JP2001210338A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2001210338A
JP2001210338A JP2000015719A JP2000015719A JP2001210338A JP 2001210338 A JP2001210338 A JP 2001210338A JP 2000015719 A JP2000015719 A JP 2000015719A JP 2000015719 A JP2000015719 A JP 2000015719A JP 2001210338 A JP2001210338 A JP 2001210338A
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JP
Japan
Prior art keywords
combustor
fuel cell
temperature
cell stack
exhaust gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000015719A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasukazu Iwasaki
靖和 岩崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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Publication of JP2001210338A publication Critical patent/JP2001210338A/en
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system which can prevent superheating of combustor without using a huge one. SOLUTION: By-pass passages 37, 39 which lead discharge reforming gas and discharge air drained from a fuel cell stack 9 to a combustor 13 directly without a capacitor 11, and valves 45, 47 which open and close the by-pass passages 37, 39 have been installed, and the superheating state of the combustor 13 is judged based on the temperature of the combustor 13, and in the case the combustor 13 is judged that it is under superheated state, for example, respective valves 41, 43, 45, and 47 are controlled in order to lead the exhaust gas drained from the fuel cell stack 9 to the by-pass 37, 39.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼器の過熱を防
止することができる燃料電池システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system capable of preventing a combustor from overheating.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の燃料電池システムとしては、改質
器で改質された水素を含む改質ガスと酸素を含むガス
(空気)とを用いて発電する燃料電池スタックと、燃料
電池スタックから排出された余剰の排出ガス(排出改質
ガスと排出空気)から水を回収する水回収器と、水回収
器で水が回収された排出ガスを燃焼させる燃焼器とを有
する燃料電池システムが知られている。
2. Description of the Related Art A conventional fuel cell system includes a fuel cell stack that generates electricity using a reformed gas containing hydrogen reformed in a reformer and a gas (air) containing oxygen, and a fuel cell stack. 2. Description of the Related Art A fuel cell system including a water recovery device that recovers water from excess discharged exhaust gas (exhaust reformed gas and exhaust air) and a combustor that burns the exhaust gas whose water is recovered by the water recovery device is known. Have been.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の燃料電池システムにあっては、燃料電池スタ
ックのステップダウン(出力レベル低下)の負荷変動の
際に、改質器がそのステップダウンの負荷変動に追従す
るまでの間、一時的に、燃料電池スタックで発電に使用
する必要のない余剰の改質ガスが余分に発生していた。
However, in such a conventional fuel cell system, when the load of the fuel cell stack changes stepwise (output level decreases), the reformer performs the stepdown. Until following the load fluctuation, an excess of reformed gas which is not required to be used for power generation in the fuel cell stack is generated temporarily.

【0004】このとき、バッテリが満充電状態でない場
合は、燃料電池スタックで余剰の改質ガスを用いて発電
を行い、発電された余剰電力をバッテリに充電すること
で、この余剰改質ガスの増加分を処理することが可能で
ある。しかし、バッテリが満充電状態である場合には、
燃料電池スタックで余剰の改質ガスを用いて発電した余
剰の電力をバッテリに充電することができないため、燃
料電池スタックで発電に使用できない余剰の改質ガスを
増加分を含めて大量に燃焼器で燃焼処理する必要があ
り、燃焼器が過熱されるといった問題があった。
[0004] At this time, when the battery is not fully charged, the fuel cell stack generates electric power using the surplus reformed gas, and charges the battery with the generated surplus electric power. It is possible to handle the increment. However, if the battery is fully charged,
Since the battery cannot be charged with the surplus power generated by the fuel cell stack using the surplus reformed gas, a large amount of surplus reformed gas that cannot be used for power generation in the fuel cell stack, including the increased amount, is burned. However, there is a problem that the combustor is overheated.

【0005】また、燃焼器の過熱を防止するため過熱に
対して余裕のある燃焼出力の大きな大型の燃焼器を用い
ることも考えられるが、燃焼出力の大きな大型の燃焼器
を用いた場合には、燃料電池システム自体が大型になっ
てしまい、移動体に用いる燃料電池システムとして搭載
できないといった問題があった。
In order to prevent overheating of the combustor, it is conceivable to use a large combustor having a large combustion output with a margin against overheating. However, when a large combustor having a large combustion output is used, However, there has been a problem that the fuel cell system itself becomes large and cannot be mounted as a fuel cell system used for a moving body.

【0006】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的としては、大型の燃焼器を用いることなく、燃
焼器の過熱を防止することができる燃料電池システムを
提供することにある。
[0006] The present invention has been made in view of the above,
An object of the present invention is to provide a fuel cell system that can prevent overheating of a combustor without using a large-sized combustor.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
上記課題を解決するため、水を用いて燃料を改質する燃
料改質器と、この燃料改質器で改質された水素を含む改
質ガスと酸素を含むガスとを用いて発電する燃料電池ス
タックと、この燃料電池スタックから排出された排出ガ
スから水を回収する水回収器と、この水回収器で水が回
収された排出ガスを燃焼させる燃焼器とを有する燃料電
池システムにおいて、前記燃料電池スタックから排出さ
れた排出ガスを、前記水回収器を通さずに直接前記燃焼
器に導くバイパス通路と、このバイパス通路を開閉する
開閉手段と、前記燃焼器が過熱状態にあるか否かを判断
する判断手段と、前記燃焼器が過熱状態にあると判断さ
れた場合に、前記燃料電池スタックから排出された排出
ガスを前記バイパス通路に導くように前記開閉手段を制
御する制御手段とを有することを要旨とする。
According to the first aspect of the present invention,
In order to solve the above problems, a fuel reformer for reforming fuel using water, and a fuel for generating electricity using a reformed gas containing hydrogen and a gas containing oxygen reformed by the fuel reformer A fuel cell system comprising: a battery stack, a water recovery device that recovers water from exhaust gas discharged from the fuel cell stack, and a combustor that burns the exhaust gas from which water is recovered by the water recovery device. A bypass passage that directly guides the exhaust gas discharged from the fuel cell stack to the combustor without passing through the water recovery unit, an opening / closing unit that opens and closes the bypass passage, and whether the combustor is in an overheated state Determination means for determining whether the combustor is in an overheated state, and control means for controlling the opening / closing means to guide exhaust gas discharged from the fuel cell stack to the bypass passage. And summarized in that a.

【0008】請求項2記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記燃焼器の温度を検出する温度検出手段を有
し、前記判断手段は、前記温度検出手段からの信号値に
基づいて、前記燃焼器が過熱状態にあるか否かを判断す
ることを要旨とする。
According to a second aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, there is provided a temperature detecting means for detecting a temperature of the combustor, and the judging means is provided based on a signal value from the temperature detecting means. The gist is to determine whether or not the combustor is in an overheated state.

【0009】請求項3記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記燃焼器の温度を検出する温度検出手段を有
し、前記判断手段は、前記温度検出手段からの信号値及
びこの信号値の時間微分値に基づいて、前記燃焼器が過
熱状態にあるか否かを判断することを要旨とする。
According to a third aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, there is provided a temperature detecting means for detecting a temperature of the combustor, wherein the judging means comprises a signal value from the temperature detecting means and a signal value of the signal value. The gist is to determine whether or not the combustor is in an overheated state based on the time differential value of.

【0010】請求項4記載の発明は、上記課題を解決す
るため、バッテリの充電状態を検出する充電状態検出手
段と、アクセルの踏み込み量を検出する踏込量検出手段
とを有し、前記判断手段は、前記充電状態検出手段から
の信号値並びに前記踏込量検出手段からの信号値及びこ
の信号値の時間微分値に基づいて、前記燃焼器が過熱状
態にあるか否かを判断することを要旨とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an electric vehicle, comprising: a state-of-charge detecting means for detecting a state of charge of a battery; and an amount-of-step detecting means for detecting an amount of depression of an accelerator. Is to judge whether the combustor is overheated based on the signal value from the charged state detecting means, the signal value from the stepping amount detecting means, and the time derivative of the signal value. And

【0011】[0011]

【発明の効果】請求項1記載の本発明によれば、燃料電
池スタックから排出された排出ガスを水回収器を通さず
に直接燃焼器に導くバイパス通路と、このバイパス通路
を開閉する開閉手段とを設けておき、燃焼器が過熱状態
にあるか否かを判断し、燃焼器が過熱状態にあると判断
された場合に、燃料電池スタックから排出された排出ガ
スをバイパス通路に導くように開閉手段を制御すること
で、大型の燃焼器を用いることなく、燃焼器の過熱を防
止することができる。
According to the first aspect of the present invention, a bypass passage for guiding exhaust gas discharged from a fuel cell stack directly to a combustor without passing through a water recovery unit, and an opening / closing means for opening and closing the bypass passage It is determined whether the combustor is in an overheated state, and when it is determined that the combustor is in an overheated state, the exhaust gas discharged from the fuel cell stack is guided to a bypass passage. By controlling the opening and closing means, overheating of the combustor can be prevented without using a large combustor.

【0012】請求項2記載の本発明によれば、燃焼器の
温度を検出する温度検出手段を設けておき、温度検出手
段からの信号値(燃焼器の温度)に基づいて、燃焼器が
過熱状態にあるか否かを判断することで、燃焼器の現在
の過熱状態を判定することができる。
According to the second aspect of the present invention, temperature detecting means for detecting the temperature of the combustor is provided, and the combustor is overheated based on a signal value (temperature of the combustor) from the temperature detecting means. By determining whether the state is in the state or not, the current overheating state of the combustor can be determined.

【0013】請求項3記載の本発明によれば、燃焼器の
温度を検出する温度検出手段を設けておき、温度検出手
段からの信号値(燃焼器の温度)及びこの信号値の時間
微分値に基づいて、燃焼器が過熱状態にあるか否かを判
断することで、燃焼器の将来の過熱状態をも予測するこ
とができ、燃焼器が過熱状態に向かっていることを事前
に察知した際にも燃焼器の温度を下げる処置を施すこと
ができる。
According to the third aspect of the present invention, temperature detecting means for detecting the temperature of the combustor is provided, and a signal value (temperature of the combustor) from the temperature detecting means and a time differential value of the signal value are provided. By determining whether or not the combustor is in an overheated state, it is possible to predict a future overheated state of the combustor, and it has been detected in advance that the combustor is approaching the overheated state. At this time, a measure for lowering the temperature of the combustor can be taken.

【0014】請求項4記載の本発明によれば、バッテリ
の充電状態を検出する充電状態検出手段と、アクセルの
踏み込み量を検出する踏込量検出手段とを設けておき、
充電状態検出手段からの信号値(バッテリの充電状態)
並びに踏込量検出手段からの信号値(アクセルの踏み込
み量)及びこの信号値の時間微分値に基づいて、燃焼器
が過熱状態にあるか否かを判断するすることで、燃料電
池システムに対する要求負荷の変動とバッテリの充電状
態とに応じて燃焼器の将来の過熱状態を予測することが
でき、燃焼器が過熱状態に向かっていることを事前に察
知した際に燃焼器の温度を下げる処置を施すことができ
る。
According to the fourth aspect of the present invention, there are provided a charged state detecting means for detecting a charged state of the battery and a stepped amount detecting means for detecting a stepped amount of an accelerator,
Signal value from charge state detection means (battery charge state)
And determining whether or not the combustor is in an overheated state based on a signal value (accelerator stepping amount) from the stepping amount detecting means and a time differential value of the signal value. Of the combustor can be predicted in accordance with the fluctuation of the battery and the state of charge of the battery, and a measure to reduce the temperature of the combustor when it is previously detected that the combustor is approaching the overheated state. Can be applied.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。 (第1の実施の形態)図1は、本発明の第1の実施の形態
に係る燃料電池システムに適応可能な構成として、燃料
改質器を有する燃料電池システムとバッテリとのハイブ
リッド燃料電池自動車を示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 shows a hybrid fuel cell vehicle of a fuel cell system having a fuel reformer and a battery as a structure applicable to a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. Is shown.

【0016】図1において、燃料改質器(以下単に改質
器という)1は、燃料であるメタノールタンク3内のメ
タノールを、水タンク5内の水を用いて水蒸気改質し、
水素を含んだ改質ガスを生成する。このとき、場合によ
っては、コンプレッサ7から空気が送り込まれ、メタノ
ールの部分酸化による改質も行われる。水蒸気改質は吸
熱反応であり、部分酸化は発熱反応である。
In FIG. 1, a fuel reformer (hereinafter simply referred to as a reformer) 1 steam-reforms methanol in a methanol tank 3 using water in a water tank 5 as fuel.
Generates reformed gas containing hydrogen. At this time, if necessary, air is sent from the compressor 7 and reforming by partial oxidation of methanol is also performed. Steam reforming is an endothermic reaction, and partial oxidation is an exothermic reaction.

【0017】改質器1で生成された改質ガス及びコンプ
レッサ7からの空気は、燃料電池スタック9のアノー
ド、カソードそれぞれの電極に送られ、ここで改質ガス
中の水素と空気中の酸素とを用いて発電が行われる。こ
のとき、改質ガス中の水素と空気中の酸素は、燃料電池
スタック9内ですべて消費されるわけではなく、一部を
残して排出され、排出改質ガス及び排出空気として、コ
ンデンサ11を介して燃焼器13に送られ、場合によっ
ては、コンプレッサ7からの空気及びメタノールタンク
3内のメタノールと共に燃焼される。
The reformed gas generated in the reformer 1 and the air from the compressor 7 are sent to the anode and the cathode of the fuel cell stack 9, where hydrogen in the reformed gas and oxygen in the air are supplied. Is used to generate power. At this time, the hydrogen in the reformed gas and the oxygen in the air are not all consumed in the fuel cell stack 9 but are discharged leaving a part thereof, and the condenser 11 is discharged as the reformed gas and the discharged air. The fuel is sent to the combustor 13 via the compressor 7 and, if necessary, is combusted with the air from the compressor 7 and the methanol in the methanol tank 3.

【0018】コンデンサ11は、水回収器として機能す
る装置であって、燃料電池スタック9からの排出ガスで
ある排出改質ガス及び排出空気を冷却水で冷却して、排
出改質ガス及び排出空気に含まれる水蒸気を凝縮させて
回収する。このとき、コンデンサ11は2室からなるた
め、燃料電池スタック9からの排出ガスである排出改質
ガスと排出空気とが内部で混合されることはない。コン
デンサ11で凝縮回収された回収水は、水タンク5に戻
される。
The condenser 11 is a device that functions as a water recovery unit, and cools the discharged reformed gas and the discharged air, which are the discharged gas from the fuel cell stack 9, with cooling water to form the discharged reformed gas and the discharged air. The water vapor contained in is condensed and recovered. At this time, since the condenser 11 has two chambers, the exhaust reformed gas, which is the exhaust gas from the fuel cell stack 9, and the exhaust air are not mixed inside. The recovered water condensed and recovered by the condenser 11 is returned to the water tank 5.

【0019】燃焼器13での燃焼反応によって発生した
熱は、燃焼反応後の温度上昇した排気ガスによって蒸発
器15に運ばれる。このとき、排気ガスは蒸発器15に
おいて、メタノールタンク3及び水タンク5から改質器
1にそれぞれ供給されるメタノールと水を蒸発させるた
めの熱源として、あるいは、改質器1での水蒸気改質に
おける吸熱反応のための熱源として再利用される。
The heat generated by the combustion reaction in the combustor 13 is transferred to the evaporator 15 by the exhaust gas whose temperature has increased after the combustion reaction. At this time, the exhaust gas is used in the evaporator 15 as a heat source for evaporating methanol and water supplied from the methanol tank 3 and the water tank 5 to the reformer 1, respectively, or as steam reforming in the reformer 1. Is reused as a heat source for the endothermic reaction.

【0020】バッテリ17は、燃料電池スタック9によ
って発電された余剰電力及び燃料電池自動車が減速する
際のモータ19による回生電力を蓄積するとともに、モ
ータ19で消費される走行電力やコンプレッサ7、改質
器1、燃焼器13などで消費される補機電力を賄うのに
十分な発電が燃料電池スタック9によって行われなかっ
た場合には放電してモータ19や補機(コンプレッサ
7、改質器1、燃焼器13など)に給電し、不足電力を
補う。これらの電力の配分は、電力調整器21を介して
行われる。
The battery 17 stores the surplus electric power generated by the fuel cell stack 9 and the regenerative electric power generated by the motor 19 when the fuel cell vehicle decelerates. If the fuel cell stack 9 does not generate enough power to supply the auxiliary equipment power consumed by the burner 1, the combustor 13, and the like, the fuel cell stack 9 discharges and discharges the motor 19 and the auxiliary equipment (the compressor 7, the reformer 1 , The combustor 13, etc.) to compensate for the lack of power. The distribution of these powers is performed via the power regulator 21.

【0021】制御装置23は、アクセルペダル25の踏
み込み量をポジションセンサ(踏込量検出手段)27で
検出した信号(アクセルの踏み込み量)に基づいて、電
力調整器21による電力配分を制御する。また、制御装
置23は、燃焼器13に供給される排出改質ガスと排出
空気の圧力をそれぞれ検出する圧力センサ29,31で
検出した信号(排出改質ガス圧力と排出空気圧力)に基
づいて、燃料電池スタック9に供給される改質ガスと空
気の圧力をそれぞれ調整する圧力調整弁33,35の開
度を調整することによって、燃料電池スタック9の運転
圧力を制御する。
The controller 23 controls the power distribution by the power regulator 21 based on a signal (accelerator depression amount) detected by the position sensor (depression amount detection means) 27 of the depression amount of the accelerator pedal 25. Further, the control device 23 is based on the signals (the exhaust reformed gas pressure and the exhaust air pressure) detected by the pressure sensors 29 and 31 that detect the pressure of the exhaust reformed gas and the exhaust air supplied to the combustor 13, respectively. The operating pressure of the fuel cell stack 9 is controlled by adjusting the opening of the pressure adjusting valves 33 and 35 for adjusting the pressures of the reformed gas and the air supplied to the fuel cell stack 9 respectively.

【0022】また、コンデンサ11の入口と出口の間に
は、燃料電池スタック9から排出された排出ガス(排出
改質ガスと排出空気)をコンデンサ11を通さずに直接
燃焼器13に導くバイパス通路37,39が設けられて
いる。バイパス通路37は、燃料電池スタック9からの
排出改質ガス(燃料極の排出ガス)用であり、バイパス
通路39は、燃料電池スタック9からの排出空気(空気
極の排出ガス)用である。
A bypass passage between the inlet and outlet of the condenser 11 leads the exhaust gas (exhaust reformed gas and exhaust air) discharged from the fuel cell stack 9 directly to the combustor 13 without passing through the condenser 11. 37 and 39 are provided. The bypass passage 37 is for exhaust gas reformed from the fuel cell stack 9 (exhaust gas from the fuel electrode), and the bypass passage 39 is for exhaust air from the fuel cell stack 9 (exhaust gas from the air electrode).

【0023】コンデンサ11に流入する排出ガス(排出
改質ガスと排出空気)は、それぞれバルブ(以下コンデ
ンサバルブという)41,43を通過してコンデンサ1
1に流入し、コンデンサ11をバイパスする排出ガス
(排出改質ガスと排出空気)はそれぞれ各バイパス通路
37,39に設けられたバルブ(以下バイパスバルブと
いう)(開閉手段)45,47を通過して直接燃焼器1
3に流入する。
Exhaust gas (exhaust reformed gas and exhaust air) flowing into the condenser 11 passes through valves (hereinafter referred to as condenser valves) 41 and 43, respectively, and the condenser 1
Exhaust gas (exhaust reformed gas and exhaust air) flowing into the condenser 1 and bypassing the condenser 11 passes through valves (hereinafter referred to as bypass valves) (opening / closing means) 45 and 47 provided in the bypass passages 37 and 39, respectively. Direct combustor 1
Flow into 3

【0024】燃焼器13には、燃焼器13の温度を検出
する温度センサ(温度検出手段)49が設けられてい
る。温度センサ49は、当該燃料電池システムを制御す
るための制御装置23に接続されており、検出信号を制
御装置23へ出力する。
The combustor 13 is provided with a temperature sensor (temperature detecting means) 49 for detecting the temperature of the combustor 13. The temperature sensor 49 is connected to the control device 23 for controlling the fuel cell system, and outputs a detection signal to the control device 23.

【0025】制御装置23(判断手段、制御手段)は、
内部に制御プログラムを記憶した制御ROMと、制御時
のワークエリアとなるRAMとを有しており、燃焼器1
3の温度センサ49からの信号値(燃焼器の温度)に基
づいて、燃焼器13が過熱状態にあるか否かを判断し、
この判断結果に応じた制御信号をコンデンサバルブ4
1,43及びバイパスバルブ45,47に出力してこれ
らのバルブ41,43,45,47の切替え制御を行う
ことによって燃焼器13の過熱を防止する。
The control device 23 (judgment means, control means)
It has a control ROM in which a control program is stored and a RAM serving as a work area for control.
3 based on the signal value (temperature of the combustor) from the temperature sensor 49, it is determined whether or not the combustor 13 is overheated;
The control signal according to the result of this determination is transmitted
The overheating of the combustor 13 is prevented by outputting to the first and third valves 43 and the bypass valves 45 and 47 to perform switching control of these valves 41, 43, 45 and 47.

【0026】次に、図3に示す制御特性を参照して、図
2に示す制御フローチャートに従って移動体用燃料電池
システムの燃焼器過熱防止のための制御動作を説明す
る。なお、図2に示す制御フローチャートは、制御装置
23の内部ROMに制御プログラムとして記憶されてい
る。
Next, with reference to the control characteristics shown in FIG. 3, a control operation for preventing the combustor overheating of the fuel cell system for a mobile body will be described according to a control flowchart shown in FIG. Note that the control flowchart shown in FIG. 2 is stored as a control program in the internal ROM of the control device 23.

【0027】まず、ステップS100では、制御装置2
3は、燃焼器13の温度センサ49からの信号値(燃焼
器13の温度Tb)を読み込む。そして、ステップS1
10では、制御装置23は、温度センサ49から読み込
まれた燃焼器温度Tbが予め設定された上限温度T2
(図3参照)よりも高いか否かを判断する。
First, in step S100, the control device 2
3 reads the signal value (temperature Tb of the combustor 13) from the temperature sensor 49 of the combustor 13. Then, step S1
At 10, the control device 23 sets the combustor temperature Tb read from the temperature sensor 49 to the preset upper limit temperature T2.
It is determined whether it is higher than (see FIG. 3).

【0028】この判断の結果、燃焼器温度Tbが上限温
度T2 よりも高い場合には、燃焼器13が過熱状態にあ
るものと判定して、ステップS120に進む。このステ
ップS120では、バイパスバルブ45,47を開き、
かつ、コンデンサバルブ41,43を閉じる制御信号を
各バルブ41,43,45,47に送る。これを受けた
バイパスバルブ45,47では、制御信号に応じて開弁
してバイパス通路37,39を開き、また、コンデンサ
バルブ41,43では、制御信号に応じて閉弁してコン
デンサ11への通路を閉じる。
If the result of this determination is that the combustor temperature Tb is higher than the upper limit temperature T2, it is determined that the combustor 13 is in an overheated state, and the routine proceeds to step S120. In this step S120, the bypass valves 45 and 47 are opened,
At the same time, a control signal for closing the condenser valves 41, 43 is sent to the valves 41, 43, 45, 47. In response to this, the bypass valves 45 and 47 open according to the control signal to open the bypass passages 37 and 39, and the condenser valves 41 and 43 close according to the control signal to open the bypass passages 37 and 39. Close the passage.

【0029】この結果、燃料電池スタック9から排出さ
れた排出ガス(排出改質ガスと排出空気)は、コンデン
サ11を通らずにバイパス通路37,39を通って燃焼
器13に流入する。すなわち、燃料電池スタック9から
排出された排出ガス(排出改質ガスと排出空気)は、こ
の排出ガス中に含まれる多量の水蒸気が回収されること
なく燃焼器13に導かれ、燃焼処理される。
As a result, the exhaust gas (exhaust reformed gas and exhaust air) discharged from the fuel cell stack 9 flows into the combustor 13 through the bypass passages 37 and 39 without passing through the condenser 11. That is, the exhaust gas (exhaust reformed gas and exhaust air) discharged from the fuel cell stack 9 is guided to the combustor 13 without collecting a large amount of water vapor contained in the exhaust gas, and is subjected to the combustion processing. .

【0030】したがって、燃焼処理される排出ガス中に
は多量の水蒸気が含まれることになり、燃焼ガスの比熱
が大きくなるため、燃焼温度が大きく低下し、燃焼器1
3の過熱が防止される。例えば、燃料電池スタック9か
らの排出ガスをコンデンサ11を通さずに直接燃焼器1
3に導いて燃焼させた場合の燃焼器13での燃焼温度
は、燃焼器13に導入される水蒸気の量が約2倍程度に
なるため、約85℃程度下がる。
Therefore, a large amount of water vapor is contained in the exhaust gas subjected to the combustion treatment, and the specific heat of the combustion gas is increased.
3 is prevented from overheating. For example, the exhaust gas from the fuel cell stack 9 is directly passed through the combustor 1 without passing through the condenser 11.
The combustion temperature in the combustor 13 when the combustion is led to 3 is lowered by about 85 ° C. because the amount of steam introduced into the combustor 13 is about twice as large.

【0031】これに対し、燃焼器温度Tbが上限温度T
2 以下である場合には、ステップS130に進む。この
ステップS130では、さらに、燃焼器温度Tbがあら
かじめ設定された下限温度T1 (図3参照)よりも低い
か否かを判断する。
On the other hand, when the combustor temperature Tb is equal to the upper limit temperature T
If it is less than or equal to 2, the process proceeds to step S130. In this step S130, it is further determined whether or not the combustor temperature Tb is lower than a preset lower limit temperature T1 (see FIG. 3).

【0032】この判断の結果、燃焼器温度Tbが下限温
度T1 よりも低い場合には、燃焼器13は過熱状態にな
いものと判定して、ステップS140に進む。このステ
ップS140では、コンデンサバルブ41,43を開
き、かつ、バイパスバルブ45,47を閉じる制御信号
を各バルブ41,43,45,47に送る。これを受け
たコンデンサバルブ41,43では、制御信号に応じて
開弁してコンデンサ11への通路を開き、また、バイパ
スバルブ45,47では、制御信号に応じて閉弁してバ
イパス通路37,39を閉じる。
If the result of this determination is that the combustor temperature Tb is lower than the lower limit temperature T1, it is determined that the combustor 13 is not in an overheated state, and the routine proceeds to step S140. In this step S140, a control signal for opening the condenser valves 41, 43 and closing the bypass valves 45, 47 is sent to the valves 41, 43, 45, 47. In response to this, the condenser valves 41 and 43 open according to the control signal to open the passage to the condenser 11, and the bypass valves 45 and 47 close according to the control signal to close the bypass passages 37 and. Close 39.

【0033】この結果、燃料電池スタック9から排出さ
れた排出ガス(排出改質ガスと排出空気)は、コンデン
サ11に導かれて、排出ガス(排出改質ガスと排出空
気)中に含まれる水蒸気が凝縮により回収された後、燃
焼器13に導かれて、燃焼処理される。
As a result, the exhaust gas (exhausted reformed gas and exhaust air) exhausted from the fuel cell stack 9 is guided to the condenser 11, and the steam contained in the exhaust gas (exhausted reformed gas and exhaust air) is discharged. After being recovered by condensation, it is guided to the combustor 13 where it is subjected to combustion processing.

【0034】これに対し、燃焼器温度Tbが下限温度T
1 以上である場合、すなわち、燃焼器温度Tbが下限温
度T1 以上上限温度T2 以下である場合には、各バルブ
41,43,45,47の現在の開閉状態を保持すべ
く、直ちにリターンする。すなわち、制御装置23は、
図3に示す制御特性のように、燃焼器13の温度Tbが
上限温度T2 よりも高くなった場合には、バイパス通路
37,39を開いて燃料電池スタック9からの排出ガス
をコンデンサ11をバイパスさせ、もって燃焼器13の
過熱を防止し、一方、燃焼器温度Tbが下限温度T1 よ
りも低くなった場合には、バイパス通路37,39を閉
じて燃料電池スタック9からの排出ガスをコンデンサ1
1へ導き、もって燃焼器13の過冷を防止する。
On the other hand, when the combustor temperature Tb is lower than the lower limit temperature T
If the temperature is equal to or higher than 1, that is, if the combustor temperature Tb is equal to or higher than the lower limit temperature T1 and equal to or lower than the upper limit temperature T2, the routine immediately returns to maintain the current open / closed state of each of the valves 41, 43, 45, and 47. That is, the control device 23
When the temperature Tb of the combustor 13 becomes higher than the upper limit temperature T2 as in the control characteristics shown in FIG. 3, the bypass passages 37 and 39 are opened to allow the exhaust gas from the fuel cell stack 9 to bypass the condenser 11. Thus, the overheat of the combustor 13 is prevented. On the other hand, when the combustor temperature Tb becomes lower than the lower limit temperature T1, the bypass passages 37 and 39 are closed to discharge the exhaust gas from the fuel cell stack 9 to the condenser 1.
1 to prevent overcooling of the combustor 13.

【0035】このようにして、ステップS100〜ステ
ップS140の各工程が繰り返されるので、燃焼器13
の過熱を防止しつつ燃焼器13の温度を一定の範囲に制
御することができる。
As described above, the respective steps from step S100 to step S140 are repeated.
The temperature of the combustor 13 can be controlled within a certain range while preventing overheating of the combustor 13.

【0036】この結果、第1の実施の形態に関する効果
としては、燃焼器13に設けられた温度センサ49から
読み込まれた燃焼器温度があらかじめ設定された上限温
度を超えた場合に、燃焼器13が過熱状態にあるものと
判定して、バイパス通路37,39を開いて燃料電池ス
タック9からの排出ガスをコンデンサ11をバイパスさ
せて燃焼器13に導くことで、大型の燃焼器を用いるこ
となく、燃焼器の過熱を防止することができる。
As a result, the effect of the first embodiment is that when the temperature of the combustor read from the temperature sensor 49 provided in the combustor 13 exceeds the preset upper limit temperature, Is determined to be in an overheated state, the bypass passages 37 and 39 are opened, and the exhaust gas from the fuel cell stack 9 is guided to the combustor 13 by bypassing the condenser 11 without using a large-sized combustor. Thus, overheating of the combustor can be prevented.

【0037】(第2の実施の形態)図4は、本発明の第
2の実施の形態に係る燃料電池システムの燃焼器過熱防
止のための制御動作を説明するための制御フローチャー
トである。なお、第2の実施の形態は、図1に示す第1
の実施の形態に対応する燃料電池システムと同様の構成
を有しており、その説明を省略することとする。
(Second Embodiment) FIG. 4 is a control flowchart for explaining a control operation for preventing a combustor from overheating in a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the first embodiment shown in FIG.
It has the same configuration as that of the fuel cell system corresponding to the embodiment, and the description thereof will be omitted.

【0038】第2の実施の形態の特徴は、第1の実施の
形態では、燃焼器温度が所定値(上限温度)を超えた場
合に燃焼器13の温度を下げる処置を施しているのに対
し、燃焼器温度とその時間微分値(以下単に微分値とい
う)とに基づいて、燃焼器13が過熱状態に向かってい
ることを事前に察知した際にも燃焼器13の温度を下げ
る処置を施すことにある。
A feature of the second embodiment is that, in the first embodiment, a measure is taken to lower the temperature of the combustor 13 when the combustor temperature exceeds a predetermined value (upper limit temperature). On the other hand, on the basis of the combustor temperature and its time differential value (hereinafter simply referred to as the differential value), a measure for lowering the temperature of the combustor 13 even when it is detected in advance that the combustor 13 is approaching an overheated state. To be applied.

【0039】図5は、そのための制御マップである。こ
の制御マップの領域Aは、第2の実施の形態において燃
焼器13の温度を下げる処置を施す領域であって、燃焼
器13が現在過熱状態にあると判定され又は将来過熱状
態になると予測される領域である。制御マップの領域B
は、第2の実施の形態において燃焼器13の温度を下げ
る処置を施さない領域であって、燃焼器13が現在過熱
状態にないと判定されかつ将来過熱状態にならないと予
測される領域である。なお、図4に示す制御フローチャ
ート及び図5に示す制御マップは、制御装置23aの内
部ROMに制御プログラム及びデータテーブルとして記
憶されている。
FIG. 5 is a control map for that purpose. The region A of the control map is a region in which the action of lowering the temperature of the combustor 13 is performed in the second embodiment, and it is determined that the combustor 13 is currently in a superheated state or is predicted to be in a future superheated state. Area. Control map area B
Is a region in which the action of lowering the temperature of the combustor 13 is not performed in the second embodiment, and is a region where it is determined that the combustor 13 is not currently in a superheated state and is predicted not to be in a future superheated state. . The control flowchart shown in FIG. 4 and the control map shown in FIG. 5 are stored in the internal ROM of the control device 23a as a control program and a data table.

【0040】まず、ステップS200では、制御装置2
3aは、燃焼器13の温度センサ49からの信号値(燃
焼器13の温度)を読み込む。そして、ステップS21
0では、温度センサ49から読み込んだ燃焼器温度Tb
の微分値ΔTbを求める。なお、この微分値ΔTbは、
例えば、今回と前回の燃焼器温度Tbの差分を求めるこ
とによって得られる。
First, in step S200, the control device 2
3a reads the signal value (temperature of the combustor 13) from the temperature sensor 49 of the combustor 13. Then, step S21
0, the combustor temperature Tb read from the temperature sensor 49
Is calculated. Note that this differential value ΔTb is
For example, it is obtained by calculating the difference between the current and previous combustor temperatures Tb.

【0041】そして、ステップS220では、制御装置
23aは、温度センサ49から読み込まれた燃焼器温度
Tbとその微分値ΔTbとの組合せが、図5に示す制御
マップの領域Aであるか否かを判断する。この判断の結
果、制御マップの領域Aである場合には、燃焼器13が
過熱状態にある又は過熱状態に向かっているものと判断
して、ステップS230に進む。
In step S220, the control device 23a determines whether or not the combination of the combustor temperature Tb read from the temperature sensor 49 and its differential value ΔTb is the area A of the control map shown in FIG. to decide. If the result of this determination is that the area is the area A of the control map, it is determined that the combustor 13 is in an overheated state or is approaching an overheated state, and the process proceeds to step S230.

【0042】このステップS230では、バイパスバル
ブ45,47を開き、かつ、コンデンサバルブ41,4
3を閉じる制御信号を各バルブ41,43,45,47
に送る。これを受けたバイパスバルブ45,47では、
制御信号に応じて開弁してバイパス通路37,39を開
き、また、コンデンサバルブ41,43では、制御信号
に応じて閉弁してコンデンサ11への通路を閉じる。
In step S230, the bypass valves 45 and 47 are opened, and the condenser valves 41 and 4 are opened.
The control signal for closing 3 is transmitted to each of the valves 41, 43, 45, 47.
Send to In response to this, the bypass valves 45 and 47
The bypass valves 37 and 39 are opened according to the control signal to open the bypass passages 37 and 39, and the condenser valves 41 and 43 are closed according to the control signal to close the passage to the condenser 11.

【0043】この結果、燃料電池スタック9から排出さ
れた排出ガス(排出改質ガスと排出空気)は、コンデン
サ11を通らずにバイパス通路37,39を通って燃焼
器13に流入する。すなわち、燃料電池スタック9から
排出された排出ガス(排出改質ガスと排出空気)は、こ
の排出ガス中に含まれる多量の水蒸気が回収されること
なく燃焼器13に導かれ、燃焼処理される。したがっ
て、燃焼処理される排出ガス中には多量の水蒸気が含ま
れることになり、燃焼ガスの比熱が大きくなるため、前
述したように、燃焼温度が大きく低下し、燃焼器13の
過熱が防止される。
As a result, the exhaust gas (exhaust reformed gas and exhaust air) discharged from the fuel cell stack 9 flows into the combustor 13 through the bypass passages 37 and 39 without passing through the condenser 11. That is, the exhaust gas (exhaust reformed gas and exhaust air) discharged from the fuel cell stack 9 is guided to the combustor 13 without collecting a large amount of water vapor contained in the exhaust gas, and is subjected to the combustion processing. . Therefore, a large amount of water vapor is contained in the exhaust gas subjected to the combustion treatment, and the specific heat of the combustion gas is increased. As described above, the combustion temperature is significantly reduced, and the overheating of the combustor 13 is prevented. You.

【0044】これに対し、制御マップの領域Bである場
合には、燃焼器13は過熱状態になくしかも過熱状態に
向かっていないものと判断して、ステップS240に進
む。
On the other hand, if it is the area B of the control map, it is determined that the combustor 13 is not in the overheated state and is not going to the overheated state, and the process proceeds to step S240.

【0045】このステップS240では、コンデンサバ
ルブ41,43を開き、かつ、バイパスバルブ45,4
7を閉じる制御信号を各バルブ41,43,45,47
に送る。これを受けたコンデンサバルブ41,43で
は、制御信号に応じて開弁してコンデンサ11への通路
を開き、また、バイパスバルブ45,47では、制御信
号に応じて閉弁してバイパス通路37,39を閉じる。
In step S240, the condenser valves 41 and 43 are opened, and the bypass valves 45 and 4 are opened.
The control signal for closing the valve 7 is transmitted to each of the valves 41, 43, 45, 47.
Send to In response to this, the condenser valves 41 and 43 open according to the control signal to open the passage to the condenser 11, and the bypass valves 45 and 47 close according to the control signal to close the bypass passages 37 and. Close 39.

【0046】この結果、燃料電池スタック9から排出さ
れた排出ガス(排出改質ガスと排出空気)は、コンデン
サ11に導かれて、排出ガス(排出改質ガスと排出空
気)中に含まれる水蒸気が凝縮により回収された後、燃
焼器13に導かれて、燃焼処理される。
As a result, the exhaust gas (exhausted reformed gas and exhaust air) exhausted from the fuel cell stack 9 is guided to the condenser 11 and the steam contained in the exhaust gas (exhausted reformed gas and exhaust air) is discharged. After being recovered by condensation, it is guided to the combustor 13 where it is subjected to combustion processing.

【0047】このようにして、ステップS200〜ステ
ップS240の各工程が繰り返されるので、燃焼器13
の過熱を防止しつつ燃焼器13の温度を一定の範囲に制
御することができる。
As described above, the steps S200 to S240 are repeated, so that the combustor 13
The temperature of the combustor 13 can be controlled within a certain range while preventing overheating of the combustor 13.

【0048】この結果、第2の実施の形態に関する効果
は、上述した第1の実施の形態に関する効果に加えて、
温度センサ49から読み込まれた燃焼器温度Tbとその
微分値ΔTbとに基づいて、燃焼器13が過熱状態にあ
るか否かを判断することで、燃焼器13の将来の過熱状
態をも予測することができ、燃焼器13が過熱状態に向
かっていることを事前に察知した際にも燃焼器13の温
度を下げる処置を施すことができる。
As a result, the effect of the second embodiment is the same as that of the first embodiment.
By determining whether the combustor 13 is in an overheated state based on the combustor temperature Tb read from the temperature sensor 49 and the derivative ΔTb thereof, a future overheated state of the combustor 13 is also predicted. Therefore, when it is detected in advance that the combustor 13 is approaching an overheated state, a measure for lowering the temperature of the combustor 13 can be taken.

【0049】なお、第1の実施の形態及び第2の実施の
形態では、温度センサ49を燃焼器13に設けた場合を
例にとって説明したが、これに限定されるわけではな
い。例えば、燃焼器13の排気ガス出口や蒸発器15の
排気ガス入口などに温度センサを設けてもよい。
In the first and second embodiments, the case where the temperature sensor 49 is provided in the combustor 13 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, a temperature sensor may be provided at the exhaust gas outlet of the combustor 13 or the exhaust gas inlet of the evaporator 15.

【0050】(第3の実施の形態)図6は、本発明の第
3の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を示す図
である。なお、第3の実施の形態は、図1に示す第1の
実施の形態に対応する燃料電池システムと同様の基本的
構成を有しており、同一の構成要素には同一の符号を付
し、その説明を省略することとする。
(Third Embodiment) FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention. The third embodiment has the same basic configuration as the fuel cell system corresponding to the first embodiment shown in FIG. 1, and the same components are denoted by the same reference numerals. , The description of which will be omitted.

【0051】第3の実施の形態の特徴は、図6に示すよ
うに、バッテリ17にバッテリ17の充電率(SOC)
を検出するバッテリセンサ(充電状態検出手段)51を
設け、バッテリセンサ51からのSOC値、並びにポジ
ションセンサ27からのアクセル踏み込み量及びその時
間微分値(以下単に微分値という)に基づいて、燃焼器
13が過熱状態に向かっていることを事前に察知した際
にも燃焼器13の温度を下げる処置を施すことにある。
The feature of the third embodiment is that, as shown in FIG. 6, the battery 17 has a charging rate (SOC) of the battery 17.
Is provided based on the SOC value from the battery sensor 51, the accelerator depression amount from the position sensor 27, and the time derivative thereof (hereinafter simply referred to as the derivative value). It is also to take a measure to lower the temperature of the combustor 13 even when it is detected in advance that the fuel cell 13 is approaching an overheated state.

【0052】次に、図8に示す制御マップを参照して、
図7に示す制御フローチャートに従って燃料電池システ
ムの燃焼器過熱防止のための制御動作を説明する。な
お、図7に示す制御フローチャート及び図8に示す制御
マップは、制御装置23bの内部ROMに制御プログラ
ム及びデータテーブルとして記憶されている。
Next, referring to the control map shown in FIG.
The control operation for preventing the combustor from overheating in the fuel cell system will be described with reference to the control flowchart shown in FIG. The control flowchart shown in FIG. 7 and the control map shown in FIG. 8 are stored in the internal ROM of the control device 23b as a control program and a data table.

【0053】まず、ステップS300では、制御装置2
3bは、ポジションセンサ27からの信号値(アクセル
ペダル25の操作量、すなわち、アクセルの踏み込み
量)を読み込む。そして、ステップS310では、ポジ
ションセンサ27から読み込んだアクセル踏み込み量の
微分値(ここでは、アクセルリリース速度)を求める。
First, in step S300, the control device 2
3b reads the signal value from the position sensor 27 (the operation amount of the accelerator pedal 25, that is, the accelerator depression amount). Then, in step S310, a differential value (here, the accelerator release speed) of the accelerator depression amount read from the position sensor 27 is obtained.

【0054】そして、ステップS320では、制御装置
23bは、ポジションセンサ27から読み込まれたアク
セルの踏み込み量とその微分値(アクセルリリース速
度)との組合せが、図8に示す制御マップの領域Cであ
るか否かを判断する。
Then, in step S320, the control device 23b sets the combination of the accelerator depression amount read from the position sensor 27 and its differential value (accelerator release speed) in the area C of the control map shown in FIG. It is determined whether or not.

【0055】この判断の結果、制御マップの領域Cであ
る場合には、燃料電池スタック9のステップダウンの負
荷変動が生じており、燃焼器13が過熱状態になるおそ
れがあるものと判断して、ステップS330に進む。
If the result of this determination is that the area is the area C of the control map, it is determined that the load fluctuation of the fuel cell stack 9 has stepped down and the combustor 13 may be overheated. The process proceeds to step S330.

【0056】このステップS330では、さらに、バッ
テリセンサ51からの信号値(バッテリ17のSOC
値)を読み込む。そして、ステップS340では、バッ
テリセンサ51から読み込まれたバッテリ17のSOC
値に基づいて、バッテリ17が満充電状態であるか否か
を判断する。
In step S330, the signal value from the battery sensor 51 (the SOC of the battery 17)
Value). Then, in step S340, the SOC of the battery 17 read from the battery sensor 51
Based on the value, it is determined whether or not battery 17 is fully charged.

【0057】この判断の結果、バッテリ17が満充電状
態である場合には、燃料電池スタック9で余剰の改質ガ
スを用いて発電したとしても余剰の電力をバッテリ17
に充電することができないため、ステップS350に進
む。このステップS350では、燃料電池スタック9で
の発電を停止させるとともに、バイパスバルブ45,4
7を開き、かつ、コンデンサバルブ41,43を閉じる
制御信号を各バルブ41,43,45,47に送る。こ
れを受けたバイパスバルブ45,47では、制御信号に
応じて開弁してバイパス通路37,39を開き、また、
コンデンサバルブ41,43では、制御信号に応じて閉
弁してコンデンサ11への通路を閉じる。
As a result of this determination, when the battery 17 is in a fully charged state, even if the fuel cell stack 9 generates electric power using the surplus reformed gas, the surplus electric power is supplied to the battery 17.
, The process proceeds to step S350. In step S350, the power generation in the fuel cell stack 9 is stopped, and the bypass valves 45 and 4 are stopped.
7 and a control signal to close the condenser valves 41, 43 is sent to the valves 41, 43, 45, 47. In response to this, the bypass valves 45, 47 open in response to the control signal to open the bypass passages 37, 39.
The condenser valves 41 and 43 close in response to the control signal to close the passage to the condenser 11.

【0058】この結果、多量の余剰改質ガスを含む燃料
電池スタック9からの排出ガス(排出改質ガスと排出空
気)は、コンデンサ11を通らずにバイパス通路37,
39を通って燃焼器13に流入する。すなわち、燃料電
池スタック9から排出された排出ガス(排出改質ガスと
排出空気)は、この排出ガス中に含まれる多量の水蒸気
が回収されることなく燃焼器13に導かれ、燃焼処理さ
れる。したがって、燃焼処理される排出ガス中には多量
の水蒸気が含まれることになり、燃焼ガスの比熱が大き
くなるため、前述したように、燃焼温度が大きく低下
し、燃焼器13の過熱が防止される。
As a result, the exhaust gas (exhausted reformed gas and exhaust air) from the fuel cell stack 9 containing a large amount of surplus reformed gas does not pass through the condenser 11 but passes through the bypass passage 37,
It flows into the combustor 13 through 39. That is, the exhaust gas (the exhaust gas and the exhaust gas) discharged from the fuel cell stack 9 is guided to the combustor 13 without collecting a large amount of water vapor contained in the exhaust gas, and is subjected to a combustion process. . Therefore, a large amount of water vapor is contained in the exhaust gas subjected to the combustion treatment, and the specific heat of the combustion gas is increased. As described above, the combustion temperature is significantly reduced, and the overheating of the combustor 13 is prevented. You.

【0059】これに対し、バッテリ17が満充電状態で
ない場合には、燃料電池スタック9で余剰の改質ガスを
用いて発電して余剰の電力をバッテリ17に充電するこ
とができるため、ステップS360に進む。このステッ
プS360では、燃料電池スタック9での発電を維持さ
せるとともに、コンデンサバルブ41,43を開き、か
つ、バイパスバルブ45,47を閉じる制御信号を各バ
ルブ41,43,45,47に送る。これを受けたコン
デンサバルブ41,43では、制御信号に応じて開弁し
てコンデンサ11への通路を開き、また、バイパスバル
ブ45,47では、制御信号に応じて閉弁してバイパス
通路37,39を閉じる。
On the other hand, when the battery 17 is not in the fully charged state, the fuel cell stack 9 can generate electric power by using the surplus reformed gas and charge the surplus electric power to the battery 17, so that step S360 is performed. Proceed to. In this step S360, the power generation in the fuel cell stack 9 is maintained, and a control signal for opening the condenser valves 41, 43 and closing the bypass valves 45, 47 is sent to the valves 41, 43, 45, 47. In response to this, the condenser valves 41 and 43 open according to the control signal to open the passage to the condenser 11, and the bypass valves 45 and 47 close according to the control signal to close the bypass passages 37 and. Close 39.

【0060】この結果、燃料電池スタック9から排出さ
れた排出ガス(排出改質ガスと排出空気)は、コンデン
サ11に導かれて、排出ガス(排出改質ガスと排出空
気)中に含まれる水蒸気が凝縮により回収された後、燃
焼器13に導かれて、燃焼処理される。この間、燃料電
池スタック9での発電は維持されているため、余剰の改
質ガスは燃料電池スタック9で消費される。したがっ
て、燃料電池スタック9からの排出改質ガス中の水素濃
度は、燃料電池スタック9の発電によって低下し、燃焼
器13の過熱が防止される。なお、このとき、燃料電池
スタック9で発電された余剰電力は、バッテリ17に充
電する。
As a result, the exhaust gas (exhausted reformed gas and exhaust air) discharged from the fuel cell stack 9 is guided to the condenser 11 and the steam contained in the exhaust gas (exhausted reformed gas and exhaust air) is discharged. After being recovered by condensation, it is guided to the combustor 13 where it is subjected to combustion processing. During this time, since the power generation in the fuel cell stack 9 is maintained, the surplus reformed gas is consumed in the fuel cell stack 9. Therefore, the hydrogen concentration in the reformed gas exhausted from the fuel cell stack 9 is reduced by the power generation of the fuel cell stack 9, and the overheating of the combustor 13 is prevented. At this time, the surplus power generated by the fuel cell stack 9 charges the battery 17.

【0061】また、ステップS320の判断の結果、制
御マップの領域Dである場合には、燃料電池スタック9
のステップダウンの負荷変動が生じておらず、燃焼器1
3が過熱状態になるおそれはないものと判断して、ステ
ップS370に進む。
If the result of determination in step S320 is that the area is the area D of the control map, the fuel cell stack 9
No load fluctuation during the step-down of
Then, it is determined that there is no possibility that 3 will be overheated, and the process proceeds to step S370.

【0062】このステップS370では、コンデンサバ
ルブ41,43を開き、かつ、バイパスバルブ45,4
7を閉じる制御信号を各バルブ41,43,45,47
に送る。これを受けたコンデンサバルブ41,43で
は、制御信号に応じて開弁してコンデンサ11への通路
を開き、また、バイパスバルブ45,47では、制御信
号に応じて閉弁してバイパス通路37,39を閉じる。
In step S370, the condenser valves 41 and 43 are opened, and the bypass valves 45 and 4 are opened.
The control signal for closing the valve 7 is transmitted to each of the valves 41, 43, 45, 47.
Send to In response to this, the condenser valves 41 and 43 open according to the control signal to open the passage to the condenser 11, and the bypass valves 45 and 47 close according to the control signal to close the bypass passages 37 and. Close 39.

【0063】この結果、燃料電池スタック9から排出さ
れた排出ガス(排出改質ガスと排出空気)は、コンデン
サ11に導かれて、排出ガス(排出改質ガスと排出空
気)中に含まれる水蒸気が凝縮により回収された後、燃
焼器13に導かれて、燃焼処理される。
As a result, the exhaust gas (exhausted reformed gas and exhaust air) discharged from the fuel cell stack 9 is guided to the condenser 11 and the steam contained in the exhaust gas (exhausted reformed gas and exhaust air) is discharged. After being recovered by condensation, it is guided to the combustor 13 where it is subjected to combustion processing.

【0064】このようにして、ステップS300〜ステ
ップS370の各工程が繰り返されるので、燃焼器13
の過熱を防止しつつ燃焼器13の温度を一定の範囲に制
御することができる。この結果、第3の実施の形態に関
する効果は、上述した第1の実施の形態に関する効果に
加えて、バッテリセンサ51から読み取られたバッテリ
のSOC値、並びにポジションセンサ27からのアクセ
ル踏み込み量及びその微分値(アクセルリリース速度)
に基づいて、燃焼器13が過熱状態にあるか否かを判断
するすることで、燃料電池システムに対する要求負荷の
変動(特にステップダウン)とバッテリ17の充電状態
とに応じて燃焼器の将来の過熱状態を予測することがで
き、燃焼器13が過熱状態に向かっていることを事前に
察知した際に燃焼器13の温度を下げる処置を施すこと
ができる。なお、第1、第2及び第3の実施の形態で
は、燃料電池スタック9からの排出ガス(排出改質ガス
と排出空気)をコンデンサ11に導くかコンデンサ11
をバイパスさせるかの切替え制御を例にとって説明した
が、これに限定されるわけではない。例えば、開度の調
整が可能な可変流量バルブを用いて、燃焼器13の温度
及び/又はその微分値若しくは偏差に応じてバイパス量
を可変としてもよい。
As described above, the steps from step S300 to step S370 are repeated.
The temperature of the combustor 13 can be controlled within a certain range while preventing overheating of the combustor 13. As a result, in addition to the effects of the first embodiment described above, the effects of the third embodiment include the SOC value of the battery read from the battery sensor 51, the accelerator depression amount from the position sensor 27, and the Derivative value (accelerator release speed)
By determining whether the combustor 13 is in an overheated state on the basis of the above, the future load of the combustor according to the change in the load required for the fuel cell system (particularly, step-down) and the state of charge of the battery 17 is determined. An overheating state can be predicted, and a measure for lowering the temperature of the combustor 13 can be taken when it is previously detected that the combustor 13 is approaching the overheating state. In the first, second and third embodiments, the exhaust gas (exhaust reformed gas and exhaust air) from the fuel cell stack 9 is led to the condenser 11 or
The switching control for determining whether to bypass is described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the amount of bypass may be made variable in accordance with the temperature of the combustor 13 and / or its differential value or deviation by using a variable flow valve whose opening degree can be adjusted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態に係る燃料電池シス
テムの構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施の形態の燃料電池システムの燃焼器
過熱防止のための制御動作を説明するための制御フロー
チャートである。
FIG. 2 is a control flowchart for describing a control operation for preventing overheating of a combustor of the fuel cell system according to the first embodiment.

【図3】第1の実施の形態の制御特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating control characteristics according to the first embodiment.

【図4】本発明の第2の実施の形態に係る燃料電池シス
テムの燃焼器過熱防止のための制御動作を説明するため
の制御フローチャートである。
FIG. 4 is a control flowchart illustrating a control operation for preventing a combustor from overheating in a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

【図5】第2の実施の形態の制御マップを示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a control map according to the second embodiment.

【図6】本発明の第3の実施の形態に係る燃料電池シス
テムの構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.

【図7】第3の実施の形態の燃料電池システムの燃焼器
過熱防止のための制御動作を説明するための制御フロー
チャートである。
FIG. 7 is a control flowchart for explaining a control operation for preventing a combustor from overheating in the fuel cell system according to the third embodiment.

【図8】第3の実施の形態の制御マップを示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a control map according to the third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料改質器 7 コンプレッサ 9 燃料電池スタック 11 コンデンサ 13 燃焼器 15 蒸発器 17バッテリ 23,23a,23b 制御装置 25 アクセルペダル 27 ポジションセンサ 37,39 バイパス通路 41,43,45,47 バルブ 49 温度センサ 51 バッテリセンサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel reformer 7 Compressor 9 Fuel cell stack 11 Capacitor 13 Combustor 15 Evaporator 17 Battery 23, 23a, 23b Control device 25 Accelerator pedal 27 Position sensor 37, 39 Bypass passage 41, 43, 45, 47 Valve 49 Temperature sensor 51 Battery sensor

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水を用いて燃料を改質する燃料改質器
と、 この燃料改質器で改質された水素を含む改質ガスと酸素
を含むガスとを用いて発電する燃料電池スタックと、 この燃料電池スタックから排出された排出ガスから水を
回収する水回収器と、 この水回収器で水が回収された排出ガスを燃焼させる燃
焼器とを有する燃料電池システムにおいて、 前記燃料電池スタックから排出された排出ガスを、前記
水回収器を通さずに直接前記燃焼器に導くバイパス通路
と、 このバイパス通路を開閉する開閉手段と、 前記燃焼器が過熱状態にあるか否かを判断する判断手段
と、 前記燃焼器が過熱状態にあると判断された場合に、前記
燃料電池スタックから排出された排出ガスを前記バイパ
ス通路に導くように前記開閉手段を制御する制御手段と
を有することを特徴とする燃料電池システム。
1. A fuel reformer for reforming a fuel using water, and a fuel cell stack for generating electricity using a reformed gas containing hydrogen and a gas containing oxygen reformed by the fuel reformer A water recovery device that recovers water from exhaust gas discharged from the fuel cell stack; and a combustor that burns the exhaust gas from which water has been recovered by the water recovery device. A bypass passage that directly guides the exhaust gas discharged from the stack to the combustor without passing through the water recovery unit; an opening / closing unit that opens and closes the bypass passage; and determines whether the combustor is in an overheated state. And a control unit that controls the opening / closing unit to guide the exhaust gas discharged from the fuel cell stack to the bypass passage when it is determined that the combustor is in an overheated state. Fuel cell system, characterized in that.
【請求項2】 前記燃焼器の温度を検出する温度検出手
段を有し、 前記判断手段は、 前記温度検出手段からの信号値に基づいて、前記燃焼器
が過熱状態にあるか否かを判断することを特徴とする請
求項1記載の燃料電池システム。
2. A temperature detecting means for detecting a temperature of the combustor, wherein the judging means judges whether or not the combustor is overheated based on a signal value from the temperature detecting means. The fuel cell system according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記燃焼器の温度を検出する温度検出手
段を有し、 前記判断手段は、 前記温度検出手段からの信号値及びこの信号値の時間微
分値に基づいて、前記燃焼器が過熱状態にあるか否かを
判断することを特徴とする請求項1記載の燃料電池シス
テム。
3. A temperature detecting means for detecting a temperature of the combustor, wherein the judging means overheats the combustor based on a signal value from the temperature detecting means and a time differential value of the signal value. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein it is determined whether or not the fuel cell is in a state.
【請求項4】 バッテリの充電状態を検出する充電状態
検出手段と、 アクセルの踏み込み量を検出する踏込量検出手段とを有
し、 前記判断手段は、 前記充電状態検出手段からの信号値並びに前記踏込量検
出手段からの信号値及びこの信号値の時間微分値に基づ
いて、前記燃焼器が過熱状態にあるか否かを判断するこ
とを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
4. A charge state detection means for detecting a charge state of a battery, and a depression amount detection means for detecting a depression amount of an accelerator, wherein the determination means includes a signal value from the charge state detection means and 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein whether or not the combustor is in an overheated state is determined based on a signal value from the stepping amount detecting means and a time differential value of the signal value.
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