JP2008108691A - Control method of reformer, and reformer as well as fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼器を消火させた後、再着火させる改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a reforming apparatus control method, a reforming apparatus, and a fuel cell system for reigniting after extinguishing a combustor.
従来、特許文献1に記載された改質装置の制御方法が知られている。この改質装置の制御方法は、着火装置を作動させて燃焼器に着火し、改質水から水蒸気が発生するまで、燃焼器に供給する燃料及び燃焼用エアを制御して改質器の温度が350℃以下になるようにしている。しかし、改質水から水蒸気が発生する前に改質器の温度が350℃を超えた場合は、燃焼器を消火した後、改質器の温度が300℃付近になったとき再着火し、改質水から水蒸気が発生するまで、再度、燃焼器に供給する燃料及び燃焼用エアを制御して改質器の温度が350℃以下になるようにしている。
Conventionally, the control method of the reformer described in
この改質装置の制御方法によれば、改質水から水蒸気が発生するまで改質器の温度が350℃以下にされているため、改質器での炭素析出を防止することができる。
しかし、上記従来の改質装置の制御方法では、同じ燃焼条件で着火及び再着火を行っているため、燃焼器を消火した後に再着火する場合、着火しなかったり、燃焼排ガス中の一酸化炭素等の排ガスエミッションが増加することが起こり得る。すなわち、燃焼器を消火した後に再着火するまでに改質水から水蒸気が発生した場合、発生した水蒸気が改質器から燃焼器に入り、燃料の濃度が低下してしまうからである。 However, in the conventional reformer control method, since ignition and re-ignition are performed under the same combustion conditions, when reigniting after extinguishing the combustor, it does not ignite or carbon monoxide in the combustion exhaust gas. It is possible that exhaust gas emissions such as That is, if steam is generated from the reformed water before extinguishing it after extinguishing the combustor, the generated steam enters the combustor from the reformer and the concentration of the fuel decreases.
本発明は係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能な改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムを提供するものである。 The present invention has been made in view of the conventional problems, and provides a reformer control method, a reformer, and a fuel cell system capable of improving ignitability and reducing exhaust gas emissions. is there.
上記の課題を解決するために、請求項1に係る改質装置の制御方法の特徴は、改質用燃料及び改質水から水素を含む改質ガスを生成する改質器と、該改質器を加熱する燃焼器と、前記改質ガスと酸化剤ガスとによって発電する燃料電池とを備え、着火装置を作動させて前記燃焼器に着火し、前記改質器の燃焼部の温度が第1設定温度より高くなるまで前記燃焼器に燃料及び燃焼用エアを供給する第1工程と、前記燃焼部の温度が前記第1設定温度より高くなると、前記燃焼部の温度が前記第1設定温度より低い第2設定温度より低くなるまで前記燃焼器への前記燃料の供給を停止するとともに、前記燃焼用エアを供給する第2工程と、前記燃焼部の温度が前記第2設定温度より低くなると、前記燃焼器に供給する前記燃料及び前記燃焼用エアのうちいずれか一方又は両方を、前記燃焼器に投入される水蒸気量に応じて供給して再着火する第3工程と、を備えることである。
In order to solve the above problems, a feature of the control method of the reformer according to
請求項2に係る改質装置の制御方法の特徴は、請求項1において、前記燃焼器に供給する前記燃料は、燃料供給源から供給される燃焼用燃料であることである。
A feature of the control method of the reformer according to
請求項3に係る改質装置の特徴は、改質用燃料及び改質水から水素を含む改質ガスを生成する改質器と、該改質器を加熱する燃焼器と、前記改質ガスと酸化剤ガスとによって発電する燃料電池とを備え、着火装置を作動させて前記燃焼器に着火し、前記改質器の燃焼部の温度が第1設定温度より高くなるまで前記燃焼器に燃料及び燃焼用エアを供給する第1手段と、前記燃焼部の温度が前記第1設定温度より高くなると、前記燃焼部の温度が前記燃焼部の温度が前記第1設定温度より低い第2設定温度より低くなるまで前記燃焼器への前記燃料の供給を停止するとともに、前記燃焼用エアを供給する第2手段と、前記燃焼部の温度が前記第2設定温度より低くなると、前記燃焼器に供給する前記燃料及び前記燃焼用エアのうちいずれか一方又は両方を、前記燃焼器に投入される水蒸気量に応じて供給して再着火する第3手段と、を備えることである。
The reformer according to
請求項4に係る燃料電池システムの特徴は、請求項1又は2の改質装置の制御方法、又は請求項3の改質装置を備えていることである。
A feature of the fuel cell system according to
請求項5に係る燃料電池システムの特徴は、改質用燃料及び改質水から水素を含む改質ガスを生成する改質器と、該改質器を加熱する燃焼器と、前記改質ガスと酸化剤ガスとによって発電する燃料電池とを備え、着火装置を作動させて前記燃焼器に着火し、前記改質器の燃焼部の温度が第1設定温度より高くなるまで前記燃焼器に燃料及び燃焼用エアを供給する第1工程と、前記燃焼部の温度が前記第1設定温度より高くなると、前記燃焼器への前記燃料の供給を停止するとともに、前記燃焼用エアを供給する第4工程と、前記燃焼部に水蒸気が到達した後に、前記燃焼器に供給する前記燃料及び前記燃焼用エアのうちいずれか一方又は両方を、前記燃焼器に投入される水蒸気量に応じて供給して再着火する第5工程と、を備えることである。
The fuel cell system according to
請求項6に係る燃料電池システムの特徴は、請求項5において、前記燃焼部への前記水蒸気の到達は、前記燃焼部の温度の変化率が所定値以下であることにより検知されることである。
The fuel cell system according to
請求項7に係る燃料電池システムの特徴は、請求項6おいて、前記燃焼部の温度が低下し始めてから、前記燃焼部の温度の変化率を検知することである。 The fuel cell system according to a seventh aspect is characterized in that, in the sixth aspect, the rate of change in the temperature of the combustion section is detected after the temperature of the combustion section starts to decrease.
請求項8に係る燃料電池システムの特徴は、請求項6又は7において、所定時間経過しても前記燃焼部の温度の変化率が所定値以下にならない場合は、改質装置を停止させる第6工程を備えることである。
The fuel cell system according to
請求項9に係る燃料電池システムの特徴は、請求項5乃至8のいずれか1項において、前記燃焼器に供給する前記燃料は、燃料供給源から供給される燃焼用燃料であることである。 A fuel cell system according to a ninth aspect is characterized in that, in any one of the fifth to eighth aspects, the fuel supplied to the combustor is a combustion fuel supplied from a fuel supply source.
請求項10に係る燃料電池システムの特徴は、改質用燃料及び改質水から水素を含む改質ガスを生成する改質器と、該改質器を加熱する燃焼器と、前記改質ガスと酸化剤ガスとによって発電する燃料電池とを備え、着火装置を作動させて前記燃焼器に着火し、前記改質器の燃焼部の温度が第1設定温度より高くなるまで前記燃焼器に燃料及び燃焼用エアを供給する第1手段と、前記燃焼部の温度が前記第1設定温度より高くなると、前記燃焼器への前記燃料の供給を停止するとともに、前記燃焼用エアを供給する第4手段と、前記燃焼部に水蒸気が到達した後に、前記燃焼器に供給する前記燃料及び前記燃焼用エアのうちいずれか一方又は両方を、前記燃焼器に投入される水蒸気量に応じて供給して再着火する第5手段と、を備えることである。
The fuel cell system according to
請求項11に係る燃料電池システムの特徴は、請求項5乃至9のいずれか1項の改質装置の制御方法、又は請求項10の改質装置を備えていることである。
A feature of the fuel cell system according to
請求項1に係る改質装置の制御方法においては、第3工程において、燃焼器に供給する燃料及び燃焼用エアのうちいずれか一方又は両方を、燃焼器に投入される水蒸気量に応じて供給して再着火している。そのため、燃焼器を消火した後に再着火するまでに、改質水から発生した水蒸気が改質器から燃焼器に入り、燃料の濃度が低下しても、最適な条件で再着火させることができる。したがって、この改質装置の制御方法によれば、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能である。
In the reformer control method according to
請求項2に係る改質装置の制御方法においては、燃焼器に供給する燃料が燃料供給源から供給される燃焼用燃料であるため、改質用燃料を改質器に供給しておらず炭素の析出を考慮する必要がない。そのため、改質器内の温度を高温にすることができる。
In the reformer control method according to
請求項3に係る改質装置においては、第3手段において、燃焼器に供給する燃料及び燃焼用エアのうちいずれか一方又は両方を、燃焼器に投入される水蒸気量に応じて供給して再着火している。そのため、燃焼器を消火した後に再着火するまでに、改質水から発生した水蒸気が改質器から燃焼器に入り、燃料の濃度が低下しても、最適な条件で再着火させることができる。したがって、この改質装置によれば、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能である。
In the reforming apparatus according to
請求項4に係る燃料電池システムにおいては、請求項1又は2の改質装置の制御方法、又は請求項3の改質装置を備えているため、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能である。
Since the fuel cell system according to
請求項5に係る改質装置の制御方法においては、第5工程において、燃焼器に供給する燃料及び燃焼用エアのうちいずれか一方又は両方を、燃焼器に投入される水蒸気量に応じて供給して再着火しているため、最適な条件で再着火させることができる。この際、燃焼部に水蒸気が到達した後に再着火しているため、排ガスエミッションを低減させることができる。したがって、この改質装置の制御方法によれば、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能である。
In the reformer control method according to
請求項6に係る改質装置の制御方法においては、燃焼部への水蒸気の到達が燃焼部の温度の変化率が所定値以下であることにより検知されるため、燃焼部への水蒸気の到達を確実に検知することができる。発明者は、燃焼部への水蒸気の到達について鋭意研究の結果、燃焼部への水蒸気の到達と燃焼部の温度の変化率との間に関連があることを発見し、本発明をするに至った。このように、燃焼部への水蒸気の到達により燃焼部の温度の変化率が所定値以下になる理由は必ずしも明確ではないが、水蒸気の比熱が空気の比熱より大きいためであると考えられる。また、この改質装置の制御方法においては、燃焼部の制御のために使用する温度センサを利用できるためコストの削減が可能である。なお、燃焼部の温度の変化率は、一時的な温度変化を除外するために、計測された温度にフィルタ処理をしたものにより演算される。 In the control method of the reformer according to the sixth aspect, since the arrival of water vapor to the combustion section is detected when the rate of change in temperature of the combustion section is a predetermined value or less, the arrival of water vapor to the combustion section is prevented. It can be detected reliably. As a result of earnest research on the arrival of water vapor to the combustion part, the inventor discovered that there is a relationship between the arrival of water vapor to the combustion part and the rate of change in the temperature of the combustion part, leading to the present invention. It was. As described above, the reason why the rate of change of the temperature of the combustion part becomes equal to or less than a predetermined value due to the arrival of water vapor to the combustion part is not necessarily clear, but it is considered that the specific heat of water vapor is larger than the specific heat of air. Moreover, in this reformer control method, the temperature sensor used for controlling the combustion section can be used, so that the cost can be reduced. Note that the rate of change in temperature of the combustion section is calculated by filtering the measured temperature to exclude temporary temperature changes.
請求項7に係る改質装置の制御方法においては、燃焼部の温度が低下し始めてから燃焼部の温度の変化率を検知するため、改質器から燃焼器へ水蒸気が到達するのを正確に検知することができる。 In the reformer control method according to claim 7, since the rate of change of the temperature of the combustion section is detected after the temperature of the combustion section starts to decrease, it is possible to accurately detect the arrival of water vapor from the reformer to the combustor. Can be detected.
請求項8に係る改質装置の制御方法においては、所定時間経過しても燃焼部の温度の変化率が所定値以下にならない場合は改質装置を停止させるため、改質器から燃焼器へ水蒸気が到達しない故障が発生した場合、改質装置を停止させることができる。
In the reformer control method according to
請求項9に係る改質装置の制御方法においては、燃焼器に供給する燃料が燃料供給源から供給される燃焼用燃料であるため、改質用燃料を改質器に供給しておらず炭素の析出を考慮する必要がない。そのため、改質器内の温度を高温にすることができる。 In the reformer control method according to claim 9, since the fuel supplied to the combustor is the combustion fuel supplied from the fuel supply source, the reforming fuel is not supplied to the reformer and carbon is supplied. There is no need to consider the precipitation of. Therefore, the temperature in the reformer can be increased.
請求項10に係る改質装置においては、第5手段において、燃焼器に供給する燃料及び燃焼用エアのうちいずれか一方又は両方を、燃焼器に投入される水蒸気量に応じて供給して再着火しているため、最適な条件で再着火させることができる。この際、燃焼部に水蒸気が到達した後に再着火しているため、排ガスエミッションを低減させることができる。したがって、この改質装置の制御方法によれば、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能である。したがって、この改質装置によれば、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能である。 In the reformer according to the tenth aspect, in the fifth means, either one or both of the fuel supplied to the combustor and the combustion air are supplied in accordance with the amount of water vapor input to the combustor and are recycled. Since it is ignited, it can be re-ignited under optimum conditions. At this time, exhaust gas emissions can be reduced because the re-ignition is performed after water vapor reaches the combustion section. Therefore, according to this reformer control method, it is possible to improve the ignitability and reduce the exhaust gas emission. Therefore, according to this reformer, it is possible to improve ignitability and reduce exhaust gas emissions.
請求項11に係る燃料電池システムにおいては、請求項5乃至9のいずれか1項の改質装置の制御方法、又は請求項10の改質装置を備えているため、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能である。
In the fuel cell system according to
本発明に係る改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムを具体化した実施形態1、2を図面に基づいて以下に説明する。図1は実施形態1の燃料電池システムの概要図である。この燃料電池システムは、改質用燃料及び改質水から水素を含む改質ガスを生成する改質器20と、改質器20を加熱する燃焼器としてのバーナ25と、改質ガスと酸化剤ガスとによって発電する燃料電池10とを備えている。
Embodiments 1 and 2 embodying a reformer control method, a reformer, and a fuel cell system according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell system according to the first embodiment. This fuel cell system includes a
燃料電池10は、燃料極11と酸化剤極である空気極12と両極11,12間に介在された電解質13を備えており、燃料極11に供給された改質ガス及び空気極12に供給された酸化剤ガスである空気(カソードエア)を用いて発電するものである。なお、空気の代わりに空気の酸素富化したガスを供給するようにしてもよい。
The
改質器20は、改質用燃料を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池10に供給するものであり、改質部21、冷却部22、一酸化炭素シフト反応部(以下、COシフト部という)23、一酸化炭素選択酸化反応部(以下、CO選択酸化部という)24及び蒸発部26から構成されている。改質用燃料としては天然ガス、LPGなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態1においては天然ガスにて説明する。
The
改質部21は、改質用燃料に水蒸気が混合された改質用原料である混合ガスから改質ガスを生成して導出するものである。この改質部21は有底円筒状に形成されており、環状筒部内に軸線に沿って延在する環状の折り返し流路21aを備えている。
The reforming
改質部21の折り返し流路21a内には、触媒21b(例えば、RuまたはNi系の触媒)が充填されており、冷却部22から導入された改質用燃料と水蒸気供給管51から導入された水蒸気との混合ガスが触媒21bによって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている(いわゆる水蒸気改質反応)。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス(いわゆる改質ガス)は冷却部(熱交換部)22に導出されるようになっている。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。また、改質部21には、バーナ25から噴出する燃焼ガスが直接当たる内壁の内側に温度センサ21cが配設されている。この温度センサ21cにより燃焼部21dの温度を検出することができる。温度センサ21cの検出結果は、制御装置30に出力されるようになっている。
The
冷却部22は、改質部21から導出された改質ガスと、改質用燃料と改質水(水蒸気)との混合ガスとの間で熱交換が行われる熱交換器(熱交換部)であって、高温である改質ガスを低温である混合ガスによって降温してCOシフト部23に導出するとともに混合ガスを改質ガスによって昇温して改質部21に導出するようになっている。
The cooling
具体的には、冷却部22には燃料供給源Sf(例えば都市ガス管)に接続された燃料供給管41が接続されている。燃料供給管41には、上流から順番に第1燃料バルブ42、改質用燃料ポンプ43、脱硫器44及び第2燃料バルブ45が設けられている。第1及び第2燃料バルブ42,45は制御装置30の指令によって燃料供給管41を開閉するものである。改質用燃料ポンプ43は、制御装置30の指令に応じて改質部21に改質用燃料を供給し、その供給量を調整するものである。脱硫器44は改質用燃料中の硫黄分(例えば、硫黄化合物)を除去するものである。
Specifically, a
また、燃料供給管41の第2燃料バルブ45と冷却部22との間には蒸発部26に接続された水蒸気供給管51が接続されている。蒸発部26から供給された水蒸気が改質用燃料に混合され、その混合ガスが冷却部22を通って改質部21に供給されている。また、蒸発部26の出口付近の水蒸気供給管51内には水蒸気の温度を検出する温度センサ51aが設けられている。温度センサ51aの検出信号は制御装置30に出力されるようになっている。
Further, a
COシフト部23は、改質部21から冷却部22を通って供給された改質ガス(燃料ガス)中の一酸化炭素を低減するものすなわち一酸化炭素低減部である。供給された改質ガスに含まれる一酸化炭素が、COシフト部23内に充填された触媒23a(例えば、Cu−Zn系の触媒)により水蒸気と反応して水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これにより、改質ガスは前述した一酸化炭素シフト反応によって一酸化炭素濃度が低減されて導出される。
The
CO選択酸化部24は、COシフト部23から供給された改質ガス中の一酸化炭素をさらに低減して燃料電池10に供給するものでありすなわち一酸化炭素低減部である。CO選択酸化部24は、円筒状に形成されて、蒸発部26の外周壁を覆って当接して設けられている。CO選択酸化部24の内部には、触媒24a(例えば、RuまたはPt系の触媒)が充填されている。
The CO
このCO選択酸化部24の側壁面下部及び側壁面上部には、COシフト部23に接続された接続管93及び燃料電池10の燃料極11に接続された改質ガス供給管71がそれぞれ接続されている。接続管93には、酸化用エアを供給する酸化用エア供給管61が接続されている。これにより、CO選択酸化部24には、COシフト部23からの改質ガスと酸化用エアとが導入されるようになっている。なお、酸化用エア供給管61には、上流から順番に酸化用エアブロア63及び酸化用エアバルブ64が設けられている。酸化用エアブロア63は酸化用エアを供給しその供給量を調整するものである。酸化用エアバルブ64は酸化用エア供給管61を開閉するものである。
A connecting
したがって、CO選択酸化部24内に導入された改質ガス中の一酸化炭素は、酸化用エア中の酸素と反応(酸化)して二酸化炭素になる。この反応は発熱反応であり、触媒24aによって促進される。これにより、改質ガスは酸化反応によって一酸化炭素濃度がさらに低減されて(10ppm以下)導出され、燃料電池10の燃料極11に供給されるようになっている。
Therefore, carbon monoxide in the reformed gas introduced into the CO
バーナ25は、燃料としての燃焼用燃料を燃焼用エアにより燃焼してその燃焼ガスによって改質部21を加熱するもの、すなわち改質部21を加熱して水蒸気改質反応に必要な熱を供給するための燃焼ガスを生成するものであり、改質部21の内周壁内に下端部が挿入されて空間をおいて配置されている。
The
バーナ25には、改質用燃料ポンプ43の上流にて燃料供給管41から分岐した燃焼用燃料供給管47が接続されるとともに、燃料極11の導出口に一端が接続されているオフガス供給管72の他端が接続されている。燃料電池10の起動当初(暖機モード)、燃焼用燃料がバーナ25に供給され、燃料電池10の起動運転中(暖機モード)、CO選択酸化部24からの改質ガスが燃料電池10を経由しないでバーナ25に供給され、燃料電池10の定常運転中(発電モード)、燃料電池10から排出されるアノードオフガス(燃料極11にて未使用な水素を含んだ改質ガス)がバーナ25に供給されるようになっている。また、改質ガスやオフガスの不足分を燃焼用燃料で補っている。
A combustion
また、バーナ25には、燃焼用エアを供給する燃焼用エア供給管65が接続されており、燃焼用燃料、アノードオフガス、改質ガスなどの可燃ガス、及び可燃ガスを燃焼(酸化)させるための燃焼用エアなどの酸化剤ガスが供給されるようになっている。
Further, the
燃焼用燃料供給管47には燃焼用燃料ポンプ48が設けられている。燃焼用燃料ポンプ48は燃焼用燃料を供給しその供給量を調整するものである。また、燃焼用エア供給管65には燃焼用エアブロア66が設けられている。燃焼用エアブロア66は燃焼用エアを供給しその供給量を調整するものである。
The combustion
上述したバーナ25は着火されると、供給されている燃焼用燃料、改質ガスまたはアノードオフガスが燃焼用エアによって燃焼されて高温の燃焼ガスが発生する。燃焼ガスは、燃焼ガス流路27を流通し、排気管91を通って燃焼排ガスとして排気される。これにより、燃焼ガスは改質部21及び蒸発部26を加熱する。燃焼ガス流路27は、改質部21の内周壁に沿って当接して配設され、折り返されて改質部21の外周壁と断熱部28との間に当接して配設され、折り返されて断熱部28と蒸発部26の間に当接して配設された流路である。
When the above-described
蒸発部26は、改質水を加熱して沸騰させて水蒸気を生成して冷却部22を介して改質部21に供給するものである。蒸発部26は、円筒状に形成されて燃焼ガス流路27の最も外側の流路の外周壁を覆って当接して設けられている。
The
この蒸発部26の下部(例えば側壁面下部、底面)には改質水タンクSwに接続された給水管52が接続されている。蒸発部26の上部(例えば側壁面上部)には水蒸気供給管51が接続されている。改質水タンクSwから導入された改質水は、蒸発部26内を流通する途中にて燃焼ガスからの熱及びCO選択酸化部24からの熱によって加熱されて、水蒸気となって水蒸気供給管51及び冷却部22を介して改質部22へ導出するようになっている。なお、給水管52には、上流から順番に改質水ポンプ53及び改質水バルブ54が設けられている。改質水ポンプ53は、蒸発部26に改質水を供給するとともにその改質水供給量を調整するものである。改質水バルブ54は給水管52を開閉するものである。
A
燃料電池10の燃料極11の導入口には改質ガス供給管71を介してCO選択酸化部24が接続されるとともに、燃料極11の導出口にはオフガス供給管72を介してバーナ25が接続されている。バイパス管73は燃料電池10をバイパスして改質ガス供給管71及びオフガス供給管72を直結するものである。改質ガス供給管71にはバイパス管73との分岐点と燃料電池10との間に第1改質ガスバルブ74が設けられている。オフガス供給管72にはバイパス管73との合流点と燃料電池10との間にオフガスバルブ75が設けられている。バイパス管73には第2改質ガスバルブ76が設けられている。
A CO
暖機モード(起動運転中)には、CO選択酸化部24から一酸化炭素濃度の高い改質ガスを燃料電池10に供給するのを回避するため、第1改質ガスバルブ74及びオフガスバルブ75を閉じ第2改質ガスバルブ76を開き、発電モード(定常運転中)には、CO選択酸化部24からの改質ガスを燃料電池10に供給するため、第1改質ガスバルブ74及びオフガスバルブ75を開き第2改質ガスバルブ76を閉じている。
In the warm-up mode (during start-up operation), the first reformed
暖機モードは改質器20を暖機するモードであり、すなわち生成する改質ガス中の一酸化炭素濃度が燃料電池10の触媒13を被毒しない低濃度となるまでの運転モード(運転状況)である。発電モードは改質器20の暖機が完了し燃料電池10が発電する運転モード(運転状況)である。
The warm-up mode is a mode for warming up the
また、燃料電池10の空気極12の導入口には、カソード用エアを供給するカソード用エア供給管67が接続されるとともに、空気極12の導出口には、排気管92が接続されている。空気極12に空気が供給され、オフガスが排気されるようになっている。なお、カソード用エア供給管67には上流から順にカソード用エアブロア68及びカソード用エアバルブ69が設けられている。カソード用エアブロア68はカソード用エアを供給しその供給量を調整するものである。カソード用エアバルブ69はカソード用エア供給管67を開閉するものである。
A cathode air supply pipe 67 for supplying cathode air is connected to the inlet of the
また、燃料電池システムは制御装置30を備えており、図2に示しように、この制御装置30には、上述した各温度センサ21c,51a、各ポンプ43,48,53、各ブロア63,66,68、各バルブ42,45,54,64,69,74,75,76及びバーナ25が接続されている。なお、制御装置30が各ポンプ43,48,53、各ブロア63,66,68に接続されているとは、それらの各駆動源(例えばモータ)に接続されているということである。
Further, the fuel cell system includes a
制御装置30はマイクロコンピュータ(図示省略)を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、CPU、RAM及びROM(いずれも図示省略)を備えている。CPUは、各温度センサ21c,51aからの入力信号に基づいて、各ポンプ43,48,53、各ブロア63,66,68、各バルブ42,45,54,64,69,74,75,76及びバーナ25を制御している。これにより、燃料電池システムの起動運転(暖機モード)及び発電運転(発電モード)を実施するとともに、所望の出力電流(負荷装置で消費される電流・電力)となるように改質用燃料、燃焼用燃料、燃焼用エア、改質水及びカソード用エアの各供給量を制御している。RAMは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ROMは前記プログラムを記憶するものである。
The
上記の構成の燃料電池システムの改質装置の制御方法について、図3に示す制御プログラムのフローチャートを用いて説明する。図3に示すプログラムに起動がかかると、まずステップS1が実行される。 A method for controlling the reforming device of the fuel cell system having the above-described configuration will be described with reference to the flowchart of the control program shown in FIG. When the program shown in FIG. 3 is activated, step S1 is first executed.
ステップS1においては、燃焼用エアブロア66が調整されて、燃焼用エア供給管65からバーナ25に燃焼用エアとしての標準燃焼用エア量が供給される。また、ステップS2においては、図示しない着火装置が作動される。さらに、ステップS3においては、第1燃料バルブ42が開かれるとともに燃焼用燃料ポンプ48が調整されて、燃料供給源Sfから燃焼用燃料供給管47を介してバーナ25に燃焼用燃料が供給され、着火される。
In step S1, the
ステップS1からステップS3までの状態は、図4(A)に示す時刻t0におけるグラフG1、G2によって示される。ここで、グラフG1はバーナ25に供給される燃焼用エアのグラフであり、グラフG2はバーナ25に供給される燃焼用燃料のグラフである。また、グラフG3は蒸発部26に供給される改質水のグラフであり、グラフG4は改質部21に供給される改質用燃料のグラフである。さらに、図4(B)に示すグラフG5は温度センサ21cにより検出される燃焼部21dの温度T01であり、グラフG6は温度センサ51aにより検出される蒸発部26の出口付近の温度T06である。図4(A)に示すように、時刻t0から燃焼用エアの供給は一度増加されるが、燃焼用燃料の供給は一定である。また、図4(B)に示すように、バーナ25での燃焼に伴って、時刻t0から燃焼部21dの温度T01は上昇していく。
The state from step S1 to step S3 is shown by graphs G1 and G2 at time t0 shown in FIG. Here, the graph G1 is a graph of combustion air supplied to the
時刻t1になると、ステップS4において、改質水バルブ54が開かれるとともに改質水ポンプ53が調整されて、改質水タンクSwから給水管52を介して蒸発部26に改質水が供給される。また、第2改質ガスバルブ76が開けられ、バイパス管73により改質ガス供給管71とオフガス供給管72とが直結される。ただし、第1改質ガスバルブ74、オフガスバルブ75及び第2改質ガスバルブ76は、初期状態において閉じられている。そして、図4(B)に示すように、蒸発部26の出口付近の温度T06が徐々に上昇する。なお、時刻t0から時刻t1までの時間は、一定としてもよく、時刻t0における燃焼部21dの温度T01等を考慮して決定してもよい。
At time t1, in step S4, the reforming
ステップS5においては、燃焼部21dの温度T01が第1設定温度である600℃を超えるまで待つ。燃焼部21dの温度T01が600℃を超えた場合(YES)、ステップS6に進む。ステップS6においては、第1燃料バルブ42が閉じられるとともに燃焼用燃料ポンプ48が停止されて、バーナ25への燃焼用燃料の供給が停止される。また、燃焼用エアブロア66が調整されて、バーナ25への燃焼用エアの供給がさらに増加される(図4(A)、(B)、時刻t2、グラフG5、G1、G2参照)。このように、バーナ25への燃焼用燃料の供給が停止されるとともに燃焼用エアの供給がさらに増加されるのは、改質器20の温度を下降させて改質部21及び燃焼部21dを保護するとともに、蒸発部26の加熱を促進して改質水から水蒸気を生成させるためである。ここで、ステップS1〜S5が第1工程(第1手段)である。
In step S5, the process waits until the temperature T01 of the
ステップS7においては、燃焼部21dの温度T01が第2設定温度である400℃より低くなるまで待つ。燃焼部21dの温度T01が400℃より低くなった場合(YES)、ステップS8に進む。このように、燃焼部21dの温度T01が400℃より低くなるまで待てば、蒸発部26が十分に加熱され、改質水から水蒸気が生成されていると考えられる。ここで、ステップS6及びS7が第2工程(第2手段)である。
In step S7, the process waits until the temperature T01 of the
ステップS8においては、蒸発部26の出口付近の温度T06が100℃を超えているか否かを調べる。温度T06が100℃を超えている場合(YES)、改質水から水蒸気が生成されていると判断して、ステップS10に進む。また、温度T06が100℃以下の場合(NO)、改質水から水蒸気が生成されていないと判断して、ステップS1に戻り、再度、この制御プログラムを実行する。このように、温度T06が100℃以下の場合にステップS1に戻るのは、ステップS7において燃焼部21dの温度T01が400℃より低くなるまで待っているため改質水から水蒸気が生成されていると考えられるが、制御の万全を期すためである。
In step S8, it is checked whether or not the temperature T06 near the outlet of the
ステップS10においては、燃焼用エアブロア66が調整されて、バーナ25に投入される水蒸気量に応じた燃焼用エア量がバーナ25へ供給される。すなわち、蒸発部26で発生した水蒸気が改質器20から改質ガス供給管71、バイパス管73及びオフガス供給管72を経由してバーナ25に入って燃焼用燃料の濃度が低下するため、最適な条件で再着火させることができるようにバーナ25へ供給される燃焼用エア量が減少される(図4(A)、(B)、時刻t3、グラフG6、G1、G2参照)。なお、バーナ25に投入される水蒸気量に応じて燃焼用エア量を制御しているのは、改質ガスがバーナ25へ供給される経路中に凝縮器が配設されている場合があり得るからである。そして、凝縮器が配設されている場合であっても、バーナ25に投入される水蒸気量はゼロになることはない。また、凝縮器が配設されていない場合には、改質水から発生した水蒸気量によって制御することができる。
In step S <b> 10, the
ステップS11においては、着火装置が作動される。ステップS12においては、第1燃料バルブ42が開かれるとともに燃焼用燃料ポンプ48が調整されて、燃料供給源Sfから燃焼用燃料供給管47を介してバーナ25に燃焼用燃料が供給され、着火される。ここで、ステップS10〜S12が第3工程(第3手段)である。
In step S11, the ignition device is activated. In step S12, the
ステップS12の実行が終了すると、この制御プログラムの実行が終了する。これにより、燃料電池10の起動当初(暖機モード)の制御が終了し、CO選択酸化部24からの改質ガスが燃料電池10を経由しないでバーナ25に供給される燃料電池10の起動運転中(暖機モード)の制御が開始されることになる。なお、起動当初とは、バーナ25の燃焼が安定されるまでの期間をいう。また、起動運転中とは、改質ガスの安定供給が可能になるまでの期間をいう。詳細には、ステップS12の実行が終了した後の所定時間(例えば、2分)経過後に、改質用燃料を改質器20に供給することにより、改質ガスの生成が開始される。この改質ガス生成初期には一酸化炭素濃度が高い。そのため、一酸化炭素濃度が所定濃度以下になってから、燃料電池10への改質ガスの供給を開始する。このように、燃料電池10への改質ガスの供給が開始できる状態が改質ガスの安定供給可能な状態である。さらに、暖機モードとは、起動当初のモードと起動運転中のモードを含んだものであり、ステップS1から改質ガスの安定供給が可能になるまでの期間である。
When the execution of step S12 ends, the execution of this control program ends. As a result, the control at the beginning of startup of the fuel cell 10 (warm-up mode) is completed, and the startup operation of the
実施形態1の改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムにおいては、ステップS10〜S12において、バーナ25に供給する燃焼用エアを、バーナ25に投入される水蒸気量に応じて供給して再着火している。そのため、バーナ25を消火した後に再着火するまでに、改質水から発生した水蒸気が改質器20からバーナ25に入って燃焼用燃料の濃度が低下しても、最適な条件で再着火させることができる。したがって、この改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムによれば、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能である。
In the reforming apparatus control method, reforming apparatus, and fuel cell system according to
実施形態2の燃料電池システムは、図1、2に示す実施形態1の燃料電池システムと同様であり、その説明を省略する。この燃料電池システムの改質装置の制御方法について、図5に示す制御プログラムのフローチャートを用いて説明する。図5に示すプログラムに起動指令がかかると、まずステップS21が実行される。
The fuel cell system of
ステップS21においては、燃焼用エアブロア66が調整されて、燃焼用エア供給管65からバーナ25に燃焼用エアとしての標準燃焼用エア量が供給される。また、ステップS22においては、図示しない着火装置が作動される。さらに、ステップS23においては、第1燃料バルブ42が開かれるとともに燃焼用燃料ポンプ48が調整されて、燃料供給源Sfから燃焼用燃料供給管47を介してバーナ25に燃焼用燃料が供給され、着火される。
In step S21, the
ステップS21からステップS23までの状態は、図6(A)に示す時刻t0におけるグラフG11、G12によって示される。ここで、グラフG11はバーナ25に供給される燃焼用エアのグラフであり、グラフG12はバーナ25に供給される燃焼用燃料のグラフである。また、グラフG13は蒸発部26に供給される改質水のグラフであり、グラフG14は改質部21に供給される改質用燃料のグラフである。さらに、図6(B)に示すグラフG15は温度センサ21cにより検出される燃焼部21dの温度T01であり、グラフG16は温度センサ51aにより検出される蒸発部26の出口付近の温度T06である。また、図6(B)に示すグラフG17は図示しない酸素センサにより検出される燃焼部21dの酸素濃度D01(%)であり、グラフG18(点線)は図示しない一酸化炭素センサにより検出される燃焼部21dの一酸化炭素濃度D02(ppm)である。図6(A)に示すように、時刻t0から燃焼用エアの供給は一度増加されるが、燃焼用燃料の供給は一定である。また、図6(B)に示すように、バーナ25での燃焼に伴って、時刻t0から燃焼部21dの温度T01は上昇し、燃焼部21dの酸素濃度D01は減少していく。
The state from step S21 to step S23 is shown by graphs G11 and G12 at time t0 shown in FIG. Here, the graph G11 is a graph of combustion air supplied to the
時刻t11になると、ステップS24において、改質水バルブ54が開かれるとともに改質水ポンプ53が調整されて、改質水タンクSwから給水管52を介して蒸発部26に改質水が供給される。また、第2改質ガスバルブ76が開けられ、バイパス管73により改質ガス供給管71とオフガス供給管72とが直結される。ただし、第1改質ガスバルブ74、オフガスバルブ75及び第2改質ガスバルブ76は、初期状態において閉じられている。そして、図6(B)に示すように、蒸発部26の出口付近の温度T06が徐々に上昇する。なお、時刻t0から時刻t11までの時間は、一定としてもよく、時刻t0における燃焼部21dの温度T01等を考慮して決定してもよい。
At time t11, in step S24, the reforming
ステップS25においては、燃焼部21dの温度T01が第1設定温度である600℃を超えるまで待つ。燃焼部21dの温度T01が600℃を超えた場合(YES)、ステップS26が実行される。ステップS26においては、第1燃料バルブ42が閉じられるとともに燃焼用燃料ポンプ48が停止されて、バーナ25への燃焼用燃料の供給が停止される。また、燃焼用エアブロア66が調整されて、バーナ25への燃焼用エアの供給がさらに増加される(図6(A)、(B)、時刻t12、グラフG15、G11、G12参照)。このように、バーナ25への燃焼用燃料の供給が停止されるとともに燃焼用エアの供給がさらに増加されるのは、改質器20の温度を下降させて改質部21及び燃焼部21dを保護するとともに、蒸発部26の加熱を促進して改質水から水蒸気を生成させるためである。ここで、ステップS21〜S25が第1工程(第1手段)である。
In step S25, the process waits until the temperature T01 of the
ステップS27においては、図7に示すように、燃焼部21dの温度T01より、以下の数1、数2に示すβ、変化率αが求められる。なお、Δtはサンプリングタイムであり、本実施形態2においては1秒である。図8は、燃焼部21dの温度T01のグラフG15と、温度T01をフィルタ処理して演算した変化率αのグラフG20との関係を示している。このように、温度T01にフィルタ処理をしたものにより変化率αを演算するのは、一時的な温度変化を除外するためである。
In step S27, as shown in FIG. 7, β and change rate α shown in the following
(数1) (Equation 1)
β=Tn−Tn−1 β = T n −T n−1
(数2) (Equation 2)
α=〔(Tn−Tn−1)/Δt〕2 α = [(T n −T n−1 ) / Δt] 2
ステップS28においては、βが負、かつ変化率αが所定値以上である、すなわち、燃焼部21dの温度T01が確実に低下し始めているか否かが調べられる。βが負、かつ変化率αが所定値以上である場合(YES)、燃焼部21dの温度T01が確実に低下し始めていると判断され、ステップS29が実行される。また、βが負、かつ変化率αが所定値以上でない場合(NO)、ステップS27に戻り、燃焼部21dの温度T01が確実に低下し始めるまで待つ。このように、燃焼部21dの温度T01が確実に低下し始めてから燃焼部21dの温度T01の変化率が所定値(後述する閾値K)以下になることを検知するため、燃焼部21d(バーナ25)へ水蒸気が到達するのを正確に検知することができる。
In step S28, it is checked whether or not β is negative and the rate of change α is equal to or greater than a predetermined value, that is, whether or not the temperature T01 of the
ステップS29においてはタイマがスタートされる。ステップS30においては所定時間経過したか否かが調べられる。所定時間経過している場合(YES)、ステップS40が実行される。また、所定時間経過していない場合(NO)、ステップS31が実行される。 In step S29, a timer is started. In step S30, it is checked whether or not a predetermined time has elapsed. If the predetermined time has elapsed (YES), step S40 is executed. If the predetermined time has not elapsed (NO), step S31 is executed.
ステップS31においては、前述の数2に示す変化率αが求められる。ステップS32においては、変化率αが閾値Kより小さいか否か、すなわち、燃焼部21d(バーナ25)へ水蒸気が到達したか否かが調べられる。変化率αが閾値Kより小さい場合(YES)、燃焼部21d(バーナ25)へ水蒸気が到達したと判断され、ステップS33が実行される。また、変化率αが閾値K以上である場合(NO)、燃焼部21d(バーナ25)へ水蒸気が到達していないと判断され、ステップS30が実行される。ここで、閾値Kは小さな値に設定されており、燃焼部21dの温度T01がほとんど変わらない場合に変化率αが閾値Kより小さくなる。このように、燃焼部21d(バーナ25)へ水蒸気が到達すると燃焼部21dの温度T01の変化率が小さくなることが発明者の実験により確認されている。なお、この理由は必ずしも明確ではないが、水蒸気の比熱が空気の比熱より大きいためであると考えられる。また、燃焼部21dの制御のために使用する温度センサ21cを利用できるためコストの削減が可能である。図8及び図9に示すように、時刻t13から変化率αが閾値Kより小さくなっており、時刻t13から燃焼部21dの温度T01がほとんど変わらなくなっているといえる。なお、図9は、図8におけるA部を拡大したものである。ここで、ステップS26〜S32が第4工程(第4手段)である。
In step S31, the change rate α shown in
ステップS33においては、燃焼部21dが安定するまで所定時間待機する。ステップS34においては、燃焼用エアブロア66が調整されて、バーナ25に投入された水蒸気量に応じた燃焼用エア量がバーナ25へ供給される。すなわち、蒸発部26で発生した水蒸気が改質器20から改質ガス供給管71、バイパス管73及びオフガス供給管72を経由してバーナ25に入って燃焼用燃料の濃度が低下するため、最適な条件で再着火させることができるようにバーナ25へ供給される燃焼用エア量が減少される(図6(A)、(B)、時刻t14、グラフG16、G11、G12参照)。なお、バーナ25に投入される水蒸気量に応じて燃焼用エア量を制御しているのは、改質ガスがバーナ25へ供給される経路中に凝縮器が配設されている場合があり得るからである。そして、凝縮器が配設されている場合であっても、バーナ25に投入される水蒸気量はゼロになることはない。また、凝縮器が配設されていない場合には、改質水から発生した水蒸気量によって制御することができる。
In step S33, the process waits for a predetermined time until the
ステップS35においては、着火装置が作動される。ステップS36においては、第1燃料バルブ42が開かれるとともに燃焼用燃料ポンプ48が調整されて、燃料供給源Sfから燃焼用燃料供給管47を介してバーナ25に燃焼用燃料が供給され、着火される。図6(B)に示すように、時刻t14以降、燃焼部21dの酸素濃度D01(グラグG17)が減少するものの、燃焼部21dの一酸化炭素濃度D02(グラフG18)が増加することはなく、排ガスエミッションの低減がなされていることがわかる。ここで、ステップS34〜S36が第5工程(第5手段)である。
In step S35, the ignition device is activated. In step S36, the
ステップS40においては、例えば、LEDが点灯されるとともにブザーが鳴らされ、蒸発部26で発生した水蒸気が燃焼部21d(バーナ25)に到達しないことが告知される。ステップS41においては、燃焼用エアブロア66が調整されて、燃焼用エア供給管65からバーナ25への燃焼用エアの供給が停止される。また、改質水バルブ54が閉じられ、改質水タンクSwから蒸発部26への改質水の供給が停止されて、改質装置が停止される。このように、所定時間経過しても燃焼部21dの温度T01が一定にならない場合は改質装置を停止させるため、燃焼部21d(バーナ25)へ水蒸気が到達しない故障が発生した場合、改質装置を停止させることができる。ここで、ステップS40、S41が第6工程(第6手段)である。
In step S40, for example, the LED is turned on and a buzzer is sounded to notify that the water vapor generated in the
ステップS36の実行が終了すると、この制御プログラムの実行が終了する。これにより、燃料電池10の起動当初(暖機モード)の制御が終了し、CO選択酸化部24からの改質ガスが燃料電池10を経由しないでバーナ25に供給される燃料電池10の起動運転中(暖機モード)の制御が開始されることになる。なお、起動当初とは、バーナ25の燃焼が安定されるまでの期間をいう。また、起動運転中とは、改質ガスの安定供給が可能になるまでの期間をいう。詳細には、ステップS36の実行が終了した後の所定時間(例えば、2分)経過後に、改質用燃料を改質器20に供給することにより、改質ガスの生成が開始される。この改質ガス生成初期には一酸化炭素濃度が高い。そのため、一酸化炭素濃度が所定濃度以下になってから、燃料電池10への改質ガスの供給を開始する。このように、燃料電池10への改質ガスの供給が開始できる状態が改質ガスの安定供給可能な状態である。さらに、暖機モードとは、起動当初のモードと起動運転中のモードを含んだものであり、ステップS21から改質ガスの安定供給が可能になるまでの期間である。
When the execution of step S36 ends, the execution of this control program ends. As a result, the control at the beginning of startup of the fuel cell 10 (warm-up mode) is completed, and the startup operation of the
実施形態2の改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムにおいては、ステップS34〜S36において、バーナ25に供給する燃焼用エアを、バーナ25に投入される水蒸気量に応じて供給して再着火しているため、最適な条件で再着火させることができる。この際、燃焼部21d(バーナ25)に水蒸気が到達した後に再着火しているため、排ガスエミッションを低減させることができる。したがって、この改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムによれば、着火性を向上させるとともに、排ガスエミッションの低減が可能である。
In the reforming apparatus control method, reforming apparatus, and fuel cell system according to
なおこの改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムにおいては、 In this reformer control method, reformer, and fuel cell system,
温度センサ21cにより燃焼部21d(バーナ25)に水蒸気が到達したことを検知したが、ジルコニアセラミックスなどを使用した高温型の水蒸気センサを用いて、燃焼部21d(バーナ25)に水蒸気が到達したことを検知してもよい。また、水蒸気を発生させる蒸発部26と改質器20とを結ぶ配管中の圧力が所定圧力以上になってから所定時間たったとき、燃焼部21d(バーナ25)に水蒸気が到達したと判断してもよい。これは、蒸発部26で水蒸気が発生すると体積膨張により圧力が急に上昇し、所定時間経過すると水蒸気が燃焼部21dに到達するからである。この所定時間は実験により定められる。さらに、蒸発部26と改質器20とを結ぶ配管中の温度が所定温度以上になってから所定時間たったとき、燃焼部21d(バーナ25)に水蒸気が到達したと判断してもよい。これは、蒸発部26で水蒸気が発生すると、水蒸気が配管中を流れることにより温度が急に上昇し、所定時間経過すると水蒸気が燃焼部21dに到達するからである。この所定時間も実験により定められる。
Although it was detected by the
図10(A)、(B)は、比較形態の燃料電池システムのグラフである。比較形態においては、図1、2に示す実施形態1、2と同様の燃料電池システムを用いており、実施形態1、2と略同様の制御を行っている。ただし、比較形態の燃料電池システムにおいては、蒸発部26で発生した水蒸気が燃焼部21d(バーナ25)に入る前に、バーナ25に燃焼用燃料が供給され、着火される。ここで、グラフG21はバーナ25に供給される燃焼用エアのグラフであり、グラフG22はバーナ25に供給される燃焼用燃料のグラフである。また、グラフG23は蒸発部26に供給される改質水のグラフであり、グラフG24は改質部21に供給される改質用燃料のグラフである。さらに、グラフG25は温度センサ21cにより検出される燃焼部21dの温度T01であり、グラフG26は温度センサ51aにより検出される蒸発部26の出口付近の温度T06である。また、グラフG27は図示しない酸素センサにより検出される燃焼部21dの酸素濃度D01(%)であり、グラフG28は図示しない一酸化炭素センサにより検出される燃焼部21dの一酸化炭素濃度D02(ppm)である。
10A and 10B are graphs of a fuel cell system of a comparative form. In the comparative embodiment, the same fuel cell system as that of
比較形態の燃料電池システムにおいては、蒸発部26で発生した水蒸気が燃焼部21d(バーナ25)に入る前の時刻t24においてバーナ25に燃焼用燃料が供給され、着火された後、燃焼部21dの酸素濃度D01が極端に減少するとともに一酸化炭素濃度D02が極端に上昇している(図10(B)、グラフG27、G28)。これと実施形態2の燃料電池システムの燃焼部21dの酸素濃度D01及び一酸化炭素濃度D02(図6(B)、グラフG17、G18)とを比較すれば、実施形態2の燃料電池システムにおいては、蒸発部26で発生した水蒸気が燃焼部21d(バーナ25)に入ったことを確認してからバーナ25に燃焼用燃料が供給され、着火されているため、確実に排ガスエミッションの低減が可能であることがわかる。
In the fuel cell system of the comparative embodiment, the combustion fuel is supplied to the
なお、本実施形態1、2においては、ステップS10〜S12、ステップS34〜S36において、バーナ25に投入される水蒸気量に応じて燃焼用エア量のみを変化させているが、燃焼用燃料量のみを変化させてもよく、燃焼用エア量と燃焼用燃料量との両方を変化させてもよい。
In the first and second embodiments, in steps S10 to S12 and steps S34 to S36, only the combustion air amount is changed in accordance with the amount of water vapor introduced into the
また、本実施形態1、2の制御プログラムは、燃料電池10の起動時のみならず、燃料電池10の定常運転中(発電モード)において吹き消えが発生した場合においても用いることができる。
The control programs of the first and second embodiments can be used not only when the
さらに、本実施形態1、2においては、バーナ25に供給される燃料として燃料供給源Sfから供給される燃焼用燃料を用いているが、バーナ25に供給される燃料として改質ガス供給管71、バイパス管73及びオフガス供給管72から供給される改質ガスのみを用いてもよい。
Further, in the first and second embodiments, the combustion fuel supplied from the fuel supply source Sf is used as the fuel supplied to the
ただし、バーナ25に供給される燃料として改質ガス供給管71、バイパス管73及びオフガス供給管72から供給される改質ガスのみを用いる場合、炭素の析出を防止するため改質器20内の温度を350℃程度以下に抑える必要がある。そのため、改質水から水蒸気が生成され難く、頻繁にバーナ25の消火と再着火を繰り返すことになり、着火装置の劣化や着火ミスを招くおそれがある。この点、本実施形態1、2の改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムにおいては、バーナ25に供給される燃料として燃料供給源Sfから供給される燃焼用燃料を用いており、改質用燃料を改質器20に供給していない。その結果、炭素の析出を考慮する必要はなく、改質器20内の温度を600℃程度まで上昇させることができる。そのため、本実施形態1、2の改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムにおいては、改質水から水蒸気が生成され易く、バーナ25の消火と再着火を数多く繰り返すことがなく、着火装置の劣化や着火ミスを抑制することができる。
However, when only the reformed gas supplied from the reformed gas supply pipe 71, the bypass pipe 73, and the off-
以上において、本発明の改質装置の制御方法及び改質装置並びに燃料電池システムを実施形態1、2に即して説明したが、本発明はこれらに制限されるものではなく、本発明の技術的思想に反しない限り、適宜変更して適用できることはいうまでもない。 In the above, the control method of the reformer, the reformer, and the fuel cell system of the present invention have been described according to the first and second embodiments. However, the present invention is not limited to these, and the technology of the present invention. Needless to say, the present invention can be changed and applied as appropriate as long as it does not violate the general idea.
10…燃料電池、20…改質器、21d…燃焼部、25…燃焼器(バーナ)、Sf…燃料供給源、α…変化率、S1〜S5…第1工程,第1手段、S6,S7…第2工程,第2手段、S10〜S12…第3工程,第3手段、S26〜S32…第4工程,第4手段、S34〜S36…第5工程,第5手段、S40,S41…第6工程,第6手段。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
着火装置を作動させて前記燃焼器に着火し、前記改質器の燃焼部の温度が第1設定温度より高くなるまで前記燃焼器に燃料及び燃焼用エアを供給する第1工程と、
前記燃焼部の温度が前記第1設定温度より高くなると、前記燃焼部の温度が前記第1設定温度より低い第2設定温度より低くなるまで前記燃焼器への前記燃料の供給を停止するとともに、前記燃焼用エアを供給する第2工程と、
前記燃焼部の温度が前記第2設定温度より低くなると、前記燃焼器に供給する前記燃料及び前記燃焼用エアのうちいずれか一方又は両方を、前記燃焼器に投入される水蒸気量に応じて供給して再着火する第3工程と、を備えることを特徴とする改質装置の制御方法。 A reformer that generates a reformed gas containing hydrogen from reforming fuel and reformed water, a combustor that heats the reformer, and a fuel cell that generates electric power using the reformed gas and an oxidant gas Prepared,
A first step of igniting the combustor by operating an ignition device and supplying fuel and combustion air to the combustor until the temperature of the combustion section of the reformer becomes higher than a first set temperature;
When the temperature of the combustion section becomes higher than the first set temperature, the supply of the fuel to the combustor is stopped until the temperature of the combustion section becomes lower than a second set temperature lower than the first set temperature, A second step of supplying the combustion air;
When the temperature of the combustion section becomes lower than the second set temperature, either one or both of the fuel supplied to the combustor and the combustion air are supplied according to the amount of water vapor input to the combustor. And a third step of reigniting, and a reformer control method.
着火装置を作動させて前記燃焼器に着火し、前記改質器の燃焼部の温度が第1設定温度より高くなるまで前記燃焼器に燃料及び燃焼用エアを供給する第1手段と、
前記燃焼部の温度が前記第1設定温度より高くなると、前記燃焼部の温度が前記燃焼部の温度が前記第1設定温度より低い第2設定温度より低くなるまで前記燃焼器への前記燃料の供給を停止するとともに、前記燃焼用エアを供給する第2手段と、
前記燃焼部の温度が前記第2設定温度より低くなると、前記燃焼器に供給する前記燃料及び前記燃焼用エアのうちいずれか一方又は両方を、前記燃焼器に投入される水蒸気量に応じて供給して再着火する第3手段と、を備えることを特徴とする改質装置。 A reformer that generates a reformed gas containing hydrogen from reforming fuel and reformed water, a combustor that heats the reformer, and a fuel cell that generates electric power using the reformed gas and an oxidant gas Prepared,
First means for igniting the combustor by operating an ignition device, and supplying fuel and combustion air to the combustor until the temperature of the combustion section of the reformer becomes higher than a first set temperature;
When the temperature of the combustion section becomes higher than the first set temperature, the temperature of the combustion section becomes lower than the second set temperature where the temperature of the combustion section is lower than the first set temperature. A second means for stopping the supply and supplying the combustion air;
When the temperature of the combustion section becomes lower than the second set temperature, either one or both of the fuel supplied to the combustor and the combustion air are supplied according to the amount of water vapor input to the combustor. And a third means for reigniting.
着火装置を作動させて前記燃焼器に着火し、前記改質器の燃焼部の温度が第1設定温度より高くなるまで前記燃焼器に燃料及び燃焼用エアを供給する第1工程と、
前記燃焼部の温度が前記第1設定温度より高くなると、前記燃焼器への前記燃料の供給を停止するとともに、前記燃焼用エアを供給する第4工程と、
前記燃焼部に水蒸気が到達した後に、前記燃焼器に供給する前記燃料及び前記燃焼用エアのうちいずれか一方又は両方を、前記燃焼器に投入される水蒸気量に応じて供給して再着火する第5工程と、を備えることを特徴とする改質装置の制御方法。 A reformer that generates reformed gas containing hydrogen from reforming fuel and reformed water, a combustor that heats the reformer, and a fuel cell that generates electric power using the reformed gas and oxidant gas Prepared,
A first step of igniting the combustor by operating an ignition device and supplying fuel and combustion air to the combustor until the temperature of the combustion section of the reformer becomes higher than a first set temperature;
A fourth step of stopping the supply of the fuel to the combustor and supplying the combustion air when the temperature of the combustion section becomes higher than the first set temperature;
After the water vapor reaches the combustion section, either one or both of the fuel supplied to the combustor and the combustion air are supplied according to the amount of water supplied to the combustor and reignited. A reforming apparatus control method comprising: a fifth step.
着火装置を作動させて前記燃焼器に着火し、前記改質器の燃焼部の温度が第1設定温度より高くなるまで前記燃焼器に燃料及び燃焼用エアを供給する第1手段と、
前記燃焼部の温度が前記第1設定温度より高くなると、前記燃焼器への前記燃料の供給を停止するとともに、前記燃焼用エアを供給する第4手段と、
前記燃焼部に水蒸気が到達した後に、前記燃焼器に供給する前記燃料及び前記燃焼用エアのうちいずれか一方又は両方を、前記燃焼器に投入される水蒸気量に応じて供給して再着火する第5手段と、を備えることを特徴とする改質装置。 A reformer that generates a reformed gas containing hydrogen from reforming fuel and reformed water, a combustor that heats the reformer, and a fuel cell that generates electric power using the reformed gas and an oxidant gas Prepared,
First means for igniting the combustor by operating an ignition device, and supplying fuel and combustion air to the combustor until a temperature of a combustion section of the reformer becomes higher than a first set temperature;
A fourth means for stopping the supply of the fuel to the combustor and supplying the combustion air when the temperature of the combustion section becomes higher than the first set temperature;
After the water vapor reaches the combustion section, either one or both of the fuel supplied to the combustor and the combustion air are supplied according to the amount of water supplied to the combustor and reignited. And a fifth device.
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