JP2001165431A - Apparatus for controlling air-fuel ratio of reformer for fuel cell - Google Patents
Apparatus for controlling air-fuel ratio of reformer for fuel cellInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用改質器
の空燃比制御装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an air-fuel ratio control device for a fuel cell reformer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、都市ガスとして供給されてい
る天然ガスを原燃料に用い、天然ガスの主成分であるメ
タンガスを水蒸気と反応させることによって水素ガスを
発生させ、発生した水素ガスを燃料電池の燃料ガスに用
いて発電するようにした発電設備が提供されている。こ
の種の発電設備は、燃料電池を電源としてインバータに
より交流電力を得るものであり、分散電源として建物に
付設したり都市部の変電所などに設置する用途が期待さ
れている。2. Description of the Related Art Conventionally, natural gas supplied as city gas is used as a raw fuel, and methane gas, which is a main component of natural gas, is reacted with water vapor to generate hydrogen gas. There is provided a power generation facility configured to generate power using fuel gas of a battery. This type of power generation equipment uses a fuel cell as a power source to obtain AC power from an inverter, and is expected to be used as a distributed power source for installation in a building or in a substation in an urban area.
【０００３】この種の発電装置において、原燃料を供給
して燃料電池による発電を行う構成を概略的に示すと図
４のようになる。すなわち、原燃料は原燃料供給路２を
通して改質器１に供給され、改質器１においては原燃料
に水蒸気を反応させることによって、原燃料から水素ガ
スに主に二酸化炭素が混合された改質ガスを生成させ
る。この改質ガスは燃料ガスとして燃料電池３に供給さ
れ、燃料電池３において空気中の酸素と反応することに
より電気エネルギ（直流出力）を生成する。FIG. 4 schematically shows a configuration in which a fuel cell is supplied and power is generated by a fuel cell in this type of power generation apparatus. That is, the raw fuel is supplied to the reformer 1 through the raw fuel supply passage 2, and the reformer 1 reacts the raw fuel with steam to convert the raw fuel into a gas in which hydrogen gas is mainly mixed with carbon dioxide. Generates quality gas. This reformed gas is supplied to the fuel cell 3 as fuel gas, and reacts with oxygen in the air in the fuel cell 3 to generate electric energy (DC output).
【０００４】改質器１では原燃料と水蒸気とを反応させ
るために改質器バーナ４を用いて原燃料と水蒸気との混
合気を加熱しており、改質器バーナ４の燃料には燃料電
池３に供給した燃料ガスのうちの未反応分（オフガスと
いう）を用いている。つまり、原燃料は、燃料電池３で
の発電に必要な量と、改質器バーナ４での燃焼に必要な
量とを見込んで供給される。また、改質器１において
は、原燃料と水蒸気との反応が安定して進行するよう
に、原燃料と水蒸気とを反応させる改質管もしくは反応
を促進させるための改質触媒の温度が一定になるように
制御される。この制御のために、現状では原燃料の供給
量に対して空燃比が一定になるように空気の供給量が調
節されている。In the reformer 1, a mixture of raw fuel and steam is heated by using a reformer burner 4 in order to react the raw fuel with steam. An unreacted portion (called off-gas) of the fuel gas supplied to the battery 3 is used. That is, the raw fuel is supplied in consideration of an amount required for power generation in the fuel cell 3 and an amount required for combustion in the reformer burner 4. In the reformer 1, the temperature of the reforming tube for reacting the raw fuel and steam or the temperature of the reforming catalyst for accelerating the reaction is constant so that the reaction between the raw fuel and steam proceeds stably. Is controlled so that At present, for this control, the supply amount of air is adjusted so that the air-fuel ratio becomes constant with respect to the supply amount of raw fuel.
【０００５】以下に、原燃料と空気との比率を制御する
構成について説明する。図５に示すように、原燃料の供
給量は原燃料供給路２に設けた原燃料流量センサ１１に
より検出され、原燃料の改質器１への供給量は原燃料供
給路２に設けた原燃料流量調節弁１２により調節され
る。また、改質器バーナ４に空気を供給する空気供給路
５には改質器バーナ４への空気の供給路を検出する空気
流量センサ１３と、改質器バーナ４への空気の供給量を
調節する空気流量調節弁１４とが設けられる。改質器１
における改質管または改質触媒の温度は温度センサ１５
により検出され、燃料電池３の出力電流は電流センサ１
６により検出される。A configuration for controlling the ratio between the raw fuel and the air will be described below. As shown in FIG. 5, the supply amount of the raw fuel is detected by a raw fuel flow sensor 11 provided in the raw fuel supply passage 2, and the supply amount of the raw fuel to the reformer 1 is provided in the raw fuel supply passage 2. It is adjusted by the raw fuel flow control valve 12. The air supply path 5 for supplying air to the reformer burner 4 has an air flow rate sensor 13 for detecting the supply path of air to the reformer burner 4 and an air supply amount to the reformer burner 4. An air flow control valve 14 for adjustment is provided. Reformer 1
The temperature of the reforming tube or reforming catalyst at
The output current of the fuel cell 3 is detected by the current sensor 1
6 is detected.
【０００６】改質器バーナ４における空燃比の制御に
は、原燃料流量センサ１１と空気流量センサ１３と温度
センサ１５と電流センサ１６との出力を入力情報に用
い、原燃料流量調節弁１２および空気流量調節弁１４の
開量を調節する。原燃料調節弁１２の開量は原燃料流量
センサ１１により検出される原燃料の流量を原燃料流量
調節器ＦＣ１に与えられる目標値に近付けるようにフィ
ードバック制御され、また空気流量調節弁１４の開量は
空気流量センサ１３により検出される空気の流量を空気
流量調節器ＦＣ２に与えられる目標値に近付けるように
フィードバック制御される。In controlling the air-fuel ratio in the reformer burner 4, the outputs of the raw fuel flow sensor 11, the air flow sensor 13, the temperature sensor 15, and the current sensor 16 are used as input information, and the raw fuel flow control valve 12 and The opening amount of the air flow control valve 14 is adjusted. The opening amount of the raw fuel control valve 12 is feedback-controlled so that the flow rate of the raw fuel detected by the raw fuel flow sensor 11 approaches the target value given to the raw fuel flow controller FC1. The amount is feedback-controlled so that the flow rate of air detected by the air flow rate sensor 13 approaches a target value given to the air flow rate controller FC2.
【０００７】温度センサ１５で検出された温度は、温度
比較器ＴＣ１において改質器１の温度の目標値として与
えられる改質器温度設定値ＳＶ１と比較され、温度比較
器ＴＣ１からは両者を一致させるのに必要な原燃料の供
給量が出力される。また、電流センサ１６により検出さ
れる燃料電池３の出力電流は電流比較器ＩＤＣ１におい
て電流設定値ＳＶ２と比較され、電流比較器ＩＤＣ１で
は電流センサ１６で検出される電流を電流設定値ＳＶ２
に一致させるように電力調整装置６を制御する。電力調
整装置６は燃料電池３から負荷Ｚへの供給電力を調整す
る装置であり、燃料電池３から出力される直流電力を交
流電力に電力変換するインバータ回路を含んでいる。し
たがって電力調整装置６から負荷Ｚに供給される電力を
負荷電力検出部１７において検出し、この検出値に基づ
いて電流値設定部１８が電流設定値ＳＶ２を設定する。
つまり、電流設定値ＳＶ２は負荷Ｚの大きさに対応する
ことになる。[0007] The temperature detected by the temperature sensor 15 is compared with a reformer temperature set value SV1 given as a target value of the temperature of the reformer 1 in a temperature comparator TC1. The supply amount of the raw fuel necessary for the fuel supply is output. The output current of the fuel cell 3 detected by the current sensor 16 is compared with a current set value SV2 in a current comparator IDC1, and the current detected by the current sensor 16 is compared with a current set value SV2 in the current comparator IDC1.
The power adjustment device 6 is controlled so as to be equal to. The power adjusting device 6 is a device that adjusts the power supplied from the fuel cell 3 to the load Z, and includes an inverter circuit that converts DC power output from the fuel cell 3 into AC power. Therefore, the power supplied from the power adjusting device 6 to the load Z is detected by the load power detection unit 17, and the current value setting unit 18 sets the current set value SV2 based on the detected value.
That is, the current set value SV2 corresponds to the size of the load Z.
【０００８】燃料電池３によって効率よく発電するに
は、燃料電池３の出力電流を負荷Ｚの増減に応じて増減
させる必要があり、したがって負荷Ｚの増減を原燃料の
供給量に反映させなければならない。そこで、負荷Ｚの
増減を反映している電流設定値ＳＶ２を電流−流量換算
部１９において原燃料の流量に換算し、温度比較器ＴＣ
１で求めた原燃料の流量と電流−流量換算部１９におい
て求めた原燃料の流量とを加算器２０において加算する
ことによって、原燃料の流量の目標値を決定する。この
ようにして決定された目標値が原燃料流量調節器ＦＣ１
に与えられる。In order to efficiently generate power using the fuel cell 3, it is necessary to increase or decrease the output current of the fuel cell 3 in accordance with the increase or decrease in the load Z. Therefore, if the increase or decrease in the load Z is not reflected on the raw fuel supply amount, No. Therefore, the current set value SV2 reflecting the increase / decrease of the load Z is converted into the flow rate of the raw fuel in the current / flow rate conversion unit 19, and the temperature comparator TC
The target value of the flow rate of the raw fuel is determined by adding the flow rate of the raw fuel obtained in step 1 and the flow rate of the raw fuel obtained in the current-flow rate conversion unit 19 in the adder 20. The target value determined in this way is the raw fuel flow controller FC1
Given to.
【０００９】また、原燃料の流量が決定されると、改質
器バーナ４に供給すべき空気の流量も空燃比に応じて決
めることができる。つまり、原燃料の流量の目標値が加
算器２０から出力されると、原燃料−空気換算部２３で
は原燃料の流量の目標値を用いて改質器１に供給される
空気の流量を決定する。原燃料−空気換算部２３では、
加算器２０の出力値から燃料電池３で消費された燃料ガ
スの流量に相当する原燃料の流量を減算することによっ
て、改質器バーナ４で利用可能なオフガスの流量を求
め、さらにこの減算値に空燃比の設定値を乗算すること
によって、改質器バーナ４が必要とする空気の流量を求
める。ここで、燃料電池３で利用された燃料ガスの流量
に相当する原燃料の流量は電流センサ１６からの出力電
流に基づいて求めることができる。こうして求めた空気
の流量を目標値として空気流量調節器ＦＣ２に与えるの
である。When the flow rate of the raw fuel is determined, the flow rate of the air to be supplied to the reformer burner 4 can also be determined according to the air-fuel ratio. That is, when the target value of the flow rate of the raw fuel is output from the adder 20, the raw fuel-air conversion unit 23 determines the flow rate of the air supplied to the reformer 1 using the target value of the flow rate of the raw fuel. I do. In the raw fuel-air conversion unit 23,
By subtracting the flow rate of the raw fuel corresponding to the flow rate of the fuel gas consumed by the fuel cell 3 from the output value of the adder 20, the flow rate of the off-gas available in the reformer burner 4 is obtained. Is multiplied by the set value of the air-fuel ratio to obtain the flow rate of air required by the reformer burner 4. Here, the flow rate of the raw fuel corresponding to the flow rate of the fuel gas used in the fuel cell 3 can be obtained based on the output current from the current sensor 16. The air flow rate thus obtained is given to the air flow controller FC2 as a target value.
【００１０】すなわち、上述した動作をまとめると図６
のようになる。まず負荷変動が生じると（Ｓ１）、負荷
Ｚの大きさに応じて電流設定値ＳＶ２が変化し（Ｓ
２）、電流比較器ＩＤＣ１では電力調整装置６の出力を
負荷Ｚの大きさに見合うように調整しようとする。電流
比較器ＩＤＣ１では電流センサ１６の出力と電流設定値
ＳＶ２とを比較しており（Ｓ３）、両者が一致すれば次
に負荷Ｚに変動が生じるまで電力調整装置６の出力を維
持する。また、原燃料の流量の目標値は電流設定器ＳＶ
２（および温度センサ１５により検出される改質器１の
温度）に基づいて演算により設定される（Ｓ４）。原燃
料流量調節器ＦＣ１では与えられた目標値に原燃料流量
センサ１１により検出される原燃料の流量を近付けるよ
うに原燃料流量調節弁１２の開量を調節する（Ｓ５，Ｓ
６）。That is, the above operation is summarized in FIG.
become that way. First, when a load change occurs (S1), the current set value SV2 changes according to the magnitude of the load Z (S1).
2) The current comparator IDC1 attempts to adjust the output of the power adjusting device 6 to match the size of the load Z. The current comparator IDC1 compares the output of the current sensor 16 with the current set value SV2 (S3). If they match, the output of the power adjusting device 6 is maintained until the load Z changes next time. The target value of the flow rate of the raw fuel is determined by the current setting device SV.
2 (and the temperature of the reformer 1 detected by the temperature sensor 15) is set by calculation (S4). In the raw fuel flow controller FC1, the opening amount of the raw fuel flow control valve 12 is adjusted so that the raw fuel flow detected by the raw fuel flow sensor 11 approaches the given target value (S5, S5).
6).
【００１１】改質器バーナ４に供給される空気の流量に
対する目標値は原燃料の流量の目標値に基づいて改質器
バーナ４で所要の空燃比を得るのに必要な空気の流量と
して算出される（Ｓ７）。空気流量調節器ＦＣ２ではこ
の目標値に空気流量センサ１３により検出される空気の
流量を近付けるように空気料流量調節弁１４の開量を調
節する（Ｓ８，Ｓ９）。このようにして、原燃料の流量
および空気の流量は燃料電池３の出力電流が負荷Ｚの大
きさに対応するようになるまで調節される。つまり、電
流センサ１６により検出される燃料電池３の出力電流が
電流設定値ＳＶ２に一致するまで原燃料および空気の流
量が調節されるのである。The target value for the flow rate of the air supplied to the reformer burner 4 is calculated as the flow rate of air necessary for obtaining a required air-fuel ratio in the reformer burner 4 based on the target value of the raw fuel flow rate. Is performed (S7). The air flow controller FC2 adjusts the opening of the air charge flow control valve 14 so that the air flow detected by the air flow sensor 13 approaches the target value (S8, S9). In this way, the flow rate of the raw fuel and the flow rate of the air are adjusted until the output current of the fuel cell 3 corresponds to the magnitude of the load Z. That is, the flow rates of the raw fuel and the air are adjusted until the output current of the fuel cell 3 detected by the current sensor 16 matches the current set value SV2.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、原燃料
および空気の供給量を負荷Ｚの変動に追随させているか
ら、負荷Ｚが変動したときには燃料電池３の出力電流を
負荷変動に対応させることができる。しかしながら、負
荷変動が生じてから原燃料および空気の供給量が応答す
るまでには比較的長い時間遅れがあるから、負荷Ｚが急
に増減したときには改質器バーナ４へのオフガスや空気
の供給量に過不足が生じることになる。とくに、空気の
流量の目標値は原燃料の目標値に基づいて設定されるか
ら、空気の流量の変化は原燃料の流量の変化に対しても
遅れており、負荷Ｚが短時間で増加すれば、原燃料の流
量の増加に対して空気の流量の変化が追いつかず、改質
器バーナ４において空気の供給量が不足することになっ
て、未燃ガスが発生したり、失火（立ち消え）や爆燃が
生じやすくなったりする。そこで、原燃料−空気換算部
２３において設定される空燃比は１．２〜１．５の範囲
としてあり、原燃料の目標値が急増しても改質器バーナ
４への空気の供給量が不足する可能性を低減してある。As described above, since the supply amounts of the raw fuel and the air follow the fluctuation of the load Z, when the load Z fluctuates, the output current of the fuel cell 3 corresponds to the fluctuation of the load. Can be done. However, since there is a relatively long time delay from the occurrence of the load fluctuation to the response of the raw fuel and air supply amounts, when the load Z suddenly increases or decreases, the supply of off-gas or air to the reformer burner 4 is stopped. There will be excess and deficiency in quantity. In particular, since the target value of the air flow rate is set based on the target value of the raw fuel, the change in the air flow rate is also delayed with respect to the change in the raw fuel flow rate, and the load Z increases in a short time. For example, the change in the flow rate of the air cannot keep up with the increase in the flow rate of the raw fuel, and the supply amount of the air in the reformer burner 4 becomes insufficient, so that unburned gas is generated or misfire (extinguishes). Or deflagration is likely to occur. Therefore, the air-fuel ratio set in the raw fuel-air conversion unit 23 is in a range of 1.2 to 1.5, and the supply amount of air to the reformer burner 4 does not increase even if the target value of the raw fuel increases rapidly. The possibility of shortage has been reduced.
【００１３】ところが、空燃比が１．２〜１．５の範囲
に設定していると負荷Ｚの変動が少ないときには、燃焼
に利用されない空気が多いということであるから、燃料
ガスの燃焼に使われなかった空気が熱エネルギを持ち出
すことになる。つまり、改質器バーナ４からの排気によ
る熱の持ち出し分が多くなって熱損失が大きくなり、発
電装置の全体としての発電効率が低下することになる。
このような熱損失を低減するには空燃比を１．０に近付
けるのが望ましいが、上述したような制御系の時間遅れ
を考慮すると、負荷Ｚの急変に対応するためには、空燃
比を１．２〜１．５の範囲に設定せざるを得ないのが現
状である。However, when the air-fuel ratio is set in the range of 1.2 to 1.5, when the variation of the load Z is small, there is a large amount of air that is not used for combustion. The unremoved air will bring out heat energy. That is, the amount of heat taken out by the exhaust gas from the reformer burner 4 increases, the heat loss increases, and the power generation efficiency of the power generation device as a whole decreases.
To reduce such heat loss, it is desirable to make the air-fuel ratio close to 1.0. However, considering the time delay of the control system as described above, in order to cope with a sudden change in the load Z, the air-fuel ratio must be increased. At present, it has to be set in the range of 1.2 to 1.5.
【００１４】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、燃料電池の負荷が変動しても原燃料
と空気との比率が規定範囲を超えないように制限するこ
とによって原燃料に対する空気量の過不足を生じにくく
し、結果的に空燃比を従来構成よりも１．０に近付ける
ことを可能とし、発電効率を高めることを可能とした燃
料電池用改質器の空燃比制御装置を提供することにあ
る。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to limit the ratio between raw fuel and air so as not to exceed a specified range even when the load of a fuel cell fluctuates. The fuel cell reformer, which makes it difficult for the amount of air relative to the raw fuel to be excessively and deficiently, makes it possible to bring the air-fuel ratio closer to 1.0 as compared with the conventional configuration, thereby increasing the power generation efficiency. It is to provide a fuel ratio control device.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、炭化
水素を主成分とする原燃料を改質器に通し、改質器で生
成した水素ガスが主成分である改質ガスを燃料電池の燃
料ガスに用いるとともに燃料電池で消費されなかった燃
料ガスを改質器内に設けた改質器バーナにより燃焼させ
るようにした発電装置に用いられ、改質器に供給される
原燃料と改質器バーナに供給される空気との流量を制御
する燃料電池用改質器の空燃比制御装置であって、原燃
料を改質器に供給する原燃料供給路に設けられ改質器へ
の原燃料の供給量を検出する原燃料流量センサと、前記
原燃料供給路に設けられ改質器への原燃料の供給量を調
節する原燃料流量調節弁と、改質器バーナに空気を供給
する空気供給路に設けられ改質器バーナへの空気の供給
量を検出する空気流量センサと、前記空気供給路に設け
られ改質器バーナへの空気の供給量を調節する空気流量
調節弁と、原燃料流量センサにより検出される原燃料の
流量を第１の目標値に近付けるようにフィードバック制
御する原燃料流量調節器と、空気流量センサにより検出
される空気の流量を第２の目標値に近付けるようにフィ
ードバック制御する空気流量調節器と、燃料電池の負荷
の大きさに応じて原燃料の流量に関する目標値を算出す
る原燃料流量設定手段と、空気流量センサでの空気の流
量の実測値に対して規定範囲の空燃比が得られる原燃料
の流量の範囲を上下限とし原燃料流量設定手段で算出し
た目標値の上下限を制限して第１の目標値として出力す
る第１の範囲制限手段と、第１の目標値に対して規定範
囲の空燃比が得られる空気の流量の範囲を上下限とし原
燃料流量設定手段で算出した目標値に対して規定の空燃
比を得るのに必要な空気の流量の上下限を制限して第２
の目標値として出力する第２の範囲制限手段とを備える
ものである。According to the first aspect of the present invention, a raw fuel mainly composed of hydrocarbons is passed through a reformer, and the reformed gas mainly composed of hydrogen gas produced in the reformer is converted into a fuel. The fuel gas used for the fuel cell and not consumed by the fuel cell is used in a power generator that is burned by a reformer burner provided in the reformer. An air-fuel ratio control device for a fuel cell reformer for controlling a flow rate of air supplied to a reformer burner, wherein the air-fuel ratio control device is provided in a raw fuel supply passage for supplying raw fuel to the reformer. A raw fuel flow rate sensor for detecting a raw fuel supply amount, a raw fuel flow rate control valve provided in the raw fuel supply path to adjust a raw fuel supply rate to a reformer, and air to a reformer burner. Air that is provided in the supply air supply path and detects the supply amount of air to the reformer burner An amount sensor, an air flow control valve provided in the air supply path for adjusting the amount of air supplied to the reformer burner, and bringing the raw fuel flow detected by the raw fuel flow sensor closer to the first target value. Fuel flow controller, feedback control so that the air flow rate detected by the air flow sensor approaches a second target value, and an air flow controller that controls the flow rate of the fuel cell according to the magnitude of the load on the fuel cell. Raw fuel flow rate setting means for calculating a target value relating to the flow rate of the raw fuel, and a range of the flow rate of the raw fuel in which an air-fuel ratio within a specified range can be obtained with respect to the measured value of the air flow rate by the air flow rate sensor. First range limiting means for limiting the upper and lower limits of the target value calculated by the raw fuel flow rate setting means and outputting the result as a first target value, and air for obtaining an air-fuel ratio within a specified range with respect to the first target value Of the flow rate The limits upper and lower limits of the flow rate required air to obtain an air-fuel ratio of the upper and lower limit specified for the target value calculated in the raw fuel flow rate setting means enclose 2
And a second range restricting means for outputting as the target value of the second range.
【００１６】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記原燃料流量設定手段が、改質器の所要部の温度
を検出する温度センサと、温度センサにより検出される
温度があらかじめ設定された温度設定値を保つのに必要
な原燃料の流量および負荷の大きさに応じた電流設定値
を得るのに必要な原燃料の流量との加算値を目標値とし
て出力するものである。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the raw fuel flow rate setting means sets a temperature sensor for detecting a temperature of a required portion of the reformer and a temperature detected by the temperature sensor in advance. The target value is output as an addition value of the flow rate of the raw fuel required to maintain the set temperature set value and the flow rate of the raw fuel required to obtain the current set value corresponding to the magnitude of the load.
【００１７】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、燃料電池の出力電流を検出する電流
センサを備え、前記第１の範囲制限手段が、空気流量セ
ンサによる実測値に対して規定の空燃比が得られる原燃
料の流量と電流センサにより検出された出力電流に基づ
いて算出される燃料電池で消費された燃料ガスの流量に
相当する原燃料の流量との加算値を求めて基準値とする
空気−原燃料換算部と、空気−原燃料換算部で求めた基
準値を中心として設定した上下限により原燃料流量設定
手段から出力された目標値を制限する第１のリミッタを
備え、前記第２の範囲制限手段が、第１の目標値を中心
として設定した上下限により原燃料流量設定手段から出
力された目標値を制限する第２のリミッタと、第２のリ
ミッタの出力値から燃料電池で消費された燃料ガスの流
量に相当する原燃料の流量を減算して求められる原燃料
の流量に対して前記規定の空燃比が得られる空気の流量
を算出する原燃料−空気換算部とを備えるものである。According to a third aspect of the present invention, in accordance with the first or second aspect of the present invention, a current sensor for detecting an output current of the fuel cell is provided, and the first range limiting means converts the value measured by an air flow rate sensor to an actual value. On the other hand, the sum of the flow rate of the raw fuel at which the specified air-fuel ratio is obtained and the flow rate of the raw fuel corresponding to the flow rate of the fuel gas consumed by the fuel cell calculated based on the output current detected by the current sensor is calculated. An air-raw fuel conversion section which is determined and used as a reference value; and a first value which limits a target value output from the raw fuel flow rate setting means by upper and lower limits set centering on the reference value obtained by the air-raw fuel conversion section. A second limiter for limiting a target value output from the raw fuel flow rate setting means by upper and lower limits set around a first target value; and a second limiter. Output value A raw-fuel-to-air conversion unit for calculating a flow rate of air at which the specified air-fuel ratio is obtained with respect to a raw fuel flow rate obtained by subtracting a raw fuel flow rate corresponding to a flow rate of fuel gas consumed by the fuel cell; Is provided.
【００１８】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、空燃比の上限値が１．２０、空燃比の下限値が１．
０２に設定されるものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the upper limit of the air-fuel ratio is 1.20 and the lower limit of the air-fuel ratio is 1.0.
02 is set.
【００１９】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、前記規定の空燃比が１．０６、空燃比の上限値が
１．１０、空燃比の下限値が１．０２に設定されるもの
である。According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the specified air-fuel ratio is set to 1.06, the upper limit of the air-fuel ratio is set to 1.10, and the lower limit of the air-fuel ratio is set to 1.02. Things.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本実施形態
は、図１に示すように、図３に示す構成に対して原燃料
の供給量の変化を改質器バーナへの空気の供給量にただ
ちに反映させる制御系と、改質器バーナへの空気の供給
量の変化を原燃料の供給量にただちに反映させる制御系
とを設けている点に特徴を有している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) In this embodiment, as shown in FIG. 1, a change in the amount of raw fuel supplied to the reformer burner as compared with the configuration shown in FIG. And a control system that immediately reflects the change in the amount of air supplied to the reformer burner to the amount of raw fuel supplied.
【００２１】すなわち、従来構成と同様に、原燃料を改
質器１に供給する原燃料供給路２には原燃料の供給量を
検出する原燃料流量センサ１１が設けられ、改質器１と
原燃料流量センサ１１との間には原燃料の改質器１への
供給量を調節する原燃料流量調節弁１２が配置される。
また、改質器１で生成された改質ガス（水素ガスと二酸
化炭素との混合ガス）は燃料電池３に燃料ガスとして供
給され、燃料電池３での未反応ガス（オフガス）が改質
器バーナ４において燃焼される。改質器バーナ４に空気
を供給する空気供給路５には、改質器バーナ４への空気
の供給量を検出する空気流量センサ１３が設けられ、改
質器バーナ４と空気流量センサ１３との間には改質器バ
ーナ４への空気の供給量を調節する空気流量調節弁１４
が配置される。従来構成でも説明したように、改質器１
における反応を安定して進行させるために、原燃料と水
蒸気とを反応させる改質管あるいは原燃料と水蒸気との
反応を促進する改質触媒の温度を一定に保つようにして
あり、そのため改質器１には温度センサ１５が設けられ
る。また、燃料電池３の出力電流を検出するために、燃
料電池３には電流センサ１６が設けられている。That is, similarly to the conventional configuration, the raw fuel supply passage 2 for supplying the raw fuel to the reformer 1 is provided with a raw fuel flow sensor 11 for detecting the supply amount of the raw fuel. Between the raw fuel flow sensor 11 and the raw fuel flow sensor 11, a raw fuel flow control valve 12 for adjusting the supply amount of the raw fuel to the reformer 1 is arranged.
Further, the reformed gas (mixed gas of hydrogen gas and carbon dioxide) generated in the reformer 1 is supplied to the fuel cell 3 as a fuel gas, and the unreacted gas (off gas) in the fuel cell 3 is converted into the reformer gas. Burned in the burner 4. An air flow path 13 that supplies air to the reformer burner 4 is provided with an air flow rate sensor 13 that detects the amount of air supplied to the reformer burner 4. During this time, an air flow control valve 14 for controlling the amount of air supplied to the reformer burner 4 is provided.
Is arranged. As described in the conventional configuration, the reformer 1
In order to allow the reaction to proceed stably, the temperature of the reforming tube that reacts the raw fuel with steam or the reforming catalyst that promotes the reaction between the raw fuel and steam is kept constant. The vessel 1 is provided with a temperature sensor 15. Further, the fuel cell 3 is provided with a current sensor 16 for detecting the output current of the fuel cell 3.
【００２２】改質器バーナ４における空燃比を制御する
には、原燃料流量センサ１１と空気流量センサ１３と温
度センサ１５と電流センサ１６との出力を入力情報に用
い、原燃料流量調節弁１２および空気流量調節弁１４の
開量を調節する。原燃料調節弁１２の開量は原燃料流量
センサ１１により検出される原燃料の流量を原燃料流量
調節器ＦＣ１に与えられる目標値に近付けるようにフィ
ードバック制御され、また空気流量調節弁１４の開量は
空気流量センサ１３により検出される空気の流量を空気
流量調節器ＦＣ２に与えられる目標値に近付けるように
フィードバック制御される。本発明の特徴は原燃料流量
調節器ＦＣ１と空気流量調節器ＦＣ２とに与える目標値
を設定する構成にあり、以下に述べる構成を採用して目
標値を設定することによって、改質器バーナ４での空燃
比を従来構成よりも理想値に近付けることを可能として
いる。In order to control the air-fuel ratio in the reformer burner 4, the outputs of the raw fuel flow sensor 11, the air flow sensor 13, the temperature sensor 15, and the current sensor 16 are used as input information, and the raw fuel flow control valve 12 is used. And the opening amount of the air flow control valve 14 is adjusted. The opening amount of the raw fuel control valve 12 is feedback-controlled so that the flow rate of the raw fuel detected by the raw fuel flow sensor 11 approaches the target value given to the raw fuel flow controller FC1. The amount is feedback-controlled so that the flow rate of air detected by the air flow rate sensor 13 approaches a target value given to the air flow rate controller FC2. The feature of the present invention lies in the configuration for setting the target values to be given to the raw fuel flow controller FC1 and the air flow controller FC2. By setting the target values by employing the configuration described below, the reformer burner 4 It is possible to make the air-fuel ratio at the target closer to the ideal value than the conventional configuration.
【００２３】まず、目標値を設定する構成について従来
構成と共通する構成について説明する。実施形態におい
ても温度センサ１５により検出される改質器１の温度は
ほぼ一定に保つことが要求されるから、温度センサ１５
により検出される温度は温度比較器ＴＣ１に入力され、
改質器１の温度の目標値として与えられる改質器温度設
定値ＳＶ１と比較される。温度比較器ＴＣ１では改質器
温度設定値ＳＶ１と温度センサ１５による検出温度との
誤差を求め、この誤差を零にするのに必要な原燃料の流
量を出力する。First, the configuration common to the conventional configuration for setting the target value will be described. Also in the embodiment, since the temperature of the reformer 1 detected by the temperature sensor 15 is required to be kept substantially constant, the temperature sensor 15
Is input to the temperature comparator TC1,
It is compared with a reformer temperature set value SV1 given as a target value of the temperature of the reformer 1. The temperature comparator TC1 finds an error between the reformer temperature set value SV1 and the temperature detected by the temperature sensor 15, and outputs a raw fuel flow rate necessary to make this error zero.
【００２４】また、電流センサ１６により検出される燃
料電池３の出力電流は電流比較器ＩＤＣ１において電流
設定値ＳＶ２と比較される。電流設定値ＳＶ２は燃料電
池３の出力電力が供給される負荷Ｚの大きさに応じて設
定され、負荷Ｚの大きさは負荷への供給電力を検出する
負荷電力検出器１７により検出される。つまり、負荷Ｚ
の大きさが変動すれば負荷電力検出器１７の出力値が変
化し、この出力値に基づいて電流値設定部１８が電流設
定値ＳＶ２を設定する。燃料電池３と負荷Ｚとの間に
は、燃料電池３から出力される直流電力を交流電力に電
力変換するインバータ回路を含んだ電力調整装置６が設
けられ、電流比較器ＩＤＣ１は電力調整装置６の動作を
制御して負荷Ｚの大きさに見合う出力を発生させるよう
に電力調整装置６の出力を調整する。つまり、負荷Ｚが
大きくなれば電力調整装置６の出力が不足し、負荷電力
検出器１７は電力の不足が生じると電流設定値ＳＶ２を
大きく設定する。その結果、電流センサ１６により検出
された燃料電池３の出力電流よりも電流設定値ＳＶ２が
大きくなり、電流比較器ＩＤＣ１は電力調整装置６を出
力が増加する方向に制御する。また、負荷Ｚが小さくな
った場合には逆の動作になる。The output current of the fuel cell 3 detected by the current sensor 16 is compared with a current set value SV2 in a current comparator IDC1. The current set value SV2 is set according to the magnitude of the load Z to which the output power of the fuel cell 3 is supplied, and the magnitude of the load Z is detected by a load power detector 17 that detects the power supplied to the load. That is, the load Z
Varies, the output value of the load power detector 17 changes, and the current value setting unit 18 sets the current set value SV2 based on this output value. Between the fuel cell 3 and the load Z, there is provided a power adjusting device 6 including an inverter circuit for converting DC power output from the fuel cell 3 into AC power, and the current comparator IDC1 is connected to the power adjusting device 6 The output of the power adjusting device 6 is adjusted so as to generate an output corresponding to the size of the load Z by controlling the operation of (1). That is, if the load Z increases, the output of the power adjusting device 6 becomes insufficient, and the load power detector 17 sets the current set value SV2 to a large value when the power becomes insufficient. As a result, the current set value SV2 becomes larger than the output current of the fuel cell 3 detected by the current sensor 16, and the current comparator IDC1 controls the power regulator 6 in a direction to increase the output. When the load Z decreases, the operation is reversed.
【００２５】上述のように、負荷Ｚが変動すれば電流比
較器ＩＤＣ１は電力調整装置６の出力を調節しようとす
るから、燃料電池３の出力電流も負荷Ｚの変動に見合う
ように制御しなければならない。そこで、電流設定値Ｓ
Ｖ２は電流比較器ＩＤＣ１だけではなく原燃料流量調節
器ＦＣ１の目標値の設定にも用いられる。すなわち、電
流設定値ＳＶ２は、電流−流量換算部１９において電流
値から原燃料の流量に換算され、温度比較器ＴＣ１で求
めた原燃料の流量と電流−流量換算部１９において求め
た原燃料の流量とが加算器２０において加算される。こ
こに、電流−流量換算部１９に入力される電流設定値Ｓ
Ｖ２に対する流量をｇとし、１Ａに対応する原燃料の流
量をｍ、燃料ガスの利用率（一般に８０％）をｎとすれ
ば、電流−流量換算部１９での演算は次式のようにな
る。 ｇ＝ＳＶ２×ｍ×（１／ｎ） このように、改質器１に設けた温度センサ１５での検出
温度を温度設定値ＳＶ１に一致させるのに必要な原燃料
の流量と、燃料電池３において負荷Ｚの大きさに見合う
出力電流を得るのに必要な原燃料の流量とを加算するこ
とによって、燃料電池３から所要の出力を得るとともに
改質器１の温度を所要温度に保つことが可能になる。つ
まり、温度センサ１５、温度比較器ＴＣ１、電流−流量
換算部１９、加算器２０により原燃料流量設定手段が構
成される。As described above, if the load Z fluctuates, the current comparator IDC1 attempts to adjust the output of the power regulator 6, so that the output current of the fuel cell 3 must be controlled to match the fluctuation of the load Z. Must. Therefore, the current set value S
V2 is used not only for setting the current comparator IDC1 but also for setting the target value of the raw fuel flow controller FC1. That is, the current set value SV2 is converted from the current value to the flow rate of the raw fuel by the current-flow rate conversion unit 19, and the flow rate of the raw fuel obtained by the temperature comparator TC1 and the raw fuel flow obtained by the current-flow rate conversion unit 19 are converted. And the flow rate are added in the adder 20. Here, the current set value S input to the current-flow rate conversion unit 19
Assuming that the flow rate for V2 is g, the flow rate of the raw fuel corresponding to 1A is m, and the utilization rate of the fuel gas (generally 80%) is n, the calculation in the current-flow rate conversion unit 19 is as follows. . g = SV2 × m × (1 / n) Thus, the flow rate of the raw fuel required to make the temperature detected by the temperature sensor 15 provided in the reformer 1 coincide with the temperature set value SV1, and the fuel cell 3 By adding the flow rate of the raw fuel necessary to obtain an output current commensurate with the magnitude of the load Z, it is possible to obtain a required output from the fuel cell 3 and keep the temperature of the reformer 1 at a required temperature. Will be possible. That is, the temperature sensor 15, the temperature comparator TC1, the current-flow rate conversion unit 19, and the adder 20 constitute a raw fuel flow rate setting unit.
【００２６】従来構成では上述のようにして求めた加算
器２０の出力値を原燃料流量調節器ＦＣ１に目標値とし
て与えていたが、本実施形態では加算器２０の出力値を
そのまま原燃料流量調節器ＦＣ１に目標値として与える
のではなく、原燃料調節器ＦＣ１の目標値が所定範囲に
制限されるようにしてある。つまり、加算器２０と原燃
料流量調節器ＦＣ１との間にリミッタ２１を設け、原燃
料流量調節器ＦＣ１に与える目標値が上限値設定器２２
ａおよび下限値設定器２２ｂにより設定した上限値と下
限値との間に収まるように制限しているのである。リミ
ッタ２１は図２のように動作する。つまり、加算器２０
の出力値が一点鎖線で示すように上限値Ｖｓを超える場
合には上限値Ｖｓを出力値とし、加算器２０の出力値が
一点鎖線で示すように下限値Ｖｉより低い場合には下限
値Ｖｉを出力値とする。このようなリミッタ２１を設け
ることにより、原燃料流量調節器ＦＣ１の目標値は制限
されることになる。上限値Ｖｓおよび下限値Ｖｉの決定
方法については後述する。In the conventional configuration, the output value of the adder 20 obtained as described above is given as a target value to the raw fuel flow controller FC1, but in the present embodiment, the output value of the adder 20 is directly used as the raw fuel flow rate. Instead of giving the target value to the controller FC1, the target value of the raw fuel controller FC1 is limited to a predetermined range. That is, the limiter 21 is provided between the adder 20 and the raw fuel flow controller FC1, and the target value given to the raw fuel flow controller FC1 is set to the upper limit value setting unit 22.
The lower limit value is set so as to fall between the upper limit value and the lower limit value set by a and the lower limit value setting device 22b. The limiter 21 operates as shown in FIG. That is, the adder 20
When the output value of the adder 20 exceeds the upper limit value Vs as indicated by the dashed line, the upper limit value Vs is set as the output value. When the output value of the adder 20 is lower than the lower limit value Vi as indicated by the dashed line, the lower limit value Vi is set. Is the output value. By providing such a limiter 21, the target value of the raw fuel flow controller FC1 is limited. The method of determining the upper limit value Vs and the lower limit value Vi will be described later.
【００２７】ところで、原燃料の供給量に対する改質器
１への空気の供給量は空燃比に基づいて決定することが
できるから、空気流量調節器ＦＣ２の目標値は原燃料の
流量に基づいて原燃料−空気換算部２３において決定さ
れる。つまり、加算器２０の出力値から燃料電池３で消
費された燃料ガスに相当する原燃料の流量を減算すれ
ば、改質器バーナ４で燃焼させるオフガスに相当する原
燃料の流量を求めることができるから、この減算値に空
燃比の設定値を乗算すれば、改質器バーナ４が要求する
空気の流量を求めることができる。原燃料−空気換算部
２３では、原燃料供給路２を通して供給される原燃料の
目標値に対して単位流量の原燃料に相当する燃料ガスを
燃焼させるのに必要な空気の量を乗算し、このようにし
て求めた空気量のうち燃料電池３において消費された燃
料ガスを燃焼させるのに必要な空気量を減算することに
よって、改質器バーナ４で用いるオフガスに対する空気
の必要量が求められる。こうして求めた空気の必要量に
空燃比を乗算すれば、改質器バーナ４で実際に用いる空
気の必要量を求めることができる。ただし、原燃料の目
標値は加算器２０の出力値をそのまま用いるのではな
く、加算器２０と原燃料−空気換算部２３との間に設け
たリミッタ２４で上限値と下限値とを制限した値を用い
る。つまり、リミッタ２４はリミッタ２１と同様に機能
し、出力値を上限値設定部２５ａおよび下限値設定部２
５ｂにより設定した上限値と下限値との間の範囲に制限
する。上限値および下限値の決定方法については後述す
る。Since the supply amount of air to the reformer 1 with respect to the supply amount of raw fuel can be determined based on the air-fuel ratio, the target value of the air flow controller FC2 is determined based on the flow rate of raw fuel. It is determined in the raw fuel-air conversion unit 23. That is, by subtracting the flow rate of the raw fuel corresponding to the fuel gas consumed by the fuel cell 3 from the output value of the adder 20, the flow rate of the raw fuel corresponding to the off-gas burned by the reformer burner 4 can be obtained. Since the subtraction value can be multiplied by the set value of the air-fuel ratio, the flow rate of air required by the reformer burner 4 can be obtained. The raw fuel-air conversion unit 23 multiplies a target value of the raw fuel supplied through the raw fuel supply path 2 by an amount of air necessary to burn fuel gas corresponding to a unit flow of raw fuel, By subtracting the amount of air required for burning the fuel gas consumed in the fuel cell 3 from the amount of air determined in this way, the required amount of air for the off-gas used in the reformer burner 4 is determined. . By multiplying the required amount of air thus obtained by the air-fuel ratio, the required amount of air actually used in the reformer burner 4 can be determined. However, the target value of the raw fuel does not use the output value of the adder 20 as it is, but limits the upper limit value and the lower limit value by a limiter 24 provided between the adder 20 and the raw fuel-air conversion unit 23. Use values. That is, the limiter 24 functions in the same manner as the limiter 21, and outputs the output value to the upper limit setting unit 25a and the lower limit setting unit 2a.
The range is limited to the range between the upper limit and the lower limit set by 5b. The method of determining the upper limit and the lower limit will be described later.
【００２８】ここに、原燃料−空気換算部２３にリミッ
タ２４から入力される原燃料の流量の目標値をＳＶ
１’、単位流量の原燃料に相当する燃料ガスを燃焼させ
るのに必要な空気の量をｐ、電流センサ１６により検出
される燃料電池３の出力電流をＩＤＣ、燃料電池３が１
Ａの電流を出力するのに消費する燃料ガスを燃焼させる
のに必要な空気の量をｑとすれば、改質器バーナ４にお
いて用いる空気の理想量ｆは、次式のようになる。 ｆ＝ｐ×ＳＶ１’−ｑ×ＩＤＣ したがって、設定すべき空燃比をμとすれば原燃料−空
気換算部２３の出力値は、ｆ×μとして求めることがで
きる。この値を空気流量調節器ＦＣ２に目標値として与
えることにより、原燃料の供給量に対応する量の空気を
供給することが可能になる。Here, the target value of the flow rate of the raw fuel input from the limiter 24 to the raw fuel-air conversion unit 23 is represented by SV
1 ′, p is the amount of air required to burn a fuel gas corresponding to a unit flow of raw fuel, IDC is the output current of the fuel cell 3 detected by the current sensor 16, and 1
Assuming that the amount of air required to burn the fuel gas consumed to output the current of A is q, the ideal amount f of air used in the reformer burner 4 is as follows. f = p × SV1′−q × IDC Therefore, if the air-fuel ratio to be set is μ, the output value of the raw fuel / air conversion unit 23 can be obtained as f × μ. By giving this value to the air flow controller FC2 as a target value, it becomes possible to supply air in an amount corresponding to the supply amount of raw fuel.
【００２９】ところで、上述した上限値設定部２２ａ，
２５ａおよび下限値設定部２２ｂ，２５ｂでは以下のよ
うにして上限値および下限値を設定する。すなわち、リ
ミッタ２１に対応する上限値設定部２２ａおよび下限値
設定部２２ｂは、空気流量センサ１３により実測された
空気の流量に対して原燃料の流量の上限値および下限値
を設定するのであり、上述した原燃料−空気換算部２３
とは逆に改質器バーナ４に供給される空気の流量に対応
する原燃料の供給量を求める。つまり、空気−原燃料換
算部２６に空気流量センサ１３から入力される空気の流
量の実測値をＰＶ３、単位流量の原燃料に相当する燃料
ガスを燃焼させるのに必要な空気の量をｐ、電流センサ
１６により検出される燃料電池３の出力電流をＩＤＣ、
燃料電池３が１Ａの電流を出力するのに消費する燃料ガ
スを燃焼させるのに必要な空気の量をｑとすれば、原燃
料の供給量の理想値ｈは、次式のようになる。 ｈ＝（ＰＶ３＋ｑ×ＩＤＣ）／ｐ このようにして求めた原燃料の供給量の理想値ｈを空燃
比μで除算した値が空気−原燃料換算部２６の出力値に
なる。空気−原燃料換算部２６の出力値に対して上限値
および下限値を設定すれば、改質器バーナ４への空気の
供給量に対応する原燃料の供給量の上下限を制限するこ
とができる。Incidentally, the above-mentioned upper limit value setting section 22a,
25a and the lower limit setting units 22b and 25b set the upper limit and the lower limit in the following manner. That is, the upper limit value setting unit 22a and the lower limit value setting unit 22b corresponding to the limiter 21 set the upper limit value and the lower limit value of the flow rate of the raw fuel with respect to the flow rate of the air actually measured by the air flow rate sensor 13, Raw fuel-air conversion unit 23 described above
On the contrary, the supply amount of the raw fuel corresponding to the flow rate of the air supplied to the reformer burner 4 is obtained. That is, the actual measured value of the flow rate of the air input from the air flow rate sensor 13 to the air-raw fuel conversion unit 26 is PV3, and the amount of air required to burn the fuel gas corresponding to the unit flow of the raw fuel is p, The output current of the fuel cell 3 detected by the current sensor 16 is IDC,
Assuming that the amount of air required to burn the fuel gas consumed by the fuel cell 3 to output a current of 1 A is q, the ideal value h of the raw fuel supply amount is as follows. h = (PV3 + q × IDC) / p The value obtained by dividing the ideal value h of the raw fuel supply amount obtained in this manner by the air-fuel ratio μ is the output value of the air-raw fuel conversion unit 26. If an upper limit value and a lower limit value are set for the output value of the air-raw fuel conversion unit 26, the upper and lower limits of the raw fuel supply amount corresponding to the air supply amount to the reformer burner 4 can be limited. it can.
【００３０】一方、リミッタ２４に対応する上限値設定
部２５ａおよび下限値設定部２５ｂは、原燃料流量調節
器ＦＣ１の目標値に対して空気の流量の上限値および下
限値を設定する。このことは、原燃料の供給量に対応す
る空気の供給量の上下限を制限することになる。On the other hand, the upper limit setting unit 25a and the lower limit setting unit 25b corresponding to the limiter 24 set the upper limit and the lower limit of the air flow with respect to the target value of the raw fuel flow controller FC1. This limits the upper and lower limits of the supply amount of air corresponding to the supply amount of raw fuel.
【００３１】ここにおいて、空燃比は１．０２から１．
２０の範囲に制御されるように上限値および下限値が設
定される。本実施形態では、空燃比の好ましい範囲とし
て１．０６±０．４に制御されるように上限値および下
限値を設定してある。すなわち、上述した原燃料−空気
換算部２３および空気−原燃料換算部２６において規定
される空燃比μの基準値を１．０６とし、上限値設定部
２２ａ，２５ａで設定する上限値は空燃比が１．１０と
なる値、下限値設定部２２ｂ，２５ｂで設定する下限値
は空燃比が１．０２となるように設定される。このよう
な設定とすれば、負荷Ｚが変動したときに空燃比が１．
０２〜１．１０の範囲の制限を受けながら原燃料と空気
との流量が調節されるのである。上限値設定部２２ａお
よび下限値設定部２２ｂでは空気−原燃料換算部２６の
出力値を基準値とし、この基準値に対する１．１０／
１．０６倍を上限値、１．０２／１．０６倍を下限値と
する。また、上限値設定部２５ａおよび下限値設定部２
５ｂではリミッタ２１の出力値を基準値とし、この基準
値に対する１．１０倍を上限値、１．０２倍を下限値と
する。なお、上述した電流−流量換算部１９、加算器２
０、リミッタ２１、上限値設定部２２ａ、下限値設定部
２２ｂ、原燃料−空気換算部２３、リミッタ２４、上限
値設定部２５ａ、下限値設定部２５ｂ、空気−原燃料換
算部２６についてはマイコンを用いて実現することがで
きる。Here, the air-fuel ratio ranges from 1.02 to 1.
The upper limit and the lower limit are set so as to be controlled in the range of 20. In the present embodiment, the upper limit and the lower limit are set so that the air-fuel ratio is controlled to a preferable range of 1.06 ± 0.4. That is, the reference value of the air-fuel ratio μ defined in the raw fuel-air conversion unit 23 and the air-raw fuel conversion unit 26 is set to 1.06, and the upper limit set by the upper limit setting units 22a and 25a is the air-fuel ratio. Is set to 1.10, and the lower limit set by the lower limit setting units 22b and 25b is set so that the air-fuel ratio becomes 1.02. With such a setting, when the load Z fluctuates, the air-fuel ratio becomes 1.
The flow rate of the raw fuel and the air is adjusted while being restricted in the range of 02 to 1.10. In the upper limit value setting unit 22a and the lower limit value setting unit 22b, the output value of the air-raw fuel conversion unit 26 is used as a reference value, and 1.10 /
The upper limit is 1.06 times and the lower limit is 1.02 / 1.06 times. Further, the upper limit setting unit 25a and the lower limit setting unit 2
In 5b, the output value of the limiter 21 is set as a reference value, and 1.10 times the reference value is set as the upper limit value, and 1.02 times as the lower limit value. The above-described current-flow rate conversion unit 19 and adder 2
0, a limiter 21, an upper limit setting unit 22a, a lower limit setting unit 22b, a raw fuel-air conversion unit 23, a limiter 24, an upper limit setting unit 25a, a lower limit setting unit 25b, and an air-raw fuel conversion unit 26. This can be realized by using
【００３２】上述した動作を図３にまとめる。すなわ
ち、負荷変動が生じると（Ｓ１）、負荷Ｚの大きさに応
じて電流設定値ＳＶ２が変化し（Ｓ２）、電流比較器Ｉ
ＤＣ１では電力調整装置６の出力を負荷Ｚの大きさに見
合うように調整しようとする。電流比較器ＩＤＣ１では
電流センサ１６の出力と電流設定値ＳＶ２とを比較して
おり（Ｓ３）、両者が一致すれば次に負荷Ｚに変動が生
じるまで電力調整装置６の出力を維持する。また、原燃
料の流量の目標値は電流設定器ＳＶ２（および温度セン
サ１５により検出される改質器１の温度）に基づいて演
算により設定される（Ｓ４）。ただし、原燃料の流量の
目標値はリミッタ２１により上下限が制限され（Ｓ
５）、原燃料流量調節器ＦＣ１ではリミッタ２１で制限
された範囲内の目標値に原燃料流量センサ１１により検
出される原燃料の流量を近付けるように原燃料流量調節
弁１２の開量を調節する（Ｓ７，Ｓ８）。また、ステッ
プＳ５において制限された原燃料の流量の目標値に対し
て改質器バーナ４の空燃比を規定範囲とするように改質
器バーナ４に供給する空気の流量の上限値および下限値
が設定される（Ｓ６）。The operation described above is summarized in FIG. That is, when a load change occurs (S1), the current set value SV2 changes according to the size of the load Z (S2), and the current comparator I
The DC 1 attempts to adjust the output of the power adjustment device 6 to match the size of the load Z. The current comparator IDC1 compares the output of the current sensor 16 with the current set value SV2 (S3). If they match, the output of the power adjusting device 6 is maintained until the load Z changes next time. The target value of the flow rate of the raw fuel is set by calculation based on the current setter SV2 (and the temperature of the reformer 1 detected by the temperature sensor 15) (S4). However, the upper and lower limits of the target value of the raw fuel flow rate are limited by the limiter 21 (S
5) In the raw fuel flow controller FC1, the opening of the raw fuel flow control valve 12 is adjusted so that the raw fuel flow detected by the raw fuel flow sensor 11 approaches the target value within the range limited by the limiter 21. (S7, S8). Also, the upper and lower limits of the flow rate of the air supplied to the reformer burner 4 so that the air-fuel ratio of the reformer burner 4 falls within the specified range with respect to the target value of the raw fuel flow rate limited in step S5. Is set (S6).
【００３３】改質器バーナ４に供給される空気の流量に
対する目標値は原燃料の流量に関する制限前の目標値を
ステップＳ６において原燃料の流量の目標値に基づいて
求めた上限値と下限値との範囲で制限し（Ｓ９）、範囲
が制限された原燃料の流量の目標値に基づいて改質器バ
ーナ４で所要の空燃比を得るのに必要な空気の流量に関
する目標値を算出する（Ｓ１０）。空気流量調節器ＦＣ
２ではリミッタ２４で制限された範囲内の目標値に空気
流量センサ１３により検出される空気の流量を近付ける
ように空気料流量調節弁１４の開量を調節する（Ｓ１
１，Ｓ１２）。また、空気流量センサ１３により検出さ
れる空気の流量の実測値に対して改質器バーナ４の空燃
比が規定範囲になるように原燃料の流量の上限値および
下限値が設定される（Ｓ１３）。The target value for the flow rate of air supplied to the reformer burner 4 is an upper limit value and a lower limit value obtained based on the target value of the raw fuel flow rate in step S6 based on the target value before the restriction on the raw fuel flow rate. (S9), and based on the target value of the flow rate of the raw fuel whose range is limited, a target value related to the flow rate of air necessary for obtaining a required air-fuel ratio in the reformer burner 4 is calculated. (S10). Air flow controller FC
In 2, the opening of the air charge flow control valve 14 is adjusted so that the flow rate of the air detected by the air flow sensor 13 approaches the target value within the range limited by the limiter 24 (S1).
1, S12). Further, the upper limit value and the lower limit value of the raw fuel flow rate are set such that the air-fuel ratio of the reformer burner 4 falls within a specified range with respect to the measured value of the air flow rate detected by the air flow rate sensor 13 (S13). ).
【００３４】原燃料の流量および空気の流量は燃料電池
３の出力電流が負荷Ｚの大きさに対応するようになるま
で調節される。つまり、電流センサ１６により検出され
る燃料電池３の出力電流が電流設定値ＳＶ２に一致する
まで原燃料および空気の流量が調節される。The flow rate of the raw fuel and the flow rate of the air are adjusted until the output current of the fuel cell 3 corresponds to the magnitude of the load Z. That is, the flow rates of the raw fuel and the air are adjusted until the output current of the fuel cell 3 detected by the current sensor 16 matches the current set value SV2.
【００３５】上述したように、原燃料の供給量の上下限
は改質器バーナ４への空気の供給量の実測値に基づいて
制限され、改質器バーナ４への空気の供給量の上下限は
原燃料の供給量の目標値に基づいて制限されるから、原
燃料の供給量と空気の供給量とが相互に制限を受けなが
ら負荷の変動に対応することになる。その結果、原燃料
の目標値が短時間で大きく変動するような場合でも空燃
比が制限範囲を超えることがなく、未燃ガスが生じた
り、失火や爆燃が生じたりするのを防止することができ
る。たとえば、負荷Ｚが急増したときには原燃料の流量
の目標値が急増しようとするが、リミッタ２１による制
限を超えて原燃料の流量が増加することはない。また、
改質器バーナ４への空気の流量についの目標値も急増し
ようとするが、リミッタ２４による制限を越えて空気の
流量が増加することはない。つまり、負荷Ｚが急増して
も空燃比は上限値を超えることがなく、熱の損失は比較
的少ないものとなる。しかも原燃料の流量は空気の流量
の実測値に基づいて制限されるから、空気不足が生じる
ことがなく、未燃ガス、失火、爆燃を防止することがで
きる。As described above, the upper and lower limits of the supply amount of the raw fuel are limited based on the actually measured values of the supply amount of air to the reformer burner 4. Since the lower limit is limited based on the target value of the supply amount of the raw fuel, the supply amount of the raw fuel and the supply amount of the air correspond to the fluctuation of the load while being mutually restricted. As a result, even when the target value of the raw fuel fluctuates greatly in a short time, the air-fuel ratio does not exceed the limit range, and it is possible to prevent the generation of unburned gas, misfire and deflagration. it can. For example, when the load Z suddenly increases, the target value of the flow rate of the raw fuel tends to increase rapidly, but the flow rate of the raw fuel does not increase beyond the limit by the limiter 21. Also,
The target value for the flow rate of air to the reformer burner 4 also tends to increase rapidly, but the flow rate of air does not increase beyond the limit by the limiter 24. That is, even if the load Z increases rapidly, the air-fuel ratio does not exceed the upper limit, and the heat loss is relatively small. In addition, since the flow rate of the raw fuel is limited based on the measured value of the air flow rate, there is no shortage of air, and unburned gas, misfire, and deflagration can be prevented.
【００３６】[0036]
【発明の効果】請求項１の発明は、炭化水素を主成分と
する原燃料を改質器に通し、改質器で生成した水素ガス
が主成分である改質ガスを燃料電池の燃料ガスに用いる
とともに燃料電池で消費されなかった燃料ガスを改質器
内に設けた改質器バーナにより燃焼させるようにした発
電装置に用いられ、改質器に供給される原燃料と改質器
バーナに供給される空気との流量を制御する燃料電池用
改質器の空燃比制御装置であって、原燃料を改質器に供
給する原燃料供給路に設けられ改質器への原燃料の供給
量を検出する原燃料流量センサと、前記原燃料供給路に
設けられ改質器への原燃料の供給量を調節する原燃料流
量調節弁と、改質器バーナに空気を供給する空気供給路
に設けられ改質器バーナへの空気の供給量を検出する空
気流量センサと、前記空気供給路に設けられ改質器バー
ナへの空気の供給量を調節する空気流量調節弁と、原燃
料流量センサにより検出される原燃料の流量を第１の目
標値に近付けるようにフィードバック制御する原燃料流
量調節器と、空気流量センサにより検出される空気の流
量を第２の目標値に近付けるようにフィードバック制御
する空気流量調節器と、燃料電池の負荷の大きさに応じ
て原燃料の流量に関する目標値を算出する原燃料流量設
定手段と、空気流量センサでの空気の流量の実測値に対
して規定範囲の空燃比が得られる原燃料の流量の範囲を
上下限とし原燃料流量設定手段で算出した目標値の上下
限を制限して第１の目標値として出力する第１の範囲制
限手段と、第１の目標値に対して規定範囲の空燃比が得
られる空気の流量の範囲を上下限とし原燃料流量設定手
段で算出した目標値に対して規定の空燃比を得るのに必
要な空気の流量の上下限を制限して第２の目標値として
出力する第２の範囲制限手段とを備えるものであり、負
荷の大きさに基づいて設定される原燃料の流量の目標値
の上下限を、空気の流量の実測値に基づいて制限する第
１の範囲制限手段で制限し、かつ空気の流量の目標値の
上下限を、原燃料の目標値に基づいて第２の範囲制限手
段で制限するから、原燃料と空気との流量が相互に制限
されることになり、負荷の変動に伴って原燃料および空
気の流量に関する目標値が変動する場合でも第１および
第２の範囲制限手段によって制限された範囲内での変動
になり、空燃比の大きな変動が抑制される。つまり、負
荷が短時間で大きく変動する場合でも、空燃比は規定範
囲に制限された状態で変化するから、空燃比が大きく変
動する場合のような未燃ガス、失火、爆燃の発生を防止
することができる。また、負荷が変動しても空燃比が規
定範囲を保つから、空燃比を比較的小さい値に設定する
ことが可能になり、従来構成に比較すると燃損失の少な
い空燃比を設定することができる。According to the first aspect of the present invention, a raw fuel mainly composed of hydrocarbons is passed through a reformer, and the reformed gas mainly composed of hydrogen gas generated by the reformer is used as a fuel gas for a fuel cell. The raw fuel supplied to the reformer and the reformer burner are used in a power generator used to burn fuel gas not consumed in the fuel cell by a reformer burner provided in the reformer. An air-fuel ratio control device for a fuel cell reformer that controls a flow rate of air supplied to a reformer, wherein the air-fuel ratio control device is provided in a raw fuel supply passage that supplies the raw fuel to the reformer. A raw fuel flow rate sensor for detecting a supply amount, a raw fuel flow rate control valve provided in the raw fuel supply path to control a raw fuel supply rate to the reformer, and an air supply for supplying air to the reformer burner An air flow sensor that is provided in the path and detects the amount of air supplied to the reformer burner; An air flow control valve provided in the air supply passage for adjusting the amount of air supplied to the reformer burner; and a feedback control so that the raw fuel flow detected by the raw fuel flow sensor approaches the first target value. A fuel flow controller, an air flow controller that performs feedback control so that an air flow rate detected by an air flow sensor approaches a second target value, and an A raw fuel flow rate setting means for calculating a target value relating to a flow rate, and a raw fuel flow rate setting wherein an upper / lower limit is set to a raw fuel flow rate range in which an air-fuel ratio within a specified range can be obtained with respect to an actually measured air flow rate value by an air flow rate sensor. First range limiting means for limiting the upper and lower limits of the target value calculated by the means and outputting it as a first target value, and a range of the flow rate of air in which a specified range of air-fuel ratio can be obtained with respect to the first target value With the upper and lower limits Second range limiting means for limiting upper and lower limits of the flow rate of air necessary for obtaining a specified air-fuel ratio with respect to the target value calculated by the raw fuel flow rate setting means, and outputting the result as a second target value. A first range limiting means for limiting upper and lower limits of a target value of the flow rate of the raw fuel set based on the magnitude of the load based on an actually measured value of the air flow rate, and Since the upper and lower limits of the target value of the flow rate are limited by the second range limiting means based on the target value of the raw fuel, the flow rates of the raw fuel and the air are mutually restricted, and the flow rate of the raw fuel and the air is changed. Therefore, even when the target values related to the flow rates of the raw fuel and the air fluctuate, the fluctuations are within the range limited by the first and second range restricting means, and a large fluctuation in the air-fuel ratio is suppressed. In other words, even when the load fluctuates greatly in a short time, the air-fuel ratio changes in a state limited to a specified range, so that the occurrence of unburned gas, misfire, and deflagration as in the case where the air-fuel ratio fluctuates greatly is prevented. be able to. Further, since the air-fuel ratio is kept within the specified range even when the load fluctuates, it is possible to set the air-fuel ratio to a relatively small value, and it is possible to set the air-fuel ratio with less fuel loss compared to the conventional configuration. .
【００３７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記原燃料流量設定手段が、改質器の所要部の温度
を検出する温度センサと、温度センサにより検出される
温度があらかじめ設定された温度設定値を保つのに必要
な原燃料の流量および負荷の大きさに応じた電流設定値
を得るのに必要な原燃料の流量との加算値を目標値とし
て出力するものであり、改質器の温度を温度設定値に保
ちながらも負荷変動に応じた量の燃料ガスを燃料電池に
供給できるように原燃料の流量を制御することが可能に
なる。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the raw fuel flow rate setting means sets a temperature sensor for detecting a temperature of a required portion of the reformer and a temperature detected by the temperature sensor in advance. The target value is output as an addition value of the flow rate of the raw fuel necessary for obtaining the current set value corresponding to the flow rate of the raw fuel and the load required to maintain the set temperature set value, It is possible to control the flow rate of the raw fuel such that the fuel gas can be supplied to the fuel cell in an amount corresponding to the load variation while maintaining the temperature of the reformer at the temperature set value.
【００３８】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、燃料電池の出力電流を検出する電流
センサを備え、前記第１の範囲制限手段が、空気流量セ
ンサによる実測値に対して規定の空燃比が得られる原燃
料の流量と電流センサにより検出された出力電流に基づ
いて算出される燃料電池で消費された燃料ガスの流量に
相当する原燃料の流量との加算値を求めて基準値とする
空気−原燃料換算部と、空気−原燃料換算部で求めた基
準値を中心として設定した上下限により原燃料流量設定
手段から出力された目標値を制限する第１のリミッタを
備え、前記第２の範囲制限手段が、第１の目標値を中心
として設定した上下限により原燃料流量設定手段から出
力された目標値を制限する第２のリミッタと、第２のリ
ミッタの出力値から燃料電池で消費された燃料ガスの流
量に相当する原燃料の流量を減算して求められる原燃料
の流量に対して前記規定の空燃比が得られる空気の流量
を算出する原燃料−空気換算部とを備えるものであり、
原燃料の流量の目標値に対して上下限を制限した後に、
原燃料に対応した空気の供給量を換算するから、空気の
流量に対する上下限を設定する際に原燃料の流量を空気
の量に換算する必要がなく、原燃料の流量から空気の流
量の上限値および下限値を各別に求める場合に比較する
と演算量が少なくなる。請求項４の発明は、請求項３の
発明において、空燃比の上限値が１．２０、空燃比の下
限値が１．０２に設定されるものであり、これらの値を
選択すれば従来よりも空燃比を低減することが可能であ
り、かつ外乱によって原燃料の供給量が変動しても失火
や爆燃が生じるのを抑制できる。According to a third aspect of the present invention, in accordance with the first or second aspect of the present invention, a current sensor for detecting an output current of the fuel cell is provided, and the first range limiting means converts the value measured by the air flow sensor to an actual value. On the other hand, the sum of the flow rate of the raw fuel at which the specified air-fuel ratio is obtained and the flow rate of the raw fuel corresponding to the flow rate of the fuel gas consumed by the fuel cell calculated based on the output current detected by the current sensor is calculated. An air-raw fuel conversion section which is determined and used as a reference value; and a first value which limits a target value output from the raw fuel flow rate setting means by upper and lower limits set centering on the reference value obtained by the air-raw fuel conversion section. A second limiter for limiting a target value output from the raw fuel flow rate setting means by upper and lower limits set around a first target value; and a second limiter. Output value A raw-fuel-to-air conversion unit for calculating a flow rate of air at which the specified air-fuel ratio is obtained with respect to a raw fuel flow rate obtained by subtracting a raw fuel flow rate corresponding to a flow rate of fuel gas consumed by the fuel cell; And has
After limiting the upper and lower limits to the target value of the raw fuel flow rate,
Since the amount of air supply corresponding to the raw fuel is converted, it is not necessary to convert the flow of the raw fuel into the amount of air when setting the upper and lower limits for the flow of air. The amount of calculation is reduced as compared with the case where the value and the lower limit are obtained separately. According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the upper limit of the air-fuel ratio is set to 1.20 and the lower limit of the air-fuel ratio is set to 1.02. It is also possible to reduce the air-fuel ratio and to suppress the occurrence of misfire or deflagration even if the supply amount of the raw fuel fluctuates due to disturbance.
【００３９】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、規定の空燃比が１．０６、空燃比の上限値が１．１
０、空燃比の下限値が１．０２に設定されるものであ
り、請求項４の発明における範囲内での好ましい値であ
る。According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the prescribed air-fuel ratio is 1.06 and the upper limit of the air-fuel ratio is 1.1.
0, the lower limit of the air-fuel ratio is set to 1.02, which is a preferable value within the range of the invention of claim 4.
【図１】本発明の実施の形態を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
【図２】同上に用いるリミッタの動作説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of an operation of a limiter used in the above.
【図３】同上の制御の流れを示す動作説明図である。FIG. 3 is an operation explanatory diagram showing a control flow of the above.
【図４】都市ガスを原燃料とする発電装置の概略構成図
である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a power generation device using city gas as a raw fuel.
【図５】従来例を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a conventional example.
【図６】同上における制御の流れを示す動作説明図であ
る。FIG. 6 is an operation explanatory diagram showing a flow of control in the above.
１ 改質器 ２ 原燃料供給路 ３ 燃料電池 ４ 改質器バーナ ５ 空気供給路 １１ 原燃料流量センサ １２ 原燃料流量調節弁 １３ 空気流量センサ １４ 空気流量調節弁 １５ 温度センサ １６ 電流センサ １９ 電流−流量換算部 ２０ 加算器 ２１ リミッタ ２２ａ 上限値設定部 ２２ｂ 下限値設定部 ２３ 原燃料−空気換算部 ２４ リミッタ ２５ａ 上限値設定部 ２５ｂ 下限値設定部 ２６ 空気−原燃料換算部 ＦＣ１ 原燃料流量調節器 ＦＣ２ 空気流量調節器 Ｚ 負荷 Reference Signs List 1 reformer 2 raw fuel supply path 3 fuel cell 4 reformer burner 5 air supply path 11 raw fuel flow sensor 12 raw fuel flow control valve 13 air flow sensor 14 air flow control valve 15 temperature sensor 16 current sensor 19 current- Flow rate conversion unit 20 Adder 21 Limiter 22a Upper limit value setting unit 22b Lower limit value setting unit 23 Raw fuel-air conversion unit 24 Limiter 25a Upper limit value setting unit 25b Lower limit value setting unit 26 Air-raw fuel conversion unit FC1 Raw fuel flow controller FC2 Air flow controller Z load
フロントページの続き (72)発明者 黒田 健一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3K003 AB02 AB06 AC02 BA01 BB01 CA03 CA05 CB05 CC01 DA03 4G040 EA03 EA06 EB14 EB43 5H027 BA01 BA09 KK21 KK42 KK56 MM12 MM13 Continuation of the front page (72) Inventor Kenichi Kuroda 1-1, Tanabeshinda, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa F-term in Fuji Electric Co., Ltd. (Reference) 3K003 AB02 AB06 AC02 BA01 BB01 CA03 CA05 CB05 CC01 DA03 4G040 EA03 EA06 EB14 EB43 5H027 BA01 BA09 KK21 KK42 KK56 MM12 MM13
Claims (5)
に通し、改質器で生成した水素ガスが主成分である改質
ガスを燃料電池の燃料ガスに用いるとともに燃料電池で
消費されなかった燃料ガスを改質器内に設けた改質器バ
ーナにより燃焼させるようにした発電装置に用いられ、
改質器に供給される原燃料と改質器バーナに供給される
空気との流量を制御する燃料電池用改質器の空燃比制御
装置であって、原燃料を改質器に供給する原燃料供給路
に設けられ改質器への原燃料の供給量を検出する原燃料
流量センサと、前記原燃料供給路に設けられ改質器への
原燃料の供給量を調節する原燃料流量調節弁と、改質器
バーナに空気を供給する空気供給路に設けられ改質器バ
ーナへの空気の供給量を検出する空気流量センサと、前
記空気供給路に設けられ改質器バーナへの空気の供給量
を調節する空気流量調節弁と、原燃料流量センサにより
検出される原燃料の流量を第１の目標値に近付けるよう
にフィードバック制御する原燃料流量調節器と、空気流
量センサにより検出される空気の流量を第２の目標値に
近付けるようにフィードバック制御する空気流量調節器
と、燃料電池の負荷の大きさに応じて原燃料の流量に関
する目標値を算出する原燃料流量設定手段と、空気流量
センサでの空気の流量の実測値に対して規定範囲の空燃
比が得られる原燃料の流量の範囲を上下限とし原燃料流
量設定手段で算出した目標値の上下限を制限して第１の
目標値として出力する第１の範囲制限手段と、第１の目
標値に対して規定範囲の空燃比が得られる空気の流量の
範囲を上下限とし原燃料流量設定手段で算出した目標値
に対して規定の空燃比を得るのに必要な空気の流量の上
下限を制限して第２の目標値として出力する第２の範囲
制限手段とを備えることを特徴とする燃料電池用改質器
の空燃比制御装置。1. A raw fuel mainly composed of hydrocarbons is passed through a reformer, and the reformed gas mainly composed of hydrogen gas generated by the reformer is used as fuel gas for the fuel cell and consumed by the fuel cell. Used in a power generator that is configured to burn unreacted fuel gas by a reformer burner provided in the reformer,
An air-fuel ratio control device for a fuel cell reformer for controlling a flow rate of raw fuel supplied to a reformer and air supplied to a reformer burner, comprising: A raw fuel flow sensor provided in the fuel supply passage for detecting the supply amount of the raw fuel to the reformer; and a raw fuel flow control provided in the raw fuel supply passage for adjusting the supply amount of the raw fuel to the reformer. A valve, an air flow rate sensor provided in an air supply path for supplying air to the reformer burner, and detecting an air supply amount to the reformer burner; and an air flow sensor provided in the air supply path to the reformer burner. An air flow control valve for adjusting the supply amount of the raw fuel; a raw fuel flow regulator for performing feedback control so that the flow rate of the raw fuel detected by the raw fuel flow sensor approaches the first target value; Air flow to approach the second target value. An air flow controller for feedback control, raw fuel flow setting means for calculating a target value for the flow of raw fuel according to the magnitude of the load on the fuel cell, and an actual measurement of the air flow at the air flow sensor. First range limiting means for limiting the upper and lower limits of the target value calculated by the raw fuel flow rate setting means to output as a first target value, with the range of the flow rate of the raw fuel in which a specified range of air-fuel ratio is obtained as upper and lower limits; The air required to obtain the specified air-fuel ratio with respect to the target value calculated by the raw fuel flow rate setting means, with the upper and lower limits of the flow rate of air at which the air-fuel ratio within the specified range can be obtained with respect to the first target value. An air-fuel ratio control device for a reformer for a fuel cell, comprising: a second range restricting means for restricting the upper and lower limits of the flow rate and outputting the second target value.
要部の温度を検出する温度センサと、温度センサにより
検出される温度があらかじめ設定された温度設定値を保
つのに必要な原燃料の流量および負荷の大きさに応じた
電流設定値を得るのに必要な原燃料の流量との加算値を
目標値として出力することを特徴とする請求項１記載の
燃料電池用改質器の空燃比制御装置。The raw fuel flow rate setting means includes: a temperature sensor for detecting a temperature of a required portion of the reformer; and a raw fuel necessary for maintaining a temperature detected by the temperature sensor at a predetermined temperature set value. 2. The reformer for a fuel cell according to claim 1, wherein an added value of the flow rate of the raw fuel necessary for obtaining a current set value corresponding to the flow rate of the fuel and the load is output as a target value. Air-fuel ratio control device.
サを備え、前記第１の範囲制限手段が、空気流量センサ
による実測値に対して規定の空燃比が得られる原燃料の
流量と電流センサにより検出された出力電流に基づいて
算出される燃料電池で消費された燃料ガスの流量に相当
する原燃料の流量との加算値を求めて基準値とする空気
−原燃料換算部と、空気−原燃料換算部で求めた基準値
を中心として設定した上下限により原燃料流量設定手段
から出力された目標値を制限する第１のリミッタを備
え、前記第２の範囲制限手段が、第１の目標値を中心と
して設定した上下限により原燃料流量設定手段から出力
された目標値を制限する第２のリミッタと、第２のリミ
ッタの出力値から燃料電池で消費された燃料ガスのの流
量に相当する原燃料の流量を減算して求められる原燃料
の流量に対して前記規定の空燃比が得られる空気の流量
を算出する原燃料−空気換算部とを備えることを特徴と
する請求項１または請求項２記載の燃料電池用改質器の
空燃比制御装置。3. A fuel cell comprising: a current sensor for detecting an output current of a fuel cell; wherein the first range limiting means includes a raw fuel flow rate and a current sensor for obtaining a specified air-fuel ratio with respect to a value measured by an air flow rate sensor. An air-raw fuel conversion unit that obtains a reference value by calculating an addition value of the flow rate of the raw fuel corresponding to the flow rate of the fuel gas consumed by the fuel cell calculated based on the output current detected by A first limiter for limiting a target value output from the raw fuel flow rate setting means by upper and lower limits set centering on a reference value obtained by the raw fuel conversion unit, wherein the second range limiting means comprises: A second limiter for limiting the target value output from the raw fuel flow rate setting means by upper and lower limits set with the target value as a center, and a flow rate of the fuel gas consumed by the fuel cell from the output value of the second limiter. Of the equivalent raw fuel 3. A raw fuel-air conversion unit that calculates a flow rate of air that can obtain the specified air-fuel ratio with respect to a flow rate of raw fuel obtained by subtracting the flow rate. Control device for a fuel cell reformer.
限値が１．０２に設定されることを特徴とする請求項３
記載の燃料電池用改質器の空燃比制御装置。4. The air-fuel ratio upper limit is set to 1.20 and the air-fuel ratio lower limit is set to 1.02.
An air-fuel ratio control apparatus for a fuel cell reformer according to the above.
上限値が１．１０、空燃比の下限値が１．０２に設定さ
れることを特徴とする請求項４記載の燃料電池用改質器
の空燃比制御装置。5. The fuel cell according to claim 4, wherein the specified air-fuel ratio is set to 1.06, the upper limit of the air-fuel ratio is set to 1.10, and the lower limit of the air-fuel ratio is set to 1.02. -Fuel ratio control device for a reformer.
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