control unit 71 executes the second operation mode when the generated voltage detected by the voltage detection unit V becomes smaller than the starting voltage threshold. A case where the power generation voltage of the fuel cell A detected by the voltage detection unit V becomes smaller than the starting voltage threshold is a case where the power generation performance of the fuel cell A using the fuel gas and the oxidizer gas decreases. It is. In this case, the operation control unit 71 executes the second operation mode to repair the seal member 80 because the seal member 80 is damaged and fuel gas, oxidizing gas, etc. leak, resulting in a decrease in power generation performance. do. Note that the starting voltage threshold is set, for example, to a voltage lower than the power generation voltage in fuel cell A during normal operation.

(2-4)第2運転モードの終了条件の例
運転制御部71は、第2運転モードを開始した後、任意のタイミング、第2運転モードを所定期間実行した後のタイミング、燃料電池システム100の状態に基づいたタイミング等の所定のタイミングで第2運転モードを終了する。ここでは、燃料電池システム100の状態に基づいたタイミングでの第2運転モードの終了について説明する。
(2-4) Example of end condition for second operation mode The operation control unit 71 may control the fuel cell system 100 at any timing after starting the second operation mode, at any timing after executing the second operation mode for a predetermined period, or at any timing after the second operation mode has been executed for a predetermined period. The second operation mode is ended at a predetermined timing, such as a timing based on the state of. Here, the termination of the second operation mode at a timing based on the state of the fuel cell system 100 will be described.

燃焼部29から排出されるセル燃焼排ガスの温度が停止用燃焼温度閾値よりも小さくなった場合、運転制御部71は第2運転モードの実行を停止する。なお、燃焼部29から排出されるセル燃焼排ガスの温度が停止用燃焼温度閾値よりも小さくなった場合とは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いた燃料電池セルAでの発電性能が向上し、燃焼部29での未燃ガスの燃焼が減り燃焼部29の温度が低下した場合である。この場合、運転制御部71は、シール部材80の破損が修復されて燃料ガス及び酸化剤ガス等の漏洩が抑制され、発電性能の低下が抑制されたとして、第2運転モードの実行を停止する。
なお、停止用燃焼温度閾値は、例えば、通常運転での燃焼部29におけるセル燃焼排ガスの温度に設定されている。
When the temperature of the cell combustion exhaust gas discharged from the combustion section 29 becomes lower than the combustion temperature threshold for stopping, the operation control section 71 stops execution of the second operation mode. Note that the case where the temperature of the cell combustion exhaust gas discharged from the combustion section 29 becomes lower than the combustion temperature threshold for shutdown means that the power generation performance of the fuel cell A using the fuel gas and the oxidizing gas is improved. This is a case where the combustion of unburned gas in the combustion section 29 is reduced and the temperature of the combustion section 29 is lowered. In this case, the operation control unit 71 stops execution of the second operation mode, assuming that the damage to the seal member 80 has been repaired, leakage of fuel gas, oxidizing gas, etc. is suppressed, and deterioration in power generation performance is suppressed. .
Note that the combustion temperature threshold for shutdown is set, for example, to the temperature of the cell combustion exhaust gas in the combustion section 29 during normal operation.

燃焼触媒部35から排出される触媒燃焼排ガスの温度が停止用触媒温度閾値よりも小さくなった場合、運転制御部71は第2運転モードの実行を停止する。なお、燃焼触媒部35から排出される触媒燃焼排ガスの温度が停止用触媒温度閾値よりも小さくなった場合とは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いた燃料電池セルAでの発電性能が向上し、燃焼触媒部35での未燃ガスの燃焼が減り温度が低下した場合である。この場合、運転制御部71は、シール部材80の破損が修復されて燃料ガス及び酸化剤ガス等の漏洩が抑制され、発電性能の低下が抑制されたとして、第2運転モードの実行を停止する。
なお、停止用触媒温度閾値は、例えば、通常運転での燃焼触媒部35における触媒燃焼排ガスの温度に設定されている。
When the temperature of the catalyst combustion exhaust gas discharged from the combustion catalyst section 35 becomes lower than the catalyst temperature threshold for stopping, the operation control section 71 stops execution of the second operation mode. Note that when the temperature of the catalyst combustion exhaust gas discharged from the combustion catalyst section 35 becomes lower than the catalyst temperature threshold for shutdown, the power generation performance of the fuel cell A using the fuel gas and the oxidant gas is improved. However, this is a case where the combustion of unburned gas in the combustion catalyst section 35 is reduced and the temperature is lowered. In this case, the operation control unit 71 stops execution of the second operation mode, assuming that the damage to the seal member 80 has been repaired, leakage of fuel gas, oxidizing gas, etc. is suppressed, and deterioration in power generation performance is suppressed. .
Note that the catalyst temperature threshold for stopping is set, for example, to the temperature of the catalyst combustion exhaust gas in the combustion catalyst section 35 during normal operation.

電圧検出部Vが検出した燃料電池セルAの発電電圧が停止用電圧閾値よりも大きくなった場合、運転制御部71は第2運転モードの実行を停止する。なお、電圧検出部Vが検出した発電電圧が停止用電圧閾値よりも大きくなった場合とは、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いた燃料電池セルでの発電性能が向上して発電電圧が上昇した場合である。この場合、運転制御部71は、シール部材80の破損が修復されて燃料ガス及び酸化剤ガス等の漏洩が抑制され、発電性能の低下が抑制されたとして、第2運転モードの実行を停止する。
なお、停止用電圧閾値は、例えば、通常運転での燃料電池セルAの発電電圧に設定されている。
When the generated voltage of the fuel cell A detected by the voltage detection unit V becomes larger than the voltage threshold for stopping, the operation control unit 71 stops execution of the second operation mode. Note that when the power generation voltage detected by the voltage detection unit V becomes larger than the voltage threshold for stopping, the power generation performance of the fuel cell using fuel gas and oxidizer gas improves, and the power generation voltage increases. This is the case. In this case, the operation control unit 71 stops execution of the second operation mode, assuming that the damage to the seal member 80 has been repaired, leakage of fuel gas, oxidizing gas, etc. is suppressed, and deterioration in power generation performance is suppressed. .
Note that the stop voltage threshold is set, for example, to the power generation voltage of the fuel cell A during normal operation.

〔実験例〕
図2~図5に示す円筒平板型の燃料電池モジュール23において、図6に示すようにシール部材80に破損部分85を形成した。第1部材81は、Si、Al等の成分を含むガラス材料で形成されている。
また、第2部材83は、B、Mg、Ca、Ba等の成分を含むガラスフリットA~Cを用いて形成されている。ガラスフリットA~Cの非晶質ガラス以外の組成は次の通りである。ガラスフリットA~Cそれぞれは、テルピネオールを分散媒としたペーストに生成され、第1部材81の上部に第2部材83として塗布されている。
ガラスフリットA:B6%、Mg12%、Al4%、Si6%、Ca3%、Zn10%、Ba19%
ガラスフリットB:B5%、Mg9%、Al3%、Si5%、Zn5%、Ba10%、La30%
ガラスフリットC:B5%、Mg12%、Al3%、Si5%、Ca5%、La33%
[Experiment example]
In the cylindrical and flat plate type fuel cell module 23 shown in FIGS. 2 to 5, a damaged portion 85 was formed in the seal member 80 as shown in FIG. The first member 81 is made of a glass material containing components such as Si and Al.
Further, the second member 83 is formed using glass frits A to C containing components such as B, Mg, Ca, and Ba. The compositions of glass frits A to C other than the amorphous glass are as follows. Each of the glass frits A to C is formed into a paste using terpineol as a dispersion medium, and is applied as a second member 83 on top of the first member 81.
Glass frit A: B6%, Mg12%, Al4%, Si6%, Ca3%, Zn10%, Ba19%
Glass frit B: B5%, Mg9%, Al3%, Si5%, Zn5%, Ba10%, La30%
Glass frit C: B5%, Mg12%, Al3%, Si5%, Ca5%, La33%

上記の組成の第1部材81及び第2部材83から形成されたシール部材80を燃料電池セルAとマニホールドMとの接合部分に塗布し、円筒平板型の燃料電池モジュール23を作成した。燃料電池セルAに燃料ガス及び酸化剤ガスを供給しつつ、790℃まで温度を上昇させて2時間運転を継続した。2時間運転前のシール部近傍のHeガスリーク濃度及び2時間運転後のシール部近傍のHeガスリーク濃度をそれぞれHeリークディテクターにて測定した。測定結果は以下の通りである。

Figure 0007423382000001
Tg:ガラス転移温度であり、ミクロな流動性が生じる温度
Ts:軟化点温度であり、マクロな流動性が出てくる温度
Tc:結晶化温度であり、ガラスの結晶化発熱が最大となる温度 The sealing member 80 formed from the first member 81 and the second member 83 having the above composition was applied to the joint portion between the fuel cell A and the manifold M, thereby creating a cylindrical flat plate type fuel cell module 23. While supplying fuel gas and oxidant gas to fuel cell A, the temperature was raised to 790° C. and operation was continued for 2 hours. The He gas leak concentration near the seal portion before the 2-hour operation and the He gas leak concentration near the seal portion after the 2-hour operation were measured using a He leak detector. The measurement results are as follows.
Figure 0007423382000001
Tg: Glass transition temperature, the temperature at which micro fluidity occurs Ts: Softening point temperature, the temperature at which macro fluidity appears Tc: Crystallization temperature, the temperature at which the heat of crystallization of the glass is maximum

上記の結果に示す通り、第2部材83にガラスフリットA~Cを用いて燃料電池セルAを790℃で運転した場合、いずれもHeガスのリーク量が運転前よりも運転後の方が減少している。一方、第2部材83を含まず第1部材81のみでシール部材80が形成されている場合には、運転前より運転後の方がリーク量が増加している。これは、第1部材81の破損部分85が修復されておらず、Heガスがリークしていることを意味する。
この結果から、シール部材80の破損部分85が、第2部材83が溶融して入りこむことによって修復されていることが分かる。
As shown in the above results, when fuel cell A is operated at 790°C using glass frits A to C for the second member 83, the amount of He gas leaked is smaller after operation than before operation. are doing. On the other hand, when the seal member 80 is formed only of the first member 81 without including the second member 83, the amount of leakage increases after operation than before operation. This means that the damaged portion 85 of the first member 81 has not been repaired and He gas is leaking.
From this result, it can be seen that the damaged portion 85 of the seal member 80 is repaired by the second member 83 melting and entering.

〔他の実施形態〕
なお上述の実施形態(他の実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
[Other embodiments]
Note that the configuration disclosed in the above embodiment (including other embodiments, the same applies hereinafter) can be applied in combination with the configuration disclosed in other embodiments, as long as there is no contradiction, and The embodiments disclosed in this specification are illustrative, and the embodiments of the present invention are not limited thereto, and can be modified as appropriate without departing from the purpose of the present invention.

(1)上記実施形態の図5等のシール部材80は、溶融する第2部材83が第1部材81の上方に配置されている。しかし、第1部材81と第2部材83との配置関係はこれに限定されない。図18に示すように、第1部材81が第2部材の上方に配置されても良いし、第1部材81と第2部材83とが左右方向に並ぶように配置されてもよい。また、第1部材81が第2部材83により挟持されるようにシール部材80が構成されてもよい。また、第2部材83により第1部材81の破損部分85を修復できればよく、第1部材81と第2部材83との間に別途の介在層が配置されていてもよい。
また、第2部材83は第1部材81の表面全体を覆っている必要はなく、第1部材81の表面の一部を覆っていてもよい。
(1) In the sealing member 80 of the above embodiment shown in FIG. 5 and the like, the second member 83 that melts is arranged above the first member 81. However, the arrangement relationship between the first member 81 and the second member 83 is not limited to this. As shown in FIG. 18, the first member 81 may be placed above the second member, or the first member 81 and the second member 83 may be placed side by side in the left-right direction. Further, the sealing member 80 may be configured such that the first member 81 is held between the second member 83. Further, it is sufficient that the second member 83 can repair the damaged portion 85 of the first member 81, and a separate intervening layer may be disposed between the first member 81 and the second member 83.
Further, the second member 83 does not need to cover the entire surface of the first member 81, and may cover a part of the surface of the first member 81.

(2)上記実施形態では、運転制御部71が、通常の運転温度よりも高温の運転温度において燃料電池セルAを運転することで、シール部材80を第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満としてシール部材80を修復している。しかし、シール部材80を第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満に加熱できればよく、シール部材80の修復にあたって燃料電池セルAの運転状態を変更する必要はない。例えば、図19に示すように、燃料電池発電装置1の収納容器40内にヒータ(加熱部)75を配置し、ヒータ75によりシール部材80を加熱してもよい。この場合、加熱部制御部73は、上述したのと同様に任意のタイミング、定期的なタイミング、燃料ガス等の漏洩が検出されたタイミングでヒータ75を加熱し、第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満でシール部材80を加熱するように制御する。 (2) In the above embodiment, the operation control unit 71 operates the fuel cell A at an operating temperature higher than the normal operating temperature, so that the sealing member 80 is heated to a temperature higher than the second softening point temperature and a first softening point temperature. The seal member 80 has been repaired as being less than 100%. However, it is only necessary to heat the seal member 80 to a temperature higher than or equal to the second softening point temperature and lower than the first softening point temperature, and there is no need to change the operating state of the fuel cell A when repairing the seal member 80. For example, as shown in FIG. 19, a heater (heating section) 75 may be disposed inside the storage container 40 of the fuel cell power generation device 1, and the seal member 80 may be heated by the heater 75. In this case, the heating section control section 73 heats the heater 75 at an arbitrary timing, at a regular timing, or at a timing when leakage of fuel gas or the like is detected, as described above, and heats the heater 75 at a temperature higher than the second softening point temperature or at a first temperature. The sealing member 80 is controlled to be heated below its softening point temperature.

(3)上記実施形態では、溶融した第2部材83が第1部材81の破損部分85に入り込む方法の一例として、第1部材81の上方に配置され流動状態となった第2部材83が重力により第1部材81の破損部分85に入りこむ態様を説明した。しかし、流動状態の第2部材83が第1部材81の破損部分85に入り込む態様としては、破損部分85側からの圧力の吸引力による場合もあり得る。その他の入り込む態様として、毛細管現象等も挙げられる。 (3) In the above embodiment, as an example of a method for the molten second member 83 to enter the damaged portion 85 of the first member 81, the second member 83 placed above the first member 81 and in a fluid state The manner in which it enters the damaged portion 85 of the first member 81 has been explained. However, the second member 83 in a fluid state may enter the damaged portion 85 of the first member 81 due to the suction force of pressure from the damaged portion 85 side. Other modes of penetration include capillary action and the like.

(4)上記実施形態では、第1運転モードにおける通常の運転温度を700~750℃とし、第2運転モードにおける運転温度を780~900℃とした。そして、第2部材83の第2軟化点温度を700℃以上とし、第1部材81の第1軟化点温度を900℃以上とした。しかし、第2運転モードにおけるシール部材80のシール温度が、通常の運転温度におけるシール部材80のシール温度以上であり、かつ、第2軟化点温度以上第1軟化点温度未満との条件を満たすのであれば、通常の運転温度、第2運転モードにおける運転温度、第1軟化点温度、第2軟化点温度はこれに限定されない。 (4) In the above embodiment, the normal operating temperature in the first operating mode was 700 to 750°C, and the operating temperature in the second operating mode was 780 to 900°C. The second softening point temperature of the second member 83 was set to 700°C or higher, and the first softening point temperature of the first member 81 was set to 900°C or higher. However, since the sealing temperature of the sealing member 80 in the second operation mode is equal to or higher than the sealing temperature of the sealing member 80 at the normal operating temperature, and satisfies the condition that the sealing temperature is equal to or higher than the second softening point temperature and lower than the first softening point temperature. If so, the normal operating temperature, the operating temperature in the second operating mode, the first softening point temperature, and the second softening point temperature are not limited to these.

23 :燃料電池モジュール
71 :運転制御部
73 :加熱部制御部
75 :ヒータ
80 :シール部材
81 :第1部材
83 :第2部材
85 :破損部分
100 :燃料電池システム
A :燃料電池セル
M :マニホールド
23: Fuel cell module 71: Operation control section 73: Heating section control section 75: Heater 80: Seal member 81: First member 83: Second member 85: Damaged part 100: Fuel cell system A: Fuel cell M: Manifold

Claims (16)

燃料電池セルを有する燃料電池モジュールの構成部材どうしを接合する接合部分に適用されるシール部材であって、
前記燃料電池セルの通常の運転温度より高温の運転温度において溶融し、第1軟化点温度を有する材料からなる第1部材と、
前記燃料電池セルの前記通常の運転温度より高温の運転温度において溶融し、かつ、前記第1部材の前記第1軟化点温度より低い第2軟化点温度を有する材料からなる第2部材とを含
前記第1部材及び前記第2部材の材料は等方性材料である、シール部材。
A sealing member applied to a joint portion that joins constituent members of a fuel cell module having fuel cell cells,
a first member made of a material that melts at an operating temperature higher than the normal operating temperature of the fuel cell and has a first softening point temperature;
a second member made of a material that melts at an operating temperature higher than the normal operating temperature of the fuel cell and has a second softening point temperature lower than the first softening point temperature of the first member. fruit ,
A sealing member , wherein the first member and the second member are made of an isotropic material .
前記第1部材と前記第2部材とは互いに隣接している、請求項に記載のシール部材。 The seal member according to claim 1 , wherein the first member and the second member are adjacent to each other. 前記第2部材は、前記第1部材の上方に配置されている、請求項に記載のシール部材。 The seal member according to claim 2, wherein the second member is located above the first member. 前記第2部材は前記第1部材の表面を覆うように配置されている、請求項2又は3に記載のシール部材。 The seal member according to claim 2 or 3 , wherein the second member is arranged to cover a surface of the first member. 前記第1軟化点温度及び前記第2軟化点温度は前記通常の運転時のシール部材の温度よりも30℃以上高い、請求項1~4のいずれか1項に記載のシール部材。 The seal member according to claim 1, wherein the first softening point temperature and the second softening point temperature are 30° C. or more higher than the temperature of the seal member during normal operation. 前記第1軟化点温度は前記第2軟化点温度よりも60℃以上高い、請求項1~5のいずれか1項に記載のシール部材。 The seal member according to any one of claims 1 to 5 , wherein the first softening point temperature is 60° C. or more higher than the second softening point temperature. 燃料ガスが通流する燃料ガス通路を有する複数の燃料電池セルと、
前記複数の燃料電池セルの一端が挿入されることで前記燃料ガス通路と連通され、前記燃料ガスを前記燃料ガス通路に供給するマニホールドと、
前記燃料電池セルの一端と前記マニホールドとの接合部分に適用されているシール部材とを備え
前記シール部材は、前記燃料電池セルの通常の運転温度より高温の運転温度において溶融し、第1軟化点温度を有する材料からなる第1部材と、前記燃料電池セルの前記通常の運転温度より高温の運転温度において溶融し、かつ、前記第1部材の前記第1軟化点温度より低い第2軟化点温度を有する材料からなる第2部材とを含む、燃料電池システム。
a plurality of fuel cells each having a fuel gas passage through which fuel gas flows;
a manifold that communicates with the fuel gas passage by inserting one end of the plurality of fuel cells and supplies the fuel gas to the fuel gas passage;
a sealing member applied to a joint between one end of the fuel cell and the manifold ,
The sealing member includes a first member made of a material that melts at an operating temperature higher than the normal operating temperature of the fuel cell and has a first softening point temperature; a second member made of a material that melts at an operating temperature of and has a second softening point temperature lower than the first softening point temperature of the first member .
通常の運転温度で前記燃料電池セルを運転するように制御する第1運転モードを実行可能であり、前記燃料電池セルの前記通常の運転温度より高温の運転温度であり、かつ、前記第2軟化点温度以上前記第1軟化点温度未満で前記シール部材を加熱可能に前記燃料電池セルを運転するように制御する第2運転モードを実行する運転制御部を備える、請求項に記載の燃料電池システム。 A first operating mode is executable in which the fuel cell is controlled to be operated at a normal operating temperature, the operating temperature is higher than the normal operating temperature of the fuel cell, and the second softening mode is The fuel cell according to claim 7 , further comprising an operation control unit that executes a second operation mode that controls the fuel cell to operate so as to heat the seal member at a temperature higher than or equal to the first softening point temperature. system. 前記第1部材及び前記第2部材の材料は等方性材料である、請求項7又は8に記載の燃料電池システム The fuel cell system according to claim 7 or 8, wherein the first member and the second member are made of isotropic material . 前記第1部材と前記第2部材とは互いに隣接している、請求項7~9のいずれか1項に記載の燃料電池システム。The fuel cell system according to claim 7, wherein the first member and the second member are adjacent to each other. 前記第2部材は、前記第1部材の上方に配置されている、請求項10に記載の燃料電池システム。The fuel cell system according to claim 10, wherein the second member is located above the first member. 前記第2部材は前記第1部材の表面を覆うように配置されている、請求項10又は11に記載の燃料電池システム。The fuel cell system according to claim 10 or 11, wherein the second member is arranged to cover a surface of the first member. 前記第1軟化点温度及び前記第2軟化点温度は前記通常の運転時のシール部材の温度よりも30℃以上高い、請求項7~12のいずれか1項に記載の燃料電池システム。13. The fuel cell system according to claim 7, wherein the first softening point temperature and the second softening point temperature are 30° C. or more higher than the temperature of the seal member during normal operation. 前記第1軟化点温度は前記第2軟化点温度よりも60℃以上高い、請求項7~13のいずれか1項に記載の燃料電池システム。The fuel cell system according to any one of claims 7 to 13, wherein the first softening point temperature is 60° C. or more higher than the second softening point temperature. 燃料電池セルを有し、構成部材どうしを接合する接合部分に適用される請求項1~のいずれか1項に記載のシール部材で前記構成部材どうしが接合されている燃料電池モジュールと、前記燃料電池セルの運転を制御する運転制御部とを備える燃料電池システムにおける前記シール部材の修復方法であって、
前記運転制御部は、通常の運転温度で前記燃料電池セルを運転するように制御する第1運転モードと、前記燃料電池セルの前記通常の運転温度より高温の運転温度であり、前記第2軟化点温度以上前記第1軟化点温度未満で前記シール部材を加熱可能に前記燃料電池セルを運転する第2運転モードとを実行可能である、シール部材の修復方法。
A fuel cell module having a fuel cell and in which the constituent members are joined together by the sealing member according to any one of claims 1 to 6 , which is applied to a joint portion where the constituent members are joined together; A method for repairing the seal member in a fuel cell system comprising an operation control unit that controls operation of a fuel cell,
The operation control unit is configured to control a first operation mode to operate the fuel cell at a normal operating temperature, and a second operation mode in which the operating temperature is higher than the normal operating temperature of the fuel cell. A method for repairing a sealing member, which is capable of carrying out a second operation mode in which the fuel cell is operated so as to be able to heat the sealing member at a temperature higher than the point temperature and lower than the first softening point temperature.
燃料電池セルを有し、構成部材どうしを接合する接合部分に適用される請求項1~のいずれか1項に記載のシール部材で前記構成部材どうしが接合されている燃料電池モジュールと、加熱部と、前記加熱部を制御する加熱部制御部とを備える燃料電池システムにおけるシール部材の修復方法であって、
前記加熱部制御部は、前記第2軟化点温度以上前記第1軟化点温度未満で前記シール部材を加熱するように前記加熱部を制御する、シール部材の修復方法。
A fuel cell module having a fuel cell and in which the constituent members are joined by the sealing member according to any one of claims 1 to 6 , which is applied to a joint portion where the constituent members are joined together; A method for repairing a seal member in a fuel cell system comprising: a heating section; and a heating section control section for controlling the heating section.
The heating unit control unit controls the heating unit to heat the sealing member at a temperature higher than or equal to the second softening point temperature and lower than the first softening point temperature.
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