JP2010231921A - Fuel cell device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell device capable of restraining degradation of reforming catalyst or generation of failure in use for a long period of time. <P>SOLUTION: The fuel cell device is provided with a fuel battery cell stack 1 with a plurality of fuel battery cells arrayed, a reformer 4 equipped with a reforming part having a vaporizing part and reforming catalyst, a raw fuel supply means 2 for supplying raw fuel to the vaporizing part, a water processing device for producing water to be supplied to the vaporizing part, a water pump 11 for supplying water produced at the water processing device to the vaporizing part, and a control device 14 for controlling an operation of the water pump 11. When a usage of the water pump 11 from a start of using the water pump 11 is to reach a first predetermined volume, the control device 14 controls an operation of the water pump 11 so as a water volume to be supplied to the vaporizing part to be increased, so that a sufficient volume of water can be supplied to the reformer 4 in use for a long period of time, and degradation of the reforming catalyst or a failure of the fuel cell device can be restrained. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池セルの発電に必要な燃料ガスを水蒸気改質するための水を供給する水ポンプを備える燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell device including a water pump that supplies water for steam reforming a fuel gas necessary for power generation of a fuel cell.

近年、次世代エネルギーとして、水素含有ガス（燃料ガス）と酸素含有ガス（通常、空気である）とを用いて電力を得ることができる燃料電池セルと、この燃料電池セルを稼動するための補機類とを外装ケースに収納してなる燃料電池装置およびその運転方法が種々提案されている。   In recent years, as a next-generation energy, a fuel cell that can obtain electric power using a hydrogen-containing gas (fuel gas) and an oxygen-containing gas (usually air), and a supplement for operating the fuel cell. There have been proposed various fuel cell apparatuses in which an apparatus is housed in an outer case and operating methods thereof.

ここで、天然ガス等の原燃料を改質して燃料電池セルの発電に必要な水素含有ガスを生成するための改質方法として、部分酸化改質法、オートサーマル改質法および水蒸気改質法が知られている。この水蒸気改質法を用いる燃料電池装置としては、燃料ガス（水素含有ガス）を生成するための改質器、改質器に原燃料を供給するための原燃料供給手段、改質器に供給する水（純水）を生成するためのイオン交換樹脂装置や水タンク等を備える水処理装置、水処理装置で生成された水を改質器に供給するための水ポンプ等を具備することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。   Here, partial oxidation reforming, autothermal reforming, and steam reforming are used as reforming methods for reforming raw fuel such as natural gas and generating hydrogen-containing gas necessary for power generation of fuel cells. The law is known. The fuel cell apparatus using this steam reforming method includes a reformer for generating fuel gas (hydrogen-containing gas), raw fuel supply means for supplying raw fuel to the reformer, and supply to the reformer. A water treatment device including an ion exchange resin device and a water tank for generating water (pure water), a water pump for supplying water generated by the water treatment device to the reformer, and the like. It is known (for example, refer to Patent Document 1).

特開２００８−２４３５９８号公報JP 2008-243598 A

上述のような水ポンプとしては、例えば定容積型の水ポンプ等が例示される。ところで、定容積型の水ポンプには、ギアタイプや、ピストンタイプ等が知られているが、これらのギアやピストンは、長期間の使用に伴い磨耗する。それゆえ、制御装置から水ポンプに所定量の水を供給するように信号が送られたとしても、実際に供給される水の量が、制御装置から送られた信号に基づく所定量よりも少なくなるおそれがある。   Examples of the water pump as described above include a constant volume water pump. By the way, although a gear type, a piston type, etc. are known for a constant volume type water pump, these gears and pistons are worn with long-term use. Therefore, even if a signal is sent from the control device to supply a predetermined amount of water to the water pump, the amount of water actually supplied is less than the predetermined amount based on the signal sent from the control device. There is a risk.

特に、燃料電池装置のコスト削減のため、水ポンプより供給される水の量を測定するための流量センサを設けていない燃料電池装置においては、実際に供給される水の量を測定することができず、改質器に供給される水の量と制御装置から送られた信号に基づく所定量との差異を判別することが難しい場合がある。   In particular, in order to reduce the cost of the fuel cell device, in a fuel cell device that does not have a flow sensor for measuring the amount of water supplied from the water pump, it is possible to measure the amount of water actually supplied. In some cases, it may be difficult to determine the difference between the amount of water supplied to the reformer and the predetermined amount based on the signal sent from the control device.

この場合に、所定量の水が改質器に供給されないと、改質器に備えられた改質触媒の表面に炭素が析出し、触媒性能が劣化するおそれや、燃料電池セルに十分な燃料ガスが供給されず、燃料電池セルの発電性能が低下するおそれがある。さらにはこの状態で運転を継続している場合には、燃料電池装置が故障するおそれもある。   In this case, if a predetermined amount of water is not supplied to the reformer, carbon may be deposited on the surface of the reforming catalyst provided in the reformer and the catalyst performance may be deteriorated. Gas may not be supplied, and the power generation performance of the fuel cell may be reduced. Further, when the operation is continued in this state, the fuel cell device may be broken.

それゆえ、本発明の燃料電池装置は、長期間の使用においても、改質器に十分量の水を供給することができ、信頼性が向上した燃料電池装置を提供することにある。   Therefore, the fuel cell device of the present invention is capable of supplying a sufficient amount of water to the reformer even during long-term use, and provides a fuel cell device with improved reliability.

本発明の燃料電池装置は、複数個の燃料電池セルを配列してなる燃料電池セルスタックと、気化部および改質触媒を備える改質部を具備する改質器と、前記気化部に原燃料を供給するための原燃料供給手段と、前記気化部に供給する水を生成するための水処理装置と、前記水処理装置で生成された水を前記気化部に供給するための水ポンプと、該水ポンプの動作を制御するための制御装置とを備える燃料電池装置であって、前記制御装置は、前記水ポンプの使用を開始してからの該水ポンプの使用量が第１の所定量に達した場合に、前記気化部に供給する水の量を増大するように前記水ポンプの動作を制御することを特徴とする。   The fuel cell device of the present invention includes a fuel cell stack formed by arranging a plurality of fuel cells, a reformer including a reforming unit including a vaporization unit and a reforming catalyst, and a raw fuel in the vaporization unit. Raw fuel supply means for supplying water, a water treatment device for generating water to be supplied to the vaporization unit, a water pump for supplying water generated by the water treatment device to the vaporization unit, And a control device for controlling the operation of the water pump, wherein the control device uses a first predetermined amount of the water pump after the use of the water pump is started. In this case, the operation of the water pump is controlled so as to increase the amount of water supplied to the vaporization unit.

このような燃料電池装置においては、水ポンプの使用を開始してからの水ポンプ使用量が第１の所定量に達した場合に、水ポンプが磨耗等により劣化し、制御装置から送られた信号に基づく水の供給量と、実際に水ポンプから供給されている水の量が異なると判断し、気化部に供給する水の量を増大するように水ポンプの動作を制御することから、水ポンプの使用を開始してから長期間が経過した場合であっても、十分量の水を改質器（気化部）に供給することができる。それにより、水ポンプより供給される水の量を測定する流量センサを設けていない場合であっても、長期間の使用において改質器に十分量の水を供給することができ、信頼性が向上した燃料電池装置とすることができる。   In such a fuel cell device, when the water pump usage amount after the start of use of the water pump reaches the first predetermined amount, the water pump is deteriorated due to wear or the like and sent from the control device. Since it is determined that the amount of water supplied based on the signal and the amount of water actually supplied from the water pump are different, and the operation of the water pump is controlled so as to increase the amount of water supplied to the vaporizer, Even when a long period of time has elapsed since the start of use of the water pump, a sufficient amount of water can be supplied to the reformer (vaporization section). As a result, even when a flow sensor for measuring the amount of water supplied from the water pump is not provided, a sufficient amount of water can be supplied to the reformer over a long period of use, and reliability is improved. An improved fuel cell device can be obtained.

また、本発明の燃料電池装置においては、前記制御装置は、前記水ポンプの使用を開始してからの前記燃料電池セルスタックの発電量の累計が第１の所定量に達した場合に、前記水ポンプの使用を開始してからの該水ポンプの使用量が第１の所定量に達したと判断することが好ましい。   Further, in the fuel cell device of the present invention, when the cumulative amount of power generation of the fuel cell stack after the start of use of the water pump reaches a first predetermined amount, the control device It is preferable to determine that the usage amount of the water pump after the use of the water pump has reached the first predetermined amount.

このような燃料電池装置においては、制御装置は、水ポンプの使用を開始してからの燃料電池セルスタックの発電量の累計が第１の所定量に達した場合に、水ポンプの使用を開始してからの水ポンプの使用量が第１の所定量に達したと判断する。この場合において、制御装置は、気化部に供給する水の量を増大するように水ポンプの動作を制御することから、水ポンプより供給される水の量を測定する流量センサを設けていない場合であっても、長期間の使用において十分量の水を改質器（気化部）に供給することができ、信頼性が向上した燃料電池装置とすることができる。   In such a fuel cell device, the control device starts to use the water pump when the cumulative amount of power generation of the fuel cell stack after the use of the water pump reaches the first predetermined amount. Then, it is determined that the usage amount of the water pump has reached the first predetermined amount. In this case, since the control device controls the operation of the water pump so as to increase the amount of water supplied to the vaporizing unit, the flow sensor for measuring the amount of water supplied from the water pump is not provided. Even so, a sufficient amount of water can be supplied to the reformer (vaporization section) for a long period of use, and a fuel cell device with improved reliability can be obtained.

また、本発明の燃料電池装置においては、前記制御装置は、前記水ポンプの使用を開始してからの前記燃料電池装置の運転時間の累計が第１の所定時間に達した場合に、前記水ポンプの使用を開始してからの該水ポンプの使用量が第１の所定量に達したと判断することが好ましい。   In the fuel cell device of the present invention, the control device may be configured such that when the cumulative operation time of the fuel cell device since the start of use of the water pump reaches a first predetermined time, It is preferable to determine that the usage amount of the water pump after starting to use the pump has reached the first predetermined amount.

このような燃料電池装置においては、制御装置は、水ポンプの使用を開始してからの燃料電池装置の運転時間の累計が第１の所定時間に達した場合に、水ポンプの使用を開始してからの水ポンプの使用量が第１の所定量に達したと判断する。この場合において、制御装置は、気化部に供給する水の量を増大するように水ポンプの動作を制御することから、水ポンプより供給される水の量を測定する流量センサを設けていない場合であっても、長期間の使用において十分量の水を改質器（気化部）に供給することができ、信頼性が向上した燃料電池装置とすることができる。   In such a fuel cell device, the control device starts using the water pump when the cumulative operating time of the fuel cell device since the use of the water pump reaches the first predetermined time. After that, it is determined that the amount of water pump used has reached the first predetermined amount. In this case, since the control device controls the operation of the water pump so as to increase the amount of water supplied to the vaporizing unit, the flow sensor for measuring the amount of water supplied from the water pump is not provided. Even so, a sufficient amount of water can be supplied to the reformer (vaporization section) for a long period of use, and a fuel cell device with improved reliability can be obtained.

また、本発明の燃料電池装置においては、前記水ポンプが交換時期にあることを示す警報装置を備えるとともに、前記制御装置は、前記水ポンプの使用を開始してからの該水ポンプの使用量が第１の所定量に達した後に、前記水ポンプの使用を開始してからの前記燃料電池セルスタックの発電量の累計が第２の所定量に達した場合または前記水ポンプの使用を開始してからの前記燃料電池装置の運転時間の累計が第２の所定時間に達した場合に、前記警報装置を作動させるように制御することが好ましい。   The fuel cell device according to the present invention further includes an alarm device indicating that the water pump is in a replacement period, and the control device uses the water pump after the use of the water pump is started. After the first predetermined amount is reached, when the cumulative amount of power generation of the fuel cell stack since the start of use of the water pump reaches a second predetermined amount or when the water pump is used Then, it is preferable to control the alarm device to be activated when the cumulative operation time of the fuel cell device has reached a second predetermined time.

水ポンプの使用を開始してからの使用量が第１の所定量に達した後、さらに水ポンプの劣化が進んだ場合に、所定量の水を改質器に供給することが難しくなる場合があり、継続して燃料電池装置を運転した場合に、燃料電池装置が故障するおそれがある。それゆえ、水ポンプの使用を開始してからの使用量が第１の所定量に達した後、さらにある段階（第２の所定量）に達した場合には、水ポンプを交換することが好ましい。   When it becomes difficult to supply a predetermined amount of water to the reformer when the water pump has further deteriorated after the usage amount after the start of the water pump has reached the first predetermined amount If the fuel cell device is continuously operated, the fuel cell device may break down. Therefore, when the usage amount after starting the use of the water pump reaches the first predetermined amount and then reaches a certain stage (second predetermined amount), the water pump may be replaced. preferable.

ここで、上述の燃料電池装置においては、水ポンプの使用を開始してからの燃料電池セルスタックの発電量の累計が第２の所定量に達した場合または水ポンプの使用を開始してからの燃料電池装置の運転時間の累計が第２の所定時間に達した場合に、水ポンプが交換時期にあることを示す警報装置を作動させることから、水ポンプの交換時期を適切に判断することができる。それにより、燃料電池装置が故障することを抑制できる。   Here, in the fuel cell device described above, when the accumulated amount of power generation of the fuel cell stack after the start of use of the water pump reaches the second predetermined amount or after the start of use of the water pump. When the cumulative operating time of the fuel cell device reaches the second predetermined time, an alarm device that indicates that the water pump is in the replacement period is activated, so that the replacement timing of the water pump is appropriately determined. Can do. Thereby, it can suppress that a fuel cell apparatus fails.

また、本発明の燃料電池装置においては、前記制御装置は、前記警報装置を作動させた後、前記警報装置による警報が所定時間以上停止されない場合に、前記燃料電池装置の運転を停止するように制御することが好ましい。   In the fuel cell device of the present invention, the control device may stop the operation of the fuel cell device after the alarm device is activated and the alarm by the alarm device is not stopped for a predetermined time or more. It is preferable to control.

このような燃料電池装置においては、警報装置による警報が所定時間以上停止されない場合に、制御装置が燃料電池装置の運転を停止するように制御することから、燃料電池装置が故障することを抑制できる。   In such a fuel cell device, when the alarm by the alarm device is not stopped for a predetermined time or more, the control device controls to stop the operation of the fuel cell device, so that it is possible to suppress the failure of the fuel cell device. .

本発明の燃料電池装置は、複数個の燃料電池セルを配列してなる燃料電池セルスタックと、気化部および改質触媒を備える改質部を具備する改質器と、前記気化部に原燃料を供給するための原燃料供給手段と、前記気化部に供給する水を生成するための水処理装置と、前記水処理装置で生成された水を前記気化部に供給するための水ポンプと、該水ポンプの動作を制御するための制御装置とを備える燃料電池装置であって、前記制御装置は、前記水ポンプの使用を開始してからの該水ポンプの使用量が第１の所定量に達した場合に、前記気化部に供給する水の量を増大するように前記水ポンプの動作を制御することから、水ポンプより供給される水の量を測定する流量センサを設けていない場合であっても、長期間の使用において十分量の水を改質器に供給することができ、信頼性が向上した燃料電池装置とすることができる。   The fuel cell device of the present invention includes a fuel cell stack formed by arranging a plurality of fuel cells, a reformer including a reforming unit including a vaporization unit and a reforming catalyst, and a raw fuel in the vaporization unit. Raw fuel supply means for supplying water, a water treatment device for generating water to be supplied to the vaporization unit, a water pump for supplying water generated by the water treatment device to the vaporization unit, And a control device for controlling the operation of the water pump, wherein the control device uses a first predetermined amount of the water pump after the use of the water pump is started. If the flow rate sensor for measuring the amount of water supplied from the water pump is not provided because the operation of the water pump is controlled so as to increase the amount of water supplied to the vaporization unit. Even enough water for long-term use Can be supplied to the reformer may be a fuel cell device with improved reliability.

本発明の燃料電池装置を具備する燃料電池システムの構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the fuel cell system which comprises the fuel cell apparatus of this invention. 本発明の燃料電池装置を構成する燃料電池モジュールの一例を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows an example of the fuel cell module which comprises the fuel cell apparatus of this invention.

図１は、本発明の燃料電池装置を具備する燃料電池システムの構成の一例を示した構成図である。なお、以降の図において同一の部材については同一の番号を付するものとする。まず、図１を用いて本発明の燃料電池装置の構成の一例について説明する。   FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a configuration of a fuel cell system including a fuel cell device of the present invention. In the following drawings, the same numbers are assigned to the same members. First, an example of the configuration of the fuel cell device of the present invention will be described with reference to FIG.

図１に示す燃料電池システムは、本発明の燃料電池装置に相当する発電を行なう発電ユニットと、熱交換後の湯水を貯湯する貯湯ユニットと、これらのユニット間を水が循環するための循環配管とから構成されている。   A fuel cell system shown in FIG. 1 includes a power generation unit that generates power corresponding to the fuel cell device of the present invention, a hot water storage unit that stores hot water after heat exchange, and a circulation pipe for circulating water between these units. It consists of and.

図１に示す燃料電池装置は、複数個の燃料電池セルを組み合わせてなる燃料電池セルスタック１（以下、セルスタックと略す場合がある。）、天然ガス等の原燃料を供給する原燃料供給手段２、セルスタック１を構成する燃料電池セルに酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給手段３、原燃料と水蒸気により水蒸気改質する改質器４を具備している。なお、改質器４は、後述する水ポンプ１１により供給される水（純水、以下適宜水と略す場合がある）を気化し、原燃料供給手段２から供給された原燃料と水蒸気とを混合するための気化部と、内部に改質触媒を備え、混合された原燃料と水蒸気とを反応させて燃料ガス（水素含有ガス）を生成するための改質部とを備えている。   The fuel cell device shown in FIG. 1 is a fuel cell stack 1 (hereinafter sometimes abbreviated as a cell stack) formed by combining a plurality of fuel cells, and raw fuel supply means for supplying raw fuel such as natural gas. 2. An oxygen-containing gas supply means 3 for supplying an oxygen-containing gas to fuel cells constituting the cell stack 1 and a reformer 4 for steam reforming with raw fuel and steam are provided. The reformer 4 vaporizes water (pure water, which may be occasionally abbreviated as appropriate hereinafter) supplied by a water pump 11 described later, and supplies the raw fuel and steam supplied from the raw fuel supply means 2. A vaporizing section for mixing and a reforming catalyst for generating a fuel gas (hydrogen-containing gas) by reacting the mixed raw fuel and water vapor are provided.

なお、詳細は後述するが、図１において、セルスタック１や改質器４を収納容器内に収納することで、本発明の燃料電池装置を構成する燃料電池モジュールが構成される。なお図１においては、燃料電池モジュールを構成する各装置類を二点鎖線により囲って示している（図１においてＭで示している。）
また、図１に示す燃料電池装置（発電ユニット）においては、セルスタック１を構成する燃料電池セル（以下、燃料電池セルと略す場合がある。）の発電により生じた排ガス（排熱）と循環配管１７を流れる水とで熱交換を行なう熱交換器１３、熱交換により生成された凝縮水から純水を生成するための凝縮水処理装置１９、熱交換器１３で生成された凝縮水を凝縮水処理装置１９に供給するための凝縮水供給管２１が設けられており、凝縮水処理装置１９にて処理された凝縮水は、水タンク１０に貯水された後、水ポンプ１１により改質器４（気化部、図示せず）に供給される。 Although details will be described later, in FIG. 1, the fuel cell module constituting the fuel cell device of the present invention is configured by storing the cell stack 1 and the reformer 4 in the storage container. In FIG. 1, each device constituting the fuel cell module is surrounded by a two-dot chain line (indicated by M in FIG. 1).
Further, in the fuel cell device (power generation unit) shown in FIG. 1, exhaust gas (exhaust heat) and circulation generated by power generation of the fuel cell (hereinafter, may be abbreviated as fuel cell) constituting the cell stack 1. A heat exchanger 13 that exchanges heat with water flowing through the pipe 17, a condensate treatment device 19 for generating pure water from the condensed water generated by the heat exchange, and condensates the condensed water generated by the heat exchanger 13 A condensed water supply pipe 21 for supplying to the water treatment device 19 is provided, and the condensed water treated by the condensed water treatment device 19 is stored in the water tank 10 and then reformed by the water pump 11. 4 (vaporizer, not shown).

一方、凝縮水処理装置１９に供給される凝縮水の量が少ない場合や凝縮水処理装置１９で処理された後の凝縮水の純度が低い場合においては、外部より供給される水（水道水等）を純水に処理して改質器４に供給することもでき、図１においては外部から供給される水を純水に処理する手段として各外部水処理装置を具備している。   On the other hand, when the amount of condensed water supplied to the condensed water treatment device 19 is small or when the purity of condensed water after being treated by the condensed water treatment device 19 is low, water supplied from outside (such as tap water) ) Can be processed into pure water and supplied to the reformer 4. In FIG. 1, each external water treatment device is provided as means for processing the water supplied from the outside into pure water.

ここで、外部より供給される水を改質器４に供給するための各外部水処理装置としては、水を浄化するための活性炭フィルタ装置７、逆浸透膜装置８および浄化された水を純水にするためのイオン交換樹脂装置９の各装置のうち、少なくともイオン交換樹脂装置９（好ましくは全ての装置）を具備する。そして、イオン交換樹脂装置９にて生成された純水は水タンク１０に貯水される。なお、図１に示す燃料電池装置（発電ユニット）おいては、外部より供給される水の量を調整するための給水弁６が設けられている。また、凝縮水処理装置１９と水タンク１０とがタンク連結管２０にて連結されている。なお、凝縮水のみを改質器４に供給する場合には、凝縮水処理装置１９と改質器４とを水ポンプ１１を介して接続することも可能である。なお、本発明でいう水処理装置とは、上述した凝縮水処理装置１９と外部から供給される水を処理するための各外部水処理装置を意味するものとし、図１に示した燃料電池システムにおいては、上記水処理装置のすべてを備える構成を示している。   Here, as each external water treatment device for supplying water supplied from the outside to the reformer 4, the activated carbon filter device 7 for purifying water, the reverse osmosis membrane device 8, and purified water are purified. Among the devices of the ion exchange resin device 9 for making water, at least the ion exchange resin device 9 (preferably all devices) is provided. The pure water generated by the ion exchange resin device 9 is stored in the water tank 10. In the fuel cell device (power generation unit) shown in FIG. 1, a water supply valve 6 for adjusting the amount of water supplied from the outside is provided. Further, the condensed water treatment device 19 and the water tank 10 are connected by a tank connecting pipe 20. In the case where only condensed water is supplied to the reformer 4, the condensed water treatment device 19 and the reformer 4 can be connected via the water pump 11. The water treatment device referred to in the present invention means the above-described condensed water treatment device 19 and each external water treatment device for treating water supplied from the outside, and the fuel cell system shown in FIG. In, the structure provided with all the said water treatment apparatuses is shown.

また、改質器４に供給する水を純水に処理するための各外部水処理装置および凝縮水処理装置１９（本発明でいう水処理装置）を一点鎖線により囲って示している（改質器４と各水処理装置とを接続する給水管５、タンク連結管２０、凝縮水供給管２１も含めて水供給装置Ｘとして示している。）。   In addition, each external water treatment device and the condensate treatment device 19 (water treatment device referred to in the present invention) for treating the water supplied to the reformer 4 with pure water are surrounded by an alternate long and short dash line (reformation). The water supply device 5 including the water supply pipe 5, the tank connection pipe 20, and the condensed water supply pipe 21 that connect the container 4 and each water treatment device is shown as a water supply device X.

なお、本発明の燃料電池装置においては、燃料電池セルの発電により生じた排ガス（排熱）と水との熱交換により生成された凝縮水のみで、改質器４での水蒸気改質反応に必要な水（純水）をまかなうことができる場合においては、外部からの水を供給する構成を設けなくてもよい。   In the fuel cell device of the present invention, the steam reforming reaction in the reformer 4 is performed only with condensed water generated by heat exchange between exhaust gas (exhaust heat) generated by power generation of the fuel cell and water. In the case where necessary water (pure water) can be provided, it is not necessary to provide a configuration for supplying water from the outside.

さらに図１に示す燃料電池装置は、燃料電池セルにて発電された直流電力を交流電力に切り替え外部負荷に供給するためのパワーコンディショナ１２、熱交換器１３の出口に設けられ熱交換器１３の出口を流れる水（循環水流）の水温を測定するための出口水温センサ１５のほか、制御装置１４が設けられており、循環配管１７内で水を循環させる循環ポンプ１６とあわせて発電ユニットが構成されている。なお、制御装置１４については後に詳述する。そして、これら発電ユニットを構成する各装置を、外装ケース内に収納することで、設置や持ち運び等が容易な燃料電池装置とすることができる（図示せず）。また図示していないが、原燃料供給手段２と改質器４との間に、原燃料を加湿するための原燃料加湿器を設けることも可能である。なお、貯湯ユニットは、熱交換後の湯水を貯湯するための貯湯タンク１８を具備して構成されている。   Further, the fuel cell device shown in FIG. 1 is provided at the outlet of the power conditioner 12 and the heat exchanger 13 for switching the DC power generated in the fuel cell to AC power and supplying it to an external load. In addition to the outlet water temperature sensor 15 for measuring the water temperature of the water flowing through the outlet (circulated water stream), a control device 14 is provided, and a power generation unit is combined with a circulation pump 16 that circulates water in the circulation pipe 17. It is configured. The control device 14 will be described in detail later. And each apparatus which comprises these electric power generation units can be set as a fuel cell apparatus with easy installation, carrying etc. by accommodating in an exterior case (not shown). Although not shown, a raw fuel humidifier for humidifying the raw fuel may be provided between the raw fuel supply means 2 and the reformer 4. The hot water storage unit includes a hot water storage tank 18 for storing hot water after heat exchange.

また、セルスタック１と熱交換器１３との間には、燃料電池セルの稼働に伴い生じる排ガスを処理するための排ガス処理装置が設けられている（図示せず）。なお、排ガス処理装置は、収納容器内に排ガス処理手段を収納してなり、排ガス処理手段としては、一般的に公知の燃焼触媒を用いることができる。   Moreover, between the cell stack 1 and the heat exchanger 13, there is provided an exhaust gas treatment device for treating exhaust gas generated with the operation of the fuel cell (not shown). In addition, the exhaust gas treatment apparatus houses exhaust gas treatment means in a storage container, and generally known combustion catalysts can be used as the exhaust gas treatment means.

図中の矢印は、原燃料、酸素含有ガス、水の流れ方向を示したものであり、また破線は制御装置１４に伝送される主な信号経路、または制御装置１４より伝送（発信）される主な信号経路を示している。   The arrows in the figure indicate the flow directions of raw fuel, oxygen-containing gas, and water, and the broken lines are transmitted (transmitted) from the main signal path transmitted to the control device 14 or from the control device 14. The main signal paths are shown.

ここで、図１に示した燃料電池システムの運転方法について説明する。燃料電池セルの発電に用いられる燃料ガスを生成するために水蒸気改質を行なうにあたり、改質器４で使用される主な水は、熱交換器１３において燃料電池セルの稼動に伴って生じた排ガスと循環配管１７を流れる水との熱交換により生成される凝縮水が用いられる。熱交換器１３にて生成された凝縮水は、凝縮水供給管２１を流れて凝縮水処理装置１９に供給される。凝縮水処理装置１９に備える凝縮水処理手段（イオン交換樹脂等）にて処理された凝縮水（純水）は、タンク連結管２０を介して水タンク１０に供給される。水タンク１０に貯水された水は、水ポンプ１１により改質器４に供給され、原燃料供給手段２より供給される原燃料とで水蒸気改質が行われ、生成された燃料ガスが燃料電池セルに供給される。燃料電池セルにおいては、燃料ガスと酸素含有ガス供給手段３より供給される酸素含有ガスとを用いて発電が行われる。このように凝縮水を有効に利用することにより、水自立運転を行なうことができる。   Here, an operation method of the fuel cell system shown in FIG. 1 will be described. When steam reforming is performed to generate fuel gas used for power generation of the fuel cell, main water used in the reformer 4 is generated in the heat exchanger 13 as the fuel cell is operated. The condensed water produced | generated by heat exchange with waste gas and the water which flows through the circulation piping 17 is used. The condensed water generated in the heat exchanger 13 flows through the condensed water supply pipe 21 and is supplied to the condensed water treatment device 19. Condensed water (pure water) processed by the condensed water processing means (ion exchange resin or the like) provided in the condensed water processing device 19 is supplied to the water tank 10 via the tank connecting pipe 20. The water stored in the water tank 10 is supplied to the reformer 4 by the water pump 11, steam reforming is performed with the raw fuel supplied from the raw fuel supply means 2, and the generated fuel gas is used as a fuel cell. Supplied to the cell. In the fuel battery cell, power generation is performed using the fuel gas and the oxygen-containing gas supplied from the oxygen-containing gas supply means 3. Thus, water self-sustained operation can be performed by using condensed water effectively.

一方で、凝縮水の生成量が少ない場合や、凝縮水処理装置１９にて処理された凝縮水の純度が低い場合においては、外部より供給される水（水道水等）を用いることもできる。   On the other hand, when the amount of condensed water produced is small, or when the purity of the condensed water treated by the condensed water treatment device 19 is low, water (such as tap water) supplied from the outside can be used.

この場合においては、まず給水弁６（例えば、電磁弁やエア駆動バルブ等）が開放され、水道水等の外部から供給される水が、給水管５を通して活性炭フィルタ７に供給される。活性炭フィルタ７にて処理された水は、続いて逆浸透膜８に供給される。逆浸透膜８にて処理された水は、引き続きイオン交換樹脂装置９に供給され、イオン交換樹脂装置９で処理されることにより生成された水（純水）が、水タンク１０に貯水される。水タンク１０に貯水された水（純水）は、上述した方法により、燃料電池セルの発電に利用される。   In this case, first, the water supply valve 6 (for example, an electromagnetic valve or an air drive valve) is opened, and water supplied from the outside such as tap water is supplied to the activated carbon filter 7 through the water supply pipe 5. The water treated with the activated carbon filter 7 is then supplied to the reverse osmosis membrane 8. The water treated by the reverse osmosis membrane 8 is continuously supplied to the ion exchange resin device 9, and the water (pure water) generated by being treated by the ion exchange resin device 9 is stored in the water tank 10. . The water (pure water) stored in the water tank 10 is used for power generation of the fuel cell by the method described above.

また、燃料電池装置（発電ユニット）において、燃料電池装置の稼働に伴いセルスタック１を構成する燃料電池セルに改質器４を介して燃料ガスが供給されるとともに、酸素含有ガス供給手段３より酸素含有ガスが供給される。   Further, in the fuel cell device (power generation unit), the fuel gas is supplied to the fuel cells constituting the cell stack 1 through the reformer 4 as the fuel cell device is operated, and the oxygen-containing gas supply means 3 An oxygen-containing gas is supplied.

なお、図１において、セルスタック１や改質器４を収納容器内に収納することで、本発明の燃料電池装置を構成する燃料電池モジュールが構成される。なお、図１においては、燃料電池モジュールを構成する各装置類を二点鎖線により囲って示している。   In FIG. 1, the cell stack 1 and the reformer 4 are housed in the housing container to constitute a fuel cell module that constitutes the fuel cell device of the present invention. In FIG. 1, each device constituting the fuel cell module is surrounded by a two-dot chain line.

続いて、本発明の燃料電池装置を構成する燃料電池モジュール（以下、モジュールと略す場合がある。）について説明する。図２は、本発明の燃料電池装置を構成するモジュール２３の一例を示す外観斜視図である。   Subsequently, a fuel cell module (hereinafter sometimes abbreviated as a module) constituting the fuel cell device of the present invention will be described. FIG. 2 is an external perspective view showing an example of the module 23 constituting the fuel cell device of the present invention.

図２に示すモジュール２３においては、収納容器２４の内部に、内部を燃料ガスが流通するガス流路（図示せず）を有する柱状の燃料電池セル２６を立設させた状態で配列し、隣接する燃料電池セル２６間に集電部材（図示せず）を介して電気的に直列に接続してなるセルスタック１を、セルスタック１を構成する各燃料電池セル２６の下端をガラスシール材等の絶縁性接合材（図示せず）でマニホールド２５に固定してなるセルスタック装置３１を収納して構成されている。なお、セルスタック１の両端には、セルスタック１（燃料電池セル）の発電により生じた電流を集電して外部に引き出すための、電流引き出し部を有する導電部材（図示せず）が配置されている。   In the module 23 shown in FIG. 2, a columnar fuel cell 26 having a gas flow path (not shown) through which fuel gas flows is arranged inside the storage container 24 in an upright state, The cell stack 1 is electrically connected in series between the fuel cells 26 through a current collecting member (not shown), and the lower end of each fuel cell 26 constituting the cell stack 1 is a glass sealant or the like. A cell stack device 31 fixed to the manifold 25 with an insulating bonding material (not shown) is accommodated. At both ends of the cell stack 1, conductive members (not shown) having current drawing portions for collecting and drawing the current generated by the power generation of the cell stack 1 (fuel cell) to the outside are arranged. ing.

図２においては、燃料電池セル２６として、内部を燃料ガス（水素含有ガス）が長手方向に流通するガス流路を有する中空平板型で、ガス流路を有する支持体の表面に、燃料側電極層、固体電解質層および酸素側電極層を順に積層してなる固体酸化物形燃料電池セル２６を例示している。   In FIG. 2, the fuel cell 26 is a hollow flat plate type having a gas flow path through which fuel gas (hydrogen-containing gas) circulates in the longitudinal direction, and a fuel side electrode is formed on the surface of a support having the gas flow path. 3 illustrates a solid oxide fuel cell 26 in which a layer, a solid electrolyte layer, and an oxygen-side electrode layer are sequentially laminated.

さらに図２においては、燃料電池セル２６の発電で使用する燃料ガスを得るために、原燃料供給管３０を介して供給される天然ガス等の原燃料（原燃料）を改質して燃料ガスを生成するための改質器４をセルスタック１（燃料電池セル２６）の上方に配置している。改質器４は、効率のよい改質反応である水蒸気改質を行なうことができる構造とすることが好ましく、水を気化させるための気化部２７と、原燃料を燃料ガスに改質するための改質触媒（図示せず）が配置された改質部２８とを備えている。また、気化部２７に水（純水）を供給するための給水管３３が接続され、給水管３３と原燃料供給管３０とが別個に設けられているが、原燃料供給管３０と給水管３３とを二重管とすることもできる。   Further, in FIG. 2, in order to obtain a fuel gas to be used for power generation of the fuel battery cell 26, a raw gas (raw fuel) such as natural gas supplied through the raw fuel supply pipe 30 is reformed to produce a fuel gas. Is disposed above the cell stack 1 (fuel cell 26). The reformer 4 preferably has a structure capable of performing steam reforming, which is an efficient reforming reaction, and a vaporizer 27 for vaporizing water, and for reforming raw fuel into fuel gas. And a reforming section 28 in which a reforming catalyst (not shown) is arranged. In addition, a water supply pipe 33 for supplying water (pure water) to the vaporizing unit 27 is connected, and the water supply pipe 33 and the raw fuel supply pipe 30 are provided separately, but the raw fuel supply pipe 30 and the water supply pipe are provided. 33 can be a double pipe.

そして、改質器４で生成された燃料ガスは、燃料ガス流通管２９を介してマニホールド２５に供給され、マニホールド２５より燃料電池セル２６の内部に設けられたガス流路に供給される。なお、セルスタック１の構成は、燃料電池セル２６の種類や形状により、適宜変更することができる。   The fuel gas generated by the reformer 4 is supplied to the manifold 25 through the fuel gas flow pipe 29 and is supplied from the manifold 25 to a gas flow path provided inside the fuel cell 26. The configuration of the cell stack 1 can be changed as appropriate depending on the type and shape of the fuel cell 26.

また図２においては、収納容器２４の一部（前後面）を取り外し、内部に収納されるセルスタック装置３１を後方に取り出した状態を示している。ここで、図２に示したモジュール２３においては、セルスタック装置３１を、収納容器２４内にスライドして収納することが可能である。   Further, FIG. 2 shows a state in which a part (front and rear surfaces) of the storage container 24 is removed and the cell stack device 31 stored inside is taken out rearward. Here, in the module 23 shown in FIG. 2, the cell stack device 31 can be slid and stored in the storage container 24.

収納容器２４の内部には、マニホールド２５に並置されたセルスタック１の間に配置され、酸素含有ガス（酸素含有ガス）が集電部材の内部を介して燃料電池セル２６の間を下端部から上端部に向けて流れるように、酸素含有ガス導入部材３２が配置されている。   Inside the storage container 24, it is arranged between the cell stacks 1 juxtaposed on the manifold 25, and oxygen-containing gas (oxygen-containing gas) passes from the lower end portion between the fuel cells 26 through the inside of the current collecting member. An oxygen-containing gas introduction member 32 is disposed so as to flow toward the upper end.

ここで、燃料電池セル２６のガス流路より排出される余剰な燃料ガスと酸素含有ガスとを燃料電池セル２６の上端部側で燃焼させることにより、燃料電池セル２６の温度を上昇させることができ、セルスタック装置３１の起動を早めることができる。あわせて、燃料電池セル２６（セルスタック１）の上方に配置された改質器４を温めることができ、改質器４で効率よく改質反応を行なうことができる。   Here, it is possible to raise the temperature of the fuel cell 26 by burning excess fuel gas and oxygen-containing gas discharged from the gas flow path of the fuel cell 26 on the upper end side of the fuel cell 26. And the activation of the cell stack device 31 can be accelerated. In addition, the reformer 4 disposed above the fuel cell 26 (cell stack 1) can be warmed, and the reformer 4 can efficiently perform the reforming reaction.

ところで、上述したような燃料電池装置において、改質器４に水を供給するための定容積型の水ポンプ１１としては、例えば、ギアタイプや、ピストンタイプ等が知られているが、これらのタイプにおけるギアやピストンは、長期間の使用に伴い磨耗する場合がある。この場合に、制御装置１４から水ポンプ１１に所定量の水（純水）を供給するように信号が送られたとしても、実際に供給される水の量が、制御装置１４から送られた信号に基づく所定量よりも少なくなるおそれがある。   By the way, in the fuel cell device as described above, as a constant volume type water pump 11 for supplying water to the reformer 4, for example, a gear type, a piston type, and the like are known. Gears and pistons in the type may wear with long-term use. In this case, even if a signal is sent from the control device 14 to supply a predetermined amount of water (pure water) to the water pump 11, the amount of water actually supplied is sent from the control device 14. There is a risk of being less than a predetermined amount based on the signal.

特に、燃料電池装置のコスト削減のため、水ポンプ１１より供給される水の量を測定するための流量センサを設けていない燃料電池装置においては、実際に供給される水の量を測定することができず、改質器４に供給される水の量と制御装置１４から送られた信号に基づく所定量との差異を判別することが難しい場合がある。   In particular, in order to reduce the cost of the fuel cell device, in a fuel cell device not provided with a flow sensor for measuring the amount of water supplied from the water pump 11, the amount of water actually supplied is measured. In some cases, it is difficult to determine the difference between the amount of water supplied to the reformer 4 and the predetermined amount based on the signal sent from the control device 14.

この場合に、所定量の水が改質器４に供給されないと、改質器４に備えられた改質触媒の表面に炭素が析出し、触媒性能が劣化するおそれや、セルスタック１を構成する燃料電池セルに十分な燃料ガスが供給されず、燃料電池セルの発電性能が低下するおそれがある。さらにはこの状態で運転を継続している場合には、燃料電池装置が故障するおそれもある。   In this case, if a predetermined amount of water is not supplied to the reformer 4, carbon may be deposited on the surface of the reforming catalyst provided in the reformer 4, and the catalyst performance may be deteriorated. There is a possibility that sufficient fuel gas is not supplied to the fuel cell to be performed and the power generation performance of the fuel cell is reduced. Further, when the operation is continued in this state, the fuel cell device may be broken.

それゆえ、本発明の燃料電池装置においては、水ポンプ１１の使用を開始してからの水ポンプ１１の使用量が第１の所定量に達した場合には、制御装置１４は、水ポンプ１１を構成するギアやピストン等が磨耗等により劣化し、制御装置１４から送られた（発信された）信号に基づく水の供給量と、実際に水ポンプから供給されている水の量が異なると判断し、改質器４（気化部２７）に供給する水の量を増大するように水ポンプ１１の動作を制御する。   Therefore, in the fuel cell device of the present invention, when the usage amount of the water pump 11 after starting the use of the water pump 11 reaches the first predetermined amount, the control device 14 controls the water pump 11. When the gears, pistons, and the like constituting the valve deteriorate due to wear or the like, the amount of water supplied based on the signal sent (transmitted) from the control device 14 differs from the amount of water actually supplied from the water pump. It judges and controls operation | movement of the water pump 11 so that the quantity of the water supplied to the reformer 4 (vaporization part 27) may be increased.

それにより、水ポンプ１１より供給される水の量を測定する流量センサを設けていない場合であっても、水ポンプ１１の使用を開始してから長期間が経過した場合に、改質器４（気化部２７）に供給される水の量が不足することを抑制でき、改質触媒の劣化や、燃料電池セルの発電性能が低下することを抑制できる。またあわせて、燃料電池装置が故障することも抑制できる。それにより、信頼性が向上した燃料電池装置とすることができる。   Thereby, even when a flow sensor for measuring the amount of water supplied from the water pump 11 is not provided, the reformer 4 is used when a long period of time has elapsed since the use of the water pump 11 was started. It can suppress that the quantity of the water supplied to (vaporization part 27) runs short, and can suppress degradation of a reforming catalyst and the power generation performance of a fuel cell. In addition, failure of the fuel cell device can be suppressed. Thereby, a fuel cell device with improved reliability can be obtained.

ところで、上述の燃料電池装置において、水ポンプ１１の使用を開始してからの水ポンプ１１の使用量が第１の所定量に達した場合に、制御装置１４が、改質器４（気化部２７）に供給する水の量を増大するように水ポンプ１１の動作を制御するが、ここで、水ポンプ１１の使用を開始してからの使用量が第１の所定量に達した場合とは、水ポンプ１１や燃料電池装置の構成にあわせて適宜設定できる。   By the way, in the fuel cell device described above, when the usage amount of the water pump 11 after the start of the use of the water pump 11 reaches the first predetermined amount, the control device 14 controls the reformer 4 (vaporization unit). 27) The operation of the water pump 11 is controlled so as to increase the amount of water to be supplied. Here, the usage amount after starting the use of the water pump 11 reaches the first predetermined amount. Can be appropriately set according to the configuration of the water pump 11 and the fuel cell device.

例えば、制御装置１４は、水ポンプ１１の使用を開始してからのセルスタック１の発電量の累計が第１の所定量に達した場合に、水ポンプ１１の使用を開始してからの水ポンプ１１の使用量が第１の所定量に達したと判断するように設定することができる。この場合に、制御装置１４は、水ポンプ１１が磨耗等により劣化し、制御装置１４から送られた信号に基づく水の供給量と、実際に水ポンプ１１から供給されている水の量が異なると判断し、改質器４（気化部２７）に供給する水の量を増大するように水ポンプ１１の動作を制御することができる。   For example, when the cumulative amount of power generation of the cell stack 1 since the start of use of the water pump 11 reaches a first predetermined amount, the control device 14 uses the water after the start of use of the water pump 11. It can be set to determine that the usage amount of the pump 11 has reached the first predetermined amount. In this case, the control device 14 is deteriorated due to wear or the like of the water pump 11, and the amount of water supplied based on the signal sent from the control device 14 is different from the amount of water actually supplied from the water pump 11. Therefore, the operation of the water pump 11 can be controlled so as to increase the amount of water supplied to the reformer 4 (vaporizer 27).

具体的には、定格の発電量が７００Ｗの燃料電池装置において、水ポンプ１１が、シリンダ容量０．０５ｃｃで、ピストンの材質が樹脂である定容積型のピストンタイプの水ポンプ１１の場合、水ポンプ１１の使用を開始してからのセルスタック１の累計発電量における第１の所定量を５，０００ｋＷＨとすることができる。なお、制御装置１４が、改質器４（気化部２７）に供給する水の量を増大するように水ポンプ１１の動作を制御するにあたっては、ピストンの材質や、シリンダ容量、さらには定格出力等により適宜変更することができる。   Specifically, in a fuel cell apparatus with a rated power generation amount of 700 W, the water pump 11 is a constant volume piston type water pump 11 having a cylinder capacity of 0.05 cc and a piston material of resin. The first predetermined amount in the accumulated power generation amount of the cell stack 1 since the use of the pump 11 is started can be set to 5,000 kWh. Note that when the control device 14 controls the operation of the water pump 11 so as to increase the amount of water supplied to the reformer 4 (vaporization unit 27), the material of the piston, the cylinder capacity, and the rated output. It can be changed as appropriate.

また、上述以外に、例えば、制御装置１４は、水ポンプ１１の使用を開始してからの燃料電池装置の運転時間の累計が第１の所定時間に達した場合に、水ポンプ１１の使用を開始してからの水ポンプ１１の使用量が第１の所定量に達したと判断するように設定することができる。この場合に、制御装置１４は、水ポンプ１１が磨耗等により劣化し、制御装置１４から送られた信号に基づく水の供給量と、実際に水ポンプ１１から供給されている水の量が異なると判断し、改質器４（気化部２７）に供給する水の量を増大するように水ポンプ１１の動作を制御することができる。   In addition to the above, for example, the control device 14 uses the water pump 11 when the cumulative operation time of the fuel cell device after the use of the water pump 11 has reached the first predetermined time. It can be set to determine that the usage amount of the water pump 11 after the start has reached the first predetermined amount. In this case, the control device 14 is deteriorated due to wear or the like of the water pump 11, and the amount of water supplied based on the signal sent from the control device 14 is different from the amount of water actually supplied from the water pump 11. Therefore, the operation of the water pump 11 can be controlled so as to increase the amount of water supplied to the reformer 4 (vaporizer 27).

具体的には、定格の発電量が７００Ｗの燃料電池装置において、水ポンプ１１が、シリンダ容量０．０５ｃｃで、ピストンの材質が樹脂である定容積型のピストンタイプの水ポンプ１１の場合、水ポンプ１１の使用を開始してからの燃料電池装置の累計運転時間における第１の所定時間を７，０００時間とすることができる。なお、制御装置１４が、改質器４（気化部２７）に供給する水の量を増大するように水ポンプ１１の動作を制御するにあたっては、ピストンの材質や、シリンダ容量、さらには定格出力等により適宜変更することができる。   Specifically, in a fuel cell apparatus with a rated power generation amount of 700 W, the water pump 11 is a constant volume piston type water pump 11 having a cylinder capacity of 0.05 cc and a piston material of resin. The first predetermined time in the cumulative operation time of the fuel cell device after the use of the pump 11 is started can be set to 7,000 hours. Note that when the control device 14 controls the operation of the water pump 11 so as to increase the amount of water supplied to the reformer 4 (vaporization unit 27), the material of the piston, the cylinder capacity, and the rated output. It can be changed as appropriate.

このように、水ポンプ１１を動作させてからの水ポンプ１１の使用量が第１の所定量に達した場合に、改質器４（気化部２７）に供給する水の量を増大するように水ポンプ１１の動作を制御することで、水ポンプ１１より供給される水の量を測定する流量センサを設けていない場合であっても、改質器４（気化部２７）に供給される水の量が不足することを抑制でき、改質触媒の劣化や、燃料電池セルの発電性能が低下することを抑制できる。またあわせて、燃料電池装置が故障することも抑制できる。それにより、信頼性が向上した燃料電池装置とすることができる。   Thus, when the usage-amount of the water pump 11 after operating the water pump 11 reaches the 1st predetermined amount, the quantity of the water supplied to the reformer 4 (vaporization part 27) is increased. Even if the flow rate sensor for measuring the amount of water supplied from the water pump 11 is not provided by controlling the operation of the water pump 11, the water is supplied to the reformer 4 (vaporizer 27). It is possible to suppress a shortage of the amount of water, and it is possible to suppress deterioration of the reforming catalyst and deterioration of the power generation performance of the fuel cell. In addition, failure of the fuel cell device can be suppressed. Thereby, a fuel cell device with improved reliability can be obtained.

なお、上述の説明において、水ポンプ１１の使用を開始してからの水ポンプ１１の使用量が第１の所定量に達した場合に、改質器４（気化部２７）に供給する水の量を増大するように水ポンプ１１の動作を制御する例を示したが、燃料電池装置の構成によっては、例えば、改質器４に供給する水の量を増大させる制御を複数回にわたって設定することもできる。すなわち、例えば水ポンプ１１の使用を開始してからのセルスタック１の累計発電量の５，０００ｋＷＨごとや水ポンプ１１の使用を開始してからの燃料電池装置の累計運転時間の７，０００時間ごとに、改質器４（気化部２７）に供給する水の量を増大するように水ポンプ１１を制御してもよい。   In the above description, the water supplied to the reformer 4 (vaporization unit 27) when the usage amount of the water pump 11 after the start of the use of the water pump 11 reaches the first predetermined amount. Although an example of controlling the operation of the water pump 11 to increase the amount has been shown, depending on the configuration of the fuel cell device, for example, control for increasing the amount of water supplied to the reformer 4 is set multiple times. You can also. That is, for example, every 5,000 kWh of the total power generation amount of the cell stack 1 since the use of the water pump 11 is started, or 7,000 hours of the cumulative operation time of the fuel cell device after the use of the water pump 11 is started. Each time, the water pump 11 may be controlled so as to increase the amount of water supplied to the reformer 4 (vaporizer 27).

このようにして、水ポンプ１１の使用を開始してからの水ポンプ１１の使用量が第１の所定量に達した場合に、改質器４（気化部２７）に供給する水の量を増大するように水ポンプ１１の動作を制御することで、長期間の使用において、継続して改質器４に十分量の水を供給することができるが、水ポンプ１１の劣化がさらに進んだ場合に、所定量の水を改質器４に供給することが難しくなる場合がある。そして、このような場合に継続して燃料電池装置を運転すると、燃料電池装置が故障等するおそれがある。それゆえ、このような場合には、水ポンプ１１を交換することが好ましく、水ポンプ１１の交換時期を適切に把握できることが好ましい。   In this way, when the usage amount of the water pump 11 after starting to use the water pump 11 reaches the first predetermined amount, the amount of water supplied to the reformer 4 (vaporization section 27) is set. By controlling the operation of the water pump 11 so as to increase, a sufficient amount of water can be continuously supplied to the reformer 4 over a long period of use, but the deterioration of the water pump 11 has further progressed. In some cases, it may be difficult to supply a predetermined amount of water to the reformer 4. If the fuel cell device is continuously operated in such a case, the fuel cell device may break down. Therefore, in such a case, it is preferable to replace the water pump 11, and it is preferable that the replacement time of the water pump 11 can be properly grasped.

それゆえ、図１に示した燃料電池装置においては、水ポンプ１１が交換時期にあることを示すための警報装置２２を備えている。ここで制御装置１４は、水ポンプ１１の使用を開始してからの水ポンプ１１の使用量が第１の所定量に達した後に、水ポンプ１１の使用を開始してからのセルスタック１の発電量の累計が第２の所定量に達した場合または水ポンプ１１の使用を開始してからの燃料電池装置の運転時間の累計が第２の所定時間に達した場合に、水ポンプが交換時期にあることを示すための警報装置２２を作動させるように制御することが好ましい。それにより、水ポンプの交換時期を適切に判断することができ、燃料電池装置が故障することを抑制できる。   Therefore, the fuel cell apparatus shown in FIG. 1 is provided with an alarm device 22 for indicating that the water pump 11 is in a replacement period. Here, after the usage amount of the water pump 11 after the start of the use of the water pump 11 reaches the first predetermined amount, the control device 14 of the cell stack 1 after the use of the water pump 11 is started. The water pump is replaced when the total amount of power generation reaches the second predetermined amount or when the total operation time of the fuel cell device after starting to use the water pump 11 reaches the second predetermined time. It is preferable to control the alarm device 22 to indicate that it is timed. Thereby, the replacement time of the water pump can be appropriately determined, and the failure of the fuel cell device can be suppressed.

なお、水ポンプ１１の使用を開始してからのセルスタック１の発電量の累計の第２の所定量や、水ポンプ１１の使用を開始してからのセルスタック１の発電量の累計の第２の所定量は、ピストンの材質や、シリンダ容量、さらには定格出力等により適宜設定することができるが、定格の発電量が７００Ｗｈの燃料電池装置において、水ポンプ１１が、シリンダ容量０．０５ｃｃで、ピストンの材質が樹脂である定容積型のピストンタイプの水ポンプ１１の場合、水ポンプ１１の使用を開始してからのセルスタック１の累計発電量における第２の所定量を１５，０００ｋＷＨとすることができ、また燃料電池装置の累計運転時間における第２の所定時間を２１，０００時間とすることができる。   It should be noted that the second predetermined amount of the total power generation amount of the cell stack 1 since the start of use of the water pump 11 or the first of the total amount of power generation of the cell stack 1 since the start of use of the water pump 11 is used. The predetermined amount of 2 can be appropriately set according to the material of the piston, the cylinder capacity, and the rated output. In the fuel cell device having a rated power generation amount of 700 Wh, the water pump 11 has a cylinder capacity of 0.05 cc. In the case of the constant volume piston type water pump 11 whose piston material is resin, the second predetermined amount in the accumulated power generation amount of the cell stack 1 after the use of the water pump 11 is started is 15,000 kWH. In addition, the second predetermined time in the cumulative operation time of the fuel cell device can be 21,000 hours.

ところで、本発明の燃料電池装置を上述のような構成とすることにより、水ポンプ１１の交換時期を適切に判断することができ、燃料電池装置が故障することを抑制できるが、警報装置２２が継続して作動している場合に、そのまま継続して燃料電池装置の運転を行なうと、燃料電池装置が故障するおそれがある。   By the way, by setting the fuel cell device of the present invention as described above, it is possible to appropriately determine the replacement timing of the water pump 11 and to suppress the failure of the fuel cell device. If the fuel cell device is continuously operated while operating continuously, the fuel cell device may break down.

それゆえ、本発明の燃料電池装置においては、警報装置２２を作動させた後、警報装置２２による警報が所定時間以上停止されない場合に、制御装置１４が、燃料電池装置の運転を停止するように制御する構成とすることが好ましい。それにより、燃料電池装置が故障することを効果的に抑制できる。   Therefore, in the fuel cell device of the present invention, after the alarm device 22 is activated, the control device 14 stops the operation of the fuel cell device when the alarm by the alarm device 22 is not stopped for a predetermined time or longer. It is preferable to adopt a configuration to control. Thereby, it can suppress effectively that a fuel cell apparatus fails.

なお、燃料電池装置の停止は、まず制御装置１４は、改質器４に供給する原燃料の供給量を減らす信号を原燃料供給手段２に発信する。原燃料の供給量の減少に伴い、モジュールＭの温度が低下する。モジュールＭの温度が第１の温度まで低下すると、制御装置１４は、原燃料供給手段２の動作と水ポンプ１１の動作を停止する制御を行なう。それにより、モジュールＭの温度がさらに低下する。モジュールＭの温度が、第１の温度よりも低い第２の温度まで低下した場合に、制御装置１４は、酸素含有ガス供給ブロワ３の動作を停止する制御を行なう。それにより、燃料電池装置を停止することができる。なお、モジュールＭの温度とは、セルスタック１の中心温度とすることができる。また第１の温度と第２の温度は、モジュールＭの構造や改質器４等に基づいて適宜設定することができ、例えば第１の温度を３００〜５００℃、第２の温度を５０〜１５０℃とすることができる。   In order to stop the fuel cell device, first, the control device 14 transmits a signal for reducing the supply amount of the raw fuel supplied to the reformer 4 to the raw fuel supply means 2. As the supply amount of raw fuel decreases, the temperature of the module M decreases. When the temperature of the module M decreases to the first temperature, the control device 14 performs control to stop the operation of the raw fuel supply means 2 and the operation of the water pump 11. Thereby, the temperature of the module M further decreases. When the temperature of the module M decreases to a second temperature lower than the first temperature, the control device 14 performs control to stop the operation of the oxygen-containing gas supply blower 3. Thereby, the fuel cell device can be stopped. Note that the temperature of the module M can be the center temperature of the cell stack 1. The first temperature and the second temperature can be appropriately set based on the structure of the module M, the reformer 4 and the like. For example, the first temperature is 300 to 500 ° C., and the second temperature is 50 to 50 ° C. It can be 150 degreeC.

また、水ポンプ１１の交換時期を示す警報装置２２が所定時間以上停止されない場合とは、例えば水ポンプ１１の交換時期を示す警報装置２２が１週間以上継続して作動している場合とすることができる。なお、この所定時間は、適宜設定することができる。   Further, the case where the alarm device 22 indicating the replacement time of the water pump 11 is not stopped for a predetermined time or more is, for example, the case where the alarm device 22 indicating the replacement time of the water pump 11 is continuously operated for one week or more. Can do. The predetermined time can be set as appropriate.

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。   Although the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention. .

たとえば、改質器４（気化部２７）に供給する水（純水）の量を増大するように水ポンプ１１の動作を制御するにあたり、セルスタック１の累計発電量や燃料電池装置の累計運転時間に基づいて制御する例を示したが、例えば改質器４に供給される累計燃料ガス量や、燃料電池セル（モジュールＭ）に供給される累計酸素含有ガス量とすることもできる。   For example, in controlling the operation of the water pump 11 so as to increase the amount of water (pure water) supplied to the reformer 4 (vaporization unit 27), the cumulative power generation amount of the cell stack 1 and the cumulative operation of the fuel cell device are performed. Although an example of controlling based on time has been shown, for example, the cumulative amount of fuel gas supplied to the reformer 4 or the cumulative amount of oxygen-containing gas supplied to the fuel cell (module M) may be used.

１：セルスタック
４：改質器
１１：水ポンプ
１４：制御装置
２２：警報装置
２７：気化部
Ｍ：燃料電池モジュール 1: Cell stack 4: Reformer 11: Water pump 14: Controller 22: Alarm device 27: Vaporizer M: Fuel cell module

Claims (5)

複数個の燃料電池セルを配列してなる燃料電池セルスタックと、気化部および改質触媒を備える改質部を具備する改質器と、前記気化部に原燃料を供給するための原燃料供給手段と、前記気化部に供給する水を生成するための水処理装置と、前記水処理装置で生成された水を前記気化部に供給するための水ポンプと、該水ポンプの動作を制御するための制御装置とを備える燃料電池装置であって、前記制御装置は、前記水ポンプの使用を開始してからの該水ポンプの使用量が第１の所定量に達した場合に、前記気化部に供給する水の量を増大するように前記水ポンプの動作を制御することを特徴とする燃料電池装置。   A fuel cell stack formed by arranging a plurality of fuel cells, a reformer including a reforming unit including a vaporization unit and a reforming catalyst, and a raw fuel supply for supplying raw fuel to the vaporization unit Means, a water treatment device for generating water to be supplied to the vaporization unit, a water pump for supplying water generated by the water treatment device to the vaporization unit, and controlling the operation of the water pump A control device for controlling the vaporization when the amount of use of the water pump after the start of use of the water pump reaches a first predetermined amount. The fuel cell device controls the operation of the water pump so as to increase the amount of water supplied to the section. 前記制御装置は、前記水ポンプの使用を開始してからの前記燃料電池セルスタックの発電量の累計が第１の所定量に達した場合に、前記水ポンプの使用を開始してからの該水ポンプの使用量が第１の所定量に達したと判断することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。   The controller, when the cumulative amount of power generation of the fuel cell stack since the start of use of the water pump has reached a first predetermined amount, 2. The fuel cell device according to claim 1, wherein the use amount of the water pump is determined to have reached a first predetermined amount. 前記制御装置は、前記水ポンプの使用を開始してからの前記燃料電池装置の運転時間の累計が第１の所定時間に達した場合に、前記水ポンプの使用を開始してからの該水ポンプの使用量が第１の所定量に達したと判断することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。   The control device, when the cumulative operation time of the fuel cell device since the start of use of the water pump reaches a first predetermined time, the water after the start of use of the water pump. 2. The fuel cell device according to claim 1, wherein the pump usage amount is determined to have reached a first predetermined amount. 前記水ポンプが交換時期にあることを示す警報装置を備えるとともに、前記制御装置は、前記水ポンプの使用を開始してからの該水ポンプの使用量が第１の所定量に達した後に、前記水ポンプの使用を開始してからの前記燃料電池セルスタックの発電量の累計が第２の所定量に達した場合または前記水ポンプの使用を開始してからの前記燃料電池装置の運転時間の累計が第２の所定時間に達した場合に、前記警報装置を作動させるように制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載の燃料電池装置。   An alarm device indicating that the water pump is in a replacement period is provided, and the control device, after the usage amount of the water pump after starting the use of the water pump reaches a first predetermined amount, The operation time of the fuel cell device when the cumulative amount of power generation of the fuel cell stack after the start of use of the water pump reaches a second predetermined amount or after the start of use of the water pump 4. The fuel cell device according to claim 1, wherein the alarm device is controlled to operate when the cumulative total reaches a second predetermined time. 5. 前記制御装置は、前記警報装置を作動させた後、前記警報装置による警報が所定時間以上停止されない場合に、前記燃料電池装置の運転を停止するように制御することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池装置。   5. The control device according to claim 4, wherein after the alarm device is activated, when the alarm by the alarm device is not stopped for a predetermined time or longer, the control device controls to stop the operation of the fuel cell device. The fuel cell device according to the description.
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