JP2009205996A - Method of operating fuel cell system - Google Patents

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研一 樋渡
Shigeru Ando
茂 安藤
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晃 上野
Toshiya Abe
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a starting method that prevents the degradation of SOFC cells. <P>SOLUTION: In an operation method of a fuel cell system including a fuel cell module having a cell of a solid oxide fuel cell operating with fuel gas and oxidant gas and a load control part controlling current flow from the cell of the solid oxide fuel cell, the temperature of the cell of the solid oxide fuel cell is raised while supplying the fuel gas and the oxidant gas to the cell of the solid oxide fuel cell, and before the temperature of the cell of the solid oxide fuel cell reaches a temperature at which power generation is possible, current lower than that of rated operation flows from the cell of the solid oxide fuel cell with the load control part, and after the temperature of the cell of the solid oxide fuel cell reached the temperature at which power generation is possible, the current form the cell of the solid oxide fuel cell is shifted to that of the rated operation with the load control part. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体酸化物燃料電池（以下、SOFCと示す）システムの起動方法に関するものであり、特には、起動時の地絡、短絡等（以下、短絡と示す）によって生じる固体酸化物形燃料電池セルの劣化を抑制するSOFCの起動方法に関する。   The present invention relates to a method for starting a solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as SOFC) system, and in particular, a solid oxide fuel produced by a ground fault, a short circuit, etc. (hereinafter referred to as a short circuit) during startup. The present invention relates to a SOFC start-up method that suppresses deterioration of battery cells.

近年、地球温暖化などの環境問題、化石燃料枯渇化などのエネルギー問題が深刻化し、環境にやさしく、高効率な新しい発電機の普及が世界規模で期待されている。SOFCは、既存の発電機と比較し、高効率であること、排熱温度が高いこと、硫黄酸化物・窒素酸化物などの有害ガスを排出が極めて少ないことなどの理由から、コージェネレーション分野を中心とする普及が期待されている。   In recent years, environmental problems such as global warming and energy problems such as depletion of fossil fuels have become serious, and the spread of new generators that are environmentally friendly and highly efficient is expected on a global scale. SOFC is more efficient than existing generators, has a high exhaust heat temperature, and emits very little harmful gases such as sulfur oxides and nitrogen oxides. It is expected to spread mainly.

SOFCセル１本あたりの起電力は1V程度と低く、実用的な負荷に必要な電圧を得るためにできるだけ多くのSOFCセルを直列に接続する。また、インバーター変換効率は電圧が高いほど優れており、エネルギー効率の面から高電圧タイプのSOFCの開発が進められている。   The electromotive force per SOFC cell is as low as 1V, and as many SOFC cells as possible are connected in series to obtain the voltage required for a practical load. Also, the inverter conversion efficiency is better as the voltage is higher, and the development of high voltage type SOFC is being promoted from the viewpoint of energy efficiency.

このように、SOFCセルの直列数を増加させることによって、高電圧・高出力の固体酸化物形燃料電池（SOFC）を得ることができるが、起動時において高電圧を所持しているために、例えば、短絡が生じた場合、電圧降下とともに過電流がセルに流れ、特に内部抵抗が大きいセルに大きなダメージを与える。この結果、セル劣化をもたらし、そのまま運転するとセル破損に至る可能性があることが懸念されるようになった。   Thus, by increasing the number of SOFC cells in series, a high-voltage, high-power solid oxide fuel cell (SOFC) can be obtained, but because it has a high voltage at startup, For example, when a short circuit occurs, an overcurrent flows through the cell along with a voltage drop, and particularly damages a cell having a large internal resistance. As a result, cell deterioration is brought about, and there is a concern that the cell may be damaged if operated as it is.

内部抵抗が大きいセルは、転極すなわちマイナス電位を示し、固体高分子形燃料電池ではセル劣化を引き起こすものとして以前から問題視され、システム的な対策が提案されている。（例えば、下記特許文献１参照、下記特許文献２参照）   A cell having a large internal resistance exhibits a reversal, that is, a negative potential. In a polymer electrolyte fuel cell, it has been regarded as a problem for causing cell deterioration, and a systemic countermeasure has been proposed. (For example, see Patent Document 1 and Patent Document 2 below)

一方、SOFCでは、起動時にマイナス電位を生じることでセル劣化をもたらす報告事例が無かった。そのため、発明者が試験的に確認したところ、低温領域（300-500℃程度）で一定のマイナス電位をSOFCセルに与えてもセル劣化をもたらさないことがわかり、これまで問題視されなかったものと推定した。ところが、エネルギー効率向上の観点から開発されている高電圧タイプのSOFCで生じるであろう電圧降下を低温領域で与える試験をSOFCセルで実施したところ、セル劣化が生じることが確認された。それゆえ、高電圧タイプのSOFCにおいては、起動時の短絡におけるセル劣化が実用化における新たな課題であることがわかった。   On the other hand, in SOFC, there was no report case that caused cell deterioration by generating a negative potential at start-up. Therefore, when the inventor confirmed on a trial basis, it was found that even if a constant negative potential was applied to the SOFC cell in the low temperature range (about 300-500 ° C), it did not cause cell deterioration, and it was not regarded as a problem so far Estimated. However, when a test was performed in a SOFC cell that would cause a voltage drop that would occur in a high-voltage type SOFC that was developed from the viewpoint of improving energy efficiency, it was confirmed that cell degradation occurred. Therefore, in high voltage type SOFCs, it was found that cell degradation due to short circuit at startup is a new issue in practical use.

現状のSOFCは、ヒータやバーナー等の加熱手段を用いて起動・昇温され、発電が安定できる温度領域まで通電をしないのが一般的である。（例えば、下記特許文献３参照、下記特許文献４参照）   The current SOFC is generally started and heated using a heating means such as a heater or a burner and is not energized to a temperature range where power generation can be stabilized. (For example, see Patent Document 3 below and Patent Document 4 below)

このため、起動時の低温領域では高電圧となり、短絡による電圧降下が生じるとセル劣化をもたらすことが示唆された。
特開２００８−２１６０６号公報 特開２００７−２５０２７１号公報 特開２００７−４２４４１号公報 特開２００３−３２３９０９号公報 For this reason, it was suggested that a high voltage is generated in a low temperature region at the time of start-up, and that cell degradation occurs when a voltage drop due to a short circuit occurs.
JP 2008-21606 A JP 2007-250271 A JP 2007-42441 A JP 2003-323909 A

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、燃料電池システムの運転方法を改善し、起動時のSOFCセルの電圧を低減させ、短絡等による大きな電圧降下を未然に防ぐことにより、セル劣化を抑制し信頼性に優れるSOFCを提供することを目的とする。   The present invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and by improving the operation method of the fuel cell system, reducing the voltage of the SOFC cell at the time of startup, and preventing a large voltage drop due to a short circuit or the like beforehand, The object is to provide a SOFC that suppresses cell deterioration and has excellent reliability.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムの運転方法は、燃料ガスと酸化剤ガスとにより作動する固体酸化物形燃料電池セルを備える燃料電池モジュールと、前記固体酸化物形燃料電池セルから電流を流すように制御する負荷制御部と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスを前記固体酸化物形燃料電池セルに供給しながら前記固体酸化物形燃料電池セルの温度を上昇させ、前記固体酸化物形燃料電池セルの温度が発電可能な温度に至る前には、前記負荷制御部により前記固体酸化物形燃料電池セルから定格運転より低い電流を流し、前記固体酸化物形燃料電池セルの温度が発電可能な温度に至った後には、前記負荷制御部により前記固体酸化物形燃料電池セルからの電流を定格運転に移行させることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a method of operating a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell module including a solid oxide fuel cell operated by a fuel gas and an oxidant gas, and the solid oxide fuel cell. A load control unit for controlling current to flow from a cell, wherein the solid oxidation is performed while supplying the fuel gas and the oxidant gas to the solid oxide fuel cell. Before the temperature of the solid fuel cell increases and the temperature of the solid oxide fuel cell reaches a temperature at which power generation is possible, the load control unit lowers the solid oxide fuel cell from the rated operation. After a current is passed and the temperature of the solid oxide fuel cell reaches a temperature at which electric power can be generated, the load controller controls the current from the solid oxide fuel cell to a rated operation. Characterized in that to the row.

短絡等による大きな電圧降下を未然に防ぐことができ、SOFCセル劣化を抑制させることができる。   A large voltage drop due to a short circuit or the like can be prevented in advance, and SOFC cell deterioration can be suppressed.

本発明を実施するための最良の形態を説明するのに先立って、本発明の作用効果について説明する。   Prior to describing the best mode for carrying out the present invention, the function and effect of the present invention will be described.

本発明の燃料電池システムの運転方法は、燃料ガスと酸化剤ガスとにより作動する固体酸化物形燃料電池セルを備える燃料電池モジュールと、前記固体酸化物形燃料電池セルから電流を流すように制御する負荷制御部と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスを前記固体酸化物形燃料電池セルに供給しながら前記固体酸化物形燃料電池セルの温度を上昇させ、前記固体酸化物形燃料電池セルの温度が発電可能な温度に至る前には、前記負荷制御部により前記固体酸化物形燃料電池セルから定格運転より低い電流を流し、前記固体酸化物形燃料電池セルの温度が発電可能な温度に至った後には、前記負荷制御部により前記固体酸化物形燃料電池セルからの電流を定格運転に移行させることを特徴とする。   The operation method of the fuel cell system of the present invention is controlled so that a current flows from the fuel cell module including a solid oxide fuel cell operated by a fuel gas and an oxidant gas, and the solid oxide fuel cell. And a load control unit for operating the solid oxide fuel cell while supplying the fuel gas and the oxidant gas to the solid oxide fuel cell. Before the temperature of the solid oxide fuel cell rises to a temperature at which power generation is possible, the load controller causes a current lower than rated operation to flow from the solid oxide fuel cell, and the solid oxide After the temperature of the fuel cell reaches a temperature at which power generation is possible, the load control unit shifts the current from the solid oxide fuel cell to a rated operation.

起動時のSOFCセルは、SOFCが設置された環境（温度、湿度）や配置状態（接続部材との接触状態など）などの外的な影響を受けやすい。このため、個々のSOFCセルの内部抵抗ばらつきは大きい。この内部抵抗ばらつきは、昇温とともに徐々に低減され、発電可能な温度ではその差異はほとんど無くなると考えられる。しかし、発電可能な温度に達するまでの起動時においては、個々のばらつきを含んでおり、個々のSOFCセルの内部抵抗差は大きい状態であると推定される。この状態で短絡を生じると内部抵抗が大きいSOFCセルに大きな電圧差が生じ、SOFCセルの劣化を引き起こすと考えられる。そこで、本発明では、燃料ガスと酸化剤ガスをSOFCセルに供給しながらSOFCセルの温度を上昇させ、SOFCセルの温度が発電可能な温度に至る前に、SOFCセルから電流が流されることを特徴としている。これは、発電可能な温度に至る前にSOFCセルから電流が流されることによって、SOFCセルの温度が均一化され、内部抵抗ばらつきが低減される。また、外的な影響による内部抵抗ばらつきが、電流が流されることによる昇温効果によって初期の段階で低減させることができるためである。また、短絡が生じてもSOFCセルの電圧が低い値を呈しているため、個々のSOFCセルに与える電気的なダメージを低減させることができるためである。   The SOFC cell at the time of start-up is susceptible to external influences such as the environment (temperature and humidity) in which the SOFC is installed and the arrangement state (contact state with connection members, etc.). For this reason, the internal resistance variation of individual SOFC cells is large. This variation in internal resistance is gradually reduced as the temperature rises, and it is considered that the difference is almost eliminated at a temperature at which power generation is possible. However, at the time of start-up until reaching the temperature at which power generation is possible, individual variations are included, and the internal resistance difference of each SOFC cell is estimated to be large. If a short circuit occurs in this state, it is considered that a large voltage difference is generated in the SOFC cell having a large internal resistance, causing deterioration of the SOFC cell. Therefore, in the present invention, the temperature of the SOFC cell is raised while supplying the fuel gas and the oxidant gas to the SOFC cell, and the current flows from the SOFC cell before the temperature of the SOFC cell reaches a temperature at which power generation is possible. It is a feature. This is because current flows from the SOFC cell before reaching the temperature at which power generation is possible, so that the temperature of the SOFC cell is made uniform, and variations in internal resistance are reduced. Another reason is that variations in internal resistance due to external influences can be reduced at an early stage due to a temperature rise effect caused by current flow. Moreover, even if a short circuit occurs, the voltage of the SOFC cell exhibits a low value, so that electrical damage given to each SOFC cell can be reduced.

本発明の燃料電池システムの運転方法は、前記固体酸化物形燃料電池セルの温度が発電可能な温度に至る前には、前記負荷制御部により前記固体酸化物形燃料電池セルの電圧Ｖを起電力Ｖｓに対して0≦Ｖ≦0．5Ｖｓとなるように、前記固体酸化物形燃料電池セルから電流を流すことを特徴とする。   In the operation method of the fuel cell system of the present invention, the voltage V of the solid oxide fuel cell is generated by the load control unit before the temperature of the solid oxide fuel cell reaches a temperature at which power generation is possible. An electric current is supplied from the solid oxide fuel cell so that 0 ≦ V ≦ 0.5 Vs with respect to the electric power Vs.

好ましい態様によれば、燃料電池モジュールから取り出す電圧Vを0V未満とすると、固体高分子型燃料電池と同様で電極の劣化が生じる可能性があり、SOFCに要求される運転時間である40000時間以上の長期的な信頼性確保を考慮すると0V以上になるように電流が流されることが好ましいためである。一方、Vが起電力Vsに近い値であると、流される電流が小さく、SOFCセルの昇温効果が小さい。このため、SOFCセルの内部抵抗差を低減させる効果が小さく、外的な影響による内部抵抗ばらつきを低減させることができないためである。また、短絡時に大きな電圧差を生じる可能性があり好ましくない。この観点から、Ｖ≦0．5Ｖｓにすることが好ましい。   According to a preferred embodiment, when the voltage V taken out from the fuel cell module is less than 0 V, the electrode may be deteriorated as in the polymer electrolyte fuel cell, and the operation time required for SOFC is 40,000 hours or more. This is because it is preferable that the current be supplied to be 0 V or higher in consideration of ensuring long-term reliability. On the other hand, when V is close to the electromotive force Vs, the flowing current is small and the temperature rising effect of the SOFC cell is small. For this reason, the effect of reducing the internal resistance difference of the SOFC cell is small, and variation in internal resistance due to external influence cannot be reduced. In addition, a large voltage difference may occur during a short circuit, which is not preferable. From this viewpoint, it is preferable that V ≦ 0.5 Vs.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

本実施形態に係るSOFCを説明するために、本実施形態に係るSOFCを構成する燃料電池モジュールの一例について説明する。   In order to describe the SOFC according to the present embodiment, an example of a fuel cell module constituting the SOFC according to the present embodiment will be described.

図１は、燃料電池モジュールＦＣを部分的に破断した概略的な斜視図である。燃料電池モジュールＦＣは、燃料ガスと空気（酸化剤ガス）とを電気化学反応させることで発電するための装置として構成されている。   FIG. 1 is a schematic perspective view in which the fuel cell module FC is partially broken. The fuel cell module FC is configured as a device for generating electric power by causing an electrochemical reaction between fuel gas and air (oxidant gas).

燃料電池モジュールＦＣは、SOFCセル２と、集電部材３，４と、集電ロッド５と、空気ヘッダ６と、空気供給管７と、モジュール容器８と、絶縁断熱部材９と、断熱部材１０とを備えている。   The fuel cell module FC includes a SOFC cell 2, current collecting members 3 and 4, current collecting rod 5, air header 6, air supply pipe 7, module container 8, insulating heat insulating member 9, and heat insulating member 10. And.

燃料電池セル２は、２列×６列の１２本ごとにSOFCセルスタック（図１において明示しない）として構成され、モジュール容器８内に収められている。各SOFCセル２は、有底筒状であって、セラミックス材料からなり筒の内側から外側に向かって空気極、固体酸化物電解質、燃料極の多層構造を形成している。SOFCセル２の内壁すなわち空気極に空気、外壁すなわち燃料極に燃料ガスが接触すると、セル内でＯ２−イオンが移動して電気化学反応が起こり空気極と燃料極との間に電位差が生じで発電が行われる。SOFCセル２が発電した電気は、集電部材３，４によって集電され、集電ロッド５によって外部に取出される。 The fuel cells 2 are configured as SOFC cell stacks (not explicitly shown in FIG. 1) for every 12 of 2 × 6 rows, and are stored in the module container 8. Each SOFC cell 2 has a bottomed cylindrical shape and is formed of a ceramic material and forms a multilayer structure of an air electrode, a solid oxide electrolyte, and a fuel electrode from the inside to the outside of the cylinder. When air is in contact with the inner wall of the SOFC cell 2, that is, the air electrode, and fuel gas is in contact with the outer wall, that is, the fuel electrode, an O 2 ion moves in the cell and an electrochemical reaction takes place. Electricity is generated at The electricity generated by the SOFC cell 2 is collected by the current collecting members 3 and 4 and taken out by the current collecting rod 5.

各SOFCセル２に供給される空気は、空気供給管７を通って空気ヘッダ６に供給された空気が分配されて供給される。本実施形態の場合空気ヘッダ６は３つ設けられており、それぞれの空気ヘッダ６に空気供給管７が繋がれている。空気供給管７の上流側は空気の供給元に連結されている。   The air supplied to each SOFC cell 2 is supplied by distributing the air supplied to the air header 6 through the air supply pipe 7. In the present embodiment, three air headers 6 are provided, and an air supply pipe 7 is connected to each air header 6. The upstream side of the air supply pipe 7 is connected to an air supply source.

空気ヘッダ６は、各SOFCセル２に供給される空気を一時的に貯留して昇温させる役割を果たすと共に、各SOFCセル２に空気を分配する役割も果たしている。空気ヘッダ６は、各SOFCセル２に供給する空気の流路をSOFCセル２の数に応じて複数の系統に分配するためのものでもあるので、SOFCセル２の数に応じてその配置数量が増減される。   The air header 6 plays a role of temporarily storing the air supplied to each SOFC cell 2 to raise the temperature, and also distributing the air to each SOFC cell 2. The air header 6 is also used to distribute the flow path of the air supplied to each SOFC cell 2 to a plurality of systems according to the number of SOFC cells 2, so that the number of arrangements depends on the number of SOFC cells 2. Increased or decreased.

各SOFCセル２に供給される燃料ガスは、各SOFCセル２の下方から供給される（詳細は後述する）。   The fuel gas supplied to each SOFC cell 2 is supplied from below each SOFC cell 2 (details will be described later).

SOFCセル２、集電部材３，４、及び空気ヘッダ６は、直方体形状のモジュール容器８に収容されている。このモジュール容器８は、運転時に高温になることから、例えば、インコネルやステンレスなどの耐熱性の合金材料により形成されている。また、燃料ガスや空気を外部に漏出させないために密閉構造となっている。モジュール容器８の内側には、SOFCセル２とモジュール容器８とを絶縁すると共に、モジュール容器８内部を保温するための絶縁断熱部材９が設けられている。絶縁断熱部材９は、アルミナ繊維等で形成されている。モジュール容器８は更に、動作温度を安定に保つためにその全体が断熱部材１０で覆われている。   The SOFC cell 2, the current collecting members 3 and 4, and the air header 6 are accommodated in a rectangular parallelepiped module container 8. The module container 8 is made of a heat-resistant alloy material such as Inconel or stainless steel because it becomes hot during operation. Moreover, it has a sealed structure in order to prevent fuel gas and air from leaking outside. An insulating heat insulating member 9 is provided inside the module container 8 to insulate the SOFC cell 2 from the module container 8 and to keep the inside of the module container 8 warm. The insulating heat insulating member 9 is made of alumina fiber or the like. The module container 8 is further entirely covered with a heat insulating member 10 in order to keep the operating temperature stable.

続いて、図２を参照しながら、SOFCセル２の配置態様について説明する。図２は、図１において空気ヘッダ６側からSOFCセル２側を見通す方向における横断面図である。SOFCセル集合体２１は、複数のSOFCセルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃを備えている。各SOFCセルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、１２本のSOFCセル２を有し、それぞれのSOFCセル２は、２列（図中ｘ方向）×６列（図中ｙ方向）に配置されている。   Next, an arrangement mode of the SOFC cell 2 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view in a direction in which the SOFC cell 2 side is seen from the air header 6 side in FIG. The SOFC cell aggregate 21 includes a plurality of SOFC cell stacks 21a, 21b, and 21c. Each SOFC cell stack 21a, 21b, 21c has 12 SOFC cells 2, and each SOFC cell 2 is arranged in 2 rows (x direction in the figure) × 6 rows (y direction in the figure). .

各SOFCセル２は有底円筒状であって、その開口部２ａを空気ヘッダ６側に向けて配置されている。各SOFCセル２は、セル間集電部材１３及び導電性のセル接続部材１４を介して、電気的に２並列×６直列に接続されている。なお、SOFCセル２は、発電容量等に応じて本数や配列が適宜選択される。   Each SOFC cell 2 has a bottomed cylindrical shape and is arranged with its opening 2a facing the air header 6 side. Each SOFC cell 2 is electrically connected in 2 parallel × 6 series via an inter-cell current collecting member 13 and a conductive cell connecting member 14. The number and arrangement of the SOFC cells 2 are appropriately selected according to the power generation capacity and the like.

各SOFCセルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、所定の間隔を置いて３列（図中ｘ方向）に配置されており、３６本のSOFCセル２を有するSOFCセル集合体２１を構成している。それぞれのSOFCセルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、集電部材３を介して電気的に直列に接続されている。このように直列接続されたSOFCセルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃの両端に配置されるSOFCセルスタック２１ａ，２１ｃの端部には、集電部材４が繋がれている。集電部材４は集電ロッド５に繋がれているので、集電ロッド５を介して外部に電力が取り出すことができる。   Each of the SOFC cell stacks 21a, 21b, and 21c is arranged in three rows (in the x direction in the figure) at a predetermined interval, and constitutes a SOFC cell assembly 21 having 36 SOFC cells 2. The respective SOFC cell stacks 21 a, 21 b, and 21 c are electrically connected in series via the current collecting member 3. The current collecting member 4 is connected to the end portions of the SOFC cell stacks 21a, 21c arranged at both ends of the SOFC cell stacks 21a, 21b, 21c connected in series in this way. Since the current collecting member 4 is connected to the current collecting rod 5, electric power can be taken out through the current collecting rod 5.

各SOFCセルスタック２１ａ，２１ｂ，２１ｃにはそれぞれ、SOFCセル２が６列に並べられている一対の側面に接するように絶縁板１６が配置されている。更に、隣接する絶縁板１６の間には熱伝導板１５が配置されている。SOFCセルスタック２１ａ，２１ｃと絶縁断熱部材９との間にも熱伝導板１５が配置されている。熱伝導板１５と集電部材３，４との間には、絶縁棒１１が配置されている。   Each SOFC cell stack 21a, 21b, 21c is provided with an insulating plate 16 so as to be in contact with a pair of side surfaces on which SOFC cells 2 are arranged in six rows. Further, a heat conduction plate 15 is disposed between adjacent insulating plates 16. A heat conduction plate 15 is also disposed between the SOFC cell stacks 21 a and 21 c and the insulating heat insulating member 9. An insulating rod 11 is disposed between the heat conducting plate 15 and the current collecting members 3 and 4.

このように熱伝導板１５が配置されることで、局部的にSOFCセル２の温度が部分的に高くなっても、熱伝導板１５を介して高温部分から低温部分へ熱が移動しやすくなり、SOFCセル２の温度分布を均一化させることができる。   By arranging the heat conduction plate 15 in this way, even if the temperature of the SOFC cell 2 is partially increased locally, heat can be easily transferred from the high temperature portion to the low temperature portion via the heat conduction plate 15. The temperature distribution of the SOFC cell 2 can be made uniform.

また、上述したように絶縁板１６及び絶縁棒１１が配置されることで、熱伝導板１５とSOFCセル２との間の電気絶縁性、及び熱伝導板１５と集電部材３，４との間の電気絶縁性が確保される。   Further, as described above, the insulating plate 16 and the insulating rod 11 are arranged, so that the electrical insulation between the heat conducting plate 15 and the SOFC cell 2 and the heat conducting plate 15 and the current collecting members 3 and 4 are arranged. Electrical insulation is ensured.

続いて、図３を参照しながら、SOFCセル２の配置態様と燃料ガス及び空気の供給態様について説明する。図３は、SOFCモジュールＦＣの縦断面図であって、モジュール容器８の内部を示す図である。   Next, an arrangement mode of the SOFC cell 2 and a supply mode of fuel gas and air will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the SOFC module FC and shows the inside of the module container 8.

図３に示すように、モジュール容器８の下方には、モジュール容器８内に導入する燃料ガスを均一に分散するための燃料ガス分散室１７が配置されている。この燃料ガス分散室１７内には、燃料ガスを予備分散する予備分散板１８が配置されている。この予備分散板１８は、例えばアルミナからなり、燃料ガス通気孔１９が一様に形成されている。また、予備分散板１８の上方には、例えばＮｉフォームからなる燃料ガス分散材３０が配置されている。燃料ガス分散室１７の上流側（図中下側）には、燃料ガス供給管２２が設けられ、この燃料ガス供給管２２の上流側は燃料ガスの供給元に連結されている。また、モジュール容器８と燃料ガス分散室１７との間には、燃料ガスを燃料ガス分散室１７からモジュール容器８に通気させるための燃料ガス分散板２３が設けられている。この燃料ガス分散板２３には、複数の燃料ガス供給孔２４が形成されている。   As shown in FIG. 3, a fuel gas dispersion chamber 17 for uniformly dispersing the fuel gas introduced into the module container 8 is disposed below the module container 8. In the fuel gas dispersion chamber 17, a pre-dispersion plate 18 for pre-dispersing the fuel gas is disposed. The preliminary dispersion plate 18 is made of alumina, for example, and the fuel gas vent holes 19 are uniformly formed. Further, a fuel gas dispersion material 30 made of, for example, Ni foam is disposed above the preliminary dispersion plate 18. A fuel gas supply pipe 22 is provided on the upstream side (lower side in the figure) of the fuel gas dispersion chamber 17, and the upstream side of the fuel gas supply pipe 22 is connected to a fuel gas supply source. Further, a fuel gas dispersion plate 23 is provided between the module container 8 and the fuel gas dispersion chamber 17 to allow the fuel gas to flow from the fuel gas dispersion chamber 17 to the module container 8. The fuel gas distribution plate 23 has a plurality of fuel gas supply holes 24 formed therein.

また、SOFCセル集合体２１の上方に配置される空気ヘッダ６には、SOFCセル２の空気極に空気を導入する複数の空気導入管２５が連結されている。この空気導入管２５は、SOFCセル２の管内に挿入され、その下端部はSOFCセル２の底面付近まで延びている。   In addition, a plurality of air introduction pipes 25 for introducing air into the air electrode of the SOFC cell 2 are connected to the air header 6 disposed above the SOFC cell assembly 21. The air introduction pipe 25 is inserted into the pipe of the SOFC cell 2, and its lower end extends to the vicinity of the bottom surface of the SOFC cell 2.

また、モジュール容器８内には、SOFCセル２の長尺方向に対して垂直方向に沿って形成される矩形状の仕切板２６が設けられている。この仕切板２６は、アルミナ繊維を積層してブランケット状に形成したものが用いられている。モジュール容器８内において、この仕切板２６で仕切られた上側に燃焼室２７が形成され、下側に発電室２８が形成される。ここで、燃焼室２７は、発電室２８で反応に寄与しなかった余剰の燃料ガスと、各SOFCセル２の筒内で反応に寄与しなかった余剰の空気とを混合して燃焼させるための空間である。発電室２８は、燃料ガス供給孔２４から導入される燃料ガスを各SOFCセル２に接触させ、各SOFCセル２の管内に流れる空気との電気化学反応を生じさせて発電させるための空間である。   In the module container 8, a rectangular partition plate 26 formed along the direction perpendicular to the longitudinal direction of the SOFC cell 2 is provided. The partition plate 26 is formed by laminating alumina fibers into a blanket shape. In the module container 8, a combustion chamber 27 is formed on the upper side partitioned by the partition plate 26, and a power generation chamber 28 is formed on the lower side. Here, the combustion chamber 27 mixes and burns surplus fuel gas that has not contributed to the reaction in the power generation chamber 28 and surplus air that has not contributed to the reaction in the cylinder of each SOFC cell 2. It is space. The power generation chamber 28 is a space for bringing the fuel gas introduced from the fuel gas supply hole 24 into contact with each SOFC cell 2 and generating an electrochemical reaction with the air flowing in the pipe of each SOFC cell 2 to generate power. .

また、仕切板２６には、残余の燃料ガスを発電室２８から燃焼室２７に排出するための、例えばアルミナからなる筒状の燃料ガス排出管（図示しない）が複数挿通されている。従って、仕切板２６には、発電室２８から燃焼室２７へと燃料ガスを通過させるための複数のガス排出孔が形成されていることになる。   The partition plate 26 is inserted with a plurality of cylindrical fuel gas discharge pipes (not shown) made of alumina, for example, for discharging the remaining fuel gas from the power generation chamber 28 to the combustion chamber 27. Therefore, a plurality of gas discharge holes for allowing the fuel gas to pass from the power generation chamber 28 to the combustion chamber 27 are formed in the partition plate 26.

続いて、図４を参照しながら、燃料電池モジュールＦＣを用いた燃料電池ＦＣＳの構成について説明する。図４は、燃料電池ＦＣＳの構成を示すブロック図である。図４に示すように、燃料電池ＦＣＳは、燃料電池モジュールＦＣと、燃料供給部ＦＰと、空気供給部ＡＰと、水供給部ＷＰと、電力取出部ＥＰ（負荷制御部）と、制御部ＣＳと、記録装置ＬＧを備えている。燃料供給部ＦＰ、空気供給部ＡＰ、水供給部ＷＰ、及び電力取出部ＥＰは、燃料電池ＦＣＳの補器ＡＤを構成している。   Next, the configuration of the fuel cell FCS using the fuel cell module FC will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell FCS. As shown in FIG. 4, the fuel cell FCS includes a fuel cell module FC, a fuel supply unit FP, an air supply unit AP, a water supply unit WP, a power extraction unit EP (load control unit), and a control unit CS. And a recording device LG. The fuel supply unit FP, the air supply unit AP, the water supply unit WP, and the power extraction unit EP constitute an auxiliary device AD of the fuel cell FCS.

燃料供給部ＦＰは、燃料供給源としての都市ガス配管から燃料ガスを燃料電池モジュールＦＣに供給する部分であって、燃料ポンプ、電磁弁を有している。燃料供給部ＦＰから供給される燃料ガスは燃料ガス供給管２２へと送り出される。   The fuel supply unit FP is a part that supplies fuel gas from a city gas pipe as a fuel supply source to the fuel cell module FC, and includes a fuel pump and an electromagnetic valve. The fuel gas supplied from the fuel supply unit FP is sent out to the fuel gas supply pipe 22.

空気供給部ＡＰは、空気供給源としての大気中から空気を固体酸化物形燃料電池モジュール１に供給する部分であって、空気ブロア、電磁弁を有している。空気供給部ＡＰから供給される空気は空気供給管８へと送り出される。   The air supply part AP is a part that supplies air from the atmosphere as an air supply source to the solid oxide fuel cell module 1, and has an air blower and an electromagnetic valve. The air supplied from the air supply unit AP is sent out to the air supply pipe 8.

水供給部ＷＰは、水供給源としての水道管から水を燃料電池モジュール１に供給する部分であって、水ポンプ、電磁弁を有している。水供給部ＷＰから供給される水は、燃料電池モジュールＦＣ内部で水蒸気となって送り出される。   The water supply unit WP is a part that supplies water to the fuel cell module 1 from a water pipe serving as a water supply source, and includes a water pump and an electromagnetic valve. The water supplied from the water supply unit WP is sent out as water vapor inside the fuel cell module FC.

電力取出部ＥＰは、燃料電池モジュールＦＣから電力を取り出す部分であって、電子負荷装置（パワーコンディショナー）として機能しており、インバータ等の電力変換装置を有している。電力取出部ＥＰは、集電ロッド５と繋がっていて、変換した電力は電力供給先へと送り出すように構成されている。   The power extraction unit EP is a part that extracts electric power from the fuel cell module FC, functions as an electronic load device (power conditioner), and includes a power conversion device such as an inverter. The power extraction unit EP is connected to the current collecting rod 5 and is configured to send the converted power to a power supply destination.

制御部ＣＳは、燃料供給部ＦＰ、空気供給部ＡＰ、駆動補器ＡＤ、及び電力取出部ＥＰ、燃料電池モジュールから取り出す電圧Vのそれぞれを制御するための部分であって、ＣＰＵやＲＯＭを有している。燃料電池モジュールＦＣの動作は、制御部ＣＳからの指示信号に基づいて実行される。なお、燃料電池モジュールから取り出す電圧Vの制御は、モジュールに設定された所定の熱電対と連動されている。   The control unit CS is a unit for controlling each of the fuel supply unit FP, the air supply unit AP, the driving auxiliary device AD, the power extraction unit EP, and the voltage V extracted from the fuel cell module, and has a CPU and a ROM. is doing. The operation of the fuel cell module FC is executed based on an instruction signal from the control unit CS. The control of the voltage V extracted from the fuel cell module is linked to a predetermined thermocouple set in the module.

記録装置ＬＧは、燃料電池モジュールＦＣに設けられた熱電対等から出力される信号を記録して制御部ＣＳへと出力する部分である。記録装置ＬＧは、データとして、燃料電池モジュールＦＣの温度や電流値、電圧値を出力する。   The recording device LG is a part that records a signal output from a thermocouple or the like provided in the fuel cell module FC and outputs the signal to the control unit CS. The recording device LG outputs the temperature, current value, and voltage value of the fuel cell module FC as data.

このように構成された燃料電池ＦＣＳの動作について説明する。発電室２８を電気化学反応が生じる温度（７００〜１０００℃）に昇温する。空気供給部ＡＰから空気を空気供給管７に供給し、空気ヘッダ６内に貯留する。貯留された空気は、複数の空気導入管２５内を下方に流れ、下端からSOFCセル２の筒内に流出する。流出した空気は、SOFCセル２の筒内を上方に流れる。このとき、空気は、空気極に接触して反応に供される。反応で消費されなかった空気は、SOFCセル２の開口部２ａから燃焼室２７に達する。   The operation of the fuel cell FCS configured as described above will be described. The power generation chamber 28 is heated to a temperature (700 to 1000 ° C.) at which an electrochemical reaction occurs. Air is supplied from the air supply unit AP to the air supply pipe 7 and stored in the air header 6. The stored air flows downward in the plurality of air introduction pipes 25 and flows out into the cylinder of the SOFC cell 2 from the lower end. The outflowed air flows upward in the cylinder of the SOFC cell 2. At this time, the air is brought into contact with the air electrode and subjected to the reaction. Air that has not been consumed by the reaction reaches the combustion chamber 27 from the opening 2 a of the SOFC cell 2.

また、燃料供給部ＦＰから燃料ガスを燃料ガス供給管２２に供給し、燃料ガス分散室１７内に貯留する。貯留された燃料ガスは、燃料ガス分散板２３に形成された複数の燃料ガス供給孔２４から発電室２８内に導入され、発電室２８内を各SOFCセル２を包囲しながら上方に流れる。このとき、燃料ガスは、燃料極に接触して反応に供される。反応で消費されなかった燃料ガスは、仕切板２６の燃料ガス排出管（図示しない）を通って燃焼室２７に達する。   Further, the fuel gas is supplied from the fuel supply unit FP to the fuel gas supply pipe 22 and stored in the fuel gas dispersion chamber 17. The stored fuel gas is introduced into the power generation chamber 28 from a plurality of fuel gas supply holes 24 formed in the fuel gas dispersion plate 23, and flows upward while surrounding each SOFC cell 2 in the power generation chamber 28. At this time, the fuel gas is brought into contact with the fuel electrode for reaction. The fuel gas not consumed by the reaction reaches the combustion chamber 27 through a fuel gas discharge pipe (not shown) of the partition plate 26.

燃焼室２７に達した残余の燃料ガスと残余の空気とは、所定の点火装置を用いて燃焼され排出ガスが、モジュール容器８の上壁に連結された排ガス管から燃焼室２７の外に排出される。この排出ガスは高温となるために、発電室２８を加熱するための熱源として利用される。   The remaining fuel gas and the remaining air that have reached the combustion chamber 27 are combusted using a predetermined ignition device, and exhaust gas is discharged out of the combustion chamber 27 from an exhaust gas pipe connected to the upper wall of the module container 8. Is done. Since this exhaust gas becomes high temperature, it is used as a heat source for heating the power generation chamber 28.

図５は、本発明のSOFCの起動方法における時間tと発電室に設けられた所定の熱電対温度T、SOFCの電圧Vおよび電流Iの相互関係を示す。一方、図6に従来SOFCの起動方法について、起動方法における時間tと発電室に設けられた所定の熱電対温度T、SOFCの電圧Vおよび電流Iの相互関係を示す。   FIG. 5 shows the correlation between the time t and the predetermined thermocouple temperature T, SOFC voltage V and current I provided in the power generation chamber in the SOFC start-up method of the present invention. On the other hand, FIG. 6 shows the relationship between the time t in the starting method and the predetermined thermocouple temperature T provided in the power generation chamber, the SOFC voltage V, and the current I in the conventional SOFC starting method.

本発明の起動方法について説明をする。室温からの立ち上げる場合、SOFCセル内側に空気を、外側に燃料ガスを供給し、電気ヒーター等で200℃程度まで昇温させる。この状態では起電力が0VのままなのでV1=0Vとし電流を流さない。200℃以上になると起電力が生じ電位が上昇する。これに伴ってV1の制御を開始し、昇温を行う。V1の制御により徐々に電流Iが大きくなる。この状態で温度T1まで昇温させる。温度T1に達する、すなわち時間t1になったら、V1の制御を解除し、電圧Vを徐々に高めながら温度Tsまで昇温を行い、電圧V0とする。定格運転とは、（図５）の記号Aで表されるように、電圧V0を一定に保たれた運転状態である。温度Tが200℃以上の場合、SOFCセル内側に空気を、外側に燃料ガスを供給し、V1を制御しながら、電気ヒーター等で昇温を行う。V1の制御により徐々に電流Iが大きくなる。この状態で温度T1まで昇温させる。温度T1に達する、すなわち時間t1になったら、V1の制御を解除し、電圧Vを徐々に高めながら温度Tsまで昇温を行い、電圧V0とする。定格運転とは、（図５）の記号Aで表されるように、電圧V0を一定に保たれた運転状態である。   The activation method of the present invention will be described. When starting from room temperature, air is supplied to the inside of the SOFC cell and fuel gas is supplied to the outside, and the temperature is raised to about 200 ° C. with an electric heater or the like. In this state, the electromotive force remains 0V, so V1 = 0V and no current flows. When the temperature exceeds 200 ° C., an electromotive force is generated and the potential increases. Along with this, control of V1 is started and the temperature is raised. The current I gradually increases with the control of V1. In this state, the temperature is raised to temperature T1. When the temperature T1 is reached, that is, when time t1 is reached, the control of V1 is canceled, and the temperature is raised to the temperature Ts while gradually increasing the voltage V to obtain the voltage V0. The rated operation is an operation state in which the voltage V0 is kept constant as represented by the symbol A in FIG. When the temperature T is 200 ° C. or higher, air is supplied to the inside of the SOFC cell, fuel gas is supplied to the outside, and the temperature is raised with an electric heater or the like while controlling V1. The current I gradually increases with the control of V1. In this state, the temperature is raised to temperature T1. When the temperature T1 is reached, that is, when time t1 is reached, the control of V1 is canceled, and the temperature is raised to the temperature Ts while gradually increasing the voltage V to obtain the voltage V0. The rated operation is an operation state in which the voltage V0 is kept constant as represented by the symbol A in FIG.

従来の起動方法の起動方法について説明をする。SOFCセル内側に空気を、外側に燃料ガスを供給し、電気ヒーター等で温度T1まで電流を流さない状態で昇温させる。温度T1までの電圧はSOFCの起電力Vsを示す。温度T1に達する、すなわち時間t1になったら、電流Iを流しはじめる。電流Iを高めながら温度Tsまで昇温させ、電圧V0とする。   The activation method of the conventional activation method will be described. Air is supplied to the inside of the SOFC cell, and fuel gas is supplied to the outside, and the temperature is raised by an electric heater or the like to a temperature T1 without flowing current. The voltage up to the temperature T1 indicates the SOFC electromotive force Vs. When temperature T1 is reached, that is, when time t1 is reached, current I starts to flow. While increasing the current I, the temperature is raised to the temperature Ts to obtain a voltage V0.

従来の起動方法では、SOFCの電圧が高い。この状態で短絡等のトラブルが発生した場合、SOFCの電圧は0Vまで低下する。一方、時間t1までの燃料電池モジュールのSOFCセルの内部抵抗ばらつきは大きく、抵抗が大きいものはその瞬間に大きなマイナス電位を生じることになる。その結果、SOFCセルは劣化しこのまま再起動させると発電時にSOFCセルが破損に至る恐れがある。一方、本発明の起動方法では内部抵抗ばらつきが大きい時間t1までの温度で低い電圧で運転されているので燃料電池モジュール内のSOFCセル劣化を抑制させることができる。さらに、本発明の起動方法では発電可能な温度に至る前に通電されるので、SOFCセルがジュール熱によって昇温され、セル間の内部抵抗ばらつきを低減させることができ、短絡が生じても個々のSOFCセルに大きなマイナス電位を生じることが無くなり、燃料電池モジュール内のSOFCセル劣化を抑制させることができる。   In the conventional starting method, the SOFC voltage is high. If a trouble such as a short circuit occurs in this state, the SOFC voltage drops to 0V. On the other hand, the internal resistance variation of the SOFC cell of the fuel cell module until time t1 is large, and a large resistance causes a large negative potential at that moment. As a result, if the SOFC cell deteriorates and is restarted as it is, the SOFC cell may be damaged during power generation. On the other hand, since the start-up method of the present invention is operated at a low voltage at a temperature up to time t1 when the internal resistance variation is large, deterioration of the SOFC cell in the fuel cell module can be suppressed. Further, in the start-up method of the present invention, power is applied before reaching the temperature at which power generation is possible, so that the SOFC cell is heated by Joule heat, and the internal resistance variation between the cells can be reduced. Thus, no large negative potential is generated in the SOFC cell, and deterioration of the SOFC cell in the fuel cell module can be suppressed.

本発明におけるSOFCセルは、円筒縦縞型、円筒横縞型、扁平円筒型、平板型などいずれのデザインであっても良く、これらのセルを備えた燃料電池スタックおよび燃料電池モジュールを備えたSOFCの起動方法として好適である。   The SOFC cell in the present invention may be of any design such as a cylindrical vertical stripe type, a cylindrical horizontal stripe type, a flat cylindrical type, a flat plate type, and the start of the SOFC provided with the fuel cell stack and the fuel cell module provided with these cells. It is suitable as a method.

本発明における燃料電池モジュールの温度が予め設定された第一の温度（T1）は各々のセルデザインや材料によって異なる。空気極を支持体とする円筒縦縞型セルを備えたSOFCにおけるT1は600℃程度が好ましい。   The first temperature (T1) at which the temperature of the fuel cell module in the present invention is preset varies depending on each cell design and material. T1 in the SOFC having a cylindrical vertical stripe cell having an air electrode as a support is preferably about 600 ° C.

以下、空気極を支持体とする円筒縦縞型SOFCセルを用いた検証試験について説明する。図7に、本実施例で用いた円筒型SOFCセルの概略を示す。円筒状の空気極支持体101上にインターコネクター102、固体電解質103、さらに固体電解質103の上にインターコネクターと接触しないように燃料極104が備えられている。SOFCセルの有効長は600mmとし、空気極支持体101の組成はLa0.75Sr0.25MnO3で厚み2mm、固体電解質103の組成は、90mol%ZrO2-10mol%Sc2O3で厚み30μm、燃料極104の組成は、Niと90mol%ZrO2-10mol%Y2O3からなる混合材料で厚み100μm、インターコネクター102の組成は、La0.8Ca0.2CrO3で厚み30μmのものを用いた。 A verification test using a cylindrical vertical stripe SOFC cell using an air electrode as a support will be described below. FIG. 7 shows an outline of the cylindrical SOFC cell used in this example. An interconnector 102 and a solid electrolyte 103 are provided on a cylindrical air electrode support 101, and a fuel electrode 104 is provided on the solid electrolyte 103 so as not to contact the interconnector. The effective length of the SOFC cell is 600 mm, the composition of the air electrode support 101 is La 0.75 Sr 0.25 MnO 3 with a thickness of 2 mm, the composition of the solid electrolyte 103 is 90 mol% ZrO 2 -10 mol% Sc 2 O 3 with a thickness of 30 μm, fuel The electrode 104 used was a mixed material of Ni and 90 mol% ZrO 2 -10 mol% Y 2 O 3 with a thickness of 100 μm, and the interconnector 102 had a composition of La 0.8 Ca 0.2 CrO 3 with a thickness of 30 μm.

発電試験は、SOFCセルを耐熱容器に入れて、SOFCセル内側に空気を、外側に燃料ガス(H2+3％H2O+N2混合ガス)を供給した。従来例では、室温から電流を流さないで80℃/hrで昇温させ、350℃で短絡させた後、900℃まで80℃/hrで昇温を行った（このときの電圧は1Vであった）。この状態で発電を実施した。発電条件を表1に示す。発電は、図7に示すように直流安定化電源装置を用いて行われた。   In the power generation test, the SOFC cell was placed in a heat-resistant container, air was supplied inside the SOFC cell, and fuel gas (H2 + 3% H2O + N2 mixed gas) was supplied outside. In the conventional example, the temperature was raised from room temperature at 80 ° C / hr without flowing current, short-circuited at 350 ° C, and then heated to 900 ° C at 80 ° C / hr (the voltage at this time was 1V). ) Power generation was performed in this state. Table 1 shows the power generation conditions. Power generation was performed using a DC stabilized power supply as shown in FIG.

本実施例では、室温から電流を流さないで80℃/hrで250℃まで昇温させた。250℃から0.5Vで電圧を制御し、350℃で短絡させた後、600℃まで80℃/hrで0.5Vの電圧で昇温を行った。600℃で電流を0Aにして起電力１Vにした後、900℃まで80℃/hrで昇温を行った。その後、発電を表１の条件で行った。   In this example, the temperature was raised from room temperature to 250 ° C. at 80 ° C./hr without passing an electric current. The voltage was controlled from 250 ° C. to 0.5V, short-circuited at 350 ° C., and then heated up to 600 ° C. at a voltage of 0.5V at 80 ° C./hr. The current was set to 0 A at 600 ° C. to make the electromotive force 1 V, and then the temperature was raised to 900 ° C. at 80 ° C./hr. Thereafter, power generation was performed under the conditions shown in Table 1.

Figure 2009205996
Figure 2009205996

発電結果を表2に示す。従来例では0.75Vとなり、本実施例では0.79Vであり、0.04Vの電圧差を生じた。発電可能な温度以下である３５０℃で短絡が生じた場合、従来例と本実施例で性能差が生じることが確認され、本発明の起動方法が好ましいことを示すことができた。   Table 2 shows the power generation results. In the conventional example, it was 0.75 V, and in this example, it was 0.79 V, resulting in a voltage difference of 0.04 V. When a short circuit occurred at 350 ° C., which is lower than the temperature at which power can be generated, it was confirmed that there was a difference in performance between the conventional example and this example, and it was possible to show that the starting method of the present invention is preferable.

Figure 2009205996
Figure 2009205996

本発明における起動方法は、安定な発電ができる温度T1よりも低い温度で生じるセル劣化を抑制しているので、高信頼性に優れるSOFCを提供することができる。   Since the start-up method in the present invention suppresses cell deterioration that occurs at a temperature lower than the temperature T1 at which stable power generation is possible, it is possible to provide an SOFC with high reliability.

本実施形態に係る燃料電池モジュールを部分的に破断した概略的な斜視図である。It is the schematic perspective view which fractured partially the fuel cell module concerning this embodiment. 図１において空気ヘッダ側から燃料電池セル側を見通す方向における横断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view in a direction in which the fuel cell side is seen from the air header side in FIG. 1. 燃料電池モジュールの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of a fuel cell module. 燃料電池の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a fuel cell. 本実施形態の電流、温度、電圧の時系列変化を示す図である。It is a figure which shows the time-sequential change of the electric current of this embodiment, temperature, and a voltage. 従来の燃料電池における電流、温度、電圧の時系列変化を示す図である。It is a figure which shows the time-sequential change of the electric current in the conventional fuel cell, temperature, and voltage. 本実施形態のSOFCセルを示す図である。It is a figure which shows the SOFC cell of this embodiment. 本実施形態に係るSOFCセルによる検証試験の方法を示す図である。It is a figure which shows the method of the verification test by the SOFC cell which concerns on this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

２…SOFCセル、３，４…集電部材、５…集電ロッド、６…空気ヘッダ、７…空気供給管、８…モジュール容器、９…絶縁断熱部材、１０…断熱部材、２１…SOFCセル集合体、２５…空気導入管、２６…仕切板、２７…燃焼室、２８…発電室、２９…燃料ガス排出孔、ＦＣ…燃料電池モジュール、ＦＣＳ…燃料電池、１０１…空気極支持体、１０２…インターコネクター、１０３…固体電解質、１０４…燃料極   DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... SOFC cell, 3, 4 ... Current collection member, 5 ... Current collection rod, 6 ... Air header, 7 ... Air supply pipe, 8 ... Module container, 9 ... Insulation heat insulation member, 10 ... Heat insulation member, 21 ... SOFC cell Assembly: 25 ... Air introduction pipe, 26 ... Partition plate, 27 ... Combustion chamber, 28 ... Power generation chamber, 29 ... Fuel gas discharge hole, FC ... Fuel cell module, FCS ... Fuel cell, 101 ... Air electrode support, 102 ... interconnector, 103 ... solid electrolyte, 104 ... fuel electrode

Claims (2)

燃料ガスと酸化剤ガスとにより作動する固体酸化物形燃料電池セルと、
前記固体酸化物形燃料電池セルから電流を流すように制御する負荷制御部と、
を備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料ガスと前記酸化剤ガスを前記固体酸化物形燃料電池セルに供給しながら前記固体酸化物形燃料電池セルの温度を上昇させ、
前記固体酸化物形燃料電池セルの温度が発電可能な温度に至る前には、前記負荷制御部により前記固体酸化物形燃料電池セルから定格運転時の電流より低い電流を流し、
前記固体酸化物形燃料電池セルの温度が発電可能な温度に至った後には、前記燃料電池システムを定格運転に移行させることを特徴とする燃料電池システムの運転方法。 A solid oxide fuel cell operated by a fuel gas and an oxidant gas;
A load control unit for controlling current to flow from the solid oxide fuel cell;
A method for operating a fuel cell system comprising:
Increasing the temperature of the solid oxide fuel cell while supplying the fuel gas and the oxidant gas to the solid oxide fuel cell,
Before the temperature of the solid oxide fuel cell reaches a temperature at which power generation is possible, the load controller causes a current lower than the current during rated operation to flow from the solid oxide fuel cell,
A method of operating a fuel cell system, wherein the fuel cell system is shifted to a rated operation after the temperature of the solid oxide fuel cell reaches a temperature at which power generation is possible. 前記固体酸化物形燃料電池セルの温度が発電可能な温度に至る前には、前記負荷制御部により前記固体酸化物形燃料電池セルの電圧Ｖを起電力Ｖｓに対して0≦Ｖ≦0．5Ｖｓとなるように、前記固体酸化物形燃料電池セルから電流を流すことを特徴とする請求項１の燃料電池システムの運転方法。 Before the temperature of the solid oxide fuel cell reaches a temperature at which power generation is possible, the load control unit causes the voltage V of the solid oxide fuel cell to be 0 ≦ V ≦ 0. 2. The method of operating a fuel cell system according to claim 1, wherein a current is supplied from the solid oxide fuel cell so as to be 5 Vs.
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