JPH1167254A - Fuel cell power plant and start / stop operation method thereof - Google Patents
Fuel cell power plant and start / stop operation method thereofInfo
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- JPH1167254A JPH1167254A JP9225068A JP22506897A JPH1167254A JP H1167254 A JPH1167254 A JP H1167254A JP 9225068 A JP9225068 A JP 9225068A JP 22506897 A JP22506897 A JP 22506897A JP H1167254 A JPH1167254 A JP H1167254A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 起動操作時や停止操作時における触媒の劣化
を防止して、電池特性を低下させることなく安定に維持
することが可能な、優れた燃料電池発電プラントおよび
その起動・停止操作方法を提供する。
【解決手段】 アノード2とカソード3との間には、イ
ンバータ開閉器18およびダミー抵抗開閉器19を介し
てそれぞれ接続されたインバータ16とダミー抵抗17
に加えて、電圧検出器20が並列に接続される。インバ
ータ16の交流出力ラインには、所内電力系統21と外
部負荷系統22ラインとが並列に接続されており、それ
ぞれ、所内電力系統開閉器23および外部負荷系統開閉
器24を介して開閉可能に接続される。燃料電池本体1
には、その積層単セルにおけるホットスポットに、温度
を測定する温度センサ25が配置される。電池冷却水系
統4、各種の弁および開閉器は、制御装置26によって
制御される。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an excellent fuel cell power plant capable of preventing deterioration of a catalyst at the time of a start operation or a stop operation and stably maintaining the cell characteristics without deteriorating the cell characteristics, and a start thereof.・ Provide a stop operation method. SOLUTION: An inverter 16 and a dummy resistor 17 are connected between an anode 2 and a cathode 3 via an inverter switch 18 and a dummy resistor switch 19, respectively.
In addition, a voltage detector 20 is connected in parallel. An in-house power system 21 and an external load system 22 line are connected in parallel to the AC output line of the inverter 16, and are connected to be openable and closable via an in-house power system switch 23 and an external load system switch 24, respectively. Is done. Fuel cell body 1
Is provided with a temperature sensor 25 for measuring a temperature at a hot spot in the laminated single cell. The battery cooling water system 4, various valves and switches are controlled by the control device 26.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の起動停
止操作における電池本体昇降温制御と起動および停止タ
イミングに改良を施した燃料電池発電プラントおよびそ
の起動・停止操作方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell power plant having improved temperature control for raising and lowering the temperature of a fuel cell and starting and stopping timings in a starting and stopping operation of a fuel cell, and a method for starting and stopping the fuel cell power plant.
【0002】[0002]
【従来の技術】燃料電池は、天然ガスを改質して得られ
る水素と、空気中の酸素とを電気化学的に反応させて直
接発電する発電装置であり、小規模でも発電効率および
総合エネルギー効率が高く、環境調和性に優れていると
いう特徴を有する。かかる燃料電池は、電解質とこれを
挟持する電極のアノードおよびカソードからなる単位電
池を複数積層することによって構成されているが、中で
も現在最も開発が進んでいるのは、電解質としてリン酸
を使用したリン酸型燃料電池である。2. Description of the Related Art A fuel cell is a power generation apparatus that directly generates power by electrochemically reacting hydrogen obtained by reforming natural gas with oxygen in the air. It is characterized by high efficiency and excellent environmental harmony. Such a fuel cell is constituted by laminating a plurality of unit cells each composed of an electrolyte and an anode and a cathode of an electrode sandwiching the electrolyte, and among them, phosphoric acid is used as the electrolyte. This is a phosphoric acid fuel cell.
【0003】このようなリン酸型燃料電池を使用した燃
料電池発電プラントの一例を、図7に従って以下に説明
する。まず、燃料電池本体1の単位電池は、その背面に
水素H2 等の燃料が接触するアノード2と、その背面に
酸素O2 等の酸化剤が接触するカソード3とが、リン酸
を含浸した保持体であるマトリックス(図示せず)を挟
んでその両側に配置されることによって構成されてい
る。電極であるアノード2およびカソード3は、多孔質
炭素板の片面に白金等の触媒を塗布することにより作成
されている。[0003] An example of a fuel cell power plant using such a phosphoric acid type fuel cell will be described below with reference to FIG. First, the unit cell of the fuel cell body 1, an anode 2 of contact fuel such as hydrogen H 2 on the back, and a cathode 3 which oxidizing agents such as oxygen O 2 is in contact with the back surface was impregnated with phosphoric acid It is configured by being arranged on both sides of a matrix (not shown) as a holding body. The anode 2 and the cathode 3, which are electrodes, are prepared by applying a catalyst such as platinum to one surface of a porous carbon plate.
【0004】この場合、図中では一対のアノード2とカ
ソード3のみが模式的に示されているが、実際には、こ
のようなアノード2とカソード3からなる単位電池がガ
ス分離板であるセパレータを介して交互に複数個積層さ
れることによって、燃料電池本体1が構成されている。
また、アノード2とセパレータとの間およびカソードと
セパレータとの間には、前述したような燃料や酸化剤を
流すためのガス流通用溝が形成されている。なお、かか
る燃料電池本体の温度は、冷却水を供給する電池冷却水
系統4によって所定値に制御される構成になっている。[0004] In this case, only a pair of anodes 2 and cathodes 3 are schematically shown in the figure, but in practice, a unit cell comprising such anodes 2 and cathodes 3 is a separator which is a gas separation plate. The fuel cell main body 1 is formed by alternately stacking a plurality of fuel cell units 1 through.
Further, between the anode 2 and the separator and between the cathode and the separator, gas flow grooves for flowing the fuel and the oxidant as described above are formed. The temperature of the fuel cell body is controlled to a predetermined value by a battery cooling water system 4 that supplies cooling water.
【0005】この燃料電池本体1におけるアノード2へ
の燃料供給経路には、燃料改質装置5が接続されてい
る。燃料改質装置5は、改質触媒を備え、この改質触媒
に炭化水素を含む天然ガスを流通させて改質反応により
水素リッチガスに改質する装置であり、加温用の改質器
バーナ6を有すると共に、燃料供給遮断弁7を介して天
然ガスを供給される構成となっている。また、燃料供給
遮断弁7と燃料改質装置5との間の天然ガス供給経路に
は、水蒸気を供給する水蒸気供給経路8が接続されると
共に、窒素N2 を供給するアノードN2 供給系統9が接
続されている。このアノードN2 供給系統9には、アノ
ードN2 供給弁10が設けられている。A fuel reformer 5 is connected to a fuel supply path to the anode 2 in the fuel cell main body 1. The fuel reforming device 5 is provided with a reforming catalyst, and a natural gas containing hydrocarbons is passed through the reforming catalyst to reform the gas into a hydrogen-rich gas by a reforming reaction. 6 and a configuration in which natural gas is supplied via a fuel supply cutoff valve 7. A steam supply path 8 for supplying steam is connected to a natural gas supply path between the fuel supply cutoff valve 7 and the fuel reformer 5, and an anode N 2 supply system 9 for supplying nitrogen N 2. Is connected. The anode N 2 supply system 9 is provided with an anode N 2 supply valve 10.
【0006】一方、カソード3への酸化剤供給系統に
は、空気供給遮断弁11を介してブロワ12が接続され
ている。ここで、空気供給遮断弁11とカソード3との
間の空気供給経路には、窒素N2 を供給するためのカソ
ードN2 供給系統13が接続されている。このカソード
N2 供給系統13には、カソードN2 供給弁14が設け
られている。On the other hand, a blower 12 is connected to an oxidant supply system to the cathode 3 via an air supply cutoff valve 11. Here, a cathode N 2 supply system 13 for supplying nitrogen N 2 is connected to an air supply path between the air supply cutoff valve 11 and the cathode 3. The cathode N 2 supply system 13 is provided with a cathode N 2 supply valve 14.
【0007】また、燃料電池本体1におけるアノード2
およびカソード3のガス排気経路15は、改質器バーナ
6に接続されている。さらに、この燃料電池発電プラン
トでは、両電極間に、インバータ16およびダミー抵抗
17が並列に接続されており、それぞれ、インバータ開
閉器18およびダミー抵抗開閉器19を介して開閉可能
に接続されている。The anode 2 in the fuel cell body 1
The gas exhaust path 15 of the cathode 3 is connected to the reformer burner 6. Further, in this fuel cell power plant, an inverter 16 and a dummy resistor 17 are connected in parallel between both electrodes, and are connected to be openable and closable via an inverter switch 18 and a dummy resistor switch 19, respectively. .
【0008】以上のようなリン酸型燃料電池の発電プラ
ントの作用は以下の通りである。まず、燃料電池本体1
は、その内部で化学反応、電気化学反応を行う部分があ
るので、起動する前にそのような反応部分の温度を昇温
して反応の許容温度範囲にすることが必要となる。この
昇温作業は、燃料電池本体の温度制御を行う電池冷却水
系統の冷却水温度を上昇することによって実施される。The operation of the above-described power plant of the phosphoric acid type fuel cell is as follows. First, the fuel cell body 1
Since there is a part in which a chemical reaction and an electrochemical reaction are performed, it is necessary to raise the temperature of such a reaction part to an allowable temperature range for the reaction before starting. This temperature raising operation is performed by raising the cooling water temperature of the battery cooling water system that controls the temperature of the fuel cell body.
【0009】次に、燃料改質装置5に天然ガスと水蒸気
との混合ガスが供給され、水蒸気改質反応によって、H
2 リッチガスが生成される。このH2 リッチガスは、ア
ノード2に供給される。一方、カソード3には、ブロワ
12によって圧縮された空気が供給される。そして、こ
のようにアノード2に供給されたH2 リッチガスとカソ
ード3に供給された圧縮空気とが電気化学的に反応し
て、空気、水、および熱が生成される。アノード2およ
びカソード3から排出されるガスは、ガス排気経路15
を介して改質器バーナ6に供給され、燃焼後、大気中に
放出される。Next, a mixed gas of natural gas and steam is supplied to the fuel reformer 5, and H 2 is produced by a steam reforming reaction.
2 Rich gas is generated. This H 2 rich gas is supplied to the anode 2. On the other hand, air compressed by the blower 12 is supplied to the cathode 3. Then, the H 2 -rich gas supplied to the anode 2 and the compressed air supplied to the cathode 3 react electrochemically to generate air, water, and heat. The gas discharged from the anode 2 and the cathode 3 is supplied to the gas exhaust path 15
And is supplied to the reformer burner 6 via a combustion chamber, and is discharged into the atmosphere after combustion.
【0010】また、発電停止操作においては、発電運転
中に供給されたアノード2のH2 リッチガスおよびカソ
ード3の空気がそれぞれ残留しているため、不活性ガス
である窒素N2 を供給することにより、残留H2 リッチ
ガスおよび残留空気を追い出すパージ操作が行われる。
すなわち、発電停止指令に従って、燃料供給遮断弁7と
空気供給遮断弁11を閉じて、アノード側へのH2 リッ
チガスおよびカソード側への空気の供給を遮断する。こ
れと同時に、アノードN2 供給弁10およびカソード供
給弁14を開き、アノードおよびカソード3に窒素N2
を供給する。すると、アノード2およびカソード3に残
留していたH2 リッチガスおよび空気が窒素N2 によっ
て追い出される。In the power generation stop operation, since the H 2 rich gas of the anode 2 and the air of the cathode 3 supplied during the power generation operation remain, respectively, the nitrogen N 2 which is an inert gas is supplied. , purge operation to drive out residual H 2 rich gas and residual air are performed.
That is, in accordance with the power generation stop command, the fuel supply cutoff valve 7 and the air supply cutoff valve 11 are closed to cut off the supply of the H 2 rich gas to the anode side and the supply of air to the cathode side. At the same time, the anode N 2 supply valve 10 and the cathode supply valve 14 are opened, and nitrogen N 2
Supply. Then, the H 2 rich gas and air remaining on the anode 2 and the cathode 3 are expelled by the nitrogen N 2 .
【0011】ところで、以上のようなリン酸型燃料電池
においては、高温状態で単位電池あたりの電池電圧が
0.8V以上に維持されると、電極表面の貴金属触媒が
溶出あるいは粗大化して活性面積が減少するシンタリン
グ現象が発生することが知られており、このようなシン
タリング現象は、電池特性を低下させる。また、単位電
池あたりの電池電圧が0V以下となる転極現象が生じた
場合には、電池材料の分解が生じ、電池に大きな損傷を
与える。このため、発電中ばかりではなく、起動・停止
操作中においても電池電圧の管理が必要になる。In the above-described phosphoric acid type fuel cell, when the battery voltage per unit cell is maintained at 0.8 V or more in a high temperature state, the noble metal catalyst on the electrode surface is eluted or coarsened and the active area is increased. It is known that a sintering phenomenon occurs in which the sintering phenomenon decreases, and such a sintering phenomenon deteriorates battery characteristics. In addition, when a reversal phenomenon occurs in which the battery voltage per unit battery becomes 0 V or less, the battery material is decomposed, and the battery is seriously damaged. For this reason, it is necessary to manage the battery voltage not only during power generation but also during a start / stop operation.
【0012】さらに、起動・停止操作中、特に停止操作
においては、上述の残留H2 リッチガスおよび空気のパ
ージが行われると共に、電池電圧抑制制御が施される。
すなわち、インバータ16は、発電停止指令に従ってA
C出力を低減させ、インバータ16の運転不可能になる
微小出力にまで低減したところで、インバータ開閉器1
8およびダミー抵抗開閉器19を切り替えて、ダミー抵
抗17を投入する。Further, during the start / stop operation, particularly during the stop operation, the above-described purge of the residual H 2 rich gas and air is performed, and the battery voltage suppression control is performed.
That is, the inverter 16 responds to the A
When the C output is reduced to a very small output at which the operation of the inverter 16 becomes inoperable, the inverter switch 1
8 and the dummy resistor switch 19 are switched, and the dummy resistor 17 is turned on.
【0013】ダミー抵抗17は、任意電圧、例えば0.
8V/セル以上で投入され、0.5V/セル以下で開放
されるように制御される。このダミー抵抗17とアノー
ド2およびカソード3に対する窒素N2 パージ操作によ
り電池電圧は抑制され、停止中の電池電圧の管理は完了
する。The dummy resistor 17 has an arbitrary voltage, for example, 0.
It is controlled so that it is turned on at 8 V / cell or more and opened at 0.5 V / cell or less. The battery voltage is suppressed by the dummy resistor 17 and the nitrogen N 2 purge operation for the anode 2 and the cathode 3, and the management of the battery voltage during stoppage is completed.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ようなリン酸型燃料電池発電プラントにおいては、その
停止操作および起動操作時に触媒が劣化して電池特性が
低下するという問題点がある。この点について次に説明
する。However, in the above-described phosphoric acid fuel cell power plant, there is a problem that the catalyst is deteriorated during the stop operation and the start operation, and the battery characteristics are deteriorated. This will be described below.
【0015】まず、リン酸型燃料電池発電プラントの停
止操作においては、発電運転中に供給されたアノード2
のH2 リッチガスおよびカソード3の空気を不活性ガス
を供給してガス置換する場合に、置換の遅れ時間が単セ
ル間で異なり、また一つの単セルでもその主面中の位置
によって異なる。そのために、置換遅れの小さい単セル
または単セル中のそのような部分では単セル電圧が速や
かに低下するのに対して、置換遅れの大きい単セルまた
は単セル中のそのような部分では、残留反応ガスである
H2 リッチガスおよび空気の電気化学エネルギーが、ダ
ミー抵抗17に吸収されるのに時間がかかるため、単セ
ル電圧の低下にも時間がかかる。すなわち、置換遅れの
大きい単セルまたは単セル中のそのような部分では、リ
ッチガスおよび空気の電気化学エネルギーがダミー抵抗
17に吸収されるまでの間中、高い発生電位、例えば、
0.8V以上にさらされることになる。First, in the shutdown operation of the phosphoric acid fuel cell power generation plant, the anode 2 supplied during the power generation operation is supplied.
When the H 2 -rich gas and the air of the cathode 3 are gas-replaced by supplying an inert gas, the delay time of the replacement differs between the single cells, and even a single cell differs depending on the position on the main surface. As a result, the single cell voltage decreases rapidly in a single cell or a single cell having a small replacement delay, whereas the residual voltage remains low in a single cell or a single cell having a large replacement delay. Since it takes time for the dummy resistor 17 to absorb the electrochemical energy of the H 2 -rich gas and the air as the reaction gas, it takes time to lower the single cell voltage. That is, in a single cell or a portion of the single cell having a large replacement delay, a high generated potential, for example, until the electrochemical energy of rich gas and air is absorbed by the dummy resistor 17,
It will be exposed to 0.8V or more.
【0016】この場合、従来の停止方法においては、作
動温度200℃付近で運転中の電流を遮断すると同時に
ガス置換を実施しているので、置換遅れの大きい単セル
の電極触媒層は、作動温度に近い高温(200℃付近)
と高電位(0.8V/セル以上)にさらされることにな
る。In this case, in the conventional shut-down method, the current during operation is cut off at an operating temperature of around 200 ° C., and gas replacement is performed at the same time. High temperature near 200 ℃ (around 200 ℃)
And a high potential (0.8 V / cell or more).
【0017】電極触媒層がこのように、高温かつ高電位
にさらされると、前述したように、貴金属触媒が溶出あ
るいは粗大化するいわゆるシンタリング現象が発生する
ため、電極触媒の有効反応面積が運転停止のたびに徐々
に減少して、電極触媒の劣化が促進されてしまう。その
結果、発電運転時の出力特性である電圧−電流特性の低
下が促進され、燃料電池の寿命に悪影響を及ぼすという
事態が発生する。またダミー抵抗17は積層燃料電池を
マクロに見て抵抗値が決められているので、局部的に残
留する単セル電圧の上昇を抑制するに至らない場合が多
い。When the electrode catalyst layer is exposed to such a high temperature and a high potential, a so-called sintering phenomenon occurs in which the noble metal catalyst is eluted or coarsened as described above. It gradually decreases with each stop, and the deterioration of the electrode catalyst is accelerated. As a result, a decrease in the voltage-current characteristics, which is an output characteristic during the power generation operation, is promoted, which may adversely affect the life of the fuel cell. Further, since the resistance value of the dummy resistor 17 is determined by looking at the stacked fuel cell macro, the rise of the locally remaining single cell voltage is often not suppressed.
【0018】一方、リン酸型燃料電池プラントの起動操
作においては、燃料電池停止後の保管中に、ガス排気経
路15を介して、大気中のO2 がアノード2およびカソ
ード3内へ拡散侵入し、アノード2およびカソード3の
触媒に吸着することにより、例えば、0.8V以上とい
った所定値以上の高い電位に維持されることになる。On the other hand, in the start-up operation of the phosphoric acid type fuel cell plant, during storage after the fuel cell is stopped, O 2 in the atmosphere diffuses into the anode 2 and the cathode 3 through the gas exhaust passage 15. By being adsorbed on the catalysts of the anode 2 and the cathode 3, the potential is maintained at a high value equal to or higher than a predetermined value, for example, 0.8 V or higher.
【0019】この状態で起動操作に伴う昇温が行われれ
ば、高温状態で高電位(>0.8V/セル)が維持され
るため、触媒のシンタリング現象が進行し、触媒活性面
積減少により電池特性の低下につながる。この場合、起
動操作中にアノード2およびカソード3に、ほぼ同程度
のO2 濃度が滞留しているため、アノード2およびカソ
ード3は同様の高電位に保持される。また、両者の電位
差である電池電圧は、所定の電圧値を見掛け上満足して
いるので、電圧抑制操作であるダミー抵抗17投入制御
は実施されない。In this state, if the temperature rise accompanying the start-up operation is performed, the high potential (> 0.8 V / cell) is maintained in the high temperature state, so that the sintering phenomenon of the catalyst proceeds, and the catalyst active area decreases. This leads to deterioration of battery characteristics. In this case, since approximately the same O 2 concentration remains in the anode 2 and the cathode 3 during the start-up operation, the anode 2 and the cathode 3 are kept at the same high potential. Since the battery voltage, which is the potential difference between the two, apparently satisfies a predetermined voltage value, the dummy resistor 17 turning-on control, which is a voltage suppression operation, is not performed.
【0020】一方、発明者らの実験によれば、図8に示
すように、起動停止操作中の電極電位が0.3Vから
0.8Vの範囲を外れると、その起動停止操作に伴い電
池電圧が下がり、燃料電池の性能が低下するという結果
が得られている。これより、起動停止操作中も電極電池
は0.3Vを下限電位とし、O.8Vを上限電位とし
て、その間を電極電位の許容範囲としている。しかしな
がら、前述したように不活性ガス置換の時間遅れに伴い
ミクロ的に見た場合、現在のガス置換方法と燃料電池本
体全体の電圧を感知してダミー抵抗を投入/開放するマ
クロ的制御によって、単セルまたは局部的に上限電位だ
けでなく下限電位をも満足することは極めて困難であ
る。On the other hand, according to the experiments conducted by the inventors, as shown in FIG. 8, when the electrode potential during the start / stop operation is out of the range of 0.3 V to 0.8 V, the battery voltage is increased with the start / stop operation. And the performance of the fuel cell is reduced. Thus, the lower limit potential of the electrode battery is 0.3 V even during the start / stop operation, and the O.D. The upper limit potential is set at 8 V, and the range between the upper limit potential is set as the allowable range of the electrode potential. However, as described above, when viewed microscopically with the time delay of the inert gas replacement, the current gas replacement method and the macroscopic control of sensing / applying the dummy resistor by sensing the voltage of the entire fuel cell body, It is extremely difficult to satisfy not only the upper limit potential but also the lower limit potential in a single cell or locally.
【0021】さらに、起動停止時の昇温および降温操作
において、その温度変化が早い場合には、燃料電池本体
内のリン酸体積が急変することにより、多孔質体からな
る燃料電池積層部材からのリン酸の漏洩、または部材間
におけるリン酸移動等により、電池本体設計で決められ
た燃料電池積層部材間のリン酸保持バランスを崩してし
まい、電池寿命に悪影響を及ぼす現象も懸念されてい
る。Further, if the temperature changes rapidly during the temperature raising and cooling operations at the time of starting and stopping, the volume of phosphoric acid in the fuel cell main body changes suddenly, so that the fuel cell stack member made of a porous material is not used. There is also a concern that the leakage of phosphoric acid, the movement of phosphoric acid between members, and the like may break the balance of phosphoric acid retention between the fuel cell stacked members determined by the design of the battery body, and adversely affect the battery life.
【0022】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
起動操作時や停止操作時における触媒の劣化を防止し
て、電池特性を低下させることなく安定に維持すること
が可能な、優れた燃料電池発電プラントおよびその起動
・停止操作方法を提供することである。The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art.
By providing an excellent fuel cell power plant and its start / stop operation method, which can prevent deterioration of the catalyst at the time of start operation or stop operation and can stably maintain without deteriorating the cell characteristics. is there.
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1記載の発明は、燃料極および酸化剤極か
らなる単位電池を複数積層してなる燃料電池本体と、こ
の燃料電池本体に燃料および酸化剤をそれぞれ供給する
燃料改質装置および酸化剤供給装置と、燃料電池本体の
温度を制御する電池冷却系統と、燃料電池本体の出力端
に接続される直交変換装置と、この直交変換装置と外部
負荷系統を接続する外部負荷系統開閉器を備えた燃料電
池発電プラントの起動・停止操作方法において、燃料電
池発電プラントの起動操作時と停止操作時のいずれか一
方の操作時に、アイドルモード運転を実施するステップ
を備えたことを特徴としている。ここで、アイドルモー
ド運転は、前記外部負荷系統開閉器を開状態とする一方
で燃料電池発電プラントの所内電力系統だけに前記燃料
電池本体の出力を供給することで、所内電力系統だけの
負荷に相当する最低負荷で運転するものである。In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is directed to a fuel cell body comprising a plurality of unit cells each comprising a fuel electrode and an oxidant electrode, and a fuel cell body comprising: A fuel reforming device and an oxidizing agent supplying device for supplying fuel and an oxidizing agent to the main body, a battery cooling system for controlling the temperature of the fuel cell main body, an orthogonal transformation device connected to an output end of the fuel cell main body, In a start / stop operation method of a fuel cell power plant including an external load system switch that connects an orthogonal transformation device and an external load system, at the time of either one of a start operation and a stop operation of the fuel cell power plant, The method includes a step of performing an idle mode operation. Here, in the idle mode operation, the output of the fuel cell main body is supplied only to the in-house power system of the fuel cell power plant while the external load system switch is opened, so that the load of only the in-house power system is applied. It operates at the corresponding minimum load.
【0024】また、請求項11記載の発明は、燃料極お
よび酸化剤極からなる単位電池を複数積層してなる燃料
電池本体と、この燃料電池本体に燃料および酸化剤をそ
れぞれ供給する燃料改質装置および酸化剤供給装置と、
燃料電池本体の温度を制御する電池冷却系統と、燃料電
池本体の出力端に接続される直交変換装置と、この直交
変換装置と外部負荷系統を接続する外部負荷系統開閉器
を備えた燃料電池発電プラントにおいて、請求項1記載
の方法を実施するための制御手段を備えたことを特徴と
する燃料電池発電プラントである。[0024] According to the eleventh aspect of the present invention, there is provided a fuel cell main body comprising a plurality of unit cells each comprising a fuel electrode and an oxidant electrode, and a fuel reformer for supplying fuel and an oxidant to the fuel cell main body, respectively. A device and an oxidant supply device;
Fuel cell power generation including a battery cooling system for controlling the temperature of the fuel cell main body, an orthogonal transformer connected to the output end of the fuel cell main body, and an external load system switch connecting the orthogonal transformer and the external load system A fuel cell power plant comprising a control means for performing the method according to claim 1.
【0025】以上のような請求項1、11記載の発明で
は、発電運転停止後または発電運転開始前において、外
部負荷と遮断した燃料電池プラント所内電力系だけの最
低負荷でアイドルモード運転を実施することで、燃料電
池本体内の全てのセルを上限電圧、例えば0.8V/セ
ル以下に抑制した状態で、電池冷却水系を独立制御し、
昇温操作または降温操作に移行することができる。これ
より、発電運転停止直後または発電運転開始前におい
て、電極触媒層が高温かつ高電位にさらされることがな
いため、触媒劣化に至ることなく、外部負荷との遮断ま
たは外部負荷への移行をスムーズに実施することができ
る。According to the first and eleventh aspects of the present invention, after the power generation operation is stopped or before the power generation operation is started, the idle mode operation is performed with the minimum load of only the power system in the fuel cell plant shut off from the external load. By independently controlling the cell cooling water system in a state where all cells in the fuel cell main body are suppressed to the upper limit voltage, for example, 0.8 V / cell or less,
The operation can be shifted to a heating operation or a cooling operation. As a result, the electrode catalyst layer is not exposed to a high temperature and a high potential immediately after the stop of the power generation operation or before the start of the power generation operation, so that it is possible to smoothly shut off the external load or shift to the external load without deterioration of the catalyst. Can be implemented.
【0026】請求項2記載の発明は、請求項1記載の燃
料電池発電プラントの起動・停止操作方法において、燃
料電池発電プラントの停止操作時に、次のステップを備
えたことを特徴としている。すなわち、停止指令に基づ
いて発電負荷を制御して前記最低負荷まで低減させるス
テップと、前記最低負荷到達後に、前記外部負荷系統開
閉器を開放して前記アイドルモード運転を実施するステ
ップと、前記アイドルモード運転を実施するステップと
並行して、前記電池冷却系統を制御して前記燃料電池本
体の降温操作を実施するステップを備える。また、前記
燃料電池本体温度が作動温度より低く設定されたアイド
ルモード運転停止温度まで降温した時点で、前記アイド
ルモード運転を停止するステップと、前記アイドルモー
ド運転を停止するステップと並行して、ガス置換操作と
残留電圧抑制操作を含む本体停止操作を実施するステッ
プを備える。ここで、前記ガス置換操作は、前記燃料改
質装置および前記酸化剤供給装置から前記燃料電池本体
への改質燃料および酸化剤の供給を遮断すると同時に燃
料電池本体へ不活性ガスを供給して残留ガスを追い出す
操作である。前記残留電圧抑制操作は、前記燃料電池本
体の燃料極と酸化剤極との間にダミー抵抗を投入するこ
とで残留電圧を抑制する操作である。According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for starting and stopping a fuel cell power plant according to the first aspect, the method further comprising the following steps when the fuel cell power plant is stopped. That is, controlling the power generation load based on a stop command to reduce the load to the minimum load, after reaching the minimum load, opening the external load system switch and performing the idle mode operation; In parallel with the step of performing the mode operation, a step of controlling the battery cooling system to perform a temperature lowering operation of the fuel cell body is provided. Further, when the fuel cell main body temperature is lowered to an idle mode operation stop temperature set lower than the operating temperature, the step of stopping the idle mode operation and the step of stopping the idle mode operation are performed in parallel with the gas. A step of performing a main body stop operation including a replacement operation and a residual voltage suppression operation. Here, the gas replacement operation includes shutting off the supply of the reformed fuel and the oxidant from the fuel reforming device and the oxidant supply device to the fuel cell main body, and simultaneously supplying an inert gas to the fuel cell main body. This is an operation to drive out residual gas. The residual voltage suppressing operation is an operation of suppressing a residual voltage by inserting a dummy resistor between a fuel electrode and an oxidant electrode of the fuel cell body.
【0027】請求項12記載の発明は、請求項11記載
の燃料電池発電プラントにおいて、前記燃料電池本体に
不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置が設けられる
と共に、前記燃料電池本体の燃料極と酸化剤極の間に接
続可能なダミー抵抗が設けられ、前記制御手段が、これ
らの不活性ガス供給装置とダミー抵抗を使用して、請求
項2記載の方法を実施可能に構成されたことを特徴とす
る燃料電池発電プラントである。According to a twelfth aspect of the present invention, in the fuel cell power plant according to the eleventh aspect, an inert gas supply device for supplying an inert gas to the fuel cell body is provided, and a fuel electrode of the fuel cell body is provided. 3. A dummy resistor connectable between the dummy gas and the oxidizer electrode is provided, and the control means is configured to be able to perform the method according to claim 2 using the inert gas supply device and the dummy resistor. A fuel cell power plant characterized by the following.
【0028】以上のような請求項2、12記載の発明で
は、発電運転停止後、外部負荷と遮断した燃料電池プラ
ント所内電力系だけの最低負荷でアイドルモード運転を
実施することで、燃料電池本体内の全てのセルを上限電
圧、例えば0.8V/セル以下に抑制した状態で、電池
冷却水系を独立制御して降温操作を実施することができ
る。そして、電池本体温度が作動温度より低い所定温度
まで降温した時点で、アイドルモード運転を停止し、燃
料および酸化剤の供給を遮断すると同時に不活性ガスに
よるガス置換操作を開始し、ダミー抵抗を投入すること
で残留電圧を抑制する停止操作を実施することができ
る。これより、アイドルモード運転中の燃料電池本体温
度が高温に維持される間は、全ての単セル電圧が許容値
を満足することが可能となる。さらには、単セルまたは
局部的に上限電圧以上の電圧が発生した場合でも、既に
電池本体温度が作動温度よりも低くなっているので、ア
イドルモード運転後の停止操作時のダミー抵抗の投入に
よる残留電圧抑制操作によって触媒の劣化を抑制するこ
とができる。According to the second and twelfth aspects of the invention, after the power generation operation is stopped, the idle mode operation is performed with the minimum load of only the power system in the fuel cell plant shut off from the external load, so that the fuel cell main body is operated. In a state where all the cells in the cell are suppressed to the upper limit voltage, for example, 0.8 V / cell or less, the battery cooling water system can be independently controlled to perform the temperature lowering operation. When the temperature of the battery body drops to a predetermined temperature lower than the operating temperature, the idle mode operation is stopped, the supply of fuel and oxidant is shut off, and at the same time, a gas replacement operation with an inert gas is started and a dummy resistor is turned on. By doing so, a stop operation for suppressing the residual voltage can be performed. As a result, while the fuel cell body temperature is maintained at a high temperature during the idle mode operation, all the single cell voltages can satisfy the allowable value. Furthermore, even when a voltage higher than the upper limit voltage is generated in a single cell or locally, since the temperature of the battery body is already lower than the operating temperature, the residual due to the insertion of the dummy resistor at the time of the stop operation after the idle mode operation. The deterioration of the catalyst can be suppressed by the voltage suppressing operation.
【0029】請求項3記載の発明は、請求項1記載の燃
料電池発電プラントの起動・停止操作方法において、前
記アイドルモード運転停止温度が、前記燃料電池本体内
部の最高温度が150〜180℃の範囲に達した場合の
温度であることを特徴としている。According to a third aspect of the present invention, in the method for starting / stopping a fuel cell power plant according to the first aspect, the idle mode operation stop temperature is set so that the maximum temperature inside the fuel cell main body is 150 to 180 ° C. It is characterized by a temperature when the temperature reaches the range.
【0030】以上のような請求項3記載の発明では、発
電運転停止後、アイドルモード運転を実施することで、
燃料電池本体内の全てのセルを上限電圧、例えば0.8
V/セル以下に抑制した状態で、電池冷却水系を独立制
御して降温操作を実施することができる。そして、電池
最高温度が150〜180℃にまで降温した時点で、ア
イドルモード運転を停止し、供給燃料および酸化剤を遮
断すると同時に不活性ガスによるガス置換操作を開始
し、ダミー抵抗を投入することで残留電圧を抑制する停
止操作を実施することができる。これより、アイドルモ
ード運転中の燃料電池本体温度が高温に維持される間
は、全ての単セル電圧が許容値を満足することが可能と
なる。さらには、単セルまたは局部的に上限電圧以上の
電圧が発生した場合でも、既に電池本体の最高温度が、
触媒の劣化速度を十分に抑制できる温度領域150〜1
80℃まで低減されているので、アイドルモード運転後
の停止操作時のダミー抵抗の投入による残留電圧抑制操
作によって、停止操作に伴う触媒劣化を十分に抑制する
ことができる。According to the third aspect of the present invention, after the power generation operation is stopped, the idle mode operation is performed.
The upper limit voltage of all cells in the fuel cell body, for example, 0.8
In a state where the temperature is suppressed to V / cell or less, the temperature lowering operation can be performed by independently controlling the battery cooling water system. Then, when the maximum battery temperature falls to 150 to 180 ° C., the idle mode operation is stopped, the supplied fuel and the oxidant are shut off, and at the same time, the gas replacement operation with an inert gas is started, and the dummy resistor is turned on. Thus, a stop operation for suppressing the residual voltage can be performed. As a result, while the fuel cell body temperature is maintained at a high temperature during the idle mode operation, all the single cell voltages can satisfy the allowable value. Furthermore, even when a voltage higher than the upper limit voltage is generated in a single cell or locally, the maximum temperature of the battery body is already
Temperature range 150 to 1 where catalyst deterioration rate can be sufficiently suppressed
Since the temperature is reduced to 80 ° C., the deterioration of the catalyst due to the stop operation can be sufficiently suppressed by the residual voltage suppression operation by turning on the dummy resistor at the time of the stop operation after the idle mode operation.
【0031】請求項4記載の発明は、請求項2記載の燃
料電池発電プラントの起動・停止操作方法において、前
記燃料電池本体の降温操作を実施するステップ中で、前
記アイドルモード運転中の電池降温速度、およびアイド
ルモード運転後の前記本体停止操作から電池保管温度に
至るまでの電池降温速度を50℃/h以下に維持するよ
うに、前記電池冷却系統を制御することを特徴としてい
る。According to a fourth aspect of the present invention, in the method for starting and stopping the fuel cell power plant according to the second aspect, the step of performing the temperature lowering operation of the fuel cell main body includes the step of lowering the battery temperature during the idle mode operation. The battery cooling system is controlled such that the speed and the battery cooling rate from the main body stop operation after the idle mode operation to the battery storage temperature are maintained at 50 ° C./h or less.
【0032】以上のような請求項4記載の発明では、発
電停止後のアイドルモード運転中およびその後の電池保
管温度までの、一連の電池本体の降温操作において、そ
の降温速度を50℃/h以下に制限したので、急激なリ
ン酸体積変化を起こすことなく停止操作を完了すること
ができる。これより、多孔質体からなる燃料電池積層部
材からのリン酸の漏洩や部材間におけるリン酸移動等を
回避することができるため、電池本体設計で決められた
燃料電池積層部材間のリン酸保持バランスが崩れること
を防止でき、優れた電池寿命を確保できる。According to the above-described invention, the temperature reduction rate is set to 50 ° C./h or less in a series of temperature lowering operations of the battery main body during the idle mode operation after the power generation is stopped and until the battery storage temperature. The stopping operation can be completed without causing a sudden change in phosphoric acid volume. As a result, it is possible to avoid leakage of phosphoric acid from the fuel cell laminated member made of a porous body, transfer of phosphoric acid between the members, and the like. The balance can be prevented from being lost, and excellent battery life can be ensured.
【0033】請求項5記載の発明は、請求項1記載の燃
料電池発電プラントの起動・停止操作方法において、燃
料電池発電プラントの起動操作時に、次のステップを備
えたことを特徴としている。すなわち、起動指令に基づ
いて前記電池冷却系統を制御して前記燃料電池本体の昇
温操作を実施するステップと、前記燃料電池本体温度が
作動温度より低く設定されたアイドルモード運転開始温
度まで昇温した時点で、前記改質装置および前記酸化剤
供給装置から前記燃料電池本体に対して改質燃料および
酸化剤をそれぞれ供給して前記アイドルモード運転を実
施するステップを備える。また、前記燃料電池本体温度
が作動温度に到達した時点で、前記外部負荷系統開閉器
を投入し、前記外部負荷系統へ電力を出力する外部起動
操作を実施するステップを備える。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for starting / stopping a fuel cell power plant according to the first aspect, wherein the method comprises the following steps when starting the fuel cell power plant. That is, controlling the battery cooling system based on a start command to perform a temperature raising operation of the fuel cell main body, and raising the temperature of the fuel cell main body to an idle mode operation start temperature set lower than the operating temperature. And performing the idle mode operation by supplying the reformed fuel and the oxidant from the reforming device and the oxidant supply device to the fuel cell main body, respectively. Further, the method includes a step of turning on the external load system switch when the temperature of the fuel cell main body reaches the operating temperature, and performing an external start operation for outputting power to the external load system.
【0034】請求項13記載の発明は、請求項11記載
の燃料電池発電プラントにおいて、前記制御手段が、請
求項5記載の方法を実施可能に構成されたことを特徴と
する燃料電池発電プラントである。According to a thirteenth aspect of the present invention, in the fuel cell power plant according to the eleventh aspect, the control means is configured to execute the method according to the fifth aspect. is there.
【0035】以上のような請求項5、13記載の発明で
は、燃料電池保管中に電池内に大気中から混入した酸素
により発生する高電位状態(0.8V以上)の電極が、
触媒劣化が進行する高温状態にさらされる以前に、作動
温度より低い温度でアイドルモード運転を開始すること
で、燃料電池本体内の全てのセルを上限電圧、例えば
0.8V/セル以下に抑制することができる。これよ
り、作動温度まで高電位状態にさらされる場合に比べ
て、触媒の劣化を抑制することができる。According to the fifth and thirteenth aspects of the present invention, the electrode in a high potential state (0.8 V or more) generated by oxygen mixed from the atmosphere into the cell during storage of the fuel cell is
By starting the idle mode operation at a temperature lower than the operating temperature before the catalyst is exposed to a high temperature state in which the catalyst deteriorates, all the cells in the fuel cell main body are suppressed to an upper limit voltage, for example, 0.8 V / cell or less. be able to. Thus, the deterioration of the catalyst can be suppressed as compared with the case where the catalyst is exposed to the high potential state up to the operating temperature.
【0036】請求項6記載の発明は、請求項5記載の燃
料電池発電プラントの起動・停止操作方法において、前
記アイドルモード運転開始温度が、150℃以上の温度
であることを特徴としている。According to a sixth aspect of the present invention, in the method of starting and stopping the fuel cell power plant according to the fifth aspect, the idle mode operation start temperature is a temperature of 150 ° C. or more.
【0037】以上のような請求項6記載の発明では、燃
料電池保管中に電池内に大気中から混入した酸素により
発生する高電位状態(0.8V以上)の電極が、触媒劣
化が進行する高温状態にさらされる以前に、触媒劣化速
度が未だ加速しない温度150℃に到達した段階で、ア
イドルモード運転を開始することで、燃料電池本体内の
全てのセルを上限電圧、例えば0.8V/セル以下に抑
制することができる。これより、起動操作に伴う触媒劣
化を十分に抑制することができる。According to the sixth aspect of the present invention, the electrode in a high potential state (0.8 V or more) generated by oxygen mixed in from the atmosphere into the cell during storage of the fuel cell undergoes catalyst deterioration. Before exposure to a high temperature state, when the catalyst deterioration rate reaches a temperature of 150 ° C. at which the acceleration has not yet accelerated, the idle mode operation is started, so that all the cells in the fuel cell main body have an upper limit voltage, for example, 0.8 V / It can be suppressed below the cell. As a result, catalyst deterioration accompanying the start-up operation can be sufficiently suppressed.
【0038】請求項7記載の発明は、請求項5記載の燃
料電池発電プラントの起動・停止操作方法において、前
記燃料電池本体の昇温操作を実施するステップ中で、電
池保管温度から前記アイドルモード運転直前までの電池
昇温速度、およびアイドルモード運転中の電池昇温速度
を50℃/h以下に維持するように、前記電池冷却系統
を制御することを特徴としている。According to a seventh aspect of the present invention, in the method for starting and stopping the fuel cell power plant according to the fifth aspect, the step of performing the temperature raising operation of the fuel cell main body includes the steps of: The battery cooling system is controlled such that the battery heating rate immediately before the operation and the battery heating rate during the idle mode operation are maintained at 50 ° C./h or less.
【0039】以上のような請求項7記載の発明では、起
動後の電池保管温度から前記アイドルモード運転直前ま
での電池昇温操作およびアイドルモード運転中の一連の
電池本体昇温操作において、その昇温操作を50℃/h
以下に制限したので、急激なリン酸体積変化を起こすこ
となく昇温操作を完了することができる。これより、多
孔質体からなる燃料電池積層部材からのリン酸の漏洩や
部材間におけるリン酸移動等を回避することができるた
め、電池本体設計で決められた燃料電池積層部材間のリ
ン酸保持バランスが崩れることを防止でき、優れた電池
寿命を確保できる。According to the above-described invention, the battery temperature can be raised from the battery storage temperature after startup to immediately before the idle mode operation, and in a series of battery body temperature raising operations during the idle mode operation. Temperature operation at 50 ° C / h
Since the temperature is limited to the following, the temperature raising operation can be completed without a sudden change in phosphoric acid volume. As a result, it is possible to avoid leakage of phosphoric acid from the fuel cell laminated member made of a porous body, transfer of phosphoric acid between the members, and the like. The balance can be prevented from being lost, and excellent battery life can be ensured.
【0040】請求項8記載の発明は、請求項5記載の燃
料電池発電プラントの起動・停止操作方法において、前
記燃料電池本体の昇温操作を実施するステップ中で、燃
料電池本体温度が100℃に到達する以前に、4%以下
の微量の水素を含む不活性ガスを燃料電池本体の燃料極
に供給して、前記燃料電池本体の電池電圧が予め設定さ
れた電圧抑制開始電圧以上に達した時点で、前記燃料電
池本体の燃料極と酸化剤極との間にダミー抵抗を投入す
ることで残留電圧を抑制することを特徴としている。According to an eighth aspect of the present invention, in the method for starting / stopping a fuel cell power plant according to the fifth aspect, the temperature of the fuel cell body is set to 100 ° C. during the step of performing the temperature raising operation of the fuel cell body. Before reaching the temperature, an inert gas containing a trace amount of hydrogen of 4% or less is supplied to the fuel electrode of the fuel cell main body, and the cell voltage of the fuel cell main body has reached a preset voltage suppression start voltage or more. At this point, a residual resistance is suppressed by inserting a dummy resistor between the fuel electrode and the oxidant electrode of the fuel cell body.
【0041】請求項14記載の発明は、請求項13記載
の燃料電池発電プラントにおいて、前記燃料電池本体に
不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置が設けられる
と共に、前記燃料電池本体の燃料極と酸化剤極の間に接
続可能なダミー抵抗が設けられ、前記制御手段が、これ
らの不活性ガス供給装置とダミー抵抗を使用して、請求
項8記載の方法を実施可能に構成されたことを特徴とす
る燃料電池発電プラントである。According to a fourteenth aspect of the present invention, in the fuel cell power plant according to the thirteenth aspect, an inert gas supply device for supplying an inert gas to the fuel cell main body is provided, and a fuel electrode of the fuel cell main body is provided. 9. A dummy resistor connectable between the dummy gas and the oxidizer electrode is provided, and the control means is configured to be able to perform the method according to claim 8 using the inert gas supply device and the dummy resistor. A fuel cell power plant characterized by the following.
【0042】以上のような請求項8、14記載の発明で
は、燃料電池保管中に電池内の大気中から混入した酸素
により発生する高電位状態(0.8V以上)の電極が、
触媒劣化が進行する高温状態に到達する前に、燃料極に
微量のH2 を供給することで、燃料極の電位を低減しか
つ酸化剤極の電位を電圧値として観測することができ
る。そして、観測される電圧値が予め設定された電圧抑
制開始電圧以上に達した場合に、ダミー抵抗を投入して
酸化剤極中のO2 を消費することで、酸化剤極の電位を
抑制することができる。これより、昇温に伴う高温、高
電位状態で進行する触媒劣化を防止することができる。According to the eighth and fourteenth aspects of the present invention, the electrode in a high potential state (0.8 V or more) generated by oxygen mixed from the atmosphere in the fuel cell during storage of the fuel cell,
By supplying a small amount of H 2 to the fuel electrode before reaching a high temperature state in which catalyst deterioration proceeds, the potential of the fuel electrode can be reduced and the potential of the oxidant electrode can be observed as a voltage value. When the observed voltage value reaches or exceeds a preset voltage suppression start voltage, the potential of the oxidant electrode is suppressed by turning on the dummy resistor and consuming O 2 in the oxidant electrode. be able to. Thus, it is possible to prevent the catalyst from deteriorating at high temperatures and high potentials due to the temperature rise.
【0043】請求項9記載の発明は、燃料極および酸化
剤極からなる単位電池を複数積層してなる燃料電池本体
と、この燃料電池本体に燃料および酸化剤をそれぞれ供
給する燃料改質装置および酸化剤供給装置と、燃料電池
本体の温度を制御する電池冷却系統と、燃料電池本体の
出力端に接続される直交変換装置と、この直交変換装置
と外部負荷系統を接続する外部負荷系統開閉器を備えた
燃料電池発電プラントの停止操作を実施するための燃料
電池発電プラントの停止操作方法に関するものである。
そして、特に、前記燃料改質装置および前記酸化剤供給
装置から前記燃料電池本体への改質燃料および酸化剤の
供給を遮断すると同時に燃料電池本体へ不活性ガスを供
給して残留ガスを追い出すガス置換操作と、前記燃料電
池本体の燃料極と酸化剤極との間にダミー抵抗を投入す
ることで残留電圧を抑制する残留電圧抑制操作を含む本
体停止操作を実施するステップを備えた燃料電池発電プ
ラントの停止操作方法において、前記燃料電池本体の少
なくとも燃料極または酸化剤極のどちらか一方に供給さ
れる前記不活性ガスが0.1%以下の微量の酸素を含む
ことを特徴としている。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell body comprising a plurality of unit cells each comprising a fuel electrode and an oxidant electrode, a fuel reformer for supplying fuel and an oxidant to the fuel cell body, and An oxidant supply device, a battery cooling system for controlling the temperature of the fuel cell body, an orthogonal transformer connected to the output end of the fuel cell body, and an external load system switch connecting the orthogonal transformer and an external load system The present invention relates to a fuel cell power plant stop operation method for performing a fuel cell power plant stop operation including:
In particular, a gas that shuts off the supply of the reformed fuel and the oxidant from the fuel reforming device and the oxidant supply device to the fuel cell body and simultaneously supplies an inert gas to the fuel cell body to drive out the residual gas Fuel cell power generation comprising a replacement operation and a main body stop operation including a residual voltage suppressing operation for suppressing a residual voltage by inserting a dummy resistor between a fuel electrode and an oxidant electrode of the fuel cell main body. In the plant shutdown operation method, the inert gas supplied to at least one of the fuel electrode and the oxidizer electrode of the fuel cell main body contains a small amount of oxygen of 0.1% or less.
【0044】請求項15記載の発明は、燃料極および酸
化剤極からなる単位電池を複数積層してなる燃料電池本
体と、この燃料電池本体に燃料および酸化剤をそれぞれ
供給する燃料改質装置および酸化剤供給装置と、燃料電
池本体に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置と、
燃料電池本体の温度を制御する電池冷却系統と、燃料電
池本体の出力端に接続される直交変換装置と、この直交
変換装置と外部負荷系統を接続する外部負荷系統開閉器
と、燃料電池本体の燃料極と酸化剤極の間に接続可能な
ダミー抵抗を備えた燃料電池発電プラントにおいて、前
記不活性ガス供給装置から前記燃料電池本体の少なくと
も燃料極または酸化剤極のどちらか一方に供給される前
記不活性ガスが0.1%以下の微量の酸素を含むことを
特徴としている。According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell body comprising a plurality of unit cells each comprising a fuel electrode and an oxidant electrode, a fuel reformer for supplying fuel and an oxidant to the fuel cell body, and An oxidant supply device, an inert gas supply device for supplying an inert gas to the fuel cell body,
A battery cooling system for controlling the temperature of the fuel cell body, an orthogonal transformation device connected to the output end of the fuel cell body, an external load system switch connecting the orthogonal transformation device and an external load system, In a fuel cell power plant having a dummy resistor connectable between a fuel electrode and an oxidizer electrode, the inert gas supply device supplies the fuel cell body to at least one of the fuel electrode and the oxidizer electrode. The inert gas contains a small amount of oxygen of 0.1% or less.
【0045】以上のような請求項9、15記載の発明で
は、不活性ガスによるガス置換が実施された状態で、不
活性ガス中に0.1%以下の微量の酸素が含まれている
ので、電極電位はその微量酸素に平衡となる電位状態、
すなわち、0.3〜0.8Vの範囲になる。これより、
停止操作後の電極電位を、適切な範囲内に管理すること
ができるので、触媒劣化を抑制できる。[0045] In the above-described inventions according to the ninth and fifteenth aspects, since a small amount of oxygen of 0.1% or less is contained in the inert gas in a state where the gas replacement with the inert gas is performed. The electrode potential is in a state of equilibrium with the trace amount of oxygen,
That is, the range is 0.3 to 0.8V. Than this,
Since the electrode potential after the stop operation can be controlled within an appropriate range, catalyst deterioration can be suppressed.
【0046】請求項10記載の発明は、請求項9記載の
燃料電池発電プラントの停止操作方法において、前記不
活性ガス中の酸素濃度が、0.005〜0.05%であ
ることを特徴としている。According to a tenth aspect of the present invention, in the method of shutting down a fuel cell power plant according to the ninth aspect, the oxygen concentration in the inert gas is 0.005 to 0.05%. I have.
【0047】以上のような請求項10記載の発明では、
不活性ガスによるガス置換操作が実施された状態で、不
活性ガス中の酸素濃度が0.001〜0.1%含まれて
いるので、電極電位を、0.3〜0.8Vの範囲内に確
実に平衡維持することができる。これより、停止操作後
の電極電位を、適切な範囲内に維持することができるの
で、触媒劣化を抑制できる。According to the tenth aspect of the present invention,
Since the oxygen concentration in the inert gas is 0.001 to 0.1% while the gas replacement operation with the inert gas is performed, the electrode potential is set in the range of 0.3 to 0.8 V. Can be surely balanced. Thus, the electrode potential after the stop operation can be maintained within an appropriate range, so that catalyst deterioration can be suppressed.
【0048】[0048]
【発明の実施の形態】以下には、本発明による燃料電池
発電プラントおよびその起動・停止方法の実施の形態
を、図面を参照して具体的に説明する。なお、図7に示
した従来技術と同一の部材には同一の符号を付してその
説明を省略する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a fuel cell power plant and a method of starting and stopping the same according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings. The same members as those in the conventional technique shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【0049】(1)第1の実施の形態 請求項3、12記載の発明を適用した一つの実施の形態
を、第1の実施の形態として、図1を参照して以下に説
明する。(1) First Embodiment One embodiment to which the inventions of claims 3 and 12 are applied will be described below as a first embodiment with reference to FIG.
【0050】(構成)まず、本実施の形態に係る燃料電
池発電プラントの構成を説明する。すなわち、図1に示
すように、アノード2とカソード3との間には、インバ
ータ開閉器18およびダミー抵抗開閉器19を介してそ
れぞれ接続されたインバータ(直交変換装置)16とダ
ミー抵抗17に加えて、電圧検出器20が並列に接続さ
れている。そして、インバータ16の交流出力ラインに
は、所内電力に燃料電池出力の一部を供給する所内電力
系統21と外部に燃料電池出力を供給する外部負荷系統
22ラインとが並列に接続されており、それぞれ、所内
電力系統開閉器23および外部負荷系統開閉器24を介
して開閉可能に接続されている。(Configuration) First, the configuration of the fuel cell power plant according to the present embodiment will be described. That is, as shown in FIG. 1, between the anode 2 and the cathode 3, an inverter (orthogonal transformer) 16 and a dummy resistor 17 connected via an inverter switch 18 and a dummy resistor switch 19, respectively, are added. Thus, the voltage detectors 20 are connected in parallel. The AC output line of the inverter 16 is connected in parallel with an in-house power system 21 that supplies a part of the fuel cell output to the in-house power and an external load system 22 line that supplies the fuel cell output to the outside. Each is connected to be openable and closable via an in-house power system switch 23 and an external load system switch 24.
【0051】また、燃料電池本体1には、その積層単セ
ルにおけるホットスポット、例えば、積層電池内冷却板
から最も離れた積層位置にある単セルのカソード3の入
口部に、温度を測定する温度センサ25が配置されてい
る。この場合、アノード2入口およびカソード3入口に
は、図7に示した従来技術と同様に、アノードN2 供給
弁10およびカソードN2 供給弁14を介してアノード
N2 供給系統9およびカソードN2 供給系統13が接続
されている。The fuel cell body 1 has a hot spot in the unit cell, for example, a temperature at which the temperature is measured at the inlet of the cathode 3 of the unit cell at the stacking position farthest from the cooling plate in the unit cell. A sensor 25 is provided. In this case, the anode 2 inlet and a cathode 3 inlet, as in the prior art shown in FIG. 7, the anode N 2 supply system 9 and the cathode N 2 through the anode N 2 supply valve 10 and the cathode N 2 supply valve 14 The supply system 13 is connected.
【0052】さらに、以上の構成に加えて、多種類の制
御機能を有する制御装置(制御手段)26が設けられて
いる。すなわち、制御装置26は、温度センサ25の検
出値により、電池冷却水系統4に出力を与えることで電
池温度を制御する電池温度制御機能、インバータ開閉器
18の開閉を制御するインバータ開閉制御機能、燃料供
給遮断弁7および空気供給遮断弁11の開閉を制御する
反応ガス供給制御機能、アノードN2 供給弁10および
カソードN2 供給弁14の開閉を制御する不活性ガス供
給制御機能、電圧検出器20の検出値より、ダミー抵抗
開閉器19の開閉を制御するダミー抵抗開閉制御機能、
外部負荷系統22および所内電力系統21への投入/遮
断を行う外部負荷系統開閉器24および所内電力系統開
閉器23を制御する系統開閉制御機能、等を有する。Further, in addition to the above configuration, a control device (control means) 26 having various kinds of control functions is provided. That is, the control device 26 controls the battery temperature by giving an output to the battery cooling water system 4 based on the detection value of the temperature sensor 25, the inverter opening and closing control function of controlling the opening and closing of the inverter switch 18, reaction gas supply control function for controlling the opening and closing of the fuel supply shut-off valve 7 and the air supply shut off valve 11, the inert gas supply control function for controlling the opening and closing of the anode N 2 supply valve 10 and the cathode N 2 supply valve 14, a voltage detector A dummy resistance switching control function for controlling the switching of the dummy resistance switch 19 based on the detected value of 20;
It has a system opening / closing control function for controlling an external load system switch 24 and an in-house power system switch 23 for turning on / off the external load system 22 and the in-house power system 21.
【0053】(作用)以上のような構成を有する本実施
の形態の作用は以下の通りである。すなわち、停止指令
が入力された場合、発電運転状態から停止状態への移行
に伴い、制御装置26は、所内電力相当の最低負荷まで
負荷低減操作を指令する。最低負荷レベル到達後、制御
装置26は、外部負荷系統開閉器24に開信号を与えて
外部負荷系統を切り離す一方で、所内電力系統開閉器2
3に対しては閉信号を保持し、所内電力系統21だけの
最低負荷レベルによるアイドルモード運転を実施する。(Operation) The operation of the present embodiment having the above configuration is as follows. That is, when the stop command is input, the control device 26 instructs a load reduction operation to a minimum load corresponding to the in-plant power with the transition from the power generation operation state to the stop state. After the minimum load level is reached, the control device 26 gives an open signal to the external load system switch 24 to disconnect the external load system, while the on-site power system switch 2
For No. 3, the closed signal is held, and the idle mode operation at the minimum load level of only the in-house power system 21 is performed.
【0054】この場合、燃料電池本体1の全ての積層単
セルは、0.8V/セル以下を満足する負荷レベルであ
るので、シンタリングに伴う触媒劣化は進行しない。一
般的に常圧運転のプラントであれば、十分小さい負荷
(電流密度10mA/sq.cm程度)でも、0.8V
/セル以下の電池電圧を満足することができるので、所
内電力系統負荷値による0.8V/セル以下の電圧抑制
は容易に達成できる。In this case, all the stacked single cells of the fuel cell main body 1 have a load level satisfying 0.8 V / cell or less, so that catalyst deterioration accompanying sintering does not progress. In general, if the plant is operated at normal pressure, even if the load is sufficiently small (current density is about 10 mA / sq.cm), 0.8 V
Since the battery voltage of / V or less can be satisfied, the suppression of the voltage of 0.8 V / cell or less by the in-house power system load value can be easily achieved.
【0055】また、制御装置26は、停止指令に基づい
て、電池冷却水系統4に降温信号を与え、アイドルモー
ド運転と並行して燃料電池本体1の降温操作を実施す
る。この場合、温度センサ25は、アイドルモード運転
中の燃料電池本体1のホットスポット温度を連続的に検
出し、検出値を制御装置26に送信し続ける。Further, the control device 26 gives a temperature lowering signal to the battery cooling water system 4 based on the stop command, and performs the temperature lowering operation of the fuel cell main body 1 in parallel with the idle mode operation. In this case, the temperature sensor 25 continuously detects the hot spot temperature of the fuel cell main body 1 during the idle mode operation, and continuously transmits the detected value to the control device 26.
【0056】そして、温度センサ25からの検出値が、
作動温度より低く設定されたアイドルモード運転停止温
度である150〜180℃の範囲、望ましくは150℃
に到達した段階で、制御装置26は、所内電力系統開閉
器23およびインバータ開閉器18に開信号を与え、燃
料電池負荷遮断を実施すると同時に、燃料供給遮断弁7
および空気供給遮断弁11に全閉信号を与えて燃料およ
び空気の供給を遮断する。制御装置26は、この反応ガ
ス供給遮断制御に並行してさらに、不活性ガス供給制御
機能によってアノード入口およびカソード入口のN2 供
給弁10,14に開信号を与えて、アノード2およびカ
ソード3に対し、N2 によるガス置換操作を実施する。Then, the detection value from the temperature sensor 25 is
The idle mode shutdown temperature set at a temperature lower than the operating temperature in the range of 150 to 180 ° C., preferably 150 ° C.
At the stage of reaching, the control device 26 gives an open signal to the in-house power system switch 23 and the inverter switch 18 to execute the fuel cell load cutoff, and at the same time, the fuel supply cutoff valve 7
Then, a fully closed signal is given to the air supply shutoff valve 11 to shut off the supply of fuel and air. In parallel with the reaction gas supply cutoff control, the control device 26 further provides an opening signal to the N 2 supply valves 10 and 14 at the anode inlet and the cathode inlet by an inert gas supply control function, so that the anode 2 and the cathode 3 are supplied. On the other hand, a gas replacement operation with N 2 is performed.
【0057】この時、アノード2の残留H2 リッチガス
およびカソード3の残留空気により残留電圧が発生する
が、この残留電圧は電圧検出器20によって検出されて
制御装置26に送信され、電池電圧の抑制制御が実施さ
れる。すなわち、制御装置26は、電圧検出器20から
の検出値が所定値を越えた場合、例えば0.8V/セル
を越えた場合に、ダミー抵抗開閉器19に投入信号を与
えて、ダミー抵抗17による回路を形成し、電池出力を
消費することで、電池電圧の抑制を実施する。At this time, a residual voltage is generated by the residual H 2 -rich gas on the anode 2 and residual air on the cathode 3, and the residual voltage is detected by the voltage detector 20 and transmitted to the control device 26 to suppress the battery voltage. Control is performed. That is, when the detection value from the voltage detector 20 exceeds a predetermined value, for example, when the voltage exceeds 0.8 V / cell, the control device 26 supplies a turn-on signal to the dummy resistance switch 19 to To suppress the battery voltage by consuming the battery output.
【0058】以上の操作により、燃料電池本体1自身の
発電停止操作が完了する(外部負荷系統22への発電操
作は既に停止しているが、燃料電池本体1自身の発電操
作はこのタイミングで完了する)。なお、制御装置26
は、電池保管温度まで燃料電池本体1の降温操作を継続
する。With the above operation, the power generation stop operation of the fuel cell body 1 itself is completed (the power generation operation to the external load system 22 has already been stopped, but the power generation operation of the fuel cell body 1 itself is completed at this timing. Do). The control device 26
Continues the temperature lowering operation of the fuel cell main body 1 to the battery storage temperature.
【0059】(効果)以上のような本実施の形態の効果
は以下の通りである。すなわち、停止指令に伴う外部負
荷系統22の遮断操作後も、燃料電池本体1はアイドル
モード運転を実施することにより、積層単セル全てを、
0.8V/セル以下の所定値に管理できる。そのため、
シンタリングによる触媒劣化が進行することなく、燃料
電池本体1の降温操作を良好に実施することができる。
また、燃料電池本体1のホットスポット温度が150〜
180℃まで降温した段階で、アイドルモード運転を停
止し、事実上の電池運転停止操作を実施するが、この場
合のN2 によるガス置換およびダミー抵抗17によるマ
クロな電圧抑制操作では、積層単セルの一部に0.8V
/セル以上の所定値を逸脱する現象が発生しても、既に
燃料電池本体温度は所定の温度まで低下しているので、
シンタリングによる触媒劣化の進行程度は鈍く、許容で
きる程度である。(Effects) The effects of the present embodiment as described above are as follows. That is, even after the shutoff operation of the external load system 22 according to the stop command, the fuel cell main body 1 performs the idle mode operation, so that all the stacked single cells are
It can be controlled to a predetermined value of 0.8 V / cell or less. for that reason,
The operation of lowering the temperature of the fuel cell main body 1 can be favorably performed without deterioration of the catalyst due to sintering.
In addition, the hot spot temperature of the fuel cell main body 1 is 150 to
At the stage when the temperature is lowered to 180 ° C., the idle mode operation is stopped, and the battery operation is actually stopped. In this case, in the gas replacement by N 2 and the macro voltage suppression operation by the dummy resistor 17, the stacked single cell 0.8V in part of
Even if a phenomenon that deviates from a predetermined value equal to or higher than / cell occurs, since the temperature of the fuel cell body has already dropped to the predetermined temperature,
The degree of progress of catalyst deterioration due to sintering is slow and acceptable.
【0060】ここで、図2は、本発明者等が実験により
求めた電池温度(触媒温度)とシンタリングの程度を表
す触媒表面積現象比との関係を示すグラフであり、条件
は、電極電位:0.9V、電位保持時間:1hである。
この図2に示すように、低温ほどシンタリングに伴う触
媒表面積減少比は大きく低減しており、150℃におけ
る触媒表面積減少比、すなわち、シンタリングの進行速
度は、停止操作時間を考慮した場合にほとんど許容でき
る範囲にある。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the battery temperature (catalyst temperature) obtained by the present inventors through experiments and the catalyst surface area phenomenon ratio indicating the degree of sintering. : 0.9 V, potential holding time: 1 h.
As shown in FIG. 2, the catalyst surface area reduction ratio accompanying sintering is greatly reduced as the temperature becomes lower. The catalyst surface area reduction ratio at 150 ° C., that is, the sintering progress speed is determined in consideration of the stop operation time. Almost in acceptable range.
【0061】なお、燃料電池本体1のホットスポットが
150℃より低い温度での停止操作は、シンタリングを
抑制する上で十分効果的であるが、現実的には電池冷却
水系統4から燃料改質装置5へ供給している水蒸気圧力
の確保、および燃料電池本体1のコールドスポットでの
リン酸を含む生成水の凝縮に伴う反応ガス拡散不良現象
(低温領域で凝縮したリン酸が電極の反応ガス流通路を
閉塞し、電池の電気化学反応を阻害する)により、プラ
ント運転上の問題点および電池特性を低下させる問題点
が生じることになる。The operation of stopping the fuel cell main body 1 at a hot spot lower than 150 ° C. is sufficiently effective in suppressing sintering. Gas diffusion failure due to the securing of the pressure of the steam supplied to the fuel device 5 and the condensation of the generated water containing phosphoric acid at the cold spot of the fuel cell main body 1 (phosphoric acid condensed in the low temperature region causes the reaction of the electrode This obstructs the gas flow passage and hinders the electrochemical reaction of the battery), which causes problems in plant operation and deterioration of battery characteristics.
【0062】したがって、本実施の形態のホットスポッ
ト温度150〜180℃、特に150℃での実質的な燃
料電池本体の負荷遮断操作は、ガス拡散不良に伴う特性
低下を引き起こすことなく、触媒劣化進行を防止できる
最も信頼性の高い燃料電池発電プラントの停止操作を提
供することができるものであり、実用性が高い。Therefore, in the present embodiment, the actual load rejection operation of the fuel cell main body at the hot spot temperature of 150 to 180 ° C., particularly at 150 ° C., does not cause deterioration of the characteristics due to poor gas diffusion, and the catalyst deterioration proceeds. It is possible to provide the most reliable stop operation of the fuel cell power plant that can prevent the occurrence of the fuel cell power plant, and is highly practical.
【0063】(2)第2の実施の形態 請求項6、13記載の発明を適用した一つの実施の形態
を、第2の実施の形態として、図3を参照して以下に説
明する。(2) Second Embodiment One embodiment to which the inventions of claims 6 and 13 are applied will be described below as a second embodiment with reference to FIG.
【0064】(構成)まず、本実施の形態に係る燃料電
池発電プラントの構成を説明する。すなわち、図3に示
すように、アノード2とカソード3との間に、インバー
タ開閉器18およびダミー抵抗開閉器19を介してそれ
ぞれ接続されたインバータ16とダミー抵抗17に加え
て、電圧検出器20が並列に接続されている点は前記第
1の実施の形態と同様である。そして、インバータ16
の交流出力ラインには、所内電力に燃料電池出力の一部
を供給する所内電力系統21と外部に燃料電池出力を供
給する外部負荷系統22ラインとが並列に接続され、そ
れぞれ、所内電力系統開閉器23および外部負荷系統開
閉器24を介して開閉可能に接続されている点も、前記
第1の実施の形態と同様である。(Configuration) First, the configuration of the fuel cell power plant according to the present embodiment will be described. That is, as shown in FIG. 3, in addition to the inverter 16 and the dummy resistor 17 connected between the anode 2 and the cathode 3 via the inverter switch 18 and the dummy resistor switch 19, respectively, a voltage detector 20 is provided. Are connected in parallel as in the first embodiment. And the inverter 16
The AC output line is connected in parallel with an in-house power system 21 that supplies a part of the fuel cell output to the in-house power and an external load system 22 line that supplies the fuel cell output to the outside. It is also the same as the first embodiment in that it is openably and closably connected via a switch 23 and an external load system switch 24.
【0065】これに対して、燃料電池本体1に設けられ
る温度センサは、積層単セルにおけるホットスポットに
限定して配置されるものではない。本実施の形態におい
ては、よりマクロ的に燃料電池本体1の温度を測定する
ために、燃料電池本体1内の任意の位置に温度センサ2
7が配置されている。On the other hand, the temperature sensor provided in the fuel cell main body 1 is not limited to the hot spot in the laminated single cell. In this embodiment, in order to measure the temperature of the fuel cell main body 1 more macroscopically, the temperature sensor 2 is provided at an arbitrary position in the fuel cell main body 1.
7 are arranged.
【0066】さらに、本実施の形態の制御装置26は、
前記第1の実施の形態と同様の多種類の制御機能を有す
る。なお、本実施の形態で実際に必要な制御機能は、温
度センサ27の検出値により電池冷却水系統4に出力を
与えることで電池温度を制御する電池温度制御機能、イ
ンバータ開閉器18の開閉を制御するインバータ開閉制
御機能、燃料供給遮断弁7および空気供給遮断弁11の
開閉を制御する反応ガス供給制御機能、外部負荷系統2
2および所内電力系統21への投入/遮断を行う外部負
荷系統開閉器24および所内電力系統開閉器23を制御
する系統開閉制御機能、等である。Further, the control device 26 of the present embodiment
It has various types of control functions similar to those of the first embodiment. The control functions actually required in the present embodiment include a battery temperature control function of controlling the battery temperature by giving an output to the battery cooling water system 4 based on the detection value of the temperature sensor 27, and opening and closing the inverter switch 18. Inverter opening / closing control function for controlling, reaction gas supply control function for controlling opening / closing of fuel supply cutoff valve 7 and air supply cutoff valve 11, external load system 2
2 and a system opening / closing control function for controlling the external load system switch 24 and the in-house power system switch 23 for turning on / off the in-house power system 21.
【0067】(作用)以上のような構成を有する本実施
の形態の作用は以下の通りである。すなわち、起動指令
が入力された場合、燃料電池保管状態から起動状態への
移行に伴い、制御装置26は、電池冷却水系統4に昇温
信号を与えて燃料電池本体1の昇温操作を実施する。こ
の場合、温度センサ27は、燃料電池本体1の温度を連
続的に検出し、検出値を制御装置26に送信し続ける。(Operation) The operation of the present embodiment having the above configuration is as follows. That is, when the start command is input, the control device 26 gives a temperature rise signal to the battery cooling water system 4 to carry out a temperature rise operation of the fuel cell main body 1 with the transition from the fuel cell storage state to the start state. I do. In this case, the temperature sensor 27 continuously detects the temperature of the fuel cell main body 1 and continuously transmits the detected value to the control device 26.
【0068】そして、温度センサ27からの検出値、す
なわち、燃料電池本体1の温度が150℃に到達した場
合、制御装置26は、アイドルモード運転への移行を実
施する。すなわち、燃料供給遮断弁7の開操作により燃
料改質装置5からアノード2へH2 リッチガスを導入
し、その後、空気供給遮断弁11の開操作によりカソー
ド3への空気の供給を行う。さらには、燃料電池本体1
の発生電圧を電圧検出器20にて検知し、検出値が所定
値に到達した段階、例えば0.8V/セルに達した段階
で、インバータ開閉器18を投入し、かつ所内電力系統
開閉器23も投入することによって、所内電力系統21
ラインを形成し、アイドルモード運転への負荷移行を完
了する。When the value detected by the temperature sensor 27, that is, the temperature of the fuel cell main body 1 reaches 150 ° C., the control device 26 shifts to the idle mode operation. That is, H 2 rich gas is introduced from the fuel reformer 5 to the anode 2 by opening the fuel supply cutoff valve 7, and then air is supplied to the cathode 3 by opening the air supply cutoff valve 11. Further, the fuel cell body 1
Is detected by the voltage detector 20, and when the detected value reaches a predetermined value, for example, when the voltage reaches 0.8 V / cell, the inverter switch 18 is turned on, and the local power system switch 23 is turned on. Power supply, the on-site power system 21
A line is formed, and the load transfer to the idle mode operation is completed.
【0069】制御装置26は、このアイドルモード運転
と燃料電池本体1の昇温操作を並行して継続する。そし
て、燃料電池本体1の温度が所定の作動温度、例えば1
90℃に到達した時点で、制御装置26は、外部負荷系
統開閉器24を投入し、外部負荷系統22ラインを形成
して、アイドルモード運転からの負荷上昇制御を実施す
る。所定の外部負荷値に到達した段階で発電運転モード
に移行し、一連の起動操作が完了する。The control device 26 continues the idle mode operation and the operation of increasing the temperature of the fuel cell body 1 in parallel. Then, the temperature of the fuel cell body 1 becomes a predetermined operating temperature, for example, 1
When the temperature reaches 90 ° C., the control device 26 turns on the external load system switch 24, forms an external load system 22 line, and performs load increase control from idle mode operation. When a predetermined external load value is reached, the mode shifts to the power generation operation mode, and a series of startup operations is completed.
【0070】(効果)以上のような本実施の形態の効果
は以下の通りである。すなわち、起動操作の開始にあた
り、燃料電池保管中に電池内に大気中から混入した酸素
により発生する高電位状態(0.8V以上)の電極は、
昇温操作に伴い高温状態に移行するが、これに対して、
シンタリングによる触媒劣化進行速度が未だ許容できる
温度、すなわち150℃に到達した時点でアイドルモー
ド運転を開始することで、燃料電池本体内の全てのセル
を上限電圧、0.8V/セル以下に抑制することができ
る。(Effects) The effects of the present embodiment as described above are as follows. That is, at the start of the start-up operation, the electrode in a high potential state (0.8 V or more) generated by oxygen mixed into the cell from the atmosphere during storage of the fuel cell is:
It shifts to a high temperature state as the temperature rises.
By starting idle mode operation when the catalyst deterioration progress rate due to sintering reaches an acceptable temperature, ie, 150 ° C., all cells in the fuel cell body are suppressed to an upper limit voltage of 0.8 V / cell or less. can do.
【0071】これに関して、前記第1の実施の形態につ
いて述べたように、本発明者等の実験結果によれば、比
較的低温の150℃での高電位状態においては、作動温
度、例えば200℃程度に比べて、シンタリングの進行
速度は大きく低減し、起動操作時間を考慮した場合に、
ほとんど許容できる範囲である。In this regard, as described in the first embodiment, according to the experimental results of the present inventors, in the high potential state at a relatively low temperature of 150 ° C., the operating temperature, for example, 200 ° C. The sintering speed is greatly reduced compared to the degree, and considering the startup operation time,
It is almost acceptable range.
【0072】また、同じく前記第1の実施の形態につい
て述べたように、150℃より低い温度でのアイドルモ
ード運転は、シンタリングを抑制する上で十分効果的で
あるが、現実的には電池冷却水系統4から燃料改質装置
5へ供給している水蒸気圧力の確保、および燃料電池本
体1のコールドスポットでのリン酸を含む生成水の凝縮
に伴う反応ガス拡散不良現象により、プラント運転上の
問題点および電池特性を低下させる問題点が生じること
になる。Also, as described in the first embodiment, the idle mode operation at a temperature lower than 150 ° C. is sufficiently effective in suppressing the sintering. Due to the securing of the steam pressure supplied from the cooling water system 4 to the fuel reformer 5 and the poor diffusion of the reaction gas due to the condensation of the generated water containing phosphoric acid at the cold spot of the fuel cell main body 1, the plant operation becomes difficult. And the problem of deteriorating the battery characteristics.
【0073】したがって、本実施の形態に示すような燃
料電池温度150℃以上での実質的な燃料電池本体の負
荷移行操作は、ガス拡散不良に伴う特性低下を引き起こ
すことなく、触媒劣化進行を防止できる最も信頼性の高
い燃料電池発電プラントの起動操作を提供することがで
きるものであり、実用性が高い。Therefore, the substantial load shift operation of the fuel cell body at a fuel cell temperature of 150 ° C. or more as shown in the present embodiment prevents the deterioration of the catalyst due to poor gas diffusion and prevents the progress of catalyst deterioration. It is possible to provide the most reliable start-up operation of a fuel cell power plant that can be performed, and is highly practical.
【0074】(3)第3の実施の形態 請求項4記載の発明を適用した一つの実施の形態を、第
3の実施の形態として以下に説明する。(3) Third Embodiment One embodiment to which the invention described in claim 4 is applied will be described below as a third embodiment.
【0075】(構成)まず、本実施の形態に係る燃料電
池発電プラントは、図1に示した前記第1の実施の形態
において、制御装置26が、さらに、電池冷却水温度の
降温速度が50℃/h以下になるように電池冷却水系統
4を制御する機能をも有することを特徴としている。な
お、他の部分については、前記第1の実施の形態と全く
同様に構成されている。(Structure) First, in the fuel cell power plant according to the present embodiment, in the first embodiment shown in FIG. 1, the control device 26 further controls the battery cooling water temperature to decrease by 50%. It is also characterized in that it has a function of controlling the battery cooling water system 4 so as to be lower than or equal to ° C / h. The other parts are configured in exactly the same manner as in the first embodiment.
【0076】(作用)以上のような構成を有する本実施
の形態の作用を以下に説明する。すなわち、停止指令が
入力された場合、発電運転状態から停止状態への移行に
伴い、制御装置26は、所内電力相当の最低負荷まで負
荷低減操作を指令する。最低負荷レベル到達後、制御装
置26は、外部負荷系統開閉器24に開信号を与えて外
部負荷系統を切り離す一方で、所内電力系統開閉器23
に対しては閉信号を保持し、所内電力系統21だけの最
低負荷レベルによるアイドルモード運転を実施する。(Operation) The operation of the present embodiment having the above configuration will be described below. That is, when the stop command is input, the control device 26 instructs a load reduction operation to a minimum load corresponding to the in-plant power with the transition from the power generation operation state to the stop state. After the minimum load level is reached, the control device 26 gives an open signal to the external load system switch 24 to disconnect the external load system, while the on-site power system switch 23
, The idle signal operation is performed at the minimum load level of only the in-house power system 21.
【0077】また、制御装置26は、停止指令に基づい
て、電池冷却水系統4に降温信号を与え、アイドルモー
ド運転と並行して、冷却水の降温速度が50℃/h以下
を維持するようにして燃料電池本体1の降温操作を実施
する。この場合、温度センサ25は、燃料電池本体1の
温度を連続的に検出し、検出値を制御装置26に送信し
続ける。Further, the control device 26 gives a temperature lowering signal to the battery cooling water system 4 based on the stop command, so that the cooling water cooling speed is maintained at 50 ° C./h or less in parallel with the idle mode operation. Then, the temperature lowering operation of the fuel cell main body 1 is performed. In this case, the temperature sensor 25 continuously detects the temperature of the fuel cell main body 1 and continuously transmits the detected value to the control device 26.
【0078】そして、温度センサ25からの検出値が、
150〜180℃の範囲、望ましくは150℃に到達し
た段階で、制御装置26は、所内電力系統開閉器23お
よびインバータ開閉器18に開信号を与え、燃料電池負
荷遮断を実施すると同時に、燃料供給遮断弁7および空
気供給遮断弁11に全閉信号を与えて燃料および空気の
供給を遮断する。制御装置26は、この反応ガス供給遮
断制御に並行してさらに、不活性ガス供給制御機能によ
ってアノード入口およびカソード入口のN2 供給弁1
0,14に開信号を与えて、アノード2およびカソード
3に対し、N2 によるガス置換操作を実施する。Then, the detection value from the temperature sensor 25 is
When the temperature reaches a range of 150 to 180 ° C., desirably 150 ° C., the control device 26 gives an open signal to the in-house power system switch 23 and the inverter switch 18 to execute the fuel cell load cut-off and simultaneously supply the fuel. The shutoff valve 7 and the air supply shutoff valve 11 are supplied with a fully closed signal to shut off the supply of fuel and air. The control device 26 further controls the N 2 supply valves 1 at the anode inlet and the cathode inlet by an inert gas supply control function in parallel with the reaction gas supply cutoff control.
An open signal is given to 0 and 14 to perform a gas replacement operation with N 2 on the anode 2 and the cathode 3.
【0079】この時、アノード2の残留H2 リッチガス
及びカソード3の残留空気により残留電圧が発生する
が、この残留電圧は電圧検出器20によって検出されて
制御装置26に送信され、電池電圧の抑制制御が実施さ
れる。すなわち、制御装置26は、電圧検出器20から
の検出値が所定値を越えた場合、例えば0.8V/セル
を越えた場合に、ダミー抵抗開閉器19に投入信号を与
えて、ダミー抵抗17による回路を形成し、電池出力を
消費することで、電池電圧の抑制が実施される。以上の
操作により、燃料電池本体1自身の発電停止操作は完了
するが、制御装置26は、アイドルモード運転中の降温
速度だけでなく、アイドルモード後の発電停止操作から
電池保管温度までの降温速度が50℃/h以下を維持す
るように制御しながら、電池冷却水系統4の降温操作を
継続する。At this time, a residual voltage is generated by the residual H 2 -rich gas on the anode 2 and the residual air on the cathode 3. The residual voltage is detected by the voltage detector 20 and transmitted to the control device 26 to suppress the battery voltage. Control is performed. That is, when the detection value from the voltage detector 20 exceeds a predetermined value, for example, when the voltage exceeds 0.8 V / cell, the control device 26 supplies a turn-on signal to the dummy resistance switch 19 to , And the battery output is consumed, thereby suppressing the battery voltage. By the above operation, the power generation stop operation of the fuel cell body 1 itself is completed. However, the control device 26 controls not only the temperature reduction rate during the idle mode operation but also the temperature reduction rate from the power generation stop operation after the idle mode to the battery storage temperature. Is maintained at 50 ° C./h or lower, and the temperature lowering operation of the battery cooling water system 4 is continued.
【0080】(効果)以上のような本実施の形態によれ
ば、前記第1の実施の形態の効果に加えて、さらに以下
のような効果が得られる。すなわち、発電停止後のアイ
ドルモード運転中およびその後の電池保管温度までの一
連の電池本体の降温操作において、その降温速度を50
℃/h以下に制限することにより、急激なリン酸体積変
化を起こすことなく停止操作を完了することができる。(Effects) According to the present embodiment as described above, the following effects can be obtained in addition to the effects of the first embodiment. In other words, during the idle mode operation after the power generation is stopped and during a series of temperature lowering operations of the battery main body to the battery storage temperature, the temperature lowering rate is set to 50.
By limiting the temperature to ° C / h or less, the stopping operation can be completed without causing a sudden change in phosphoric acid volume.
【0081】したがって、多孔質体からなる燃料電池積
層部材からのリン酸の漏洩や部材間におけるリン酸移動
等を回避することができるため、電池本体設計で決めら
れた燃料電池積層部材間のリン酸保持バランスが崩れる
ことを防止でき、優れた電池寿命を確保することができ
る。Accordingly, it is possible to avoid leakage of phosphoric acid from the porous fuel cell laminated member, transfer of phosphoric acid between the members, and the like. Disruption of the acid retention balance can be prevented, and excellent battery life can be ensured.
【0082】(4)第4の実施の形態 請求項7記載の発明を適用した一つの実施の形態を、第
4の実施の形態として以下に説明する。(4) Fourth Embodiment One embodiment to which the invention described in claim 7 is applied will be described below as a fourth embodiment.
【0083】(構成)まず、本実施の形態に係る燃料電
池発電プラントは、図3に示した前記第2の実施の形態
において、制御装置26が、さらに、電池冷却水温度の
昇温速度が50℃/h以下になるように電池冷却水系統
4を制御する機能をも有することを特徴としている。な
お、他の部分については、前記第2の実施の形態と全く
同様に構成されている。(Structure) First, in the fuel cell power plant according to the present embodiment, in the second embodiment shown in FIG. 3, the control device 26 further controls the temperature increase rate of the battery cooling water temperature. It is also characterized by having a function of controlling the battery cooling water system 4 so as to be 50 ° C./h or less. The other parts are configured exactly the same as in the second embodiment.
【0084】(作用)以上のような構成を有する本実施
の形態の作用を以下に説明する。すなわち、起動指令が
入力された場合、燃料電池保管状態から起動状態への移
行に伴い、制御装置26は、電池冷却水系統4に昇温信
号を与えて燃料電池本体1の昇温操作を実施する。この
場合、制御装置26は、冷却水の昇温速度が50℃/h
以下を維持するようにして、燃料電池本体1の昇温操作
を実施する。この場合、温度センサ27は、燃料電池本
体1の温度を連続的に検出し、検出値を制御装置26に
送信し続ける。(Operation) The operation of the present embodiment having the above configuration will be described below. That is, when the start command is input, the control device 26 gives a temperature rise signal to the battery cooling water system 4 to carry out a temperature rise operation of the fuel cell main body 1 with the transition from the fuel cell storage state to the start state. I do. In this case, the control device 26 sets the cooling water heating rate to 50 ° C./h.
The temperature raising operation of the fuel cell main body 1 is performed while maintaining the following. In this case, the temperature sensor 27 continuously detects the temperature of the fuel cell main body 1 and continuously transmits the detected value to the control device 26.
【0085】そして、温度センサ27からの検出値、す
なわち、燃料電池本体1の温度が150℃に到達した場
合、制御装置26は、アイドルモード運転への移行を実
施する。なお、制御装置26は、このアイドルモード運
転と電池本体1の昇温操作を並行して継続し、電池保管
温度からアイドルモード運転直前までの電池昇温速度と
同様に、アイドルモード運転中の電池昇温速度が50℃
/h以下を満足するように電池冷却水系統4の昇温操作
を実施する。When the value detected by the temperature sensor 27, that is, the temperature of the fuel cell main body 1 reaches 150 ° C., the control device 26 shifts to the idle mode operation. Note that the control device 26 continues the idle mode operation and the temperature raising operation of the battery body 1 in parallel, and, like the battery temperature increase rate from the battery storage temperature to immediately before the idle mode operation, the battery during the idle mode operation. Heating rate is 50 ℃
The operation of raising the temperature of the battery cooling water system 4 is performed so as to satisfy / h or less.
【0086】次に、燃料電池本体1の温度が所定の作動
温度、例えば190℃に到達した時点で、制御装置26
は、外部負荷系統開閉器24を投入し、外部負荷系統2
2ラインを形成して、アイドルモード運転からの負荷上
昇制御を実施する。所定の外部負荷値に到達した段階で
発電運転モードに移行し、一連の起動操作が完了する。Next, when the temperature of the fuel cell body 1 reaches a predetermined operating temperature, for example, 190 ° C., the controller 26
Turns on the external load system switch 24 and outputs the external load system 2
Two lines are formed to perform load increase control from idle mode operation. When a predetermined external load value is reached, the mode shifts to the power generation operation mode, and a series of startup operations is completed.
【0087】(効果)以上のような本実施の形態によれ
ば、前記第2の実施の形態の効果に加えて、さらに以下
のような効果が得られる。すなわち、起動後の電池保管
温度から前記アイドルモード運転直前までの電池昇温操
作およびアイドルモード運転中の一連の電池本体昇温操
作において、その昇温操作を50℃/h以下に制限する
ことにより、急激なリン酸体積変化を起こすことなく昇
温操作を完了することができる。(Effects) According to the present embodiment as described above, the following effects can be obtained in addition to the effects of the second embodiment. That is, in the battery temperature raising operation from the battery storage temperature after startup to immediately before the idle mode operation and a series of battery body temperature raising operations during the idle mode operation, the temperature raising operation is limited to 50 ° C./h or less. The temperature raising operation can be completed without causing a sudden change in phosphoric acid volume.
【0088】したがって、多孔質体からなる燃料電池積
層部材からのリン酸の漏洩や部材間におけるリン酸移動
等を回避することができるため、電池本体設計で決めら
れた燃料電池積層部材間のリン酸保持バランスが崩れる
ことを防止でき、優れた電池寿命を確保することができ
る。Accordingly, it is possible to avoid leakage of phosphoric acid from the porous fuel cell laminated member made of a porous body, transfer of phosphoric acid between the members, and the like. Disruption of the acid retention balance can be prevented, and excellent battery life can be ensured.
【0089】(5)第5の実施の形態 請求項8、14記載の発明を適用した一つの実施の形態
を、第5の実施の形態として図4を参照して以下に説明
する。(5) Fifth Embodiment One embodiment to which the inventions of claims 8 and 14 are applied will be described below as a fifth embodiment with reference to FIG.
【0090】(構成)まず、本実施の形態に係る燃料電
池発電プラントの構成は、図3に示した前記第2の実施
の形態において、さらに、微量水素含有窒素を供給する
ための構成を追加したものである。すなわち、アノード
2の入口には、微量H2 含有N2 供給弁28を介して、
4%以下の微量のH2 を含む微量H2 含有N2 供給系統
(微量水素含有ガス供給装置)29が接続されている。
なお、他の部分については、前記第2の実施の形態と全
く同様に構成されている。(Configuration) First, the configuration of the fuel cell power plant according to the present embodiment is different from the second embodiment shown in FIG. 3 in that a configuration for supplying a trace amount of hydrogen-containing nitrogen is further added. It was done. That is, the inlet of the anode 2 is supplied via the trace H 2 -containing N 2 supply valve 28,
A trace H 2 -containing N 2 supply system (trace hydrogen-containing gas supply device) 29 containing a trace amount of H 2 of 4% or less is connected.
The other parts are configured exactly the same as in the second embodiment.
【0091】(作用)以上のような構成を有する本実施
の形態の作用は以下の通りである。すなわち、起動指令
が入力された場合、燃料電池保管状態から起動状態への
移行に伴い、制御装置26は電池冷却水系統4に昇温信
号を与えて燃料電池本体1の昇温操作を実施する。この
場合、温度センサ27は、燃料電池本体1の温度を連続
的に検出し、検出値を制御装置26に送信し続ける。(Operation) The operation of the present embodiment having the above configuration is as follows. That is, when the start command is input, the control device 26 gives a temperature increase signal to the battery cooling water system 4 and performs a temperature increase operation of the fuel cell main body 1 with the transition from the fuel cell storage state to the start state. . In this case, the temperature sensor 27 continuously detects the temperature of the fuel cell main body 1 and continuously transmits the detected value to the control device 26.
【0092】そして、燃料電池本体1の温度が100℃
に到達する以前に、制御装置26は、アノード微量H2
含有N2 供給弁28に開信号を与え、微量H2 含有N2
供給系統29からアノード2に対して、4%以下の微量
のH2 を含むN2 ガスが供給される。この時点で、アノ
ード2中には、電池保管中空気が侵入している可能性が
あるので、高濃度のH2 を供給した場合には爆発の危険
性があるが、本実施の形態でアノード2に供給されるN
2 ガス中のH2 濃度は、4%以下の爆発限界以下の濃度
であるので、安全に操作を実施することができる。Then, the temperature of the fuel cell main body 1 is 100 ° C.
Prior to reaching the anode trace H 2
An open signal is given to the containing N 2 supply valve 28, and a trace amount of H 2 containing N 2
An N 2 gas containing a small amount of H 2 of 4% or less is supplied from the supply system 29 to the anode 2. At this point, since there is a possibility that air may enter into the anode 2 during storage of the battery, there is a danger of explosion if a high concentration of H 2 is supplied. N supplied to 2
Since the H 2 concentration in the two gases is below the explosion limit of 4% or less, the operation can be performed safely.
【0093】このような4%以下の微量のH2 を含むN
2 ガスの供給は、アノード2の電位を低減し、かつ、カ
ソード3の電位を電圧値として観測可能にする。すなわ
ち、燃料電池保管中において電池内に大気中から混入し
た酸素に起因してアノード2が高電位状態(0.8V以
上)にある場合でも、供給されたH2 がアノード2の触
媒に吸着するので、アノード2は、H2 電位である0V
付近まで低減する。一方、同様にカソード3は高電位状
態にあるため、アノード2の電位が低下したことで、ア
ノード2とカソード3の間に電圧が発生する。電圧検出
器20は、この発生電圧を検知し、検出値を制御装置2
6に送信し続ける。The N containing a trace amount of H 2 of 4% or less
The supply of the two gases reduces the potential of the anode 2 and makes the potential of the cathode 3 observable as a voltage value. That is, even when the anode 2 is in a high potential state (0.8 V or more) due to oxygen mixed into the cell from the atmosphere during storage of the fuel cell, the supplied H 2 is adsorbed on the catalyst of the anode 2. since the anode 2 is is H 2 potential 0V
Reduce to near. On the other hand, similarly, since the cathode 3 is in a high potential state, a voltage is generated between the anode 2 and the cathode 3 due to a decrease in the potential of the anode 2. The voltage detector 20 detects the generated voltage and outputs the detected value to the control device 2.
Continue sending to 6.
【0094】そして、発生電圧が予め設定された所定の
電圧抑制開始電圧値、例えば0.7V/セル以上に到達
した場合、制御装置26は、ダミー抵抗開閉器19に投
入信号を与えてダミー抵抗17を投入し、カソード3中
の混入O2 を消費することで、電圧を低減させ、カソー
ド3電極電位の抑制を行う。When the generated voltage reaches a predetermined voltage suppression start voltage value, for example, 0.7 V / cell or more, the control device 26 supplies a closing signal to the dummy resistance switch 19 to 17 is supplied and the mixed O 2 in the cathode 3 is consumed, thereby reducing the voltage and suppressing the potential of the cathode 3 electrode.
【0095】(効果)以上のような本実施の形態によれ
ば、前記第2の実施の形態の効果に加えて、さらに以下
のような効果が得られる。すなわち、昇温操作におい
て、燃料電池保管中に電池電池内に大気中から混入した
酸素により発生する高電位状態(0.8V以上)の電極
を、触媒劣化が進行する100℃以上の高温状態に到達
する前に、アノード2に4%以下の微量のH2 を供給す
ることにより、アノード電位を低減し、かつ、ダミー抵
抗17を投入してカソード3中のO2 を消費すること
で、カソード電位を抑制することができる。したがっ
て、昇温に伴う高温、高電位状態で進行する触媒劣化を
完全に防止できる。(Effects) According to the present embodiment as described above, the following effects can be further obtained in addition to the effects of the second embodiment. That is, in the temperature raising operation, the electrode in a high potential state (0.8 V or more) generated by oxygen mixed from the atmosphere into the battery cell during storage of the fuel cell is brought to a high temperature state of 100 ° C. or more at which catalyst deterioration proceeds. before reaching, by supplying of H 2 less than 4% of the small amount of the anode 2, by reducing the anode potential, and consumes O 2 in the cathode 3 by introducing the dummy resistor 17, the cathode The potential can be suppressed. Therefore, it is possible to completely prevent the catalyst from deteriorating at a high temperature and a high potential due to the temperature rise.
【0096】(6)第6の実施の形態 請求項10、15記載の発明を適用した一つの実施の形
態を、第6の実施の形態として図5を参照して以下に説
明する。(6) Sixth Embodiment One embodiment to which the inventions of claims 10 and 15 are applied will be described below as a sixth embodiment with reference to FIG.
【0097】(構成)まず、本実施の形態に用いる燃料
電池発電プラントの構成は、図1に示した前記第1の実
施の形態において、さらに、カソード3側に微量の空気
を混入するための構成を追加したものである。すなわ
ち、カソード3の入口に配置してあるカソードN2 供給
弁14の上流には、カソード空気混入調整弁30を介し
て、カソード空気供給系統31が接続されている。ここ
で、カソード空気混入調整弁30は、カソードN2 供給
弁14が開操作してカソード3にN2 が供給される場合
に、このカソードN2 供給弁14と同時にカソード空気
混入調整弁30が開操作するように構成されている。さ
らに、この開操作におけるカソード空気混入調整弁30
の弁開度は、カソード3に供給されるN2 ガス中のO2
濃度が0.005〜0.05%を満足するように調整さ
れ、その制御は制御装置26により実施されるようにな
っている。なお、他の部分については、前記第1の実施
の形態と全く同様に構成されている。(Structure) First, the structure of the fuel cell power plant used in this embodiment is different from that of the first embodiment shown in FIG. 1 in that a small amount of air is mixed into the cathode 3 side. The configuration is added. That is, the cathode air supply system 31 is connected to the upstream of the cathode N 2 supply valve 14 disposed at the inlet of the cathode 3 via the cathode air mixing adjustment valve 30. Here, when the cathode N 2 supply valve 14 is opened and N 2 is supplied to the cathode 3, the cathode aeration control valve 30 is operated simultaneously with the cathode N 2 supply valve 14. It is configured to perform an opening operation. Further, the cathode air mixing adjustment valve 30 in this opening operation
Is the O 2 in the N 2 gas supplied to the cathode 3.
The concentration is adjusted so as to satisfy 0.005 to 0.05%, and the control is performed by the control device 26. The other parts are configured in exactly the same manner as in the first embodiment.
【0098】(作用)以上のような構成を有する本実施
の形態の作用は以下の通りである。すなわち、停止指令
が入力された場合、発電運転状態から停止状態への移行
に伴い、制御装置26は、所内電力相当の最低負荷まで
負荷低減操作を指令する。最低負荷レベル到達後、制御
装置26は、外部負荷系統開閉器24に開信号を与えて
外部負荷系統22を切り離し、かつ所内電力系統開閉器
23には閉信号を保持し、所内電力系統21だけの最低
負荷レベルによるアイドルモード運転を継続する。(Operation) The operation of the present embodiment having the above configuration is as follows. That is, when the stop command is input, the control device 26 instructs a load reduction operation to a minimum load corresponding to the in-plant power with the transition from the power generation operation state to the stop state. After reaching the minimum load level, the control device 26 gives an open signal to the external load system switch 24 to disconnect the external load system 22, and holds a close signal in the in-house power system switch 23, and only the in-house power system 21 Continue the idle mode operation at the minimum load level.
【0099】また、制御装置26は、停止指令と同時に
電池冷却水系統4に降温信号を与え、アイドルモード運
転と並行して燃料電池本体1の降温操作を実施する。こ
の場合、温度センサ25は、アイドルモード運転中の燃
料電池本体1のホットスポットを連続的に検出し、検出
値を制御装置26に送信し続ける。Further, the control device 26 gives a temperature lowering signal to the battery cooling water system 4 simultaneously with the stop command, and performs the temperature lowering operation of the fuel cell main body 1 in parallel with the idle mode operation. In this case, the temperature sensor 25 continuously detects a hot spot of the fuel cell main body 1 during the idle mode operation, and continuously transmits the detected value to the control device 26.
【0100】そして、温度センサ25からの検出値が、
150〜180℃の範囲、望ましくは150℃に到達し
た段階で、制御装置26は、所内電力系統開閉器23お
よびインバータ開閉器18に開信号を与え、燃料電池負
荷遮断を実施すると同時に、燃料供給遮断弁7および空
気供給遮断弁11に全閉信号を与えて燃料および空気の
供給を遮断する。制御装置26は、この反応ガス供給遮
断制御に並行してさらに、不活性ガス供給制御機能によ
ってアノード入口およびカソード入口のN2 供給弁1
0,14に開信号を与えて、アノード2およびカソード
3に対し、N2 によるガス置換操作を実施する。Then, the detection value from the temperature sensor 25 is
When the temperature reaches a range of 150 to 180 ° C., desirably 150 ° C., the control device 26 gives an open signal to the in-house power system switch 23 and the inverter switch 18 to execute the fuel cell load cut-off and simultaneously supply the fuel. The shutoff valve 7 and the air supply shutoff valve 11 are supplied with a fully closed signal to shut off the supply of fuel and air. The control device 26 further controls the N 2 supply valves 1 at the anode inlet and the cathode inlet by an inert gas supply control function in parallel with the reaction gas supply cutoff control.
An open signal is given to 0 and 14 to perform a gas replacement operation with N 2 on the anode 2 and the cathode 3.
【0101】この時、アノード2の残留H2 リッチガス
およびカソード3の残留空気により残留電圧が発生する
が、この残留電圧は電圧検出器20によって検出されて
制御装置26に送信され、電池電圧の抑制制御が実施さ
れる。すなわち、制御装置26は、電圧検出器20から
の検出値が所定値を越えた場合、例えば0.8V/セル
を越えた場合に、ダミー抵抗開閉器19に投入信号を与
えて、ダミー抵抗17による回路を形成し、電池出力を
消費することで、電池電圧の抑制を実施する。At this time, a residual voltage is generated by the residual H 2 -rich gas on the anode 2 and the residual air on the cathode 3, and the residual voltage is detected by the voltage detector 20 and transmitted to the control device 26 to suppress the battery voltage. Control is performed. That is, when the detection value from the voltage detector 20 exceeds a predetermined value, for example, when the voltage exceeds 0.8 V / cell, the control device 26 supplies a turn-on signal to the dummy resistance switch 19 to To suppress the battery voltage by consuming the battery output.
【0102】さらに、本実施の形態において、以上のよ
うにカソードN2 供給弁14を開操作してカソード3に
N2 を供給する際に、制御装置26は、カソードN2 供
給弁14と同時にカソード空気混入調整弁30も開操作
し、その弁開度を制御するため、カソード空気供給系統
31からカソード3に0.005〜0.05%のO2を
含むN2 が供給される。このように、0.005〜0.
05%の濃度のO2 が供給されることにより、カソード
3の電極電位は、0.3〜0.8Vの範囲を確実に維持
する。[0102] Further, in this embodiment, when supplying the N 2 the cathode N 2 supply valve 14 opening operation to the cathode 3 as described above, the control unit 26, cathode N 2 supply valve 14 at the same time cathode aerated regulating valve 30 is also opened, the therefore to control the valve opening, N 2 to the cathode 3 containing 0.005 to 0.05 percent of the O 2 from the cathode air supply system 31 is supplied. Thus, 0.005-0.
By supplying O 2 at a concentration of 05%, the electrode potential of the cathode 3 is reliably maintained in the range of 0.3 to 0.8 V.
【0103】以上の操作により、燃料電池本体1自身の
発電停止操作が完了するが、制御装置26は、電池保管
温度まで、燃料電池本体1の降温操作を継続する。With the above operation, the power generation stop operation of the fuel cell main body 1 itself is completed, but the control device 26 continues the temperature lowering operation of the fuel cell main body 1 to the battery storage temperature.
【0104】(効果)以上のような本実施の形態によれ
ば、前記第1の実施の形態の効果に加えて、さらに以下
のような効果が得られる。すなわち、停止操作に伴う不
活性ガスによるガス置換操作が実施された状態で、不活
性ガス中に微量の酸素が含まれているので、電極電位は
その微量酸素に平衡となる電位状態に維持される。(Effects) According to the present embodiment as described above, the following effects can be obtained in addition to the effects of the first embodiment. That is, in a state where the gas replacement operation with the inert gas accompanying the stop operation is performed, a small amount of oxygen is contained in the inert gas, so that the electrode potential is maintained at a potential state equilibrium with the small amount of oxygen. You.
【0105】図6は、本発明者等が実験により求めたO
2 濃度と電極電位の関係を示すものである。図6に示す
ように、触媒組成によりO2 濃度と電極電位の関係は変
化する(これは、触媒組成である貴金属とカーボンとの
混成電位で決定するものである)。一方、前述したよう
に、図8は、停止操作後の電極電位と、その停止操作に
伴う電圧低下量の関係を示している。FIG. 6 is a graph showing the O values obtained by experiments by the present inventors.
2 shows the relationship between the concentration and the electrode potential. As shown in FIG. 6, the relationship between the O 2 concentration and the electrode potential changes depending on the catalyst composition (this is determined by the mixed potential of the noble metal and carbon, which is the catalyst composition). On the other hand, as described above, FIG. 8 shows the relationship between the electrode potential after the stop operation and the amount of voltage drop accompanying the stop operation.
【0106】これらの図6と図8のグラフより、酸素濃
度0.001〜0.1%における電極電位は、おおよ
そ、種々の触媒組成においても0.3〜0.8Vを示
し、この電位範囲は、停止操作に伴う電圧低下を抑制で
きることが明らかである。つまり、電極電位が0.8V
を越える場合には、触媒のシンタリングが加速するた
め、停止操作に伴う電圧低下を引き起こし、一方、電極
電位が0.3V以下の場合には、シンタリングにより溶
解した触媒貴金属が再析出して触媒の活性サイトを覆う
ために触媒活性面積が減少し、停止操作に伴う電圧低下
を引き起こすものと考えられる。From the graphs of FIG. 6 and FIG. 8, the electrode potential at an oxygen concentration of 0.001 to 0.1% is approximately 0.3 to 0.8 V even with various catalyst compositions. It is clear that can suppress the voltage drop due to the stop operation. That is, the electrode potential is 0.8 V
When the electrode potential exceeds 0.3 V, the sintering of the catalyst is accelerated, causing a voltage drop due to the stopping operation. On the other hand, when the electrode potential is 0.3 V or less, the catalyst noble metal dissolved by the sintering is reprecipitated. It is considered that the active area of the catalyst is reduced to cover the active site of the catalyst, thereby causing a voltage drop due to the stopping operation.
【0107】したがって、発電停止後においても不活性
ガス中の酸素濃度が0.001〜0.1%であることに
より、電極電位を0.3〜0.8Vに保持することがで
き、上述したような触媒劣化現象を回避することができ
る。特に、本実施の形態のように、酸素濃度を0.00
5〜0.05%に限定した場合には、図6から明らかな
ように、触媒組成に関わらず、電極電位を確実に0.3
〜0.8Vに保持できる。Therefore, even after the power generation is stopped, the electrode potential can be maintained at 0.3 to 0.8 V because the oxygen concentration in the inert gas is 0.001 to 0.1%. Such a catalyst deterioration phenomenon can be avoided. In particular, as in the present embodiment, the oxygen concentration is 0.00
When it is limited to 5 to 0.05%, as is apparent from FIG.
It can be maintained at 0.8V.
【0108】なお、本実施の形態は、カソード3のパー
ジ用N2 中に微量のO2 を混入させるものであるが、同
様に、アノード2のパージ用N2 に微量のO2 を混入さ
せることにより、アノード触媒に関して同様な効果を得
ることができる。なお、アノード2とカソード3のどち
らか一方のパージ用N2 に微量のO2 を混入させた場合
には、アノード2とカソード3間にある電解質層をO2
が溶解、拡散移動するため、若干の時間遅れ(10mi
n程度)が生じるものの、両極とも微量のO2に平衡す
る電極電位を保持することができる。In this embodiment, a small amount of O 2 is mixed in the purge N 2 of the cathode 3. Similarly, a small amount of O 2 is mixed in the purge N 2 of the anode 2. Thereby, a similar effect can be obtained for the anode catalyst. When a small amount of O 2 is mixed into one of the purge N 2 of the anode 2 and the cathode 3, the electrolyte layer between the anode 2 and the cathode 3 is replaced with O 2.
Is slightly dissolved (10 mi)
n), but both electrodes can maintain an electrode potential that balances a small amount of O 2 .
【0109】(7)他の実施の形態 本発明は、以上のような実施の形態に限定されるもので
はない。例えば、前述したように、個々の実施の形態は
明らかな効果を有するが、前記の複数の実施の形態を適
宜組み合わせることにより、相乗的な効果を得ることが
可能である。また、制御装置や供給弁、供給系統等の各
部の具体的な構成は適宜選択可能である。(7) Other Embodiments The present invention is not limited to the above embodiments. For example, as described above, each embodiment has a clear effect, but a synergistic effect can be obtained by appropriately combining the above-described embodiments. Further, the specific configuration of each part such as the control device, the supply valve, and the supply system can be appropriately selected.
【0110】[0110]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所内電力系統だけのアイドルモード運転を実施したり、
ガス置換用の不活性ガス中に微量水素や微量酸素を含有
させることにより、燃料電池本体の電圧を十分に抑制で
きるため、起動操作時や停止操作時における触媒の劣化
を防止して、起動停止操作に伴う電池特性を低下させる
ことなく安定に維持することが可能な、優れた燃料電池
発電プラントおよびその起動・停止方法を提供すること
ができる。As described above, according to the present invention,
Implement idle mode operation only for the on-site power system,
By including a trace amount of hydrogen or trace amount of oxygen in the inert gas for gas replacement, the voltage of the fuel cell body can be sufficiently suppressed. It is possible to provide an excellent fuel cell power generation plant and a method for starting and stopping the fuel cell power generation plant, which can stably maintain the cell characteristics without deteriorating the operation.
【図1】本発明による第1および第3の実施の形態に係
る燃料電池発電プラントを示す接続構成図。FIG. 1 is a connection configuration diagram showing a fuel cell power plant according to first and third embodiments of the present invention.
【図2】燃料電池触媒のシンタリングに伴う触媒表面減
少比と触媒温度の関係を示すグラフ。FIG. 2 is a graph showing a relationship between a catalyst surface reduction ratio and catalyst temperature accompanying sintering of a fuel cell catalyst.
【図3】本発明による第2および第4の実施の形態に係
る燃料電池発電プラントを示す接続構成図。FIG. 3 is a connection configuration diagram showing a fuel cell power plant according to second and fourth embodiments of the present invention.
【図4】本発明による第5の実施の形態に係る燃料電池
発電プラントを示す接続構成図。FIG. 4 is a connection configuration diagram showing a fuel cell power plant according to a fifth embodiment of the present invention.
【図5】本発明による第6の実施の形態に係る燃料電池
発電プラントを示す接続構成図。FIG. 5 is a connection configuration diagram showing a fuel cell power plant according to a sixth embodiment of the present invention.
【図6】O2 濃度と電極電位の関係を示すグラフ。FIG. 6 is a graph showing the relationship between O 2 concentration and electrode potential.
【図7】従来のリン酸型燃料電池発電プラントの一例を
示す接続構成図。FIG. 7 is a connection configuration diagram showing an example of a conventional phosphoric acid fuel cell power plant.
【図8】起動停止操作中の電極電位と起動停止操作に伴
う電圧低下量の関係を示すグラフ。FIG. 8 is a graph showing a relationship between an electrode potential during a start / stop operation and a voltage drop amount due to the start / stop operation.
1…燃料電池本体 2…アノード 3…カソード 4…電池冷却水系統 5…燃料改質装置 6…改質器バーナ 7…燃料供給遮断弁 8…水蒸気供給経路 9…アノードN2 供給系統 10…アノードN2 供給弁 11…空気供給遮断弁 12…ブロワ 13…カソードN2 供給系統 14…カソードN2 供給弁 15…ガス排気経路 16…インバータ 17…ダミー抵抗 18…インバータ開閉器 19…ダミー抵抗開閉器 20…電圧検出器 21…所内電力系統 22…外部負荷系統 23…所内電力系統開閉器 24…外部負荷系統開閉器 25,27…温度センサ 26…制御装置 28…微量H2 含有N2 供給弁 29…微量H2 含有N2 供給系統 30…カソード空気混入調整弁 31…カソード空気供給系統1 ... fuel cell body 2: anode 3 ... cathode 4 ... battery coolant system 5 ... fuel reformer 6 ... reformer burner 7 ... fuel supply cutoff valve 8 ... steam supply path 9 ... anode N 2 supply system 10 ... anode N 2 supply valve 11 ... Air supply cutoff valve 12 ... Blower 13 ... Cathode N 2 supply system 14 ... Cathode N 2 supply valve 15 ... Gas exhaust path 16 ... Inverter 17 ... Dummy resistor 18 ... Inverter switch 19 ... Dummy resistor switch 20 ... voltage detector 21 ... auxiliary power system 22 ... external load system 23 ... auxiliary power grid switch 24 ... external load system switches 25, 27 ... temperature sensor 26 ... controller 28 ... trace containing H 2 N 2 supply valve 29 … N 2 supply system containing trace amounts of H 2 30… cathode air mixing control valve 31… cathode air supply system
Claims (15)
を複数積層してなる燃料電池本体と、この燃料電池本体
に燃料および酸化剤をそれぞれ供給する燃料改質装置お
よび酸化剤供給装置と、燃料電池本体の温度を制御する
電池冷却系統と、燃料電池本体の出力端に接続される直
交変換装置と、この直交変換装置と外部負荷系統を接続
する外部負荷系統開閉器を備えた燃料電池発電プラント
の起動・停止操作方法において、 燃料電池発電プラントの起動操作時と停止操作時のいず
れか一方の操作時に、 前記外部負荷系統開閉器を開状態とする一方で燃料電池
発電プラントの所内電力系統だけに前記燃料電池本体の
出力を供給することで、所内電力系統だけの負荷に相当
する最低負荷で運転するアイドルモード運転を実施する
ステップを備えたことを特徴とする燃料電池発電プラン
トの起動・停止操作方法。1. A fuel cell main body comprising a plurality of unit cells each comprising a fuel electrode and an oxidant electrode, a fuel reformer and an oxidant supply device for supplying fuel and oxidant to the fuel cell main body, respectively. Fuel cell power generation including a battery cooling system for controlling the temperature of the fuel cell main body, an orthogonal transformer connected to the output end of the fuel cell main body, and an external load system switch connecting the orthogonal transformer and the external load system In the plant start / stop operation method, when the fuel cell power plant is started or stopped, the external load system switch is opened while the internal power system of the fuel cell power plant is opened. Supplying the output of the fuel cell main body only to perform an idle mode operation of operating at a minimum load corresponding to a load of only the in-house power system. Start and stop operating method of the fuel cell power plant characterized and.
で低減させるステップと、 前記最低負荷到達後に、前記外部負荷系統開閉器を開放
して前記アイドルモード運転を実施するステップと、 前記アイドルモード運転を実施するステップと並行し
て、前記電池冷却系統を制御して前記燃料電池本体の降
温操作を実施するステップと、 前記燃料電池本体温度が作動温度より低く設定されたア
イドルモード運転停止温度まで降温した時点で、前記ア
イドルモード運転を停止するステップと、 前記アイドルモード運転を停止するステップと並行し
て、ガス置換操作と残留電圧抑制操作を含む本体停止操
作を実施するステップを備え、 前記ガス置換操作は、前記燃料改質装置および前記酸化
剤供給装置から前記燃料電池本体への改質燃料および酸
化剤の供給を遮断すると同時に燃料電池本体へ不活性ガ
スを供給して残留ガスを追い出す操作であり、 前記残留電圧抑制操作は、前記燃料電池本体の燃料極と
酸化剤極との間にダミー抵抗を投入することで残留電圧
を抑制する操作であることを特徴とする請求項1記載の
燃料電池発電プラントの起動・停止操作方法。2. A step of controlling a power generation load based on a stop command to reduce the load to the minimum load at the time of a stop operation of the fuel cell power plant, and opening the external load system switch after reaching the minimum load. Performing the idle mode operation; controlling the battery cooling system to perform a temperature lowering operation of the fuel cell main body in parallel with the step of performing the idle mode operation; At the time when the temperature is lowered to the idle mode operation stop temperature set lower than the operating temperature, the step of stopping the idle mode operation and the step of stopping the idle mode operation are performed in parallel with the gas replacement operation and the residual voltage suppression operation. Performing a main body stop operation including: The operation of shutting off the supply of the reforming fuel and the oxidizing agent from the supply device to the fuel cell main body and simultaneously supplying the inert gas to the fuel cell main body to drive out the residual gas. 2. The method according to claim 1, wherein the residual voltage is suppressed by inserting a dummy resistor between the fuel electrode and the oxidant electrode of the main body.
記燃料電池本体内部の最高温度が150〜180℃の範
囲に達した場合の温度であることを特徴とする請求項2
記載の燃料電池発電プラントの起動・停止操作方法。3. The idle mode operation stop temperature is a temperature when a maximum temperature inside the fuel cell main body reaches a range of 150 to 180 ° C.
The start / stop operation method of the fuel cell power plant described in the above.
ステップ中で、前記アイドルモード運転中の電池降温速
度、およびアイドルモード運転後の前記本体停止操作か
ら電池保管温度に至るまでの電池降温速度を50℃/h
以下に維持するように、前記電池冷却系統を制御するこ
とを特徴とする請求項2記載の燃料電池発電プラントの
起動・停止操作方法。4. A step of performing a temperature lowering operation of the fuel cell main body, wherein the battery temperature lowering rate during the idle mode operation and a battery temperature lowering rate from the main body stopping operation after the idle mode operation to a battery storage temperature. At 50 ° C / h
The method according to claim 2, wherein the battery cooling system is controlled so as to maintain the following.
料電池本体の昇温操作を実施するステップと、 前記燃料電池本体温度が作動温度より低く設定されたア
イドルモード運転開始温度まで昇温した時点で、前記改
質装置および前記酸化剤供給装置から前記燃料電池本体
に対して改質燃料および酸化剤をそれぞれ供給して前記
アイドルモード運転を実施するステップと、 前記燃料電池本体温度が作動温度に到達した時点で、前
記外部負荷系統開閉器を投入し、前記外部負荷系統へ電
力を出力する外部起動操作を実施するステップを備えた
ことを特徴とする請求項1記載の燃料電池発電プラント
の起動・停止操作方法。5. A step of controlling the battery cooling system based on a start command to perform a temperature raising operation of the fuel cell main body at a start operation of the fuel cell power plant; At the time when the temperature is raised to the idle mode operation start temperature set low, the reforming device and the oxidizing agent supplying device supply reformed fuel and an oxidizing agent to the fuel cell body, respectively, to perform the idle mode operation. Performing, and when the fuel cell main body temperature reaches the operating temperature, turning on the external load system switch and performing an external start operation for outputting power to the external load system. The method for starting / stopping a fuel cell power plant according to claim 1.
50℃以上の温度であることを特徴とする請求項5記載
の燃料電池発電プラントの起動操作方法。6. The idling mode operation start temperature is 1
The method for starting a fuel cell power plant according to claim 5, wherein the temperature is 50C or higher.
ステップ中で、電池保管温度から前記アイドルモード運
転直前までの電池昇温速度、およびアイドルモード運転
中の電池昇温速度を50℃/h以下に維持するように、
前記電池冷却系統を制御することを特徴とする請求項5
記載の燃料電池発電プラントの起動・停止操作方法。7. In the step of performing the operation of raising the temperature of the fuel cell main body, the battery heating rate from the battery storage temperature to immediately before the idle mode operation and the battery heating rate during the idle mode operation are set to 50 ° C. / h
The battery cooling system is controlled.
The start / stop operation method of the fuel cell power plant described in the above.
ステップ中で、 燃料電池本体温度が100℃に到達する以前に、4%以
下の微量の水素を含む不活性ガスを燃料電池本体の燃料
極に供給して、 前記燃料電池本体の電池電圧が予め設定された電圧抑制
開始電圧以上に達した時点で、前記燃料電池本体の燃料
極と酸化剤極との間にダミー抵抗を投入することで残留
電圧を抑制することを特徴とする請求項5記載の燃料電
池発電プラントの起動・停止操作方法。8. In the step of performing the temperature raising operation of the fuel cell main body, before the temperature of the fuel cell main body reaches 100 ° C., an inert gas containing a trace amount of hydrogen of 4% or less is supplied to the fuel cell main body. When the battery voltage of the fuel cell body reaches or exceeds a preset voltage suppression start voltage, a dummy resistor is inserted between the fuel electrode and the oxidant electrode of the fuel cell body. 6. The method according to claim 5, wherein the residual voltage is suppressed.
を複数積層してなる燃料電池本体と、この燃料電池本体
に燃料および酸化剤をそれぞれ供給する燃料改質装置お
よび酸化剤供給装置と、燃料電池本体の温度を制御する
電池冷却系統と、燃料電池本体の出力端に接続される直
交変換装置と、この直交変換装置と外部負荷系統を接続
する外部負荷系統開閉器を備えた燃料電池発電プラント
の停止操作を実施するために、前記燃料改質装置および
前記酸化剤供給装置から前記燃料電池本体への改質燃料
および酸化剤の供給を遮断すると同時に燃料電池本体へ
不活性ガスを供給して残留ガスを追い出すガス置換操作
と、前記燃料電池本体の燃料極と酸化剤極との間にダミ
ー抵抗を投入することで残留電圧を抑制する残留電圧抑
制操作を含む本体停止操作を実施するステップを備えた
燃料電池発電プラントの停止操作方法において、 前記燃料電池本体の少なくとも燃料極または酸化剤極の
どちらか一方に供給される前記不活性ガスが0.1%以
下の微量の酸素を含むことを特徴とする燃料電池発電プ
ラントの停止操作方法。9. A fuel cell main body in which a plurality of unit cells each including a fuel electrode and an oxidant electrode are stacked, a fuel reforming device and an oxidant supply device for supplying fuel and oxidant to the fuel cell main body, respectively. Fuel cell power generation including a battery cooling system for controlling the temperature of the fuel cell main body, an orthogonal transformer connected to the output end of the fuel cell main body, and an external load system switch connecting the orthogonal transformer and the external load system In order to perform a shutdown operation of the plant, the supply of the reformed fuel and the oxidant from the fuel reformer and the oxidant supply device to the fuel cell main body is cut off, and at the same time, an inert gas is supplied to the fuel cell main body. A gas replacement operation to drive out residual gas by using a dummy resistor between a fuel electrode and an oxidant electrode of the fuel cell body, and a residual voltage suppression operation to suppress a residual voltage. A method for stopping a fuel cell power plant, comprising the step of performing a shut-down operation, wherein the inert gas supplied to at least one of a fuel electrode and an oxidant electrode of the fuel cell main body is 0.1% or less. A method for shutting down a fuel cell power plant, comprising a small amount of oxygen.
005〜0.05%であることを特徴とする請求項9記
載の燃料電池発電プラントの停止操作方法。10. The method according to claim 1, wherein the concentration of oxygen in the inert gas is 0.1.
The method according to claim 9, wherein the amount is 005 to 0.05%.
池を複数積層してなる燃料電池本体と、この燃料電池本
体に燃料および酸化剤をそれぞれ供給する燃料改質装置
および酸化剤供給装置と、燃料電池本体の温度を制御す
る電池冷却系統と、燃料電池本体の出力端に接続される
直交変換装置と、この直交変換装置と外部負荷系統を接
続する外部負荷系統開閉器を備えた燃料電池発電プラン
トにおいて、 前記外部負荷系統開閉器を制御する制御手段を備え、 前記制御手段によって、前記外部負荷系統開閉器を開状
態とする一方で燃料電池発電プラントの所内電力系統だ
けに前記燃料電池本体の出力を供給することで、所内電
力系統だけの負荷に相当する最低負荷で運転するアイド
ルモード運転を実施可能に構成されたことを特徴とする
燃料電池発電プラント。11. A fuel cell main body in which a plurality of unit cells each including a fuel electrode and an oxidant electrode are stacked, a fuel reformer and an oxidant supply device for supplying fuel and oxidant to the fuel cell main body, respectively. Fuel cell power generation including a battery cooling system for controlling the temperature of the fuel cell main body, an orthogonal transformer connected to the output end of the fuel cell main body, and an external load system switch connecting the orthogonal transformer and the external load system The plant, further comprising: control means for controlling the external load system switch. By supplying an output, it is possible to perform an idle mode operation in which the operation is performed at a minimum load corresponding to a load of only the power system in the plant. Power plant.
する不活性ガス供給装置が設けられると共に、前記燃料
電池本体の燃料極と酸化剤極の間に接続可能なダミー抵
抗が設けられ、 前記制御手段は、 燃料電池発電プラントの停止操作時において、 停止指令に基づいて発電負荷を制御して前記最低負荷ま
で低減させ、 前記最低負荷到達後に、前記外部負荷系統開閉器を開放
して前記アイドルモード運転を実施すると同時に、前記
電池冷却系統を制御して前記燃料電池本体の降温操作を
実施し、 前記燃料電池本体温度が作動温度より低く設定されたア
イドルモード運転停止温度まで降温した時点で、前記ア
イドルモード運転を停止し、ガス置換操作と残留電圧抑
制操作を含む本体停止操作を実施するように構成され、 前記ガス置換操作は、前記燃料改質装置および前記酸化
剤供給装置から前記燃料電池本体への改質燃料および酸
化剤の供給を遮断すると同時に前記不活性ガス供給装置
から燃料電池本体へ不活性ガスを供給して残留ガスを追
い出す操作であり、 前記残留電圧抑制操作は、前記燃料電池本体の燃料極と
酸化剤極との間に前記ダミー抵抗を投入することで残留
電圧を抑制する操作であることを特徴とする請求項12
記載の燃料電池発電プラント。12. An inert gas supply device for supplying an inert gas to the fuel cell body, and a dummy resistor connectable between a fuel electrode and an oxidant electrode of the fuel cell body is provided. The control means controls a power generation load based on a stop command to reduce the load to the minimum load during a stop operation of the fuel cell power plant, and after reaching the minimum load, opens the external load switch and opens the idle load switch. At the same time as performing the mode operation, the battery cooling system is controlled to perform a temperature lowering operation of the fuel cell main body. The idle mode operation is stopped, and a main body stop operation including a gas replacement operation and a residual voltage suppression operation is performed. The supply of the reformed fuel and the oxidant from the fuel reforming device and the oxidant supply device to the fuel cell body is interrupted, and at the same time, the inert gas is supplied from the inert gas supply device to the fuel cell body and the residual gas is supplied. The residual voltage suppressing operation is an operation of suppressing the residual voltage by inserting the dummy resistor between a fuel electrode and an oxidant electrode of the fuel cell body. Item 12
A fuel cell power plant as described.
料電池本体の昇温操作を実施し、 前記燃料電池本体温度が作動温度より低く設定されたア
イドルモード運転開始温度まで昇温した時点で、前記改
質装置および前記酸化剤供給装置から前記燃料電池本体
に対して改質燃料および酸化剤をそれぞれ供給して前記
アイドルモード運転を実施し、 前記燃料電池本体温度が作動温度に到達した時点で、前
記外部負荷系統開閉器を投入し、前記外部負荷系統へ電
力を出力する外部起動操作を実施するように構成された
ことを特徴とする請求項11記載の燃料電池発電プラン
ト。13. The fuel cell power plant according to claim 1, wherein the control unit controls the battery cooling system based on a start command to perform a temperature raising operation of the fuel cell main body at a start operation of the fuel cell power plant. At the time when the temperature rises to the idle mode operation start temperature set lower than the operating temperature, the reforming device and the oxidizing agent supply device supply the reforming fuel and the oxidizing agent to the fuel cell body, respectively, and The idle mode operation is performed, and at the time when the fuel cell body temperature reaches the operating temperature, the external load system switch is turned on, and an external start operation for outputting power to the external load system is performed. The fuel cell power plant according to claim 11, wherein:
の微量の水素を含む不活性ガスを供給する微量水素含有
ガス供給装置が設けられると共に、前記燃料電池本体の
燃料極と酸化剤極の間に接続可能なダミー抵抗が設けら
れ、 前記制御手段は、 前記燃料電池発電プラントの前記起動操作時における前
記燃料電池本体の前記昇温操作時において、 燃料電池本体温度が100℃に到達する以前のタイミン
グで、前記微量水素含有ガス供給装置から前記微量の水
素を含む不活性ガスを燃料電池本体の燃料極に供給し
て、 前記燃料電池本体の電池電圧が予め設定された電圧抑制
開始電圧以上に達した時点で、前記燃料電池本体の燃料
極と酸化剤極との間に前記ダミー抵抗を投入することで
残留電圧を抑制することを特徴とする請求項13記載の
燃料電池発電プラント。14. A trace hydrogen-containing gas supply device for supplying an inert gas containing a trace amount of hydrogen of 4% or less to a fuel electrode of the fuel cell body, and a fuel electrode and an oxidizer electrode of the fuel cell body. A dummy resistor connectable between the fuel cell power plant and the fuel cell power plant, the fuel cell body temperature reaches 100 ° C. during the temperature raising operation of the fuel cell body during the start operation. At an earlier timing, the inert gas containing the trace amount of hydrogen is supplied to the fuel electrode of the fuel cell body from the trace amount hydrogen-containing gas supply device, and the battery voltage of the fuel cell body is set to a preset voltage suppression start voltage. 14. The fuel cell according to claim 13, wherein the dummy resistor is inserted between the fuel electrode and the oxidant electrode of the fuel cell main body at the time when the above described condition is reached to suppress the residual voltage. Cell power plant.
池を複数積層してなる燃料電池本体と、この燃料電池本
体に燃料および酸化剤をそれぞれ供給する燃料改質装置
および酸化剤供給装置と、燃料電池本体に不活性ガスを
供給する不活性ガス供給装置と、燃料電池本体の温度を
制御する電池冷却系統と、燃料電池本体の出力端に接続
される直交変換装置と、この直交変換装置と外部負荷系
統を接続する外部負荷系統開閉器と、燃料電池本体の燃
料極と酸化剤極との間に接続可能なダミー抵抗を備え、
停止操作時には、前記燃料改質装置および前記酸化剤供
給装置から前記燃料電池本体への改質燃料および酸化剤
の供給を遮断すると同時に前記不活性ガス供給装置から
燃料電池本体へ不活性ガスを供給して残留ガスを追い出
すガス置換操作と、前記燃料電池本体の出力端に前記ダ
ミー抵抗を投入することで残留電圧を抑制する残留電圧
抑制操作を含む本体停止操作を実施するように構成され
た燃料電池発電プラントにおいて、 前記不活性ガス供給装置から前記燃料電池本体の少なく
とも燃料極または酸化剤極のどちらか一方に供給される
前記不活性ガスが0.1%以下の微量の酸素を含むこと
を特徴とする燃料電池発電プラント。15. A fuel cell main body in which a plurality of unit cells each including a fuel electrode and an oxidant electrode are stacked, a fuel reformer and an oxidant supply device for supplying fuel and oxidant to the fuel cell main body, respectively. An inert gas supply device that supplies an inert gas to the fuel cell body, a battery cooling system that controls the temperature of the fuel cell body, an orthogonal transformation device connected to an output end of the fuel cell body, and the orthogonal transformation device. An external load system switch for connecting an external load system, and a dummy resistor connectable between a fuel electrode and an oxidant electrode of the fuel cell body,
At the time of the stop operation, the supply of the reformed fuel and the oxidant from the fuel reforming device and the oxidant supply device to the fuel cell main body is cut off, and at the same time, the inert gas is supplied from the inert gas supply device to the fuel cell main body. A fuel configured to perform a gas replacement operation to drive out residual gas and a body stop operation including a residual voltage suppression operation to suppress a residual voltage by inserting the dummy resistor into an output terminal of the fuel cell body. In the battery power plant, the inert gas supplied from the inert gas supply device to at least one of the fuel electrode and the oxidant electrode of the fuel cell body may include a small amount of oxygen of 0.1% or less. Characteristic fuel cell power plant.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9225068A JPH1167254A (en) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | Fuel cell power plant and start / stop operation method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9225068A JPH1167254A (en) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | Fuel cell power plant and start / stop operation method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1167254A true JPH1167254A (en) | 1999-03-09 |
Family
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP9225068A Pending JPH1167254A (en) | 1997-08-21 | 1997-08-21 | Fuel cell power plant and start / stop operation method thereof |
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