JP2006338925A - Fuel cell system - Google Patents

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Eiichi Yasumoto
栄一 安本
Osamu Sakai
修 酒井
Yasushi Sugawara
靖 菅原
Shinsuke Takeguchi
伸介 竹口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a suitable fuel cell system which has a superior durability, power generation efficiency, and stability of output voltage value at normal power generation operation, and in which air bleed amount can be accurately increased, by accurately comprehending the performance deterioration of the anode catalyst of the fuel cell, using a simple constitution. <P>SOLUTION: This fuel cell system 100 is provided with a control part 20 that controls the fuel cell 15 which generates electric power by using an oxidizer gas supplied by the oxidizer gas supply part 17, and a gas in which a fuel gas containing a reformed hydrogen gas supplied by the fuel gas supply part 7 is mixed with the air supplied by the air bleed mechanism 12. The control part 20 diagnoses the performance reduction of the anode catalyst of the fuel cell 15 at least at either time of start-up operation or stopping operation, the air bleed mechanism 12 is controlled based on the results of the diagnosis, and the supply amount of the air to the fuel gas is made to be increased. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、携帯機器、電気自動車、家庭用コージェネレーションシステム等に使用される燃料電池システムに関し、特に、アノード触媒の性能低下に応じてエアーブリード量を増加させる燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system used for portable devices, electric vehicles, household cogeneration systems, and the like, and more particularly to a fuel cell system that increases the amount of air bleed in response to a decrease in the performance of an anode catalyst.

従来から、高効率な小規模発電が可能である燃料電池システムは、発電の際に発生する熱エネルギーを利用するためのシステム構築が容易であるため、高いエネルギー利用効率を実現可能な分散型の発電システムとして開発が進められている。   Conventionally, a fuel cell system capable of high-efficiency small-scale power generation is easy to build a system for using thermal energy generated during power generation. Development is progressing as a power generation system.

燃料電池システムでは、発電運転の際、その発電部の本体として配設される燃料電池スタック(以下、単に燃料電池という)に、燃料ガスと酸化剤ガスとが各々供給される。すると、燃料電池では、その供給される燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素とが用いられて、所定の電気化学反応が進行する。この電気化学反応の進行により、水素及び酸素が有する化学的なエネルギーが、電気的なエネルギーに直接変換される。これにより、燃料電池システムは、負荷に向けて電力を出力する。   In a fuel cell system, during a power generation operation, a fuel gas and an oxidant gas are respectively supplied to a fuel cell stack (hereinafter simply referred to as a fuel cell) disposed as a main body of the power generation unit. Then, in the fuel cell, hydrogen in the supplied fuel gas and oxygen in the oxidant gas are used, and a predetermined electrochemical reaction proceeds. As the electrochemical reaction proceeds, the chemical energy of hydrogen and oxygen is directly converted into electrical energy. As a result, the fuel cell system outputs power toward the load.

以下、従来の燃料電池システムの構成及び動作について概説する。   The configuration and operation of a conventional fuel cell system will be outlined below.

図10は、従来の燃料電池システムの一般的な構成の一部を模式的に示すブロック図である。尚、図10では、燃料ガスとして都市ガスを改質して生成する改質ガスを用いると共に、酸化剤ガスとして空気を用いる構成を示している。又、以下の記載において、「CO」は「一酸化炭素」を意味する。   FIG. 10 is a block diagram schematically showing a part of a general configuration of a conventional fuel cell system. FIG. 10 shows a configuration in which reformed gas generated by reforming city gas is used as fuel gas and air is used as oxidant gas. In the following description, “CO” means “carbon monoxide”.

図10に示すように、従来の燃料電池システム200は、原料流量調整バルブ101と脱硫器102とを備えている。原料流量調整バルブ101は、都市ガスの供給手段から脱硫器102への都市ガスの供給量を調整する。又、脱硫器102は、原料流量調整バルブ101を通過した都市ガスに含まれるメルカプタンやジメチルサルファイド等の付臭剤を除去する。   As shown in FIG. 10, the conventional fuel cell system 200 includes a raw material flow rate adjustment valve 101 and a desulfurizer 102. The raw material flow rate adjusting valve 101 adjusts the amount of city gas supplied from the city gas supply means to the desulfurizer 102. Further, the desulfurizer 102 removes an odorant such as mercaptan or dimethyl sulfide contained in the city gas that has passed through the raw material flow rate adjustment valve 101.

又、この燃料電池システム200は、改質器103と変成器104と浄化器105とを備えている。改質器103は、脱硫器102を通過して付臭剤が除去された都市ガスを用いて、水蒸気改質反応により改質ガスを生成する。又、変成器104は、改質器103が生成した改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を、シフト反応により低減する。又、浄化器105は、変成器104を通過した改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を、選択酸化反応により更に低減する。そして、少なくとも改質器103と変成器104と浄化器105とにより、燃料改質部106を構成している。尚、図10に示すように、水の供給手段から改質器103への水の供給は、改質水供給ポンプ107により行われる。又、後述する空気流量調整部111から浄化器105への空気の供給量は、選択酸化用流量調整部108により調整される。   The fuel cell system 200 includes a reformer 103, a transformer 104, and a purifier 105. The reformer 103 uses the city gas from which the odorant has been removed after passing through the desulfurizer 102 to generate a reformed gas by a steam reforming reaction. Further, the transformer 104 reduces the concentration of carbon monoxide contained in the reformed gas generated by the reformer 103 by a shift reaction. The purifier 105 further reduces the concentration of carbon monoxide contained in the reformed gas that has passed through the transformer 104 by a selective oxidation reaction. At least the reformer 103, the transformer 104, and the purifier 105 constitute a fuel reforming unit 106. As shown in FIG. 10, water is supplied from the water supply means to the reformer 103 by a reforming water supply pump 107. Further, the supply amount of air from the air flow rate adjusting unit 111 described later to the purifier 105 is adjusted by the selective oxidation flow rate adjusting unit 108.

又、この燃料電池システム200は、燃料電池109を備えている。この燃料電池109は、燃料改質部106が生成した改質ガスを用いて発電を行う。この燃料電池109としては、例えば、高分子電解質型燃料電池を備える。この高分子電解質型燃料電池は、プロトンの伝導性を有する高分子電解質膜を備えている。この高分子電解質膜は、その両面に白金触媒(アノード触媒及びカソード触媒)を備えている。斯かる高分子電解質型燃料電池では、アノード触媒上で、白金の触媒作用により、改質ガスに含まれる水素がプロトン及び電子に変換される触媒反応が進行する。この際、プロトンは、高分子電解質膜の内部を移動して、カソード触媒上に到達する。又、電子は、外部負荷を経由して、カソード触媒上に到達する。一方、カソード触媒上では、白金の触媒作用により、到達するプロトン及び電子と後述する加湿器112から供給される空気中の酸素とから水を生成する触媒反応が進行する。尚、図10に示すように、発電運転中に発熱する燃料電池109の冷却は、熱交換部110により行われる。   The fuel cell system 200 includes a fuel cell 109. The fuel cell 109 generates power using the reformed gas generated by the fuel reforming unit 106. As the fuel cell 109, for example, a polymer electrolyte fuel cell is provided. This polymer electrolyte fuel cell includes a polymer electrolyte membrane having proton conductivity. The polymer electrolyte membrane includes platinum catalysts (anode catalyst and cathode catalyst) on both sides thereof. In such a polymer electrolyte fuel cell, a catalytic reaction in which hydrogen contained in the reformed gas is converted into protons and electrons proceeds on the anode catalyst by the catalytic action of platinum. At this time, protons move inside the polymer electrolyte membrane and reach the cathode catalyst. Electrons reach the cathode catalyst via an external load. On the other hand, on the cathode catalyst, a catalytic reaction of generating water from the protons and electrons that arrive and oxygen in the air supplied from the humidifier 112 described later proceeds due to the catalytic action of platinum. As shown in FIG. 10, the heat exchange unit 110 cools the fuel cell 109 that generates heat during the power generation operation.

又、この燃料電池システム200は、空気流量調整部111と加湿器112と燃焼器114とを備えている。空気流量調整部111は、大気中から選択酸化用流量調節部108及び加湿器112及び後述するエアーブリード機構113への空気の供給量を調整する。又、加湿器112は、空気流量調整部111を通過した空気を、燃料電池109から排出される高温高湿状態の排空気を用いて加温及び加湿する。又、燃焼器114は、燃料電池109から排出される排改質ガスを、燃料電池109から排出されかつ加湿器112を通過した排空気を用いて燃焼する。そして、排燃焼ガスとして、燃料電池システム200の外部に排出する。   The fuel cell system 200 includes an air flow rate adjusting unit 111, a humidifier 112, and a combustor 114. The air flow rate adjustment unit 111 adjusts the amount of air supplied from the atmosphere to the selective oxidation flow rate adjustment unit 108, the humidifier 112, and an air bleed mechanism 113 described later. Further, the humidifier 112 heats and humidifies the air that has passed through the air flow rate adjusting unit 111 using high-temperature, high-humidity exhaust air that is discharged from the fuel cell 109. Further, the combustor 114 burns the exhaust reformed gas discharged from the fuel cell 109 using the exhaust air discharged from the fuel cell 109 and passed through the humidifier 112. Then, it is discharged outside the fuel cell system 200 as exhaust combustion gas.

又、この燃料電池システム200は、エアーブリード機構113を備えている。エアーブリード機構113は、発電運転の際、燃料改質部106が生成した改質ガスに、燃料電池109への供給前、空気流量調整部111を通過した空気を所定の供給量で供給する。このエアーブリード機構113により、燃料電池システム200は、燃料電池109におけるアノード触媒の被毒を抑制する。   The fuel cell system 200 includes an air bleed mechanism 113. The air bleed mechanism 113 supplies the reformed gas generated by the fuel reforming unit 106 during the power generation operation with air that has passed through the air flow rate adjusting unit 111 before being supplied to the fuel cell 109 in a predetermined supply amount. With this air bleed mechanism 113, the fuel cell system 200 suppresses poisoning of the anode catalyst in the fuel cell 109.

具体的には、燃料改質部106が生成する改質ガスは、通常、微量の一酸化炭素を含んでいる。この一酸化炭素は、白金と容易に結合するため、燃料電池109のアノード触媒の被毒を引き起こす。このアノード触媒の被毒は、アノード触媒上における水素を用いる触媒反応の進行を著しく阻害する。そこで、エアーブリード機構113により改質ガスに空気を供給して、燃料電池109のアノード触媒上に酸素を供給する。そして、アノード触媒に結合した一酸化炭素を、酸素を用いて更に酸化して、二酸化炭素に変換する。これにより、アノード触媒上から二酸化炭素が脱離して、排改質ガスと共に燃料電池109の外部に排出されるので、燃料電池109におけるアノード触媒の被毒を抑制することが可能になる。   Specifically, the reformed gas generated by the fuel reforming unit 106 usually contains a small amount of carbon monoxide. This carbon monoxide easily binds to platinum, causing poisoning of the anode catalyst of the fuel cell 109. This poisoning of the anode catalyst significantly impedes the progress of the catalytic reaction using hydrogen on the anode catalyst. Therefore, air is supplied to the reformed gas by the air bleed mechanism 113 and oxygen is supplied onto the anode catalyst of the fuel cell 109. And the carbon monoxide couple | bonded with the anode catalyst is further oxidized using oxygen, and is converted into a carbon dioxide. As a result, carbon dioxide is desorbed from the anode catalyst and discharged together with the exhaust reformed gas to the outside of the fuel cell 109, so that poisoning of the anode catalyst in the fuel cell 109 can be suppressed.

ところで、近年の燃料電池システムでは、上述したエアーブリード機構に加えて、燃料電池自体にも耐CO被毒性を付与するために、白金触媒に代えて白金−ルテニウム合金触媒を燃料電池のアノード触媒として用いている。この白金−ルテニウム合金触媒を用いる構成によれば、エアーブリード機構による被毒抑制効果に加えて、酸素吸着能を有するルテニウムにより改質ガス中の水分等からも酸素が吸着及び白金上に供給されて被毒が抑制されるので、燃料電池でのアノード触媒の被毒をより一層効果的に抑制することが可能になる。   By the way, in recent fuel cell systems, in addition to the air bleed mechanism described above, a platinum-ruthenium alloy catalyst is used as the anode catalyst of the fuel cell in place of the platinum catalyst in order to impart CO poisoning resistance to the fuel cell itself. Used. According to the configuration using this platinum-ruthenium alloy catalyst, in addition to the poisoning suppressing effect by the air bleed mechanism, oxygen is also adsorbed and supplied onto the platinum from moisture in the reformed gas by ruthenium having oxygen adsorption ability. Therefore, poisoning of the anode catalyst in the fuel cell can be more effectively suppressed.

しかしながら、この白金−ルテニウム合金触媒をアノード触媒として用いる燃料電池システムでは、長期に渡って発電運転が継続される場合や、発電運転の起動と停止とが繰り返される運転(以下、DSS運転という)の場合、ルテニウムが溶出して、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が低下するので、燃料電池自体の耐CO被毒性が経時的に低下する。この場合、エアーブリード機構による改質ガスへの空気の供給量(以下、エアーブリード量という)が不足するため、燃料電池のアノード触媒の被毒が経時的に低下して、燃料電池の出力電圧値が経時的に低下する。   However, in a fuel cell system that uses this platinum-ruthenium alloy catalyst as an anode catalyst, when the power generation operation is continued for a long period of time, or when the power generation operation is repeatedly started and stopped (hereinafter referred to as DSS operation). In this case, ruthenium is eluted, and the residual ratio of ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst is lowered, so that the CO poisoning resistance of the fuel cell itself is lowered with time. In this case, since the amount of air supplied to the reformed gas by the air bleed mechanism (hereinafter referred to as air bleed amount) is insufficient, poisoning of the anode catalyst of the fuel cell decreases with time, and the output voltage of the fuel cell The value decreases over time.

そこで、発電運転中、一時的に改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度が上昇して、アノード触媒の被毒により燃料電池の出力電圧値がノーマル電圧値より所定の電圧値だけ低い警戒電圧値を下回った場合、エアーブリード機構によるエアーブリード量を20〜30%程度増加することにより、発電運転を停止することなく、燃料電池の出力電圧値を警戒電圧値以上の電圧値にまで回復させる燃料電池システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−207135号公報
Therefore, during power generation operation, the concentration of carbon monoxide contained in the reformed gas temporarily increases, and the warning voltage is lower than the normal voltage value by a predetermined voltage value due to poisoning of the anode catalyst. When the value is lower than the value, the air bleed amount by the air bleed mechanism is increased by about 20 to 30%, so that the output voltage value of the fuel cell is recovered to a voltage value higher than the warning voltage value without stopping the power generation operation. A fuel cell system has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
JP 2004-207135 A

しかしながら、上述した従来の提案では、燃料電池の出力電圧値が所定の閾値を下回った後、エアーブリード量を増加して、燃料電池の出力電圧値を所定の電圧値にまで回復させるので、発電運転中に燃料電池の出力電圧値が変動する。この燃料電池の出力電圧値の変動は、燃料電池システムに接続される外部負荷の安定な動作を著しく阻害する。   However, in the above-described conventional proposal, after the output voltage value of the fuel cell falls below a predetermined threshold value, the air bleed amount is increased and the output voltage value of the fuel cell is recovered to the predetermined voltage value. The output voltage value of the fuel cell fluctuates during operation. This fluctuation in the output voltage value of the fuel cell significantly hinders stable operation of an external load connected to the fuel cell system.

又、上述した従来の提案では、燃料電池の出力電圧値が所定の閾値を下回り、エアーブリード量を増加する際、そのエアーブリード量の増加量をアノード触媒の性能低下を補填するための正確な増加量とすることは難しい。換言すれば、例えば、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの減少によりアノード触媒の被毒が進行した場合、そのルテニウムの残存率を正確に把握してエアーブリード量を正確に増加させることは難しい。その理由は、発電運転中に燃料電池の出力電圧値の変動値を検出しても、その出力電圧値の変動値は、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に反映していないからである。   Further, in the above-described conventional proposal, when the output voltage value of the fuel cell is below a predetermined threshold value and the air bleed amount is increased, the increased amount of the air bleed amount is accurately compensated for the performance degradation of the anode catalyst. It is difficult to increase the amount. In other words, for example, when poisoning of the anode catalyst has progressed due to a decrease in ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst, it is difficult to accurately grasp the residual rate of the ruthenium and accurately increase the air bleed amount. The reason is that even if the fluctuation value of the output voltage value of the fuel cell is detected during the power generation operation, the fluctuation value of the output voltage value does not accurately reflect the residual rate of ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst. It is.

又、エアーブリード量の増加量が白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの減少を補填するための正確な増加量を超える場合には、過剰分の酸素が燃料電池において改質ガスに含まれる水素の単なる燃焼反応を促進するため、燃料電池の発電運転のために使用可能な水素の量が減少する。つまり、燃料電池への酸素の過剰な供給は、燃料電池システムの発電効率を悪化させる。   Also, if the increase in the amount of air bleed exceeds the exact increase to compensate for the decrease in ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst, the excess oxygen is simply the amount of hydrogen contained in the reformed gas in the fuel cell. In order to promote the combustion reaction, the amount of hydrogen that can be used for the power generation operation of the fuel cell is reduced. That is, excessive supply of oxygen to the fuel cell deteriorates the power generation efficiency of the fuel cell system.

本発明はこのような事情に鑑みてなされてものであり、燃料電池のアノード触媒の性能低下を簡易な構成により正確に把握してエアーブリード量を正確に増加させることが可能である、優れた耐久性及び発電効率と通常発電運転時における出力電圧値の安定性を有する好適な燃料電池システムを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to accurately grasp the performance degradation of the anode catalyst of the fuel cell with a simple configuration and accurately increase the amount of air bleed. An object of the present invention is to provide a suitable fuel cell system having durability, power generation efficiency, and stability of an output voltage value during normal power generation operation.

上記従来の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、空気を供給するエアーブリード機構と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、原料を改質して水素を含む燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、前記酸化剤ガス供給部が供給する前記酸化剤ガスと、前記燃料ガス供給部が供給する前記燃料ガスに前記エアーブリード機構が前記空気を供給して得る前記燃料ガスと前記空気との混合ガスとを用いて発電する燃料電池と、少なくとも前記エアーブリード機構及び前記酸化剤ガス供給部及び前記燃料ガス供給部及び前記燃料電池を制御して起動運転及び停止運転を行う制御部とを備える燃料電池システムであって、前記制御部が、前記起動運転時、前記燃料電池のアノード触媒の性能低下を診断して、該診断の結果に基づいて前記エアーブリード機構を制御して前記燃料ガスへの前記空気の供給量を増加させる(請求項1)。   In order to solve the above-described conventional problems, a fuel cell system according to the present invention includes an air bleed mechanism for supplying air, an oxidant gas supply unit for supplying an oxidant gas, and hydrogen by reforming a raw material. A fuel gas supply unit that supplies fuel gas, the oxidant gas that is supplied by the oxidant gas supply unit, and the fuel gas that is supplied by the fuel gas supply unit is obtained by the air bleed mechanism supplying the air. A fuel cell that generates power using a mixed gas of the fuel gas and the air, and at least the air bleed mechanism, the oxidant gas supply unit, the fuel gas supply unit, and the fuel cell to control start-up operation and stop A control unit that performs operation, wherein the control unit diagnoses a decrease in performance of the anode catalyst of the fuel cell during the start-up operation, and is based on a result of the diagnosis. There wherein by controlling the air bleed mechanism to increase the supply amount of the air to the fuel gas (claim 1).

かかる構成とすると、制御部が燃料電池システムの起動運転時に燃料電池のアノード触媒の性能低下を診断してエアーブリード機構による燃料ガスへの空気の供給量を増加させるので、通常発電運転時における電力の出力特性が優れた燃料電池システムを提供することが可能になる。   With this configuration, the control unit diagnoses a decrease in the performance of the anode catalyst of the fuel cell during start-up operation of the fuel cell system and increases the amount of air supplied to the fuel gas by the air bleed mechanism. It becomes possible to provide a fuel cell system with excellent output characteristics.

この場合、前記制御部が、前記燃料ガス供給部が通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する際の前記燃料電池の出力電圧値と所定の基準電圧値との電圧差に基づいて前記診断する(請求項2)。   In this case, a voltage difference between the output voltage value of the fuel cell and a predetermined reference voltage value when the control unit supplies the fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding that during normal power generation operation. Based on the above, the diagnosis is made (Claim 2).

かかる構成とすると、燃料ガス供給部が通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の燃料ガスを燃料電池に供給する際の出力電圧値と所定の基準電圧値との電圧差に基づいてアノード触媒の性能低下を診断するので、アノード触媒の性能低下の程度を極めて正確に診断することができる。その結果、エアーブリード機構による燃料ガスへの空気の供給量を極めて正確に増加させることができるので、優れた耐久性及び発電効率を備える燃料電池システムを提供することが可能になる。   With such a configuration, the anode gas catalyst is supplied based on the voltage difference between the output voltage value when the fuel gas supply unit supplies fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding that during normal power generation operation to the fuel cell and a predetermined reference voltage value. Since performance degradation is diagnosed, the degree of performance degradation of the anode catalyst can be diagnosed extremely accurately. As a result, the amount of air supplied to the fuel gas by the air bleed mechanism can be increased extremely accurately, so that a fuel cell system having excellent durability and power generation efficiency can be provided.

この場合、前記燃料ガス供給部が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を第1の温度以上で第1の濃度以下に低減する変成器を備え、前記変成器の温度が前記第1の温度未満であることを前記制御部が判定して前記変成器が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第1の濃度を超えるよう低減することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する(請求項3)。   In this case, the fuel gas supply unit includes a transformer that reduces the carbon monoxide concentration of the fuel gas to a first concentration that is higher than or equal to a first temperature, and the temperature of the transformer is less than the first temperature. The fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding that during the normal power generation operation is determined by the control unit and the transformer reduces the carbon monoxide concentration of the fuel gas to exceed the first concentration. (Claim 3).

かかる構成とすると、特別な設備を配設することなく、従来の燃料電池システムの構成及び動作を利用して、通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の燃料ガスを燃料電池に供給することが可能になる。   With such a configuration, a fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding the normal power generation operation can be supplied to the fuel cell by using the configuration and operation of the conventional fuel cell system without providing any special equipment. It becomes possible.

又、上記の場合、前記燃料ガス供給部が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を第2の温度以上で第2の濃度以下に低減する浄化器を備え、前記浄化器の温度が前記第2の温度未満であることを前記制御部が判定して前記浄化器が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第2の濃度を超えるよう低減することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する(請求項4)。   Further, in the above case, the fuel gas supply unit includes a purifier that reduces the carbon monoxide concentration of the fuel gas to a second temperature or higher and a second concentration or lower, and the temperature of the purifier is the second temperature. The controller determines that the temperature is lower than the temperature, and the purifier reduces the carbon monoxide concentration of the fuel gas so as to exceed the second concentration. The fuel gas is supplied (claim 4).

かかる構成としても、特別な設備を配設することなく、従来の燃料電池システムの構成及び動作を利用して、通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の燃料ガスを燃料電池に供給することが可能になる。   Even in such a configuration, a fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding the normal power generation operation can be supplied to the fuel cell by using the configuration and operation of the conventional fuel cell system without providing any special equipment. It becomes possible.

又、上記の場合、前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第2の温度以上で前記第2の濃度以下に低減するために前記浄化器に所定の流量以上で空気を供給する空気供給部を更に備え、少なくとも前記変成器及び前記浄化器の温度が前記第1及び第2の温度以上であることを前記制御部が判定して前記空気供給部が前記所定の流量未満で前記空気を供給又は供給を停止することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する(請求項5)。   Further, in the above case, an air supply unit that supplies air to the purifier at a predetermined flow rate or more in order to reduce the carbon monoxide concentration of the fuel gas to the second concentration or more above the second temperature. The controller determines that at least the temperatures of the transformer and the purifier are equal to or higher than the first and second temperatures, and the air supply unit supplies the air at less than the predetermined flow rate. The fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding that during the normal power generation operation is supplied by stopping the supply (Claim 5).

かかる構成としても、特別な設備を配設することなく、従来の燃料電池システムの構成及び動作を利用して、通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の燃料ガスを燃料電池に供給することが可能になる。   Even in such a configuration, a fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding the normal power generation operation can be supplied to the fuel cell by using the configuration and operation of the conventional fuel cell system without providing any special equipment. It becomes possible.

又、本発明に係る燃料電池システムは、空気を供給するエアーブリード機構と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、原料を改質して水素を含む燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、前記酸化剤ガス供給部が供給する前記酸化剤ガスと、前記燃料ガス供給部が供給する前記燃料ガスに前記エアーブリード機構が前記空気を供給して得る前記燃料ガスと前記空気との混合ガスとを用いて発電する燃料電池と、少なくとも前記エアーブリード機構及び前記酸化剤ガス供給部及び前記燃料ガス供給部及び前記燃料電池を制御して起動運転及び停止運転を行う制御部とを備える燃料電池システムであって、前記制御部が、前記停止運転時、前記燃料電池のアノード触媒の性能低下を診断して、該診断の結果に基づいて前記エアーブリード機構を制御して前記燃料ガスへの前記空気の供給量を増加させる(請求項6)。   The fuel cell system according to the present invention includes an air bleed mechanism for supplying air, an oxidant gas supply unit for supplying an oxidant gas, and a fuel gas supply for supplying a fuel gas containing hydrogen by reforming a raw material. The oxidant gas supplied by the oxidant gas supply unit, and the fuel gas and the air obtained by the air bleed mechanism supplying the air to the fuel gas supplied by the fuel gas supply unit. A fuel cell that generates electric power using a mixed gas; and at least the air bleed mechanism, the oxidant gas supply unit, the fuel gas supply unit, and a control unit that controls the fuel cell to perform start-up operation and stop operation. In the fuel cell system, the control unit diagnoses a decrease in performance of the anode catalyst of the fuel cell during the stop operation, and the air bleed mechanism is based on a result of the diagnosis. Controlled to increase the supply amount of the air to the fuel gas (claim 6).

かかる構成とすると、制御部が燃料電池システムの停止運転時に燃料電池のアノード触媒の性能低下を診断してエアーブリード機構による燃料ガスへの空気の供給量を増加させるので、通常発電運転時における電力の出力特性が優れた燃料電池システムを提供することが可能になる。   With this configuration, the control unit diagnoses the performance deterioration of the anode catalyst of the fuel cell during the stop operation of the fuel cell system and increases the amount of air supplied to the fuel gas by the air bleed mechanism. It becomes possible to provide a fuel cell system with excellent output characteristics.

この場合、前記制御部が、前記燃料ガス供給部が通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する際の前記燃料電池の出力電圧値と所定の基準電圧値との電圧差に基づいて前記診断する(請求項7)。   In this case, a voltage difference between the output voltage value of the fuel cell and a predetermined reference voltage value when the control unit supplies the fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding that during normal power generation operation. Based on the above, the diagnosis is made (claim 7).

かかる構成とすると、燃料ガス供給部が通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の燃料ガスを燃料電池に供給する際の出力電圧値と所定の基準電圧値との電圧差に基づいてアノード触媒の性能低下を診断するので、アノード触媒の性能低下の程度を極めて正確に診断することができる。その結果、エアーブリード機構による燃料ガスへの空気の供給量を極めて正確に増加させることができるので、優れた耐久性及び発電効率を備える燃料電池システムを提供することが可能になる。   With such a configuration, the anode gas catalyst is supplied based on the voltage difference between the output voltage value when the fuel gas supply unit supplies fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding that during normal power generation operation to the fuel cell and a predetermined reference voltage value. Since performance degradation is diagnosed, the degree of performance degradation of the anode catalyst can be diagnosed extremely accurately. As a result, the amount of air supplied to the fuel gas by the air bleed mechanism can be increased extremely accurately, so that a fuel cell system having excellent durability and power generation efficiency can be provided.

この場合、前記燃料ガス供給部が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を第1の温度以上で第1の濃度以下に低減する変成器を備え、前記変成器の温度が前記第1の温度未満であることを前記制御部が判定して前記変成器が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第1の濃度を超えるよう低減することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する(請求項8)。   In this case, the fuel gas supply unit includes a transformer that reduces the carbon monoxide concentration of the fuel gas to a first concentration that is higher than or equal to a first temperature, and the temperature of the transformer is less than the first temperature. The fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding that during the normal power generation operation is determined by the control unit and the transformer reduces the carbon monoxide concentration of the fuel gas to exceed the first concentration. (Claim 8).

かかる構成とすると、特別な設備を配設することなく、従来の燃料電池システムの構成及び動作を利用して、通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の燃料ガスを燃料電池に供給することが可能になる。   With such a configuration, a fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding the normal power generation operation can be supplied to the fuel cell by using the configuration and operation of the conventional fuel cell system without providing any special equipment. It becomes possible.

又、上記の場合、前記燃料ガス供給部が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を第2の温度以上で第2の濃度以下に低減する浄化器を備え、前記浄化器の温度が前記第2の温度未満であることを前記制御部が判定して前記浄化器が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第2の濃度を超えるよう低減することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する(請求項9)。   Further, in the above case, the fuel gas supply unit includes a purifier that reduces the carbon monoxide concentration of the fuel gas to a second temperature or higher and a second concentration or lower, and the temperature of the purifier is the second temperature. The controller determines that the temperature is lower than the temperature, and the purifier reduces the carbon monoxide concentration of the fuel gas so as to exceed the second concentration. The fuel gas is supplied (claim 9).

かかる構成としても、特別な設備を配設することなく、従来の燃料電池システムの構成及び動作を利用して、通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の燃料ガスを燃料電池に供給することが可能になる。   Even in such a configuration, a fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding the normal power generation operation can be supplied to the fuel cell by using the configuration and operation of the conventional fuel cell system without providing any special equipment. It becomes possible.

又、上記の場合、前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第2の温度以上で前記第2の濃度以下に低減するために前記浄化器に所定の流量以上で空気を供給する空気供給部を更に備え、少なくとも前記変成器及び前記浄化器の温度が前記第1及び第2の温度以上であることを前記制御部が判定して前記空気供給部が前記所定の流量未満で前記空気を供給又は供給を停止することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する(請求項10)。   Further, in the above case, an air supply unit that supplies air to the purifier at a predetermined flow rate or more in order to reduce the carbon monoxide concentration of the fuel gas to the second concentration or more above the second temperature. The controller determines that at least the temperatures of the transformer and the purifier are equal to or higher than the first and second temperatures, and the air supply unit supplies the air at less than the predetermined flow rate. By stopping the supply, the fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding that during the normal power generation operation is supplied (claim 10).

かかる構成としても、特別な設備を配設することなく、従来の燃料電池システムの構成及び動作を利用して、通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の燃料ガスを燃料電池に供給することが可能になる。   Even in such a configuration, a fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding the normal power generation operation can be supplied to the fuel cell by using the configuration and operation of the conventional fuel cell system without providing any special equipment. It becomes possible.

又、上記の場合、前記制御部が、前記燃料電池のアノード触媒の性能低下を前記起動運転時に加えて前記停止運転時にも前記診断する(請求項11)。   In the above case, the control unit diagnoses the deterioration of the performance of the anode catalyst of the fuel cell during the stop operation as well as during the start operation.

かかる構成とすると、制御部が燃料電池のアノード触媒の性能低下を起動運転時に加えて停止運転時にも診断するので、通常発電運転時における電力の出力特性がより一層優れた燃料電池システムを提供することが可能になる。   With this configuration, the control unit diagnoses the deterioration in the performance of the anode catalyst of the fuel cell at the time of start-up operation and also at the time of stop operation, so that a fuel cell system with even more excellent power output characteristics during normal power generation operation is provided. It becomes possible.

又、上記の場合、前記燃料電池が、プロトン伝導性を有する高分子電解質膜の一方の面にアノード触媒を他方の面にカソード触媒を各々備え、前記アノード触媒及び前記カソード触媒の少なくともアノード触媒が白金−ルテニウム合金触媒からなる高分子電解質型燃料電池である(請求項12)。   In the above case, the fuel cell includes an anode catalyst on one surface of the polymer electrolyte membrane having proton conductivity and a cathode catalyst on the other surface, and at least the anode catalyst of the anode catalyst and the cathode catalyst includes A polymer electrolyte fuel cell comprising a platinum-ruthenium alloy catalyst (claim 12).

かかる構成とすると、燃料電池が、アノード触媒及びカソード触媒の少なくともアノード触媒が白金−ルテニウム合金触媒からなる高分子電解質型燃料電池であるので、本発明を好適に実施することが可能になる。   With such a configuration, since the fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell in which at least the anode catalyst of the anode catalyst and the cathode catalyst is a platinum-ruthenium alloy catalyst, the present invention can be suitably implemented.

本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池のアノード触媒の性能低下を正確に把握して、燃料電池へのエアーブリード量を正確に増加させることが可能になるので、アノード触媒の被毒を確実に解消することが可能になると共に、高分子電解質膜の損傷や発電効率の悪化を確実に防止することが可能になる。   According to the fuel cell system of the present invention, it is possible to accurately grasp the performance degradation of the anode catalyst of the fuel cell and accurately increase the amount of air bleed to the fuel cell. Can be reliably eliminated, and damage to the polymer electrolyte membrane and deterioration of power generation efficiency can be reliably prevented.

又、本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池のアノード触媒の性能低下を、従来の燃料電池システムの構成及び動作を利用する簡易な構成により、通常発電運転を行わない時に正確に把握するので、燃料電池システムの出力電圧値の安定性を確実に確保することが可能になる。   Further, according to the fuel cell system of the present invention, the performance degradation of the anode catalyst of the fuel cell can be accurately grasped by the simple configuration utilizing the configuration and operation of the conventional fuel cell system when the normal power generation operation is not performed. Therefore, it is possible to ensure the stability of the output voltage value of the fuel cell system.

つまり、本発明によれば、燃料電池のアノード触媒の性能低下を簡易な構成により正確に把握してエアーブリード量を正確に増加させることが可能である、優れた耐久性及び発電効率と出力電圧値の安定性を有する好適な燃料電池システムを提供することが可能になるという効果が得られる。   In other words, according to the present invention, it is possible to accurately grasp the performance deterioration of the anode catalyst of the fuel cell with a simple configuration and accurately increase the amount of air bleed. Excellent durability and power generation efficiency and output voltage It is possible to provide a suitable fuel cell system having a stable value.

尚、本発明によれば、燃料電池へのエアーブリード量を極めて正確に増加させることにより、高分子電解質膜の寿命を長寿命化することができるので、燃料電池システムの寿命を長寿命化することも十分に期待できる。   According to the present invention, since the life of the polymer electrolyte membrane can be extended by increasing the amount of air bleed into the fuel cell very accurately, the life of the fuel cell system is extended. I can also expect that.

本発明の概念は、発電運転の起動と停止とが繰り返されるDSS運転を行う燃料電池システムを対象とする。   The concept of the present invention is directed to a fuel cell system that performs DSS operation in which power generation operation is repeatedly started and stopped.

又、本発明は、改質ガスを生成する燃料改質部と、この燃料改質部が生成する改質ガスに空気を供給するエアーブリード機構とを備える燃料電池システムを対象とする。   The present invention is also directed to a fuel cell system including a fuel reforming unit that generates reformed gas and an air bleed mechanism that supplies air to the reformed gas generated by the fuel reforming unit.

又、本発明を実施するための最良の形態では、白金−ルテニウム合金触媒をアノード触媒として用いる燃料電池システムを一例に挙げて説明する。   In the best mode for carrying out the present invention, a fuel cell system using a platinum-ruthenium alloy catalyst as an anode catalyst will be described as an example.

又、本明細書では、燃料電池システムの起動から電力の出力開始までの間の運転を、燃料電池システムの「起動運転」と定義する。又、電力の出力停止から燃料電池システムの動作停止までの間の運転を、燃料電池システムの「停止運転」と定義する。尚、燃料電池システムが電力を出力している際の運転を、燃料電池システムの「通常発電運転」と定義する。   In this specification, the operation from the start of the fuel cell system to the start of power output is defined as the “start-up operation” of the fuel cell system. Further, the operation from the stop of power output to the stop of the operation of the fuel cell system is defined as the “stop operation” of the fuel cell system. The operation when the fuel cell system outputs power is defined as “normal power generation operation” of the fuel cell system.

先ず、本発明の実施の形態1〜7において共通する、燃料電池のアノード触媒の性能低下を正確に把握して、エアーブリード量の増加量を正確に求める、燃料電池システムの基本的な動作概念について説明する。   First, the basic operation concept of the fuel cell system, which is common in the first to seventh embodiments of the present invention, accurately grasps the performance degradation of the anode catalyst of the fuel cell and accurately obtains the increase amount of the air bleed amount. Will be described.

白金−ルテニウム合金触媒をアノード触媒として用いる燃料電池システムでは、例えばDSS運転が行われる場合、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムが溶出するので、その白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が経時的に低下する。つまり、酸素吸着能及び酸素供給能を有するルテニウムの残存率が経時的に低下するので、燃料電池自体の耐CO被毒性が経時的に低下する。   In a fuel cell system using a platinum-ruthenium alloy catalyst as an anode catalyst, for example, when the DSS operation is performed, ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst is eluted, so that the residual ratio of ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst is changed over time. descend. That is, since the residual rate of ruthenium having oxygen adsorption ability and oxygen supply ability decreases with time, the CO poisoning resistance of the fuel cell itself decreases with time.

ところで、白金−ルテニウム合金触媒をアノード触媒として用いる燃料電池システムでは、アノード触媒の被毒を、ルテニウムが有する酸素吸着能及び白金への酸素供給能とエアーブリード機構が有する空気供給能とを利用して効果的に抑制する。従って、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が経時的に低下して、燃料電池自体の耐CO被毒性が経時的に低下する場合、燃料電池の発電性能を好適に維持するためには、その白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率の低下に応じて、エアーブリード機構による改質ガスへのエアーブリード量を正確に増加させる必要がある。   By the way, in a fuel cell system using a platinum-ruthenium alloy catalyst as an anode catalyst, the poisoning of the anode catalyst uses the oxygen adsorption ability of ruthenium, the oxygen supply ability to platinum, and the air supply ability of the air bleed mechanism. Effective suppression. Therefore, in the case where the ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst decreases with time and the CO poisoning resistance of the fuel cell itself decreases with time, in order to suitably maintain the power generation performance of the fuel cell, It is necessary to accurately increase the amount of air bleed into the reformed gas by the air bleed mechanism in accordance with the decrease in the ruthenium remaining rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst.

一方、燃料改質部を備える一般的な燃料電池システムでは、燃料改質部における改質器の温度が水蒸気改質反応を進行させるための所定の温度であっても、燃料改質部における変成器の温度がシフト反応を進行させるための所定の温度でない場合や、燃料改質部における浄化器の温度が選択酸化反応を進行させるための所定の温度でない場合、燃料改質部が生成する改質ガスは100ppm以上の高濃度の一酸化炭素を含む。   On the other hand, in a general fuel cell system having a fuel reforming section, even if the temperature of the reformer in the fuel reforming section is a predetermined temperature for causing the steam reforming reaction to proceed, the transformation in the fuel reforming section is performed. When the temperature of the purifier is not a predetermined temperature for proceeding with the shift reaction, or when the temperature of the purifier in the fuel reforming unit is not the predetermined temperature for proceeding with the selective oxidation reaction, the reformer generated by the fuel reforming unit is generated. The quality gas contains carbon monoxide at a high concentration of 100 ppm or more.

又、燃料改質部における改質器及び変成器及び浄化器の温度が水蒸気改質反応を進行させるための所定の温度及びシフト反応を進行させるための所定の温度及び選択酸化反応を進行させるための所定の温度であっても、選択酸化用流量調整部から浄化器への空気の供給量が不足する場合、つまり、浄化器におけるストイキオメトリが悪化する場合、燃料改質部が生成する改質ガスは100ppm以上の高濃度の一酸化炭素を含む。   Also, the temperature of the reformer, the transformer, and the purifier in the fuel reforming section is a predetermined temperature for proceeding with the steam reforming reaction, a predetermined temperature for proceeding with the shift reaction, and a selective oxidation reaction. Even if the predetermined temperature is low, the fuel reforming unit generates a reformation when the amount of air supplied from the selective oxidation flow control unit to the purifier is insufficient, that is, when the stoichiometry in the purifier deteriorates. The quality gas contains carbon monoxide at a high concentration of 100 ppm or more.

そこで、本発明では、上述した燃料改質部が元々有する性質を積極的に利用して、燃料電池システムの起動運転時又は停止運転時、燃料改質部における変成器の温度がシフト反応を進行させるための所定の温度以下の診断温度である時、燃料電池を破壊しない程度でありかつ通常発電運転時には供給しない程度の高濃度の一酸化炭素を含む改質ガスを、燃料改質部から燃料電池に意図的に供給する。或いは、燃料改質部における浄化器の温度が選択酸化反応を進行させるための所定の温度以下の診断温度である時、燃料電池を破壊しない程度でありかつ通常発電運転時には供給しない程度の高濃度の一酸化炭素を含む改質ガスを、燃料改質部から燃料電池に意図的に供給する。   Therefore, in the present invention, the temperature inherent in the above-described fuel reforming unit is positively utilized, and the temperature of the transformer in the fuel reforming unit proceeds with a shift reaction during start-up or stop-operation of the fuel cell system. A reformed gas containing carbon monoxide at a high concentration that does not destroy the fuel cell and is not supplied during normal power generation operation when the diagnosis temperature is equal to or lower than a predetermined temperature for Intentionally supply the battery. Alternatively, when the temperature of the purifier in the fuel reforming section is a diagnostic temperature lower than a predetermined temperature for allowing the selective oxidation reaction to proceed, the concentration is high enough not to destroy the fuel cell and not to be supplied during normal power generation operation. A reformed gas containing carbon monoxide is intentionally supplied to the fuel cell from the fuel reformer.

又は、上述した燃料改質部が元々有する性質を積極的に利用して、燃料電池システムの起動運転時又は停止運転時、燃料改質部における改質器及び変成器及び浄化器の温度が水蒸気改質反応を進行させるための所定の温度及びシフト反応を進行させるための所定の温度及び選択酸化反応を進行させるための所定の温度である時、選択酸化用流量調整部から浄化器への空気の供給量を所定の減少率で減少させる。又は、選択酸化用流量調整部から浄化器への空気の供給を停止する。これにより、燃料電池を破壊しない程度でありかつ通常発電運転時には供給しない程度の高濃度の一酸化炭素を含む改質ガスを、燃料改質部から燃料電池に意図的に供給する。   Alternatively, by actively utilizing the above-mentioned properties inherent in the fuel reforming unit, the temperature of the reformer, the transformer, and the purifier in the fuel reforming unit is steam during the start-up operation or stop operation of the fuel cell system. When the predetermined temperature for proceeding the reforming reaction, the predetermined temperature for proceeding the shift reaction, and the predetermined temperature for proceeding the selective oxidation reaction, the air from the selective oxidation flow control unit to the purifier The supply amount is reduced at a predetermined reduction rate. Alternatively, the supply of air from the selective oxidation flow rate adjusting unit to the purifier is stopped. As a result, the reformed gas containing carbon monoxide at a high concentration that does not destroy the fuel cell and is not supplied during normal power generation operation is intentionally supplied from the fuel reformer to the fuel cell.

又、上述の如く燃料改質部から燃料電池に高濃度の一酸化炭素を含む改質ガスを供給する際、空気流量調整部を駆動して、加湿器から燃料電池に空気を供給する。   Further, as described above, when the reformed gas containing a high concentration of carbon monoxide is supplied from the fuel reforming unit to the fuel cell, the air flow rate adjusting unit is driven to supply air from the humidifier to the fuel cell.

そして、一酸化炭素を含む改質ガスと空気とを燃料電池に供給する際、燃料電池の出力電圧値を測定して、この測定する出力電圧値と所定の基準電圧値との電圧差に基づいて、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求める。そして、この正確に求めたルテニウムの残存率に応じて、燃料電池へのエアーブリード量の最適な増加量を正確に求める。これにより、燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電性能を好適に維持する。   Then, when the reformed gas containing carbon monoxide and air are supplied to the fuel cell, the output voltage value of the fuel cell is measured, and based on the voltage difference between the output voltage value to be measured and a predetermined reference voltage value Thus, the ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst is accurately obtained. Then, the optimum increase amount of the air bleed amount to the fuel cell is accurately obtained according to the accurately obtained ruthenium residual rate. Thereby, in the fuel cell system, the power generation performance of the fuel cell is suitably maintained.

次に、本発明の実施の形態1〜7において共通する、燃料電池のアノード触媒の性能低下を正確に把握して、エアーブリード量の増加量を正確に求める、燃料電池システムの基本的な動作原理について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Next, the basic operation of the fuel cell system, which is common in the first to seventh embodiments of the present invention, accurately grasps the performance deterioration of the anode catalyst of the fuel cell and accurately obtains the increase amount of the air bleed amount. The principle will be described in detail with reference to the drawings.

図2は、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めるための原理を説明する模式図である。尚、図2において、縦軸は燃料電池の出力電圧値を示しており、横軸は改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を示している。   FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the principle for accurately obtaining the ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst. In FIG. 2, the vertical axis indicates the output voltage value of the fuel cell, and the horizontal axis indicates the concentration of carbon monoxide contained in the reformed gas.

又、図2において、電圧値Eは、純水素を供給する場合の燃料電池の出力電圧値を示している。又、図2において、CO濃度C1は、通常発電運転時に燃料電池へ供給する改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を示している。又、CO濃度C2は、燃料電池システムの起動運転時又は停止運転時、最適なエアーブリード量を正確に求める際に燃料電池へ供給する改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を示している。   In FIG. 2, a voltage value E indicates an output voltage value of the fuel cell when pure hydrogen is supplied. In FIG. 2, the CO concentration C1 indicates the concentration of carbon monoxide contained in the reformed gas supplied to the fuel cell during normal power generation operation. The CO concentration C2 indicates the concentration of carbon monoxide contained in the reformed gas supplied to the fuel cell when the optimum air bleed amount is accurately obtained during start-up or stop-operation of the fuel cell system. .

又、図2において、曲線aは、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が100%である場合の燃料電池の出力電圧特性を示している。又、曲線bは、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が80%である場合の燃料電池の出力電圧特性を示している。又、曲線cは、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が60%である場合の燃料電池の出力電圧特性を示している。又、曲線dは、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が40%である場合の燃料電池の出力電圧特性を示している。又、曲線eは、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が20%である場合の燃料電池の出力電圧特性を示している。又、曲線fは、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が0%である場合の燃料電池の出力電圧特性を示している。   In FIG. 2, curve a shows the output voltage characteristic of the fuel cell when the ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst is 100%. Curve b shows the output voltage characteristics of the fuel cell when the ruthenium remaining rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst is 80%. Curve c shows the output voltage characteristics of the fuel cell when the ruthenium remaining rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst is 60%. Curve d shows the output voltage characteristics of the fuel cell when the ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst is 40%. Curve e shows the output voltage characteristic of the fuel cell when the ruthenium remaining rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst is 20%. A curve f shows the output voltage characteristics of the fuel cell when the residual ratio of ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst is 0%.

図2に示すように、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が100%である場合(曲線a)、純水素の供給を受けて電圧値Eの電圧を出力可能な燃料電池は、燃料改質部から通常発電運転時の許容濃度であるCO濃度C1の一酸化炭素を含む改質ガスの供給を受けることにより、電圧値Ea1の電圧を出力する。又、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が0%である場合(曲線f)、この燃料電池は、燃料改質部からCO濃度C1の一酸化炭素を含む改質ガスの供給を受けることにより、電圧値Ef1の電圧を出力する。ここで、図2に示すように、電圧値Ea1と電圧値Ef1との電圧差は、ΔEaf1である。   As shown in FIG. 2, when the residual rate of ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst is 100% (curve a), a fuel cell that can output a voltage value E upon receiving pure hydrogen is When a reformed gas containing carbon monoxide having a CO concentration C1, which is an allowable concentration during normal power generation operation, is supplied from the mass portion, a voltage value Ea1 is output. Further, when the ruthenium remaining rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst is 0% (curve f), the fuel cell is supplied with a reformed gas containing carbon monoxide having a CO concentration of C1 from the fuel reforming section. Thus, the voltage value Ef1 is output. Here, as shown in FIG. 2, the voltage difference between the voltage value Ea1 and the voltage value Ef1 is ΔEaf1.

一方、図2に示すように、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が100%である場合(曲線a)、この燃料電池は、燃料改質部から起動運転時又は停止運転時のCO濃度C2の一酸化炭素を含む改質ガスの供給を受けることにより、電圧値Ea2の電圧を出力する。又、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が0%である場合(曲線f)、この燃料電池は、燃料改質部からCO濃度C2の一酸化炭素を含む改質ガスの供給を受けることにより、電圧値Ef2の電圧を出力する。ここで、図2に示すように、電圧値Ea2と電圧値Ef2との電圧差は、ΔEaf2である。そして、この電圧差ΔEaf2は、上述の電圧差ΔEaf1よりも大きい。   On the other hand, as shown in FIG. 2, when the ruthenium remaining rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst is 100% (curve a), the fuel cell has a CO concentration during start-up operation or stop operation from the fuel reforming section. By receiving the supply of the reformed gas containing C2 carbon monoxide, the voltage value Ea2 is output. Further, when the ruthenium remaining rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst is 0% (curve f), the fuel cell is supplied with a reformed gas containing carbon monoxide having a CO concentration of C2 from the fuel reforming section. Thus, the voltage value Ef2 is output. Here, as shown in FIG. 2, the voltage difference between the voltage value Ea2 and the voltage value Ef2 is ΔEaf2. The voltage difference ΔEaf2 is larger than the voltage difference ΔEaf1 described above.

つまり、燃料電池に高濃度の一酸化炭素を含む改質ガスを意図的に供給すれば、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの減少に起因する燃料電池の出力電圧値の低下値を拡大して読み取ることができるので、ルテニウムの残存率を極めて正確に求めることが可能になる。   In other words, if a reformed gas containing a high concentration of carbon monoxide is intentionally supplied to the fuel cell, the decrease value of the output voltage value of the fuel cell due to the decrease of ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst is enlarged and read. Therefore, it is possible to obtain the ruthenium residual rate very accurately.

従って、図2に示す原理によれば、通常発電運転時の許容濃度であるCO濃度C1を超えるCO濃度C2の一酸化炭素を含む改質ガスを燃料電池に供給することで、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの微小な減少も、燃料電池の出力電圧値の低下値に基づいて、極めて正確に求めることが可能になる。   Therefore, according to the principle shown in FIG. 2, by supplying a reformed gas containing carbon monoxide with a CO concentration C2 exceeding the CO concentration C1, which is an allowable concentration during normal power generation operation, to the fuel cell, a platinum-ruthenium alloy A minute decrease in ruthenium in the catalyst can also be obtained very accurately based on the decrease in the output voltage value of the fuel cell.

例えば、長期に渡る発電運転やDSS運転によりルテニウムが溶出して、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が100%(曲線a)から80%〜20%(曲線b〜曲線e)に低下した場合、CO濃度C1の一酸化炭素を含む改質ガスを供給して得られる燃料電池の出力電圧値の低下値が微小であっても、CO濃度C2の一酸化炭素を含む改質ガスを燃料電池に供給することにより、電圧値Ea2と電圧値Eb2〜Ee2との電圧差ΔEab2〜ΔEae2の如く、燃料電池の出力電圧値の低下値を拡大して正確に読み取ることが可能になる。これにより、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの微小な減少も、極めて正確に求めることが可能になる。   For example, ruthenium is eluted by power generation operation or DSS operation over a long period of time, and the residual ratio of ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst is reduced from 100% (curve a) to 80% to 20% (curve b to curve e). In this case, even if the output voltage value of the fuel cell obtained by supplying the reformed gas containing carbon monoxide with CO concentration C1 is very small, the reformed gas containing carbon monoxide with CO concentration C2 is used as fuel. By supplying to the battery, it is possible to enlarge and accurately read the decrease value of the output voltage value of the fuel cell, such as the voltage difference ΔEab2 to ΔEae2 between the voltage value Ea2 and the voltage values Eb2 to Ee2. This makes it possible to determine the minute reduction of ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst very accurately.

一方、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めた後、そのルテニウムの残存率に応じて、エアーブリード量の最適な増加量を正確に求める。   On the other hand, after the ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst is accurately determined, an optimal increase in the amount of air bleed is accurately determined according to the ruthenium residual rate.

図3は、燃料電池システムの制御部が記憶する、燃料電池の出力電圧値の基準電圧値に対する電圧差と、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率と、エアーブリード量の最適な増加量との相互関係を示すデータテーブルである。尚、図3において、項目Aは燃料電池の出力電圧値の基準電圧値に対する電圧差を示している。又、項目Bは、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を示している。又、項目Cは、エアーブリード量の最適な増加量を示している。   FIG. 3 shows the difference between the output voltage value of the fuel cell and the reference voltage value stored in the control unit of the fuel cell system, the residual rate of ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst, and the optimum increase amount of the air bleed amount. It is a data table which shows mutual relationship. In FIG. 3, item A indicates the voltage difference between the output voltage value of the fuel cell and the reference voltage value. Item B shows the residual rate of ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst. Item C shows the optimum amount of increase in the air bleed amount.

燃料電池システムにおいて、制御部は、燃料電池の出力電圧値の基準電圧値に対する電圧差を正確に測定すると、図3に示す相互関係に基づいて、その電圧差に対応する白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求める。そして、制御部は、図3に示す相互関係に更に基づいて、そのルテニウムの残存率に対応するエアーブリード量の最適な増加量を正確に求める。例えば、図3に示すように、制御部が電圧差0を測定した場合、白金−ルテニウム合金触媒においてルテニウムが100%残存することになるので、エアーブリード増加量は0とする。一方、制御部が電圧差ΔEab2〜ΔEaf2を測定した場合、ルテニウムの残存率は80%〜0%であるので、エアーブリード増加量をSab〜Safとする。   In the fuel cell system, when the control unit accurately measures the voltage difference of the output voltage value of the fuel cell with respect to the reference voltage value, based on the correlation shown in FIG. 3, the control unit in the platinum-ruthenium alloy catalyst corresponding to the voltage difference. Accurately determine the ruthenium residual rate. And a control part calculates | requires exactly the optimal increase amount of the air bleed amount corresponding to the residual rate of the ruthenium based further on the correlation shown in FIG. For example, as shown in FIG. 3, when the control unit measures a voltage difference of 0, 100% of ruthenium remains in the platinum-ruthenium alloy catalyst, so the air bleed increase is set to 0. On the other hand, when the control unit measures the voltage differences ΔEab2 to ΔEaf2, the ruthenium remaining rate is 80% to 0%, and thus the air bleed increase is set to Sab to Saf.

尚、実際には、例えば、CO濃度C2の一酸化炭素を含む改質ガスを供給して得られる燃料電池の所定の基準電圧値に対する電圧差とルテニウムの残存率との関係式を予め準備しておき、この関係式に燃料電池の出力電圧値の低下値を入力することにより、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求める。又、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率とエアーブリード量の増加量との関係式を予め準備しておき、この関係式にルテニウムの残存率を入力することにより、エアーブリード量の増加量を正確に求める。これらの演算は、燃料電池システムが有する制御部が実行する。   Actually, for example, a relational expression between a voltage difference with respect to a predetermined reference voltage value of a fuel cell obtained by supplying a reformed gas containing carbon monoxide having a CO concentration of C2 and a residual ratio of ruthenium is prepared in advance. The remaining rate of ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst is accurately obtained by inputting the decrease value of the output voltage value of the fuel cell into this relational expression. In addition, a relational expression between the ruthenium residual rate and the air bleed amount increase in the platinum-ruthenium alloy catalyst is prepared in advance, and by inputting the ruthenium residual rate into this relational expression, the air bleed amount increasing amount Find exactly. These calculations are executed by a control unit included in the fuel cell system.

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら、詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施の形態1)
先ず、実施の形態1の燃料電池システム100の構成について、図面を参照しながら詳細に説明する。
(Embodiment 1)
First, the configuration of the fuel cell system 100 according to Embodiment 1 will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施の形態1に示す燃料電池システムの構成の一部を模式的に示すブロック図である。尚、図1では、燃料ガスとして都市ガスを改質して生成する改質ガスを用いると共に、酸化剤ガスとして空気を用いる燃料電池システムの構成を示している。   FIG. 1 is a block diagram schematically showing a part of the configuration of the fuel cell system shown in Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 shows a configuration of a fuel cell system that uses a reformed gas generated by reforming a city gas as a fuel gas and uses air as an oxidant gas.

図1に示すように、本実施の形態の燃料電池システム100は、原料流量調整バルブ1と脱硫器2とを備えている。原料流量調整バルブ1は、都市ガスの供給手段から脱硫器2への都市ガスの供給量を調整する。又、脱硫器2は、原料流量調整バルブ1を通過した都市ガスに含まれるメルカプタンやジメチルサルファイド等の付臭剤を除去する。尚、都市ガスの供給手段としては、都市ガスのインフラストラクチャーを用いる。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 100 of the present embodiment includes a raw material flow rate adjustment valve 1 and a desulfurizer 2. The raw material flow rate adjusting valve 1 adjusts the amount of city gas supplied from the city gas supply means to the desulfurizer 2. The desulfurizer 2 removes odorants such as mercaptan and dimethyl sulfide contained in the city gas that has passed through the raw material flow rate adjustment valve 1. The city gas infrastructure is used as the city gas supply means.

又、この燃料電池システム100は、改質器3と変成器4と浄化器5とを備えている。改質器3は、脱硫器2を通過して付臭剤が除去された都市ガスを用いて、水蒸気改質反応により水素を豊富に含む改質ガスを生成する。又、変成器4は、改質器3が生成した改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を、シフト反応により低減する。又、浄化器5は、変成器4を通過した改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を、選択酸化反応により更に低減する。尚、改質器3及び変成器4及び浄化器5の各々は、図1では特に図示しないが、水蒸気改質反応及びシフト反応及び選択酸化反応等の温度を検出するための温度センサーを各々備えている。   The fuel cell system 100 includes a reformer 3, a transformer 4, and a purifier 5. The reformer 3 uses the city gas from which the odorant has been removed by passing through the desulfurizer 2 to generate a reformed gas rich in hydrogen by a steam reforming reaction. Further, the transformer 4 reduces the concentration of carbon monoxide contained in the reformed gas generated by the reformer 3 by a shift reaction. The purifier 5 further reduces the concentration of carbon monoxide contained in the reformed gas that has passed through the transformer 4 by a selective oxidation reaction. Each of the reformer 3, the transformer 4, and the purifier 5 is provided with a temperature sensor for detecting temperatures of a steam reforming reaction, a shift reaction, a selective oxidation reaction, and the like, which are not particularly illustrated in FIG. 1. ing.

又、この燃料電池システム100は、燃焼器6を備えている。燃焼器6は、水蒸気改質反応を進行させるために必要となる熱を、都市ガス、又は、後述する燃料電池15から排出される排改質ガスを燃焼することにより、少なくとも改質器3に供給する。尚、燃焼器6での燃焼により発生する燃焼排ガスは、燃料電池システム100の外部に放出される。   The fuel cell system 100 includes a combustor 6. The combustor 6 burns city gas or exhaust reformed gas discharged from the fuel cell 15 to be described later into the heat necessary for advancing the steam reforming reaction to at least the reformer 3. Supply. Note that flue gas generated by combustion in the combustor 6 is released to the outside of the fuel cell system 100.

そして、図1に示すように、本実施の形態の燃料電池システム100では、少なくとも改質器3と変成器4と浄化器5と燃焼器6とにより、燃料改質部7を構成している。   As shown in FIG. 1, in the fuel cell system 100 of the present embodiment, a fuel reforming section 7 is configured by at least the reformer 3, the transformer 4, the purifier 5, and the combustor 6. .

又、この燃料電池システム100は、改質水供給ポンプ8と燃焼用都市ガス供給バルブ9及び燃焼用空気供給バルブ10と選択酸化用流量調整部11とを備えている。改質水供給ポンプ8は、水蒸気改質反応を進行させるために必要な水を、水の供給手段から燃料改質部7の改質器3に供給する。尚、水の供給手段としては、通常、水道を用いる。又、燃焼用都市ガス供給バルブ9及び燃焼用空気供給バルブ10は、都市ガスの供給手段及び大気中から燃焼器6への都市ガス及び空気の流入を調節する。又、選択酸化用流量調整部11は、選択酸化反応を進行させるために必要となる空気の、後述する空気流量調整部17から燃料改質部7の浄化器5への供給量を調整する。   The fuel cell system 100 includes a reforming water supply pump 8, a combustion city gas supply valve 9, a combustion air supply valve 10, and a selective oxidation flow rate adjusting unit 11. The reforming water supply pump 8 supplies water necessary for advancing the steam reforming reaction from the water supply means to the reformer 3 of the fuel reforming unit 7. In addition, as a means for supplying water, water is usually used. Moreover, the city gas supply valve 9 for combustion and the air supply valve 10 for combustion adjust the inflow of the city gas and air from the atmosphere to the combustor 6 with the city gas supply means. Further, the selective oxidation flow rate adjusting unit 11 adjusts the amount of air necessary to advance the selective oxidation reaction from the air flow rate adjusting unit 17 (described later) to the purifier 5 of the fuel reforming unit 7.

又、この燃料電池システム100は、その発電部の本体として、燃料電池15を備えている。この燃料電池15は、燃料改質部7が生成した改質ガスを用いて発電を行う。本実施の形態の燃料電池システム100は、燃料電池15として、比較的低温での発電が可能である高分子電解質型燃料電池を備えている。ここで、高分子電解質型燃料電池は、プロトンの伝導性を有する高分子電解質膜を備えている。又、この高分子電解質膜は、その両面に、アノード触媒及びカソード触媒を備えている。本実施の形態では、これらのアノード触媒及びカソード触媒の内の少なくともアノード触媒に、白金−ルテニウム合金触媒を用いている。この白金−ルテニウム合金触媒を少なくともアノード触媒として用いることにより、酸素吸着能を有するルテニウムが発電運転中に燃料改質部7が供給する改質ガス中の水分等から酸素を吸着して白金上に供給するので、白金に結合する一酸化炭素を二酸化炭素に変換して燃料電池15の外部へ放出することが可能になる。つまり、この白金−ルテニウム合金触媒を用いる構成により、燃料電池システム100は、燃料電池15自体に耐CO被毒性を付与している。   The fuel cell system 100 includes a fuel cell 15 as a main body of the power generation unit. The fuel cell 15 generates power using the reformed gas generated by the fuel reforming unit 7. The fuel cell system 100 according to the present embodiment includes a polymer electrolyte fuel cell that can generate power at a relatively low temperature as the fuel cell 15. Here, the polymer electrolyte fuel cell includes a polymer electrolyte membrane having proton conductivity. The polymer electrolyte membrane includes an anode catalyst and a cathode catalyst on both sides. In the present embodiment, a platinum-ruthenium alloy catalyst is used as at least the anode catalyst among these anode catalyst and cathode catalyst. By using this platinum-ruthenium alloy catalyst as at least an anode catalyst, ruthenium having an oxygen adsorption ability adsorbs oxygen from moisture or the like in the reformed gas supplied by the fuel reforming unit 7 during the power generation operation, and is thus deposited on the platinum. Since it is supplied, carbon monoxide bonded to platinum can be converted into carbon dioxide and released to the outside of the fuel cell 15. That is, with the configuration using this platinum-ruthenium alloy catalyst, the fuel cell system 100 imparts CO poisoning resistance to the fuel cell 15 itself.

尚、本実施の形態では、少なくともアノード触媒に白金−ルテニウム合金触媒を用いる構成を示しているが、この白金−ルテニウム合金触媒を用いる構成に限定されることはない。例えば、ルテニウムに代えてロジウム等の遷移金属を用いて、白金−ロジウム合金触媒等を少なくともアノード触媒として用いる構成としてもよい。又、白金と共に遷移金属を用いる構成に限定されることはなく、酸素を吸着等してこれを白金上に供給することによりアノード触媒の被毒を抑制することが可能な元素であれば、如何なる元素であっても白金と共にアノード触媒の一部として用いることが可能である。   In the present embodiment, a configuration in which a platinum-ruthenium alloy catalyst is used as at least the anode catalyst is shown, but the present invention is not limited to a configuration in which this platinum-ruthenium alloy catalyst is used. For example, a transition metal such as rhodium may be used instead of ruthenium, and a platinum-rhodium alloy catalyst or the like may be used as at least the anode catalyst. Moreover, it is not limited to the structure using a transition metal with platinum, and any element can be used as long as it can suppress poisoning of the anode catalyst by adsorbing oxygen or the like and supplying it onto platinum. Even elements can be used together with platinum as part of the anode catalyst.

斯かる高分子電解質型の燃料電池15では、アノード触媒上で、白金の触媒作用によって、改質ガスに含まれる水素がプロトン及び電子に変換される触媒反応が進行する。この際、プロトンは、高分子電解質膜の内部を移動して、カソード触媒上に到達する。又、電子は、燃料電池システム100に電気的に接続する外部負荷を経由して、カソード触媒上に到達する。一方、カソード触媒上では、白金の触媒作用により、到達するプロトン及び電子と後述する加湿器18から供給される酸素とから水を生成する触媒反応が進行する。   In such a polymer electrolyte type fuel cell 15, a catalytic reaction in which hydrogen contained in the reformed gas is converted into protons and electrons proceeds on the anode catalyst by the catalytic action of platinum. At this time, protons move inside the polymer electrolyte membrane and reach the cathode catalyst. Further, the electrons reach the cathode catalyst via an external load that is electrically connected to the fuel cell system 100. On the other hand, on the cathode catalyst, a catalytic reaction of generating water from the protons and electrons that arrive and oxygen supplied from the humidifier 18 described later proceeds due to the catalytic action of platinum.

又、この燃料電池システム100は、熱交換部16を備えている。熱交換部16は、図1では特に図示しない貯水槽内の冷却水を燃料電池15の内部に循環することにより、発電運転中に発熱する燃料電池15と冷却水との間で熱の交換を行う。そして、熱交換部16は、発電運転中に発熱する燃料電池15の温度が所定の温度範囲内で推移するように、燃料電池15の動作温度を適宜制御する。   The fuel cell system 100 includes a heat exchange unit 16. The heat exchanging unit 16 exchanges heat between the fuel cell 15 that generates heat during the power generation operation and the cooling water by circulating cooling water in a water storage tank (not particularly shown in FIG. 1) inside the fuel cell 15. Do. The heat exchanging unit 16 appropriately controls the operating temperature of the fuel cell 15 so that the temperature of the fuel cell 15 that generates heat during the power generation operation changes within a predetermined temperature range.

又、この燃料電池システム100は、バイパス弁13及びバイパス経路14を備えている。バイパス弁13は、燃料改質部7が生成する改質ガスの燃料電池15への供給と、燃料改質部7が生成する改質ガスのバイパス経路14への供給とを、必要に応じて適宜切り替える。又、バイパス経路14は、燃料改質部7が生成して、バイパス弁13を通過した改質ガスを、燃料電池15を迂回させて、後述する凝縮器19へ直接供給する。尚、バイパス弁13としては、例えば、三方弁を用いる。   The fuel cell system 100 includes a bypass valve 13 and a bypass path 14. The bypass valve 13 supplies the reformed gas generated by the fuel reforming unit 7 to the fuel cell 15 and the reformed gas generated by the fuel reforming unit 7 to the bypass path 14 as necessary. Switch as appropriate. Further, the bypass path 14 directly supplies the reformed gas generated by the fuel reforming unit 7 and passing through the bypass valve 13 to the condenser 19 described later, bypassing the fuel cell 15. For example, a three-way valve is used as the bypass valve 13.

又、この燃料電池システム100は、空気流量調整部17を備えている。空気流量調整部17は、大気中から選択酸化用流量調節部11及び後述する加湿器18及び後述するエアーブリード機構12への空気の供給量を調整する。この空気流量調整部17は、本実施の形態の燃料電池システム100では、燃焼用空気供給バルブ10に空気を供給する空気供給系統から空気の供給を受ける。   The fuel cell system 100 also includes an air flow rate adjustment unit 17. The air flow rate adjustment unit 17 adjusts the supply amount of air from the atmosphere to the selective oxidation flow rate adjustment unit 11, the humidifier 18 described later, and the air bleed mechanism 12 described later. In the fuel cell system 100 of the present embodiment, the air flow rate adjustment unit 17 receives supply of air from an air supply system that supplies air to the combustion air supply valve 10.

又、この燃料電池システム100は、加湿器18を備えている。加湿器18は、空気流量調整部17を通過した空気を、燃料電池15から排出される高温高湿状態の排空気を用いて加温及び加湿する。本実施の形態では、加湿器18における空気用流路18aと排空気用流路18bとの間に、燃料電池15で用いる高分子電解質膜と同様の高分子電解質膜18cを設けている。この高分子電解質膜18cを介して、排空気用流路18b内の燃料電池15から排出された排空気の熱及び水分が、空気用流路18a内の空気流量調整部17を通過した空気に移動する。尚、燃料電池15から排出された後、加湿器18の排空気用流路18bを通過した排空気は、燃料電池システム100の外部に放出される。   The fuel cell system 100 includes a humidifier 18. The humidifier 18 heats and humidifies the air that has passed through the air flow rate adjustment unit 17 using the high-temperature, high-humidity exhaust air that is discharged from the fuel cell 15. In the present embodiment, a polymer electrolyte membrane 18 c similar to the polymer electrolyte membrane used in the fuel cell 15 is provided between the air channel 18 a and the exhaust air channel 18 b in the humidifier 18. The heat and moisture of the exhaust air discharged from the fuel cell 15 in the exhaust air flow path 18b via the polymer electrolyte membrane 18c are converted into the air that has passed through the air flow rate adjusting unit 17 in the air flow path 18a. Moving. The exhaust air that has passed through the exhaust air flow path 18 b of the humidifier 18 after being discharged from the fuel cell 15 is released to the outside of the fuel cell system 100.

又、この燃料電池システム100は、凝縮器19を備えている。凝縮器19は、発電運転の際、燃料電池15が排出する排改質ガスに含まれる水分を凝縮により除去する。そして、この凝縮器19は、不要な水分が取り除かれた排改質ガスを、燃料改質部7の燃焼器6に供給する。尚、凝縮器19において排改質ガスから除去した水は、燃料電池システム100の外部に排出される。   The fuel cell system 100 includes a condenser 19. The condenser 19 removes moisture contained in the exhaust reformed gas discharged from the fuel cell 15 by condensation during the power generation operation. The condenser 19 supplies the exhaust reformed gas from which unnecessary moisture has been removed to the combustor 6 of the fuel reforming unit 7. The water removed from the exhaust reformed gas in the condenser 19 is discharged to the outside of the fuel cell system 100.

又、この燃料電池システム100は、エアーブリード機構12を備えている。エアーブリード機構12は、発電運転の際、燃料改質部7が生成した改質ガスに、燃料電池15への供給前、空気流量調整部17を通過した空気を所定の供給量で供給する。このエアーブリード機構12により、燃料電池システム100は、燃料電池15におけるアノード触媒の被毒を抑制する。   The fuel cell system 100 includes an air bleed mechanism 12. The air bleed mechanism 12 supplies the air that has passed through the air flow rate adjusting unit 17 to the reformed gas generated by the fuel reforming unit 7 during the power generation operation before supplying the fuel cell 15 with a predetermined supply amount. By this air bleed mechanism 12, the fuel cell system 100 suppresses poisoning of the anode catalyst in the fuel cell 15.

具体的には、燃料改質部7が生成する改質ガスは、通常、微量の一酸化炭素を含んでいる。この一酸化炭素は、アノード触媒を構成する白金と容易に結合する。つまり、改質ガスに含まれる一酸化炭素は、燃料電池15のアノード触媒の被毒を容易に引き起こす。このアノード触媒の被毒は、アノード触媒上における水素をプロトンと電子とに変換する触媒反応の進行を著しく阻害する。そこで、エアーブリード機構12を用いて改質ガスに空気を供給することにより、改質ガスと共に、燃料電池15を構成するアノード触媒上に酸素を供給する。そして、アノード触媒に結合する一酸化炭素を、エアーブリード機構12が供給する酸素により更に酸化して、二酸化炭素に変換する。これにより、生成する二酸化炭素がアノード触媒上から脱離して、排改質ガスと共に燃料電池15の外部に排出されるので、燃料電池15におけるアノード触媒の被毒を抑制することが可能になる。   Specifically, the reformed gas generated by the fuel reforming unit 7 usually contains a small amount of carbon monoxide. This carbon monoxide is easily combined with platinum constituting the anode catalyst. That is, carbon monoxide contained in the reformed gas easily causes poisoning of the anode catalyst of the fuel cell 15. This poisoning of the anode catalyst significantly hinders the progress of the catalytic reaction that converts hydrogen on the anode catalyst into protons and electrons. Therefore, by supplying air to the reformed gas using the air bleed mechanism 12, oxygen is supplied onto the anode catalyst constituting the fuel cell 15 together with the reformed gas. And the carbon monoxide couple | bonded with an anode catalyst is further oxidized with the oxygen which the air bleed mechanism 12 supplies, and it converts into a carbon dioxide. As a result, the generated carbon dioxide is desorbed from the anode catalyst and discharged together with the exhaust reformed gas to the outside of the fuel cell 15, so that poisoning of the anode catalyst in the fuel cell 15 can be suppressed.

つまり、本実施の形態の燃料電池システム100は、エアーブリード機構12が有するアノード触媒上への酸素供給機能を基本的に利用すると共に、燃料電池15における白金−ルテニウム合金触媒のルテニウムが有する白金への酸素供給機能をも更に利用することにより、燃料電池15のアノード触媒の被毒を効果的に抑制して、燃料電池15の発電性能の劣化を効果的に抑制する。   That is, the fuel cell system 100 of the present embodiment basically uses the oxygen supply function on the anode catalyst of the air bleed mechanism 12 and converts the platinum of the platinum-ruthenium alloy catalyst in the fuel cell 15 to platinum. By further utilizing this oxygen supply function, poisoning of the anode catalyst of the fuel cell 15 is effectively suppressed, and deterioration of the power generation performance of the fuel cell 15 is effectively suppressed.

又、この燃料電池システム100は、制御部101を備えている。制御部101は、燃料改質部7、エアーブリード機構12、燃料電池15等の燃料電池システム100を構成する各構成要素の動作を、制御部101の記憶部が予め記憶した制御プログラム等に従って適宜制御する。又、この制御部101は、燃料電池15の出力電圧値を測定して、それに基づいて、燃料電池15の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に把握する。そして、制御部101は、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率に応じて、発電運転の際のエアーブリード機構12による改質ガスへの空気の供給量を最適な供給量に設定する。   The fuel cell system 100 includes a control unit 101. The control unit 101 appropriately controls the operation of each component constituting the fuel cell system 100 such as the fuel reforming unit 7, the air bleed mechanism 12, and the fuel cell 15 according to a control program stored in advance by the storage unit of the control unit 101. Control. Further, the control unit 101 measures the output voltage value of the fuel cell 15, and accurately grasps the ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst of the fuel cell 15 based on the measured output voltage value. And the control part 101 sets the supply_amount | feed_rate of the air to the reformed gas by the air bleed mechanism 12 in the power generation operation according to the ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst to an optimum supply amount.

次に、実施の形態1の燃料電池システム100の動作について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、燃料電池システム100を構成する各構成要素の動作は、本実施の形態では、制御部101が適宜制御する。   Next, the operation of the fuel cell system 100 of Embodiment 1 will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, the operation of each component constituting the fuel cell system 100 is appropriately controlled by the control unit 101.

図4は、本発明の実施の形態1に示す燃料電池システムの起動運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。尚、図4において、ステップS3は、起動運転時において燃料電池の出力電圧値に基づいてエアーブリード量の正確な増加量を決定する診断ステップを示している。   FIG. 4 is a flowchart schematically showing an operation during start-up operation of the fuel cell system shown in Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 4, step S <b> 3 indicates a diagnostic step in which an accurate increase amount of the air bleed amount is determined based on the output voltage value of the fuel cell during start-up operation.

図1に示す燃料電池システム100の起動運転時、制御部101は、先ず、燃焼用都市ガス供給バルブ9と燃焼用空気供給バルブ10との各々を共に開状態とする。そして、都市ガスの供給手段及び大気中から燃焼器6に都市ガス及び空気を供給する。一方、燃焼器6は、都市ガス及び空気の供給を受けると、これらの都市ガス及び空気を混合して、この混合して得る都市ガス及び空気の混合ガスを燃焼する。そして、この燃焼器6での混合ガスの燃焼により、燃料改質部7の加熱を開始する(ステップS1)。   During the start-up operation of the fuel cell system 100 shown in FIG. 1, the control unit 101 first opens both the combustion city gas supply valve 9 and the combustion air supply valve 10. Then, city gas and air are supplied to the combustor 6 from the city gas supply means and the atmosphere. On the other hand, when supplied with city gas and air, the combustor 6 mixes the city gas and air, and burns the mixed city gas and air mixture. Then, heating of the fuel reforming unit 7 is started by the combustion of the mixed gas in the combustor 6 (step S1).

次いで、制御部101は、燃料改質部7の浄化器5と凝縮器19とをバイパス弁13及びバイパス経路14を介して接続した状態において、原料流量調整バルブ1を操作して、都市ガスの供給手段から脱硫器2に所定の流量で都市ガスを供給する。すると、脱硫器2は、都市ガスに含まれるメルカプタンやジメチルサルファイド等の付臭剤を除去した後、その付臭剤を除去した都市ガスを改質器3に供給する。又、この際、制御部101は、改質水供給ポンプ8を稼働して、水の供給手段から改質器3への水の供給を開始する。   Next, in a state where the purifier 5 and the condenser 19 of the fuel reforming unit 7 are connected via the bypass valve 13 and the bypass path 14, the control unit 101 operates the raw material flow rate adjustment valve 1 to control the city gas. City gas is supplied from the supply means to the desulfurizer 2 at a predetermined flow rate. Then, the desulfurizer 2 removes the odorant such as mercaptan and dimethyl sulfide contained in the city gas, and then supplies the city gas from which the odorant has been removed to the reformer 3. At this time, the control unit 101 operates the reforming water supply pump 8 and starts supplying water from the water supply means to the reformer 3.

燃焼器6が燃料改質部7の加熱を開始すると共に、脱硫器2及び改質水供給ポンプ8が改質器3への都市ガス及び水の供給を各々所定の供給量で開始して、空気流量調整部17及び選択酸化用流量調整部11が浄化器5への空気の供給を所定の供給量で開始すると、燃料改質部7における改質器3及び変成器4及び浄化器5は、水蒸気改質反応及びシフト反応及び選択酸化反応により、水素を含む改質ガスの生成を開始する(ステップS2)。   While the combustor 6 starts to heat the fuel reforming unit 7, the desulfurizer 2 and the reformed water supply pump 8 each start supplying city gas and water to the reformer 3 with predetermined supply amounts, When the air flow rate adjusting unit 17 and the selective oxidation flow rate adjusting unit 11 start supplying air to the purifier 5 at a predetermined supply amount, the reformer 3, the transformer 4, and the purifier 5 in the fuel reforming unit 7 are Then, generation of reformed gas containing hydrogen is started by the steam reforming reaction, the shift reaction, and the selective oxidation reaction (step S2).

この際、燃料改質部7における改質器3の温度が水蒸気改質反応を進行させるための所定の温度に到達するまでは、燃料改質部7が生成する改質ガスは非常に高濃度の一酸化炭素を含む。そこで、燃料電池システム100では、この非常に高濃度の一酸化炭素を含む改質ガスを、バイパス弁13及びバイパス経路14を介して凝縮器19に供給する。   At this time, until the temperature of the reformer 3 in the fuel reforming unit 7 reaches a predetermined temperature for causing the steam reforming reaction to proceed, the reformed gas generated by the fuel reforming unit 7 has a very high concentration. Of carbon monoxide. Therefore, in the fuel cell system 100, the reformed gas containing this very high concentration of carbon monoxide is supplied to the condenser 19 via the bypass valve 13 and the bypass path 14.

以後、起動運転時における燃料電池15の出力電圧値に基づいてエアーブリード量の最適な増加量を正確に決定するための診断ステップS3(ステップSS1〜ステップSS6)が進行する。   Thereafter, the diagnostic step S3 (step SS1 to step SS6) for accurately determining the optimum increase amount of the air bleed amount on the basis of the output voltage value of the fuel cell 15 at the start-up operation proceeds.

制御部101は、燃料改質部7における変成器4の温度Tsの変化を、温度センサーにより逐次監視する。一方、変成器4の温度Tsは、燃焼器6が混合ガスを燃焼して生成する熱や、改質器3が排出する改質ガスの熱等により直接的又は間接的に加熱されて、徐々に上昇する。そして、制御部101は、変成器4の温度Tsがシフト反応を進行させるための所定の温度(例えば、200℃)より低い温度である診断温度Td(例えば、140℃)に到達したか否かを判定する(ステップSS1)。   The control unit 101 sequentially monitors changes in the temperature Ts of the transformer 4 in the fuel reforming unit 7 using a temperature sensor. On the other hand, the temperature Ts of the transformer 4 is gradually or directly heated by heat generated by the combustor 6 by burning the mixed gas, heat of the reformed gas discharged from the reformer 3, or the like. To rise. Then, the control unit 101 determines whether or not the temperature Ts of the transformer 4 has reached a diagnostic temperature Td (for example, 140 ° C.) that is lower than a predetermined temperature (for example, 200 ° C.) for causing the shift reaction to proceed. Is determined (step SS1).

制御部101は、変成器4の温度Tsが診断温度Tdに到達したと判定すると(ステップSS1でYES)、バイパス弁13の状態を、燃料改質部7の浄化器5と燃料電池15との接続を遮断しかつ浄化器5と凝縮器19とを接続する状態から、浄化器5と燃料電池15とを接続しかつ浄化器5と凝縮器19との接続を遮断する状態に変更する。これにより、燃料改質部7は、変成器4の温度Tsが診断温度Tdである時の、図2に示す濃度C2に相当する濃度(例えば、100ppm)の一酸化炭素を含む改質ガスを、浄化器5から燃料電池15に所定の供給量で供給し始める。又、この時、制御部101は、空気流量調整部17を制御する。これにより、加湿器18は、燃料電池15に所定の供給量で空気を供給し始める。そして、制御部101は、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を求めるために、燃料電池15の診断運転を開始する(ステップSS2)。   When the control unit 101 determines that the temperature Ts of the transformer 4 has reached the diagnostic temperature Td (YES in step SS1), the state of the bypass valve 13 is changed between the purifier 5 of the fuel reforming unit 7 and the fuel cell 15. The state where the connection is cut off and the purifier 5 and the condenser 19 are connected is changed to the state where the purifier 5 and the fuel cell 15 are connected and the connection between the purifier 5 and the condenser 19 is cut off. As a result, the fuel reforming unit 7 converts the reformed gas containing carbon monoxide at a concentration (for example, 100 ppm) corresponding to the concentration C2 shown in FIG. 2 when the temperature Ts of the transformer 4 is the diagnostic temperature Td. Then, supply from the purifier 5 to the fuel cell 15 at a predetermined supply amount is started. At this time, the control unit 101 controls the air flow rate adjusting unit 17. Thereby, the humidifier 18 starts to supply air to the fuel cell 15 at a predetermined supply amount. And the control part 101 starts the diagnostic operation of the fuel cell 15 in order to obtain | require the residual rate of the ruthenium in a platinum-ruthenium alloy catalyst (step SS2).

尚、制御部101は、変成器4の温度Tsが未だ診断温度Tdに到達していないと判定すると(ステップSS1でNO)、変成器4の温度Tsの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部101は、変成器4の温度Tsが診断温度Tdに到達したか否かを繰り返し判定する。   If the control unit 101 determines that the temperature Ts of the transformer 4 has not yet reached the diagnostic temperature Td (NO in step SS1), the control unit 101 continues to monitor the change of the temperature Ts of the transformer 4 using the temperature sensor. Then, the control unit 101 repeatedly determines whether or not the temperature Ts of the transformer 4 has reached the diagnostic temperature Td.

次いで、制御部101は、診断運転中における燃料電池15の出力電圧値Vdを測定する。(ステップSS3)。この際、制御部101は、この燃料電池15の出力電圧値Vdの値(例えば、740mV)を、制御部101が有するメモリーに格納する。   Next, the control unit 101 measures the output voltage value Vd of the fuel cell 15 during the diagnostic operation. (Step SS3). At this time, the control unit 101 stores the value (for example, 740 mV) of the output voltage value Vd of the fuel cell 15 in a memory included in the control unit 101.

次いで、制御部101は、燃料電池15と、この燃料電池15の電力出力端子に接続されたインバータ等の負荷との電気的な接続を遮断して、燃料電池15の発電運転を停止する。又、制御部101は、バイパス弁13の状態を、燃料改質部7の浄化器5と燃料電池15とを接続しかつ浄化器5と凝縮器19との接続を遮断する状態から、浄化器5と燃料電池15との接続を遮断しかつ浄化器5と凝縮器19とを接続する状態に変更する。これにより、燃料改質部7から燃料電池15への改質ガスの供給を停止する。又、この時、制御部101は、空気流量調整部17の動作を制御する。これにより、加湿器18は、燃料電池15への空気の供給を停止する。そして、制御部101は、燃料電池15の診断運転を終了する(ステップSS4)。   Next, the control unit 101 interrupts the electrical connection between the fuel cell 15 and a load such as an inverter connected to the power output terminal of the fuel cell 15 and stops the power generation operation of the fuel cell 15. Further, the control unit 101 changes the state of the bypass valve 13 from the state where the purifier 5 of the fuel reforming unit 7 and the fuel cell 15 are connected and the connection between the purifier 5 and the condenser 19 is disconnected. 5 and the fuel cell 15 are disconnected, and the purifier 5 and the condenser 19 are connected. Thereby, the supply of the reformed gas from the fuel reforming unit 7 to the fuel cell 15 is stopped. At this time, the control unit 101 controls the operation of the air flow rate adjusting unit 17. Thereby, the humidifier 18 stops the supply of air to the fuel cell 15. And the control part 101 complete | finishes the diagnostic driving | operation of the fuel cell 15 (step SS4).

次いで、制御部101は、ステップSS3において測定及び格納した燃料電池15の出力電圧値Vdと、予め制御部101のメモリーに格納されている基準電圧値Vsとを比較する。そして、制御部101は、出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低いか否かを判定する(ステップSS5)。   Next, the control unit 101 compares the output voltage value Vd of the fuel cell 15 measured and stored in step SS3 with the reference voltage value Vs stored in advance in the memory of the control unit 101. Then, the control unit 101 determines whether or not the output voltage value Vd is lower than the reference voltage value Vs (step SS5).

制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vd(例えば、740mV)が基準電圧値Vs(例えば、750mV)よりも低いと判定すると(ステップSS5でYES)、基準電圧値Vsと出力電圧値Vdとの電圧差ΔV(例えば、10mV)を演算して、この電圧差ΔVに基づいて、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求める。又、このルテニウムの残存率に基づいて、燃料電池15へのエアーブリード量の最適な増加量Sb(例えば、増加率として5%)を正確に求める。そして、制御部101は、このエアーブリード量の正確な増加量Sbをエアーブリード機構12のエアーブリード量の増加量として設定した後(ステップSS6)、診断ステップS3を終了する。   When the control unit 101 determines that the output voltage value Vd (eg, 740 mV) of the fuel cell 15 is lower than the reference voltage value Vs (eg, 750 mV) (YES in step SS5), the reference voltage value Vs and the output voltage value Vd. And the residual ratio of ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst is accurately obtained based on the voltage difference ΔV. Further, the optimum increase amount Sb (for example, 5% as the increase rate) of the air bleed amount to the fuel cell 15 is accurately obtained based on the ruthenium residual rate. Then, the control unit 101 sets the accurate increase amount Sb of the air bleed amount as the increase amount of the air bleed amount of the air bleed mechanism 12 (step SS6), and then ends the diagnostic step S3.

本実施の形態では、基準電圧値Vsを、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が100%であり、かつ改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度がCO濃度C2である場合の、図2に示す電圧値Ea2としている。   In the present embodiment, the reference voltage value Vs is obtained when the ruthenium remaining rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst is 100% and the concentration of carbon monoxide contained in the reformed gas is the CO concentration C2. The voltage value Ea2 shown in FIG.

尚、このステップSS6において、基準電圧値Vsについては、任意の固定値を用いることができる。又、この基準電圧値については、アノード触媒以外の構成の劣化により燃料電池15の出力電圧値が低下することを予め見込んで、燃料電池システム100の発電運転の経過時間に伴って、順次低下させることも可能である。更に、燃料電池システム100のDSS運転において、前日における発電運転終了時の燃料電池15の出力電圧値を基準電圧値として設定することも可能である。   In step SS6, an arbitrary fixed value can be used as the reference voltage value Vs. Further, the reference voltage value is sequentially decreased as the output voltage value of the fuel cell 15 is lowered in advance due to deterioration of the components other than the anode catalyst, and with the elapsed time of the power generation operation of the fuel cell system 100. It is also possible. Further, in the DSS operation of the fuel cell system 100, the output voltage value of the fuel cell 15 at the end of the power generation operation on the previous day can be set as the reference voltage value.

又、このステップSS6において、エアーブリード量の正確な増加量Sbは、予め制御部101が有する、ルテニウムの残存率に対するエアーブリード量の増加量のデフォルト値、又は、ルテニウムの残存率とエアーブリード量の増加量との関係式に基づいて、適宜求めることができる。ここで、ルテニウムの残存率とエアーブリード量の増加量との関係式に、燃料電池システム100の発電運転時間をパラメータとして導入してもよい。   In step SS6, the accurate increase amount Sb of the air bleed amount is the default value of the increase amount of the air bleed amount with respect to the ruthenium residual rate, or the ruthenium residual rate and the air bleed amount, which the control unit 101 has in advance. It can be determined as appropriate based on the relational expression with the amount of increase. Here, the power generation operation time of the fuel cell system 100 may be introduced as a parameter in the relational expression between the ruthenium residual rate and the increase in the air bleed amount.

一方、制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低くないと判定すると(ステップSS5でNO)、ルテニウムの残存率及びエアーブリード量の正確な増加量Sbを導出及び設定することなく、診断ステップS3を終了する。   On the other hand, when the control unit 101 determines that the output voltage value Vd of the fuel cell 15 is not lower than the reference voltage value Vs (NO in step SS5), the control unit 101 derives an accurate increase amount Sb of the ruthenium remaining rate and the air bleed amount. And the diagnostic step S3 is terminated without setting.

次いで、制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低いと判定した場合(ステップSS5でYESの場合)、エアーブリード機構12による燃料電池15へのエアーブリード量を所定量だけ増加させる。具体的には、制御部101は、診断ステップS3の後、エアーブリード機構12を制御して、例えば白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率が100%である場合のエアーブリード量Snに上述した増加量Sbを加えて、このエアーブリード量Sn+Sbの供給量で改質ガスへの空気の供給を開始する(ステップS4a)。   Next, when the control unit 101 determines that the output voltage value Vd of the fuel cell 15 is lower than the reference voltage value Vs (YES in step SS5), the control unit 101 determines the amount of air bleed to the fuel cell 15 by the air bleed mechanism 12. Increase by a predetermined amount. Specifically, the control unit 101 controls the air bleed mechanism 12 after the diagnostic step S3, and described above for the air bleed amount Sn when the residual ratio of ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst is 100%, for example. The increase amount Sb is added, and the supply of air to the reformed gas is started with the supply amount of the air bleed amount Sn + Sb (step S4a).

一方、制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低くないと判定した場合(ステップSS5でNOの場合)、診断ステップS3の後、エアーブリード量Snに増加量Sbを加えることなく、エアーブリード量Snを維持したまま、改質ガスへの空気の供給を開始する(ステップS4b)。   On the other hand, when the control unit 101 determines that the output voltage value Vd of the fuel cell 15 is not lower than the reference voltage value Vs (in the case of NO in step SS5), after the diagnosis step S3, the air bleed amount Sn is increased. Supplying air to the reformed gas is started while maintaining the air bleed amount Sn without adding Sb (step S4b).

その後、制御部101は、燃料改質部7における変成器4の温度Tsの変化を温度センサーにより逐次監視しながら、変成器4の温度Tsがシフト反応を進行させるための所定の温度Tpd(例えば、200℃)に到達して、変成器4の温度Tsが所定の温度Tpdで安定したか否かを判定する(ステップS5)。   Thereafter, the control unit 101 sequentially monitors the change in the temperature Ts of the transformer 4 in the fuel reforming unit 7 using a temperature sensor, and the temperature Ts of the transformer 4 causes a predetermined temperature Tpd (for example, advancing the shift reaction). , 200 ° C.), it is determined whether or not the temperature Ts of the transformer 4 is stabilized at the predetermined temperature Tpd (step S5).

制御部101は、変成器4の温度Tsがシフト反応を進行させるための所定の温度Tpdに到達しかつ安定したと判定すると(ステップS5でYES)、バイパス弁13の状態を、燃料改質部7の浄化器5と燃料電池15との接続を遮断しかつ浄化器5と凝縮器19とを接続する状態から、浄化器5と燃料電池15とを接続しかつ浄化器5と凝縮器19との接続を遮断する状態に変更する。これにより、燃料改質部7は、燃料電池15に向けて改質ガスを所定の供給量で供給し始める。又、この時、制御部101は、空気流量調整部17を再び制御する。これにより、加湿器18は、燃料電池15に向けて空気を所定の供給量で供給し始める。又、この時、制御部101は、燃料電池15と、この燃料電池15の電力出力端子に接続されたインバータ等の負荷とを電気的に接続して、燃料電池15の発電運転を開始する。そして、制御部101は、燃料電池システム100の通常発電運転を開始する(ステップS6)。   When the control unit 101 determines that the temperature Ts of the transformer 4 has reached the predetermined temperature Tpd for causing the shift reaction to proceed and is stable (YES in step S5), the state of the bypass valve 13 is changed to the fuel reforming unit. From the state where the connection between the purifier 5 and the fuel cell 15 is cut off and the purifier 5 and the condenser 19 are connected, the purifier 5 and the fuel cell 15 are connected and the purifier 5 and the condenser 19 are connected. Change to a state that blocks the connection. As a result, the fuel reforming unit 7 starts supplying the reformed gas to the fuel cell 15 at a predetermined supply amount. At this time, the control unit 101 controls the air flow rate adjusting unit 17 again. As a result, the humidifier 18 starts supplying air to the fuel cell 15 at a predetermined supply amount. At this time, the control unit 101 electrically connects the fuel cell 15 and a load such as an inverter connected to the power output terminal of the fuel cell 15 and starts the power generation operation of the fuel cell 15. Then, the control unit 101 starts the normal power generation operation of the fuel cell system 100 (step S6).

一方、制御部101は、変成器4の温度Tsがシフト反応を進行させるための所定の温度Tpdに到達していないと判定すると(ステップS5でNO)、変成器4の温度Tsの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部101は、変成器4の温度Tsが所定の温度Tpdに到達しかつ安定したか否かを繰り返し判定する。   On the other hand, when the control unit 101 determines that the temperature Ts of the transformer 4 has not reached the predetermined temperature Tpd for causing the shift reaction to proceed (NO in step S5), the control unit 101 determines the change in the temperature Ts of the transformer 4 as the temperature. Continue to monitor with sensors. Then, the control unit 101 repeatedly determines whether or not the temperature Ts of the transformer 4 has reached a predetermined temperature Tpd and is stable.

尚、図4のステップS6以降、燃料電池システム100では、燃料改質部7の改質器3が水蒸気改質反応による改質ガスの生成を継続する。又、変成器4は、シフト反応により、改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を数%程度にまで低減する。又、浄化器5は、選択酸化用流量調整部11が供給する空気を用いる選択酸化反応により、改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度を50ppm以下(望ましくは、20ppm以下)にまで低減する。つまり、燃料改質部7は、一酸化炭素の濃度が十分に低減された良質の改質ガスを、バイパス弁13を介して燃料電池15に供給する。又、エアーブリード機構12は、燃料改質部7が生成する改質ガスへの空気の供給を、上述した図4のステップS4aに示すようにして継続する。   After step S6 in FIG. 4, in the fuel cell system 100, the reformer 3 of the fuel reforming unit 7 continues to generate reformed gas by the steam reforming reaction. Further, the transformer 4 reduces the concentration of carbon monoxide contained in the reformed gas to about several percent by a shift reaction. Further, the purifier 5 reduces the concentration of carbon monoxide contained in the reformed gas to 50 ppm or less (preferably 20 ppm or less) by a selective oxidation reaction using air supplied by the selective oxidation flow rate adjusting unit 11. . That is, the fuel reforming unit 7 supplies the high-quality reformed gas in which the concentration of carbon monoxide is sufficiently reduced to the fuel cell 15 via the bypass valve 13. Further, the air bleed mechanism 12 continues the supply of air to the reformed gas generated by the fuel reformer 7 as shown in step S4a of FIG. 4 described above.

又、空気流量調整部17は、通常発電運転を開始後、大気中から選択酸化用流量調節部11及び加湿器18及びエアーブリード機構12への空気の供給量を調整する。そして、加湿器18は、空気流量調整部17を通過した空気を、燃料電池15から排出される高温高湿状態の排空気を用いて加温及び加湿した後、燃料電池15に供給する。   The air flow rate adjustment unit 17 adjusts the amount of air supplied from the atmosphere to the selective oxidation flow rate adjustment unit 11, the humidifier 18, and the air bleed mechanism 12 after starting normal power generation operation. Then, the humidifier 18 heats and humidifies the air that has passed through the air flow rate adjusting unit 17 using high-temperature and high-humidity exhaust air that is discharged from the fuel cell 15, and then supplies the air to the fuel cell 15.

又、燃料電池15は、燃料改質部7が生成する改質ガスと、エアーブリード機構12が供給する空気と、加湿器18が供給する加温及び加湿された空気とを用いながら、通常発電運転を継続する。これにより、燃料電池システム100は電力の出力を継続する。   In addition, the fuel cell 15 performs normal power generation using the reformed gas generated by the fuel reforming unit 7, the air supplied by the air bleed mechanism 12, and the heated and humidified air supplied by the humidifier 18. Continue driving. Thereby, the fuel cell system 100 continues the output of electric power.

尚、通常発電運転の際、燃料電池15から排出される排空気は、加湿器18において空気流量調整部17が供給する空気の加温及び加湿のために用いられた後、燃料電池システム100の外部に放出される。又、燃料電池15から排出される排改質ガスは、凝縮器19において不要な水分が除湿された後、燃焼器6に供給される。そして、燃焼器6で、燃料改質部7が有する少なくとも改質器3を加熱するための燃料として再利用される。この際、制御部101は、燃料電池15が排出する排改質ガスのみにより改質器3の温度維持が可能である場合には、燃焼用都市ガス供給バルブ9を閉状態として、燃焼器6への都市ガスの供給を停止する。又、燃料電池15で発生する熱は、熱交換部16において冷却水との間で熱交換が行われることにより、給湯のための熱源として有効に利用される。   In the normal power generation operation, exhaust air discharged from the fuel cell 15 is used for heating and humidifying the air supplied by the air flow rate adjusting unit 17 in the humidifier 18 and then the fuel cell system 100. Released to the outside. The exhaust reformed gas discharged from the fuel cell 15 is supplied to the combustor 6 after unnecessary moisture is dehumidified in the condenser 19. Then, the combustor 6 is reused as fuel for heating at least the reformer 3 of the fuel reforming unit 7. At this time, when the temperature of the reformer 3 can be maintained only by the exhaust reformed gas discharged from the fuel cell 15, the control unit 101 closes the combustion city gas supply valve 9 and closes the combustor 6. Stop supplying city gas to the city. The heat generated in the fuel cell 15 is effectively utilized as a heat source for hot water supply by heat exchange with the cooling water in the heat exchange unit 16.

一方、燃料電池システム100の通常発電運転を停止する場合、制御部101は、燃料電池15の電力出力端子に接続されたインバータ等の負荷との電気的な接続を遮断することにより、燃料電池15の通常発電運転を停止する。又、制御部101は、バイパス弁13の状態を、燃料改質部7の浄化器5と燃料電池15とを接続しかつ浄化器5と凝縮器19との接続を遮断する状態から、浄化器5と燃料電池15との接続を遮断しかつ浄化器5と凝縮器19とを接続する状態に変更する。これにより、制御部101は、燃料改質部7から燃料電池15への改質ガスの供給を停止する。又、制御部101は、空気流量調整部17の動作を制御することにより、加湿器18から燃料電池15への空気の供給を停止する。   On the other hand, when stopping the normal power generation operation of the fuel cell system 100, the control unit 101 cuts off the electrical connection with a load such as an inverter connected to the power output terminal of the fuel cell 15, so that the fuel cell 15 The normal power generation operation is stopped. Further, the control unit 101 changes the state of the bypass valve 13 from the state where the purifier 5 of the fuel reforming unit 7 and the fuel cell 15 are connected and the connection between the purifier 5 and the condenser 19 is disconnected. 5 and the fuel cell 15 are disconnected, and the purifier 5 and the condenser 19 are connected. Thereby, the control unit 101 stops the supply of the reformed gas from the fuel reforming unit 7 to the fuel cell 15. In addition, the control unit 101 stops the supply of air from the humidifier 18 to the fuel cell 15 by controlling the operation of the air flow rate adjusting unit 17.

又、この際、制御部101は、原料流量調整バルブ1及び改質水供給ポンプ8を操作することにより、都市ガスの供給手段から脱硫器2への都市ガスの供給を停止すると共に、水の供給手段から改質器3への水の供給を停止する。又、制御部101は、燃焼用都市ガス供給バルブ9を閉状態とすると共に、燃焼用空気供給バルブ10を通過する空気を燃料改質部7に供給することにより、燃料改質部7の温度を低下させる。これにより、制御部101は、改質器3及び変成器4及び浄化器5において進行する水蒸気改質反応及びシフト反応及び選択酸化反応の進行を停止する。そして、燃料改質部7は、改質ガスの生成を停止する。   At this time, the control unit 101 operates the raw material flow rate adjustment valve 1 and the reforming water supply pump 8 to stop the supply of the city gas from the city gas supply means to the desulfurizer 2 and The supply of water from the supply means to the reformer 3 is stopped. Further, the control unit 101 closes the combustion city gas supply valve 9 and supplies the air that passes through the combustion air supply valve 10 to the fuel reforming unit 7. Reduce. Thereby, the control unit 101 stops the progress of the steam reforming reaction, the shift reaction, and the selective oxidation reaction that proceed in the reformer 3, the transformer 4, and the purifier 5. Then, the fuel reforming unit 7 stops the generation of the reformed gas.

又、制御部101は、熱交換部16が燃料電池15を所定の温度にまで冷却した後、燃料電池システム100を構成する各構成要素の動作を全て停止して、燃料電池システム100の動作を完全に停止する。   In addition, after the heat exchanging unit 16 cools the fuel cell 15 to a predetermined temperature, the control unit 101 stops all the operations of the respective components constituting the fuel cell system 100 to operate the fuel cell system 100. Stop completely.

以上、本実施の形態に示す燃料電池システム100では、燃料電池システム100の起動運転の際、変成器4の温度Tsがシフト反応のための所定の温度に到達する前の診断温度Tdに到達した時、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを燃料改質部7から燃料電池15に供給する。これにより、燃料電池15の出力電圧値Vdと基準電圧値Vsとの電圧差を極めて正確に検出することができるので、燃料電池15の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を極めて正確に求めることが可能になる。そして、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を極めて正確に求めることができるので、燃料改質部7が生成する改質ガスへのエアーブリード量を極めて正確に増加させることが可能になる。   As described above, in the fuel cell system 100 shown in the present embodiment, during the start-up operation of the fuel cell system 100, the temperature Ts of the transformer 4 has reached the diagnostic temperature Td before reaching the predetermined temperature for the shift reaction. At that time, a reformed gas containing carbon monoxide at a high concentration temporarily is supplied from the fuel reformer 7 to the fuel cell 15. As a result, the voltage difference between the output voltage value Vd of the fuel cell 15 and the reference voltage value Vs can be detected very accurately, so that the residual rate of ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst of the fuel cell 15 can be determined very accurately. It becomes possible. And since the ruthenium residual rate in a platinum-ruthenium alloy catalyst can be calculated | required very correctly, it becomes possible to increase the air bleed amount to the reformed gas which the fuel reforming part 7 produces | generates very accurately.

又、燃料改質部7が生成する改質ガスへのエアーブリード量を極めて正確に増加させることができるので、又、これにより、燃料電池15の見かけ上の耐久性が向上するので、燃料電池システム100の寿命を長寿命化することも期待できる。   In addition, since the amount of air bleed to the reformed gas generated by the fuel reforming unit 7 can be increased extremely accurately, the apparent durability of the fuel cell 15 is thereby improved, so that the fuel cell It can also be expected to extend the life of the system 100.

又、燃料改質部7が生成する改質ガスへのエアーブリード量を極めて正確に増加させることができるので、過剰分の酸素が燃料電池15において改質ガスに含まれる水素の単なる燃焼反応を促進することを抑制することが可能になる。従って、燃料電池15の発電運転において必要かつ十分な量の水素を確保することができるので、燃料電池システム100の発電効率を好適に確保することが可能になる。   In addition, since the amount of air bleed into the reformed gas generated by the fuel reforming unit 7 can be increased extremely accurately, excess oxygen causes a simple combustion reaction of hydrogen contained in the reformed gas in the fuel cell 15. It becomes possible to suppress promotion. Accordingly, a necessary and sufficient amount of hydrogen can be ensured in the power generation operation of the fuel cell 15, so that the power generation efficiency of the fuel cell system 100 can be suitably ensured.

又、本実施の形態に示す燃料電池システム100によれば、燃料電池システム100の起動運転時、燃料電池15の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率に応じて燃料改質部7が生成する改質ガスへのエアーブリード量を極めて正確に増加させるので、通常発電運転中において燃料電池15の出力電圧値が変動することはない。従って、燃料電池システム100に接続される外部負荷の安定な動作を確実に確保することが可能になる。又、燃料電池15を構成する各燃料電池(セル)の出力電圧値のばらつきを抑制することが可能になる。   In addition, according to the fuel cell system 100 shown in the present embodiment, the fuel reforming unit 7 is generated according to the residual rate of ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst of the fuel cell 15 during the start-up operation of the fuel cell system 100. Since the amount of air bleed into the reformed gas is increased very accurately, the output voltage value of the fuel cell 15 does not fluctuate during normal power generation operation. Therefore, it is possible to ensure a stable operation of the external load connected to the fuel cell system 100. In addition, it is possible to suppress variations in the output voltage value of each fuel cell (cell) constituting the fuel cell 15.

又、例えば、消費電力が減少する夜間に通常発電運転を停止するDSS運転では、燃料電池システム100の起動運転時において変成器4の温度Tsが診断温度Tdと等しくなる時点が毎日必然的に存在するため、起動運転の際に特別な操作を行うことなく、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを容易に得ることが可能になる。従って、燃料電池15の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を容易にかつ正確に求めることができるので、燃料改質部7が生成する改質ガスへのエアーブリード量を容易にかつ正確に増加させることが可能になる。   Further, for example, in the DSS operation in which the normal power generation operation is stopped at night when the power consumption is reduced, the time point at which the temperature Ts of the transformer 4 becomes equal to the diagnostic temperature Td inevitably exists every time when the fuel cell system 100 is started. Therefore, it is possible to easily obtain a reformed gas that temporarily contains carbon monoxide at a high concentration without performing a special operation during the start-up operation. Accordingly, since the ruthenium remaining rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst of the fuel cell 15 can be easily and accurately obtained, the amount of air bleed into the reformed gas generated by the fuel reforming section 7 can be easily and accurately determined. It becomes possible to increase.

又、本実施の形態に示す燃料電池システム100の動作は、特別の構成要素を準備することなく、従来の燃料電池システムの構成において実施することが可能である。従って、燃料電池15の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を簡易に求めて、燃料改質部7が生成する改質ガスへのエアーブリード量を簡易に増加させることが可能になる。   Further, the operation of the fuel cell system 100 shown in the present embodiment can be performed in the configuration of the conventional fuel cell system without preparing any special components. Therefore, it is possible to easily obtain the ruthenium remaining rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst of the fuel cell 15 and easily increase the amount of air bleed to the reformed gas generated by the fuel reforming unit 7.

つまり、本実施の形態に示す燃料電池システム100によれば、燃料電池15のアノード触媒の性能低下を簡易な構成により正確に把握してエアーブリード量を正確に増加させることが可能である、優れた耐久性及び発電効率と通常発電運転時における出力電圧値の安定性を有する好適な燃料電池システム100を提供することが可能になる。   That is, according to the fuel cell system 100 shown in the present embodiment, it is possible to accurately grasp the performance deterioration of the anode catalyst of the fuel cell 15 with a simple configuration and accurately increase the amount of air bleed. It is possible to provide a suitable fuel cell system 100 having excellent durability, power generation efficiency, and stability of the output voltage value during normal power generation operation.

尚、本実施の形態では、燃料電池システム100の起動運転時、燃料改質部7における変成器4の温度Tsが所定の診断温度Tdに到達した際に一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを燃料電池15に供給する構成について説明したが、このような構成に限定されることはない。例えば、燃料電池システム100の起動運転時、燃料改質部7が生成する改質ガスに含まれる一酸化炭素の濃度をCOセンサーが逐次監視して、この一酸化炭素の濃度が所定の診断濃度に到達した際、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを燃料電池15に供給する構成としてもよい。つまり、燃料電池システム100の起動運転時において一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを燃料電池15に供給することが可能な構成であれば、如何なる構成としてもよい。斯かる構成としても、本実施の形態において得られる効果と同様の効果を得ることが可能である。   In the present embodiment, during the start-up operation of the fuel cell system 100, when the temperature Ts of the transformer 4 in the fuel reforming unit 7 reaches a predetermined diagnostic temperature Td, the carbon monoxide is temporarily made high in concentration. Although the structure which supplies the reformed gas containing to the fuel cell 15 was demonstrated, it is not limited to such a structure. For example, during the start-up operation of the fuel cell system 100, the CO sensor sequentially monitors the concentration of carbon monoxide contained in the reformed gas generated by the fuel reforming unit 7, and the concentration of this carbon monoxide is a predetermined diagnostic concentration. Alternatively, the reformed gas that temporarily contains carbon monoxide at a high concentration may be supplied to the fuel cell 15. That is, any configuration may be used as long as it can supply the reformed gas containing carbon monoxide at a high concentration temporarily to the fuel cell 15 during the start-up operation of the fuel cell system 100. Even with such a configuration, it is possible to obtain the same effects as those obtained in the present embodiment.

又、本実施の形態では、燃料電池システム100の起動運転時、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを供給する際の燃料電池15の出力電圧値Vdを測定して、この出力電圧値Vdと基準電圧値Vsとの電圧差ΔVに基づいて白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めて、このルテニウムの残存率に基づいてエアーブリード量の最適な増加量を正確に求める構成について説明したが、このような構成に限定されることはない。例えば、燃料電池システム100の起動運転時、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを供給する際の燃料電池15の出力電圧値Vdを測定した後、この出力電圧値Vdと基準電圧値Vsとの電圧差ΔV1の値を、所定の変換テーブルに基づいて、許容濃度の一酸化炭素(即ち、図2に示すCO濃度C1に相当)を含む改質ガスを供給する場合の電圧差ΔV2に変換する。そして、この電圧差ΔV2に基づいて白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めて、このルテニウムの残存率に基づいてエアーブリード量の最適な増加量を正確に求める構成としてもよい。斯かる構成としても、本実施の形態において得られる効果と同様の効果を得ることが可能である。   In the present embodiment, during the start-up operation of the fuel cell system 100, the output voltage value Vd of the fuel cell 15 when the reformed gas that temporarily contains carbon monoxide at a high concentration is supplied is measured. Based on the voltage difference ΔV between the output voltage value Vd and the reference voltage value Vs, the residual rate of ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst is accurately obtained, and the optimal amount of increase in the air bleed amount is determined based on the residual rate of ruthenium. Although the configuration to be accurately obtained has been described, the configuration is not limited to such a configuration. For example, after the start-up operation of the fuel cell system 100, after measuring the output voltage value Vd of the fuel cell 15 when supplying the reformed gas that temporarily contains carbon monoxide at a high concentration, the output voltage value Vd and the reference The voltage when supplying the reformed gas containing the allowable concentration of carbon monoxide (that is, equivalent to the CO concentration C1 shown in FIG. 2) based on a predetermined conversion table based on the voltage difference ΔV1 from the voltage value Vs. The difference is converted to ΔV2. And it is good also as a structure which calculates | requires correctly the residual rate of the ruthenium in a platinum-ruthenium alloy catalyst based on this voltage difference (DELTA) V2, and calculates | requires the optimal increase amount of an air bleed amount correctly based on this residual rate of ruthenium. Even with such a configuration, it is possible to obtain the same effects as those obtained in the present embodiment.

又、本実施の形態では、燃料電池システム100の起動運転時、燃料電池15の出力電圧値Vdと基準電圧値Vsとの電圧差ΔVに基づいて、又は、電圧差ΔV1を変換して得る電圧差ΔV2に基づいて白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めて、このルテニウムの残存率に基づいてエアーブリード量の最適な増加量を正確に求める構成について説明したが、このような構成に限定されることはない。例えば、電圧差ΔVに基づいて、又は、電圧差ΔV1を変換して得る電圧差ΔV2に基づいて、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を求めることなく、エアーブリード量の最適な増加量を直接求める構成としてもよい。つまり、電圧差ΔV、又は、電圧差ΔV1若しくはΔV2とエアーブリード量の最適な増加量とが厳密に対応していれば、本実施の形態において得られる効果と同様の効果を得ることが可能である。   In the present embodiment, during the start-up operation of the fuel cell system 100, the voltage obtained based on the voltage difference ΔV between the output voltage value Vd of the fuel cell 15 and the reference voltage value Vs or by converting the voltage difference ΔV1. Although the ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst is accurately obtained based on the difference ΔV2 and the optimum increase amount of the air bleed amount is accurately obtained based on the ruthenium residual rate, the configuration has been described. The configuration is not limited. For example, based on the voltage difference ΔV or on the basis of the voltage difference ΔV2 obtained by converting the voltage difference ΔV1, the optimum increase amount of the air bleed amount is obtained without obtaining the ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst. It is good also as composition which asks directly. That is, if the voltage difference ΔV, or the voltage difference ΔV1 or ΔV2, and the optimum increase amount of the air bleed correspond strictly, it is possible to obtain the same effect as that obtained in the present embodiment. is there.

又、本実施の形態で示した診断温度Tdや基準電圧値Vs等は、その最適値が燃料電池システム100の形態や利用用途等によっても変化するため、一義的に定義することはできない。つまり、燃料電池システム100の形態や利用用途等に応じて、最適な診断温度Tdや基準電圧値Vs等の値を設定することにより、本発明の効果が得られる。   Further, the diagnostic temperature Td, the reference voltage value Vs, and the like shown in the present embodiment cannot be uniquely defined because their optimum values vary depending on the form of the fuel cell system 100, the usage application, and the like. In other words, the effects of the present invention can be obtained by setting optimum values such as the diagnostic temperature Td and the reference voltage value Vs according to the form of the fuel cell system 100 and the usage application.

又、本実施の形態では、燃料電池15として高分子電解質型燃料電池を備える構成について説明したが、このような構成に限定されることはない。つまり、本発明の趣旨が適応可能な構成であれば、如何なる燃料電池システムに対しても本発明を応用することが可能である。   In the present embodiment, a configuration in which a polymer electrolyte fuel cell is provided as the fuel cell 15 has been described. However, the configuration is not limited to such a configuration. That is, the present invention can be applied to any fuel cell system as long as the gist of the present invention is applicable.

(実施の形態2)
本発明に係る実施の形態2では、診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを得るための制御方法が、実施の形態1における制御方法と異なっている。
(Embodiment 2)
In the second embodiment according to the present invention, the control method for obtaining the reformed gas containing carbon monoxide for diagnostic operation is different from the control method in the first embodiment.

具体的には、燃料電池システム100の起動運転時、燃料電池15の診断運転を開始するか否かを決定する際、実施の形態1では変成器の温度Tsを検出するのに代えて、実施の形態2では浄化器の温度Tpを検出する。そして、浄化器の温度Tpが選択酸化反応を進行させるための所定の温度Tpdより低い温度である診断温度Tdに到達したか否かを判定して、浄化器の温度Tpが診断温度Tdに到達した際、燃料改質部7が生成する診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを燃料電池15に供給する。そして、燃料電池15の診断運転を開始する。又、浄化器の温度Tpが選択酸化反応を進行させるための所定の温度Tpdに到達した後、燃料電池システム100の通常発電運転を開始する。   Specifically, when determining whether or not to start the diagnostic operation of the fuel cell 15 during the start-up operation of the fuel cell system 100, the first embodiment is implemented instead of detecting the temperature Ts of the transformer. In form 2, the temperature Tp of the purifier is detected. Then, it is determined whether or not the temperature Tp of the purifier has reached a diagnostic temperature Td that is lower than a predetermined temperature Tpd for causing the selective oxidation reaction, and the temperature Tp of the purifier reaches the diagnostic temperature Td. Then, the reformed gas containing carbon monoxide for diagnostic operation generated by the fuel reforming unit 7 is supplied to the fuel cell 15. Then, the diagnostic operation of the fuel cell 15 is started. Further, after the temperature Tp of the purifier reaches a predetermined temperature Tpd for causing the selective oxidation reaction to proceed, the normal power generation operation of the fuel cell system 100 is started.

尚、その他の点については、実施の形態2で示す燃料電池システム100の構成及び動作は、実施の形態1で示した燃料電池システム100の構成及び動作と同様である。そのため、実施の形態2では、燃料電池システム100の構成及び動作に関して、実施の形態1で説明した構成及び動作と同様の構成及び動作については、その説明を省略する。   In other respects, the configuration and operation of the fuel cell system 100 shown in the second embodiment are the same as the configuration and operation of the fuel cell system 100 shown in the first embodiment. Therefore, in the second embodiment, regarding the configuration and operation of the fuel cell system 100, the description of the same configuration and operation as those described in the first embodiment is omitted.

以下、実施の形態2の燃料電池システム100の動作に関して、実施の形態1で示した燃料電池システム100の動作に対する相違点について、図5を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, with respect to the operation of the fuel cell system 100 of the second embodiment, differences from the operation of the fuel cell system 100 shown in the first embodiment will be described in detail with reference to FIG.

図5は、本発明の実施の形態2に示す燃料電池システム100の起動運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。尚、図5において、ステップS3は、起動運転時において燃料電池の出力電圧値に基づいてエアーブリード量の最適な増加量を決定する診断ステップを示している。   FIG. 5 is a flowchart schematically showing an operation during start-up operation of fuel cell system 100 shown in Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 5, step S <b> 3 indicates a diagnostic step of determining an optimum increase amount of the air bleed amount based on the output voltage value of the fuel cell during the start-up operation.

図5に示すように、実施の形態2の燃料電池システム100では、燃料改質部7の加熱を開始して(ステップS1)、燃料改質部7において改質ガスの生成を開始すると(ステップS2)、燃料電池15の出力電圧値に基づいてエアーブリード量の最適な増加量を決定するための診断ステップS3(ステップSS1〜ステップSS6)が進行する。   As shown in FIG. 5, in the fuel cell system 100 of the second embodiment, heating of the fuel reforming unit 7 is started (step S1), and generation of reformed gas is started in the fuel reforming unit 7 (step S1). S2), the diagnostic step S3 (step SS1 to step SS6) for determining the optimum increase amount of the air bleed amount on the basis of the output voltage value of the fuel cell 15 proceeds.

制御部101は、燃料改質部7における浄化器5の温度Tpの変化を、温度センサーにより逐次監視する。一方、浄化器5の温度Tpは、燃焼器6が混合ガスを燃焼して生成する熱や、改質器3及び変成器4が排出する改質ガスの熱等により直接的又は間接的に加熱されて、徐々に上昇する。そして、制御部101は、浄化器5の温度Tpが選択酸化反応を進行させるための所定の温度Tpd(例えば、150℃)より低い温度である診断温度Td(例えば、100℃)に到達したか否かを判定する(ステップSS1)。   The control unit 101 sequentially monitors changes in the temperature Tp of the purifier 5 in the fuel reforming unit 7 using a temperature sensor. On the other hand, the temperature Tp of the purifier 5 is directly or indirectly heated by heat generated by the combustor 6 burning the mixed gas, heat of the reformed gas discharged from the reformer 3 and the transformer 4, or the like. Being gradually raised. Then, has the controller 101 reached the diagnostic temperature Td (for example, 100 ° C.) that is lower than the predetermined temperature Tpd (for example, 150 ° C.) for allowing the selective oxidation reaction to proceed? It is determined whether or not (step SS1).

浄化器5の温度Tpが診断温度Tdに到達したと制御部101が判定すると(ステップSS1でYES)、燃料改質部7は、浄化器5の温度Tpが診断温度Tdである時の、図2に示すCO濃度C2に相当する濃度(例えば、110ppm)の一酸化炭素を含む改質ガスを、浄化器5から燃料電池15に所定の供給量で供給し始める。又、この時、制御部101は、空気流量調整部17を制御する。これにより、加湿器18は、燃料電池15に所定の供給量で空気を供給し始める。そして、制御部101は、燃料電池15の診断運転を開始する(ステップSS2)。   When the control unit 101 determines that the temperature Tp of the purifier 5 has reached the diagnostic temperature Td (YES in step SS1), the fuel reforming unit 7 shows a diagram when the temperature Tp of the purifier 5 is the diagnostic temperature Td. The reformed gas containing carbon monoxide at a concentration (for example, 110 ppm) corresponding to the CO concentration C2 shown in 2 is started to be supplied from the purifier 5 to the fuel cell 15 at a predetermined supply amount. At this time, the control unit 101 controls the air flow rate adjusting unit 17. Thereby, the humidifier 18 starts to supply air to the fuel cell 15 at a predetermined supply amount. And the control part 101 starts the diagnostic driving | operation of the fuel cell 15 (step SS2).

尚、制御部101は、浄化器5の温度Tpが未だ診断温度Tdに到達していないと判定すると(ステップSS1でNO)、浄化器5の温度Tpの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部101は、浄化器5の温度Tpが診断温度Tdに到達したか否かを繰り返し判定する。   If the controller 101 determines that the temperature Tp of the purifier 5 has not yet reached the diagnostic temperature Td (NO in step SS1), the controller 101 continues to monitor the change in the temperature Tp of the purifier 5 using the temperature sensor. Then, the controller 101 repeatedly determines whether or not the temperature Tp of the purifier 5 has reached the diagnostic temperature Td.

次いで、制御部101は、診断運転中における燃料電池15の出力電圧値Vdを測定した後(ステップSS3)、燃料電池15の診断運転を終了する(ステップSS4)。   Next, after measuring the output voltage value Vd of the fuel cell 15 during the diagnostic operation (Step SS3), the control unit 101 ends the diagnostic operation of the fuel cell 15 (Step SS4).

次いで、制御部101は、ステップSS3において測定及び格納した燃料電池15の出力電圧値Vdと基準電圧値Vsとを比較して、出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低いか否かを判定する(ステップSS5)。   Next, the control unit 101 compares the output voltage value Vd of the fuel cell 15 measured and stored in step SS3 with the reference voltage value Vs, and determines whether or not the output voltage value Vd is lower than the reference voltage value Vs. (Step SS5).

制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vd(例えば、740mV)が基準電圧値Vs(例えば、750mV)よりも低いと判定すると(ステップSS5でYES)、基準電圧値Vsと出力電圧値Vdとの電圧差ΔVに基づいて白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めた後、燃料電池15へのエアーブリード量の正確な増加量Sb(例えば、増加率として5%)を求める。そして、制御部101は、このエアーブリード量の正確な増加量Sbをエアーブリード機構12のエアーブリード量の増加量として設定した後(ステップSS6)、診断ステップS3を終了する。   When the control unit 101 determines that the output voltage value Vd (eg, 740 mV) of the fuel cell 15 is lower than the reference voltage value Vs (eg, 750 mV) (YES in step SS5), the reference voltage value Vs and the output voltage value Vd. The ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst is accurately obtained based on the voltage difference ΔV with respect to the fuel cell 15, and then an accurate increase amount Sb (for example, 5% as the increase rate) of the air bleed amount to the fuel cell 15 is obtained. . Then, the control unit 101 sets the accurate increase amount Sb of the air bleed amount as the increase amount of the air bleed amount of the air bleed mechanism 12 (step SS6), and then ends the diagnostic step S3.

尚、制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低くないと判定すると(ステップSS5でNO)、ルテニウムの残存率及びエアーブリード量の正確な増加量Sbを導出及び設定することなく、診断ステップS3を終了する。   If the control unit 101 determines that the output voltage value Vd of the fuel cell 15 is not lower than the reference voltage value Vs (NO in step SS5), the control unit 101 derives an accurate increase amount Sb of the ruthenium residual rate and the air bleed amount. And the diagnostic step S3 is terminated without setting.

次いで、制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低いと判定した場合(ステップSS5でYESの場合)、エアーブリード機構12を制御することにより、エアーブリード量Sn+Sbの供給量で改質ガスへの空気の供給を開始する(ステップS4a)。一方、制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低くないと判定した場合(ステップSS5でNOの場合)、エアーブリード量Snを維持して、改質ガスへの空気の供給を開始する(ステップS4b)。   Next, when the control unit 101 determines that the output voltage value Vd of the fuel cell 15 is lower than the reference voltage value Vs (YES in step SS5), the air bleed amount Sn + Sb is controlled by controlling the air bleed mechanism 12. The supply of air to the reformed gas is started at a supply amount of (step S4a). On the other hand, when the control unit 101 determines that the output voltage value Vd of the fuel cell 15 is not lower than the reference voltage value Vs (NO in step SS5), the control unit 101 maintains the air bleed amount Sn and returns to the reformed gas. The air supply is started (step S4b).

その後、制御部101は、燃料改質部7における浄化器5の温度Tpの変化を温度センサーにより逐次監視しながら、浄化器5の温度Tpが選択酸化反応を進行させるための所定の温度Tpd(例えば、150℃)に到達して、浄化器5の温度Tpが所定の温度Tpdで安定したか否かを判定する(ステップS5)。   Thereafter, the control unit 101 sequentially monitors the change in the temperature Tp of the purifier 5 in the fuel reforming unit 7 with a temperature sensor, while the temperature Tp of the purifier 5 proceeds to a predetermined temperature Tpd ( For example, it is determined whether or not the temperature Tp of the purifier 5 has been stabilized at the predetermined temperature Tpd (step S5).

そして、制御部101は、浄化器5の温度Tpが選択酸化反応を進行させるための所定の温度Tpdに到達しかつ安定したと判定すると(ステップS5でYES)、燃料電池システム100の通常発電運転を開始する(ステップS6)。   When control unit 101 determines that temperature Tp of purifier 5 has reached a predetermined temperature Tpd for allowing the selective oxidation reaction to proceed and is stable (YES in step S5), normal power generation operation of fuel cell system 100 is performed. Is started (step S6).

尚、制御部101は、浄化器5の温度Tpが選択酸化反応を進行させるための所定の温度Tpdに到達していないと判定すると(ステップS5でNO)、浄化器5の温度Tpの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部101は、浄化器5の温度Tpが所定の温度Tpdに到達しかつ安定したか否かを繰り返し判定する。   When the control unit 101 determines that the temperature Tp of the purifier 5 has not reached the predetermined temperature Tpd for causing the selective oxidation reaction to proceed (NO in step S5), the control unit 101 changes the temperature Tp of the purifier 5. Continue to monitor with temperature sensor. Then, the control unit 101 repeatedly determines whether or not the temperature Tp of the purifier 5 has reached a predetermined temperature Tpd and has been stabilized.

以上、本実施の形態に示す燃料電池システム100では、燃料電池システム100の起動運転の際、浄化器5の温度Tpが選択酸化反応のための所定の温度Tpdに到達する前の診断温度Tdに到達した時、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを燃料改質部7から燃料電池15に供給する。これにより、燃料電池15の出力電圧値Vdと基準電圧値Vsとの電圧差ΔVを正確に検出して、燃料電池15の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めて、燃料改質部7が生成する改質ガスへのエアーブリード量を正確に増加させる。このような構成としても、実施の形態1の場合と同様の効果を得ることが可能である。   As described above, in the fuel cell system 100 shown in the present embodiment, during the start-up operation of the fuel cell system 100, the temperature Tp of the purifier 5 reaches the diagnosis temperature Td before reaching the predetermined temperature Tpd for the selective oxidation reaction. When the fuel gas reaches the fuel cell 15, the reformed gas that temporarily contains carbon monoxide at a high concentration is supplied from the fuel reformer 7 to the fuel cell 15. As a result, the voltage difference ΔV between the output voltage value Vd of the fuel cell 15 and the reference voltage value Vs is accurately detected, the ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst of the fuel cell 15 is accurately obtained, and the fuel is improved. The amount of air bleed into the reformed gas generated by the mass part 7 is accurately increased. Even with such a configuration, it is possible to obtain the same effect as in the first embodiment.

又、本実施の形態においても、燃料電池システム100の起動運転時において浄化器5の温度Tpが診断温度Tdと等しくなる時点が毎日必然的に存在するため、起動運転の際に特別な操作を行うことなく、又、特別の構成要素を準備することなく、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを容易に得ることが可能になる。   Also in the present embodiment, there is necessarily a point in time every day when the temperature Tp of the purifier 5 becomes equal to the diagnostic temperature Td during the start-up operation of the fuel cell system 100. Therefore, a special operation is performed during the start-up operation. It is possible to easily obtain a reformed gas that temporarily contains carbon monoxide at a high concentration without being performed and without preparing special components.

尚、その他の点については、実施の形態1の場合と同様である。   Other points are the same as those in the first embodiment.

(実施の形態3)
本発明に係る実施の形態3では、診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを得るための制御方法が、実施の形態1及び2における制御方法と異なっている。
(Embodiment 3)
In the third embodiment according to the present invention, the control method for obtaining the reformed gas containing carbon monoxide for diagnostic operation is different from the control method in the first and second embodiments.

具体的には、実施の形態1及び2では、燃料電池15の診断運転を開始する際、変成器4の温度Ts又は浄化器5の温度Tpがシフト反応又は選択酸化反応を進行させるための所定の温度Tpdより低い温度である診断温度Tdに到達した時、燃料改質部7が生成する診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを燃料電池15に供給する。これに代えて、実施の形態3の燃料電池システム100では、燃料改質部7の温度Tfr(即ち、改質器3の温度Tsr、変成器4の温度Ts、浄化器5の温度Tp)が所定の温度Tpdに到達した後、浄化器5への空気の供給量を減少又は供給を停止させて、診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを得る。そして、燃料改質部7が生成する診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを燃料電池15に供給して、燃料電池15の診断運転を開始する。又、浄化器5への空気の供給量の減少又は供給の停止を解除した後、燃料電池システム100の通常発電運転を開始する。   Specifically, in the first and second embodiments, when the diagnostic operation of the fuel cell 15 is started, the temperature Ts of the transformer 4 or the temperature Tp of the purifier 5 is a predetermined value for causing the shift reaction or the selective oxidation reaction to proceed. When the temperature reaches a diagnostic temperature Td, which is lower than the temperature Tpd, the reformed gas containing carbon monoxide for diagnostic operation generated by the fuel reforming unit 7 is supplied to the fuel cell 15. Instead, in the fuel cell system 100 of the third embodiment, the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 (that is, the temperature Tsr of the reformer 3, the temperature Ts of the transformer 4, and the temperature Tp of the purifier 5) is set. After reaching the predetermined temperature Tpd, the supply amount of air to the purifier 5 is reduced or stopped to obtain a reformed gas containing carbon monoxide for diagnostic operation. Then, the reformed gas containing carbon monoxide for diagnostic operation generated by the fuel reforming unit 7 is supplied to the fuel cell 15 and the diagnostic operation of the fuel cell 15 is started. In addition, after canceling the decrease or stop of the supply of air to the purifier 5, the normal power generation operation of the fuel cell system 100 is started.

尚、その他の点については、実施の形態3において示す燃料電池システム100の構成及び動作は、実施の形態1及び2において示した燃料電池システム100の構成及び動作と同様である。そのため、実施の形態3では、燃料電池システム100の構成及び動作に関して、実施の形態1及び2において説明した構成及び動作と同様の構成及び動作については、その説明を省略する。   In other respects, the configuration and operation of the fuel cell system 100 shown in the third embodiment are the same as the configuration and operation of the fuel cell system 100 shown in the first and second embodiments. Therefore, in the third embodiment, regarding the configuration and operation of the fuel cell system 100, the description of the same configuration and operation as those described in the first and second embodiments is omitted.

以下、実施の形態3の燃料電池システム100の動作に関して、実施の形態1及び2で示した燃料電池システム100の動作に対する相違点について、図6を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, with respect to the operation of the fuel cell system 100 of the third embodiment, differences from the operation of the fuel cell system 100 shown in the first and second embodiments will be described in detail with reference to FIG.

図6は、本発明の実施の形態3に示す燃料電池システム100の起動運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。尚、図6において、ステップS3は、起動運転時において燃料電池15の出力電圧値Vdに基づいてエアーブリード量の最適な増加量を決定する診断ステップを示している。   FIG. 6 is a flowchart schematically showing an operation during start-up operation of fuel cell system 100 shown in Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 6, step S <b> 3 indicates a diagnostic step for determining an optimum increase amount of the air bleed amount based on the output voltage value Vd of the fuel cell 15 during the start-up operation.

図6に示すように、実施の形態3の燃料電池システム100では、燃料改質部7の加熱を開始して(ステップS1)、燃料改質部7において改質ガスの生成を開始すると(ステップS2)、燃料電池15の出力電圧値Vdに基づいてエアーブリード量の最適な増加量を決定するための診断ステップS3(ステップSS1〜ステップSS8)が進行する。   As shown in FIG. 6, in the fuel cell system 100 of Embodiment 3, heating of the fuel reforming unit 7 is started (step S1), and generation of reformed gas is started in the fuel reforming unit 7 (step S1). S2), the diagnostic step S3 (step SS1 to step SS8) for determining the optimum increase amount of the air bleed amount on the basis of the output voltage value Vd of the fuel cell 15 proceeds.

制御部101は、燃料改質部7における改質器3の温度Tsr及び変成器4の温度Ts及び浄化器5の温度Tpの変化を、温度センサーにより各々逐次監視する。一方、改質器3の温度Tsr及び変成器4の温度Ts及び浄化器5の温度Tpは、燃焼器6が混合ガスを燃焼して生成する熱や、改質器3及び変成器4が排出する改質ガスの熱等により直接的又は間接的に加熱されて、徐々に上昇する。そして、制御部101は、改質器3の温度Tsrが水蒸気改質反応を進行させるための所定の温度Tpd(例えば、650℃)に到達したか否か、又、変成器4の温度Tsがシフト反応を進行させるための所定の温度Tpd(例えば、200℃)に到達したか否か、又、浄化器5の温度Tpが選択酸化反応を進行させるための所定の温度Tpd(例えば、150℃)に到達したか否かを判定する。つまり、制御部101は、燃料改質部7の温度Tfrが所定の温度Tpdに到達したか否かを判定する(ステップSS1)。   The control unit 101 sequentially monitors changes in the temperature Tsr of the reformer 3, the temperature Ts of the transformer 4, and the temperature Tp of the purifier 5 in the fuel reforming unit 7 using temperature sensors. On the other hand, the temperature Tsr of the reformer 3, the temperature Ts of the transformer 4 and the temperature Tp of the purifier 5 are the heat generated by the combustor 6 burning the mixed gas, and the reformer 3 and the transformer 4 are discharged. It is heated directly or indirectly by the heat of the reformed gas to rise and gradually rises. Then, the control unit 101 determines whether or not the temperature Tsr of the reformer 3 has reached a predetermined temperature Tpd (for example, 650 ° C.) for causing the steam reforming reaction to proceed, and the temperature Ts of the transformer 4 is It is determined whether or not a predetermined temperature Tpd (for example, 200 ° C.) for proceeding with the shift reaction has been reached, and the predetermined temperature Tpd (for example, 150 ° C.) for allowing the temperature Tp of the purifier 5 to proceed with the selective oxidation reaction. ) Is determined. That is, the control unit 101 determines whether or not the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 has reached a predetermined temperature Tpd (step SS1).

制御部101は、燃料改質部7の温度Tfrが所定の温度Tpdに到達したと判定すると(ステップSS1でYES)、選択酸化用流量調整部11を制御して、空気流量調整部17から浄化器5への空気の供給量を減少させる(ステップSS2)。又は、制御部101は、燃料改質部7の温度Tfrが所定の温度Tpdに到達したと判定すると、選択酸化用流量調整部11を制御して、空気流量調整部17から浄化器5への空気の供給を停止させる。このステップSS2に示す制御により、燃料改質部7が生成する改質ガスにおける一酸化炭素の濃度が上昇する。   If the control unit 101 determines that the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 has reached the predetermined temperature Tpd (YES in step SS1), the control unit 101 controls the selective oxidation flow rate adjustment unit 11 to purify from the air flow rate adjustment unit 17. The amount of air supplied to the vessel 5 is decreased (step SS2). Alternatively, when the control unit 101 determines that the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 has reached the predetermined temperature Tpd, the control unit 101 controls the selective oxidation flow rate adjustment unit 11 to transfer the air flow rate adjustment unit 17 to the purifier 5. Stop the air supply. By the control shown in step SS2, the concentration of carbon monoxide in the reformed gas generated by the fuel reforming unit 7 increases.

次いで、燃料改質部7は、空気流量調整部17から浄化器5への空気の供給量が所定の減少率(例えば、通常発電運転時における50%)で減少された後、図2に示すCO濃度C2に相当する濃度(例えば、150ppm)の一酸化炭素を含む改質ガスを、浄化器5から燃料電池15に所定の供給量で供給し始める。又、この時、制御部101は、空気流量調整部17を制御する。これにより、加湿器18は、燃料電池15に所定の供給量で空気を供給し始める。そして、制御部101は、燃料電池15の診断運転を開始する(ステップSS3)。   Next, the fuel reforming unit 7 is shown in FIG. 2 after the amount of air supplied from the air flow rate adjusting unit 17 to the purifier 5 is reduced at a predetermined reduction rate (for example, 50% during normal power generation operation). The reformed gas containing carbon monoxide at a concentration (for example, 150 ppm) corresponding to the CO concentration C2 is started to be supplied from the purifier 5 to the fuel cell 15 at a predetermined supply amount. At this time, the control unit 101 controls the air flow rate adjusting unit 17. Thereby, the humidifier 18 starts to supply air to the fuel cell 15 at a predetermined supply amount. And the control part 101 starts the diagnostic driving | operation of the fuel cell 15 (step SS3).

尚、制御部101は、燃料改質部7の温度Tfrが所定の温度Tpdに到達していないと判定すると(ステップSS1でNO)、燃料改質部7の温度Tfrの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部101は、燃料改質部7の温度Tfrが所定の温度Tpdに到達したか否かを繰り返し判定する。   If the control unit 101 determines that the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 has not reached the predetermined temperature Tpd (NO in step SS1), the control unit 101 continues to change the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 using the temperature sensor. Monitor. Then, the control unit 101 repeatedly determines whether or not the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 has reached a predetermined temperature Tpd.

次いで、制御部101は、診断運転中における燃料電池15の出力電圧値Vdを測定した後(ステップSS4)、燃料電池15の診断運転を終了する(ステップSS5)。   Next, after measuring the output voltage value Vd of the fuel cell 15 during the diagnostic operation (Step SS4), the control unit 101 ends the diagnostic operation of the fuel cell 15 (Step SS5).

次いで、制御部101は、燃料電池15の診断運転を終了した後、選択酸化用流量調整部11を制御して、空気流量調整部17から浄化器5への空気の供給量を復帰させる(ステップSS6)。又は、制御部101は、燃料電池15の診断運転を終了した後、選択酸化用流量調整部11を制御して、空気流量調整部17から浄化器5への空気の供給の停止を復帰させる。このステップSS6に示す制御により、燃料改質部7が生成する改質ガスにおける一酸化炭素の濃度が復帰する。   Next, after the diagnostic operation of the fuel cell 15 is completed, the control unit 101 controls the selective oxidation flow rate adjusting unit 11 to return the amount of air supplied from the air flow rate adjusting unit 17 to the purifier 5 (step). SS6). Alternatively, after the diagnostic operation of the fuel cell 15 is completed, the control unit 101 controls the selective oxidation flow rate adjustment unit 11 to restore the stop of air supply from the air flow rate adjustment unit 17 to the purifier 5. By the control shown in step SS6, the concentration of carbon monoxide in the reformed gas generated by the fuel reforming unit 7 is restored.

次いで、制御部101は、ステップSS4において測定及び格納した燃料電池15の出力電圧値Vdと基準電圧値Vsとを比較して、出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低いか否かを判定する(ステップSS7)。   Next, the control unit 101 compares the output voltage value Vd of the fuel cell 15 measured and stored in step SS4 with the reference voltage value Vs, and determines whether or not the output voltage value Vd is lower than the reference voltage value Vs. (Step SS7).

制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vd(例えば、725mV)が基準電圧値Vs(例えば、730mV)よりも低いと判定すると(ステップSS7でYES)、基準電圧値Vsと出力電圧値Vdとの電圧差ΔVに基づいて白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めた後、燃料電池15へのエアーブリード量の正確な増加量Sb(例えば、増加率として6%)を求める。そして、制御部101は、このエアーブリード量の正確な増加量Sbをエアーブリード機構12のエアーブリード量の増加量として設定した後(ステップSS8)、診断ステップS3を終了する。   When the control unit 101 determines that the output voltage value Vd (for example, 725 mV) of the fuel cell 15 is lower than the reference voltage value Vs (for example, 730 mV) (YES in step SS7), the reference voltage value Vs and the output voltage value Vd. The ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst is accurately obtained based on the voltage difference ΔV with respect to the fuel cell 15, and then an accurate increase amount Sb (for example, 6% as the increase rate) of the air bleed amount to the fuel cell 15 is obtained. . Then, the control unit 101 sets the accurate increase amount Sb of the air bleed amount as the increase amount of the air bleed amount of the air bleed mechanism 12 (step SS8), and then ends the diagnostic step S3.

尚、制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低くないと判定すると(ステップSS7でNO)、ルテニウムの残存率及びエアーブリード量の正確な増加量Sbを導出及び設定することなく、診断ステップS3を終了する。   If the control unit 101 determines that the output voltage value Vd of the fuel cell 15 is not lower than the reference voltage value Vs (NO in step SS7), the control unit 101 derives an accurate increase amount Sb of the ruthenium remaining rate and the air bleed amount. And the diagnostic step S3 is terminated without setting.

次いで、制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vdの値が基準電圧値Vsの値よりも低いと判定した場合(ステップSS7でYESの場合)、エアーブリード機構12を制御することにより、エアーブリード量Sn+Sbの供給量で改質ガスへの空気の供給を開始する(ステップS4a)。一方、制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低くないと判定した場合(ステップSS7でNOの場合)、エアーブリード量Snを維持して、改質ガスへの空気の供給を開始する(ステップS4b)。   Next, when the control unit 101 determines that the value of the output voltage value Vd of the fuel cell 15 is lower than the value of the reference voltage value Vs (in the case of YES in step SS7), by controlling the air bleed mechanism 12, Supply of air to the reformed gas is started with the supply amount of air bleed amount Sn + Sb (step S4a). On the other hand, when the control unit 101 determines that the output voltage value Vd of the fuel cell 15 is not lower than the reference voltage value Vs (NO in step SS7), the control unit 101 maintains the air bleed amount Sn and returns to the reformed gas. The air supply is started (step S4b).

そして、制御部101は、ステップS4a又はステップS4bの後、燃料電池システム100の通常発電運転を開始する(ステップS5)。   Then, the control unit 101 starts the normal power generation operation of the fuel cell system 100 after step S4a or step S4b (step S5).

以上、本実施の形態に示す燃料電池システム100では、燃料電池システム100の起動運転の際、燃料改質部7の温度Tfrが所定の温度Tpdに到達した後、選択酸化用流量調整部11を制御して空気流量調整部17から燃料改質部7における浄化器5への空気の供給量を減少又は供給を停止することにより、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを燃料改質部7から燃料電池15に供給する。これにより、燃料電池15の出力電圧値Vdと基準電圧値Vsとの電圧差ΔVを正確に検出して、燃料電池15の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めて、燃料改質部7が生成する改質ガスへのエアーブリード量を正確に増加させる。このような構成としても、実施の形態1及び2の場合と同様の効果を得ることが可能である。   As described above, in the fuel cell system 100 shown in the present embodiment, during the start-up operation of the fuel cell system 100, after the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 reaches the predetermined temperature Tpd, the selective oxidation flow rate adjusting unit 11 is set. By controlling or reducing the supply amount of air to the purifier 5 in the fuel reforming unit 7 from the air flow rate adjusting unit 17 or stopping the supply, the reformed gas temporarily containing high concentration of carbon monoxide is fueled. The fuel is supplied from the reforming unit 7 to the fuel cell 15. As a result, the voltage difference ΔV between the output voltage value Vd of the fuel cell 15 and the reference voltage value Vs is accurately detected, the ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst of the fuel cell 15 is accurately obtained, and the fuel is improved. The amount of air bleed into the reformed gas generated by the mass part 7 is accurately increased. Even with this configuration, it is possible to obtain the same effects as those of the first and second embodiments.

又、本実施の形態によれば、燃料電池システム100の起動運転時において選択酸化用流量調整部11を制御して空気流量調整部17から燃料改質部7における浄化器5への空気の供給量を減少又は供給を停止することは非常に容易であるため、起動運転の際に特別な操作を行うことなく、又、特別の構成要素を準備することなく、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを容易に得ることが可能になる。   Further, according to the present embodiment, during the start-up operation of the fuel cell system 100, the selective oxidation flow rate adjusting unit 11 is controlled to supply air from the air flow rate adjusting unit 17 to the purifier 5 in the fuel reforming unit 7. It is very easy to reduce the volume or stop the supply, so that the carbon monoxide is temporarily increased without any special operation during the start-up operation and without any special components being prepared. The reformed gas included in the concentration can be easily obtained.

尚、その他の点については、実施の形態1及び2の場合と同様である。   Other points are the same as those in the first and second embodiments.

(実施の形態4)
本発明に係る実施の形態4では、診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを得るための制御方法が、実施の形態1〜3における制御方法と異なっている。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment according to the present invention, the control method for obtaining the reformed gas containing carbon monoxide for diagnostic operation is different from the control method in the first to third embodiments.

即ち、実施の形態1〜3では燃料電池システム100の起動運転時において燃料電池15の診断運転を行うのに対して、実施の形態4では燃料電池システム100の停止運転時において燃料電池15の診断運転を行う。   That is, in the first to third embodiments, the diagnosis operation of the fuel cell 15 is performed during the start-up operation of the fuel cell system 100, whereas in the fourth embodiment, the diagnosis of the fuel cell 15 is performed during the stop operation of the fuel cell system 100. Do the driving.

具体的には、実施の形態4では、燃料電池システム100の停止運転時、燃料電池15の診断運転を開始するか否かを決定する際、実施の形態1の場合と同様にして変成器4の温度Tsを検出する。そして、変成器4の温度Tsがシフト反応を進行させるための所定の温度Tpdより低い温度である診断温度Tdにまで低下したか否かを判定して、変成器4の温度Tsが診断温度Tdにまで低下した際、燃料改質部7が生成する診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを燃料電池15に供給する。そして、燃料電池15の診断運転を開始する。又、燃料改質部7の温度Tfrが所定の温度Tpdにまで低下すると共に、燃料電池15の温度が所定の温度にまで低下した後、燃料電池システム100の動作を完全に停止する。   Specifically, in the fourth embodiment, when determining whether or not to start the diagnostic operation of the fuel cell 15 when the fuel cell system 100 is stopped, the transformer 4 is the same as in the first embodiment. The temperature Ts is detected. Then, it is determined whether or not the temperature Ts of the transformer 4 has decreased to a diagnostic temperature Td that is lower than a predetermined temperature Tpd for causing the shift reaction to proceed, and the temperature Ts of the transformer 4 becomes the diagnostic temperature Td. When the fuel gas is reduced to, the reformed gas containing carbon monoxide for diagnostic operation generated by the fuel reforming unit 7 is supplied to the fuel cell 15. Then, the diagnostic operation of the fuel cell 15 is started. In addition, after the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 has decreased to the predetermined temperature Tpd and the temperature of the fuel cell 15 has decreased to the predetermined temperature, the operation of the fuel cell system 100 is completely stopped.

尚、その他の点については、実施の形態4において示す燃料電池システム100の構成及び動作は、実施の形態1〜3において示した燃料電池システム100の構成及び動作と同様である。そのため、実施の形態4では、燃料電池システム100の構成及び動作に関して、実施の形態1〜3で説明した構成及び動作と同様の構成及び動作については、その説明を省略する。   In other respects, the configuration and operation of the fuel cell system 100 shown in the fourth embodiment are the same as the configuration and operation of the fuel cell system 100 shown in the first to third embodiments. Therefore, in the fourth embodiment, regarding the configuration and operation of the fuel cell system 100, the description of the same configuration and operation as those described in the first to third embodiments is omitted.

以下、実施の形態4の燃料電池システム100の動作に関して、実施の形態1〜3で示した燃料電池システム100の動作に対する相違点について、図7を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, with respect to the operation of the fuel cell system 100 of the fourth embodiment, differences from the operation of the fuel cell system 100 shown in the first to third embodiments will be described in detail with reference to FIG.

図7は、本発明の実施の形態4に示す燃料電池システム100の停止運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。尚、図7において、ステップS3は、停止運転時において燃料電池15の出力電圧値Vdに基づいてエアーブリード量の最適な増加量を決定する診断ステップを示している。   FIG. 7 is a flowchart schematically showing an operation during stop operation of fuel cell system 100 shown in Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 7, step S <b> 3 indicates a diagnostic step for determining an optimum increase amount of the air bleed amount based on the output voltage value Vd of the fuel cell 15 during the stop operation.

図1に示す燃料電池システム100の停止運転時、制御部101は、先ず、燃料電池15と、この燃料電池15の電力出力端子に接続されたインバータ等の負荷との電気的な接続を遮断して、燃料電池15の通常発電運転を停止する(ステップS1)。   When the fuel cell system 100 shown in FIG. 1 is stopped, the control unit 101 first cuts off the electrical connection between the fuel cell 15 and a load such as an inverter connected to the power output terminal of the fuel cell 15. Thus, the normal power generation operation of the fuel cell 15 is stopped (step S1).

この際、制御部101は、バイパス弁13の状態を、燃料改質部7の浄化器5と燃料電池15とを接続しかつ浄化器5と凝縮器19との接続を遮断する状態から、浄化器5と燃料電池15との接続を遮断しかつ浄化器5と凝縮器19とを接続する状態に変更する。これにより、燃料改質部7から燃料電池15への改質ガスの供給を停止する。又、この際、制御部101は、空気流量調整部17の動作を制御する。これにより、加湿器18は、燃料電池15への空気の供給を停止する。   At this time, the control unit 101 purifies the state of the bypass valve 13 from the state where the purifier 5 and the fuel cell 15 of the fuel reforming unit 7 are connected and the connection between the purifier 5 and the condenser 19 is cut off. The connection between the purifier 5 and the fuel cell 15 is cut off and the purifier 5 and the condenser 19 are connected. Thereby, the supply of the reformed gas from the fuel reforming unit 7 to the fuel cell 15 is stopped. At this time, the control unit 101 controls the operation of the air flow rate adjusting unit 17. Thereby, the humidifier 18 stops the supply of air to the fuel cell 15.

次いで、制御部101は、燃料改質部7の浄化器5と凝縮器19とをバイパス弁13及びバイパス経路14を介して接続した状態において、原料流量調整バルブ1及び改質水供給ポンプ8を制御して、脱硫器2への都市ガスの供給量及び改質器3への水の供給量を減少させる。又は、制御部101は、燃料改質部7の浄化器5と凝縮器19とをバイパス弁13及びバイパス経路14を介して接続した状態において、燃焼用都市ガス供給バルブ9を制御して、燃焼器6への都市ガスの供給を停止する。尚、この際、燃焼用空気供給バルブ10から燃焼器6への空気の供給は継続する。   Next, the control unit 101 connects the raw material flow rate adjustment valve 1 and the reforming water supply pump 8 in a state where the purifier 5 and the condenser 19 of the fuel reforming unit 7 are connected via the bypass valve 13 and the bypass path 14. By controlling, the supply amount of city gas to the desulfurizer 2 and the supply amount of water to the reformer 3 are decreased. Or the control part 101 controls the city gas supply valve 9 for combustion in the state which connected the purifier 5 and the condenser 19 of the fuel reforming part 7 via the bypass valve 13 and the bypass path | route 14, and combustion The supply of city gas to the vessel 6 is stopped. At this time, the supply of air from the combustion air supply valve 10 to the combustor 6 is continued.

脱硫器2への都市ガスの供給量及び改質器3への水の供給量を減少させるか、又は、燃焼器6への都市ガスの供給を停止することにより、制御部101は、燃料改質部7の冷却を開始する(ステップS2)。   By reducing the supply amount of city gas to the desulfurizer 2 and the supply amount of water to the reformer 3, or by stopping the supply of city gas to the combustor 6, the control unit 101 causes the fuel modification. Cooling of the mass part 7 is started (step S2).

以後、燃料電池システム100の停止運転時における燃料電池15の出力電圧値Vdに基づいてエアーブリード量の最適な増加量Sbを決定するための診断ステップS3(ステップSS1〜ステップSS6)が進行する。   Thereafter, the diagnostic step S3 (step SS1 to step SS6) for determining the optimum increase amount Sb of the air bleed amount based on the output voltage value Vd of the fuel cell 15 during the stop operation of the fuel cell system 100 proceeds.

制御部101は、燃料改質部7における変成器4の温度Tsの変化を、温度センサーにより逐次監視する。一方、変成器4の温度Tsは、脱硫器2への都市ガスの供給量及び改質器3への水の供給量の減少、又は、燃焼器6への都市ガスの供給の停止により直接的又は間接的に冷却されて、徐々に低下する。そして、制御部101は、変成器4の温度Tsがシフト反応を進行させるための所定の温度Tpd(例えば、200℃)より低い温度である診断温度Td(例えば、130℃)にまで低下したか否かを判定する(ステップSS1)。   The control unit 101 sequentially monitors changes in the temperature Ts of the transformer 4 in the fuel reforming unit 7 using a temperature sensor. On the other hand, the temperature Ts of the transformer 4 is directly decreased by decreasing the supply amount of city gas to the desulfurizer 2 and the supply amount of water to the reformer 3, or stopping the supply of city gas to the combustor 6. Or it cools indirectly and falls gradually. Then, has the controller 101 lowered the temperature Ts of the transformer 4 to a diagnostic temperature Td (eg, 130 ° C.) that is lower than a predetermined temperature Tpd (eg, 200 ° C.) for causing the shift reaction to proceed? It is determined whether or not (step SS1).

変成器4の温度Tsが診断温度Tdにまで低下したと制御部101が判定すると(ステップSS1でYES)、燃料改質部7は、変成器4の温度Tsが診断温度Tdである時の図2に示すCO濃度C2に相当する濃度(例えば、110ppm)の一酸化炭素を含む改質ガスを、浄化器5から燃料電池15に所定の供給量で供給し始める。又、この時、制御部101は、空気流量調整部17を制御する。これにより、加湿器18は、燃料電池15に所定の供給量で空気を供給し始める。そして、制御部101は、燃料電池15の診断運転を開始する(ステップSS2)。   When the control unit 101 determines that the temperature Ts of the transformer 4 has decreased to the diagnostic temperature Td (YES in step SS1), the fuel reforming unit 7 shows a diagram when the temperature Ts of the transformer 4 is the diagnostic temperature Td. The reformed gas containing carbon monoxide at a concentration (for example, 110 ppm) corresponding to the CO concentration C2 shown in 2 is started to be supplied from the purifier 5 to the fuel cell 15 at a predetermined supply amount. At this time, the control unit 101 controls the air flow rate adjusting unit 17. Thereby, the humidifier 18 starts to supply air to the fuel cell 15 at a predetermined supply amount. And the control part 101 starts the diagnostic driving | operation of the fuel cell 15 (step SS2).

尚、制御部101は、変成器4の温度Tsが未だ診断温度Tdにまで低下していないと判定すると(ステップSS1でNO)、変成器4の温度Tsの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部101は、変成器4の温度Tsが診断温度Tdにまで低下したか否かを繰り返し判定する。   If the controller 101 determines that the temperature Ts of the transformer 4 has not yet decreased to the diagnostic temperature Td (NO in step SS1), the controller 101 continues to monitor the change of the temperature Ts of the transformer 4 using the temperature sensor. Then, the control unit 101 repeatedly determines whether or not the temperature Ts of the transformer 4 has decreased to the diagnostic temperature Td.

次いで、制御部101は、診断運転中における燃料電池15の出力電圧値Vdを測定した後(ステップSS3)、燃料電池15の診断運転を終了する(ステップSS4)。   Next, after measuring the output voltage value Vd of the fuel cell 15 during the diagnostic operation (Step SS3), the control unit 101 ends the diagnostic operation of the fuel cell 15 (Step SS4).

次いで、制御部101は、ステップSS3において測定及び格納した燃料電池15の出力電圧値Vdと基準電圧値Vsとを比較して、出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低いか否かを判定する(ステップSS5)。   Next, the control unit 101 compares the output voltage value Vd of the fuel cell 15 measured and stored in step SS3 with the reference voltage value Vs, and determines whether or not the output voltage value Vd is lower than the reference voltage value Vs. (Step SS5).

尚、このステップSS5において、基準電圧値Vsについては、燃料電池システム100の通常発電運転を停止する直前における燃料電池15の出力電圧値を基準電圧値Vsとして設定することも可能である。   In step SS5, as for the reference voltage value Vs, the output voltage value of the fuel cell 15 immediately before stopping the normal power generation operation of the fuel cell system 100 can be set as the reference voltage value Vs.

制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vd(例えば、740mV)が基準電圧値Vs(例えば、750mV)よりも低いと判定すると(ステップSS5でYES)、基準電圧値Vsと出力電圧値Vdとの電圧差ΔVに基づいて白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めた後、燃料電池15へのエアーブリード量の正確な増加量Sb(例えば、増加率として5%)を求める。そして、制御部101は、このエアーブリード量の正確な増加量Sbをエアーブリード機構12のエアーブリード量の増加量として設定した後(ステップSS6)、診断ステップS3を終了する。   When the control unit 101 determines that the output voltage value Vd (eg, 740 mV) of the fuel cell 15 is lower than the reference voltage value Vs (eg, 750 mV) (YES in step SS5), the reference voltage value Vs and the output voltage value Vd. The ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst is accurately obtained based on the voltage difference ΔV with respect to the fuel cell 15, and then an accurate increase amount Sb (for example, 5% as the increase rate) of the air bleed amount to the fuel cell 15 is obtained. . Then, the control unit 101 sets the accurate increase amount Sb of the air bleed amount as the increase amount of the air bleed amount of the air bleed mechanism 12 (step SS6), and then ends the diagnostic step S3.

尚、制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低くないと判定すると(ステップSS5でNO)、ルテニウムの残存率及びエアーブリード量の正確な増加量Sbを導出及び設定することなく、診断ステップS3を終了する。   If the control unit 101 determines that the output voltage value Vd of the fuel cell 15 is not lower than the reference voltage value Vs (NO in step SS5), the control unit 101 derives an accurate increase amount Sb of the ruthenium residual rate and the air bleed amount. And the diagnostic step S3 is terminated without setting.

次いで、制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低いと判定した場合(ステップSS5でYESの場合)、エアーブリード機構12を制御することにより、エアーブリード量Sn+Sbの供給量で改質ガスへの空気の供給を開始する(ステップS4a)。一方、制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低くないと判定した場合(ステップSS5でNOの場合)、エアーブリード量Snを維持して、改質ガスへの空気の供給を開始する(ステップS4b)。   Next, when the control unit 101 determines that the output voltage value Vd of the fuel cell 15 is lower than the reference voltage value Vs (YES in step SS5), the air bleed amount Sn + Sb is controlled by controlling the air bleed mechanism 12. The supply of air to the reformed gas is started at a supply amount of (step S4a). On the other hand, when the control unit 101 determines that the output voltage value Vd of the fuel cell 15 is not lower than the reference voltage value Vs (NO in step SS5), the control unit 101 maintains the air bleed amount Sn and returns to the reformed gas. The air supply is started (step S4b).

尚、この際、エアーブリード機構12による改質ガスへの空気の供給は、必ずしも行う必要はない。つまり、診断ステップS3において制御部101がエアーブリード量の設定変更のみを行い、次回の燃料電池システム100の通常発電運転時に設定変更したエアーブリード量を適用する構成としてもよい。   At this time, the supply of air to the reformed gas by the air bleed mechanism 12 is not necessarily performed. In other words, the configuration may be such that the controller 101 only changes the air bleed amount setting in the diagnosis step S3 and applies the air bleed amount that is changed during the normal power generation operation of the fuel cell system 100 next time.

そして、制御部101は、燃料電池15の温度が所定の温度(例えば、40℃)にまで低下したと判定すると共に、原料流量調整バルブ1及び改質水供給ポンプ8及び燃焼用都市ガス供給バルブ9及び燃焼用空気供給バルブ10を完全に閉状態とすることにより、改質器3の温度Tsrが所定の温度(例えば、300℃)にまで低下して、変成器4の温度Tsが所定の温度(例えば、200℃)にまで低下して、浄化器5の温度Tpが所定の温度(例えば、100℃)にまで低下して、燃料改質部7の温度Tfrが所定の温度Tpdにまで低下したと判定すると(ステップS5でYES)、燃料改質部7及びその他の構成要素の動作を完全に停止して、燃料電池システム100の動作を完全に停止する(ステップS6)。   The control unit 101 determines that the temperature of the fuel cell 15 has decreased to a predetermined temperature (for example, 40 ° C.), and the raw material flow rate adjustment valve 1, the reforming water supply pump 8, and the combustion city gas supply valve. 9 and the combustion air supply valve 10 are completely closed, the temperature Tsr of the reformer 3 is lowered to a predetermined temperature (for example, 300 ° C.), and the temperature Ts of the transformer 4 is The temperature Tp of the purifier 5 is lowered to a predetermined temperature (for example, 100 ° C.) and the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 is lowered to the predetermined temperature Tpd. If it is determined that it has decreased (YES in step S5), the operation of the fuel reforming unit 7 and other components is completely stopped, and the operation of the fuel cell system 100 is completely stopped (step S6).

尚、制御部101は、燃料改質部7の温度Tfrが所定の温度Tpdにまで低下していないと判定すると(ステップS5でNO)、燃料改質部7の温度Tfrの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部101は、燃料改質部7の温度Tfrが所定の温度Tpdにまで低下したか否かを繰り返し判定する。   If the control unit 101 determines that the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 has not decreased to the predetermined temperature Tpd (NO in step S5), the change in the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 is detected by the temperature sensor. Continue to monitor. Then, the control unit 101 repeatedly determines whether or not the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 has decreased to a predetermined temperature Tpd.

以上、本実施の形態に示す燃料電池システム100では、燃料電池システム100の停止運転の際、変成器4の温度Tsがシフト反応のための所定の温度Tpdより低い温度である診断温度Tdにまで低下した時、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを燃料改質部7から燃料電池15に供給する。これにより、燃料電池15の出力電圧値Vdと基準電圧値Vsとの電圧差ΔVを正確に検出して、燃料電池15の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めて、燃料改質部7が生成する改質ガスへのエアーブリード量を正確に増加させる。このような構成としても、実施の形態1〜3の場合と同様の効果を得ることが可能である。   As described above, in the fuel cell system 100 shown in the present embodiment, when the fuel cell system 100 is stopped, the temperature Ts of the transformer 4 reaches the diagnostic temperature Td that is lower than the predetermined temperature Tpd for the shift reaction. When it decreases, a reformed gas that temporarily contains carbon monoxide at a high concentration is supplied from the fuel reformer 7 to the fuel cell 15. As a result, the voltage difference ΔV between the output voltage value Vd of the fuel cell 15 and the reference voltage value Vs is accurately detected, the ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst of the fuel cell 15 is accurately obtained, and the fuel is improved. The amount of air bleed into the reformed gas generated by the mass part 7 is accurately increased. Even with such a configuration, it is possible to obtain the same effects as in the first to third embodiments.

又、本実施の形態によれば、燃料電池システム100の停止運転時において変成器4の温度Tsが診断温度Tdと等しくなる時点が毎日必然的に存在するため、停止運転の際に特別な操作を行うことなく、又、特別の構成要素を準備することなく、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを容易に得ることが可能になる。   Further, according to the present embodiment, when the fuel cell system 100 is in a stop operation, there is necessarily a time when the temperature Ts of the transformer 4 becomes equal to the diagnostic temperature Td every day. It is possible to easily obtain a reformed gas that temporarily contains carbon monoxide at a high concentration without performing the above steps and without preparing special components.

尚、その他の点については、実施の形態1〜3の場合と同様である。   Other points are the same as those in the first to third embodiments.

(実施の形態5)
本発明に係る実施の形態5では、診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを得るための制御方法が、実施の形態4における制御方法と異なっている。
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment according to the present invention, the control method for obtaining the reformed gas containing carbon monoxide for diagnostic operation is different from the control method in the fourth embodiment.

具体的には、燃料電池システム100の停止運転時、燃料電池15の診断運転を開始するか否かを決定する際、実施の形態4では変成器4の温度Tsを検出するのに代えて、実施の形態5では浄化器5の温度Tpを検出する。そして、浄化器5の温度Tpが選択酸化反応を進行させるための所定の温度Tpdより低い温度である診断温度Tdにまで低下したか否かを判定して、浄化器5の温度Tpが診断温度Tdにまで低下した際、燃料改質部7が生成する診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを燃料電池15に供給する。そして、燃料電池15の診断運転を開始する。又、燃料改質部7の温度Tfrが所定の温度Tpdにまで低下すると共に、燃料電池15の温度が所定の温度にまで低下した後、燃料電池システム100の動作を完全に停止する。   Specifically, when determining whether to start the diagnostic operation of the fuel cell 15 during the stop operation of the fuel cell system 100, in Embodiment 4, instead of detecting the temperature Ts of the transformer 4, In the fifth embodiment, the temperature Tp of the purifier 5 is detected. Then, it is determined whether or not the temperature Tp of the purifier 5 has decreased to a diagnostic temperature Td that is lower than a predetermined temperature Tpd for causing the selective oxidation reaction to proceed. When the temperature drops to Td, the reformed gas containing carbon monoxide for diagnostic operation generated by the fuel reforming unit 7 is supplied to the fuel cell 15. Then, the diagnostic operation of the fuel cell 15 is started. In addition, after the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 has decreased to the predetermined temperature Tpd and the temperature of the fuel cell 15 has decreased to the predetermined temperature, the operation of the fuel cell system 100 is completely stopped.

尚、その他の点については、実施の形態5において示す燃料電池システム100の構成及び動作は、実施の形態4において示した燃料電池システム100の構成及び動作と同様である。そのため、実施の形態5においては、燃料電池システム100の構成及び動作に関して、実施の形態4で説明した構成及び動作と同様の構成及び動作については、その説明を省略する。   In other respects, the configuration and operation of the fuel cell system 100 shown in the fifth embodiment are the same as the configuration and operation of the fuel cell system 100 shown in the fourth embodiment. Therefore, in the fifth embodiment, regarding the configuration and operation of the fuel cell system 100, the description of the same configuration and operation as those described in the fourth embodiment is omitted.

以下、実施の形態5の燃料電池システム100の動作に関して、実施の形態4で示した燃料電池システム100の動作に対する相違点について、図8を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, with respect to the operation of the fuel cell system 100 of the fifth embodiment, differences from the operation of the fuel cell system 100 shown in the fourth embodiment will be described in detail with reference to FIG.

図8は、本発明の実施の形態5に示す燃料電池システム100の停止運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。尚、図8において、ステップS3は、停止運転時において燃料電池15の出力電圧値Vdに基づいてエアーブリード量の最適な増加量を決定する診断ステップを示している。   FIG. 8 is a flowchart schematically showing an operation during stop operation of fuel cell system 100 shown in Embodiment 5 of the present invention. In FIG. 8, step S3 indicates a diagnostic step for determining an optimum increase amount of the air bleed amount based on the output voltage value Vd of the fuel cell 15 during the stop operation.

図8に示すように、実施の形態5の燃料電池システム100では、燃料電池15の通常発電運転を停止した後(ステップS1)、燃料改質部7の冷却を開始すると(ステップS2)、燃料電池15の出力電圧値Vdに基づいてエアーブリード量の最適な増加量Sbを決定するための診断ステップS3(ステップSS1〜ステップSS6)が進行する。   As shown in FIG. 8, in the fuel cell system 100 of the fifth embodiment, after the normal power generation operation of the fuel cell 15 is stopped (step S1), cooling of the fuel reforming unit 7 is started (step S2). Diagnosis step S3 (step SS1 to step SS6) for determining an optimum increase amount Sb of the air bleed amount on the basis of the output voltage value Vd of the battery 15 proceeds.

制御部101は、燃料改質部7における浄化器5の温度Tpの変化を、温度センサーにより逐次監視する。一方、浄化器5の温度Tpは、脱硫器2への都市ガスの供給量及び改質器3への水の供給量の減少、又は、燃焼器6への都市ガスの供給の停止により直接的又は間接的に冷却されて、徐々に低下する。そして、制御部101は、浄化器5の温度Tpが選択酸化反応を進行させるための所定の温度Tpd(例えば、150℃)より低い温度である診断温度Td(例えば、90℃)にまで低下したか否かを判定する(ステップSS1)。   The control unit 101 sequentially monitors changes in the temperature Tp of the purifier 5 in the fuel reforming unit 7 using a temperature sensor. On the other hand, the temperature Tp of the purifier 5 is directly decreased by decreasing the supply amount of city gas to the desulfurizer 2 and the supply amount of water to the reformer 3 or by stopping supply of city gas to the combustor 6. Or it cools indirectly and falls gradually. Then, the controller 101 reduces the temperature Tp of the purifier 5 to a diagnostic temperature Td (eg, 90 ° C.) that is lower than a predetermined temperature Tpd (eg, 150 ° C.) for causing the selective oxidation reaction to proceed. Whether or not (step SS1).

浄化器5の温度Tpが診断温度Tdにまで低下したと制御部101が判定すると(ステップSS1でYES)、燃料改質部7は、浄化器5の温度Tpが診断温度Tdである時の図2に示すCO濃度C2に相当する濃度(例えば、120ppm)の一酸化炭素を含む改質ガスを、浄化器5から燃料電池15に所定の供給量で供給し始める。又、この時、制御部101は、空気流量調整部17を制御する。これにより、加湿器18は、燃料電池15に所定の供給量で空気を供給し始める。そして、制御部101は、燃料電池15の診断運転を開始する(ステップSS2)。   When the control unit 101 determines that the temperature Tp of the purifier 5 has decreased to the diagnostic temperature Td (YES in step SS1), the fuel reforming unit 7 shows a diagram when the temperature Tp of the purifier 5 is the diagnostic temperature Td. The reformed gas containing carbon monoxide corresponding to the CO concentration C2 shown in FIG. 2 (for example, 120 ppm) is started to be supplied from the purifier 5 to the fuel cell 15 at a predetermined supply amount. At this time, the control unit 101 controls the air flow rate adjusting unit 17. Thereby, the humidifier 18 starts to supply air to the fuel cell 15 at a predetermined supply amount. And the control part 101 starts the diagnostic driving | operation of the fuel cell 15 (step SS2).

尚、制御部101は、浄化器5の温度Tpが未だ診断温度Tdにまで低下していないと判定すると(ステップSS1でNO)、浄化器5の温度Tpの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部101は、浄化器5の温度Tpが診断温度Tdにまで低下したか否かを繰り返し判定する。   If the control unit 101 determines that the temperature Tp of the purifier 5 has not yet decreased to the diagnostic temperature Td (NO in step SS1), the control unit 101 continues to monitor the change in the temperature Tp of the purifier 5 using the temperature sensor. Then, the controller 101 repeatedly determines whether or not the temperature Tp of the purifier 5 has decreased to the diagnostic temperature Td.

次いで、制御部101は、診断運転中における燃料電池15の出力電圧値Vdを測定した後(ステップSS3)、燃料電池15の診断運転を終了する(ステップSS4)。   Next, after measuring the output voltage value Vd of the fuel cell 15 during the diagnostic operation (Step SS3), the control unit 101 ends the diagnostic operation of the fuel cell 15 (Step SS4).

次いで、制御部101は、ステップSS3において測定及び格納した燃料電池15の出力電圧値Vdと基準電圧値Vsとを比較して、出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低いか否かを判定する(ステップSS5)。   Next, the control unit 101 compares the output voltage value Vd of the fuel cell 15 measured and stored in step SS3 with the reference voltage value Vs, and determines whether or not the output voltage value Vd is lower than the reference voltage value Vs. (Step SS5).

制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vd(例えば、730mV)が基準電圧値Vs(例えば、750mV)よりも低いと判定すると(ステップSS5でYES)、基準電圧値Vsと出力電圧値Vdとの電圧差ΔVに基づいて白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めた後、燃料電池15へのエアーブリード量の正確な増加量Sb(例えば、増加率として5%)を求める。そして、制御部101は、このエアーブリード量の正確な増加量Sbをエアーブリード機構12のエアーブリード量の増加量として設定した後(ステップSS6)、診断ステップS3を終了する。   When the control unit 101 determines that the output voltage value Vd (for example, 730 mV) of the fuel cell 15 is lower than the reference voltage value Vs (for example, 750 mV) (YES in step SS5), the reference voltage value Vs and the output voltage value Vd. The ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst is accurately obtained based on the voltage difference ΔV with respect to the fuel cell 15, and then an accurate increase amount Sb (for example, 5% as the increase rate) of the air bleed amount to the fuel cell 15 is obtained. . Then, the control unit 101 sets the accurate increase amount Sb of the air bleed amount as the increase amount of the air bleed amount of the air bleed mechanism 12 (step SS6), and then ends the diagnostic step S3.

尚、制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低くないと判定すると(ステップSS5でNO)、ルテニウムの残存率及びエアーブリード量の正確な増加量Sbを導出及び設定することなく、診断ステップS3を終了する。   If the control unit 101 determines that the output voltage value Vd of the fuel cell 15 is not lower than the reference voltage value Vs (NO in step SS5), the control unit 101 derives an accurate increase amount Sb of the ruthenium residual rate and the air bleed amount. And the diagnostic step S3 is terminated without setting.

次いで、制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低いと判定した場合(ステップSS5でYESの場合)、エアーブリード機構12を制御することにより、エアーブリード量Sn+Sbの供給量で改質ガスへの空気の供給を開始する(ステップS4a)。一方、制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低くないと判定した場合(ステップSS5でNOの場合)、エアーブリード量Snを維持して、改質ガスへの空気の供給を開始する(ステップS4b)。   Next, when the control unit 101 determines that the output voltage value Vd of the fuel cell 15 is lower than the reference voltage value Vs (YES in step SS5), the air bleed amount Sn + Sb is controlled by controlling the air bleed mechanism 12. The supply of air to the reformed gas is started at a supply amount of (step S4a). On the other hand, when the control unit 101 determines that the output voltage value Vd of the fuel cell 15 is not lower than the reference voltage value Vs (NO in step SS5), the control unit 101 maintains the air bleed amount Sn and returns to the reformed gas. The air supply is started (step S4b).

そして、制御部101は、燃料電池15の温度が所定の温度(例えば、40℃)にまで低下したと判定すると共に、改質器3の温度Tsrが所定の温度(例えば、300℃)にまで低下して、変成器4の温度Tsが所定の温度(例えば、200℃)にまで低下して、浄化器5の温度Tpが所定の温度(例えば、100℃)にまで低下して、燃料改質部7の温度Tfrが所定の温度Tpdにまで低下したと判定すると(ステップS5でYES)、燃料電池システム100の動作を完全に停止する(ステップS6)。   Then, the control unit 101 determines that the temperature of the fuel cell 15 has decreased to a predetermined temperature (for example, 40 ° C.), and the temperature Tsr of the reformer 3 has decreased to a predetermined temperature (for example, 300 ° C.). The temperature Ts of the transformer 4 is reduced to a predetermined temperature (for example, 200 ° C.), the temperature Tp of the purifier 5 is decreased to a predetermined temperature (for example, 100 ° C.), and the fuel is improved. If it is determined that the temperature Tfr of the mass portion 7 has decreased to the predetermined temperature Tpd (YES in step S5), the operation of the fuel cell system 100 is completely stopped (step S6).

尚、制御部101は、燃料改質部7の温度Tfrが所定の温度Tpdにまで低下していないと判定すると(ステップS5でNO)、燃料改質部7の温度Tfrの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部101は、燃料改質部7の温度Tfrが所定の温度Tpdにまで低下したか否かを繰り返し判定する。   If the control unit 101 determines that the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 has not decreased to the predetermined temperature Tpd (NO in step S5), the change in the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 is detected by the temperature sensor. Continue to monitor. Then, the control unit 101 repeatedly determines whether or not the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 has decreased to a predetermined temperature Tpd.

以上、本実施の形態に示す燃料電池システム100では、燃料電池システム100の停止運転の際、浄化器5の温度Tpが選択酸化反応のための所定の温度Tpdより低い温度である診断温度Tdにまで低下した時、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを燃料改質部7から燃料電池15に供給する。これにより、燃料電池15の出力電圧値Vdと基準電圧値Vsとの電圧差ΔVを正確に検出して、燃料電池15の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めて、燃料改質部7が生成する改質ガスへのエアーブリード量を正確に増加させる。このような構成としても、実施の形態4の場合と同様の効果を得ることが可能である。   As described above, in the fuel cell system 100 shown in the present embodiment, when the fuel cell system 100 is stopped, the temperature Tp of the purifier 5 is set to the diagnostic temperature Td that is lower than the predetermined temperature Tpd for the selective oxidation reaction. When the fuel gas is reduced to a low level, the reformed gas that temporarily contains carbon monoxide at a high concentration is supplied from the fuel reformer 7 to the fuel cell 15. As a result, the voltage difference ΔV between the output voltage value Vd of the fuel cell 15 and the reference voltage value Vs is accurately detected, the ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst of the fuel cell 15 is accurately obtained, and the fuel is improved. The amount of air bleed into the reformed gas generated by the mass part 7 is accurately increased. Even with this configuration, it is possible to obtain the same effect as in the fourth embodiment.

又、本実施の形態によれば、燃料電池システム100の停止運転時において浄化器5の温度Tpが診断温度Tdと等しくなる時点が毎日必然的に存在するため、停止運転の際に特別な操作を行うことなく、又、特別の構成要素を準備することなく、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを容易に得ることが可能になる。   Further, according to the present embodiment, when the fuel cell system 100 is in a stop operation, there is always a point in time when the temperature Tp of the purifier 5 becomes equal to the diagnosis temperature Td. It is possible to easily obtain a reformed gas that temporarily contains carbon monoxide at a high concentration without performing the above steps and without preparing special components.

尚、その他の点については、実施の形態1〜4の場合と同様である。   Other points are the same as those in the first to fourth embodiments.

(実施の形態6)
本発明に係る実施の形態6では、診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを得るための制御方法が、実施の形態4及び5における制御方法と異なっている。
(Embodiment 6)
In the sixth embodiment according to the present invention, the control method for obtaining the reformed gas containing carbon monoxide for diagnostic operation is different from the control method in the fourth and fifth embodiments.

具体的には、実施の形態4及び5では、燃料電池15の診断運転を開始する際、変成器4の温度Ts又は浄化器5の温度Tpがシフト反応又は選択酸化反応を進行させるための所定の温度Tpdより低い温度である診断温度Tdにまで低下した時、燃料改質部が生成する診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを燃料電池に供給する。これに代えて、実施の形態6の燃料電池システム100では、燃料電池15の通常発電運転を停止した後、浄化器5への空気の供給量を減少又は供給を停止させて、診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを得る。そして、燃料改質部7が生成する診断運転用の一酸化炭素を含む改質ガスを燃料電池15に供給して、燃料電池15の診断運転を開始する。又、浄化器5への空気の供給量の減少又は供給の停止を解除して、燃料改質部7の温度Tfr(即ち、改質器3の温度Tsr、変成器4の温度Ts、浄化器5の温度Tp)が所定の温度Tpdにまで低下した後、燃料電池システム100の動作を完全に停止する。   Specifically, in the fourth and fifth embodiments, when the diagnostic operation of the fuel cell 15 is started, the temperature Ts of the transformer 4 or the temperature Tp of the purifier 5 is a predetermined value for causing a shift reaction or a selective oxidation reaction to proceed. When the temperature drops to a diagnostic temperature Td, which is lower than the temperature Tpd, the reformed gas containing carbon monoxide for diagnostic operation generated by the fuel reformer is supplied to the fuel cell. Instead, in the fuel cell system 100 of the sixth embodiment, after the normal power generation operation of the fuel cell 15 is stopped, the supply amount of air to the purifier 5 is reduced or the supply is stopped to perform the diagnostic operation. A reformed gas containing carbon monoxide is obtained. Then, the reformed gas containing carbon monoxide for diagnostic operation generated by the fuel reforming unit 7 is supplied to the fuel cell 15 and the diagnostic operation of the fuel cell 15 is started. Further, the decrease in the supply amount of air to the purifier 5 or the stoppage of the supply is canceled, and the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 (that is, the temperature Tsr of the reformer 3, the temperature Ts of the transformer 4, the purifier After the temperature Tp) of 5 has dropped to the predetermined temperature Tpd, the operation of the fuel cell system 100 is completely stopped.

尚、その他の点については、実施の形態6において示す燃料電池システム100の構成及び動作は、実施の形態4及び5で示した燃料電池システム100の構成及び動作と同様である。そのため、実施の形態6においては、燃料電池システム100の構成及び動作に関して、実施の形態4及び5において説明した構成及び動作と同様の構成及び動作については、その説明を省略する。   In other respects, the configuration and operation of the fuel cell system 100 shown in the sixth embodiment are the same as the configuration and operation of the fuel cell system 100 shown in the fourth and fifth embodiments. Therefore, in the sixth embodiment, regarding the configuration and operation of the fuel cell system 100, the description of the same configuration and operation as those described in the fourth and fifth embodiments is omitted.

以下、実施の形態6の燃料電池システム100の動作に関して、実施の形態4及び5で示した燃料電池システム100の動作に対する相違点について、図9を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, with respect to the operation of the fuel cell system 100 of the sixth embodiment, differences from the operation of the fuel cell system 100 shown in the fourth and fifth embodiments will be described in detail with reference to FIG.

図9は、本発明の実施の形態6に示す燃料電池システム100の停止運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。尚、図9において、ステップS2は、停止運転時において燃料電池15の出力電圧値Vdに基づいてエアーブリード量の最適な増加量を決定する診断ステップを示している。   FIG. 9 is a flowchart schematically showing an operation during stop operation of fuel cell system 100 shown in Embodiment 6 of the present invention. In FIG. 9, step S <b> 2 indicates a diagnostic step for determining an optimal increase amount of the air bleed amount based on the output voltage value Vd of the fuel cell 15 during the stop operation.

図9に示すように、実施の形態6の燃料電池システム100では、燃料電池15の通常発電運転を停止した後(ステップS1)、燃料電池15の出力電圧値Vdに基づいてエアーブリード量の最適な増加量Sbを決定するための診断ステップS2(ステップSS1〜ステップSS7)が進行する。   As shown in FIG. 9, in the fuel cell system 100 of the sixth embodiment, after the normal power generation operation of the fuel cell 15 is stopped (step S1), the optimum air bleed amount is determined based on the output voltage value Vd of the fuel cell 15. The diagnostic step S2 (step SS1 to step SS7) for determining a large increase amount Sb proceeds.

制御部101は、燃料電池15の通常発電運転を停止した後(ステップS1)、選択酸化用流量調整部11を制御して、空気流量調整部17から浄化器5への空気の供給量を減少させる(ステップSS1)。又は、制御部101は、燃料電池15の通常発電運転を停止した後、選択酸化用流量調整部11を制御して、空気流量調整部17から浄化器5への空気の供給を停止させる。このステップSS1に示す制御により、燃料改質部7が生成する改質ガスにおける一酸化炭素の濃度が上昇する。   After stopping the normal power generation operation of the fuel cell 15 (step S1), the control unit 101 controls the selective oxidation flow rate adjustment unit 11 to reduce the amount of air supplied from the air flow rate adjustment unit 17 to the purifier 5. (Step SS1). Alternatively, after stopping the normal power generation operation of the fuel cell 15, the control unit 101 controls the selective oxidation flow rate adjustment unit 11 to stop the supply of air from the air flow rate adjustment unit 17 to the purifier 5. By the control shown in step SS1, the concentration of carbon monoxide in the reformed gas generated by the fuel reforming unit 7 increases.

次いで、燃料改質部7は、空気流量調整部17から浄化器5への空気の供給量が所定の減少率(例えば、通常発電運転時における50%)で減少された後、図2に示すCO濃度C2に相当する濃度(例えば、150ppm)の一酸化炭素を含む改質ガスを、浄化器5から燃料電池15に所定の供給量で供給し始める。又、この時、制御部101は、空気流量調整部17を制御する。これにより、加湿器18は、燃料電池15に所定の供給量で空気を供給し始める。そして、制御部101は、燃料電池15の診断運転を開始する(ステップSS2)。   Next, the fuel reforming unit 7 is shown in FIG. 2 after the amount of air supplied from the air flow rate adjusting unit 17 to the purifier 5 is reduced at a predetermined reduction rate (for example, 50% during normal power generation operation). The reformed gas containing carbon monoxide at a concentration (for example, 150 ppm) corresponding to the CO concentration C2 is started to be supplied from the purifier 5 to the fuel cell 15 at a predetermined supply amount. At this time, the control unit 101 controls the air flow rate adjusting unit 17. Thereby, the humidifier 18 starts to supply air to the fuel cell 15 at a predetermined supply amount. And the control part 101 starts the diagnostic driving | operation of the fuel cell 15 (step SS2).

次いで、制御部101は、診断運転中における燃料電池15の出力電圧値Vdを測定した後(ステップSS3)、燃料電池15の診断運転を終了する(ステップSS4)。   Next, after measuring the output voltage value Vd of the fuel cell 15 during the diagnostic operation (Step SS3), the control unit 101 ends the diagnostic operation of the fuel cell 15 (Step SS4).

次いで、制御部101は、燃料電池15の診断運転を終了した後、選択酸化用流量調整部11を制御して、空気流量調整部17から浄化器5への空気の供給量を復帰させる(ステップSS5)。又は、制御部101は、燃料電池15の診断運転を終了した後、選択酸化用流量調整部11を制御して、空気流量調整部17から浄化器5への空気の供給の停止を復帰させる。このステップSS5に示す制御により、燃料改質部7が生成する改質ガスにおける一酸化炭素の濃度が復帰する。   Next, after the diagnostic operation of the fuel cell 15 is completed, the control unit 101 controls the selective oxidation flow rate adjusting unit 11 to return the amount of air supplied from the air flow rate adjusting unit 17 to the purifier 5 (step). SS5). Alternatively, after the diagnostic operation of the fuel cell 15 is completed, the control unit 101 controls the selective oxidation flow rate adjustment unit 11 to restore the stop of air supply from the air flow rate adjustment unit 17 to the purifier 5. By the control shown in step SS5, the concentration of carbon monoxide in the reformed gas generated by the fuel reforming unit 7 is restored.

次いで、制御部101は、ステップSS3において測定及び格納した燃料電池15の出力電圧値Vdと基準電圧値Vsとを比較して、出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低いか否かを判定する(ステップSS6)。   Next, the control unit 101 compares the output voltage value Vd of the fuel cell 15 measured and stored in step SS3 with the reference voltage value Vs, and determines whether or not the output voltage value Vd is lower than the reference voltage value Vs. (Step SS6).

制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vd(例えば、720mV)が基準電圧値Vs(例えば、730mV)よりも低いと判定すると(ステップSS6でYES)、基準電圧値Vsと出力電圧値Vdとの電圧差ΔVに基づいて白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めた後、燃料電池15へのエアーブリード量の正確な増加量Sb(例えば、増加率として6%)を求める。そして、制御部101は、このエアーブリード量の正確な増加量Sbをエアーブリード機構12のエアーブリード量の増加量として設定した後(ステップSS7)、診断ステップS2を終了する。   When the control unit 101 determines that the output voltage value Vd (for example, 720 mV) of the fuel cell 15 is lower than the reference voltage value Vs (for example, 730 mV) (YES in step SS6), the control voltage value Vs and the output voltage value Vd. The ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst is accurately obtained based on the voltage difference ΔV with respect to the fuel cell 15, and then an accurate increase amount Sb (for example, 6% as the increase rate) of the air bleed amount to the fuel cell 15 is obtained. . Then, the control unit 101 sets the accurate increase amount Sb of the air bleed amount as the increase amount of the air bleed amount of the air bleed mechanism 12 (step SS7), and then ends the diagnosis step S2.

尚、制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低くないと判定すると(ステップSS6でNO)、ルテニウムの残存率及びエアーブリード量の正確な増加量Sbを導出及び設定することなく、診断ステップS2を終了する。   If the control unit 101 determines that the output voltage value Vd of the fuel cell 15 is not lower than the reference voltage value Vs (NO in step SS6), the control unit 101 derives an accurate increase amount Sb of the ruthenium remaining rate and the air bleed amount. And the diagnostic step S2 is finished without setting.

次いで、制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vdの値が基準電圧値Vsの値よりも低いと判定した場合(ステップSS6でYESの場合)、エアーブリード機構12を制御することにより、エアーブリード量Sn+Sbの供給量で改質ガスへの空気の供給を開始する(ステップS3a)。一方、制御部101は、燃料電池15の出力電圧値Vdが基準電圧値Vsよりも低くないと判定した場合(ステップSS6でNOの場合)、エアーブリード量Snを維持して、改質ガスへの空気の供給を開始する(ステップS3b)。   Next, when the control unit 101 determines that the value of the output voltage value Vd of the fuel cell 15 is lower than the value of the reference voltage value Vs (YES in step SS6), the control unit 101 controls the air bleed mechanism 12 to Supply of air to the reformed gas is started with the supply amount of air bleed amount Sn + Sb (step S3a). On the other hand, when the control unit 101 determines that the output voltage value Vd of the fuel cell 15 is not lower than the reference voltage value Vs (NO in step SS6), the control unit 101 maintains the air bleed amount Sn and returns to the reformed gas. The air supply is started (step S3b).

その後、制御部101は、燃料改質部7の冷却を開始する(ステップS4)。   Thereafter, the control unit 101 starts cooling the fuel reforming unit 7 (step S4).

制御部101は、燃料改質部7における改質器3の温度Tsr及び変成器4の温度Ts及び浄化器5の温度Tpの変化を、温度センサーにより各々逐次監視する。一方、改質器3の温度Tsr及び変成器4の温度Ts及び浄化器5の温度Tpは、脱硫器2への都市ガスの供給量及び改質器3への水の供給量の減少、又は、燃焼器6への都市ガスの供給の停止により直接的又は間接的に冷却されて、徐々に低下する。そして、制御部101は、燃料電池15の温度が所定の温度(例えば、40℃)にまで低下したと判定すると共に、改質器3の温度Tsrが所定の温度(例えば、300℃)にまで低下して、変成器4の温度Tsが所定の温度(例えば、200℃)にまで低下して、浄化器5の温度Tpが所定の温度(例えば、100℃)にまで低下して、燃料改質部7の温度Tfrが所定の温度Tpdにまで低下したと判定すると(ステップS5でYES)、燃料電池システム100の動作を完全に停止する(ステップS6)。   The control unit 101 sequentially monitors changes in the temperature Tsr of the reformer 3, the temperature Ts of the transformer 4, and the temperature Tp of the purifier 5 in the fuel reforming unit 7 using temperature sensors. On the other hand, the temperature Tsr of the reformer 3, the temperature Ts of the transformer 4, and the temperature Tp of the purifier 5 are reduced in the amount of city gas supplied to the desulfurizer 2 and the amount of water supplied to the reformer 3, or It is cooled directly or indirectly by stopping the supply of city gas to the combustor 6 and gradually decreases. Then, the control unit 101 determines that the temperature of the fuel cell 15 has decreased to a predetermined temperature (for example, 40 ° C.), and the temperature Tsr of the reformer 3 has decreased to a predetermined temperature (for example, 300 ° C.). The temperature Ts of the transformer 4 is reduced to a predetermined temperature (for example, 200 ° C.), the temperature Tp of the purifier 5 is decreased to a predetermined temperature (for example, 100 ° C.), and the fuel is improved. If it is determined that the temperature Tfr of the mass portion 7 has decreased to the predetermined temperature Tpd (YES in step S5), the operation of the fuel cell system 100 is completely stopped (step S6).

尚、制御部101は、燃料改質部7の温度Tfrが所定の温度Tpdにまで低下していないと判定すると(ステップS5でNO)、燃料改質部7の温度Tfrの変化を温度センサーにより引き続き監視する。そして、制御部101は、燃料改質部7の温度Tfrが所定の温度Tpdにまで低下したか否かを繰り返し判定する。   If the control unit 101 determines that the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 has not decreased to the predetermined temperature Tpd (NO in step S5), the change in the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 is detected by the temperature sensor. Continue to monitor. Then, the control unit 101 repeatedly determines whether or not the temperature Tfr of the fuel reforming unit 7 has decreased to a predetermined temperature Tpd.

以上、本実施の形態に示す燃料電池システム100では、燃料電池システム100の停止運転の際、燃料電池15の通常発電運転を停止した後、選択酸化用流量調整部11を制御して空気流量調整部17から燃料改質部7における浄化器5への空気の供給量を減少又は供給を停止することにより、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを燃料改質部7から燃料電池15に供給する。これにより、燃料電池15の出力電圧値Vdと基準電圧値Vsとの電圧差ΔVを正確に検出して、燃料電池15の白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めて、燃料改質部7が生成する改質ガスへのエアーブリード量を正確に増加させる。このような構成としても、実施の形態4及び5の場合と同様の効果を得ることが可能である。   As described above, in the fuel cell system 100 shown in the present embodiment, during the stop operation of the fuel cell system 100, after the normal power generation operation of the fuel cell 15 is stopped, the flow rate adjustment unit 11 for selective oxidation is controlled to adjust the air flow rate. By reducing or stopping the supply of air from the unit 17 to the purifier 5 in the fuel reforming unit 7, the reformed gas that temporarily contains carbon monoxide at a high concentration is supplied from the fuel reforming unit 7 to the fuel. The battery 15 is supplied. As a result, the voltage difference ΔV between the output voltage value Vd of the fuel cell 15 and the reference voltage value Vs is accurately detected, the ruthenium residual rate in the platinum-ruthenium alloy catalyst of the fuel cell 15 is accurately obtained, and the fuel is improved. The amount of air bleed into the reformed gas generated by the mass part 7 is accurately increased. Even with such a configuration, it is possible to obtain the same effects as those of the fourth and fifth embodiments.

又、本実施の形態によれば、燃料電池システム100の停止運転時において選択酸化用流量調整部11を制御して空気流量調整部17から燃料改質部7における浄化器5への空気の供給量を減少又は供給を停止することは非常に容易であるため、停止運転の際に特別な操作を行うことなく、又、特別の構成要素を準備することなく、一酸化炭素を一時的に高濃度に含む改質ガスを容易に得ることが可能になる。   Further, according to the present embodiment, when the fuel cell system 100 is stopped, the selective oxidation flow rate adjusting unit 11 is controlled to supply air from the air flow rate adjusting unit 17 to the purifier 5 in the fuel reforming unit 7. It is very easy to reduce the volume or stop the supply, so that the carbon monoxide is temporarily increased without any special operation or preparation of special components during the shutdown operation. The reformed gas included in the concentration can be easily obtained.

尚、その他の点については、実施の形態4及び5の場合と同様である。   Other points are the same as those in the fourth and fifth embodiments.

(実施の形態7)
本発明に係る実施の形態1〜3では、燃料電池システム100の起動運転時、燃料電池15の診断運転の結果に基づいて改質ガスへのエアーブリード量を増加する形態について説明した。一方、本発明に係る実施の形態4〜6では、燃料電池システム100の停止運転時、燃料電池15の診断運転の結果に基づいて改質ガスへのエアーブリード量を増加する形態について説明した。
(Embodiment 7)
In the first to third embodiments according to the present invention, the mode of increasing the amount of air bleed to the reformed gas based on the result of the diagnostic operation of the fuel cell 15 during the start-up operation of the fuel cell system 100 has been described. On the other hand, in Embodiments 4 to 6 according to the present invention, the mode of increasing the amount of air bleed to the reformed gas based on the result of the diagnostic operation of the fuel cell 15 during the stop operation of the fuel cell system 100 has been described.

ところで、本発明を実施するための最良の形態において、燃料電池15の診断運転を実行する時期は、燃料電池システム100の起動運転時、又は、燃料電池システム100の停止運転時の何れかの時期に限定する必要はない。つまり、本発明を実施するための最良の形態としては、燃料電池15の診断運転を、実施の形態1〜3又は実施の形態4〜6の如く燃料電池システム100の起動運転時又は停止運転時の何れかの時期に実行する形態以外に、燃料電池システム100の起動運転時及び停止運転時の両方の時期に実行する形態としてもよい。   By the way, in the best mode for carrying out the present invention, the time when the diagnostic operation of the fuel cell 15 is executed is any time during the start-up operation of the fuel cell system 100 or the stop operation of the fuel cell system 100. It is not necessary to limit to. That is, in the best mode for carrying out the present invention, the diagnostic operation of the fuel cell 15 is performed during the start-up operation or the stop operation of the fuel cell system 100 as in the first to third embodiments or the fourth to fourth embodiments. It is good also as a form performed at both the time of the starting operation of the fuel cell system 100, and a stop operation other than the form performed at any time of these.

以下、燃料電池システム100の起動運転時及び停止運転時の両方の時期に燃料電池15の診断運転を実行する形態について、複数の例を挙げて説明する。尚、実施の形態7で例示する構成は、実施の形態1〜6で示した構成を組み合わせた構成である。そのため、実施の形態7では、実施の形態1〜6の組み合わせ構成例のみを示すこととして、各々の形態に関する詳細な説明は、実施の形態1〜6に記載の説明及び図4〜9参照することとして省略する。   Hereinafter, a mode in which the diagnosis operation of the fuel cell 15 is executed at both the start-up operation time and the stop-operation time of the fuel cell system 100 will be described with a plurality of examples. Note that the configuration exemplified in the seventh embodiment is a combination of the configurations shown in the first to sixth embodiments. Therefore, in Embodiment 7, only the example of the combined configuration of Embodiments 1 to 6 is shown, and for the detailed description of each embodiment, refer to the description in Embodiments 1 to 6 and FIGS. I will omit it.

又、実施の形態7で用いる燃料電池システム100の構成及び基本的な動作は、実施の形態1〜6で示した燃料電池システム100の構成及び基本的な動作と同様である。そのため、実施の形態7では、実施の形態1〜6に共通する燃料電池システム100の構成及び基本的な動作に関する説明は省略する。   Further, the configuration and basic operation of the fuel cell system 100 used in the seventh embodiment are the same as the configuration and basic operation of the fuel cell system 100 described in the first to sixth embodiments. Therefore, in Embodiment 7, the description regarding the structure and basic operation of the fuel cell system 100 common to Embodiments 1 to 6 is omitted.

先ず、実施の形態7に係る第1の形態として、実施の形態1と実施の形態4とを組み合わせた形態を挙げることが可能である(図4及び図7参照)。この実施の形態1と実施の形態4とを組み合わせた形態では、燃料電池システム100の起動運転時において燃料改質部7の変成器4の温度Tsが診断温度Tdに到達した際に燃料電池15の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。又、燃料電池システム100の停止運転時において燃料改質部7の変成器4の温度Tsが診断温度Tdにまで低下した際に燃料電池15の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。   First, the first embodiment according to the seventh embodiment can include a combination of the first embodiment and the fourth embodiment (see FIGS. 4 and 7). In the form in which the first embodiment and the fourth embodiment are combined, when the temperature Ts of the transformer 4 of the fuel reforming unit 7 reaches the diagnostic temperature Td during the start-up operation of the fuel cell system 100, the fuel cell 15 Then, the amount of air bleed into the reformed gas is corrected as necessary based on the result of the diagnostic operation. Further, when the temperature Ts of the transformer 4 of the fuel reforming unit 7 is lowered to the diagnostic temperature Td during the stop operation of the fuel cell system 100, the diagnostic operation of the fuel cell 15 is performed, and based on the result of the diagnostic operation. The amount of air bleed into the reformed gas is corrected as necessary.

又、実施の形態7に係る第2の形態としては、実施の形態1と実施の形態5とを組み合わせた形態を挙げることが可能である(図4及び図8参照)。この実施の形態1と実施の形態5とを組み合わせた形態では、燃料電池システム100の起動運転時において燃料改質部7の変成器4の温度Tsが診断温度Tdに到達した際に燃料電池15の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。又、燃料電池システム100の停止運転時において燃料改質部7の浄化器5の温度Tpが診断温度Tdにまで低下した際に燃料電池15の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。   Further, as the second embodiment according to the seventh embodiment, a combination of the first embodiment and the fifth embodiment can be cited (see FIGS. 4 and 8). In the form in which the first embodiment and the fifth embodiment are combined, when the temperature Ts of the transformer 4 of the fuel reforming unit 7 reaches the diagnostic temperature Td during the start-up operation of the fuel cell system 100, the fuel cell 15 Then, the amount of air bleed into the reformed gas is corrected as necessary based on the result of the diagnostic operation. Further, when the temperature Tp of the purifier 5 of the fuel reformer 7 is lowered to the diagnostic temperature Td during the stop operation of the fuel cell system 100, the diagnostic operation of the fuel cell 15 is performed, and based on the result of this diagnostic operation. The amount of air bleed into the reformed gas is corrected as necessary.

又、実施の形態7に係る第3の形態としては、実施の形態1と実施の形態6とを組み合わせた形態を挙げることが可能である(図4及び図9参照)。この実施の形態1と実施の形態6とを組み合わせた形態では、燃料電池システム100の起動運転時において燃料改質部7の変成器4の温度Tsが診断温度Tdに到達した際に燃料電池15の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。又、燃料電池システム100の停止運転時において燃料改質部7の浄化器5に供給する空気の供給量を減少させて燃料電池15の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。   Further, as the third embodiment according to the seventh embodiment, a combination of the first embodiment and the sixth embodiment can be cited (see FIGS. 4 and 9). In the form in which the first embodiment and the sixth embodiment are combined, when the temperature Ts of the transformer 4 of the fuel reforming unit 7 reaches the diagnostic temperature Td during the start-up operation of the fuel cell system 100, the fuel cell 15 Then, the amount of air bleed into the reformed gas is corrected as necessary based on the result of the diagnostic operation. In addition, during the stop operation of the fuel cell system 100, the amount of air supplied to the purifier 5 of the fuel reforming unit 7 is reduced to perform the diagnosis operation of the fuel cell 15, and based on the result of this diagnosis operation, the improvement is made. Correct the amount of air bleed into the quality gas as necessary.

又、実施の形態7に係る第4の形態として、実施の形態2と実施の形態4とを組み合わせた形態を挙げることが可能である(図5及び図7参照)。この実施の形態2と実施の形態4とを組み合わせた形態では、燃料電池システム100の起動運転時において燃料改質部7の浄化器5の温度Tpが診断温度Tdに到達した際に燃料電池15の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。又、燃料電池システム100の停止運転時において燃料改質部7の変成器4の温度Tsが診断温度Tdにまで低下した際に燃料電池15の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。   Further, as a fourth embodiment according to the seventh embodiment, a combination of the second embodiment and the fourth embodiment can be given (see FIGS. 5 and 7). In the form in which the second embodiment and the fourth embodiment are combined, when the temperature Tp of the purifier 5 of the fuel reforming unit 7 reaches the diagnostic temperature Td during the start-up operation of the fuel cell system 100, the fuel cell 15 Then, the amount of air bleed into the reformed gas is corrected as necessary based on the result of the diagnostic operation. Further, when the temperature Ts of the transformer 4 of the fuel reforming unit 7 is lowered to the diagnostic temperature Td during the stop operation of the fuel cell system 100, the diagnostic operation of the fuel cell 15 is performed, and based on the result of the diagnostic operation. The amount of air bleed into the reformed gas is corrected as necessary.

又、実施の形態7に係る第5の形態として、実施の形態2と実施の形態5とを組み合わせた形態を挙げることが可能である(図5及び図8参照)。この実施の形態2と実施の形態5とを組み合わせた形態では、燃料電池システム100の起動運転時において燃料改質部7の浄化器5の温度Tpが診断温度Tdに到達した際に燃料電池15の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。又、燃料電池システム100の停止運転時において燃料改質部7の浄化器5の温度Tpが診断温度Tdにまで低下した際に燃料電池15の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。   Further, as a fifth embodiment according to the seventh embodiment, a combination of the second embodiment and the fifth embodiment can be given (see FIGS. 5 and 8). In the embodiment in which the second embodiment and the fifth embodiment are combined, when the temperature Tp of the purifier 5 of the fuel reforming unit 7 reaches the diagnostic temperature Td during the start-up operation of the fuel cell system 100, the fuel cell 15 Then, the amount of air bleed into the reformed gas is corrected as necessary based on the result of the diagnostic operation. Further, when the temperature Tp of the purifier 5 of the fuel reformer 7 is lowered to the diagnostic temperature Td during the stop operation of the fuel cell system 100, the diagnostic operation of the fuel cell 15 is performed, and based on the result of this diagnostic operation. The amount of air bleed into the reformed gas is corrected as necessary.

又、実施の形態7に係る第6の形態として、実施の形態2と実施の形態6とを組み合わせた形態を挙げることが可能である(図5及び図9参照)。この実施の形態2と実施の形態6とを組み合わせた形態では、燃料電池システム100の起動運転時において燃料改質部7の浄化器5の温度Tpが診断温度Tdに到達した際に燃料電池15の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。又、燃料電池システム100の停止運転時において燃料改質部7の浄化器5に供給する空気の供給量を減少させて燃料電池15の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。   Further, as a sixth embodiment according to the seventh embodiment, a combination of the second embodiment and the sixth embodiment can be given (see FIGS. 5 and 9). In the embodiment in which the second embodiment and the sixth embodiment are combined, when the temperature Tp of the purifier 5 of the fuel reforming unit 7 reaches the diagnostic temperature Td during the start-up operation of the fuel cell system 100, the fuel cell 15 Then, the amount of air bleed into the reformed gas is corrected as necessary based on the result of the diagnostic operation. In addition, during the stop operation of the fuel cell system 100, the amount of air supplied to the purifier 5 of the fuel reforming unit 7 is reduced to perform the diagnosis operation of the fuel cell 15, and based on the result of this diagnosis operation, the improvement is made. Correct the amount of air bleed into the quality gas as necessary.

又、実施の形態7に係る第7の形態として、実施の形態3と実施の形態4とを組み合わせた形態を挙げることが可能である(図6及び図7参照)。この実施の形態3と実施の形態4とを組み合わせた形態では、燃料電池システム100の起動運転時において燃料改質部7の浄化器5に供給する空気の供給量を減少させて燃料電池15の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。又、燃料電池システム100の停止運転時において燃料改質部7の変成器4の温度Tsが診断温度Tdにまで低下した際に燃料電池15の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。   Further, as a seventh embodiment according to the seventh embodiment, a combination of the third embodiment and the fourth embodiment can be given (see FIGS. 6 and 7). In the embodiment in which the third embodiment and the fourth embodiment are combined, the amount of air supplied to the purifier 5 of the fuel reforming unit 7 during the start-up operation of the fuel cell system 100 is reduced to reduce the fuel cell 15 A diagnostic operation is performed, and the air bleed amount to the reformed gas is corrected as necessary based on the result of the diagnostic operation. Further, when the temperature Ts of the transformer 4 of the fuel reforming unit 7 is lowered to the diagnostic temperature Td during the stop operation of the fuel cell system 100, the diagnostic operation of the fuel cell 15 is performed, and based on the result of the diagnostic operation. The amount of air bleed into the reformed gas is corrected as necessary.

又、実施の形態7に係る第8の形態として、実施の形態3と実施の形態5とを組み合わせた形態を挙げることが可能である(図6及び図8参照)。この実施の形態3と実施の形態5とを組み合わせた形態では、燃料電池システム100の起動運転時において燃料改質部7の浄化器5に供給する空気の供給量を減少させて燃料電池15の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。又、燃料電池システム100の停止運転時において燃料改質部7の浄化器5の温度Tpが診断温度Tdにまで低下した際に燃料電池15の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。   Further, as an eighth embodiment according to the seventh embodiment, a combination of the third embodiment and the fifth embodiment can be given (see FIGS. 6 and 8). In the embodiment in which the third embodiment and the fifth embodiment are combined, the amount of air supplied to the purifier 5 of the fuel reforming unit 7 during the start-up operation of the fuel cell system 100 is reduced to reduce the fuel cell 15 A diagnostic operation is performed, and the air bleed amount to the reformed gas is corrected as necessary based on the result of the diagnostic operation. Further, when the temperature Tp of the purifier 5 of the fuel reformer 7 is lowered to the diagnostic temperature Td during the stop operation of the fuel cell system 100, the diagnostic operation of the fuel cell 15 is performed, and based on the result of this diagnostic operation. The amount of air bleed into the reformed gas is corrected as necessary.

更に、実施の形態7に係る第9の形態として、実施の形態3と実施の形態6とを組み合わせた形態を挙げることが可能である(図6及び図9参照)。この実施の形態3と実施の形態6とを組み合わせた形態では、燃料電池システム100の起動運転時において燃料改質部7の浄化器5に供給する空気の供給量を減少させて燃料電池15の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。又、燃料電池システム100の停止運転時において燃料改質部7の浄化器5に供給する空気の供給量を減少させて燃料電池15の診断運転を行い、この診断運転の結果に基づいて、改質ガスへのエアーブリード量を必要に応じて補正する。   Furthermore, the ninth embodiment according to the seventh embodiment can include a combination of the third embodiment and the sixth embodiment (see FIGS. 6 and 9). In the embodiment in which the third embodiment and the sixth embodiment are combined, the amount of air supplied to the purifier 5 of the fuel reforming unit 7 during the start-up operation of the fuel cell system 100 is reduced to reduce the fuel cell 15 A diagnostic operation is performed, and the air bleed amount to the reformed gas is corrected as necessary based on the result of the diagnostic operation. In addition, during the stop operation of the fuel cell system 100, the amount of air supplied to the purifier 5 of the fuel reforming unit 7 is reduced to perform the diagnosis operation of the fuel cell 15, and based on the result of this diagnosis operation, the improvement is made. Correct the amount of air bleed into the quality gas as necessary.

このように、本実施の形態によれば、燃料電池システム100の起動運転時及び停止運転時の両方の時期に燃料電池15の診断運転を実行する形態とすることにより、起動運転時と停止運転時との両方の時期において燃料電池15のアノード触媒の劣化状況を診断することができるので、エアーブリード量の増加量をより一層高精度に調整することが可能になる。   As described above, according to the present embodiment, the diagnosis operation of the fuel cell 15 is executed at the time of both the start operation and the stop operation of the fuel cell system 100, so that the start operation and the stop operation are performed. Since the deterioration state of the anode catalyst of the fuel cell 15 can be diagnosed at both times, it is possible to adjust the increase amount of the air bleed amount with higher accuracy.

尚、その他の点については、実施の形態1〜6の場合と同様である。   Other points are the same as those in the first to sixth embodiments.

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池のアノード触媒の性能劣化を簡易な構成により正確に把握してエアーブリード量を正確に増加させることが可能である、優れた耐久性及び発電効率と通常発電運転時における出力電圧値の安定性を有する好適な燃料電池システムとして、産業上利用可能である。   The fuel cell system according to the present invention is capable of accurately grasping the performance deterioration of the anode catalyst of the fuel cell with a simple configuration and accurately increasing the amount of air bleed, and has excellent durability and power generation efficiency. As a suitable fuel cell system having the stability of the output voltage value during the power generation operation, it can be used industrially.

又、本発明に係る燃料電池発電システムは、携帯機器、電気自動車、家庭用コージェネレーションシステム等に使用される燃料電池システムとして、産業上利用可能である。   Moreover, the fuel cell power generation system according to the present invention can be industrially used as a fuel cell system used in portable devices, electric vehicles, household cogeneration systems, and the like.

本発明の実施の形態1に示す燃料電池システムの構成の一部を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically a part of structure of the fuel cell system shown in Embodiment 1 of this invention. 白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率を正確に求めるための原理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the principle for calculating | requiring the residual rate of ruthenium correctly in a platinum-ruthenium alloy catalyst. 燃料電池システムの制御部が記憶する、燃料電池の出力電圧値の基準電圧値に対する電圧差と、白金−ルテニウム合金触媒におけるルテニウムの残存率と、エアーブリード量の最適な増加量との相互関係を示すデータテーブルである。The correlation between the difference between the output voltage value of the fuel cell and the reference voltage value stored in the control unit of the fuel cell system, the residual rate of ruthenium in the platinum-ruthenium alloy catalyst, and the optimum increase in the air bleed amount It is a data table shown. 本発明の実施の形態1に示す燃料電池システムの起動運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。3 is a flowchart schematically showing an operation during start-up operation of the fuel cell system shown in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態2に示す燃料電池システムの起動運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。6 is a flowchart schematically showing an operation during start-up operation of the fuel cell system shown in Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施の形態3に示す燃料電池システムの起動運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。6 is a flowchart schematically showing an operation during start-up operation of the fuel cell system shown in Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施の形態4に示す燃料電池システムの停止運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。6 is a flowchart schematically showing an operation during a stop operation of the fuel cell system shown in Embodiment 4 of the present invention. 本発明の実施の形態5に示す燃料電池システムの停止運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。10 is a flowchart schematically showing an operation during a stop operation of the fuel cell system shown in Embodiment 5 of the present invention. 本発明の実施の形態6に示す燃料電池システムの停止運転時における動作を模式的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows typically the operation | movement at the time of the stop driving | operation of the fuel cell system shown in Embodiment 6 of this invention. 従来の燃料電池システムの一般的な構成の一部を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically a part of general structure of the conventional fuel cell system.

符号の説明Explanation of symbols

1 原料流量調整バルブ
2 脱硫器
3 改質器
4 変成器
5 浄化器
6 燃焼器
7 燃料改質部
8 改質水供給ポンプ
9 燃焼用都市ガス供給バルブ
10 燃焼用空気供給バルブ
11 選択酸化用流量調整部
12 エアーブリード機構
13 バイパス弁
14 バイパス経路
15 燃料電池
16 熱交換部
17 空気流量調整部
18 加湿器
18a 空気用流路
18b 排空気用流路
18c 高分子電解質膜
19 凝縮器
20 制御部
101 原料流量調整バルブ
102 脱硫器
103 改質器
104 変成器
105 浄化器
106 燃料改質部
107 改質水供給ポンプ
108 選択酸化用流量調整部
109 燃料電池
110 熱交換部
111 空気流量調整部
112 加湿器
113 エアーブリード機構
114 燃焼器
100,200 燃料電池システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Raw material flow control valve 2 Desulfurizer 3 Reformer 4 Transformer 5 Purifier 6 Combustor 7 Fuel reforming part 8 Reformed water supply pump 9 City gas supply valve for combustion 10 Air supply valve for combustion 11 Flow for selective oxidation Adjustment part 12 Air bleed mechanism 13 Bypass valve 14 Bypass path 15 Fuel cell 16 Heat exchange part 17 Air flow rate adjustment part 18 Humidifier 18a Air flow path 18b Exhaust air flow path 18c Polymer electrolyte membrane 19 Condenser 20 Control part 101 Raw material flow rate adjustment valve 102 Desulfurizer 103 Reformer 104 Transformer 105 Purifier 106 Fuel reforming unit 107 Reformed water supply pump 108 Flow rate adjusting unit for selective oxidation 109 Fuel cell 110 Heat exchange unit 111 Air flow rate adjusting unit 112 Humidifier 113 Air bleed mechanism 114 Combustor 100, 200 Fuel cell system

Claims (12)

空気を供給するエアーブリード機構と、
酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
原料を改質して水素を含む燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記酸化剤ガス供給部が供給する前記酸化剤ガスと、前記燃料ガス供給部が供給する前記燃料ガスに前記エアーブリード機構が前記空気を供給して得る前記燃料ガスと前記空気との混合ガスとを用いて発電する燃料電池と、
少なくとも前記エアーブリード機構及び前記酸化剤ガス供給部及び前記燃料ガス供給部及び前記燃料電池を制御して起動運転及び停止運転を行う制御部とを備える燃料電池システムであって、
前記制御部が、前記起動運転時、前記燃料電池のアノード触媒の性能低下を診断して、該診断の結果に基づいて前記エアーブリード機構を制御して前記燃料ガスへの前記空気の供給量を増加させる、燃料電池システム。
An air bleed mechanism for supplying air;
An oxidant gas supply unit for supplying an oxidant gas;
A fuel gas supply unit for reforming the raw material and supplying a fuel gas containing hydrogen;
A gas mixture of the fuel gas and the air obtained by the air bleed mechanism supplying the air to the fuel gas supplied by the fuel gas supply unit; A fuel cell that generates electricity using
A fuel cell system including at least the air bleed mechanism, the oxidant gas supply unit, the fuel gas supply unit, and a control unit that controls the fuel cell to perform start-up operation and stop operation,
The control unit diagnoses a decrease in performance of the anode catalyst of the fuel cell during the start-up operation, and controls the air bleed mechanism based on a result of the diagnosis to control the supply amount of the air to the fuel gas. Increase the fuel cell system.
前記制御部が、前記燃料ガス供給部が通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する際の前記燃料電池の出力電圧値と所定の基準電圧値との電圧差に基づいて前記診断する、請求項1記載の燃料電池システム。   Based on a voltage difference between an output voltage value of the fuel cell and a predetermined reference voltage value when the control unit supplies the fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding that during normal power generation operation. The fuel cell system according to claim 1, wherein the diagnosis is performed. 前記燃料ガス供給部が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を第1の温度以上で第1の濃度以下に低減する変成器を備え、
前記変成器の温度が前記第1の温度未満であることを前記制御部が判定して前記変成器が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第1の濃度を超えるよう低減することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する、請求項2記載の燃料電池システム。
The fuel gas supply unit includes a transformer that reduces the carbon monoxide concentration of the fuel gas to a first temperature or higher and a first concentration or lower;
The control unit determines that the temperature of the transformer is lower than the first temperature, and the transformer reduces the carbon monoxide concentration of the fuel gas so as to exceed the first concentration. The fuel cell system according to claim 2, wherein the fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding that during power generation operation is supplied.
前記燃料ガス供給部が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を第2の温度以上で第2の濃度以下に低減する浄化器を備え、
前記浄化器の温度が前記第2の温度未満であることを前記制御部が判定して前記浄化器が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第2の濃度を超えるよう低減することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する、請求項2記載の燃料電池システム。
The fuel gas supply unit includes a purifier that reduces the carbon monoxide concentration of the fuel gas to a second temperature or higher but not lower than a second temperature;
The control unit determines that the temperature of the purifier is lower than the second temperature, and the purifier reduces the carbon monoxide concentration of the fuel gas to exceed the second concentration. The fuel cell system according to claim 2, wherein the fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding that during power generation operation is supplied.
前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第2の温度以上で前記第2の濃度以下に低減するために前記浄化器に所定の流量以上で空気を供給する空気供給部を更に備え、
少なくとも前記変成器及び前記浄化器の温度が前記第1及び第2の温度以上であることを前記制御部が判定して前記空気供給部が前記所定の流量未満で前記空気を供給又は供給を停止することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する、請求項2記載の燃料電池システム。
An air supply unit for supplying air at a predetermined flow rate or more to the purifier in order to reduce the carbon monoxide concentration of the fuel gas from the second temperature to the second concentration;
The control unit determines that at least the temperatures of the transformer and the purifier are equal to or higher than the first and second temperatures, and the air supply unit supplies or stops supplying the air below the predetermined flow rate. The fuel cell system according to claim 2, wherein the fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding that during the normal power generation operation is supplied.
空気を供給するエアーブリード機構と、
酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
原料を改質して水素を含む燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記酸化剤ガス供給部が供給する前記酸化剤ガスと、前記燃料ガス供給部が供給する前記燃料ガスに前記エアーブリード機構が前記空気を供給して得る前記燃料ガスと前記空気との混合ガスとを用いて発電する燃料電池と、
少なくとも前記エアーブリード機構及び前記酸化剤ガス供給部及び前記燃料ガス供給部及び前記燃料電池を制御して起動運転及び停止運転を行う制御部とを備える燃料電池システムであって、
前記制御部が、前記停止運転時、前記燃料電池のアノード触媒の性能低下を診断して、該診断の結果に基づいて前記エアーブリード機構を制御して前記燃料ガスへの前記空気の供給量を増加させる、燃料電池システム。
An air bleed mechanism for supplying air;
An oxidant gas supply unit for supplying an oxidant gas;
A fuel gas supply unit for reforming the raw material and supplying a fuel gas containing hydrogen;
A gas mixture of the fuel gas and the air obtained by the air bleed mechanism supplying the air to the fuel gas supplied by the fuel gas supply unit; A fuel cell that generates electricity using
A fuel cell system including at least the air bleed mechanism, the oxidant gas supply unit, the fuel gas supply unit, and a control unit that controls the fuel cell to perform start-up operation and stop operation,
The control unit diagnoses a decrease in performance of the anode catalyst of the fuel cell during the stop operation, and controls the air bleed mechanism based on a result of the diagnosis to control the supply amount of the air to the fuel gas. Increase the fuel cell system.
前記制御部が、前記燃料ガス供給部が通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する際の前記燃料電池の出力電圧値と所定の基準電圧値との電圧差に基づいて前記診断する、請求項6記載の燃料電池システム。   Based on a voltage difference between an output voltage value of the fuel cell and a predetermined reference voltage value when the control unit supplies the fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding that during normal power generation operation. The fuel cell system according to claim 6, wherein the diagnosis is performed. 前記燃料ガス供給部が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を第1の温度以上で第1の濃度以下に低減する変成器を備え、
前記変成器の温度が前記第1の温度未満であることを前記制御部が判定して前記変成器が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第1の濃度を超えるよう低減することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する、請求項7記載の燃料電池システム。
The fuel gas supply unit includes a transformer that reduces the carbon monoxide concentration of the fuel gas to a first temperature or higher and a first concentration or lower;
The control unit determines that the temperature of the transformer is lower than the first temperature, and the transformer reduces the carbon monoxide concentration of the fuel gas so as to exceed the first concentration. The fuel cell system according to claim 7, wherein the fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding that during power generation operation is supplied.
前記燃料ガス供給部が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を第2の温度以上で第2の濃度以下に低減する浄化器を備え、
前記浄化器の温度が前記第2の温度未満であることを前記制御部が判定して前記浄化器が前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第2の濃度を超えるよう低減することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する、請求項7記載の燃料電池システム。
The fuel gas supply unit includes a purifier that reduces the carbon monoxide concentration of the fuel gas to a second temperature or higher but not lower than a second temperature;
The control unit determines that the temperature of the purifier is lower than the second temperature, and the purifier reduces the carbon monoxide concentration of the fuel gas to exceed the second concentration. The fuel cell system according to claim 7, wherein the fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding that during power generation operation is supplied.
前記燃料ガスの一酸化炭素濃度を前記第2の温度以上で前記第2の濃度以下に低減するために前記浄化器に所定の流量以上で空気を供給する空気供給部を更に備え、
少なくとも前記変成器及び前記浄化器の温度が前記第1及び第2の温度以上であることを前記制御部が判定して前記空気供給部が前記所定の流量未満で前記空気を供給又は供給を停止することにより前記通常発電運転時を超える一酸化炭素濃度の前記燃料ガスを供給する、請求項7記載の燃料電池システム。
An air supply unit for supplying air at a predetermined flow rate or more to the purifier in order to reduce the carbon monoxide concentration of the fuel gas from the second temperature to the second concentration;
The control unit determines that at least the temperatures of the transformer and the purifier are equal to or higher than the first and second temperatures, and the air supply unit supplies or stops supplying the air below the predetermined flow rate. The fuel cell system according to claim 7, wherein the fuel gas having a carbon monoxide concentration exceeding that during the normal power generation operation is supplied.
前記制御部が、前記燃料電池のアノード触媒の性能低下を前記起動運転時に加えて前記停止運転時にも前記診断する、請求項1記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit diagnoses a decrease in performance of the anode catalyst of the fuel cell during the start-up operation and also during the stop operation. 前記燃料電池が、プロトン伝導性を有する高分子電解質膜の一方の面にアノード触媒を他方の面にカソード触媒を各々備え、前記アノード触媒及び前記カソード触媒の少なくともアノード触媒が白金−ルテニウム合金触媒からなる高分子電解質型燃料電池である、請求項1記載の燃料電池システム。   The fuel cell includes an anode catalyst on one surface of a polymer electrolyte membrane having proton conductivity and a cathode catalyst on the other surface, and at least the anode catalyst of the anode catalyst and the cathode catalyst is a platinum-ruthenium alloy catalyst. The fuel cell system according to claim 1, which is a polymer electrolyte fuel cell.
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