JP2002343384A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2002343384A
JP2002343384A JP2001146353A JP2001146353A JP2002343384A JP 2002343384 A JP2002343384 A JP 2002343384A JP 2001146353 A JP2001146353 A JP 2001146353A JP 2001146353 A JP2001146353 A JP 2001146353A JP 2002343384 A JP2002343384 A JP 2002343384A
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JP
Japan
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temperature
fuel cell
reformer
gas
heat
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Application number
JP2001146353A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuya Kobayashi
克也 小林
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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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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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system which maintains its performance. SOLUTION: A controller CTN judges whether the temperature T2 of combustion gas against the supplying volume FMI of fuel, is suitable or not. The judgment is performed by judging whether the volume of heat supplied to a reformer RFM by the combustion gas with a temperature T2 is equivalent to the volume of heat necessary to reform the supplied volume of the fuel or not. When the supplied heat volume exceeds the necessary heat volume, the controller CTN increases the opening degree of a flow rate control valve V3, and makes the flow volume of the air supplied to a combustion device CMB increase, and the temperature of the combustion gas is lowered. When the heat volume is insufficient, the flow volume is lowered and the temperature is increased. Supply of unnecessary heat volume to the reforming device RFM is prevented by controlling the temperature of the combustion gas, and generation of carbon monoxide is restrained.

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、燃料電池システム
に関しており、特に、改質器へと原料ガスの改質に必要
なエネルギを与える構成に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a structure for supplying a reformer with energy required for reforming a raw material gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池システムにおいては、原料ガス
であるメタノールから水素リッチなガスを生成するため
に、改質器が用いられる。改質器においては、触媒を用
いて改質反応を生じさせ、二酸化炭素と水素とを生じさ
せる。かかる改質反応に必要な熱量は、燃焼器における
燃焼によってまかなう。
2. Description of the Related Art In a fuel cell system, a reformer is used to generate a hydrogen-rich gas from a raw material gas, methanol. In the reformer, a reforming reaction is caused by using a catalyst to generate carbon dioxide and hydrogen. The amount of heat required for such a reforming reaction is provided by combustion in a combustor.

【0003】燃焼室から改質室へと熱量を与える構成と
して、特開平7−22051号公報に開示の構成を挙げ
ることができる。この構成は、燃焼器の温度上昇に対す
る改質器の温度上昇の遅れを考慮し、この遅れによって
生じ得る燃焼器および改質器の過熱を未然に防ぐことを
目的とする。具体的には、温度センサによって燃焼室の
上流部の温度を検出し、この温度が所定の温度範囲に収
まるように追焚ラインの燃料ガスまたは空気ラインの低
温空気流量を制御する。
As a configuration for applying heat from the combustion chamber to the reforming chamber, there is a configuration disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-22051. This configuration takes into account a delay in the temperature rise of the reformer with respect to the temperature rise of the combustor, and aims to prevent overheating of the combustor and the reformer that may be caused by the delay. Specifically, the temperature of the upstream portion of the combustion chamber is detected by a temperature sensor, and the low-temperature air flow rate of the fuel gas or the air line of the reheating line is controlled so that this temperature falls within a predetermined temperature range.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記の構成において
は、燃焼室の上流部の温度を所定範囲内に保つことによ
って燃焼室および改質器の過熱は防止されているが、一
酸化炭素の発生を抑制するという観点が明示されてはい
ない。原料ガスの供給量が少ない場合には燃焼室から与
えられる熱量が過剰となって、例えば改質器の上流側で
水素ガスの発生がほぼ完了してしまい、改質器の下流側
で以下の化学反応を引き起こしてしまう。
In the above configuration, overheating of the combustion chamber and the reformer is prevented by maintaining the temperature of the upstream portion of the combustion chamber within a predetermined range, but the generation of carbon monoxide is prevented. There is no explicit point of view of suppressing When the supply amount of the raw material gas is small, the amount of heat given from the combustion chamber becomes excessive, for example, the generation of hydrogen gas is almost completed on the upstream side of the reformer, and the following on the downstream side of the reformer: Causes a chemical reaction.

【0005】[0005]

【化1】H2+CO2→CO+H2O 一酸化炭素は燃料電池スタックの白金等を含んでなる燃
料極電極触媒を被毒し、その活性を著しく低下させてし
まうという問題点がある。ここで、改質ガス中の一酸化
炭素を燃料電池スタックの許容濃度にまで減少させるた
めに、一般に一酸化炭素除去装置が改質器の下流に取り
付けられるが、この装置の能力を超過した一酸化炭素濃
度の改質ガスを生成することは避けなければならない。
したがって、燃焼室上流部の温度を所定の温度範囲に保
つのみでは、燃料電池スタックの性能を保持するには不
充分である。
## STR1 ## H 2 + CO 2 → CO + H 2 O carbon monoxide and a fuel electrode catalyst comprising platinum or the like, of the fuel cell stack poisons, there is a problem that significantly reduce its activity. Here, in order to reduce the carbon monoxide in the reformed gas to the permissible concentration of the fuel cell stack, a carbon monoxide removing device is generally installed downstream of the reformer. The generation of reformed gas with a carbon oxide concentration must be avoided.
Therefore, maintaining only the temperature of the upstream portion of the combustion chamber within a predetermined temperature range is insufficient to maintain the performance of the fuel cell stack.

【0006】本発明は以上の問題点に関してなされたも
のであり、燃料電池スタックの被毒が回避されることに
よって性能が保持される燃料電池システムを提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system in which poisoning of a fuel cell stack is avoided and performance is maintained.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、原料ガス
に改質を行って水素リッチガスを生成する改質器(RF
M)と、前記水素リッチガスと酸化剤とを反応させて発
電する燃料電池スタック(ST)と、前記改質に必要な
熱量を燃焼によって生成し、前記改質器へと熱伝達流体
を介して付与する燃焼器(CMB)と、前記燃料電池ス
タックを被毒させるガスの発生が前記改質の際に抑制さ
れるように、前記原料ガスの供給量(FM1)に基づい
て前記熱伝達流体の温度(T2,T3)を制御する制御
装置(CTL)とを備える。
A first aspect of the present invention provides a reformer (RF) that reforms a raw material gas to generate a hydrogen-rich gas.
M), a fuel cell stack (ST) that generates power by reacting the hydrogen-rich gas and an oxidant, and generates heat required for the reforming by combustion, to the reformer via a heat transfer fluid. The combustion chamber (CMB) to be applied and the heat transfer fluid based on the supply amount (FM1) of the raw material gas so that generation of gas that poisons the fuel cell stack is suppressed during the reforming. A controller (CTL) for controlling the temperature (T2, T3).

【0008】第2の発明は、第1の発明であって、前記
制御装置(CTL)は、前記原料ガスの前記供給量(F
M1)が減ると、前記熱伝達流体の前記温度(T2,T
3)を低下させる燃料電池システム。
In a second aspect based on the first aspect, the control device (CTL) controls the supply amount (F) of the source gas.
M1) decreases, the temperature (T2, T2) of the heat transfer fluid
3) a fuel cell system that reduces

【0009】第3の発明は、第1または第2の発明であ
って、前記熱伝達流体の前記温度(T2,T3)は、前
記燃焼器(CMB)に供給される酸化剤または燃焼燃料
(FM3,FM4)のうちの少なくともいずれか一方の
供給量を調整することによって制御される。
[0009] A third invention is the first or second invention, wherein the temperature (T2, T3) of the heat transfer fluid is an oxidant or a combustion fuel (C) supplied to the combustor (CMB). The control is performed by adjusting the supply amount of at least one of FM3 and FM4).

【0010】第4の発明は、第1または第2の発明であ
って、前記燃焼器(CMB)は、前記燃料電池スタック
(ST)からの排ガス中の可燃性成分を燃焼させて前記
必要な熱量を生成し、前記熱伝達流体の前記温度(T
2)は、前記燃料電池スタック(ST)への前記酸化剤
の供給量を調整することによって制御される。
[0010] A fourth invention is the first or second invention, wherein the combustor (CMB) burns a combustible component in exhaust gas from the fuel cell stack (ST) to produce the necessary component. Generating a heat quantity, the temperature of the heat transfer fluid (T
2) is controlled by adjusting the supply amount of the oxidant to the fuel cell stack (ST).

【0011】第5の発明は、第1の発明であって、前記
熱伝達流体は、前記燃焼器(CMB)と前記改質器(R
FM)との間で、温度が該熱伝達流体とは異なる温度調
整用流体と混合されることによって温度(T2,T3)
を調整される。
In a fifth aspect based on the first aspect, the heat transfer fluid includes the combustor (CMB) and the reformer (R).
FM) and the temperature (T2, T3) by mixing with a temperature adjusting fluid whose temperature is different from the heat transfer fluid.
Will be adjusted.

【0012】第6の発明は、原料ガスに改質反応を生じ
させて水素リッチガスを生成する改質器(RFM)と、
前記改質器からのガスと酸化剤とを反応させて発電する
燃料電池スタック(ST)と、前記改質反応に必要なエ
ネルギを前記改質器に対して与えるエネルギ発生源(例
えば実施の形態の燃焼器CMB)と、前記エネルギ発生
源から前記改質器へと与えられるエネルギの分布に差を
設けることによって、前記改質反応の前記改質器におけ
る発生の分布を制御する制御装置(CNT)とを備え
る。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a reformer (RFM) for generating a hydrogen-rich gas by causing a reforming reaction in a source gas;
A fuel cell stack (ST) for generating electricity by reacting a gas from the reformer with an oxidizing agent, and an energy source for providing energy required for the reforming reaction to the reformer (for example, in the embodiment) And a control device (CNT) that controls the distribution of generation of the reforming reaction in the reformer by providing a difference in the distribution of energy supplied from the energy generation source to the reformer. ).

【0013】第7の発明は、第6の発明であって、前記
原料ガスはアルコールを含むガスであり、前記改質器
(RFM)は、酸素および水蒸気を用い、前記熱量を与
えて触媒反応を引き起こすことによって前記アルコール
から水素ガスを生成する。
A seventh invention is the sixth invention, wherein the raw material gas is a gas containing alcohol, and the reformer (RFM) uses oxygen and steam to give the calorific value and perform a catalytic reaction. To generate hydrogen gas from the alcohol.

【0014】第8の発明は、第6または第7の発明であ
って、前記エネルギ発生源(CMB)は、発生された熱
量を熱伝達流体を介して前記改質器(RFM)へと与え
る熱源であり、前記熱伝達流体は、前記改質器の上流側
よりも下流側の方が温度が低い。
An eighth invention is the sixth or seventh invention, wherein the energy generation source (CMB) supplies the generated amount of heat to the reformer (RFM) via a heat transfer fluid. It is a heat source, and the temperature of the heat transfer fluid is lower on the downstream side than on the upstream side of the reformer.

【0015】第9の発明は、第6の発明であって、前記
熱伝達流体は、複数の支流に分岐させられ(例えば実施
の形態のダクト室D1,D2)、前記複数の支流のうち
の少なくとも1つの支流は、前記エネルギ発生源(CM
B)と前記改質器(RFM)との間で、温度が該支流よ
りも低い温度調整用の流体と混合されることによって温
度(T3)が下げられ、前記制御装置(CNT)は、前
記温度調整用の流体の前記支流への混合量を操作するこ
とによって該支流の温度(T3)を制御する。
A ninth invention is the sixth invention, wherein the heat transfer fluid is branched into a plurality of branches (for example, the duct chambers D1 and D2 of the embodiment), and At least one tributary is connected to the energy source (CM).
B) and the reformer (RFM), the temperature (T3) is lowered by mixing with a temperature adjusting fluid whose temperature is lower than the tributary, and the control device (CNT) The temperature (T3) of the tributary is controlled by manipulating the mixing amount of the temperature adjusting fluid into the tributary.

【0016】なお、以上の記載において括弧付きで付さ
れた参照符号は、実施の形態の構成との対応を例示して
いる。これらの参照符号は、特許請求の範囲の事項を限
定することを意図したものではない。
In the above description, the reference numerals in parentheses illustrate the correspondence with the configuration of the embodiment. These references are not intended to limit the scope of the claims.

【0017】[0017]

【発明の作用および効果】第1の発明によると、原料ガ
スの供給量の変化に応じて熱伝達流体の温度が、例えば
第2の発明のように増減されて制御される。これによっ
て、例えば一酸化炭素のようなガスの発生が抑制される
温度範囲に改質器の温度が保たれる。これによって、燃
料電池スタックの性能が保持され、発電が安定化する。
According to the first aspect of the present invention, the temperature of the heat transfer fluid is controlled by increasing or decreasing the temperature of the heat transfer fluid in accordance with a change in the supply amount of the source gas, for example, as in the second aspect. As a result, the temperature of the reformer is maintained in a temperature range in which generation of a gas such as carbon monoxide is suppressed. As a result, the performance of the fuel cell stack is maintained, and power generation is stabilized.

【0018】第2の発明によると、原料ガスの供給量が
減少すると熱伝達流体の温度が低下させられ、第1の発
明の構成が簡易に実現される。
According to the second aspect of the present invention, when the supply amount of the raw material gas is reduced, the temperature of the heat transfer fluid is lowered, and the configuration of the first aspect of the present invention is easily realized.

【0019】第3の発明によると、酸化ガスまたは燃焼
燃料の供給量を調整することによって燃焼器の燃焼量が
制御される。これによって、第1の発明の構成が簡易に
実現される。
According to the third aspect, the combustion amount of the combustor is controlled by adjusting the supply amount of the oxidizing gas or the combustion fuel. Thereby, the configuration of the first invention is easily realized.

【0020】第4の発明によると、燃料電池スタックへ
の酸化剤の供給量を調整することによって燃焼器の燃焼
温度が制御される。これによって、第1の発明の構成が
簡易に実現される。
According to the fourth aspect, the combustion temperature of the combustor is controlled by adjusting the supply amount of the oxidant to the fuel cell stack. Thereby, the configuration of the first invention is easily realized.

【0021】第5の発明によると、燃焼器と改質器との
間で温度が異なる流体と混合されることによって熱伝達
流体の温度が調整される。これによって、第1の発明の
構成が簡易に実現される。
According to the fifth aspect, the temperature of the heat transfer fluid is adjusted by mixing with the fluid having different temperatures between the combustor and the reformer. Thereby, the configuration of the first invention is easily realized.

【0022】第6の発明によると、エネルギの分布を操
作することによって、改質器における改質反応の発生場
所を制御することが可能となる。エネルギの分布が低い
ところでは、改質反応に必要な量よりも多いエネルギが
与えられることによる副生成物の発生が未然に回避され
る。
According to the sixth aspect, by controlling the energy distribution, it is possible to control the place where the reforming reaction occurs in the reformer. Where the energy distribution is low, the generation of by-products due to the application of more energy than necessary for the reforming reaction is avoided.

【0023】第7の発明によると、触媒反応の副生成物
である一酸化炭素の発生が抑制される。これによって、
燃料電池スタックの被毒を効果的に回避することが可能
となる。
According to the seventh aspect, generation of carbon monoxide which is a by-product of the catalytic reaction is suppressed. by this,
Poisoning of the fuel cell stack can be effectively avoided.

【0024】第8の発明によると、改質反応が改質器の
前半部で終了する場合に後半部に余計な熱量が与えられ
ることによって生ずる不利益を回避することが可能とな
る。
According to the eighth aspect, when the reforming reaction is completed in the first half of the reformer, it is possible to avoid a disadvantage caused by applying excess heat to the second half.

【0025】第9の発明によると、温度調整用の流体を
混合するという簡易な構成によって第6の発明の構成を
実現することが可能となる。また、混合量を適宜操作す
ることによって熱伝達流体の温度を望み通りに設定する
ことが可能となり、制御性が向上する。
According to the ninth aspect, the configuration of the sixth aspect can be realized by a simple configuration in which a fluid for temperature adjustment is mixed. Further, by appropriately controlling the mixing amount, the temperature of the heat transfer fluid can be set as desired, and controllability is improved.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】実施の形態1.本実施の形態にお
いては、改質器に必要以上のエネルギを与えることを極
力回避することによって、燃料電池スタックを被毒させ
るガスの発生を防止する構成を示す。なお、以下では、
流量計および温度計に用いられる参照符号を、計測の対
象を参照することにも用いる。例えば、流量計FM1に
よって計測される原料の流量(供給量)は、供給量FM
1と呼ぶ。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 In the present embodiment, a configuration is shown in which generation of gas that poisons the fuel cell stack is prevented by minimizing the application of excessive energy to the reformer. In the following,
The reference symbols used for the flow meter and the thermometer are also used to refer to the measurement target. For example, the flow rate (supply amount) of the raw material measured by the flow meter FM1 is the supply amount FM.
Called 1.

【0027】図1は、本実施の形態の燃料電池システム
を例示する模式図である。蒸発器EVにはインジェクタ
IJ1によって液体の原料が与えられ、原料が気化させ
られる。原料としては、メタノール等の様々な炭化水素
と水とを含む液体を用いることができる。気化によって
得られた原料ガスは改質器RFMへと導入され、改質反
応が引き起こされることによって水素リッチな混合ガス
が生成される。この改質ガス中には、一酸化炭素が含ま
れている。この一酸化炭素を燃料電池スタックSTの許
容濃度以下にまで除去するために、改質器RFMの下流
側には一酸化炭素除去器RMVが設けられている。
FIG. 1 is a schematic view illustrating the fuel cell system of the present embodiment. A liquid raw material is provided to the evaporator EV by the injector IJ1, and the raw material is vaporized. As a raw material, a liquid containing various hydrocarbons such as methanol and water can be used. The raw material gas obtained by vaporization is introduced into the reformer RFM, and a reforming reaction is caused to generate a hydrogen-rich mixed gas. This reformed gas contains carbon monoxide. A carbon monoxide remover RMV is provided downstream of the reformer RFM in order to remove the carbon monoxide to a level lower than the allowable concentration of the fuel cell stack ST.

【0028】改質器RFMと一酸化炭素除去器RMVと
の間には、一酸化炭素を酸化させて二酸化炭素にするた
めに必要な酸素を含む空気を取り込む配管が設けられて
いる。そして、この配管には、空気の流量を調整するた
めの流量制御バルブV1が取り付けられている。改質器
RFMから送り出される混合ガスの温度T1は、温度計
T1によって計測される。一酸化炭素の酸化は発熱反応
であり、発生した熱量を冷却によって取り去るために、
一酸化炭素除去器RMV内部を冷却水が通過する。な
お、冷却水の代わりの冷却剤として空気またはその他の
流体を流しても良い。
A pipe is provided between the reformer RFM and the carbon monoxide remover RMV to take in air containing oxygen necessary for oxidizing carbon monoxide to carbon dioxide. A flow control valve V1 for adjusting the flow rate of air is attached to this pipe. Temperature T1 of the mixed gas sent from reformer RFM is measured by thermometer T1. The oxidation of carbon monoxide is an exothermic reaction, and the heat generated is removed by cooling.
Cooling water passes inside the carbon monoxide remover RMV. Note that air or other fluid may flow as a coolant instead of the cooling water.

【0029】一酸化炭素除去器RMVによって一酸化炭
素濃度が低下した改質ガスは、燃料電池スタックSTへ
と送られる。そして、流量制御バルブV2が取り付けら
れた配管を介して燃料電池スタックSTへと取り込まれ
た空気に含まれる酸素と改質ガスとが反応し、電力が発
生する。空気を取り込むためのこの配管には流量計FM
2が取り付けられており、これを用いてコントローラC
NTは空気の現在の流量を把握し、必要な流量が得られ
るように流量制御バルブV2の開度を制御する。
The reformed gas whose carbon monoxide concentration has been reduced by the carbon monoxide remover RMV is sent to the fuel cell stack ST. Then, oxygen contained in the air taken into the fuel cell stack ST via the pipe to which the flow control valve V2 is attached reacts with the reformed gas to generate electric power. This pipe for taking in air has a flow meter FM
2 is attached, and the controller C
The NT grasps the current flow rate of air and controls the opening of the flow control valve V2 so as to obtain a required flow rate.

【0030】スタックSTから排出される排改質ガスお
よび排空気はそれぞれ燃焼器CMBに送られる。これら
を燃焼させることによって発生する熱量によって、改質
器RMFにおける改質反応および蒸発器EVにおける気
化反応に必要な熱量(エネルギ)がまかなわれる。改質
反応および気化反応に用いられたガスは、系外へと排出
される。
The exhaust reformed gas and the exhaust air discharged from the stack ST are sent to a combustor CMB. The amount of heat generated by burning these components covers the amount of heat (energy) required for the reforming reaction in the reformer RMF and the vaporization reaction in the evaporator EV. The gas used for the reforming reaction and the vaporization reaction is discharged out of the system.

【0031】排改質ガスおよび排空気のみでは以上の反
応を引き起こすには不充分である場合に備え、これらを
補うように燃焼器CMBには燃焼器用燃料および空気が
追加される。燃焼器用の燃料はインジェクタIJ2によ
って追加され、空気は流量制御バルブV3が取り付けら
れた配管を介して追加される。追加用の燃料および空気
の流量はそれぞれ流量計FM4および流量計FM3によ
って計測され、これらのデータはコントローラCNTに
入力される。
In case that the exhaust reformed gas and the exhaust air alone are not sufficient to cause the above reaction, fuel and air for the combustor are added to the combustor CMB so as to compensate for them. The fuel for the combustor is added by the injector IJ2, and the air is added via a pipe fitted with a flow control valve V3. The flow rates of the additional fuel and air are measured by the flow meter FM4 and the flow meter FM3, respectively, and these data are input to the controller CNT.

【0032】コントローラCNTは、蒸発器EVの上流
に取り付けられた流量計FM1によって得られる液体原
料の流量から、改質器RFMに供給される原料ガスの流
量を把握する。そして、この流量から知ることができる
改質反応に必要な熱量よりも過剰な熱量を改質器RFM
に与えないように、燃焼器CMBから改質器RFMへと
送られる燃焼ガスの温度T2を制御する。
The controller CNT determines the flow rate of the raw material gas supplied to the reformer RFM from the flow rate of the liquid raw material obtained by the flow meter FM1 mounted upstream of the evaporator EV. Then, the amount of heat that is excess from the amount of heat necessary for the reforming reaction, which can be known from this flow rate, is supplied to the reformer RFM.
, The temperature T2 of the combustion gas sent from the combustor CMB to the reformer RFM is controlled.

【0033】燃焼ガスから改質器RFMに与えられる熱
量が供給される原料に見合っている(すなわち、燃焼ガ
スから与えられる熱量が、原料の改質反応自体に必要な
熱量と改質反応を確実に生じさせるために必要な最小限
の予備的な熱量とが合計されたものに等しい)場合に
は、改質器RFMに伝達された熱量のうち改質反応では
消費されなかった分によって一酸化炭素が発生してしま
うことが未然に回避される。
The amount of heat supplied from the combustion gas to the reformer RFM is commensurate with the supplied raw material (that is, the amount of heat supplied from the combustion gas ensures the amount of heat required for the raw material reforming reaction itself and the reforming reaction). Is equal to the sum of the minimum amount of preliminary heat required to generate the heat) and the amount of heat transferred to the reformer RFM that is not consumed in the reforming reaction. The generation of carbon is avoided beforehand.

【0034】図2は、改質される原料の流量FM1と燃
焼ガスの温度T2との関係を例示するグラフである。気
化に必要な熱量は、原料の流量FM1に比例する。した
がって、同図に示されるように、原料の流量FM1が増
大するにしたがって燃焼ガスの温度T2も高くせねばな
らない。コントローラCNTは、流量計FM1から得ら
れる原料の流量から、同図のグラフに基づいて燃焼ガス
の適切な温度を矢印によって示されるように知る。そし
て、この適切な温度から燃焼器CMBの燃焼量を計算
し、制御を行う。制御がうまくいっているか否かは、燃
焼器CMBと改質器RFMとの間の燃料ガスが通過する
配管P1に取り付けられた温度計T2によって知ること
ができる。そしてコントローラCNTは、温度T2が低
い場合には燃焼器CMBの燃焼量を増加させるかまたは
冷却量を減少させ、高い場合には燃焼量を減少させるか
または冷却量を増加させて燃焼ガスの温度T2を適切な
ものに設定する。
FIG. 2 is a graph illustrating the relationship between the flow rate FM1 of the raw material to be reformed and the temperature T2 of the combustion gas. The amount of heat required for vaporization is proportional to the flow rate FM1 of the raw material. Therefore, as shown in the figure, the temperature T2 of the combustion gas must be increased as the flow rate FM1 of the raw material increases. The controller CNT knows the appropriate temperature of the combustion gas based on the flow rate of the raw material obtained from the flow meter FM1 based on the graph of FIG. Then, the combustion amount of the combustor CMB is calculated from the appropriate temperature, and control is performed. Whether the control is successful or not can be known by the thermometer T2 attached to the pipe P1 through which the fuel gas passes between the combustor CMB and the reformer RFM. When the temperature T2 is low, the controller CNT increases the combustion amount of the combustor CMB or decreases the cooling amount, and when the temperature T2 is high, decreases the combustion amount or increases the cooling amount to increase the temperature of the combustion gas. Set T2 to an appropriate one.

【0035】なお、燃焼ガスの温度を原料の流量に対し
て制御することは、例えば以下の数式に基づいて行うこ
とができる。
Controlling the temperature of the combustion gas with respect to the flow rate of the raw material can be performed, for example, based on the following equation.

【0036】[0036]

【数1】 数1に用いられる記号の意味は、以下の通りである。(Equation 1) The meanings of the symbols used in Equation 1 are as follows.

【0037】Tg:燃焼ガス温度 Tlow≦Tg≦Thighを満たす Tlow:燃焼ガス温度の下限値、Thigh:燃焼ガ
ス温度の上限値 q1:改質に必要な吸熱量 q2:改質器放散熱量 q3:改質用燃料の顕熱補正値 X:単位燃料流量当たりの改質に必要な吸熱量 Qi:原料の流量 Qg:燃焼ガス流量 Cpg:燃焼ガスの比熱 Ti:改質用燃料温度 t:温度補正値 ここで、比熱Cpgは組成が変わると変化し、流量Qg
も制御の過程で変化する。従って、数1に基づいて温度
Tを繰り返し計算する必要がある。数1は、燃焼ガスの
温度Tgを求めるための基本の式である。実際に燃焼ガ
スの温度Tgを決定するには、反応器毎の性能を考慮し
なければならない。したがって、反応器の熱交換能力、
または改質能力等の考慮事項に応じて新たな補正係数を
数1に追加したり、数1の一部を修正したり、マップを
利用することによって、より適切な制御を行うことがで
きる。
Tg: Combustion gas temperature Tlow ≦ Tg ≦ High is satisfied Tlow: Lower limit of combustion gas temperature, High: Upper limit of combustion gas temperature q1: Heat absorption required for reforming q2: Heat dissipation to reformer q3: Sensible heat correction value of reforming fuel X: Endothermic amount required for reforming per unit fuel flow Qi: Raw material flow Qg: Combustion gas flow Cpg: Specific heat of combustion gas Ti: Reforming fuel temperature t: Temperature correction Here, the specific heat Cpg changes as the composition changes, and the flow rate Qg
Also change during the control process. Therefore, it is necessary to repeatedly calculate the temperature T based on Equation 1. Equation 1 is a basic equation for determining the temperature Tg of the combustion gas. In order to actually determine the temperature Tg of the combustion gas, the performance of each reactor must be considered. Therefore, the heat exchange capacity of the reactor,
Alternatively, more appropriate control can be performed by adding a new correction coefficient to Equation 1 according to considerations such as the reforming capacity, modifying a part of Equation 1, and using a map.

【0038】燃焼量の制御には、以下の様々な選択肢が
存在する。まず第1に、インジェクタIJ2によって供
給される追加の燃焼器用燃料と、流量制御バルブV3に
よって取り込みを制御される空気とのうちの少なくとも
一方の供給量を増減させて燃焼量を所望に設定すること
が挙げられる。具体的には、燃料の供給量を、燃焼量を
減少させたい場合には減少させ、増加させたい場合には
供給量を増加させれば良い。通常は、燃料を総て燃やす
のに必要である量よりも多量の空気が送り込まれてお
り、燃焼ガスの温度T2を減少させたい場合には空気の
量を増し、増加させたい場合には減少させれば良い。
There are various options for controlling the amount of combustion as follows. First, the combustion amount is set as desired by increasing or decreasing the supply amount of at least one of the additional combustor fuel supplied by the injector IJ2 and the air whose intake is controlled by the flow control valve V3. Is mentioned. Specifically, the fuel supply amount may be reduced when the combustion amount is to be reduced, and may be increased when the fuel supply amount is to be increased. Normally, a larger amount of air is supplied than is necessary to burn all the fuel, and the amount of air is increased when the temperature T2 of the combustion gas is to be decreased, and is decreased when the temperature T2 of the combustion gas is to be increased. You can do it.

【0039】図3は、燃焼器用燃料または燃焼器用空気
の供給量を制御する処理手順を例示するフローチャート
である。まず、ステップS1において、図1の流量計F
M1を用いて原料の供給量FM1を計測する。引き続く
ステップS2においては、温度計T2を用いて燃焼ガス
の温度T2を計測する。次に、ステップS3において、
原料の供給量FM1に対して燃焼ガスの温度T2が適切
であるか否かを、図2のグラフに基づいて判断する。適
切である(YES)と判断された場合には、ステップS
4において現在の運転状態が維持される。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a processing procedure for controlling the supply amount of the combustor fuel or the combustor air. First, in step S1, the flow meter F of FIG.
The supply amount FM1 of the raw material is measured using M1. In the following step S2, the temperature T2 of the combustion gas is measured using the thermometer T2. Next, in step S3,
Whether the temperature T2 of the combustion gas is appropriate for the supply amount FM1 of the raw material is determined based on the graph of FIG. If determined to be appropriate (YES), step S
At 4, the current operating state is maintained.

【0040】一方、適切ではない(NO)と判断された
場合には、ステップS6aにおいて、燃焼器に供給され
る燃料の量(FM4)または空気の量FM3を調整す
る。そして、ステップS1およびステップS2におい
て、原料の供給量FM1と調整後の燃焼量での燃焼ガス
の温度T2とをそれぞれ再度計測する。このようにし
て、ステップS3において供給量FM1に対して温度T
2が適切であると判断されるまでステップS6aおよび
ステップS1〜ステップS3の処理が繰り返される。な
お、ステップS6aの後にステップS1がなされるよう
にしたのは、燃焼ガスの温度T2が不適切から適切へと
代わるまでの間に原料の供給量FM1が変化する場合を
考慮したものである。
On the other hand, if it is determined that the fuel amount is not appropriate (NO), the amount of fuel (FM4) or the amount of air FM3 supplied to the combustor is adjusted in step S6a. In steps S1 and S2, the supply amount FM1 of the raw material and the temperature T2 of the combustion gas at the adjusted combustion amount are measured again. In this way, in step S3, the temperature T
Step S6a and the processing of steps S1 to S3 are repeated until it is determined that 2 is appropriate. The reason why step S1 is performed after step S6a is to consider a case where the supply amount FM1 of the raw material changes before the temperature T2 of the combustion gas changes from inappropriate to appropriate.

【0041】ステップS4に引き続くステップS5にお
いては、運転が続行されるか否かが判断される。続行の
場合には“YES”と判断され、ステップS1に戻る。
続行しない場合には“NO”と判断され、処理は終了す
る。
In step S5 following step S4, it is determined whether the operation is continued. In the case of continuation, "YES" is determined, and the process returns to step S1.
If not to continue, “NO” is determined and the process ends.

【0042】図3に例示される第1の選択肢に代わる第
2の選択肢として、図1の燃料電池スタックSTに供給
される空気の量FM2を、希望の燃焼温度に合わせて増
減させることが挙げられる。
As a second alternative to the first alternative illustrated in FIG. 3, the amount FM2 of air supplied to the fuel cell stack ST in FIG. 1 is increased or decreased according to a desired combustion temperature. Can be

【0043】図4は、図1の燃料電池スタックSTへの
空気の供給量を変化させて燃焼ガスの温度T2を所望に
設定する処理手順を例示するフローチャートである。同
図の手順は、図3のステップ6aの処理がステップS6
bの処理に代えられたものであり、他の部分は同一であ
る。ステップS6bにおいては、ステップS1〜ステッ
プS3の結果に応じてスタックSTへの空気の供給量F
M2を調整する。具体的には、燃焼ガスの温度T2を上
げたいときにはスタックSTへの空気の供給量FM2を
低下させ、下げたいときには供給量FM2を増加させ
る。このようにして燃焼器CMBに供給される空気の量
を変化させ、燃焼器CMBの燃焼温度を変える。このよ
うにして、図3の例と同様に燃焼ガスの温度T2が設定
される。
FIG. 4 is a flowchart exemplifying a processing procedure for changing the supply amount of air to the fuel cell stack ST in FIG. 1 to set the combustion gas temperature T2 as desired. In the procedure shown in FIG. 3, the processing in step 6a in FIG.
The processing is replaced with the processing of b, and the other parts are the same. In step S6b, the air supply amount F to the stack ST is determined according to the results of steps S1 to S3.
Adjust M2. Specifically, when it is desired to increase the temperature T2 of the combustion gas, the supply amount FM2 of air to the stack ST is decreased, and when it is desired to decrease, the supply amount FM2 is increased. Thus, the amount of air supplied to the combustor CMB is changed to change the combustion temperature of the combustor CMB. In this way, the temperature T2 of the combustion gas is set as in the example of FIG.

【0044】以上のようにして燃焼器CMBの燃焼温度
を制御することによって、改質器RFMに供給される燃
焼ガスの温度T2を所望に設定することが可能となる。
しかし、燃焼温度は一定のままで燃焼ガスの温度T2を
変化させることも可能である。例えば、燃焼ガスに温度
が異なる空気を混合しても良い。
By controlling the combustion temperature of the combustor CMB as described above, the temperature T2 of the combustion gas supplied to the reformer RFM can be set as desired.
However, it is also possible to change the temperature T2 of the combustion gas while keeping the combustion temperature constant. For example, air having different temperatures may be mixed with the combustion gas.

【0045】図5は、燃焼ガスに空気を混入して温度を
変化させる構成を例示する模式図である。図5の構成
は、空気の混入手段が図1の構成に新たに付加されたも
のであり、これに関しない部分の構成は図1と同一であ
る。以下、相違点について説明する。
FIG. 5 is a schematic view illustrating a configuration in which air is mixed into the combustion gas to change the temperature. The configuration in FIG. 5 is obtained by newly adding an air mixing unit to the configuration in FIG. 1, and the configuration of a portion that is not related thereto is the same as that in FIG. 1. Hereinafter, the differences will be described.

【0046】燃焼器CMBと改質器RFMとの間の燃焼
ガスが通過する配管P1には、新たに配管P2が接続さ
れている。この新たな配管P2には流量計FM5と流量
制御バルブV4とが取り付けられており、コントローラ
CNTによって、燃焼ガスへと所望の量の空気が混入さ
れる。さらに、配管P1には、空気が混入される部分よ
りも改質器RFM側に温度計T2が取り付けられてい
る。このような構成によって、コントローラCNTは温
度がより低い空気が混入された後の燃焼ガスの温度T2
を計測し、適切な温度と実際の温度T2との間に差があ
る場合には空気の混入量を変化させて差を無くす。具体
的には、実際の温度T2が適切な温度よりも高い場合に
は空気の混入量を増加させ、低い場合には減少させる。
A new pipe P2 is connected to the pipe P1 through which the combustion gas passes between the combustor CMB and the reformer RFM. A flow meter FM5 and a flow control valve V4 are attached to the new pipe P2, and a desired amount of air is mixed into the combustion gas by the controller CNT. Further, a thermometer T2 is attached to the pipe P1 on a side closer to the reformer RFM than a portion where air is mixed. With such a configuration, the controller CNT controls the temperature T2 of the combustion gas after the lower temperature air is mixed.
Is measured, and if there is a difference between the appropriate temperature and the actual temperature T2, the mixed amount of air is changed to eliminate the difference. Specifically, when the actual temperature T2 is higher than an appropriate temperature, the amount of air mixed is increased, and when the actual temperature T2 is low, the air mixing amount is decreased.

【0047】図6は、空気の混入量を調整することによ
って燃焼ガスの温度を制御する処理手順を例示するフロ
ーチャートである。図6の処理手順は、図3のステップ
S6aの処理がステップS6cの処理に置き換えられた
ものであり、他の部分は同一である。図5のコントロー
ラCNTは、ステップS3において原料の供給量FM1
に対して燃焼ガスの温度T2が適切ではないと判断する
と、ステップS6cにおいて燃焼ガスに混合する空気の
供給量FM5を調整する。この後、ステップS3におい
て“YES”と判断されるまで、ステップS1〜S3お
よびステップS6cの処理が繰り返され、燃焼ガスの温
度T2が適切なものとなる。
FIG. 6 is a flowchart exemplifying a processing procedure for controlling the temperature of the combustion gas by adjusting the mixed amount of air. In the processing procedure of FIG. 6, the processing of step S6a of FIG. 3 is replaced with the processing of step S6c, and the other parts are the same. In step S3, the controller CNT of FIG.
When it is determined that the temperature T2 of the combustion gas is not appropriate, the supply amount FM5 of the air mixed with the combustion gas is adjusted in step S6c. Thereafter, the processing of steps S1 to S3 and step S6c is repeated until "YES" is determined in step S3, and the temperature T2 of the combustion gas becomes appropriate.

【0048】他にも、冷却水によって燃焼ガスから熱を
奪い温度を低下させることも可能である。この場合に
は、冷却水の温度または流量を調節して燃焼ガスの温度
T2を所望に設定できる。
In addition, it is also possible to lower the temperature by removing heat from the combustion gas by the cooling water. In this case, the temperature T2 of the combustion gas can be set as desired by adjusting the temperature or flow rate of the cooling water.

【0049】以上の様々な方法によって所望の温度に設
定された燃焼ガスは、改質器RFMへと与えられる。図
7は、改質器RFMの構成を例示する断面斜視図であ
る。改質器RFMは、原料ガス(改質ガス)が流れる改
質触媒層CL1〜CL3と燃焼ガスが流れる燃焼ガス層
GL1〜GL2とが、熱の授受を効率的にするために交
互に積層されている。さらに熱の授受の効率を高め、か
つ改質効率を向上させるために、各々の層の内部にはプ
レートフィンが設けられてガスとの接触面積が増加させ
られている。
The combustion gas set to a desired temperature by the above various methods is supplied to the reformer RFM. FIG. 7 is a cross-sectional perspective view illustrating the configuration of the reformer RFM. In the reformer RFM, the reforming catalyst layers CL1 to CL3 in which the raw material gas (reformed gas) flows and the combustion gas layers GL1 to GL2 in which the combustion gas flows are alternately stacked to efficiently transfer heat. ing. In order to further increase the efficiency of heat transfer and improve the reforming efficiency, plate fins are provided inside each layer to increase the contact area with the gas.

【0050】改質触媒層CL1〜CL3に送り込まれた
原料ガスは、燃焼ガス層GL1〜GL2に送り込まれた
燃焼ガスから熱量を受け取り、改質触媒による改質反応
によって水素リッチなガスへと改質される。ここで、隣
り合う層の中のフィンは図示されるように互いに直交し
ており、改質器RFMは、原料ガス(改質ガス)の流れ
と燃焼ガスの流れとが互いに直交する直交流型となって
いる。なお、このような直交流型の構成は、改質触媒層
CL1〜CL3および燃焼ガス層GL1〜GL2にそれ
ぞれ原料ガスおよび燃焼ガスを送り込むダクトを大きく
作ることができるという利点も有する。このことは、流
れの方向における圧力損失の減少をもたらす。
The raw material gas sent to the reforming catalyst layers CL1 to CL3 receives heat from the combustion gas sent to the combustion gas layers GL1 to GL2, and is converted into a hydrogen-rich gas by a reforming reaction by the reforming catalyst. Quality. Here, the fins in adjacent layers are orthogonal to each other as shown, and the reformer RFM is a cross-flow type in which the flow of the raw material gas (reformed gas) and the flow of the combustion gas are orthogonal to each other. It has become. In addition, such a cross-flow type configuration also has an advantage that it is possible to make large ducts for feeding the raw material gas and the combustion gas to the reforming catalyst layers CL1 to CL3 and the combustion gas layers GL1 to GL2, respectively. This results in a reduced pressure drop in the direction of flow.

【0051】さらに、既述のように燃焼ガスの温度T2
はコントローラCTL(図1および図5)によって、改
質器RFMの上流側だけではなく全体にわたって改質反
応が生ずる程度に抑えられている。
Further, as described above, the combustion gas temperature T2
Is suppressed by the controller CTL (FIGS. 1 and 5) to such an extent that the reforming reaction occurs not only on the upstream side of the reformer RFM but also on the whole.

【0052】以上のような温度T2の抑制によって、改
質反応は改質器RFMにおいてまんべんなく生ずる。し
たがって、改質器RFMの上流側で原料ガスのほぼ全量
に対して改質反応が終了して下流側で熱量が余ってしま
い、これによって一酸化炭素が発生してしまうという事
態が未然に回避される。一酸化炭素による被毒によって
燃料電池スタックSTの性能が低下してしまうことが避
けられ、効率の良い発電を長期間に渡って行うことが可
能となる。さらに、改質器RFMの下流側で余った熱量
による改質触媒の加熱も回避される。
By controlling the temperature T2 as described above, the reforming reaction occurs uniformly in the reformer RFM. Therefore, it is possible to avoid a situation in which the reforming reaction is completed for almost all of the raw material gas on the upstream side of the reformer RFM and the calorific value is left on the downstream side, thereby generating carbon monoxide. Is done. Deterioration of the performance of the fuel cell stack ST due to poisoning by carbon monoxide is avoided, and efficient power generation can be performed over a long period of time. Further, the heating of the reforming catalyst due to the surplus heat on the downstream side of the reformer RFM is also avoided.

【0053】以上のような構成によって、負荷の要求す
る燃料電池スタックSTの発電量に応じて原料の供給量
FM1が変えられても、燃焼量または混入される空気量
を調整することによって、改質効率を落とさずに対応す
ることが可能である。
With the above configuration, even if the supply amount FM1 of the raw material is changed according to the power generation amount of the fuel cell stack ST required by the load, the amount of combustion or the amount of air to be mixed in is adjusted. It is possible to respond without reducing the quality efficiency.

【0054】実施の形態2.実施の形態1においては、
改質反応を改質器RFMにおいて均一に生じさせるよう
に燃焼ガスの全体の温度を調整する構成が示されてい
る。一方、本実施の形態においては、燃焼ガスの温度を
部分的に異ならせる構成を示す。
Embodiment 2 In the first embodiment,
A configuration is shown in which the overall temperature of the combustion gas is adjusted so that the reforming reaction occurs uniformly in the reformer RFM. On the other hand, the present embodiment shows a configuration in which the temperature of the combustion gas is partially changed.

【0055】図8は、本実施の形態の燃料電池システム
を例示する模式図である。同図の燃料電池システムは、
図5の燃料電池システムのうち、改質器RFMへと燃焼
ガスを送り込むダクトDが図示されるように二股に分岐
させられている。図9は、ダクトDの断面の構造を例示
する模式図である。例示されるようにダクトDは、途中
から分岐されることによって、ダクト室D1およびダク
ト室D2を有する。ダクト室D2には、温度計T3が備
えられている。そして、図8のコントローラCNTによ
ってダクト室D2内の温度T3が検知される。さらに、
図5においては配管P1に接続されていた配管P2なら
びにこれに取り付けられた流量計FM5および流量制御
バルブV4が、図8の構成においては、ダクトの一方の
部屋(この例ではダクト室D2)に取り付けられてい
る。これらに関する部分以外の構成は、図5および図8
それぞれの構成の間で共通している。このような構成の
変更に伴い、コントローラCNTの処理手順も図6の処
理手順に変更が加えられたものとなっている。以下、相
違点について説明を行う。
FIG. 8 is a schematic view illustrating the fuel cell system of the present embodiment. The fuel cell system shown in FIG.
In the fuel cell system of FIG. 5, a duct D for feeding combustion gas to the reformer RFM is branched into two as shown. FIG. 9 is a schematic view illustrating the cross-sectional structure of the duct D. As illustrated, the duct D has a duct chamber D1 and a duct chamber D2 by being branched from the middle. The duct chamber D2 is provided with a thermometer T3. Then, the temperature T3 in the duct chamber D2 is detected by the controller CNT in FIG. further,
In FIG. 5, the pipe P2 connected to the pipe P1 and the flow meter FM5 and the flow control valve V4 attached thereto are connected to one room of the duct (the duct chamber D2 in this example) in the configuration of FIG. Installed. Structures other than those relating to these are shown in FIGS.
Common to each configuration. Along with such a configuration change, the processing procedure of the controller CNT is also modified from the processing procedure of FIG. Hereinafter, differences will be described.

【0056】図9に例示されるように、ダクト室D2内
の燃焼ガスには図8の流量制御バルブV4によって空気
が混入される。これによってダクト室D2内の温度T3
が低下し、改質器RFMに与えられる熱量の密度は、原
料ガスの上流側では高くなり、下流側では低くなる。上
流側および下流側の燃焼ガスによってそれぞれ改質器に
与えられる熱量の合計を、供給量分の原料ガスの改質に
必要な程度に抑えることが本実施の形態の特徴となって
いる。
As illustrated in FIG. 9, air is mixed into the combustion gas in the duct chamber D2 by the flow control valve V4 in FIG. Thereby, the temperature T3 in the duct chamber D2
And the density of the amount of heat given to the reformer RFM increases on the upstream side of the raw material gas and decreases on the downstream side. It is a feature of the present embodiment that the total amount of heat provided to the reformer by the upstream and downstream combustion gases is suppressed to a level necessary for reforming the raw material gas by the supplied amount.

【0057】図10は、本実施の形態のコントローラC
NTの処理手順を例示するフローチャートである。同図
の処理手順は、図6の処理手順のステップS2、ステッ
プS3およびステップS6cがそれぞれ本実施の形態の
ステップS2d、ステップS3dおよびステップS6d
に置き換えられたものであり、他の部分は同一である。
図8のコントローラCNTは、まずステップS1におい
て、流量計FM1を用いて原料の供給量FM1を計測す
る。次に、ステップS2dにおいて、温度計T2および
温度計T3を用いて燃焼ガスの温度を配管P1およびダ
クト室D2の合計2点において計測して、温度T2およ
び温度T3を得る。ここで、配管P1において計測され
た温度T2をダクト室D1の温度として用いることがで
きる。
FIG. 10 shows a controller C according to the present embodiment.
It is a flowchart which illustrates the processing procedure of NT. In the processing procedure of FIG. 6, steps S2, S3, and S6c of the processing procedure of FIG. 6 correspond to steps S2d, S3d, and S6d of the present embodiment, respectively.
And the other parts are the same.
First, in step S1, the controller CNT of FIG. 8 measures the supply amount FM1 of the raw material using the flow meter FM1. Next, in step S2d, the temperature of the combustion gas is measured at a total of two points of the pipe P1 and the duct chamber D2 using the thermometer T2 and the thermometer T3 to obtain the temperature T2 and the temperature T3. Here, the temperature T2 measured in the pipe P1 can be used as the temperature of the duct chamber D1.

【0058】次に、ステップS3dにおいて、原料の供
給量FM1およびダクト室D1における燃焼ガスの温度
T2に対してダクト室D2の温度T3は適切か否かが判
断される。適切か否かの判断をどのように行えば良いか
について、以下に説明する。コントローラCNTはま
ず、ダクト室D1に流入する燃焼ガスによって原料ガス
に与えられる熱量を求める。そして、この熱量を、ステ
ップS1において計測された流量FM1分の原料を改質
するのに必要な熱量から引くと、残りの不足分の熱量が
わかる。この不足分の熱量がダクト室D2内の燃焼ガス
と混入された空気との混合ガスとによって与えられるよ
うに、ダクト室D2内の温度T3が決定される。このダ
クト室D2内の理想的な温度と実際の計測値T3とを比
較すれば、適切か否かがわかる。なお、ダクト室D2内
の温度T3は少なくとも原料の供給量FM1および燃焼
ガスの温度T2から一意に求まるので、予め計算式をコ
ントローラCNTに入力しておくと判断が迅速になる。
Next, in step S3d, it is determined whether the temperature T3 of the duct chamber D2 is appropriate for the supply amount FM1 of the raw material and the temperature T2 of the combustion gas in the duct chamber D1. How to determine whether or not it is appropriate will be described below. First, the controller CNT determines the amount of heat given to the source gas by the combustion gas flowing into the duct chamber D1. Then, when this calorie is subtracted from the calorie necessary for reforming the raw material for the flow rate FM1 measured in step S1, the remaining calorie is found. The temperature T3 in the duct chamber D2 is determined so that the insufficient amount of heat is given by the mixed gas of the combustion gas in the duct chamber D2 and the mixed air. By comparing the ideal temperature in the duct chamber D2 with the actual measured value T3, it can be determined whether the temperature is appropriate. In addition, since the temperature T3 in the duct chamber D2 is uniquely determined at least from the raw material supply amount FM1 and the combustion gas temperature T2, it is quicker to input a calculation formula into the controller CNT in advance.

【0059】ステップS3dにおいて適切(YES)と
判断された場合には、ステップS4以降の既述の処理が
行われる。一方、適切ではない(NO)と判断された場
合には、ステップS6dに進む。ステップS6dにおい
ては、ダクト室D2への空気の供給量FM5が、理想の
温度よりも実測の温度が高い場合には増加させられ、低
い場合には減少させられることによって調整される。そ
して、ステップS3dにおいて温度が適切と判断される
まで、ステップS1〜S3dおよびステップS6dの処
理が繰り返される。
If it is determined in step S3d that it is appropriate (YES), the above-described processing from step S4 is performed. On the other hand, if it is determined that it is not appropriate (NO), the process proceeds to step S6d. In step S6d, the air supply amount FM5 to the duct chamber D2 is adjusted by increasing the measured air temperature if the measured temperature is higher than the ideal temperature and decreasing the measured air temperature if the measured temperature is lower than the ideal temperature. Then, the processes of steps S1 to S3d and step S6d are repeated until the temperature is determined to be appropriate in step S3d.

【0060】以上のようにして図9に例示されるダクト
室D1およびダクト室D2の温度を異ならせることによ
って、より温度が高い改質器RFMの上流側では改質反
応を活発に引き起こし、より温度が低い下流側では緩慢
に引き起こすことが可能となる。すなわち、上流側と下
流側とで与える熱量に差を設けることによって、改質反
応の発生密度を上流側と下流側とで変えている。この構
成においても、原料の供給量FM1に対して過剰である
熱量が改質器RFMへと与えられることが無くなり、一
酸化炭素の発生等の不利益が実施の形態1の場合と同様
に回避される。一方、負荷が大きくなって原料の供給量
が増加させられるときには下流側の燃焼ガスへの空気の
混入量が減らされ、改質効率を低下させることなく改質
器RFMが改質を行う。負荷の増加に応じて最終的には
空気の混入量は“0”となり、改質器RFMの全体が余
すところ無く改質に用いられる。
As described above, by making the temperatures of the duct chamber D1 and the duct chamber D2 illustrated in FIG. 9 different from each other, the reforming reaction is actively caused on the upstream side of the higher temperature reformer RFM. On the downstream side where the temperature is low, it can be caused slowly. That is, by providing a difference in the amount of heat applied between the upstream side and the downstream side, the generation density of the reforming reaction is changed between the upstream side and the downstream side. Also in this configuration, the amount of heat that is excessive with respect to the supply amount FM1 of the raw material is not supplied to the reformer RFM, and disadvantages such as generation of carbon monoxide are avoided as in the first embodiment. Is done. On the other hand, when the load increases and the supply amount of the raw material is increased, the amount of air mixed into the downstream combustion gas is reduced, and the reformer RFM performs reforming without lowering the reforming efficiency. In response to the increase in the load, the mixed amount of the air eventually becomes “0”, and the entire reformer RFM is used for the reforming without any excess.

【0061】以上の説明においては下流側のダクト室D
2に空気を混入して温度を制御しているが、下流側のダ
クト室D2内の温度はそのままで上流側のダクト室D1
のみに空気を混入しても良い。この場合にも改質器RF
Mに余分な熱量を与えないという目的を達成することが
出来る。なお、この場合には、改質器RFMの下流側で
主に改質反応が生じることになる。また、両方のダクト
室D1およびダクト室D2に独立に空気を混入して温度
の制御を独立に行う構成を採用することも可能である。
さらに、実施の形態1と同様に、空気の混入の代わりに
冷却水によって熱量を奪い取っても良い。その他、ダク
ト室の個数は2個に制限されるものではなく、3個以上
にしても良い。
In the above description, the duct chamber D on the downstream side
2, the temperature is controlled by mixing air into the upstream duct chamber D1 while maintaining the temperature in the downstream duct chamber D2 as it is.
Only air may be mixed. Also in this case, the reformer RF
The objective of not giving extra heat to M can be achieved. In this case, a reforming reaction mainly occurs on the downstream side of the reformer RFM. It is also possible to adopt a configuration in which air is independently mixed into both duct chambers D1 and D2 to control the temperature independently.
Further, similarly to the first embodiment, the amount of heat may be taken by cooling water instead of mixing with air. In addition, the number of duct chambers is not limited to two, and may be three or more.

【0062】本実施の形態では、空気を燃焼ガスの一部
に対してどのくらい混入するかを決定することによっ
て、改質器RFM全体を使って改質を行うか、または改
質器RFMの一部を主に使って改質を行うかを決定でき
るようになっている。このような制御は、原料の供給量
FM1に応じて、改質器RFMの実質的な能力(大き
さ)を調整していることに相当するといえる。改質反応
を行う触媒のうち、供給量FM1分の原料に必要な部分
以外の部分の温度を低く保ち続けることができ、この部
分の触媒を休ませることが出来るという利点を本実施の
形態の構成は有する。
In this embodiment, by determining how much air is mixed into a part of the combustion gas, reforming is performed using the entire reformer RFM, or one of the reformers RFM is performed. It is possible to determine whether to perform reforming mainly by using a part. It can be said that such control corresponds to adjusting the substantial capacity (size) of the reformer RFM according to the raw material supply amount FM1. The advantage of the present embodiment is that the temperature of the part of the catalyst that performs the reforming reaction other than the part necessary for the raw material for the supply amount of FM1 can be kept low and the catalyst in this part can be rested. Configuration has.

【0063】以上、本発明を実施の形態を用いて説明し
たが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範
囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又
は改良を加えることができる。その様な変更又は改良を
加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、
特許請求の範囲の記載から明らかである。
Although the present invention has been described with reference to the embodiment, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiment. Various changes or improvements can be added to the above embodiment. It should be noted that such modified or improved embodiments may be included in the technical scope of the present invention.
It is clear from the description of the claims.

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

【図1】 実施の形態1の燃料電池システムの構成の一
例を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 1.

【図2】 原料の流量FM1に対して適切な燃焼ガスの
温度T2を求める方法を例示するグラフである。
FIG. 2 is a graph illustrating a method of obtaining an appropriate combustion gas temperature T2 with respect to a raw material flow rate FM1.

【図3】 実施の形態1のコントローラCNTの処理手
順の第1の例を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a first example of a processing procedure of the controller CNT according to the first embodiment;

【図4】 実施の形態1のコントローラCNTの処理手
順の第2の例を示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart illustrating a second example of the processing procedure of the controller CNT according to the first embodiment.

【図5】 実施の形態1の燃料電池システムの構成の他
例を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing another example of the configuration of the fuel cell system according to the first embodiment.

【図6】 実施の形態1のコントローラCNTの処理手
順の第3の例を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a third example of the processing procedure of the controller CNT according to the first embodiment.

【図7】 改質器RFMの構造を例示する断面斜視図で
ある。
FIG. 7 is a cross-sectional perspective view illustrating the structure of a reformer RFM.

【図8】 実施の形態2の燃料電池システムの構成の一
例を示す模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 2.

【図9】 ダクトDの断面の構造を例示する模式図であ
る。
FIG. 9 is a schematic view illustrating the cross-sectional structure of a duct D.

【図10】 実施の形態2のコントローラCLTの処理
手順を例示するフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart illustrating a processing procedure of a controller CLT according to the second embodiment;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

CMB 燃焼器 CTL コントローラ D ダクト D1,D2 ダクト室 FM1〜FM5 流量計および流量 RFM 改質器 ST 燃料電池スタック S1〜S5,S2d,S3d,S6a〜S6d ステッ
プ T1〜T3 温度計および温度
CMB Combustor CTL controller D Duct D1, D2 Duct chamber FM1 to FM5 Flow meter and flow rate RFM reformer ST Fuel cell stack S1 to S5, S2d, S3d, S6a to S6d Steps T1 to T3 Thermometer and temperature

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 原料ガスに改質を行って水素リッチガス
を生成する改質器と、 前記水素リッチガスと酸化剤とを反応させて発電する燃
料電池スタックと、 前記改質に必要な熱量を燃焼によって生成し、前記改質
器へと熱伝達流体を介して付与する燃焼器と、 前記燃料電池スタックを被毒させるガスの発生が前記改
質の際に抑制されるように、前記原料ガスの供給量に基
づいて前記熱伝達流体の温度を制御する制御装置とを備
える燃料電池システム。
1. A reformer that reforms a raw material gas to generate a hydrogen-rich gas, a fuel cell stack that generates power by reacting the hydrogen-rich gas and an oxidant, and burns a heat amount required for the reforming And a combustor that is generated and applied to the reformer via a heat transfer fluid, so that generation of a gas that poisons the fuel cell stack is suppressed during the reforming. A control device for controlling the temperature of the heat transfer fluid based on a supply amount.
【請求項2】 請求項1に記載の燃料電池システムであ
って、 前記制御装置は、前記原料ガスの前記供給量が減ると、
前記熱伝達流体の前記温度を低下させる燃料電池システ
ム。
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control device is configured to reduce the supply amount of the source gas.
A fuel cell system for reducing the temperature of the heat transfer fluid.
【請求項3】 請求項1または請求項2のいずれかに記
載の燃料電池システムであって、 前記熱伝達流体の前記温度は、前記燃焼器に供給される
酸化剤または燃焼燃料のうちの少なくともいずれか一方
の供給量を調整することによって制御される燃料電池シ
ステム。
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the temperature of the heat transfer fluid is at least one of an oxidant and a combustion fuel supplied to the combustor. A fuel cell system controlled by adjusting one of the supply amounts.
【請求項4】 請求項1または請求項2のいずれかに記
載の燃料電池システムであって、 前記燃焼器は、前記燃料電池スタックからの排ガス中の
可燃性成分を燃焼させて前記必要な熱量を生成し、 前記熱伝達流体の前記温度は、前記燃料電池スタックへ
の前記酸化剤の供給量を調整することによって制御され
る燃料電池システム。
4. The fuel cell system according to claim 1, wherein the combustor burns a combustible component in an exhaust gas from the fuel cell stack to produce the required heat quantity. And wherein the temperature of the heat transfer fluid is controlled by adjusting a supply of the oxidant to the fuel cell stack.
【請求項5】 請求項1に記載の燃料電池システムであ
って、 前記熱伝達流体は、前記燃焼器と前記改質器との間で、
温度が該熱伝達流体とは異なる温度調整用流体と混合さ
れることによって温度を調整される燃料電池システム。
5. The fuel cell system according to claim 1, wherein the heat transfer fluid is provided between the combustor and the reformer,
A fuel cell system in which the temperature is adjusted by mixing the temperature with a temperature adjusting fluid different from the heat transfer fluid.
【請求項6】 原料ガスに改質反応を生じさせて水素リ
ッチガスを生成する改質器と、 前記改質器からのガスと酸化剤とを反応させて発電する
燃料電池スタックと、 前記改質反応に必要なエネルギを前記改質器に対して与
えるエネルギ発生源と、 前記エネルギ発生源から前記改質器へと与えられるエネ
ルギの分布に差を設けることによって、前記改質反応の
前記改質器における発生の分布を制御する制御装置とを
備える燃料電池システム。
6. A reformer for generating a hydrogen-rich gas by causing a reforming reaction in a raw material gas; a fuel cell stack for generating electricity by reacting a gas from the reformer with an oxidant; An energy generation source for providing energy required for the reaction to the reformer; and a difference in distribution of energy supplied from the energy generation source to the reformer, whereby the reforming of the reforming reaction is performed. And a control device for controlling the distribution of generation in the fuel cell.
【請求項7】 請求項6に記載の燃料電池システムであ
って、 前記原料ガスはアルコールを含むガスであり、 前記改質器は、酸素および水蒸気を用い、前記熱量を与
えて触媒反応を引き起こすことによって前記アルコール
から水素ガスを生成する燃料電池システム。
7. The fuel cell system according to claim 6, wherein the raw material gas is a gas containing alcohol, and the reformer uses oxygen and water vapor to give the calorific value to cause a catalytic reaction. Thereby producing hydrogen gas from the alcohol.
【請求項8】 請求項6または請求項7のいずれかに記
載の燃料電池システムであって、 前記エネルギ発生源は、発生された熱量を熱伝達流体を
介して前記改質器へと与える熱源であり、 前記熱伝達流体は、前記改質器の上流側よりも下流側の
方が温度が低い燃料電池システム。
8. The fuel cell system according to claim 6, wherein the energy generating source supplies the generated amount of heat to the reformer via a heat transfer fluid. Wherein the heat transfer fluid has a lower temperature on the downstream side than on the upstream side of the reformer.
【請求項9】 請求項6に記載の燃料電池システムであ
って、 前記熱伝達流体は、複数の支流に分岐させられ、 前記複数の支流のうちの少なくとも1つの支流は、前記
エネルギ発生源と前記改質器との間で、温度が該支流よ
りも低い温度調整用の流体と混合されることによって温
度が下げられ、 前記制御装置は、前記温度調整用の流体の前記支流への
混合量を操作することによって該支流の温度を制御する
燃料電池システム。
9. The fuel cell system according to claim 6, wherein the heat transfer fluid is branched into a plurality of branches, and at least one of the branches is connected to the energy generating source. Between the reformer, the temperature is lowered by being mixed with a fluid for temperature adjustment whose temperature is lower than that of the tributary, and the control device is configured to control the mixing amount of the fluid for temperature adjustment into the tributary. A fuel cell system for controlling the temperature of the tributary by operating the fuel cell.
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Cited By (5)

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