JP2008004426A - Fuel cell system - Google Patents

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Takatoshi Masui
孝年 増井
Satoshi Shiokawa
諭 塩川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of suppressing degradation of reforming efficiency. <P>SOLUTION: The fuel cell system (100) is provided with a fuel cell (60), a reforming means (51) to generate hydrogen by reforming reaction using a reformed fuel, a cathode off-gas supply means (80) to supply the cathode off-gas of the fuel cell to the reforming means, and an O/C control means (10, 80) to carry out a first control to control O/C so that S/C+O/C≥2 and O/C may be a first prescribed value or less when the load of the fuel cell fluctuates. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell.

燃料電池は、一般的には水素及び酸素を燃料として電気エネルギーを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れかつ高いエネルギー効率を実現できることから、今後のエネルギー供給システムとして広く開発が進められてきている。   A fuel cell is a device that generally obtains electric energy using hydrogen and oxygen as fuel. Since this fuel cell is excellent in terms of environment and can realize high energy efficiency, it has been widely developed as a future energy supply system.

現在、多くの燃料電池システムにおいては、改質器においてガソリン、天然ガス、メタノール等の炭化水素系燃料と水蒸気とによる水蒸気改質反応および酸素とこれらの炭化水素系燃料とによる部分酸化反応により、改質ガスが生成されている。この改質ガスは、燃料電池のアノードに供給される。一方、カソードにはエア等の酸素含有ガスが供給される。その結果、燃料電池において発電が行われる。   Currently, in many fuel cell systems, in a reformer, by a steam reforming reaction with a hydrocarbon fuel such as gasoline, natural gas, methanol and the like and steam and a partial oxidation reaction with oxygen and these hydrocarbon fuels, Reformed gas is generated. This reformed gas is supplied to the anode of the fuel cell. On the other hand, an oxygen-containing gas such as air is supplied to the cathode. As a result, power generation is performed in the fuel cell.

ところで、発電に伴って発生した水および発電に用いられなかった酸素を含有するカソードオフガスを改質器に供給する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。この技術を用いれば水蒸気を発生させる装置を新たに設ける必要がないことから、システムの小型化等を図ることができる。この技術においては、改質効率向上を目的として、カソードオフガス中の残存酸素量に応じて改質器への供給燃料量が制御され、O/C比が目標範囲内に維持される。   By the way, the technique which supplies the cathode offgas containing the water which generate | occur | produced with power generation and the oxygen which was not used for power generation to a reformer is disclosed (for example, refer patent document 1). If this technique is used, it is not necessary to newly provide an apparatus for generating water vapor, so that the system can be downsized. In this technique, for the purpose of improving reforming efficiency, the amount of fuel supplied to the reformer is controlled according to the amount of residual oxygen in the cathode offgas, and the O / C ratio is maintained within the target range.

特開2005−235583号公報JP 2005-235583 A

しかしながら、特許文献1の技術では、O/C比の目標範囲が不明確である。したがって、O/C比を目標範囲に制御しても改質効率が低下するおそれがある。   However, in the technique of Patent Document 1, the target range of the O / C ratio is unclear. Therefore, even if the O / C ratio is controlled within the target range, the reforming efficiency may decrease.

本発明は、改質効率低下を抑制することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the fuel cell system which can suppress a reforming efficiency fall.

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、改質燃料を用いた改質反応によって水素を生成する改質手段と、燃料電池のカソードオフガスを改質手段に供給するカソードオフガス供給手段と、燃料電池の負荷が変動する場合にS/C+O/C≧2かつO/Cが第1の所定値以下となるようにO/Cを制御する第1制御を行うO/C制御手段と、を備えることを特徴とするものである。ただし、Sは改質手段に供給される水蒸気のモル量を示し、Cは改質手段に供給される改質燃料中の炭素原子のモル量を示し、Oは改質手段に供給される酸素ガス中の酸素原子のモル量を示す。   A fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell, reforming means for generating hydrogen by a reforming reaction using reformed fuel, cathode offgas supply means for supplying cathode offgas of the fuel cell to the reforming means, O / C control means for performing first control for controlling O / C so that S / C + O / C ≧ 2 and O / C is equal to or less than a first predetermined value when the load of the fuel cell fluctuates; It is characterized by comprising. Where S represents the molar amount of water vapor supplied to the reforming means, C represents the molar amount of carbon atoms in the reformed fuel supplied to the reforming means, and O represents oxygen supplied to the reforming means. Indicates the molar amount of oxygen atoms in the gas.

本発明に係る燃料電池システムにおいては、改質手段における酸素原子のモル数は炭素原子のモル数の2倍以上になる。この場合、炭素が二酸化炭素として排出されやすくなる。それにより、改質手段における炭素析出を抑制することができる。また、O/Cが第1の所定値以下となることから、部分酸化反応の比率の増加を抑制することができる。この場合、過剰燃焼を抑制することができる。それにより、改質手段の劣化を抑制することができる。以上のことから、本発明に係る燃料電池システムの改質効率低下を抑制することができる。   In the fuel cell system according to the present invention, the number of moles of oxygen atoms in the reforming means is twice or more the number of moles of carbon atoms. In this case, carbon is easily discharged as carbon dioxide. Thereby, carbon deposition in the reforming means can be suppressed. Moreover, since O / C becomes below a 1st predetermined value, the increase in the ratio of a partial oxidation reaction can be suppressed. In this case, excessive combustion can be suppressed. Thereby, deterioration of the reforming means can be suppressed. From the above, a reduction in reforming efficiency of the fuel cell system according to the present invention can be suppressed.

燃料電池に要求される負荷の変動幅を取得および/または予測する第1検出手段をさらに備え、O/C制御手段は、第1検出手段によって取得および/または予測された負荷の変動幅が所定値を超えた場合に、第1制御を行ってもよい。この場合、本発明に係る燃料電池システムに混入するノイズの影響を無視することができる。したがって、不必要な第1制御の実行による燃料量、酸素量、水蒸気量の急激な変化を抑制することができる。その結果、生成水素流量、生成水素濃度の不安定化を抑制することができる。   First detection means for acquiring and / or predicting a load fluctuation range required for the fuel cell is further provided, and the O / C control means has a predetermined load fluctuation range acquired and / or predicted by the first detection means. When the value is exceeded, the first control may be performed. In this case, the influence of noise mixed in the fuel cell system according to the present invention can be ignored. Therefore, sudden changes in the fuel amount, oxygen amount, and water vapor amount due to unnecessary execution of the first control can be suppressed. As a result, destabilization of the generated hydrogen flow rate and the generated hydrogen concentration can be suppressed.

O/C制御手段は、負荷の変動幅が大きいほどO/Cを高く設定してもよい。この場合、負荷が増大する場合には、水蒸気改質反応の比率の増大による改質手段の温度低下を抑制することができる。また、負荷が低下する場合には、水蒸気の不足によるカーボン析出を抑制することができる。   The O / C control means may set the O / C higher as the load fluctuation range is larger. In this case, when the load increases, the temperature drop of the reforming means due to the increase in the ratio of the steam reforming reaction can be suppressed. In addition, when the load decreases, carbon deposition due to lack of water vapor can be suppressed.

O/C制御手段は、燃料電池の出力が燃料電池に要求される負荷に到達した場合に、第1制御を終了してもよい。この場合、不必要な制御を防止することができる。また、燃料電池は、要求される負荷に応じて出力を段階的に変動させてもよい。この場合、第1制御の開始および終了の判断が容易になる。また、第1の所定値は、1であってもよい。この場合、改質手段における過剰燃焼を抑制することができる。それにより、改質手段の劣化を抑制することができる。   The O / C control means may end the first control when the output of the fuel cell reaches a load required for the fuel cell. In this case, unnecessary control can be prevented. In addition, the fuel cell may vary the output stepwise according to the required load. In this case, the start and end of the first control can be easily determined. The first predetermined value may be 1. In this case, excessive combustion in the reforming means can be suppressed. Thereby, deterioration of the reforming means can be suppressed.

O/C制御手段は、第1制御を行う直前のO/Cを下回らないように第1制御を行ってもよい。この場合、負荷増大時には水蒸気改質反応の比率の増大に伴う改質手段の温度低下を抑制することができ、負荷低下時には水蒸気不足によるカーボン析出を抑制することができる。また、O/C制御手段は、燃料電池のカソードにエアを供給するポンプであってもよい。この場合、改質手段のO/C制御を行うための装置を新たに設ける必要がなくなる。   The O / C control means may perform the first control so as not to fall below the O / C immediately before performing the first control. In this case, when the load increases, the temperature drop of the reforming means accompanying an increase in the ratio of the steam reforming reaction can be suppressed, and when the load decreases, carbon deposition due to insufficient steam can be suppressed. The O / C control means may be a pump that supplies air to the cathode of the fuel cell. In this case, it is not necessary to newly provide a device for performing O / C control of the reforming means.

本発明によれば、炭素析出を抑制することができるとともに、過剰燃焼を抑制することができる。それにより、改質効率低下を抑制することができる。   According to the present invention, carbon deposition can be suppressed and excessive combustion can be suppressed. Thereby, reduction in reforming efficiency can be suppressed.

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

図1は、本発明の第1実施例に係る燃料電池システム100の全体構成を示す模式図である。図1に示すように、燃料電池システム100は、制御部10、改質燃料タンク20、燃料ポンプ30、調量弁40、改質器50、燃料電池60、エアポンプ70,80およびアクセル開度センサ90を備える。改質器50は、改質部51および加熱部52を備える。   FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a fuel cell system 100 according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 100 includes a control unit 10, a reformed fuel tank 20, a fuel pump 30, a metering valve 40, a reformer 50, a fuel cell 60, air pumps 70 and 80, and an accelerator opening sensor. 90. The reformer 50 includes a reforming unit 51 and a heating unit 52.

燃料電池60は、カソード61、アノード62、冷却部63および電流計64を備える。本実施例においては、燃料電池60として水素分離膜電池を用いた。ここで、水素分離膜電池とは、水素分離膜層を備えた燃料電池である。水素分離膜層は水素透過性を有する金属によって形成される層である。水素分離膜電池は、この水素分離膜層及びプロトン導電性を有する電解質を積層した構造をとっている。水素分離膜電池のアノードに供給された水素は触媒を介してプロトンに変換され、プロトン導電性の電解質中を移動し、カソードにおいて酸素と結合して水となる。カソードにおいて発生した水は、水素分離膜電池の発電の際に発生する熱によって水蒸気になる。   The fuel cell 60 includes a cathode 61, an anode 62, a cooling unit 63, and an ammeter 64. In this example, a hydrogen separation membrane battery was used as the fuel cell 60. Here, the hydrogen separation membrane battery is a fuel cell provided with a hydrogen separation membrane layer. The hydrogen separation membrane layer is a layer formed of a metal having hydrogen permeability. The hydrogen separation membrane battery has a structure in which the hydrogen separation membrane layer and an electrolyte having proton conductivity are laminated. Hydrogen supplied to the anode of the hydrogen separation membrane battery is converted into protons via the catalyst, moves through the proton conductive electrolyte, and combines with oxygen at the cathode to become water. The water generated at the cathode is converted into water vapor by heat generated during power generation of the hydrogen separation membrane battery.

制御部10は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)等から構成される。制御部10は、電流計64およびアクセル開度センサ90から与えられる検出結果に基づいて、燃料電池システム100の各部を制御する。詳細は後述する。   The control unit 10 includes a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), and the like. The control unit 10 controls each unit of the fuel cell system 100 based on detection results given from the ammeter 64 and the accelerator opening sensor 90. Details will be described later.

改質燃料タンク20は、改質燃料として用いる炭化水素燃料を貯蔵している。燃料ポンプ30は、制御部10の指示に従って、改質燃料タンク20に貯蔵されている改質燃料を調量弁40に供給する。調量弁40は、制御部10の指示に従って、改質部51における改質反応に必要な量の改質燃料を改質部51に供給する。   The reformed fuel tank 20 stores hydrocarbon fuel used as the reformed fuel. The fuel pump 30 supplies the reformed fuel stored in the reformed fuel tank 20 to the metering valve 40 in accordance with instructions from the control unit 10. The metering valve 40 supplies the reforming unit 51 with an amount of reformed fuel necessary for the reforming reaction in the reforming unit 51 in accordance with an instruction from the control unit 10.

改質部51においては、改質燃料と後述するカソードオフガスとから水素を含有する改質ガスが生成される。まず、改質燃料中のメタンとカソードオフガス中の水蒸気とにより水蒸気改質反応が起こり、水素及び一酸化炭素が生成される。次に、生成された一酸化炭素の一部とカソードオフガス中の水蒸気とが反応し、水素及び二酸化炭素が生成される。水蒸気改質反応に必要な水蒸気が不足している場合には、カソードオフガス中の酸素とメタンとが部分酸化反応を起こし、水素及び一酸化炭素が生成される。   In the reforming unit 51, a reformed gas containing hydrogen is generated from the reformed fuel and a cathode off gas described later. First, a steam reforming reaction occurs by methane in the reformed fuel and steam in the cathode offgas, and hydrogen and carbon monoxide are generated. Next, a part of the generated carbon monoxide reacts with the water vapor in the cathode offgas, and hydrogen and carbon dioxide are generated. When the steam required for the steam reforming reaction is insufficient, oxygen and methane in the cathode offgas undergo a partial oxidation reaction, and hydrogen and carbon monoxide are generated.

改質部51において生成された改質ガスは、アノード62に供給される。アノード62においては、改質ガス中の水素がプロトンに変換される。アノード62においてプロトンに変換されなかった水素、ならびに、改質部51において反応しなかったメタン、一酸化炭素および水蒸気は、アノードオフガスとして加熱部52に供給される。   The reformed gas generated in the reforming unit 51 is supplied to the anode 62. At the anode 62, hydrogen in the reformed gas is converted into protons. Hydrogen that has not been converted into protons at the anode 62 and methane, carbon monoxide, and water vapor that have not reacted in the reforming unit 51 are supplied to the heating unit 52 as anode offgas.

エアポンプ70は、制御部10の指示に従って、必要量のエアを冷却部63に供給する。冷却部63に供給されたエアは、燃料電池60を冷却して加熱部52に供給される。加熱部52においては、アノードオフガスと冷却部63から供給されるエアとによって燃焼反応が起こる。加熱部52における燃焼反応によって発生する排気ガスは、燃料電池システム100の外部に排出される。また、加熱部52における燃焼反応による燃焼熱は、改質部51における水蒸気改質反応に利用される。   The air pump 70 supplies a necessary amount of air to the cooling unit 63 in accordance with instructions from the control unit 10. The air supplied to the cooling unit 63 cools the fuel cell 60 and is supplied to the heating unit 52. In the heating unit 52, a combustion reaction occurs due to the anode off gas and the air supplied from the cooling unit 63. Exhaust gas generated by the combustion reaction in the heating unit 52 is discharged outside the fuel cell system 100. Further, the combustion heat generated by the combustion reaction in the heating unit 52 is used for the steam reforming reaction in the reforming unit 51.

エアポンプ80は、制御部10の指示に従って、必要量の酸素をカソード61に供給する。カソード61においては、アノード62において変換されたプロトンとカソード61に供給されたエア中の酸素とから水が発生するとともに電力が発生する。発生した電力は、蓄電池(図示せず)に蓄電されまたはモータ等の負荷に用いられる。発生した水は、燃料電池60において発生する熱によって水蒸気となる。カソード61において発生した水蒸気およびプロトンと反応しなかったエアは、カソードオフガスとして改質部51に供給され、それぞれ水蒸気改質反応および部分酸化反応に用いられる。このようにカソードオフガスを水蒸気改質反応に利用することができることから、水蒸気を発生させる装置を新たに設ける必要がない。   The air pump 80 supplies a necessary amount of oxygen to the cathode 61 in accordance with an instruction from the control unit 10. In the cathode 61, water is generated and electric power is generated from the protons converted in the anode 62 and oxygen in the air supplied to the cathode 61. The generated electric power is stored in a storage battery (not shown) or used for a load such as a motor. The generated water becomes water vapor by the heat generated in the fuel cell 60. The air that has not reacted with the water vapor and protons generated at the cathode 61 is supplied to the reforming section 51 as a cathode off-gas and used for the steam reforming reaction and the partial oxidation reaction, respectively. Thus, since the cathode off gas can be used for the steam reforming reaction, it is not necessary to newly provide a device for generating steam.

電流計64は、燃料電池60における発電反応により発生した電流を検出し、その検出結果を制御部10に与える。アクセル開度センサ90は、図示しないアクセルの開度を検出し、その検出結果を制御部10に与える。以下、負荷変動時における制御部10による改質部51のO/Cの制御について説明する。   The ammeter 64 detects the current generated by the power generation reaction in the fuel cell 60 and gives the detection result to the control unit 10. The accelerator opening sensor 90 detects the opening of an accelerator (not shown) and gives the detection result to the control unit 10. Hereinafter, the O / C control of the reforming unit 51 by the control unit 10 at the time of load fluctuation will be described.

まず、制御部10は、アクセル開度センサ90の検出結果に基づいて、燃料電池60に要求される負荷(以下、要求負荷Preqと称する。)に変動があるか否かを判定する。要求負荷Preqに変動があると判定された場合、制御部10は、下記式(1)を満たすようにエアポンプ80を制御する。
S/C + O/C ≧ 2 (1)
ここで、Sは、改質部51に供給される水蒸気のモル量を示す。Cは、改質部51に供給される改質燃料中の炭素原子のモル量を示す。Oは、改質部51に供給される酸素ガス中の酸素原子のモル量を示す。
First, the control unit 10 determines whether or not a load required for the fuel cell 60 (hereinafter referred to as a required load Preq) is varied based on the detection result of the accelerator opening sensor 90. When it is determined that there is a change in the required load Preq, the control unit 10 controls the air pump 80 so as to satisfy the following formula (1).
S / C + O / C ≧ 2 (1)
Here, S indicates the molar amount of water vapor supplied to the reforming unit 51. C indicates the molar amount of carbon atoms in the reformed fuel supplied to the reforming unit 51. O represents the molar amount of oxygen atoms in the oxygen gas supplied to the reforming unit 51.

1モルの水蒸気には1モルの酸素が含まれていることから、式(1)を満たす量の水蒸気、改質燃料および酸素が改質部51に供給されれば、改質部51において炭素と反応していない酸素原子のモル数は酸素と反応していない炭素原子のモル数の2倍以上になる。この場合、炭素が二酸化炭素として排出されやすくなる。それにより、改質部51における炭素析出を抑制することができる。   Since 1 mol of oxygen is contained in 1 mol of water vapor, if an amount of water vapor, reformed fuel, and oxygen satisfying the formula (1) is supplied to the reforming unit 51, carbon in the reforming unit 51 The number of moles of oxygen atoms that have not reacted with is more than twice the number of moles of carbon atoms that have not reacted with oxygen. In this case, carbon is easily discharged as carbon dioxide. Thereby, carbon deposition in the reforming part 51 can be suppressed.

ここで、部分酸化反応は発熱反応である。したがって、急激に部分酸化反応の比率が高くなると、過剰燃焼によって改質部51が劣化するおそれがある。そこで、本実施例においては、制御部10は式(1)に加えて下記式(2)を満たすようにエアポンプ80を制御する。
O/C ≦ X (2)
なお、Xは、過剰燃焼により改質部51が劣化しないように定められる値である。本実施例においては、X=1である。以下、O/Cが1以下である理由を説明する。
Here, the partial oxidation reaction is an exothermic reaction. Therefore, if the ratio of the partial oxidation reaction is rapidly increased, the reforming portion 51 may be deteriorated due to excessive combustion. Therefore, in this embodiment, the control unit 10 controls the air pump 80 so as to satisfy the following formula (2) in addition to the formula (1).
O / C ≦ X (2)
X is a value determined so that the reforming part 51 does not deteriorate due to excessive combustion. In this embodiment, X = 1. Hereinafter, the reason why O / C is 1 or less will be described.

図2は、O/Cと改質部51内の温度との関係を示す図である。図2の左側の縦軸は改質部51内の温度を示し、図2の右側の縦軸は改質部51における水素濃度を示し、図2の横軸は時間を示す。改質部51内の複数の箇所において、温度を測定した。図2に示すように、O/C=1.0である場合には、改質部51の温度はいずれの箇所においても800℃以下であった。一方、O/C=1.5である場合には、改質部51において800℃を超える箇所があった。この場合、改質部51において過剰燃焼が起こっていると考えられる。以上のことから、O/Cを1.0以下に設定することによって、過剰燃焼による改質部51の劣化を抑制することができる。   FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between O / C and the temperature in the reforming unit 51. The vertical axis on the left side in FIG. 2 indicates the temperature in the reforming unit 51, the vertical axis on the right side in FIG. 2 indicates the hydrogen concentration in the reforming unit 51, and the horizontal axis in FIG. The temperature was measured at a plurality of locations in the reforming unit 51. As shown in FIG. 2, when O / C = 1.0, the temperature of the reforming part 51 was 800 ° C. or lower at any location. On the other hand, when O / C = 1.5, there was a portion exceeding 800 ° C. in the reforming section 51. In this case, it is considered that excessive combustion occurs in the reforming section 51. From the above, by setting O / C to 1.0 or less, it is possible to suppress deterioration of the reforming unit 51 due to excessive combustion.

このように、式(1)、(2)を満たすようにO/Cを制御することにより、改質部51における炭素析出を抑制することができるとともに、改質部51の劣化を抑制することができる。したがって、燃料電池システム100の改質効率低下を抑制することができる。なお、本実施例に係る燃料電池システム100のようにカソードオフガス中の酸素および水蒸気を改質反応に利用するシステムにおいては、水蒸気量が燃料電池60の発電量に依存するのでS/Cを自由に制御することができない。したがって、式(1)、(2)を満たすためには、O/Cの制御が有効である。   Thus, by controlling O / C so as to satisfy the expressions (1) and (2), it is possible to suppress carbon deposition in the reforming part 51 and to suppress deterioration of the reforming part 51. Can do. Therefore, a reduction in reforming efficiency of the fuel cell system 100 can be suppressed. In the system using oxygen and water vapor in the cathode off-gas for the reforming reaction as in the fuel cell system 100 according to the present embodiment, the S / C can be freely set because the water vapor amount depends on the power generation amount of the fuel cell 60. Can not be controlled. Therefore, O / C control is effective to satisfy the expressions (1) and (2).

なお、制御部10は、上記のO/C制御を行う直前のO/Cを下回らないように上記O/C制御を行ってもよい。この場合、負荷増大時には水蒸気改質反応の比率の増大に伴う改質手段の温度低下を抑制することができ、負荷低下時には水蒸気不足によるカーボン析出を抑制することができる。   Note that the control unit 10 may perform the O / C control so as not to fall below the O / C immediately before the O / C control is performed. In this case, when the load increases, the temperature drop of the reforming means accompanying an increase in the ratio of the steam reforming reaction can be suppressed, and when the load decreases, carbon deposition due to insufficient steam can be suppressed.

続いて、制御部10によるO/C制御の具体的な説明を行う。まず、制御部10は、アクセル開度センサ90からアクセル開度Accを受け取る。制御部10は、受け取ったアクセル開度Accに基づいて、要求負荷Preqを計算する。この場合、制御部10は、図3に示すマップを用いて要求負荷Preqを計算する。図3は、アクセル開度Accと要求負荷Preqとの関係の一例を示す図である。図3の縦軸は要求負荷Preqを示し、図3の横軸はアクセル開度Accを示す。図3に示すように、要求負荷Preqは、アクセル開度Accに比例して増加する。   Subsequently, the O / C control by the control unit 10 will be specifically described. First, the control unit 10 receives the accelerator opening Acc from the accelerator opening sensor 90. The control unit 10 calculates the required load Preq based on the received accelerator opening Acc. In this case, the control unit 10 calculates the required load Preq using the map shown in FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the relationship between the accelerator opening Acc and the required load Preq. The vertical axis in FIG. 3 indicates the required load Preq, and the horizontal axis in FIG. 3 indicates the accelerator opening Acc. As shown in FIG. 3, the required load Preq increases in proportion to the accelerator opening Acc.

図4は、アクセル開度Accと要求負荷Preqとの関係の他の例を示す図である。図4の縦軸は要求負荷Preqを示し、図4の横軸はアクセル開度Accを示す。図4に示すように、要求負荷Preqは、アクセル開度Accの増加に伴って段階的に増加する。すなわち、要求負荷Preqがとりうる値は、あらかじめ定められた所定の複数の値に限定される。この場合、発電反応に必要な水素量および酸素量の制御が容易になる。   FIG. 4 is a diagram illustrating another example of the relationship between the accelerator opening Acc and the required load Preq. The vertical axis in FIG. 4 indicates the required load Preq, and the horizontal axis in FIG. 4 indicates the accelerator opening Acc. As shown in FIG. 4, the required load Preq increases stepwise as the accelerator opening Acc increases. That is, the values that can be taken by the required load Preq are limited to a plurality of predetermined values. In this case, control of the amount of hydrogen and the amount of oxygen necessary for the power generation reaction is facilitated.

次に、制御部10は、要求負荷Preqが前回の要求負荷Preq_oと異なる値である場合に要求負荷Preqが変動したと判定することができる。なお、要求負荷Preqと前回の要求負荷Preq_oとの差の絶対値が所定値(例えば、燃料電池60の最大出力の20%)より大きい場合に、要求負荷Preqが変動したと判定してもよい。この場合、燃料電池システム100に混入するノイズの影響を無視することができる。したがって、不必要なO/C制御の実行による燃料量、酸素量、水蒸気量の急激な変化を抑制することができる。その結果、生成水素流量、生成水素濃度の不安定化を抑制することができる。なお、要求負荷Preqが図4に示すように段階的に変動する場合には、要求負荷の変動を判断しやすくなる。   Next, the control unit 10 can determine that the required load Preq has changed when the required load Preq has a value different from the previous required load Preq_o. When the absolute value of the difference between the required load Preq and the previous required load Preq_o is larger than a predetermined value (for example, 20% of the maximum output of the fuel cell 60), it may be determined that the required load Preq has changed. . In this case, the influence of noise mixed in the fuel cell system 100 can be ignored. Therefore, rapid changes in the fuel amount, oxygen amount, and water vapor amount due to unnecessary execution of the O / C control can be suppressed. As a result, destabilization of the generated hydrogen flow rate and the generated hydrogen concentration can be suppressed. When the required load Preq varies stepwise as shown in FIG. 4, it becomes easy to determine the variation of the required load.

要求負荷Preqが変動したと判定された場合、制御部10は、改質部51に供給する改質燃料の目標量(以下、燃料目標流量Qf_t)を算出する。この場合、制御部10は、図5に示すマップを用いて燃料目標流量Qf_tを計算する。図5は、要求負荷Preqと燃料目標流量Qf_tとの関係の一例を示す図である。図5の縦軸は燃料目標流量Qf_tを示し、図5の横軸は要求負荷Preqを示す。   When it is determined that the required load Preq has fluctuated, the control unit 10 calculates a target amount of reformed fuel to be supplied to the reforming unit 51 (hereinafter, fuel target flow rate Qf_t). In this case, the control unit 10 calculates the fuel target flow rate Qf_t using the map shown in FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the relationship between the required load Preq and the fuel target flow rate Qf_t. The vertical axis in FIG. 5 represents the fuel target flow rate Qf_t, and the horizontal axis in FIG. 5 represents the required load Preq.

図5に示すように、燃料目標流量Qf_tは、要求負荷Preqの増加に伴って増加する。なお、高負荷側においては、要求負荷Preqの増加比率に対する燃料目標流量Qf_tの増加比率が大きくなっている。一般的に高負荷側においては改質効率が低下するからである。   As shown in FIG. 5, the fuel target flow rate Qf_t increases as the required load Preq increases. On the high load side, the increase ratio of the fuel target flow rate Qf_t with respect to the increase ratio of the required load Preq is large. This is because the reforming efficiency generally decreases on the high load side.

次に、制御部10は、電流計64の検出結果に基づいて、カソードオフガスに含まれる水蒸気の流量(以下、推定水蒸気流量Stm(mol/s))を算出する。制御部10は、下記式(3)を用いて推定水蒸気流量Stmを算出することができる。
Stm = (発電電流×セルの積層枚数)/(2×96485) (3)
なお、式(3)において、発電電流は電流計64によって検出された電流であり、セルの積層枚数は燃料電池60において積層されているセルの枚数であり、96485はファラデー定数である。
Next, based on the detection result of the ammeter 64, the control unit 10 calculates the flow rate of water vapor contained in the cathode offgas (hereinafter, estimated water vapor flow rate Stm (mol / s)). The controller 10 can calculate the estimated water vapor flow rate Stm using the following equation (3).
Stm = (power generation current × number of stacked cells) / (2 × 96485) (3)
In Equation (3), the generated current is the current detected by the ammeter 64, the number of stacked cells is the number of cells stacked in the fuel cell 60, and 96485 is the Faraday constant.

次いで、制御部10は、燃料目標流量Qf_tの改質燃料を改質部51に供給した場合のS/Cの予測値(以下、予測S/Cと称する。)を算出する。この場合、制御部10は、燃料目標流量Qf_tと推定水蒸気流量Stmとから予測S/Cを算出することができる。   Next, the control unit 10 calculates a predicted S / C value (hereinafter referred to as predicted S / C) when the reformed fuel having the fuel target flow rate Qf_t is supplied to the reforming unit 51. In this case, the control unit 10 can calculate the predicted S / C from the fuel target flow rate Qf_t and the estimated water vapor flow rate Stm.

次に、制御部10は、改質部51における目標とするO/C(以下、制御目標O/C)を求める。この場合、上記式(1)、(2)を満たすように制御目標O/Cを求める。この場合、改質部51における炭素析出を抑制することができるとともに、改質部51における過剰燃焼を抑制することができる。   Next, the control unit 10 obtains a target O / C (hereinafter, control target O / C) in the reforming unit 51. In this case, the control target O / C is obtained so as to satisfy the above formulas (1) and (2). In this case, carbon deposition in the reforming unit 51 can be suppressed, and excessive combustion in the reforming unit 51 can be suppressed.

また、制御部10は、図6のマップを用いて制御目標O/Cを求めてもよい。図6は、予測S/Cと制御目標O/Cとの関係を示すマップである。図6の縦軸は制御目標O/Cを示し、図6の横軸は予測S/Cを示す。図6に示すように、制御部10は、予測S/Cが2.0である場合に制御目標O/Cを最小値に設定してもよい。予測S/Cが2.0である場合には、部分酸化反応の比率が小さくてもカーボン析出を抑制することができるからである。また、制御部10は、予測S/Cが2.0よりも小さい場合には、制御目標O/Cを増加させる。カーボン析出を抑制するためである。さらに、制御部10は、予測S/Cが2.0よりも大きい場合にも制御目標O/Cを増加させる。吸熱反応である水蒸気改質反応の比率が高くなると、改質部51の温度が低下してしまうからである。   Moreover, the control part 10 may obtain | require control target O / C using the map of FIG. FIG. 6 is a map showing the relationship between the predicted S / C and the control target O / C. The vertical axis in FIG. 6 represents the control target O / C, and the horizontal axis in FIG. 6 represents the predicted S / C. As illustrated in FIG. 6, the control unit 10 may set the control target O / C to the minimum value when the predicted S / C is 2.0. This is because when the predicted S / C is 2.0, carbon deposition can be suppressed even if the ratio of the partial oxidation reaction is small. In addition, when the predicted S / C is smaller than 2.0, the control unit 10 increases the control target O / C. This is for suppressing carbon deposition. Furthermore, the control unit 10 increases the control target O / C even when the predicted S / C is larger than 2.0. This is because when the ratio of the steam reforming reaction, which is an endothermic reaction, increases, the temperature of the reforming unit 51 decreases.

予測S/Cの変化に対する制御目標O/Cの増加の割合は、予測S/Cが2.0から増加する場合に比較して予測S/Cが2.0から低下する場合に小さいことが好ましい。水蒸気改質反応の比率が小さい場合に部分酸化反応の比率を必要以上に増加させると改質部51の温度が急激に増加してしまうからである。なお、燃料電池60にかかる負荷の増大量が大きいほど、制御目標O/Cの増加幅を大きく設定してもよい。S/Cの低下幅が大きくなってしまうからである。以上のことから、負荷状況に応じた適切なO/C制御が可能である。なお、図6のマップを用いる場合においても、式(1)、(2)の関係を満たす必要がある。   The rate of increase in the control target O / C relative to the change in the predicted S / C may be smaller when the predicted S / C decreases from 2.0 than when the predicted S / C increases from 2.0. preferable. This is because if the ratio of the partial oxidation reaction is increased more than necessary when the ratio of the steam reforming reaction is small, the temperature of the reforming unit 51 increases rapidly. Note that the amount of increase in the control target O / C may be set larger as the load increase amount applied to the fuel cell 60 is larger. This is because the decrease width of S / C becomes large. From the above, appropriate O / C control according to the load situation is possible. Even when the map of FIG. 6 is used, it is necessary to satisfy the relationships of the expressions (1) and (2).

次いで、制御部10は、改質部51に供給される改質燃料の流量が燃料目標流量Qf_tになるように、調量弁40を制御する。なお、制御部10は、現時点での改質燃料流量(以下、現流量Qfと称する)が燃料目標流量Qf_tに近くなった場合には、改質燃料の供給量の変動を小さくしてもよい。改質部51に供給される燃料の流量が燃料目標流量Qf_tに収束しやすくなるからである。以下、その詳細を説明する。   Next, the control unit 10 controls the metering valve 40 so that the flow rate of the reformed fuel supplied to the reforming unit 51 becomes the fuel target flow rate Qf_t. The control unit 10 may reduce the variation in the supply amount of the reformed fuel when the current reformed fuel flow rate (hereinafter referred to as the current flow rate Qf) approaches the fuel target flow rate Qf_t. . This is because the flow rate of the fuel supplied to the reforming unit 51 easily converges to the fuel target flow rate Qf_t. Details will be described below.

まず、燃料電池60の負荷が増大するか否かを判定する。この場合、制御部10は、燃料目標流量Qf_tが現流量Qfよりも大きければ燃料電池60の負荷が増大すると判定し、燃料目標流量Qf_tが現流量Qf以下であれば燃料電池60の負荷が減少すると判定する。燃料電池60の負荷が増大すると判定された場合、制御部10は、改質部51に供給する改質燃料流量を算出する。この場合、制御部10は、図7のマップを用いる。   First, it is determined whether or not the load on the fuel cell 60 increases. In this case, the control unit 10 determines that the load on the fuel cell 60 increases if the fuel target flow rate Qf_t is larger than the current flow rate Qf, and decreases the load on the fuel cell 60 if the fuel target flow rate Qf_t is equal to or less than the current flow rate Qf. Judge that. When it is determined that the load of the fuel cell 60 increases, the control unit 10 calculates the reformed fuel flow rate supplied to the reforming unit 51. In this case, the control unit 10 uses the map of FIG.

図7は、改質部51に必要な改質燃料の変動量と改質燃料量の補正値(以下、補正値map(Qf_t−Qf)と称する)との関係を示す図である。図7の横軸は改質燃料の変動量を示し、図7の縦軸は補正値map(Qf_t−Qf)を示す。図7に示すように、補正値map(Qf_t−Qf)は、改質燃料の変動量が第1の所定値以下の場合には「Qf_t−Qf」よりも小さい一定の値を示し、改質燃料の変動量が第1の所定値を超えると改質燃料の変動量に比例して増加して第2の所定値以上になると「Qf_t−Qf」よりも大きい値を示す。   FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the amount of change in the reformed fuel necessary for the reforming unit 51 and the correction value of the reformed fuel amount (hereinafter referred to as the correction value map (Qf_t−Qf)). The horizontal axis in FIG. 7 indicates the amount of change in the reformed fuel, and the vertical axis in FIG. 7 indicates the correction value map (Qf_t−Qf). As shown in FIG. 7, the correction value map (Qf_t−Qf) is a constant value smaller than “Qf_t−Qf” when the amount of change in the reformed fuel is equal to or less than the first predetermined value. When the fluctuation amount of the fuel exceeds the first predetermined value, it increases in proportion to the fluctuation amount of the reformed fuel, and when the fuel fluctuation amount exceeds the second predetermined value, a value larger than “Qf_t−Qf” is shown.

制御部10は、燃料目標流量Qf_tと現流量Qf+補正値map(Qf_t−Qf)とのいずれか小さい流量の改質燃料が改質部51に供給されるように調量弁40を制御する。この場合、改質燃料の変動量が第2の所定値以上の範囲にある場合においては、改質部51に供給される改質燃料の流量が燃料目標流量Qf_tに設定される。一方、改質燃料の変動量が第2の所定値以下になると、改質部51に供給される改質燃料量は、燃料目標流量Qf_tよりも小さい値に設定される。それにより、改質部51に供給される改質燃料量の急激な変化を抑制することができる。   The control unit 10 controls the metering valve 40 so that the reformed fuel having a smaller flow rate between the fuel target flow rate Qf_t and the current flow rate Qf + correction value map (Qf_t−Qf) is supplied to the reforming unit 51. In this case, when the fluctuation amount of the reformed fuel is in the range of the second predetermined value or more, the flow rate of the reformed fuel supplied to the reforming unit 51 is set to the fuel target flow rate Qf_t. On the other hand, when the fluctuation amount of the reformed fuel becomes equal to or less than the second predetermined value, the reformed fuel amount supplied to the reforming unit 51 is set to a value smaller than the fuel target flow rate Qf_t. Thereby, a sudden change in the amount of reformed fuel supplied to the reforming unit 51 can be suppressed.

燃料電池60の負荷が減少すると判定された場合、制御部10は、改質部51に供給する改質燃料流量を算出する。この場合、制御部10は、図8のマップを用いる。図8は、改質部51に必要な改質燃料の変動量と改質燃料量の補正値(以下、補正値map(Qf−Qf_t)と称する)との関係を示す図である。図8の横軸は改質燃料の変動量を示し、図8の縦軸は補正値map(Qf−Qf_t)を示す。図8に示すように、補正値map(Qf−Qf_t)は、改質燃料の変動量が第3の所定値以下の場合には「Qf−Qf_t」よりも小さい一定の値を示し、改質燃料の変動量が第3の所定値を超えると改質燃料の変動量に比例して増加して第4の所定値以上になると「Qf−Qf_t」よりも大きい値を示す。   When it is determined that the load on the fuel cell 60 decreases, the control unit 10 calculates the reformed fuel flow rate to be supplied to the reforming unit 51. In this case, the control unit 10 uses the map of FIG. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the amount of change in reformed fuel required for the reforming unit 51 and the correction value of the reformed fuel amount (hereinafter referred to as a correction value map (Qf−Qf_t)). The horizontal axis in FIG. 8 indicates the amount of change in the reformed fuel, and the vertical axis in FIG. 8 indicates the correction value map (Qf−Qf_t). As shown in FIG. 8, the correction value map (Qf−Qf_t) shows a constant value smaller than “Qf−Qf_t” when the amount of change in the reformed fuel is equal to or smaller than the third predetermined value. When the fluctuation amount of the fuel exceeds the third predetermined value, it increases in proportion to the fluctuation amount of the reformed fuel, and when it exceeds the fourth predetermined value, a value larger than “Qf−Qf_t” is shown.

制御部10は、燃料目標流量Qf_tと現流量Qf−補正値map(Qf−Qf_t)とのいずれか大きい流量の改質燃料が改質部51に供給されるように調量弁40を制御する。この場合、改質燃料の変動量が第4の所定値以上の範囲にある場合おいては、改質部51に供給される改質燃料の流量が燃料目標流量Qf_tに設定される。一方、改質燃料の変動量が第4の所定値以下になると、改質部51に供給される改質燃料量は、燃料目標流量Qf_tよりも大きい値に設定される。それにより、改質部51に供給される改質燃料量の急激な変化を抑制することができる。   The control unit 10 controls the metering valve 40 so that the reformed fuel having a flow rate larger than the target fuel flow rate Qf_t and the current flow rate Qf−correction value map (Qf−Qf_t) is supplied to the reforming unit 51. . In this case, when the variation amount of the reformed fuel is in the range of the fourth predetermined value or more, the flow rate of the reformed fuel supplied to the reforming unit 51 is set to the fuel target flow rate Qf_t. On the other hand, when the fluctuation amount of the reformed fuel becomes equal to or smaller than the fourth predetermined value, the reformed fuel amount supplied to the reforming unit 51 is set to a value larger than the fuel target flow rate Qf_t. Thereby, a sudden change in the amount of reformed fuel supplied to the reforming unit 51 can be suppressed.

次に、制御部10は、改質部51におけるO/Cが制御目標O/Cになるようにエアポンプ80を制御する。制御部10は、改質部51に供給される改質燃料流量が燃料目標流量Qf_tに到達した場合に、O/C制御を終了する。なお、制御部10は、燃料電池60の出力が要求負荷Preqに到達した場合にO/C制御を終了してもよい。この場合、燃料電池60の出力が図4に示すように段階的に変動する場合には、O/C制御の終了の判断が用意になる。燃料電池60の出力が不必要に変動しないからである。   Next, the control unit 10 controls the air pump 80 so that the O / C in the reforming unit 51 becomes the control target O / C. The control unit 10 ends the O / C control when the reformed fuel flow rate supplied to the reforming unit 51 reaches the fuel target flow rate Qf_t. The control unit 10 may end the O / C control when the output of the fuel cell 60 reaches the required load Preq. In this case, when the output of the fuel cell 60 fluctuates step by step as shown in FIG. 4, it is prepared to determine the end of the O / C control. This is because the output of the fuel cell 60 does not fluctuate unnecessarily.

続いて、制御部10が燃料電池システム100のO/C制御を行う際のフローチャートの1例について説明する。図9は、上記フローチャートの1例を示す図である。制御部10は、図9のフローチャートを例えば100msごとに実行する。まず、制御部10は、図9に示すように、アクセル開度センサ90から取得したアクセル開度に基づいて、要求負荷Preqを算出する(ステップS1)。この場合、制御部10は、図3のマップを用いる。   Next, an example of a flowchart when the control unit 10 performs O / C control of the fuel cell system 100 will be described. FIG. 9 is a diagram showing an example of the flowchart. The control unit 10 executes the flowchart of FIG. 9 every 100 ms, for example. First, as shown in FIG. 9, the control unit 10 calculates a required load Preq based on the accelerator opening obtained from the accelerator opening sensor 90 (step S1). In this case, the control unit 10 uses the map of FIG.

次に、制御部10は、要求負荷Preqと前回の要求負荷Preq_oとの差の絶対値が負荷変化判定値kを超えているか否かを判定する(ステップS2)。本実施例においては、負荷変化判定値kは、燃料電池60の最大出力の20%である。ステップS2において要求負荷Preqと前回の要求負荷Preq_oとの差の絶対値が負荷変化判定値kを超えていると判定された場合、制御部10は、O/C制御が実行中である旨のフラグをセットする。具体的には、制御部10は、変数Preq_flgに1を代入する(ステップS3)。   Next, the control unit 10 determines whether or not the absolute value of the difference between the required load Preq and the previous required load Preq_o exceeds the load change determination value k (step S2). In the present embodiment, the load change determination value k is 20% of the maximum output of the fuel cell 60. When it is determined in step S2 that the absolute value of the difference between the required load Preq and the previous required load Preq_o exceeds the load change determination value k, the control unit 10 indicates that the O / C control is being executed. Set the flag. Specifically, the control unit 10 substitutes 1 for the variable Preq_flg (step S3).

次に、制御部10は、要求負荷Preqに基づいて、燃料目標流量Qf_tを算出する(ステップS4)。この場合、制御部10は、図5のマップを用いる。次いで、制御部10は、電流計64から取得した電流値に基づいて、推定水蒸気流量Stmを算出する(ステップS5)。次に、制御部10は、燃料目標流量Qf_tと推定水蒸気量Stmとから予測S/Cを算出する(ステップS6)。次いで、制御部10は、予測S/Cに基づいて制御目標O/Cを算出する(ステップS7)。この場合、制御部10は、図6のマップを用いる。   Next, the control unit 10 calculates the fuel target flow rate Qf_t based on the required load Preq (step S4). In this case, the control unit 10 uses the map of FIG. Next, the control unit 10 calculates the estimated water vapor flow rate Stm based on the current value acquired from the ammeter 64 (step S5). Next, the control unit 10 calculates a predicted S / C from the fuel target flow rate Qf_t and the estimated water vapor amount Stm (step S6). Next, the control unit 10 calculates a control target O / C based on the predicted S / C (step S7). In this case, the control unit 10 uses the map of FIG.

次に、制御部10は、燃料目標流量Qf_tが現流量Qfよりも大きいか否かを判定する(ステップS8)。ステップS8において燃料目標流量Qf_tが現流量Qfよりも大きいと判定された場合、制御部10は、燃料目標流量Qf_tと図7に示す現流量Qf+補正値map(Qf_t−Qf)とのいずれか小さい流量を現流量Qfとし、現流量Qfの改質燃料が改質部51に供給されるように調量弁40を制御する(ステップS9)。ステップS8において燃料目標流量Qf_tが現流量Qfよりも大きいと判定されなかった場合、制御部10は、燃料目標流量Qf_tと図8に示す現流量Qf−補正値map(Qf−Qf_t)とのいずれか大きい流量を現流量Qfとし、現流量Qfの改質燃料が改質部51に供給されるように調量弁40を制御する(ステップS10)。   Next, the control unit 10 determines whether or not the fuel target flow rate Qf_t is larger than the current flow rate Qf (step S8). When it is determined in step S8 that the fuel target flow rate Qf_t is larger than the current flow rate Qf, the control unit 10 is smaller than either the fuel target flow rate Qf_t and the current flow rate Qf + correction value map (Qf_t−Qf) shown in FIG. The flow rate is set to the current flow rate Qf, and the metering valve 40 is controlled so that the reformed fuel of the current flow rate Qf is supplied to the reforming unit 51 (step S9). When it is not determined in step S8 that the fuel target flow rate Qf_t is larger than the current flow rate Qf, the control unit 10 determines which of the fuel target flow rate Qf_t and the current flow rate Qf-correction value map (Qf-Qf_t) shown in FIG. The larger flow rate is set as the current flow rate Qf, and the metering valve 40 is controlled so that the reformed fuel of the current flow rate Qf is supplied to the reforming unit 51 (step S10).

次いで、制御部10は、燃料目標流量Qf_tが現流量Qfに等しいか否かを判定する(ステップS11)。ステップS11において燃料目標流量Qf_tが現流量Qfに等しいと判定された場合、制御部10は、O/C制御が終了した旨のフラグをセットする。具体的には、制御部10は、変数Preq_flgに0を代入する(ステップS12)。次に、制御部10は、前回の要求負荷Preq_oに要求負荷Preqを代入する(ステップS13)。次いで、制御部10は、現流量Qf、制御目標O/Cおよび要求負荷Preqに基づいて、カソード61に供給するカソードエア流量Qcを算出し、カソードエア流量Qcのエアがカソード61に供給されるようにエアポンプ80を制御する(ステップS14)。その後、制御部10は、動作を終了する。   Next, the control unit 10 determines whether or not the fuel target flow rate Qf_t is equal to the current flow rate Qf (step S11). When it is determined in step S11 that the fuel target flow rate Qf_t is equal to the current flow rate Qf, the control unit 10 sets a flag indicating that the O / C control has ended. Specifically, the control unit 10 substitutes 0 for the variable Preq_flg (step S12). Next, the control unit 10 substitutes the required load Preq for the previous required load Preq_o (step S13). Next, the control unit 10 calculates a cathode air flow rate Qc to be supplied to the cathode 61 based on the current flow rate Qf, the control target O / C, and the required load Preq, and the air at the cathode air flow rate Qc is supplied to the cathode 61. Thus, the air pump 80 is controlled (step S14). Thereafter, the control unit 10 ends the operation.

ステップS2において要求負荷Preqと前回の要求負荷Preq_oとの差の絶対値が負荷変化判定値kを超えていると判定されなかった場合、制御部10は、変数Preq_flgが1であるか否かを判定する(ステップS15)。ステップS15において変数Preq_flgが1であると判定された場合、制御部10は、ステップS8の動作を行う。ステップS15において変数Preq_flgが1であると判定されなかった場合、制御部10は、動作を終了する。ステップS11において燃料目標流量Qf_tが現流量Qfに等しいと判定された場合、制御部10は、ステップS14の動作を行う。   If it is not determined in step S2 that the absolute value of the difference between the required load Preq and the previous required load Preq_o exceeds the load change determination value k, the control unit 10 determines whether or not the variable Preq_flg is 1. Determination is made (step S15). When it is determined in step S15 that the variable Preq_flg is 1, the control unit 10 performs the operation of step S8. If it is not determined in step S15 that the variable Preq_flg is 1, the control unit 10 ends the operation. When it is determined in step S11 that the fuel target flow rate Qf_t is equal to the current flow rate Qf, the control unit 10 performs the operation of step S14.

このように、図9のフローチャートの実行によって、O/Cを適切に制御することができる。それにより、燃料電池システム100の改質効率低下を抑制することができる。   Thus, O / C can be appropriately controlled by executing the flowchart of FIG. Thereby, a reduction in reforming efficiency of the fuel cell system 100 can be suppressed.

本実施例においては、改質部51が改質手段に相当し、エアポンプ80がカソードオフガス供給手段に相当し、制御部10およびエアポンプ80がO/C制御手段に相当し、アクセル開度センサ90が第1検出手段に相当し、O/C制御が第1制御に相当する。   In this embodiment, the reforming unit 51 corresponds to the reforming unit, the air pump 80 corresponds to the cathode off-gas supply unit, the control unit 10 and the air pump 80 correspond to the O / C control unit, and the accelerator opening sensor 90 Corresponds to the first detection means, and the O / C control corresponds to the first control.

本発明の第1実施例に係る燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. O/Cと改質部内の温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between O / C and the temperature in a modification part. アクセル開度と要求負荷との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between an accelerator opening and a request | requirement load. アクセル開度と要求負荷との関係の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of the relationship between an accelerator opening and a request | requirement load. 要求負荷と燃料目標流量との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between request | requirement load and fuel target flow volume. 予測S/Cと制御目標O/Cとの関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between prediction S / C and control target O / C. 改質部に必要な改質燃料の変動量と改質燃料量の補正値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the variation | change_quantity of the reformed fuel required for a reforming part, and the correction value of reformed fuel quantity. 改質部に必要な改質燃料の変動量と改質燃料量の補正値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the variation | change_quantity of the reformed fuel required for a reforming part, and the correction value of reformed fuel quantity. 制御部がO/C制御を行う際のフローチャートの1例を示す図である。It is a figure which shows an example of the flowchart at the time of a control part performing O / C control.

符号の説明Explanation of symbols

10 制御部
40 調量弁
50 改質器
51 改質部
60 燃料電池
61 カソード
62 アノード
70,80 エアポンプ
90 アクセル開度センサ
100 燃料電池システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Control part 40 Metering valve 50 Reformer 51 Reformer 60 Fuel cell 61 Cathode 62 Anode 70, 80 Air pump 90 Accelerator opening sensor 100 Fuel cell system

Claims (8)

燃料電池と、
改質燃料を用いた改質反応によって水素を生成する改質手段と、
前記燃料電池のカソードオフガスを前記改質手段に供給するカソードオフガス供給手段と、
前記燃料電池の負荷が変動する場合にS/C+O/C≧2かつO/Cが第1の所定値以下となるように前記O/Cを制御する第1制御を行うO/C制御手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
ただし、前記Sは前記改質手段に供給される水蒸気のモル量を示し、前記Cは前記改質手段に供給される前記改質燃料中の炭素原子のモル量を示し、前記Oは前記改質手段に供給される酸素ガス中の酸素原子のモル量を示す。
A fuel cell;
Reforming means for generating hydrogen by a reforming reaction using the reformed fuel;
Cathode offgas supply means for supplying cathode offgas of the fuel cell to the reforming means;
O / C control means for performing a first control for controlling the O / C so that S / C + O / C ≧ 2 and O / C is not more than a first predetermined value when the load of the fuel cell fluctuates; A fuel cell system comprising:
Where S represents the molar amount of water vapor supplied to the reforming means, C represents the molar amount of carbon atoms in the reformed fuel supplied to the reforming means, and O represents the modified amount. The molar amount of oxygen atoms in the oxygen gas supplied to the mass means is shown.
前記燃料電池に要求される負荷の変動幅を取得および/または予測する第1検出手段をさらに備え、
O/C制御手段は、前記第1検出手段によって取得および/または予測された前記負荷の変動幅が所定値を超えた場合に、前記第1制御を行うことを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
First detection means for acquiring and / or predicting a fluctuation range of a load required for the fuel cell;
The O / C control means performs the first control when the fluctuation range of the load acquired and / or predicted by the first detection means exceeds a predetermined value. Fuel cell system.
前記O/C制御手段は、前記負荷の変動幅が大きいほど、前記O/Cを高く設定することを特徴とする請求項1または2記載の燃料電池システム。 3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the O / C control unit sets the O / C higher as the fluctuation range of the load is larger. 前記O/C制御手段は、前記燃料電池の出力が前記燃料電池に要求される負荷に到達した場合に、前記第1制御を終了することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池システム。 The O / C control means ends the first control when the output of the fuel cell reaches a load required for the fuel cell. Fuel cell system. 前記燃料電池は、要求される負荷に応じて出力を段階的に変動させることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池システム。 5. The fuel cell system according to claim 1, wherein the output of the fuel cell varies stepwise according to a required load. 6. 前記第1の所定値は、1であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein the first predetermined value is 1. 前記O/C制御手段は、前記第1制御を行う直前のO/Cを下回らないように前記第1制御を行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein the O / C control means performs the first control so as not to fall below the O / C immediately before the first control is performed. 前記O/C制御手段は、前記燃料電池のカソードにエアを供給するポンプであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein the O / C control means is a pump that supplies air to a cathode of the fuel cell.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010006654A (en) * 2008-06-27 2010-01-14 Japan Energy Corp Method for operating oxidation autothermal reforming apparatus
JP2013525952A (en) * 2010-04-12 2013-06-20 ワルトシラ フィンランド オサケユキチュア Method and apparatus for controlling fuel supply in a fuel cell system

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