JP2007073302A - Fuel reforming system - Google Patents

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元久 上條
Luc Rouveyre
ルーク ルーベラ
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel reforming system with improved temperature follow-up property of a reformer against change of reformed gas. <P>SOLUTION: The fuel reforming system is provided with the reformer 6 generating the reformed gas containing hydrogen from hydrocarbon based fuel, a burner 10 adjusting the temperature of the reformer 6 by the heat obtained by burning a part of hydrogen-rich gas generated from the reformed gas, and an SCSOF 9 located at upper stream side of the burner 10 in flowing direction of the hydrogen-rich gas, generating power by mixed gas of the hydrogen-rich gas and the air. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は燃料改質システムに関するものであり、特に燃料電池システム用の燃料改質システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel reforming system, and more particularly to a fuel reforming system for a fuel cell system.

従来、燃料改質システムにおいて、メタノール改質装置と触媒燃焼器との間にヒートパイプを備え、触媒燃焼器には燃料電池アノードから排出される未反応のＨ2を主燃料として供給し、助燃料としてメタノールなどを供給する。そして、触媒燃焼器へ助燃料量を調整することで、メタノール改質装置の温度を調整するものが、特許文献１に開示されている。
特開昭６２−０１７００２号公報 Conventionally, in a fuel reforming system, a heat pipe has been provided between the methanol reformer and the catalytic combustor, and unreacted H 2 discharged from the fuel cell anode is supplied to the catalytic combustor as the main fuel. Methanol is supplied as fuel. Patent Document 1 discloses that the temperature of the methanol reformer is adjusted by adjusting the amount of auxiliary fuel to the catalytic combustor.
JP-A-62-017002

しかし、上記の発明では、触媒燃焼器へ供給する燃料電池アノードから排出される未反応のＨ2の供給量が急激に変動した場合に、要求されるメタノール改質装置の温度に対して、メタノール改質装置の温度の追従性が悪くなる、といった問題点がある。 However, in the above-described invention, when the supply amount of unreacted H 2 discharged from the fuel cell anode supplied to the catalytic combustor suddenly fluctuates, the methanol with respect to the required temperature of the methanol reformer There is a problem that the temperature follow-up property of the reformer deteriorates.

本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、改質装置へ供給される燃料の急激な変動に対する改質装置の温度の追従性を向上させることを目的とする。   The present invention has been invented in order to solve such a problem, and an object thereof is to improve the temperature followability of the reformer with respect to a sudden change in the fuel supplied to the reformer.

本発明では、燃料改質システムにおいて、炭化水素系原料から水素を含んだガスを生成する改質器と、ガスの一部を燃焼させて、燃焼により発生した熱によって改質器の温度を調整する燃焼器と、燃焼器に供給されるガスの流れに対して燃焼器よりも上流側に位置し、ガスと酸素との混合気によって発電を行う固体酸化物形燃料電池と、を備える。   In the present invention, in a fuel reforming system, a reformer that generates a gas containing hydrogen from a hydrocarbon-based raw material, and a part of the gas is combusted, and the temperature of the reformer is adjusted by heat generated by the combustion. And a solid oxide fuel cell that is located upstream of the combustor with respect to the flow of gas supplied to the combustor and that generates electric power using a mixture of gas and oxygen.

また、固体高分子電解質膜を有し、水素と酸素との電気化学反応によって発電を行う固体高分子型燃料電池と、固体高分子型燃料電池の出力に基づいて、炭化水素系原料から水素を含んだガスを生成する改質器と、ガスの一部を燃焼させて、燃焼により発生した熱によって改質器の温度を調整する燃焼器と、燃焼器に供給されるガスの流れ方向に対して燃焼器よりも上流側に位置し、ガスと酸素との混合気によって発電を行う固体酸化物型燃料電池と、を備えた燃料電池システムの制御方法において、固体高分子型燃料電池の出力に基づいて、固体酸化物型燃料電池の出力を制御し、燃焼器に供給するガスの量を制御する。   In addition, a solid polymer fuel cell having a solid polymer electrolyte membrane and generating power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and hydrogen from hydrocarbon-based raw materials based on the output of the solid polymer fuel cell A reformer that generates contained gas, a combustor that burns part of the gas and adjusts the temperature of the reformer by heat generated by the combustion, and a flow direction of the gas supplied to the combustor. And a solid oxide fuel cell that is located upstream of the combustor and generates power using a mixture of gas and oxygen. Based on this, the output of the solid oxide fuel cell is controlled, and the amount of gas supplied to the combustor is controlled.

本発明によると、例えば燃料電池に供給する水素リッチガスを生成する改質器の改質量の変化に対して、改質器の温度の追従性を良くすることができ、改質器の劣化を抑制することができる。   According to the present invention, for example, it is possible to improve the temperature followability of the reformer with respect to changes in the reforming amount of the reformer that generates the hydrogen-rich gas supplied to the fuel cell, and to suppress deterioration of the reformer. can do.

本発明の実施形態の燃料改質型燃料電池システムの構成を図１のブロック図を用いて説明する。この実施形態では固体高分子電解質型燃料電池（以下、燃料電池とする）１と、例えばメタノールなどの炭化水素系原料を水素リッチガスに改質する燃料改質部２と、電力を充放電する例えば鉛蓄電池などのバッテリー３と、例えばモータなどの電力消費手段（図示せず）に供給する電力を変換するモーターインバータ４と、燃料電池１などの電力を制御するパワーマネージャー５と、コントローラ２０と、を備える。   The configuration of the fuel reforming fuel cell system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the block diagram of FIG. In this embodiment, a solid polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as a fuel cell) 1, a fuel reforming unit 2 for reforming a hydrocarbon-based material such as methanol into a hydrogen-rich gas, and charging / discharging power, for example A battery 3 such as a lead storage battery, a motor inverter 4 that converts power supplied to a power consuming means (not shown) such as a motor, a power manager 5 that controls power such as the fuel cell 1, a controller 20, Is provided.

燃料電池１は固体高分子電解質膜を有しており、水素と酸素との電気化学反応により、発電を行う。なお、燃料電池１は発電反応を容易に行うために例えば白金などの触媒を有している。燃料電池１のアノードに供給するガス中に含まれる一酸化炭素濃度が高い場合にはアノードの触媒が被毒され、劣化が生じる。そのため炭化水素系原料を改質して水素リッチガスを生成し、その水素リッチガスを燃料電池１で使用する燃料電池システムにおいては、燃料電池１のアノードに供給するガス中に含まれる一酸化炭素を触媒が劣化しない濃度まで十分に低減させなければならない。以下において、一酸化炭素を低減した改質ガスを水素リッチガスとする。   The fuel cell 1 has a solid polymer electrolyte membrane, and generates power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. In addition, the fuel cell 1 has a catalyst such as platinum in order to easily perform a power generation reaction. When the concentration of carbon monoxide contained in the gas supplied to the anode of the fuel cell 1 is high, the catalyst of the anode is poisoned and deteriorates. Therefore, in a fuel cell system in which a hydrocarbon-based raw material is reformed to generate a hydrogen-rich gas and the hydrogen-rich gas is used in the fuel cell 1, carbon monoxide contained in the gas supplied to the anode of the fuel cell 1 is catalyzed. It must be sufficiently reduced to a concentration that does not degrade. Hereinafter, the reformed gas with reduced carbon monoxide is referred to as a hydrogen-rich gas.

燃料改質部２について図２のブロック図を用いて説明する。燃料改質部２は、例えばメタノールなどの炭化水素系原料を、水素を含んだ改質ガスに改質する改質器６と、改質器６によって改質された改質ガス中の一酸化炭素を低減し、水素リッチガスを生成する一酸化炭素低減装置７と、改質器６の温度を調整する燃焼部８と、を備える。   The fuel reforming unit 2 will be described with reference to the block diagram of FIG. The fuel reforming unit 2 includes a reformer 6 that reforms a hydrocarbon-based material such as methanol into a reformed gas containing hydrogen, and monoxide in the reformed gas reformed by the reformer 6. A carbon monoxide reduction device 7 that reduces carbon and generates a hydrogen-rich gas, and a combustion unit 8 that adjusts the temperature of the reformer 6 are provided.

改質器６は、炭化水素系原料を水蒸気によって水素を含んだ改質ガスに改質する水蒸気改質器である。水蒸気改質器で生じる改質反応は吸熱反応であるために、改質器６には外部から熱を供給しなければならない。この実施形態では燃焼部８によって生じた熱によって改質器６の温度を調整する。改質器６によって生成された改質ガス中には一酸化炭素が十数％程度含まれる。なお、改質器６は、熱によって改質ガスを生成する分解反応器、または炭化水素原料を空気中の酸素によって改質ガスを生成する部分酸化改質器を用いても良く、さらに水蒸気による改質と、酸化による改質と、により改質ガスを生成する自動温度調整型改質反応器（ＡＴＲ：Ａｕｔｏ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｅａｃｔｏｒ反応器）を用いても良い。   The reformer 6 is a steam reformer that reforms a hydrocarbon-based material into a reformed gas containing hydrogen with steam. Since the reforming reaction occurring in the steam reformer is an endothermic reaction, heat must be supplied to the reformer 6 from the outside. In this embodiment, the temperature of the reformer 6 is adjusted by the heat generated by the combustion unit 8. The reformed gas produced by the reformer 6 contains about 10% or more of carbon monoxide. The reformer 6 may be a cracking reactor that generates reformed gas by heat, or a partial oxidation reformer that generates a reformed gas from a hydrocarbon raw material by oxygen in the air, and further by steam. An automatic temperature control reforming reactor (ATR: Auto Thermal Reactor reactor) that generates reformed gas by reforming and reforming by oxidation may be used.

一酸化炭素低減装置７は、改質器６によって改質された改質ガス中の一酸化炭素を低減する装置であり、水蒸気によるシフト反応、または空気中の酸素による部分酸化反応によって改質ガス中の一酸化炭素濃度を燃料電池１のアノードの触媒が劣化しない濃度まで低減し、水素リッチガスを生成する。水素リッチガスは燃料電池１と燃焼部８とに供給される。なお、一酸化炭素低減装置７の直上流から、水蒸気または空気を加え、一酸化炭素を低減しても良い。   The carbon monoxide reduction device 7 is a device for reducing carbon monoxide in the reformed gas reformed by the reformer 6, and the reformed gas is generated by a shift reaction with water vapor or a partial oxidation reaction with oxygen in the air. The carbon monoxide concentration in the fuel cell 1 is reduced to a concentration at which the anode catalyst of the fuel cell 1 does not deteriorate, and hydrogen-rich gas is generated. The hydrogen rich gas is supplied to the fuel cell 1 and the combustion unit 8. Note that carbon monoxide may be reduced by adding water vapor or air from directly upstream of the carbon monoxide reduction device 7.

燃焼部８は、シングルチャンバー式の固体酸化物形燃料電池（以下、ＳＣＳＯＦＣとする）９と、燃焼触媒を有する燃焼器１０と、から構成される。ＳＣＳＯＦＣ９は、一酸化炭素低減装置７から供給される水素リッチガスの流れ方向に対して燃焼器１０よりも上流側に位置する。   The combustion unit 8 includes a single chamber solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as SCSOFC) 9 and a combustor 10 having a combustion catalyst. The SCSOFC 9 is located upstream of the combustor 10 with respect to the flow direction of the hydrogen-rich gas supplied from the carbon monoxide reduction device 7.

ＳＣＳＯＦＣ９は、水素、または炭化水素系燃料と空気とが混在する混合気体を用いて発電する固体酸化物形燃料電池である。つまり、ＳＣＳＯＦＣ９はアノードとカソードとに同一の混合気体を供給して発電を行うことができる。この実施形態では一酸化炭素低減装置７から水素リッチガスが供給され、コンプレッサ（図示せず）などによって空気が供給される。そして、ＳＣＳＯＦＣ９では水素リッチガスと空気とが流れ方向に従って、次第に混合する。ＳＣＳＯＦＣ９ではカソードで混合気体中の酸素がイオン化し、酸素イオンが電解質膜を通ってアノードに伝導し、アノードにおいて混合気体中の水素と反応する。ＳＣＳＯＦＣ９によって生じた電力は、バッテリー３に供給され、バッテリー３を充電する。またはモーターインバーター４を介して例えばモータなどの電力消費手段に供給される。なお、ＳＣＳＯＦＣ９の上流で水素リッチガスと空気とを混合し、混合気体をＳＣＳＯＦＣ９に供給しても良い。   The SCSOFC 9 is a solid oxide fuel cell that generates power using hydrogen or a mixed gas in which hydrocarbon fuel and air are mixed. That is, the SCSOFC 9 can generate power by supplying the same mixed gas to the anode and the cathode. In this embodiment, hydrogen rich gas is supplied from the carbon monoxide reduction device 7 and air is supplied by a compressor (not shown) or the like. And in SCSOFC9, hydrogen rich gas and air are mixed gradually according to a flow direction. In SCSOFC9, oxygen in the mixed gas is ionized at the cathode, oxygen ions are conducted to the anode through the electrolyte membrane, and react with hydrogen in the mixed gas at the anode. The electric power generated by the SCSOFC 9 is supplied to the battery 3 and charges the battery 3. Alternatively, the power is supplied to the power consuming means such as a motor via the motor inverter 4. Note that a hydrogen rich gas and air may be mixed upstream of the SCSOFC 9 and the mixed gas may be supplied to the SCSOFC 9.

燃焼器１０は、燃焼触媒を有しており、燃焼触媒によって混合気体中に含まれる水素リッチガスを空気中の酸素により燃焼させる。この時、燃焼器１０で生じる熱を用いて燃焼器１０と改質器６との間で熱交換を行い、改質器６の温度を改質反応に適した温度に制御する。   The combustor 10 has a combustion catalyst, and the hydrogen-rich gas contained in the mixed gas is burned by oxygen in the air by the combustion catalyst. At this time, heat generated in the combustor 10 is used to exchange heat between the combustor 10 and the reformer 6, and the temperature of the reformer 6 is controlled to a temperature suitable for the reforming reaction.

パワーマネージャー５は、燃料電池１に要求される出力とＳＣＳＯＦＣ９の出力とに応じて、モータインバータ４に供給する電力を制御し、さらにバッテリ３の充放電電力を制御する。   The power manager 5 controls the power supplied to the motor inverter 4 according to the output required for the fuel cell 1 and the output of the SCSOFC 9, and further controls the charge / discharge power of the battery 3.

コントローラ２０は、燃料電池１に要求される出力に基づいて、改質器６に供給する炭化水素系原料などの流量を制御し、また、パワーマネージャー５に電力制御の信号を伝達する。   The controller 20 controls the flow rate of the hydrocarbon-based raw material supplied to the reformer 6 based on the output required for the fuel cell 1 and transmits a power control signal to the power manager 5.

次に、燃料電池１に要求される出力が減少した場合にコントローラ２０によって行う制御について図３のフローチャートを用いて説明する。   Next, the control performed by the controller 20 when the output required for the fuel cell 1 decreases will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップＳ１００では、燃料電池１に要求される出力を算出する。   In step S100, the output required for the fuel cell 1 is calculated.

ステップＳ１０１では、ステップＳ１００によって算出した燃料電池１に要求される出力に応じた水素リッチガスの流量、つまり改質器６に供給する炭化水素系原料と水蒸気と空気との流量を算出する。   In step S101, the flow rate of the hydrogen-rich gas corresponding to the output required for the fuel cell 1 calculated in step S100, that is, the flow rates of the hydrocarbon-based raw material, steam and air supplied to the reformer 6 is calculated.

ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１によって算出した水素リッチガスの流量に応じて、改質器６によって改質ガスを生成するために適した改質器６の温度を算出し、改質器６の温度を算出した温度とするために必要な燃焼器１０での発熱量を算出する。   In step S102, the temperature of the reformer 6 suitable for generating the reformed gas by the reformer 6 is calculated according to the flow rate of the hydrogen rich gas calculated in step S101, and the temperature of the reformer 6 is calculated. The calorific value in the combustor 10 necessary for obtaining the above temperature is calculated.

ステップＳ１０３では、一酸化炭素除去装置７から燃焼器１０に供給される水素リッチガスの流量と、ステップＳ１０２によって算出した燃焼器１０での発熱量を得るために必要な水素リッチガスの流量と、から燃焼器１０において余剰となる発熱量に相当する水素リッチガス流量、つまり余剰となる水素リッチガス流量を予め実験などによって得られたデータに基づいて算出する。   In step S103, combustion is performed from the flow rate of the hydrogen-rich gas supplied from the carbon monoxide removal device 7 to the combustor 10 and the flow rate of the hydrogen-rich gas necessary to obtain the calorific value in the combustor 10 calculated in step S102. The hydrogen rich gas flow rate corresponding to the surplus calorific value in the vessel 10, that is, the surplus hydrogen rich gas flow rate is calculated based on data obtained in advance through experiments or the like.

燃料電池１に要求される出力が減少し、改質器６によって生成される改質ガスの流量が減少するので、改質器６で改質ガスを生成するために必要な熱量も減少する。しかし、改質器６に供給する炭化水素系原料などの流量変化の時間遅れに対して、燃焼器１０に供給される水素リッチガスの流量変化の時間遅れが大きくなり、また改質器６、燃焼器１０の熱容量によって、燃焼器１０、改質器６の温度変化が遅くなる。そのため燃料電池１に要求される出力が減少すると、燃焼器１０、改質器６が加熱過多の状態になる。この実施形態では予め実験などによって得られたデータから、燃焼器１０で余剰となる熱熱量に相当する水素リッチガス流量を算出する。   Since the output required for the fuel cell 1 is reduced and the flow rate of the reformed gas generated by the reformer 6 is reduced, the amount of heat necessary for generating the reformed gas in the reformer 6 is also reduced. However, the time delay of the flow rate change of the hydrogen-rich gas supplied to the combustor 10 becomes larger than the time delay of the flow rate change of the hydrocarbon-based raw material or the like supplied to the reformer 6, and the reformer 6, combustion The temperature change of the combustor 10 and the reformer 6 is delayed by the heat capacity of the combustor 10. Therefore, when the output required for the fuel cell 1 decreases, the combustor 10 and the reformer 6 become overheated. In this embodiment, the flow rate of hydrogen rich gas corresponding to the amount of heat and heat surplus in the combustor 10 is calculated from data obtained by experiments in advance.

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３において算出した燃焼器１０で余剰となる水素リッチガスをＳＣＳＯＦＣ９の発電反応によって消費するためのＳＣＳＯＦＣ９の出力を算出する。   In step S104, the output of the SCSOFC 9 for consuming surplus hydrogen rich gas in the combustor 10 calculated in step S103 by the power generation reaction of the SCSOFC 9 is calculated.

ステップＳ１０５では、炭化水素系原料と水蒸気と空気との流量をステップＳ１０１で算出した流量に制御し、またステップＳ１０３によって算出した出力となるようにＳＣＳＯＦＣ９の出力を制御する。これによって燃焼器１０に供給される水素リッチガスの流量を燃料電池１の出力減少に応じて制御し、改質器６の温度を燃料電池１に要求される出力減少に応じて制御することができる。すなわち、燃料電池１に要求される出力減少に対する燃焼器１０、改質器６の温度変化の追従性を良くすることができ、燃焼器１０、改質器６における加熱過多を抑制することができる。ＳＣＳＯＦＣ９によって生じた電力はバッテリ３に充電される。   In step S105, the flow rates of the hydrocarbon-based raw material, water vapor, and air are controlled to the flow rates calculated in step S101, and the output of SCSOFC 9 is controlled so as to be the output calculated in step S103. As a result, the flow rate of the hydrogen-rich gas supplied to the combustor 10 can be controlled according to the decrease in the output of the fuel cell 1, and the temperature of the reformer 6 can be controlled according to the decrease in the output required for the fuel cell 1. . That is, the followability of the temperature change of the combustor 10 and the reformer 6 with respect to the output reduction required for the fuel cell 1 can be improved, and excessive heating in the combustor 10 and the reformer 6 can be suppressed. . Electric power generated by the SCSOFC 9 is charged in the battery 3.

以上の制御によって、燃料電池１の出力が減少した場合に、燃焼器１０、改質器６の加熱過多を抑制することができる。   With the above control, excessive heating of the combustor 10 and the reformer 6 can be suppressed when the output of the fuel cell 1 decreases.

この実施形態では一酸化炭素低減装置７から水素リッチガスを燃焼部８に供給したが、燃料電池１の発電反応に使用されなかった排出水素リッチガスを燃焼部８に供給しても良い。また、炭化水素系原料を燃焼部８に供給しても良い。なお、炭化水素系原料を燃焼部８に供給する場合には、ＳＣＳＯＦＣ９の燃料極に水蒸気改質反応触媒を間欠的に設け、炭化水素系原料と同時に水蒸気を供給することが望ましい。これにより、炭化水素系原料の水蒸気改質による吸熱反応と、ＳＣＳＯＦＣ９の発電による発熱反応と、の熱バランスを良くし、ＳＣＳＯＦＣ９の発電による過熱を抑制し、ＳＣＳＯＦＣ９、燃焼器１０または改質器６の加熱過多を抑制し、ＳＣＳＯＦＣ９の劣化を抑制することができる。また、ＳＣＳＯＦＣ９の発電効率を良くすることができる。   In this embodiment, hydrogen rich gas is supplied from the carbon monoxide reduction device 7 to the combustion unit 8, but exhausted hydrogen rich gas that has not been used for the power generation reaction of the fuel cell 1 may be supplied to the combustion unit 8. Moreover, you may supply a hydrocarbon-type raw material to the combustion part 8. FIG. In addition, when supplying a hydrocarbon-type raw material to the combustion part 8, it is desirable to provide a steam reforming reaction catalyst intermittently in the fuel electrode of SCSOFC9 and to supply water vapor simultaneously with a hydrocarbon-type raw material. As a result, the heat balance between the endothermic reaction due to steam reforming of the hydrocarbon-based raw material and the exothermic reaction due to power generation by SCSOFC 9 is improved, and overheating due to power generation by SCSOFC 9 is suppressed, and SCSOFC 9, combustor 10 or reformer 6 Excessive heating can be suppressed and deterioration of SCSOFC 9 can be suppressed. Moreover, the power generation efficiency of the SCSOFC 9 can be improved.

また、ＳＣＳＯＦＣ９の下流であり、かつ燃焼器１０の上流から新たに空気を供給しても良い。これによりＳＣＳＯＦＣ９、または燃焼器１０において、それぞれ水素リッチガスと空気との混合比を変えることができる。そのため、混合気体をＳＣＳＯＦＣ９と燃焼器１０との各反応に適した混合比することができ、例えばＳＣＳＯＦＣ９においては水素リッチガスを燃料リッチで運転し、燃焼器１０をリーンで運転することができる。これにより、燃焼器１０から排出される排出ガス中のＨＣの量を抑えることができ、高いエネルギー効率を得ることができる。   Further, air may be newly supplied downstream of the SCSOFC 9 and upstream of the combustor 10. Thereby, in SCSOFC9 or the combustor 10, the mixing ratio of hydrogen rich gas and air can be changed, respectively. Therefore, the mixed gas can be made into a mixing ratio suitable for each reaction between the SCSOFC 9 and the combustor 10. For example, in the SCSOFC 9, the hydrogen rich gas can be operated in a fuel rich state and the combustor 10 can be operated in a lean state. Thereby, the amount of HC in the exhaust gas discharged from the combustor 10 can be suppressed, and high energy efficiency can be obtained.

本発明の実施形態の効果について説明する。   The effect of the embodiment of the present invention will be described.

この実施形態では、炭化水素系原料から水素を含んだ改質ガスを生成する改質器６と、改質ガスから一酸化炭素を低減した水素リッチガスを酸素により燃焼させ、その熱によって改質器６の温度を調整する燃焼器１０と、水素リッチガスの流れ方向に対して燃焼器１０よりも上流に設けたＳＣＳＯＦＣ９と、を備える。そして、例えば燃料電池１の出力が減少し、改質器６による改質ガスの生成量が減少した場合に、燃焼器１０において余剰となる水素リッチガスをＳＣＳＯＦＣ９の発電反応によって消費し、燃焼器１０の発熱量を減少させる。これにより、燃料電池１の出力減少に対する燃焼器１０での発熱量の追従性、つまり改質器６の温度の追従性を良くすることができ、燃焼器１０、改質器６の加熱過多を抑制することができる。そのため、燃焼器１０、改質器６の劣化を抑制することができる。   In this embodiment, a reformer 6 that generates a reformed gas containing hydrogen from a hydrocarbon-based raw material, a hydrogen rich gas in which carbon monoxide is reduced from the reformed gas is burned with oxygen, and the heat is used to reform the reformer. 6 and a SCSOFC 9 provided upstream of the combustor 10 in the flow direction of the hydrogen-rich gas. For example, when the output of the fuel cell 1 decreases and the amount of reformed gas produced by the reformer 6 decreases, surplus hydrogen-rich gas in the combustor 10 is consumed by the power generation reaction of the SCSOFC 9, and the combustor 10 Reduce the amount of heat generated. As a result, the follow-up ability of the calorific value in the combustor 10 with respect to the decrease in the output of the fuel cell 1, that is, the follow-up ability of the temperature of the reformer 6, can be improved. Can be suppressed. Therefore, deterioration of the combustor 10 and the reformer 6 can be suppressed.

また、余剰となる水素リッチガスをＳＣＳＯＦＣ９によって消費、ＳＣＳＯＦＣ９によって発電する電力をバッテリー３に充電することで、燃料電池システムのエネルギー効率を良くすることができる。   Further, surplus hydrogen-rich gas is consumed by the SCSOFC 9 and the battery 3 is charged with the electric power generated by the SCSOFC 9, whereby the energy efficiency of the fuel cell system can be improved.

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。   It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and improvements that can be made within the scope of the technical idea.

燃料改質型の車両などに利用することができる。   It can be used for fuel reforming vehicles.

本発明の実施形態の燃料電池システムのブロック図である。1 is a block diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の燃料改質部のブロック図である。It is a block diagram of the fuel reforming part of the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における燃料電池の出力が低下した場合のフローチャートである。It is a flowchart when the output of the fuel cell in embodiment of this invention falls.

符号の説明Explanation of symbols

１ 固体電解質型燃料電池（燃料電池）
２ 燃料改質部（燃料改質システム）
３ バッテリー
５ パワーマネージャー
６ 改質器
７ 一酸化炭素低減装置
８ 燃焼部
９ 固体酸化物型燃料電池（ＳＣＳＯＦＣ）
１０ 燃焼器
２０ コントローラ 1 Solid oxide fuel cell (fuel cell)
2 Fuel reformer (fuel reforming system)
3 Battery 5 Power Manager 6 Reformer 7 Carbon Monoxide Reduction Device 8 Combustion Unit 9 Solid Oxide Fuel Cell (SCSOFC)
10 Combustor 20 Controller

Claims (10)

炭化水素系原料から水素を含んだガスを生成する改質器と、
前記ガスの一部を燃焼させて、燃焼により発生した熱によって前記改質器の温度を調整する燃焼器と、
前記燃焼器に供給される前記ガスの流れ方向に対して前記燃焼器よりも上流側に位置し、前記ガスと酸素との混合気によって発電を行う固体酸化物型燃料電池と、を備えたことを特徴とする燃料改質システム。 A reformer that generates a gas containing hydrogen from a hydrocarbon-based raw material;
A combustor that burns a portion of the gas and adjusts the temperature of the reformer by heat generated by the combustion;
A solid oxide fuel cell that is located upstream of the combustor with respect to the flow direction of the gas supplied to the combustor and that generates electric power using a mixture of the gas and oxygen. A fuel reforming system characterized by 前記改質器は、吸熱反応によって前記ガスを生成することを特徴とする請求項１に記載の燃料改質システム。   The fuel reforming system according to claim 1, wherein the reformer generates the gas by an endothermic reaction. 前記改質器は、分解反応器であることを特徴とする請求項２に記載の燃料改質システム。   The fuel reforming system according to claim 2, wherein the reformer is a cracking reactor. 前記改質器は、水蒸気改質反応器であることを特徴とする請求項２に記載の燃料改質システム。   The fuel reforming system according to claim 2, wherein the reformer is a steam reforming reactor. 前記改質器は、自動温度調整型反応器であることを特徴とする請求項１に記載の燃料改質システム。   The fuel reforming system according to claim 1, wherein the reformer is an automatic temperature control reactor. 前記改質器は、部分酸化型燃料改質器であることを特徴とする請求項１に記載の燃料改質システム。   The fuel reforming system according to claim 1, wherein the reformer is a partial oxidation fuel reformer. 前記固体酸化物型燃料電池は、水蒸気と前記炭化水素系原料とによって水素を生成する水蒸気改質反応触媒を燃料極に有することを特徴とする請求項１から６のいずれかひとつに記載の燃料改質システム。   The fuel according to any one of claims 1 to 6, wherein the solid oxide fuel cell has a steam reforming reaction catalyst that generates hydrogen from steam and the hydrocarbon-based raw material at a fuel electrode. Reforming system. 請求項１から７のいずれか一つに記載の燃料改質システムと、
固体高分子電解質膜を有し、前記改質器によって生成された前記水素と酸素との電気化学反応によって発電を行う固体高分子型燃料電池と、を備え、
前記固体高分子型燃料電池の出力に基づいて、前記改質器での前記ガスの生成量を制御し、
前記固体高分子型燃料電池の出力に基づいて、前記固体酸化物型燃料電池の出力を制御し、前記燃焼器に供給する前記ガスの量を制御することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel reforming system according to any one of claims 1 to 7,
A solid polymer electrolyte fuel cell having a solid polymer electrolyte membrane and generating electric power by an electrochemical reaction between the hydrogen and oxygen generated by the reformer,
Based on the output of the polymer electrolyte fuel cell, the amount of gas produced in the reformer is controlled,
A fuel cell system that controls the output of the solid oxide fuel cell based on the output of the polymer electrolyte fuel cell and controls the amount of the gas supplied to the combustor. 前記固体高分子型燃料電池からの排出ガスを前記燃焼器に供給することを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 8, wherein exhaust gas from the polymer electrolyte fuel cell is supplied to the combustor. 固体高分子電解質膜を有し、水素と酸素との電気化学反応によって発電を行う固体高分子型燃料電池と、
前記固体高分子型燃料電池の出力に基づいて、炭化水素系原料から前記水素を含んだガスを生成する改質器と、
前記ガスの一部を燃焼させて、燃焼により発生した熱によって前記改質器の温度を調整する燃焼器と、
前記燃焼器に供給される前記ガスの流れ方向に対して前記燃焼器よりも上流側に位置し、前記ガスと酸素との混合気によって発電を行う固体酸化物型燃料電池と、を備え、
前記固体高分子型燃料電池の出力に基づいて、前記固体酸化物型燃料電池の出力を制御し、前記燃焼器に供給する前記ガスの量を制御することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。 A solid polymer fuel cell having a solid polymer electrolyte membrane and generating power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen;
Based on the output of the polymer electrolyte fuel cell, a reformer that generates a gas containing hydrogen from a hydrocarbon-based raw material;
A combustor that burns a portion of the gas and adjusts the temperature of the reformer by heat generated by the combustion;
A solid oxide fuel cell that is located upstream of the combustor with respect to the flow direction of the gas supplied to the combustor, and that generates electric power using a mixture of the gas and oxygen,
A control method for a fuel cell system, wherein the output of the solid oxide fuel cell is controlled based on the output of the polymer electrolyte fuel cell, and the amount of the gas supplied to the combustor is controlled. .
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