JP2004296235A - Reforming device for fuel cell - Google Patents

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JP2004296235A JP2003086162A JP2003086162A JP2004296235A JP 2004296235 A JP2004296235 A JP 2004296235A JP 2003086162 A JP2003086162 A JP 2003086162A JP 2003086162 A JP2003086162 A JP 2003086162A JP 2004296235 A JP2004296235 A JP 2004296235A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a reforming device having a reformation burner in which an appropriate volume of air for combustion is supplied to a fuel gas without cost increase. <P>SOLUTION: The control means 5 is constituted so as to calculate a target fuel gas supply volume to the reforming burner 13a, so that the reforming process temperature may become a target temperature, to execute a temperature control process for controlling the fuel gas supply means N and a combustion air supply means M so as to control the obtained target fuel gas supply volume, and the target combustion air supply volume which becomes larger as the target fuel gas supply volume increases, and in the temperature control process, to judge whether the combustion air supply volume is appropriate against the fuel gas supply volume based on the reforming process temperature at the reforming part 10, and if it is not appropriate, and to control the combustion air supply means M so that the combustion air supply volume may become an appropriate volume against the fuel gas supply volume. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改質用バーナによる燃焼熱にて原燃料ガスを改質処理する改質部と、燃料ガスを前記改質用バーナに供給しかつその燃料ガス供給量を調整可能な燃料ガス供給手段と、燃焼用空気を前記改質用バーナに供給しかつその燃焼用空気供給量を調整可能な燃焼用空気供給手段と、前記改質用バーナの燃焼を制御する制御手段とが設けられている燃料電池用の改質装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような燃料電池用の改質装置は、改質部において、改質用バーナによる燃焼熱にて原燃料ガスを改質反応させて改質処理を行うものであり、制御手段が、改質用バーナへの燃料ガス供給量と燃焼用空気供給量を調整して、改質用バーナの燃焼を制御するようにしている。
【０００３】
上記のような燃料電池用の改質装置において、従来では、燃料ガス供給手段が、外部から供給される燃料ガスよりも燃料電池から排出される排燃料ガスを優先する状態で、改質用バーナに供給するように構成され、制御手段は、改質用バーナへの燃料ガス供給量と燃焼用空気供給量を調整すべく、燃料ガス供給手段と燃焼用空気供給手段としてのファンを制御するようにしている（例えば、特許文献１。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８０２０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような燃料電池用の改質装置において、改質部にて原燃料ガスを改質処理するためには、改質部における改質処理温度を目標温度に調整する必要があるので、従来では、改質部における改質処理温度が目標温度になるように、燃料ガス供給手段と燃焼用空気供給手段を制御している。
例えば、制御手段が、改質部における改質処理温度が目標温度になるように、改質用バーナへの目標燃料ガス供給量を求めて、その求めた目標燃料ガス供給量と目標燃料ガス供給量が大きくなるほど大きくなる目標燃焼用空気供給量になるように、燃料ガス供給手段と燃焼用空気供給手段を制御する温度制御処理を実行するようにしている。
【０００６】
しかしながら、上記従来の燃料電池用の改質装置では、制御手段が、単に、温度制御処理を実行しているだけであるので、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量にすることができない虞があった。
説明を加えると、燃焼用空気供給手段としてのファンの劣化や、改質用バーナに燃焼用空気を供給する経路中に詰まりが生じると、改質用バーナへの燃焼用空気供給量が小さくなるので、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなることになる。
そして、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなると、空気不足となって、改質用バーナが不完全燃焼となる。
【０００７】
また、上記のような燃料電池用の改質装置では、改質用バーナにおける空気比を大きくすると、排気損失が大きくなり、改質装置における燃焼効率が低下して、燃料電池の発電効率が低下することになるので、改質用バーナにおける空気比を極力小さくすることが望まれる。
しかしながら、改質用バーナにおける空気比を小さくすると、燃焼用空気供給手段としてのファンの劣化や、改質用バーナに燃焼用空気を供給する経路中に詰まりによって、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなる可能性が高くなるので、この点からも、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量にすることが求められる。
【０００８】
そこで、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量とするために、改質用バーナの燃焼排ガス中の未燃焼成分や残存酸素濃度を検出するセンサを設けて、制御手段が、温度制御処理において、センサの情報に基づいて、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっているか否かを判別して、適正量となっていなければ、センサの情報に基づいて、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となるように、燃焼用空気供給手段を制御することが考えられる。
【０００９】
しかしながら、この場合には、あらたに、改質用バーナの燃焼排ガス中の未燃焼成分や残存酸素濃度を検出するセンサを設けることになるので、それだけコストアップを招くことになる。
【００１０】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、コストアップを招くことなく、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量にすることができる燃料電池用の改質装置を提供する点にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１に記載の発明によれば、改質用バーナによる燃焼熱にて原燃料ガスを改質処理する改質部と、燃料ガスを前記改質用バーナに供給しかつその燃料ガス供給量を調整可能な燃料ガス供給手段と、燃焼用空気を前記改質用バーナに供給しかつその燃焼用空気供給量を調整可能な燃焼用空気供給手段と、前記改質用バーナの燃焼を制御する制御手段とが設けられている燃料電池用の改質装置において、
前記制御手段は、前記改質部における改質処理温度が目標温度になるように、前記改質用バーナへの目標燃料ガス供給量を求めて、その求めた目標燃料ガス供給量と目標燃料ガス供給量が大きくなるほど大きくなる目標燃焼用空気供給量になるように、前記燃料ガス供給手段と前記燃焼用空気供給手段を制御する温度制御処理を実行し、かつ、
その温度制御処理において、前記改質部における改質処理温度に基づいて、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっているか否かを判別して、適正量となっていなければ、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となるように、前記燃焼用空気供給手段を制御するように構成されている。
【００１２】
すなわち、制御手段が、温度制御処理を実行することにより、改質部における改質処理温度を目標温度にすることができるので、改質部にて原燃料ガスを改質処理することができることになる。
そして、制御手段は、温度制御処理において、改質部における改質処理温度に基づいて、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっているか否かを判別して、適正量となっていれば、その状態を維持するように焼用空気供給手段を制御し、適正量となっていなければ、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となるように、焼用空気供給手段を制御することになる。
【００１３】
したがって、例えば、燃焼用空気供給手段としてのファンの劣化や、改質用バーナに燃焼用空気を供給する経路中に詰まりが生じることにより、改質用バーナへの燃焼用空気供給量が小さくなって、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなっていても、制御手段は、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となるように、焼用空気供給手段を制御することになり、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量とすることができることになる。
【００１４】
また、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっている場合と、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっていない場合とでは、温度制御処理において、改質部における改質処理温度の変化に差が生じることになる。
したがって、制御手段は、改質部における改質処理温度に基づいて、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっているか否かを判別することができることになる。
【００１５】
例えば、燃焼用空気供給量を減少させると、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっている場合には、改質部における改質処理温度が上昇することになるが、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量よりも小さくなっている場合には、燃焼用空気供給量を減少させても、改質部における改質処理温度は上昇しないことになる。
【００１６】
そして、温度制御処理を行うために、改質部における改質処理温度を検出する温度センサが設けられることになるので、その温度センサを、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量とするためにも、活用できることとなり、改質部における改質処理温度を検出する温度センサの兼用化を図ることができることになる。
【００１７】
以上のことから、請求項１に記載の発明によれば、温度制御処理を行うために設けられる温度センサの兼用化を図りながら、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量とすることができることとなって、コストアップを招くことなく、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量にすることができる燃料電池用の改質装置を提供できるに至った。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、前記制御手段は、前記温度制御処理において、前記改質部における改質処理温度に基づいて、前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して適正量の最小限界量となっているか否かを判別して、最小限界量となるように、前記燃焼用空気供給手段を制御するように構成されている。
【００１９】
すなわち、制御手段は、改質用バーナへの燃焼用空気供給量が改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して適正量の最小限界量となるように、燃焼用空気供給手段を制御することにより、改質用バーナにおける空気比を極力小さくすることができることになる。
そして、請求項１の発明において説明した如く、例えば、燃焼用空気供給手段としてのファンの劣化や、改質用バーナに燃焼用空気を供給する経路中に詰まりが生じることにより、改質用バーナへの燃焼用空気供給量が小さくなっても、制御手段が、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量になるように、燃焼用空気供給手段を制御することになるので、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量の最小限界量にすることができることになる。
したがって、改質用バーナにおける空気比を極力小さくしながら、改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナへの燃焼用空気供給量を適正量の最小限界量にすることができることになる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、前記燃料ガス供給手段が、燃料電池から排出される排燃料ガスを優先する状態で排燃料ガスと外部からの燃料ガスとを前記改質用バーナに供給するように構成されている。
【００２１】
すなわち、燃料ガス供給手段は、燃料電池から排出される排燃料ガスの全量を改質用バーナに供給したときに改質用バーナへの燃料ガス供給量が目標燃料ガス供給量に足りなければ、燃料電池から排出される排燃料ガスに加えて、外部からの燃料ガスも改質用バーナに供給することになる。
したがって、改質用バーナに供給する燃料ガスとして、燃料電池から排出される排燃料ガスを活用することができるので、省エネルギー化を実現することができることになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる燃料電池用の改質装置を燃料電池システムに適応した例を図面に基づいて説明する。
この燃料電池システムは、図１に示すように、燃料電池１、燃料電池１に供給する水素含有ガスとしての燃料ガスを生成するガス生成部２、燃料電池１に酸素含有ガスとしての空気を供給するブロア３、燃料電池１から出力される直流電力を交流電力に変換して電力消費機器に供給するインバータ４、燃料電池１の運転を制御する制御手段としての運転制御部５などから構成されている。
【００２３】
前記燃料電池１は、例えば、高分子型の燃料電池を備え、ガス生成部２にて生成されて燃料ガス供給路６を通して供給される燃料ガス中の水素と、ブロア３から空気供給路７を通して供給される空気中の酸素とを電気化学反応させて発電するように構成されている。
【００２４】
前記ガス生成部２は、供給される都市ガスなどの炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫部８、供給される改質水にて水蒸気を生成する水蒸気生成部９、水蒸気生成部９にて生成された水蒸気を脱硫部８から排出される脱硫原燃料ガスに混合させて改質反応させて水素ガスと一酸化炭素ガスを含有する改質ガスに改質処理する改質部１０、その改質部１０から排出される改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気にて二酸化炭素に変成処理する変成部１１、その変成部１１から排出される変成ガス中に残留している一酸化炭素を除去するＣＯ除去部１２を備えて構成されている。
【００２５】
そして、改質部１０における改質反応は吸熱反応であるので、改質部１０を加熱する改質用バーナ１３ａを備えた改質処理用加熱部１３が設けられ、改質部１０は、改質用バーナ１３ａの燃焼熱により改質反応させるように構成されている。
また、改質部１０には、改質処理温度を検出する温度センサ１４が設けられている。
ちなみに、改質用バーナ１３ａにおける燃焼排ガスは、水蒸気生成部９において、水蒸気を生成するための熱源として使用するように構成されている。
【００２６】
前記改質用バーナ１３ａに燃料ガスを供給しかつその燃料ガス供給量を調整可能な燃料ガス供給手段Ｎと、改質用バーナ１３ａに燃焼用空気を供給しかつその燃焼用空気供給量を調整可能な燃焼用空気供給手段Ｍとが設けられている。
前記燃料ガス供給手段Ｎは、燃料電池１からの排燃料ガスを供給する排燃料ガス供給路１５と、外部から燃料ガスを外部用燃料ガス供給路１６を通して燃料ガス供給路１５に供給する外部用燃料ガス供給弁１７とから構成されている。
【００２７】
そして、燃料ガス供給手段Ｎは、燃料電池１から排出される排燃料ガスを優先する状態でその排燃料ガスと外部からの燃料ガスとを改質用バーナ１３ａに供給するように構成されている。
すなわち、燃料ガス供給手段Ｎは、燃料電池１から排出される排燃料ガスの全量を改質用バーナ１３ａに供給しても、改質用バーナ１３ａに供給すべき燃料ガス供給量に足りないときには、燃料電池１から排出される排燃料ガスに加えて、外部からも燃料ガスを供給するように構成されている。
また、燃焼用空気供給手段Ｍは、空気供給路７から分岐された燃焼用空気供給路１８を通して燃焼用空気を供給するブロア３から構成されている。
【００２８】
前記脱硫部８に原燃料ガスを供給する燃料ガス供給路６の流路中には、燃料電池１への燃料ガス供給量を調整する燃料ガス供給量調整弁１９が設けられている。
そして、運転制御部５が、燃料ガス供給量調整弁１９の開度とブロア３の作動状態を制御することにより、燃料電池１に供給する燃料ガスの供給量および空気の供給量を調整して、燃料電池１からの発電出力を調整するように構成されている。
【００２９】
また、運転制御部５が、燃料ガス供給手段Ｎと燃焼用空気供給手段Ｍを制御することにより、改質用バーナ１３ａの燃焼を制御するように構成されているので、その構成について、以下、説明を加える。
前記運転制御部５は、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が目標温度になるように、改質用バーナ１３ａへの目標燃料ガス供給量を求めて、その求めた目標燃料ガス供給量と目標燃料ガス供給量が大きくなるほど大きくなる目標燃焼用空気供給量になるように、燃料ガス供給手段Ｎと燃焼用空気供給手段Ｍを制御する温度制御処理を実行するように構成されている。
【００３０】
前記温度制御処理について説明を加えると、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が目標温度よりも低い場合には、運転制御部５が、改質部１０における改質処理温度が目標温度になるように、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量の増加分を求めて、その求めた増加分を現在の燃料ガス供給量に足し合わせて目標燃料ガス供給量を求めるようにしている。
そして、運転制御部５は、目標燃料ガス供給量を求めると、改質用バーナ１３ａにおける空気比が設定空気比（例えば、１．２）になるように、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量の増加分を求めて、その求めた増加分を現在の燃焼用空気供給量に足し合わせて目標燃焼用空気供給量を求めるようにしている。
【００３１】
また、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が目標温度よりも高い場合には、運転制御部５が、改質部１０における改質処理温度が目標温度になるように、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量の減少分を求めて、その求めた減少分を現在の燃料ガス供給量から減算して目標燃料ガス供給量を求めるようにしている。
そして、運転制御部５は、目標燃料ガス供給量を求めると、改質用バーナ１３ａにおける空気比が設定空気比（例えば、１．２）になるように、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量の減少分を求めて、その求めた減少分を現在の燃焼用空気供給量から減算して目標燃焼用空気供給量を求めるようにしている。
【００３２】
このようにして、運転制御部５は、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量を求めて、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量が目標燃料ガス供給量となるように燃料ガス供給手段ＮをＰＩＤ制御するとともに、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量が目標燃焼用空気供給量になるように燃焼用空気供給手段ＭをＰＩＤ制御するようにしている。
【００３３】
そして、運転制御部５は、燃料電池１から排出される排燃料ガスの全量を改質用バーナ１３ａに供給しても、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量が目標燃料ガス供給量に足りなければ、燃料電池１から排出される排燃料ガスに加えて、外部からの燃料ガスも改質用バーナ１３ａに供給するように、外部用燃料ガス供給弁１７を開弁させるように構成されている。
また、運転制御部５は、燃料電池１から排出される排燃料ガスのみを改質用バーナ１３ａに供給している状態において、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が目標温度よりも高い場合には、改質部１０における改質処理温度が目標温度になるように、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量の増加分を求めて、その求めた増加分を現在の燃焼用空気供給量に足し合わせて目標燃焼用空気供給量を求めるようにしている。
【００３４】
前記運転制御部５は、温度制御処理において、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度に基づいて、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量となっているか否かを判別して、適正量となっていなければ、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量となるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成されている。
すなわち、運転制御部５は、温度制御処理において、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度に基づいて、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となっているか否かを判別して、最小限界量となるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成されている。
ちなみに、最小限界量は、改質用バーナ１３ａにおける空気比が設定空気比（例えば、１．２）になるように定められている。
【００３５】
以下、温度制御処理において、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御する構成について説明を加えるが、改質処理温度が目標温度よりも低い場合と、改質処理温度が目標温度よりも高い場合とでは、多少異なるので、夫々に分けて説明を加える。
【００３６】
まず、改質処理温度が目標温度よりも低い場合について説明を加えると、運転制御部５は、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量になるよう、燃料ガス供給手段Ｎと燃焼用空気供給手段Ｍを制御した状態において、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度に基づいて、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量になっているか否かを判別するように構成されている。
【００３７】
そして、運転制御部５は、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が増加用の最小限界判別用設定温度だけ上昇すると、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量になっていると判別するようにしている。
また、運転制御部５は、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が増加用の最小限界判別用設定温度上昇しなければ、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量よりも小さくなっていると判別するようにしている。
【００３８】
ちなみに、増加用の最小限界判別用設定温度は、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量と燃焼用空気供給量との増加分に応じて設定され、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量と燃焼用空気供給量とを増加させたときに、その増加分に対応して上昇する温度と設定されている。
したがって、燃料ガス供給量に対して燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となっている場合には、改質処理温度が増加用の最小限界判別用設定温度だけ上昇することになり、逆に、燃料ガス供給量に対して燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量よりも小さくなっている場合には、改質処理温度が増加用の最小限界判別用設定温度も上昇しないことになる。
【００３９】
そして、運転制御部５は、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量よりも小さくなっていると判別すると、最小限界量となるように、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の５％）だけ増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成されている。
【００４０】
次に、改質処理温度が目標温度よりも高い場合について説明を加えると、運転制御部５は、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量になるように、燃料ガス供給手段Ｎと燃焼用空気供給手段Ｍを制御した状態において、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御したのち、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度に基づいて、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となっているか否かを判別するように構成されている。
【００４１】
そして、運転制御部５は、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度上昇しなければ、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となっていると判別するようにしている。
また、運転制御部５は、温度センサ１４の検出情報による改質部１０における改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度だけ上昇すると、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量よりも小さくなっていると判別するようにしている。
【００４２】
ちなみに、燃料ガス供給量に対して燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となっている場合には、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ増加させることにより、燃料ガス供給量に対して燃焼用空気供給量が最小限界量よりも大きくなるので、改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度上昇しないことになる。
それに対して、燃料ガス供給量に対して燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量よりも小さくなっている場合には、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ増加させることにより、改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度上昇することになる。
【００４３】
そして、運転制御部５は、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量となっていると判別すると、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ減少させて、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を元に戻すように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成されている。
また、運転制御部５は、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が適正量の最小限界量よりも小さくなっていると判別すると、最小限界量になるように、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成されている。
【００４４】
前記温度制御処理における運転制御部５の制御動作について、図２に示すフローチャートに基づいて説明を加える。
まず、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が目標温度の最小温度Ｔｍｉｎよりも低いと、改質処理温度が目標温度になるように、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量とを求めて、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量になるように、燃料ガス供給手段Ｎと燃焼用空気供給手段Ｍを制御する目標温度調整動作を行う（ステップ１，２）。
【００４５】
そして、目標温度調整動作を行った状態において、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１を監視する。
前記温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が増加用の最小限界判別用設定温度Δｔ１だけ上昇すると、リターンする（ステップ３）。
前記温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が増加用の最小限界判別用設定温度Δｔ１だけ上昇していなければ、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の５％）だけ増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御する（ステップ３，４）。
【００４６】
また、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が目標温度の最大温度Ｔｍａｘよりも高いと、改質処理温度が目標温度になるように、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量とを求めて、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量になるように、燃料ガス供給手段Ｎと燃焼用空気供給手段Ｍを制御する目標温度調整動作を行う（ステップ５，６）。
【００４７】
そして、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御した状態において、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１を監視する（ステップ７）。
前記温度センサ１４による改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度Δｔ２上昇しなければ、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ減少させて、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量を元に戻すように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御する（ステップ８，９）。
前記温度センサ１４による改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度Δｔ２上昇すると、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量をさらに設定量（例えば、目標燃焼用空気供給量の２％）だけ増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御する（ステップ７，８）。
【００４８】
そして、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が目標温度の最大温度Ｔｍａｘよりも低くなっていると、リターンする（ステップ１０）。
また、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が目標温度の最大温度Ｔｍａｘよりも高くなっていると、燃料電池１から排出される排燃料ガスのみを改質用バーナ１３ａに供給している状態であるか否かを判別する（ステップ１０，１１）。
【００４９】
燃料電池１から排出される排燃料ガスのみを改質用バーナ１３ａに供給している状態であると、改質部１０における改質処理温度が目標温度になるように、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量の増加分を求めて、その増加分だけ改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量を増加させるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御する（ステップ１１，１２）。
【００５０】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、最小限界量が、改質用バーナ１３ａにおける空気比を設定空気比（例えば、１．２）となるように定められ、運転制御部５が、温度制御処理において、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して適正量の最小限界量となっているか否かを判別して、最小限界量となるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成しているが、改質用バーナ１３ａにおける空気比は、適宜変更が可能であり、運転制御部５を、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して適正量となっているか否かを判別して、適正量となるように、燃焼用空気供給手段Ｍを制御するように構成して実施することも可能である。
【００５１】
（２）上記実施形態では、燃料ガス供給手段Ｎが、燃料電池１から排出される排燃料ガスを優先する状態で排燃料ガスと外部からの燃料ガスとを改質用バーナ１３ａに供給するように構成されているが、燃料ガス供給手段Ｎを、外部からの燃料ガスを改質用バーナ１３ａに供給するように構成して実施することも可能である。
【００５２】
（３）上記実施形態では、運転制御部５が、温度制御処理において、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１が増加用の最小限界判別用設定温度Δｔ１だけ上昇しているか否かや、温度センサ１４による改質処理温度が減少用の最小限界判別用設定温度Δｔ２上昇しているか否かによって、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して適正量の最小限界量となっているか否かを判別するように構成しているが、このような構成に限らず、運転制御部５が、温度制御処理において、温度センサ１４による改質処理温度Ｔ１に基づいて、改質用バーナ１３ａへの燃焼用空気供給量が改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量に対して適正量の最小限界量となっているか否かを判別するものであればよい。
【００５３】
（４）上記実施形態では、運転制御部５が、温度制御処理において、目標燃料ガス供給量と目標燃焼用空気供給量を求めて、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量が目標燃料ガス供給量となるように燃料ガス供給手段ＮをＰＩＤ制御するとともに、改質用バーナ１３ａへの燃料ガス供給量が目標燃焼用空気供給量になるように燃焼用空気供給手段ＭをＰＩＤ制御するようにしているが、ＰＩＤ制御に限らず、その他各種の制御を適応することが可能である。
【００５４】
（５）上記実施形態では、燃料電池１が、高分子型である例を示したが、リン酸型のものなど各種の燃料電池を適応することが可能である。
【００５５】
（６）上記実施形態では、本発明にかかる燃料電池用の改質装置を適応した燃料電池システムの一例を示したが、各種の燃料電池システムに適応可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池システムの概略構成図
【図２】運転制御部の制御動作を示すフローチャート
【符号の説明】
１ 燃料電池
５ 制御手段
１０ 改質部
１３ａ 改質用バーナ
Ｍ 燃焼用空気供給手段
Ｎ 燃料ガス供給手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes a reforming unit that reforms raw fuel gas with combustion heat generated by a reforming burner, and a fuel gas supply capable of supplying fuel gas to the reforming burner and adjusting the fuel gas supply amount. Means, combustion air supply means for supplying combustion air to the reforming burner and adjusting the amount of combustion air supply, and control means for controlling the combustion of the reforming burner. The present invention relates to a reformer for a fuel cell.
[0002]
[Prior art]
The reformer for a fuel cell as described above is one in which the reforming process is performed by reforming the raw fuel gas with the combustion heat generated by the reforming burner in the reforming unit. The combustion of the reforming burner is controlled by adjusting the fuel gas supply amount and the combustion air supply amount to the quality burner.
[0003]
In the reformer for a fuel cell as described above, conventionally, the fuel gas supply means prioritizes the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell over the fuel gas supplied from the outside, and the reformer burner. The control means controls the fan as the fuel gas supply means and the combustion air supply means so as to adjust the fuel gas supply amount and the combustion air supply amount to the reforming burner. (For example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-80204 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the reformer for a fuel cell as described above, in order to reform the raw fuel gas in the reforming section, it is necessary to adjust the reforming processing temperature in the reforming section to the target temperature. Then, the fuel gas supply means and the combustion air supply means are controlled so that the reforming treatment temperature in the reforming section becomes the target temperature.
For example, the control means obtains the target fuel gas supply amount to the reforming burner so that the reforming processing temperature in the reforming unit becomes the target temperature, and the obtained target fuel gas supply amount and target fuel gas supply A temperature control process for controlling the fuel gas supply means and the combustion air supply means is executed so that the target combustion air supply quantity increases as the quantity increases.
[0006]
However, in the above-described conventional reformer for a fuel cell, the control means simply executes the temperature control process, so the reforming burner with respect to the amount of fuel gas supplied to the reforming burner. There is a concern that the amount of combustion air supplied to the engine cannot be made appropriate.
In other words, if the fan as the combustion air supply means is deteriorated or clogged in the path for supplying the combustion air to the reforming burner, the amount of combustion air supplied to the reforming burner becomes small. Therefore, the combustion air supply amount to the reforming burner is smaller than the appropriate amount with respect to the fuel gas supply amount to the reforming burner.
When the amount of combustion air supplied to the reforming burner is smaller than the appropriate amount with respect to the amount of fuel gas supplied to the reforming burner, air shortage occurs and the reforming burner becomes incomplete combustion. .
[0007]
In the reformer for a fuel cell as described above, if the air ratio in the reformer burner is increased, the exhaust loss increases, the combustion efficiency in the reformer decreases, and the power generation efficiency of the fuel cell decreases. Therefore, it is desired to reduce the air ratio in the reforming burner as much as possible.
However, if the air ratio in the reforming burner is reduced, the fuel gas to the reforming burner is deteriorated due to deterioration of the fan as the combustion air supply means or clogging in the path for supplying the combustion air to the reforming burner. It is highly possible that the amount of combustion air supplied to the reforming burner will be smaller than the appropriate amount with respect to the amount supplied. From this point as well, the amount of fuel gas supplied to the reforming burner is reformed. It is required that the amount of combustion air supplied to the combustion burner be an appropriate amount.
[0008]
Therefore, in order to make the amount of combustion air supplied to the reforming burner appropriate for the amount of fuel gas supplied to the reforming burner, the unburned components and residual oxygen concentration in the combustion exhaust gas of the reforming burner In the temperature control process, the control means detects the amount of combustion air supplied to the reforming burner relative to the amount of fuel gas supplied to the reforming burner based on the sensor information. If the amount is not an appropriate amount, the combustion air supply to the reforming burner is based on the fuel gas supply amount to the reforming burner based on the sensor information. It is conceivable to control the combustion air supply means so that the amount becomes an appropriate amount.
[0009]
However, in this case, since a sensor for detecting unburned components and residual oxygen concentration in the combustion exhaust gas of the reforming burner is newly provided, the cost increases accordingly.
[0010]
The present invention has been made paying attention to such a point, and its object is to supply combustion air to the reforming burner with respect to the fuel gas supply amount to the reforming burner without incurring an increase in cost. The object of the present invention is to provide a reformer for a fuel cell capable of making the amount appropriate.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, according to the first aspect of the present invention, a reforming section that reforms the raw fuel gas with combustion heat generated by the reforming burner, and a fuel gas in the reforming burner. Fuel gas supply means capable of supplying and adjusting the fuel gas supply amount; combustion air supply means capable of supplying combustion air to the reforming burner and adjusting the combustion air supply amount; In a reformer for a fuel cell provided with a control means for controlling the combustion of the quality burner,
The control means obtains the target fuel gas supply amount to the reforming burner so that the reforming temperature in the reforming unit becomes the target temperature, and the obtained target fuel gas supply amount and the target fuel gas Performing a temperature control process for controlling the fuel gas supply means and the combustion air supply means so that the target combustion air supply quantity increases as the supply quantity increases; and
In the temperature control process, the combustion air supply amount to the reforming burner becomes an appropriate amount with respect to the fuel gas supply amount to the reforming burner based on the reforming processing temperature in the reforming section. If the fuel gas supply amount to the reforming burner is not an appropriate amount, the combustion air supply amount to the reforming burner is set to an appropriate amount. The combustion air supply means is configured to be controlled.
[0012]
In other words, since the control means can perform the temperature control process, the reforming temperature in the reforming unit can be set to the target temperature, so that the raw fuel gas can be reformed in the reforming unit. Become.
In the temperature control process, the control means determines that the amount of combustion air supplied to the reforming burner is an appropriate amount with respect to the amount of fuel gas supplied to the reforming burner based on the reforming processing temperature in the reforming unit. If it is an appropriate amount, the firing air supply means is controlled so as to maintain the state. If not, the fuel to the reforming burner is controlled. The firing air supply means is controlled so that the combustion air supply amount to the reforming burner becomes an appropriate amount with respect to the gas supply amount.
[0013]
Therefore, for example, the amount of combustion air supplied to the reforming burner is reduced due to deterioration of the fan as the combustion air supply means or clogging in the path for supplying the combustion air to the reforming burner. Even if the combustion air supply amount to the reforming burner is smaller than the appropriate amount with respect to the fuel gas supply amount to the reforming burner, the control means supplies the fuel gas to the reforming burner. The combustion air supply means is controlled so that the amount of combustion air supplied to the reforming burner is appropriate for the amount, and the amount of fuel gas supplied to the reforming burner is reformed. Thus, the amount of combustion air supplied to the burner can be set to an appropriate amount.
[0014]
In addition, when the amount of combustion air supplied to the reforming burner is an appropriate amount relative to the amount of fuel gas supplied to the reforming burner, and to the amount of fuel gas supplied to the reforming burner. When the amount of combustion air supplied to the quality burner is not an appropriate amount, a difference occurs in the change in the reforming treatment temperature in the reforming section in the temperature control process.
Therefore, the control means determines whether or not the amount of combustion air supplied to the reforming burner is an appropriate amount with respect to the amount of fuel gas supplied to the reforming burner based on the reforming processing temperature in the reforming section. Can be determined.
[0015]
For example, if the amount of combustion air supplied is reduced, the amount of combustion air supplied to the reforming burner is an appropriate amount relative to the amount of fuel gas supplied to the reforming burner. However, when the combustion air supply amount to the reforming burner is smaller than the appropriate amount with respect to the fuel gas supply amount to the reforming burner, Even if the combustion air supply amount is reduced, the reforming temperature in the reforming section does not rise.
[0016]
In order to perform the temperature control process, a temperature sensor for detecting the reforming process temperature in the reforming unit is provided, so that the temperature sensor is modified with respect to the fuel gas supply amount to the reforming burner. In order to make the amount of combustion air supplied to the quality burner an appropriate amount, it can be used, and the temperature sensor for detecting the reforming temperature in the reforming section can also be used.
[0017]
As described above, according to the first aspect of the present invention, while the dual use of the temperature sensor provided for performing the temperature control process is achieved, the fuel gas supply amount to the reformer burner is improved. Combustion air supply to the reformer burner can be made appropriate for the amount of fuel air supplied to the burner without increasing the cost. A reforming device for a fuel cell, which can be adjusted to an appropriate amount, can be provided.
[0018]
According to the second aspect of the present invention, in the temperature control process, the control means controls the amount of combustion air supplied to the reforming burner based on the reforming process temperature in the reforming unit. It is configured to determine whether or not the fuel gas supply amount to the quality burner is an appropriate minimum limit amount, and to control the combustion air supply means so as to be the minimum limit amount. ing.
[0019]
That is, the control means controls the combustion air supply means so that the combustion air supply amount to the reforming burner becomes an appropriate minimum limit amount with respect to the fuel gas supply amount to the reforming burner. As a result, the air ratio in the reforming burner can be minimized.
As described in the first aspect of the invention, for example, the deterioration of the fan as the combustion air supply means or the clogging in the path for supplying the combustion air to the reforming burner causes the reforming burner. Even if the amount of combustion air supplied to the engine becomes small, the control means makes the amount of combustion air supplied to the reforming burner the minimum limit of the appropriate amount relative to the amount of fuel gas supplied to the reforming burner. Thus, the combustion air supply means is controlled so that the amount of combustion air supplied to the reforming burner is set to the appropriate minimum limit amount with respect to the amount of fuel gas supplied to the reforming burner. Will be able to.
Therefore, the combustion air supply amount to the reforming burner can be set to the minimum limit amount of the appropriate amount with respect to the fuel gas supply amount to the reforming burner while minimizing the air ratio in the reforming burner. It will be possible.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, the fuel gas supply means supplies exhaust fuel gas and external fuel gas to the reforming burner with priority given to exhaust fuel gas discharged from the fuel cell. Is configured to do.
[0021]
That is, when the fuel gas supply means supplies the total amount of exhaust fuel gas discharged from the fuel cell to the reforming burner, if the fuel gas supply amount to the reforming burner is less than the target fuel gas supply amount, In addition to the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell, an external fuel gas is also supplied to the reforming burner.
Therefore, since the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell can be used as the fuel gas supplied to the reforming burner, energy saving can be realized.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An example in which a reformer for a fuel cell according to the present invention is applied to a fuel cell system will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the fuel cell system includes a fuel cell 1, a gas generator 2 that generates a fuel gas as a hydrogen-containing gas supplied to the fuel cell 1, and air as an oxygen-containing gas that is supplied to the fuel cell 1. A blower 3 that converts the DC power output from the fuel cell 1 into AC power and supplies it to a power consuming device, an operation control unit 5 as a control means for controlling the operation of the fuel cell 1, and the like. Yes.
[0023]
The fuel cell 1 includes, for example, a polymer type fuel cell, hydrogen in the fuel gas generated by the gas generator 2 and supplied through the fuel gas supply path 6, and the blower 3 through the air supply path 7. It is configured to generate electricity by electrochemical reaction with oxygen in the supplied air.
[0024]
The gas generation unit 2 includes a desulfurization unit 8 that desulfurizes a hydrocarbon-based raw fuel gas such as city gas to be supplied, a water vapor generation unit 9 that generates water vapor using the supplied reformed water, and a water vapor generation unit 9. The reforming unit 10 which mixes the steam generated in the above with the desulfurization raw fuel gas discharged from the desulfurization unit 8 and causes a reforming reaction to reform the reformed gas containing hydrogen gas and carbon monoxide gas, The carbon monoxide in the reformed gas discharged from the reforming section 10 is converted to carbon dioxide with steam, and the carbon monoxide remaining in the metamorphic gas discharged from the shift section 11 It is configured to include a CO removing unit 12 that removes.
[0025]
Since the reforming reaction in the reforming unit 10 is an endothermic reaction, a reforming processing heating unit 13 including a reforming burner 13a for heating the reforming unit 10 is provided. The reforming reaction is performed by the combustion heat of the quality burner 13a.
In addition, the reforming unit 10 is provided with a temperature sensor 14 that detects the reforming processing temperature.
Incidentally, the combustion exhaust gas in the reforming burner 13a is configured to be used as a heat source for generating steam in the steam generating section 9.
[0026]
Fuel gas supply means N capable of supplying fuel gas to the reforming burner 13a and adjusting the fuel gas supply amount, and supplying combustion air to the reforming burner 13a and adjusting the combustion air supply amount Possible combustion air supply means M are provided.
The fuel gas supply means N includes an exhaust fuel gas supply passage 15 that supplies exhaust fuel gas from the fuel cell 1 and an external fuel gas supply passage 15 that supplies fuel gas from the outside to the fuel gas supply passage 15 through the external fuel gas supply passage 16. And a fuel gas supply valve 17.
[0027]
The fuel gas supply means N is configured to supply the exhaust fuel gas and the external fuel gas to the reforming burner 13a with priority on the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell 1. .
That is, when the fuel gas supply means N supplies the total amount of exhaust fuel gas discharged from the fuel cell 1 to the reforming burner 13a, the amount of fuel gas to be supplied to the reforming burner 13a is insufficient. In addition to the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell 1, the fuel gas is also supplied from the outside.
The combustion air supply means M includes a blower 3 that supplies combustion air through a combustion air supply path 18 branched from the air supply path 7.
[0028]
A fuel gas supply amount adjusting valve 19 for adjusting the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 1 is provided in the flow path of the fuel gas supply path 6 for supplying the raw fuel gas to the desulfurization section 8.
The operation control unit 5 adjusts the fuel gas supply amount and the air supply amount supplied to the fuel cell 1 by controlling the opening degree of the fuel gas supply amount adjusting valve 19 and the operating state of the blower 3. The power generation output from the fuel cell 1 is adjusted.
[0029]
Further, since the operation control unit 5 is configured to control the combustion of the reforming burner 13a by controlling the fuel gas supply means N and the combustion air supply means M, the configuration will be described below. Add a description.
The operation control unit 5 obtains the target fuel gas supply amount to the reforming burner 13a so that the reforming process temperature in the reforming unit 10 based on the detection information of the temperature sensor 14 becomes the target temperature, and obtains it. A temperature control process for controlling the fuel gas supply means N and the combustion air supply means M is executed so that the target fuel gas supply amount and the target combustion air supply amount that increases as the target fuel gas supply amount increases. It is configured.
[0030]
The temperature control process will be described. When the reforming process temperature in the reforming unit 10 based on the detection information of the temperature sensor 14 is lower than the target temperature, the operation control unit 5 performs the reforming process in the reforming unit 10. The amount of increase in the amount of fuel gas supplied to the reforming burner 13a is obtained so that the temperature becomes the target temperature, and the amount of increase obtained is added to the current amount of fuel gas supplied to obtain the target fuel gas supply amount. I am doing so.
Then, when the operation control unit 5 obtains the target fuel gas supply amount, the operation control unit 5 performs combustion for the reforming burner 13a so that the air ratio in the reforming burner 13a becomes a set air ratio (for example, 1.2). An increase in the air supply amount is obtained, and the target combustion air supply amount is obtained by adding the obtained increase amount to the current combustion air supply amount.
[0031]
Further, when the reforming process temperature in the reforming unit 10 based on the detection information of the temperature sensor 14 is higher than the target temperature, the operation control unit 5 sets the reforming process temperature in the reforming unit 10 to the target temperature. Then, the reduction amount of the fuel gas supply amount to the reforming burner 13a is obtained, and the target fuel gas supply amount is obtained by subtracting the obtained reduction amount from the current fuel gas supply amount.
Then, when the operation control unit 5 obtains the target fuel gas supply amount, the operation control unit 5 performs combustion for the reforming burner 13a so that the air ratio in the reforming burner 13a becomes a set air ratio (for example, 1.2). The reduction amount of the air supply amount is obtained, and the target combustion air supply amount is obtained by subtracting the obtained reduction amount from the current combustion air supply amount.
[0032]
In this way, the operation control unit 5 obtains the target fuel gas supply amount and the target combustion air supply amount, so that the fuel gas supply amount to the reforming burner 13a becomes the target fuel gas supply amount. The supply means N is PID-controlled, and the combustion air supply means M is PID-controlled so that the fuel gas supply amount to the reforming burner 13a becomes the target combustion air supply amount.
[0033]
Then, even if the operation control unit 5 supplies the entire amount of exhaust fuel gas discharged from the fuel cell 1 to the reforming burner 13a, the fuel gas supply amount to the reforming burner 13a becomes the target fuel gas supply amount. If not, the external fuel gas supply valve 17 is opened so that the fuel gas from the outside is supplied to the reforming burner 13a in addition to the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell 1. ing.
Further, in the state where only the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell 1 is supplied to the reforming burner 13a, the operation control unit 5 determines the reforming processing temperature in the reforming unit 10 based on the detection information of the temperature sensor 14. When the temperature is higher than the target temperature, an increase in the amount of combustion air supplied to the reforming burner 13a is obtained so that the reforming temperature in the reforming unit 10 becomes the target temperature, and the obtained increase is obtained. Is added to the current combustion air supply amount to obtain the target combustion air supply amount.
[0034]
In the temperature control process, the operation control unit 5 performs the reforming burner with respect to the fuel gas supply amount to the reforming burner 13a based on the reforming process temperature in the reforming unit 10 based on the detection information of the temperature sensor 14. It is determined whether or not the amount of combustion air supplied to 13a is an appropriate amount. If not, the amount of fuel gas supplied to the reforming burner 13a is supplied to the reforming burner 13a. The combustion air supply means M is controlled so that the combustion air supply amount becomes an appropriate amount.
That is, in the temperature control process, the operation control unit 5 performs reforming on the fuel gas supply amount to the reforming burner 13a based on the reforming processing temperature in the reforming unit 10 based on the detection information of the temperature sensor 14. It is configured to determine whether or not the amount of combustion air supplied to the burner 13a is an appropriate minimum limit amount, and to control the combustion air supply means M so as to be the minimum limit amount. .
Incidentally, the minimum limit amount is determined so that the air ratio in the reforming burner 13a becomes a set air ratio (for example, 1.2).
[0035]
Hereinafter, in the temperature control process, the combustion air supply means is set so that the amount of combustion air supplied to the reforming burner 13a becomes the minimum amount of the appropriate amount with respect to the amount of fuel gas supplied to the reforming burner 13a. The configuration for controlling M will be described. However, the case where the reforming process temperature is lower than the target temperature and the case where the reforming process temperature is higher than the target temperature are slightly different, and will be described separately.
[0036]
First, the case where the reforming processing temperature is lower than the target temperature will be described. The operation control unit 5 sets the fuel gas supply means N and the combustion air so that the target fuel gas supply amount and the target combustion air supply amount are obtained. In a state in which the supply means M is controlled, the fuel gas supply amount to the reforming burner 13a is supplied to the reforming burner 13a based on the reforming processing temperature in the reforming unit 10 based on the detection information of the temperature sensor 14. It is configured to determine whether or not the combustion air supply amount is an appropriate minimum amount.
[0037]
Then, when the reforming process temperature in the reforming unit 10 based on the detection information of the temperature sensor 14 is increased by the minimum limit determining set temperature for increase, the operation control unit 5 increases the amount of fuel gas supplied to the reforming burner 13a. On the other hand, it is determined that the combustion air supply amount to the reforming burner 13a is the appropriate minimum amount.
Further, the operation control unit 5 determines the amount of fuel gas to be supplied to the reforming burner 13a if the reforming process temperature in the reforming unit 10 based on the detection information of the temperature sensor 14 does not increase the minimum limit determination set temperature for increase. On the other hand, it is determined that the amount of combustion air supplied to the reforming burner 13a is smaller than the appropriate minimum limit amount.
[0038]
Incidentally, the setting temperature for determining the minimum limit for increase is set according to the increment of the fuel gas supply amount to the reforming burner 13a and the combustion air supply amount, and the fuel gas supply to the reforming burner 13a is set. When the amount and the combustion air supply amount are increased, the temperature is set to rise corresponding to the increase.
Therefore, when the combustion air supply amount is an appropriate minimum limit amount with respect to the fuel gas supply amount, the reforming process temperature is increased by the minimum limit determination set temperature for increase, On the contrary, when the combustion air supply amount is smaller than the appropriate minimum limit amount with respect to the fuel gas supply amount, the reforming process temperature should not increase the minimum limit determination set temperature. become.
[0039]
When the operation control unit 5 determines that the amount of combustion air supplied to the reforming burner 13a is smaller than the minimum limit amount of the appropriate amount with respect to the amount of fuel gas supplied to the reforming burner 13a. The combustion air supply means M is set so that the combustion air supply amount to the reforming burner 13a is increased by a set amount (for example, 5% of the target combustion air supply amount) so as to be the minimum limit amount. Configured to control.
[0040]
Next, the case where the reforming processing temperature is higher than the target temperature will be described. The operation control unit 5 performs the combustion with the fuel gas supply means N and the combustion so that the target fuel gas supply amount and the target combustion air supply amount are obtained. In a state where the air supply means M is controlled, the combustion air supply means M is set such that the fuel gas supply amount to the reforming burner 13a is increased by a set amount (for example, 2% of the target combustion air supply amount). Then, based on the reforming processing temperature in the reforming unit 10 based on the detection information of the temperature sensor 14, the supply of combustion air to the reforming burner 13a with respect to the amount of fuel gas supplied to the reforming burner 13a It is configured to determine whether or not the amount is the minimum limit amount of the appropriate amount.
[0041]
Then, if the reforming process temperature in the reforming unit 10 based on the detection information of the temperature sensor 14 does not increase the setting temperature for determining the minimum limit for reduction, the operation control unit 5 supplies the fuel gas to the reforming burner 13a. On the other hand, it is determined that the amount of combustion air supplied to the reforming burner 13a is an appropriate minimum limit amount.
Further, when the reforming processing temperature in the reforming unit 10 rises by the set temperature for determining the minimum limit for reduction based on the detection information of the temperature sensor 14, the operation control unit 5 increases the amount of fuel gas supplied to the reforming burner 13a. On the other hand, it is determined that the amount of combustion air supplied to the reforming burner 13a is smaller than the appropriate minimum limit amount.
[0042]
Incidentally, when the combustion air supply amount is an appropriate minimum limit amount with respect to the fuel gas supply amount, the combustion air supply amount to the reforming burner 13a is set to a set amount (for example, for target combustion). By increasing the air supply amount by 2%), the combustion air supply amount becomes larger than the minimum limit amount with respect to the fuel gas supply amount. Will not.
On the other hand, when the combustion air supply amount is smaller than the minimum limit amount of the appropriate amount with respect to the fuel gas supply amount, the combustion air supply amount to the reforming burner 13a is set to a set amount (for example, By increasing the target combustion air supply amount by 2%), the reforming process temperature rises to the minimum limit determination set temperature for reduction.
[0043]
When the operation control unit 5 determines that the amount of combustion air supplied to the reforming burner 13a is an appropriate minimum limit amount with respect to the amount of fuel gas supplied to the reforming burner 13a, the operation control unit 5 The combustion air supply amount to the quality burner 13a is decreased by a set amount (for example, 2% of the target combustion air supply amount) so that the combustion air supply amount to the reforming burner 13a is restored. The combustion air supply means M is configured to be controlled.
When the operation control unit 5 determines that the amount of combustion air supplied to the reforming burner 13a is smaller than the minimum limit amount of the appropriate amount with respect to the amount of fuel gas supplied to the reforming burner 13a. The combustion air supply means M is set so that the combustion air supply amount to the reforming burner 13a is increased by a set amount (for example, 2% of the target combustion air supply amount) so as to be the minimum limit amount. Configured to control.
[0044]
The control operation of the operation control unit 5 in the temperature control process will be described based on the flowchart shown in FIG.
First, when the reforming processing temperature T1 by the temperature sensor 14 is lower than the minimum temperature Tmin of the target temperature, the target fuel gas supply amount and the target combustion air supply amount are obtained so that the reforming processing temperature becomes the target temperature. Then, a target temperature adjustment operation for controlling the fuel gas supply means N and the combustion air supply means M is performed so that the target fuel gas supply amount and the target combustion air supply amount are obtained (steps 1 and 2).
[0045]
Then, in the state where the target temperature adjustment operation is performed, the reforming processing temperature T1 by the temperature sensor 14 is monitored.
When the reforming temperature T1 by the temperature sensor 14 is increased by the increasing minimum limit determination set temperature Δt1, the process returns (step 3).
If the reforming processing temperature T1 by the temperature sensor 14 is not increased by the increase minimum setting temperature Δt1, the combustion air supply amount to the reforming burner 13a is set to a set amount (for example, target combustion air). The combustion air supply means M is controlled so as to increase by 5% of the supply amount (steps 3 and 4).
[0046]
Further, when the reforming processing temperature T1 by the temperature sensor 14 is higher than the maximum temperature Tmax of the target temperature, the target fuel gas supply amount and the target combustion air supply amount are obtained so that the reforming processing temperature becomes the target temperature. Thus, the target temperature adjustment operation for controlling the fuel gas supply means N and the combustion air supply means M is performed so that the target fuel gas supply amount and the target combustion air supply amount are obtained (steps 5 and 6).
[0047]
Then, in a state where the combustion air supply means M is controlled so that the fuel gas supply amount to the reforming burner 13a is increased by a set amount (for example, 2% of the target combustion air supply amount), the temperature sensor 14 is controlled. The reforming treatment temperature T1 is monitored (step 7).
If the reforming temperature by the temperature sensor 14 does not increase the minimum limit determination setting temperature Δt2 for reduction, the combustion air supply amount to the reforming burner 13a is set to a set amount (for example, the target combustion air supply amount). 2), the combustion air supply means M is controlled so that the combustion air supply amount to the reforming burner 13a is restored (steps 8 and 9).
When the reforming process temperature by the temperature sensor 14 rises to the minimum limit determination setting temperature Δt2 for reduction, the fuel gas supply amount to the reforming burner 13a is further increased by a set amount (for example, 2% of the target combustion air supply amount). The combustion air supply means M is controlled so as to increase only by (steps 7 and 8).
[0048]
If the reforming temperature T1 by the temperature sensor 14 is lower than the maximum temperature Tmax of the target temperature, the process returns (step 10).
Further, when the reforming temperature T1 by the temperature sensor 14 is higher than the maximum temperature Tmax of the target temperature, only the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell 1 is supplied to the reforming burner 13a. It is determined whether or not there is (steps 10 and 11).
[0049]
When only the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell 1 is supplied to the reforming burner 13a, the reforming burner 13a is supplied with the reforming treatment temperature in the reforming unit 10 so as to reach the target temperature. The combustion air supply means M is controlled such that the increase in the combustion air supply amount is obtained and the fuel gas supply amount to the reforming burner 13a is increased by that increase (steps 11 and 12).
[0050]
[Another embodiment]
(1) In the above embodiment, the minimum limit amount is determined so that the air ratio in the reforming burner 13a becomes the set air ratio (for example, 1.2), and the operation control unit 5 performs the temperature control process. It is determined whether or not the combustion air supply amount to the reforming burner 13a is an appropriate minimum limit amount with respect to the fuel gas supply amount to the reforming burner 13a, so that it becomes the minimum limit amount. In addition, the combustion air supply means M is configured to be controlled, but the air ratio in the reforming burner 13a can be changed as appropriate, and the operation control unit 5 is combusted to the reforming burner 13a. It is determined whether or not the supply air supply amount is an appropriate amount with respect to the fuel gas supply amount to the reforming burner 13a, and the combustion air supply means M is controlled so as to be an appropriate amount. It is also possible to configure and implement.
[0051]
(2) In the above embodiment, the fuel gas supply means N supplies the reformed burner 13a with the exhaust fuel gas and the external fuel gas in a state where the exhaust fuel gas discharged from the fuel cell 1 has priority. However, it is also possible to implement the fuel gas supply means N by supplying the fuel gas from the outside to the reforming burner 13a.
[0052]
(3) In the above embodiment, in the temperature control process, the operation control unit 5 determines whether or not the reforming process temperature T1 by the temperature sensor 14 has increased by the setting temperature Δt1 for increasing the minimum limit, 14, the amount of combustion air supplied to the reforming burner 13 a becomes the amount of fuel gas supplied to the reforming burner 13 a, depending on whether or not the reforming process temperature by 14 is increasing the minimum limit determination setting temperature Δt 2 for reduction. However, the operation control unit 5 is not limited to such a configuration, and the temperature control process is performed by the temperature sensor 14 for reforming. Based on the processing temperature T1, it is determined whether or not the amount of combustion air supplied to the reforming burner 13a is an appropriate minimum limit amount with respect to the amount of fuel gas supplied to the reforming burner 13a. If any .
[0053]
(4) In the above embodiment, the operation control unit 5 obtains the target fuel gas supply amount and the target combustion air supply amount in the temperature control process, and the fuel gas supply amount to the reforming burner 13a is the target fuel gas. The fuel gas supply means N is subjected to PID control so as to be the supply amount, and the combustion air supply means M is PID controlled so that the fuel gas supply amount to the reforming burner 13a becomes the target combustion air supply amount. However, the present invention is not limited to PID control, and various other controls can be applied.
[0054]
(5) Although the example in which the fuel cell 1 is a polymer type is shown in the above embodiment, various types of fuel cells such as a phosphoric acid type can be applied.
[0055]
(6) In the above embodiment, an example of the fuel cell system to which the reformer for a fuel cell according to the present invention is applied has been described. However, the present invention can be applied to various fuel cell systems.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system.
FIG. 2 is a flowchart showing a control operation of an operation control unit.
[Explanation of symbols]
1 Fuel cell
5 Control means
10 reforming section
13a Reforming burner
M Combustion air supply means
N Fuel gas supply means

Claims (3)

改質用バーナによる燃焼熱にて原燃料ガスを改質処理する改質部と、燃料ガスを前記改質用バーナに供給しかつその燃料ガス供給量を調整可能な燃料ガス供給手段と、燃焼用空気を前記改質用バーナに供給しかつその燃焼用空気供給量を調整可能な燃焼用空気供給手段と、前記改質用バーナの燃焼を制御する制御手段とが設けられている燃料電池用の改質装置であって、
前記制御手段は、前記改質部における改質処理温度が目標温度になるように、前記改質用バーナへの目標燃料ガス供給量を求めて、その求めた目標燃料ガス供給量と目標燃料ガス供給量が大きくなるほど大きくなる目標燃焼用空気供給量になるように、前記燃料ガス供給手段と前記燃焼用空気供給手段を制御する温度制御処理を実行し、かつ、
その温度制御処理において、前記改質部における改質処理温度に基づいて、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となっているか否かを判別して、適正量となっていなければ、前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が適正量となるように、前記燃焼用空気供給手段を制御するように構成されている燃料電池用の改質装置。A reforming section for reforming the raw fuel gas by combustion heat from the reforming burner, a fuel gas supply means for supplying the fuel gas to the reforming burner and adjusting the fuel gas supply amount, and combustion The fuel cell is provided with combustion air supply means capable of supplying the reforming burner to the reforming burner and adjusting the combustion air supply amount, and control means for controlling the combustion of the reforming burner. The reformer of
The control means obtains the target fuel gas supply amount to the reforming burner so that the reforming temperature in the reforming unit becomes the target temperature, and the obtained target fuel gas supply amount and the target fuel gas Performing a temperature control process for controlling the fuel gas supply means and the combustion air supply means so that the target combustion air supply quantity increases as the supply quantity increases; and
In the temperature control process, the combustion air supply amount to the reforming burner becomes an appropriate amount with respect to the fuel gas supply amount to the reforming burner based on the reforming processing temperature in the reforming section. If the fuel gas supply amount to the reforming burner is not an appropriate amount, the combustion air supply amount to the reforming burner is set to an appropriate amount. A reformer for a fuel cell configured to control the combustion air supply means. 前記制御手段は、前記温度制御処理において、前記改質部における改質処理温度に基づいて、前記改質用バーナへの燃焼用空気供給量が前記改質用バーナへの燃料ガス供給量に対して適正量の最小限界量となっているか否かを判別して、最小限界量となるように、前記燃焼用空気供給手段を制御するように構成されている請求項１に記載の燃料電池用の改質装置。In the temperature control process, the control means is configured such that the amount of combustion air supplied to the reforming burner is greater than the amount of fuel gas supplied to the reforming burner based on the reforming temperature in the reforming unit. 2. The fuel cell fuel cell according to claim 1, wherein the combustion air supply means is controlled so as to determine whether or not the minimum limit amount is an appropriate amount and to set the minimum limit amount. Reformer. 前記燃料ガス供給手段が、燃料電池から排出される排燃料ガスを優先する状態で排燃料ガスと外部からの燃料ガスとを前記改質用バーナに供給するように構成されている請求項１または２に記載の燃料電池用の改質装置。The fuel gas supply means is configured to supply exhaust fuel gas and external fuel gas to the reforming burner in a state where priority is given to exhaust fuel gas discharged from a fuel cell. 2. A reformer for a fuel cell according to 2.
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