JP2008117562A - Fuel cell system and its operation control method - Google Patents

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Koichi Sato
光一 佐藤
Sayuri Noguchi
小百合 野口
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Idemitsu Kosan Co Ltd
Corona Corp
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Idemitsu Kosan Co Ltd
Corona Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of stably efficiently operating by using liquid fuel as a raw material. <P>SOLUTION: When supply of liquid fuel 111A desufurized with a desufurization means 120 to a vaporization means 130 is stopped to stop operation, inert gas is supplied to the downstream side than the desulfurization means 120 with an inert gas supply means 180, inert gas flowing out of a fuel cell 170 by the supply of the inert gas is supplied to the downstream side than the desulfurization means 120 with a circulation means 190 connected to the fuel cell 170. Since inert gas for purging is circulated, the used amount of the inert gas for purging can be reduced and efficient operation is made possible. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体燃料を原料として燃料電池で発電させる燃料電池システムおよびその運転制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system that generates power in a fuel cell using liquid fuel as a raw material, and an operation control method thereof.

従来、水素ガスを燃料ガスとして燃料電池へ供給して発電させる燃料電池システムが知られている。これら燃料電池システムとして、システムの起動・停止に際して、改質ガスなどをパージする構成が知られている(例えば、特許文献1ないし特許文献3参照)。
特許文献1に記載のものは、改質器の運転中に改質ガスの一部を改質ガスラインを介して水素吸蔵合金に導き、水素のみを吸収させ、改質器の停止時に水素吸蔵合金から水素を放出させ、水素ガスラインを介して改質器の上流側に水素を供給し、改質器内の残留燃料および水分をパージし、改質器内に水素を封入する構成が採られている。
特許文献2に記載のものは、システムの停止時に、燃焼部および改質部を含む水蒸気改質器に順次連結したCO変成部およびCO除去部のいずれかの出口導管のバルブを閉じ、改質部への原料ガスおよび水の供給を停止する。そして、改質部およびCO変成部が、炭化水素の分解反応が進行せず分解反応に起因して炭素が析出しない所定温度以下になった時点でバルブを開き、システム内に原料ガスを供給して改質ガスをパージする。この後、バルブを閉じ、システム内を原料ガスで満たす構成が採られている。
特許文献3に記載のものは、改質器系内に水蒸気を流通させて可燃性ガスをパージした後、改質器中の改質触媒の温度が改質触媒の酸化温度である350〜400℃以下になった時点で、改質器に空気を導入して改質器系内の水蒸気をパージする構成が採られている。
Conventionally, a fuel cell system that supplies hydrogen gas as a fuel gas to a fuel cell to generate electric power is known. As these fuel cell systems, a configuration in which reformed gas or the like is purged when the system is started / stopped is known (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
In Patent Document 1, a part of the reformed gas is guided to the hydrogen storage alloy through the reformed gas line during the operation of the reformer, and only hydrogen is absorbed, and the hydrogen storage is performed when the reformer is stopped. A configuration is adopted in which hydrogen is released from the alloy, hydrogen is supplied to the upstream side of the reformer through the hydrogen gas line, residual fuel and moisture in the reformer are purged, and hydrogen is sealed in the reformer. It has been.
When the system is stopped, the one described in Patent Document 2 closes the valve of the outlet conduit of either the CO conversion unit and the CO removal unit sequentially connected to the steam reformer including the combustion unit and the reforming unit, and reforms. The supply of raw material gas and water to the department is stopped. Then, when the reforming section and the CO conversion section are below a predetermined temperature at which the hydrocarbon decomposition reaction does not proceed and carbon is not deposited due to the decomposition reaction, the valve is opened and the raw material gas is supplied into the system. To purge the reformed gas. Thereafter, the valve is closed and the system is filled with the raw material gas.
Patent Document 3 describes a method in which steam is circulated in a reformer system to purge combustible gas, and then the temperature of the reforming catalyst in the reformer is an oxidation temperature of the reforming catalyst. A configuration is adopted in which air is introduced into the reformer and the water vapor in the reformer system is purged when the temperature falls to or below.

特開2000−21431号公報JP 2000-21431 A 特開2004−307236号公報JP 2004-307236 A 特開2002−8701号公報JP 2002-8701 A

しかしながら、上記特許文献1に記載のような従来の水素ガスでパージする構成では、高価な水素吸蔵合金を用いる特別な構成および運転時・停止時の水素の吸蔵・放出のための圧力制御などの煩雑な制御が必要で、特に家庭用で利用するような場合では、利用の拡大のために小型かつ安価なシステム構成が必要である。
また、特許文献2に記載のような改質ガスをパージする構成では、再起動時にパージした改質ガスがそのまま排出されることとなり、例えば毎日のように停止させるシステムの場合には、パージに利用され排出される改質ガスの量も多大となり、エネルギ効率の観点から、より効率化が望まれる。
さらに、特許文献3に記載のような空気をパージする構成では、350℃以下の温度でも空気中の酸素により改質触媒が徐々に失活するおそれがあり、改質特性が低下して、運転効率が低下するおそれがある。
However, in the configuration of purging with the conventional hydrogen gas as described in Patent Document 1, a special configuration using an expensive hydrogen storage alloy and pressure control for storing and releasing hydrogen at the time of operation and stop, etc. Complicated control is required, and particularly in the case of use at home, a small and inexpensive system configuration is required to expand use.
Further, in the configuration in which the reformed gas is purged as described in Patent Document 2, the purged reformed gas is discharged as it is at the time of restart. For example, in the case of a system that stops every day, the purge is performed. The amount of the reformed gas that is used and discharged becomes large, and more efficiency is desired from the viewpoint of energy efficiency.
Further, in the configuration of purging air as described in Patent Document 3, there is a possibility that the reforming catalyst may be gradually deactivated by oxygen in the air even at a temperature of 350 ° C. or lower, and the reforming characteristics are deteriorated. Efficiency may be reduced.

本発明の目的は、このような点に鑑みて、液体燃料を原料に用い安定し効率よく運転できる燃料電池システムおよびその運転制御方法を提供する。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of operating stably and efficiently using liquid fuel as a raw material, and an operation control method thereof.

本発明に記載の燃料電池システムは、液体燃料を脱硫する脱硫手段と、この脱硫手段で脱硫した前記液体燃料を原料ガスに気化する気化手段と、前記原料ガスを燃料ガスに改質する改質手段と、酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、前記改質手段で改質された前記燃料ガスおよび前記酸素含有気体供給手段によって供給される前記酸素含有気体を利用して発電する燃料電池と、前記脱硫手段で脱硫した前記液体燃料の前記気化手段への供給を中止して稼働停止する際に不活性ガスを前記脱硫手段より下流側に供給する不活性ガス供給手段と、前記燃料電池に接続され前記不活性ガス供給手段によって前記不活性ガスが供給されることで前記燃料電池から流出する流出物を前記脱硫手段より下流側に供給する循環手段と、を具備したことを特徴とする。
この発明では、脱硫手段により液体燃料を脱硫して気化手段で気化させた後の原料ガスを改質手段で燃料ガスに改質し、酸素含有気体供給手段で供給される酸素含有気体と燃料電池で反応させて発電させるシステム構成で、脱硫手段で脱硫した液体燃料の気化手段への供給を中止して稼働停止する際に不活性ガス供給手段により不活性ガスを脱硫手段より下流側に供給させ、燃料電池に接続された循環手段により、不活性ガスの供給により燃料電池から流出する流出物を脱硫手段より下流側に供給させている。
このことにより、不活性ガスが供給され不活性ガスが燃料電池から流出物として流出される状態で循環手段により脱硫手段より下流側に供給されることで不活性ガスが循環する状態となり、新たに不活性ガスを供給する必要がなく、不活性ガスを最小限で供給すればよく、供給する不活性ガスを返送させる簡単な構成で、不活性ガスの再利用が得られ、不活性ガスによる安定した効率的な稼働停止時のパージが得られ、効率的な運転を提供できる。
A fuel cell system according to the present invention includes a desulfurization unit that desulfurizes liquid fuel, a vaporization unit that vaporizes the liquid fuel desulfurized by the desulfurization unit, and a reforming that reforms the source gas into a fuel gas. Means, oxygen-containing gas supply means for supplying oxygen-containing gas, fuel gas reformed by the reforming means, and fuel that generates electric power using the oxygen-containing gas supplied by the oxygen-containing gas supply means A battery, an inert gas supply means for supplying an inert gas downstream from the desulfurization means when the supply of the liquid fuel desulfurized by the desulfurization means to the vaporization means is stopped and operation is stopped, and the fuel A circulation means connected to a battery and supplying the effluent flowing out of the fuel cell to the downstream side of the desulfurization means when the inert gas is supplied by the inert gas supply means. It is characterized in.
In this invention, the raw material gas after desulfurizing the liquid fuel by the desulfurization means and vaporizing by the vaporization means is reformed to the fuel gas by the reforming means, and the oxygen-containing gas supplied by the oxygen-containing gas supply means and the fuel cell In the system configuration in which power is generated by reacting with the desulfurization means, when the supply of the liquid fuel desulfurized by the desulfurization means is stopped and the operation is stopped, the inert gas supply means supplies the inert gas downstream from the desulfurization means. The effluent flowing out of the fuel cell by supplying the inert gas is supplied downstream from the desulfurization means by the circulation means connected to the fuel cell.
As a result, the inert gas is circulated by being supplied downstream from the desulfurization means by the circulation means in a state where the inert gas is supplied and the inert gas flows out from the fuel cell as an effluent. There is no need to supply the inert gas, it is sufficient to supply the inert gas at a minimum, and the inert gas can be reused with a simple configuration in which the supplied inert gas is returned, and the inert gas is stable. Thus, an efficient operation stop purge can be obtained, and an efficient operation can be provided.

そして、本発明では、前記循環手段は、前記燃料電池に接続され前記燃料電池から流出する流出物を貯溜する貯溜手段を備えた構成とすることが好ましい。
この発明では、燃料電池に接続され燃料電池から流出する流出物を脱硫手段より下流側に供給させる循環手段に、流出物を貯留する貯溜手段を設けている。
このことにより、例えば、不活性ガスによるパージのために多少余剰に不活性ガスを供給した場合に余剰分を貯溜手段で回収したり、再起動時に残留する不活性ガスを循環手段へ流通させて貯溜手段で回収したりするなど、さらなる不活性ガスの有効利用が得られ、より効率的な運転制御が得られる。
And in this invention, it is preferable that the said circulation means is set as the structure provided with the storage means which stores the effluent which is connected to the said fuel cell and flows out of the said fuel cell.
In this invention, the storage means for storing the effluent is provided in the circulation means that is connected to the fuel cell and supplies the effluent flowing out from the fuel cell downstream from the desulfurization means.
For this reason, for example, when inert gas is supplied in a somewhat excessive amount for purging with an inert gas, the surplus is recovered by the storage means, or the inert gas remaining at the time of restarting is circulated to the circulation means. More effective use of the inert gas such as recovery by the storage means can be obtained, and more efficient operation control can be obtained.

また、本発明では、前記循環手段は、前記流出物を気液分離する気液分離手段を備え、分離した気体を前記脱硫手段より下流側に供給する構成とすることが好ましい。
この発明では、流出物を気液分離する気液分離手段を循環手段に設け、分離した気体を脱硫手段より下流側へ供給する。
このことにより、例えば不活性ガスを供給してパージすることにより流出物として流出される発電時の水や液体燃料の気化のための水蒸気由来の水などが分離除去され、ドライな不活性ガスを循環させることが簡単な構成で容易に得られ、水の返送による改質手段の改質処理能力の低下などを防止でき、良好な停止状態が容易に得られる。
In the present invention, it is preferable that the circulation means includes a gas-liquid separation means for gas-liquid separation of the effluent, and the separated gas is supplied downstream from the desulfurization means.
In this invention, the gas-liquid separation means for separating the effluent from gas and liquid is provided in the circulation means, and the separated gas is supplied downstream from the desulfurization means.
As a result, for example, water at the time of power generation that flows out as effluent by supplying inert gas and purging, water derived from water vapor for vaporization of liquid fuel, and the like are separated and removed, and dry inert gas is removed. Circulation is easily obtained with a simple configuration, and it is possible to prevent a reduction in the reforming capacity of the reforming means due to the return of water, and a good stop state can be easily obtained.

さらに、本発明では、前記気化手段は、前記改質手段からの排気により水蒸気を生成する熱交換装置と、この熱交換装置で生成した前記水蒸気を前記脱硫手段で脱硫した前記液体燃料と混合させて前記原料ガスに気化させる気化器とを備え、前記気液分離手段は、前記流出物の気液分離により分集した液相分を前記熱交換装置に供給させて前記水蒸気を生成させる構成とすることが好ましい。
この発明では、気化手段として、改質手段からの排気により熱交換装置で水蒸気を生成させ、この水蒸気を脱硫手段で脱硫した液体燃料と気化器で混合させて原料ガスに気化させる構成とし、循環手段の気液分離手段で流出物の気液分離により分集した液相分、すなわち水蒸気由来の水を熱交換装置に供給させ、液体燃料を気化させる水蒸気を生成させる。
このことにより、液体燃料と混合させて燃料電池で発電させる水素ガスを効率的に生成させるための水蒸気の原料となる水が良好に回収され、良好な水バランスが得られ、より効率的な運転が得られる。
Further, in the present invention, the vaporizing means mixes the heat exchange device that generates steam by exhaust from the reforming means, and the liquid fuel desulfurized by the desulfurization means, the steam generated by the heat exchange device. A vaporizer that vaporizes the source gas, and the gas-liquid separation means supplies the liquid phase fraction collected by gas-liquid separation of the effluent to the heat exchange device to generate the water vapor. It is preferable.
In the present invention, as the vaporizing means, steam is generated by the heat exchange device by exhaust from the reforming means, and the water vapor is mixed with the liquid fuel desulfurized by the desulfurizing means and vaporized to vaporize the raw material gas. The liquid phase fraction collected by gas-liquid separation of the effluent by the gas-liquid separation means of the means, that is, water derived from water vapor is supplied to the heat exchanging device to generate water vapor that vaporizes the liquid fuel.
As a result, water that is a raw material for water vapor for efficiently generating hydrogen gas that is mixed with liquid fuel and generated by a fuel cell is recovered well, a good water balance is obtained, and more efficient operation is achieved. Is obtained.

また、本発明では、前記不活性ガス供給手段は、前記脱硫手段で脱硫した前記液体燃料の前記気化手段への供給が中止されると所定時間長で前記不活性ガスを供給するとともに、この不活性ガスの所定時間長の供給後の所定時間経過後に前記気化手段における前記熱交換装置から前記気化器への水蒸気の供給を停止させると前記不活性ガスを再供給する構成とすることが好ましい。
この発明では、不活性ガス供給手段により、脱硫手段で脱硫した液体燃料の供給中止後に所定時間長で不活性ガスを供給させた後、所定時間経過後に気化手段における熱交換装置から気化器への水蒸気の供給を停止させると不活性ガスを再供給させる。
このことにより、液体燃料の供給中止後に不活性ガスのパージにて液体燃料やこの液体燃料由来のガスなどが改質手段などに残留することによる炭化などの不都合を防止し、不活性ガスの供給を一旦中断して、例えば液体燃料を改質させるために気化手段で供給する水蒸気を改質手段に供給させることで改質手段の迅速な冷却が得られ、改質手段がある程度冷却して水蒸気が水として析出する前となるなどの所定時間経過後に不活性ガスを再供給し、水蒸気の残留により水として析出して改質特性の低下などの不都合を防止することができ、迅速で効率よく稼働停止ができる。
In the present invention, the inert gas supply means supplies the inert gas for a predetermined time length when the supply of the liquid fuel desulfurized by the desulfurization means to the vaporization means is stopped. It is preferable that the inert gas is re-supplied when the supply of water vapor from the heat exchange device to the vaporizer in the vaporization means is stopped after a predetermined time has elapsed after the supply of the active gas for a predetermined length of time.
In this invention, the inert gas supply means causes the inert gas to be supplied for a predetermined time after the supply of the liquid fuel desulfurized by the desulfurization means is stopped, and after the predetermined time has elapsed, the heat exchange device in the vaporization means to the vaporizer When the supply of water vapor is stopped, the inert gas is supplied again.
This prevents inconvenience such as carbonization due to the liquid fuel or the gas derived from the liquid fuel remaining in the reforming means by purging with the inert gas after the supply of the liquid fuel is stopped. For example, by supplying the reforming means with steam supplied by the vaporization means to reform the liquid fuel, the reforming means can be cooled quickly, and the reforming means cools to a certain degree to The inert gas is re-supplied after a predetermined time, such as before the water is deposited as water, and the water vapor is deposited as water due to the remaining water vapor to prevent inconveniences such as deterioration of the reforming characteristics, and it is quick and efficient. The operation can be stopped.

そして、本発明では、前記不活性ガス供給手段は、前記気化手段より上流側で前記脱硫手段より下流側に前記不活性ガスを供給する構成としている。
本発明では、不活性ガス供給手段により、気化手段より上流側で脱硫手段より下流側に不活性ガスを供給させる。
このことにより、例えば、液相で液体燃料が流通する気化手段より上流側の部分で稼働停止のために液体燃料の供給を遮断した際に液体燃料が残留することが防止され、液体燃料の残留による改質手段の余熱にて炭化するなどの不都合を防止できる。
In the present invention, the inert gas supply means supplies the inert gas upstream from the vaporization means and downstream from the desulfurization means.
In the present invention, the inert gas is supplied upstream of the vaporization means and downstream of the desulfurization means by the inert gas supply means.
This prevents, for example, the liquid fuel from remaining when the supply of the liquid fuel is shut off in order to stop the operation at a portion upstream from the vaporization means through which the liquid fuel flows in the liquid phase. It is possible to prevent inconveniences such as carbonization due to residual heat of the reforming means.

また、本発明では、前記不活性ガス供給手段は、前記不活性ガスを前記脱硫手段より下流側に供給するとともに前記改質手段の下流側で前記燃料電池より上流側にも供給する構成とすることが好ましい。
この発明では、不活性ガス供給手段により、脱硫手段より下流側に不活性ガスを供給するとともに、改質手段の下流側で燃料電池より上流側にも供給させる。
このことにより、例えば水蒸気由来の水が析出しても不都合を生じない改質手段より下流側の領域と、水の残留により改質特性の低下などの不都合を生じる改質手段側の領域とで、独立して不活性ガスを供給させる構成が得られ、改質手段における迅速な冷却のために水蒸気を改質手段へ供給させる領域側だけで水蒸気を排出させるための不活性ガスの再供給などを実施することが得られ、不活性ガスの使用量をより低減でき、より効率的な運転が得られる。
In the present invention, the inert gas supply means supplies the inert gas to the downstream side of the desulfurization means and also supplies the downstream side of the reforming means to the upstream side of the fuel cell. It is preferable.
In the present invention, the inert gas supply means supplies the inert gas to the downstream side of the desulfurization means and also supplies the downstream side of the reforming means to the upstream side of the fuel cell.
As a result, for example, a region on the downstream side of the reforming unit that does not cause inconvenience even if water derived from water vapor precipitates, and a region on the reforming unit side that causes inconvenience such as deterioration of reforming characteristics due to water remaining. In addition, a configuration in which an inert gas is supplied independently is obtained, and the inert gas is re-supplied to discharge water vapor only on the region side where water vapor is supplied to the reforming means for rapid cooling in the reforming means. The amount of inert gas used can be further reduced, and more efficient operation can be obtained.

さらに、本発明では、前記改質手段は、前記気化手段で気化された前記原料ガスを改質するために加熱するバーナを備え、前記燃料電池に接続され前記燃料電池から流出する前記流出物を前記バーナへ供給して燃焼させる返送手段を具備し、前記循環手段は、前記返送手段を介して前記燃料電池に接続された構成とすることが好ましい。
本発明では、改質手段における気化手段で気化された原料ガスを改質するために加熱するバーナへ、燃料電池に接続され燃料電池から流出する流出物を供給させて燃焼させる返送手段に、循環手段を接続して流出物を脱硫手段の下流側へ供給させる構成としている。
このことにより、例えば、液体燃料の供給を中止して不活性ガスのパージにより燃料電池から流出する流出物である水素ガスや一酸化炭素などをバーナで燃焼させてエネルギ効率の向上および環境保護を実施し、迅速な冷却のために水蒸気を改質手段へ供給させた後に不活性ガスのパージにより燃料電池から流出する水蒸気や不活性ガス分を循環手段で回収し水蒸気を分離除去して不活性ガスのみを供給して循環させる構成が容易に得られ、良好で効率的な運転が返送手段から分岐させる簡単な構成で容易に得られる。
Further, in the present invention, the reforming means includes a burner for heating to reform the raw material gas vaporized by the vaporization means, and the effluent flowing from the fuel cell connected to the fuel cell is removed. It is preferable that return means for supplying the burner to burn is provided, and the circulation means is connected to the fuel cell via the return means.
In the present invention, the recirculation means is connected to the burner that is heated to reform the raw material gas vaporized by the vaporization means in the reforming means, and the return means that is connected to the fuel cell and flows out from the fuel cell to burn it. The means is connected to supply the effluent to the downstream side of the desulfurization means.
As a result, for example, the supply of liquid fuel is stopped and hydrogen gas or carbon monoxide, which is an effluent flowing out of the fuel cell by purging with an inert gas, is burned with a burner to improve energy efficiency and protect the environment. After the steam is supplied to the reforming means for rapid cooling, the steam and inert gas components flowing out of the fuel cell are recovered by the circulation means by purging the inert gas, and the steam is separated and removed to be inert. A configuration in which only the gas is supplied and circulated can be easily obtained, and a good and efficient operation can be easily obtained with a simple configuration in which the return means is branched.

そしてさらに、本発明では、前記バーナは、前記液体燃料を燃焼させて加熱させ、前記不活性ガス供給手段は、前記バーナに前記液体燃料を供給する経路にも前記不活性ガスを供給する構成とすることが好ましい。
この発明では、改質手段における加熱のためにバーナで燃焼させる液体燃料をバーナへ供給する経路にも、不活性ガスを供給させる。
このことにより、稼働停止時に液体燃料の供給を停止させてバーナによる加熱を停止させることでバーナへの液体燃料を供給する経路中に残留する液体燃料が改質手段の余熱により炭化するなどの不都合を防止でき、安定した良好な運転が得られる。
Further, in the present invention, the burner burns and heats the liquid fuel, and the inert gas supply means supplies the inert gas also to a path for supplying the liquid fuel to the burner. It is preferable to do.
In the present invention, the inert gas is also supplied to the path for supplying the liquid fuel burned by the burner to the burner for heating in the reforming means.
As a result, when the operation is stopped, the supply of the liquid fuel is stopped and the heating by the burner is stopped, so that the liquid fuel remaining in the path for supplying the liquid fuel to the burner is carbonized by the residual heat of the reforming means. Can be prevented, and stable and good operation can be obtained.

本発明の燃料電池システムの運転制御方法は、液体燃料を脱硫手段で脱硫後に気化手段で原料ガスとして気化し改質手段で改質した後に燃料電池へ供給して発電させる燃料電池システムにおける運転状態を制御する燃料電池システムの運転制御方法であって、前記液体燃料を前記脱硫手段から前記気化手段へ供給する脱硫燃料バルブを備えた脱硫燃料経路、不活性ガスを前記脱硫手段より下流側に供給する不活性ガス供給手段、および前記燃料電池に接続され前記燃料電池から流出する流出物を前記脱硫手段より下流側に供給する循環手段を用い、前記脱硫燃料バルブを切り替えて前記脱硫手段から前記気化手段への前記液体燃料の供給を遮断する燃料供給遮断工程と、この燃料供給遮断工程で前記液体燃料の供給を遮断した後に前記不活性ガス供給手段から前記不活性ガスを前記脱硫手段より下流側に供給させる不活性ガスパージ工程と、この不活性ガスパージ工程で前記不活性ガスを供給することで前記循環手段を介して前記燃料電池から流出する前記流出物を前記脱硫手段より下流側に供給させる循環工程と、を実施することを特徴とする。
この発明では、燃料電池システムにおける液体燃料を脱硫手段から気化手段へ供給する脱硫燃料バルブを備えた脱硫燃料経路と、不活性ガスを脱硫手段より下流側に供給する不活性ガス供給手段と、燃料電池に接続され燃料電池から流出する流出物を脱硫手段より下流側に供給する循環手段とを用いる。そして、脱硫燃料バルブを切り替えて脱硫手段から気化手段への液体燃料の供給を遮断する燃料供給遮断工程を実施した後に、不活性ガス供給手段から脱硫手段より下流側に不活性ガスを供給させる不活性ガスパージ工程を実施する。この不活性ガスパージ工程における不活性ガスの供給により、燃料電池から流出する流出物を循環手段を介して脱硫手段より下流側に供給させる循環工程を実施する。
このことにより、不活性ガスが供給され不活性ガスが燃料電池から流出物として流出される状態で循環手段により脱硫手段より下流側に供給されることで不活性ガスが循環する状態となり、新たに不活性ガスを供給する必要がなく、不活性ガスを最小限で供給すればよく、供給する不活性ガスを返送させる簡単な構成で、不活性ガスの再利用が得られ、不活性ガスによる安定した効率的な稼働停止時のパージが得られ、効率的な運転を提供できる。
The operation control method for a fuel cell system according to the present invention is an operation state in a fuel cell system in which liquid fuel is desulfurized by a desulfurization means and then vaporized as a raw material gas by a vaporization means and then reformed by a reforming means and then supplied to the fuel cell to generate power. An operation control method of a fuel cell system for controlling a desulfurization fuel path having a desulfurization fuel valve for supplying the liquid fuel from the desulfurization means to the vaporization means, and supplying an inert gas downstream from the desulfurization means And an inert gas supply means that circulates the effluent that is connected to the fuel cell and flows out of the fuel cell to the downstream side of the desulfurization means, and switches the desulfurization fuel valve to the vaporization from the desulfurization means. A fuel supply shutoff step for shutting off the supply of the liquid fuel to the means, and the inertness after shutting off the liquid fuel supply in the fuel supply shutoff step An inert gas purge step for supplying the inert gas from the gas supply means to the downstream side of the desulfurization means, and the inert gas is supplied in the inert gas purge step to flow out of the fuel cell through the circulation means. And a circulation step of supplying the effluent to be supplied downstream from the desulfurization means.
In this invention, a desulfurization fuel path having a desulfurization fuel valve for supplying liquid fuel from the desulfurization means to the vaporization means in the fuel cell system, an inert gas supply means for supplying an inert gas downstream from the desulfurization means, and a fuel Circulating means connected to the battery and supplying the effluent flowing out from the fuel cell downstream from the desulfurization means is used. Then, after performing the fuel supply blocking step of switching the desulfurization fuel valve to block the supply of liquid fuel from the desulfurization means to the vaporization means, the inert gas supply means is configured to supply the inert gas downstream from the desulfurization means. An active gas purge step is performed. By supplying the inert gas in this inert gas purging step, a circulation step is performed in which the effluent flowing out from the fuel cell is supplied downstream from the desulfurization means via the circulation means.
As a result, the inert gas is circulated by being supplied downstream from the desulfurization means by the circulation means in a state where the inert gas is supplied and the inert gas flows out from the fuel cell as an effluent. There is no need to supply the inert gas, it is sufficient to supply the inert gas at a minimum, and the inert gas can be reused with a simple configuration in which the supplied inert gas is returned, and the inert gas is stable. Thus, an efficient operation stop purge can be obtained, and an efficient operation can be provided.

そして、本発明では、前記循環工程は、前記燃料電池から流出する前記流出物を気液分離して気相分を前記脱硫手段より下流側に供給させる構成とすることが好ましい。
この発明では、循環工程で、燃料電池から流出する流出物を気液分離して気相分を脱硫手段より下流側に供給させる。
このことにより、例えば不活性ガスを供給してパージすることにより流出物として流出される発電時の水や液体燃料の気化のための水蒸気由来の水などが分離除去され、ドライな不活性ガスを循環させることが簡単な構成で容易に得られ、水の返送による改質手段の改質処理能力の低下などを防止でき、良好な停止状態が容易に得られる。
And in this invention, it is preferable that the said circulation process sets it as the structure which gas-liquid-separates the said effluent which flows out from the said fuel cell, and supplies a gaseous-phase part downstream from the said desulfurization means.
In the present invention, in the circulation step, the effluent flowing out from the fuel cell is gas-liquid separated to supply the gas phase component downstream from the desulfurization means.
As a result, for example, water at the time of power generation that flows out as effluent by supplying inert gas and purging, water derived from water vapor for vaporization of liquid fuel, and the like are separated and removed, and dry inert gas is removed. Circulation is easily obtained with a simple configuration, and it is possible to prevent a reduction in the reforming capacity of the reforming means due to the return of water, and a good stop state can be easily obtained.

また、本発明では、前記不活性ガスパージ工程は、前記液体燃料の供給を遮断した後に前記不活性ガス供給手段から前記不活性ガスを前記脱硫手段より下流側に所定時間供給させる第1パージ工程と、この第1パージ工程で前記不活性ガスを所定時間供給させた後に所定時間経過後に前記不活性ガス供給手段から前記不活性ガスを前記脱硫手段より下流側に供給させる第2パージ工程と、を実施する構成とすることが好ましい。
この発明では、不活性ガスパージ工程として、液体燃料の供給を遮断した後に不活性ガス供給手段から脱硫手段より下流側に不活性ガスを所定時間供給させる第1パージ工程を実施して所定時間経過後に、不活性ガス供給手段から脱硫手段より下流側に不活性ガスを再供給させる第2パージ工程を実施する。
このことにより、液体燃料の供給中止後に第1パージ工程で不活性ガスのパージにて液体燃料やこの液体燃料由来のガスなどが改質手段などに残留することによる炭化などの不都合を防止し、不活性ガスの供給を一旦中断して、例えば液体燃料を改質させるために気化手段で供給する水蒸気を改質手段へ供給させることで改質手段の迅速な冷却が得られ、改質手段がある程度冷却して水蒸気が水として析出する前となるなどの所定時間経過後に第2パージ工程で不活性ガスを再供給し、水蒸気の残留により水として析出して改質特性の低下などの不都合を防止することができ、迅速で効率よく稼働停止ができる。
In the present invention, the inert gas purge step includes a first purge step of supplying the inert gas from the inert gas supply means to the downstream side of the desulfurization means for a predetermined time after the supply of the liquid fuel is shut off. A second purge step of supplying the inert gas from the inert gas supply means downstream of the desulfurization means after a predetermined time has elapsed after supplying the inert gas for a predetermined time in the first purge step; It is preferable that the configuration be implemented.
In the present invention, as the inert gas purge process, after the liquid fuel supply is shut off, the first purge process is performed in which the inert gas is supplied from the inert gas supply means to the downstream side of the desulfurization means for a predetermined time. Then, a second purge step is performed in which the inert gas is re-supplied downstream from the desulfurization means from the inert gas supply means.
This prevents inconvenience such as carbonization due to the liquid fuel or the gas derived from the liquid fuel remaining in the reforming means in the inert gas purge in the first purge step after the supply of the liquid fuel is stopped, The supply of the inert gas is temporarily interrupted, and for example, by supplying the reforming means with steam supplied by the vaporization means to reform the liquid fuel, the reforming means can be quickly cooled. The inert gas is re-supplied in the second purge step after a predetermined time elapses, for example, after cooling to a certain degree and before water vapor is precipitated as water, and the water vapor is deposited as water due to the remaining water vapor, resulting in a problem such as deterioration in reforming characteristics. Can be prevented, and the operation can be stopped quickly and efficiently.

さらに、本発明では、前記循環工程は、前記第2パージ工程で前記燃料電池から流出する前記流出物を前記脱硫手段より下流側に供給させる構成とすることが好ましい。
この発明では、循環工程では、第2パージ工程で燃料電池から流出する流出物を脱硫手段より下流側に供給させる。
このことにより、第2パージ工程で不活性ガスの供給により燃料電池から流出する流出物は、水蒸気あるいは水蒸気および不活性ガスの混合ガスであることから、水蒸気のみを除去して供給させることで、水が返送されることなく、不活性ガスの使用量が最小限となり、より効率的な運転が得られる。
Furthermore, in the present invention, it is preferable that the circulation step is configured to supply the effluent flowing out from the fuel cell in the second purge step to the downstream side from the desulfurization means.
In the present invention, in the circulation step, the effluent flowing out from the fuel cell in the second purge step is supplied downstream from the desulfurization means.
Thus, since the effluent flowing out of the fuel cell by supplying the inert gas in the second purge step is water vapor or a mixed gas of water vapor and inert gas, by removing only water vapor and supplying it, Without returning water, the amount of inert gas used is minimized, resulting in more efficient operation.

以下、本発明の燃料電池システムに係る一実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態では、灯油を利用する燃料電池システムの構成を例示するが、例えば燃料電池に供給する燃料ガスを製造する製造装置などに適用できる。
図1は、本実施の一形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
Hereinafter, an embodiment according to the fuel cell system of the present invention will be described.
In the present embodiment, the configuration of a fuel cell system that uses kerosene is exemplified, but the present invention can be applied to, for example, a manufacturing apparatus that manufactures fuel gas supplied to a fuel cell.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to the present embodiment.

〔燃料電池システムの構成〕
(全体構成)
図1において、100は、燃料電池システムで、この燃料電池システム100は、液体燃料を原料として水素を主成分とする燃料ガスに改質し、燃料電池170により発電させるシステムである。
この燃料電池システム100は、液体燃料供給手段110と、脱硫手段120と、気化手段130と、改質手段140と、酸素含有気体供給手段150と、加湿器160と、燃料電池170と、不活性ガス供給手段180と、循環手段190と、などを備えている。
[Configuration of fuel cell system]
(overall structure)
In FIG. 1, reference numeral 100 denotes a fuel cell system. The fuel cell system 100 is a system that uses liquid fuel as a raw material to be reformed into a fuel gas containing hydrogen as a main component and causes the fuel cell 170 to generate electric power.
The fuel cell system 100 includes a liquid fuel supply means 110, a desulfurization means 120, a vaporization means 130, a reforming means 140, an oxygen-containing gas supply means 150, a humidifier 160, a fuel cell 170, an inert gas. A gas supply unit 180, a circulation unit 190, and the like are provided.

液体燃料供給手段110は、液体燃料貯溜タンク111と、液体燃料供給経路112と、を備えている。
液体燃料貯溜タンク111は、例えば灯油などの液体燃料111Aを流出可能に貯溜する。ここで、液体燃料111Aとしては、灯油に限らず、例えば軽油やナフサなど、各種液体燃料が利用できる。
液体燃料供給経路112は、液体燃料貯溜タンク111に接続され、液体燃料貯溜タンク111に貯溜する液体燃料111Aを流通させる。この液体燃料供給経路112は、液体燃料ポンプ112Aおよび燃料供給バルブ112Bを有し、一端が液体燃料貯溜タンク111に接続され他端が脱硫手段120に接続された燃料供給管112Cを備えている。そして、液体燃料供給経路112は、液体燃料ポンプ112Aの駆動により液体燃料貯溜タンク111に貯溜する液体燃料111Aを脱硫手段120へ流通させる。
なお、液体燃料供給手段110としては、液体燃料貯溜タンク111を備えた構成に限られるものではなく、例えば、別途設けられた液体燃料貯溜タンク111に接続されこの液体燃料貯溜タンク111に貯溜する液体燃料111Aを流通させる液体燃料供給経路112のみを備えた構成としてもよい。
The liquid fuel supply unit 110 includes a liquid fuel storage tank 111 and a liquid fuel supply path 112.
The liquid fuel storage tank 111 stores liquid fuel 111A such as kerosene so that it can flow out. Here, the liquid fuel 111A is not limited to kerosene, and various liquid fuels such as light oil and naphtha can be used.
The liquid fuel supply path 112 is connected to the liquid fuel storage tank 111, and distributes the liquid fuel 111A stored in the liquid fuel storage tank 111. The liquid fuel supply path 112 includes a liquid fuel pump 112A and a fuel supply valve 112B, and includes a fuel supply pipe 112C having one end connected to the liquid fuel storage tank 111 and the other end connected to the desulfurization means 120. The liquid fuel supply path 112 distributes the liquid fuel 111A stored in the liquid fuel storage tank 111 to the desulfurization means 120 by driving the liquid fuel pump 112A.
The liquid fuel supply means 110 is not limited to the configuration provided with the liquid fuel storage tank 111. For example, the liquid fuel supply means 110 is connected to the separately provided liquid fuel storage tank 111 and stores liquid in the liquid fuel storage tank 111. It is good also as a structure provided only with the liquid fuel supply path 112 which distribute | circulates the fuel 111A.

脱硫手段120は、脱硫器121と、図示しないバッファタンクと、などを備えている。
脱硫器121は、液体燃料貯溜タンク111から液体燃料供給経路112を介して例えば約300[ml/時間]で供給される液体燃料111Aを、液相吸着法により液体燃料111A中に含有される硫黄化合物を吸着除去する脱硫処理を実施する。この脱硫器121は、図示しない、脱硫剤容器と、脱硫加熱手段と、などを備えている。脱硫剤容器は、内部に脱硫剤が充填された略円筒状に形成され、軸方向の一端に液体燃料供給経路112の燃料供給管112Cの他端が接続され液体燃料111Aが流入される図示しない流入口を有し、軸方向の他端にバッファタンクに接続され脱硫剤と接触して流通する液体燃料111Aを流出させる図示しない流出口を有している。そして、脱硫器121は、脱硫剤容器の軸方向が略鉛直方向に沿う状態で、かつ流入口が鉛直方向の下方に向けて開口するとともに流出口が鉛直方向の上方に向けて開口する状態に設置される。すなわち、脱硫器121は、脱硫剤容器の下部から液体燃料111Aが流入され、鉛直方向の上方に向けて流通しつつ上部から流出させる状態に設置される。脱硫加熱手段は、例えば脱硫剤容器の外面に螺旋状に配設されたシーズヒータなどの電気ヒータを備え、脱硫剤容器の外面側から流通する液体燃料111Aを例えば200℃程度に加熱して脱硫処理を促進させる。なお、脱硫器121の外面には、電気ヒータとともに脱硫剤容器の外面を被覆して断熱する断熱材が設けられる。また、電気ヒータは、螺旋状に配設する構成に限らず、例えば脱硫剤容器の長手方向に沿って折り返すように配設するなどしてもよい。
バッファタンクは、脱硫器121で脱硫処理された液体燃料111Aを一時的に貯溜するタンクである。バッファタンクには、貯溜する液体燃料111Aの液量を検出する液量センサが設けられている。この液量センサは、バッファタンクに所定量が貯溜される状態に、液体燃料供給経路112の液体燃料ポンプ112Aの駆動制御のために液量に関する信号を出力する。そして、このバッファタンクの下部には、脱硫燃料バルブ122Aおよび図示しない脱硫燃料ポンプを有した脱硫燃料経路122が接続され、貯溜する脱硫処理後の液体燃料111Aを気化手段130へ供給可能となっている。また、バッファタンクの上部には、気化した液体燃料111Aを排出、例えば改質手段140で燃焼される燃焼ガスとして供給させる図示しない燃焼ガス供給経路が接続されている。
The desulfurization means 120 includes a desulfurizer 121, a buffer tank (not shown), and the like.
The desulfurizer 121 is a sulfur containing liquid fuel 111A supplied from the liquid fuel storage tank 111 via the liquid fuel supply path 112 at, for example, about 300 [ml / hour] in the liquid fuel 111A by the liquid phase adsorption method. A desulfurization treatment is carried out to adsorb and remove the compound. The desulfurizer 121 includes a desulfurization agent container, a desulfurization heating unit, and the like, which are not illustrated. The desulfurization agent container is formed in a substantially cylindrical shape filled with a desulfurization agent, and the other end of the fuel supply pipe 112C of the liquid fuel supply path 112 is connected to one end in the axial direction so that the liquid fuel 111A flows in (not shown). It has an inflow port, and has an unillustrated outflow port for flowing out the liquid fuel 111A connected to the buffer tank and in contact with the desulfurization agent at the other end in the axial direction. The desulfurizer 121 is in a state where the axial direction of the desulfurizing agent container is substantially along the vertical direction, and the inflow port is opened downward in the vertical direction and the outflow port is opened upward in the vertical direction. Installed. That is, the desulfurizer 121 is installed in a state in which the liquid fuel 111A flows in from the lower part of the desulfurizing agent container and flows out from the upper part while flowing upward in the vertical direction. The desulfurization heating means includes, for example, an electric heater such as a sheathed heater spirally disposed on the outer surface of the desulfurizing agent container, and desulfurizes by heating the liquid fuel 111A flowing from the outer surface side of the desulfurizing agent container to about 200 ° C., for example. Promote processing. In addition, the outer surface of the desulfurizer 121 is provided with a heat insulating material that covers and heat-insulates the outer surface of the desulfurizing agent container together with the electric heater. Further, the electric heater is not limited to the spiral arrangement, and may be arranged so as to be folded back along the longitudinal direction of the desulfurization agent container, for example.
The buffer tank is a tank that temporarily stores the liquid fuel 111A desulfurized by the desulfurizer 121. The buffer tank is provided with a liquid amount sensor that detects the amount of liquid fuel 111A to be stored. This liquid amount sensor outputs a signal related to the liquid amount for controlling the driving of the liquid fuel pump 112A in the liquid fuel supply path 112 in a state where a predetermined amount is stored in the buffer tank. A desulfurization fuel path 122 having a desulfurization fuel valve 122A and a desulfurization fuel pump (not shown) is connected to the lower portion of the buffer tank, and the stored desulfurized liquid fuel 111A can be supplied to the vaporizing means 130. Yes. In addition, a combustion gas supply path (not shown) is connected to the upper part of the buffer tank so that the vaporized liquid fuel 111A is discharged, for example, supplied as combustion gas burned by the reforming means 140.

気化手段130は、脱硫手段120の脱硫燃料経路122に接続され、脱硫手段120から供給される脱硫処理後の液体燃料111Aを気化させる。この気化手段130は、気化器131と、熱交換装置132と、給水経路133と、などを備えている。
気化器131は、脱硫燃料経路122に接続され液体燃料111Aが供給されるとともに、熱交換装置132に接続され熱交換装置132から水蒸気が供給される。そして、気化器131は、液体燃料111Aおよび水蒸気を適宜混合して気化、すなわち原料ガスである気化液体燃料を生成させる。この気化器131は、改質手段140に接続され、水蒸気が混合されて気化した液体燃料111Aである気化液体燃料を改質手段140へ供給する。
熱交換装置132は、改質手段140に接続され、改質手段140から排気される排ガスを冷却させるとともに排ガスと熱交換させる水から水蒸気を生成させ、生成した水蒸気を気化器131へ供給させる。具体的には、熱交換装置132には、純水133Aを貯溜する純水タンク133Bが搬送ポンプ133Cおよび搬送バルブ133Dを有した給水経路133を介して接続され、純水タンク133Bから純水133Aが供給される。この純水133Aが改質手段140からの排ガスと熱交換されて水蒸気として気化器131に供給される。なお、純水タンク133Bは、蒸留水などの不純物を含まない純水133Aを貯溜し、例えば水道水などが浄化されて適宜給水される構成が設けられていてもよい。
The vaporization means 130 is connected to the desulfurization fuel path 122 of the desulfurization means 120, and vaporizes the liquid fuel 111A after the desulfurization process supplied from the desulfurization means 120. The vaporization means 130 includes a vaporizer 131, a heat exchange device 132, a water supply path 133, and the like.
The vaporizer 131 is connected to the desulfurization fuel path 122 and supplied with the liquid fuel 111A, and is connected to the heat exchange device 132 and supplied with water vapor from the heat exchange device 132. The vaporizer 131 appropriately mixes the liquid fuel 111A and water vapor to vaporize, that is, generate vaporized liquid fuel that is a raw material gas. The vaporizer 131 is connected to the reforming unit 140, and supplies the vaporized liquid fuel, which is the liquid fuel 111 </ b> A vaporized by mixing water vapor, to the reforming unit 140.
The heat exchanging device 132 is connected to the reforming unit 140, cools the exhaust gas exhausted from the reforming unit 140, generates water vapor from water that exchanges heat with the exhaust gas, and supplies the generated water vapor to the vaporizer 131. Specifically, a pure water tank 133B for storing pure water 133A is connected to the heat exchanging device 132 via a water supply path 133 having a transfer pump 133C and a transfer valve 133D, and from the pure water tank 133B to the pure water 133A. Is supplied. The pure water 133A is heat-exchanged with the exhaust gas from the reforming means 140 and supplied to the vaporizer 131 as water vapor. The pure water tank 133B may be configured to store pure water 133A that does not contain impurities such as distilled water and to supply, for example, tap water or the like after being purified.

改質手段140は、気化手段130により水蒸気が混合されて気化された気化液体燃料を水素リッチな燃料ガスに改質する。この改質手段140は、改質器141と、CO変成器142と、CO選択酸化器143と、などを備えている。
改質器141は、内部に図示しないニッケル触媒などの改質触媒および加熱装置としてのバーナ141Aを備えている。バーナ141Aには、液体燃料貯溜タンク111に接続され搬送ポンプ144Aを有し液体燃料貯溜タンク111に貯溜する液体燃料111Aを搬送する燃料搬送経路144が接続されている。また、バーナ141Aには、送気ブロワ145Aおよび送気バルブ145Bを有した送気経路145が接続され、送気ブロワ145Aの駆動により燃焼用空気が供給される。さらに、バーナ141Aには、詳細は後述する燃料電池170に接続され開閉バルブ146Aを有し燃料電池170から排出される流出物である燃料ガスを排出する返送手段としての燃料ガス供給経路146が接続されている。そして、バーナ141Aは、送気ブロワ145Aから供給される空気により、燃料搬送経路144を介して供給された液体燃料111Aおよび燃料ガス供給経路146を介して供給された燃料ガスを燃焼させ、改質器141に供給された気化液体燃料を水素リッチの燃料ガスに水蒸気改質する。このバーナ141Aの燃焼による高温の排ガスは、気化手段130の熱交換装置132に供給され、純水133Aとの熱交換により冷やされて外気中に排気される。
CO変成器142は、改質器141から流出する水素リッチの燃料ガス中に含まれる一酸化炭素(CO)を変成する。
CO選択酸化器143は、酸化ブロワ143Aが接続されて空気が供給される。そして、CO選択酸化器143は、供給される空気中の酸素により、CO変成器142で変成されずに残留するCOを二酸化炭素(CO2)に酸化させ、燃料ガス中のCOを除去する。
なお、CO変成器142およびCO選択酸化器143は、改質器141と一体構成としてもよい。また、これらCO変成器142およびCO選択酸化器143の他、COを吸着除去するなどの装置を設けるなどしてもよい。
The reforming unit 140 reforms the vaporized liquid fuel vaporized by mixing the water vapor by the vaporizing unit 130 into a hydrogen-rich fuel gas. The reforming means 140 includes a reformer 141, a CO converter 142, a CO selective oxidizer 143, and the like.
The reformer 141 includes a reforming catalyst such as a nickel catalyst (not shown) and a burner 141A as a heating device. The burner 141 </ b> A is connected to a fuel transfer path 144 that is connected to the liquid fuel storage tank 111 and has a transfer pump 144 </ b> A to transfer the liquid fuel 111 </ b> A stored in the liquid fuel storage tank 111. In addition, an air supply path 145 having an air supply blower 145A and an air supply valve 145B is connected to the burner 141A, and combustion air is supplied by driving the air supply blower 145A. Further, the burner 141A is connected to a fuel cell 170, which will be described in detail later, and has an open / close valve 146A, which is connected to a fuel gas supply path 146 as a return means for discharging fuel gas which is an effluent discharged from the fuel cell 170. Has been. The burner 141A burns the fuel gas supplied via the fuel conveyance path 144 and the fuel gas supplied via the fuel gas supply path 146 with the air supplied from the air supply blower 145A, and reformed. The vaporized liquid fuel supplied to the vessel 141 is steam reformed into a hydrogen-rich fuel gas. The high-temperature exhaust gas generated by the combustion of the burner 141A is supplied to the heat exchange device 132 of the vaporizing means 130, cooled by heat exchange with the pure water 133A, and exhausted into the outside air.
The CO converter 142 converts carbon monoxide (CO) contained in the hydrogen-rich fuel gas flowing out from the reformer 141.
The CO selective oxidizer 143 is connected to the oxidation blower 143A and supplied with air. The CO selective oxidizer 143 oxidizes the remaining CO that is not transformed by the CO transformer 142 to carbon dioxide (CO 2 ) by oxygen in the supplied air, and removes CO in the fuel gas.
Note that the CO converter 142 and the CO selective oxidizer 143 may be integrated with the reformer 141. In addition to the CO converter 142 and the CO selective oxidizer 143, a device for adsorbing and removing CO may be provided.

酸素含有気体供給手段150は、酸素含有気体として例えば空気を燃料電池170へ供給する。
具体的には、酸素含有気体供給手段150は、ブロワ151と、一端がブロワ151に接続され他端が加湿器160に接続された空気供給管152と、この空気供給管152に設けられた空気バルブ153と、を備えている。そして、ブロワ151の駆動により、空気供給管152を介して空気を加湿器160へ供給する。
The oxygen-containing gas supply means 150 supplies, for example, air to the fuel cell 170 as the oxygen-containing gas.
Specifically, the oxygen-containing gas supply means 150 includes a blower 151, an air supply pipe 152 having one end connected to the blower 151 and the other end connected to the humidifier 160, and air provided in the air supply pipe 152. And a valve 153. The blower 151 is driven to supply air to the humidifier 160 through the air supply pipe 152.

加湿器160は、第1加湿部161と、第2加湿部162と、を有している。
第1加湿部161は、燃料ガスバルブ163Aを有した燃料ガス供給経路163を介して改質手段140のCO選択酸化器143に接続され、改質手段140で改質された水素リッチの燃料ガスを、例えば60〜70℃程度に調整しつつ例えば純水タンク133Bから供給される純水133Aにて加湿する。そして、第1加湿部161は、加湿した燃料ガスを燃料電池170へ供給する。
第2加湿部162は、酸素含有気体供給手段150の空気供給管152が接続され、供給される空気を例えば60〜70℃に加熱しつつ純水タンク133Bから供給される純水133Aにて加湿する。そして、第2加湿部162は、加湿した空気を燃料電池170へ供給する。
また、燃料ガス供給経路163は、燃料ガスバルブ163Aより上流側の位置で、バイパス経路165が接続されている。このバイパス経路165は、切替バルブ165Aを有し、燃料ガス供給経路146における開閉バルブ146Aより下流側に接続されている。そして、バイパス経路165は、燃料ガス供給経路163を流通する燃料ガスを、燃料ガス供給経路146を介して改質器141のバーナ141Aへ供給する。
The humidifier 160 has a first humidifying unit 161 and a second humidifying unit 162.
The first humidifying unit 161 is connected to the CO selective oxidizer 143 of the reforming unit 140 via the fuel gas supply path 163 having the fuel gas valve 163A, and the hydrogen-rich fuel gas reformed by the reforming unit 140 is supplied to the first humidifying unit 161. For example, it is humidified with pure water 133A supplied from, for example, a pure water tank 133B while adjusting to about 60 to 70 ° C., for example. Then, the first humidification unit 161 supplies the humidified fuel gas to the fuel cell 170.
The second humidifying unit 162 is connected to the air supply pipe 152 of the oxygen-containing gas supply means 150, and humidifies with pure water 133A supplied from the pure water tank 133B while heating the supplied air to, for example, 60 to 70 ° C. To do. Then, the second humidifying unit 162 supplies the humidified air to the fuel cell 170.
The fuel gas supply path 163 is connected to the bypass path 165 at a position upstream of the fuel gas valve 163A. The bypass path 165 has a switching valve 165A and is connected to the downstream side of the opening / closing valve 146A in the fuel gas supply path 146. The bypass path 165 supplies the fuel gas flowing through the fuel gas supply path 163 to the burner 141A of the reformer 141 via the fuel gas supply path 146.

燃料電池170は、水素と酸素とを反応させて直流電力を発生させる。この燃料電池170は、例えば固体高分子型燃料電池で、正極171と、負極172と、正極171および負極172間に配設された図示しない高分子電解質膜と、を備えている。そして、正極171側には、加湿器160で加湿された空気が供給され、負極172側には加湿器160で加湿された水素リッチの燃料ガスが供給される。そして、燃料ガスの水素と空気中の酸素とが反応して水(純水133A)が生成されるとともに、正極171および負極172間に直流電力が発生する。
そして、負極172側は、上述したように改質器141のバーナ141Aに燃料ガス供給経路146を介して接続され、余った水素分をバーナ141Aの燃料として供給する。また、正極171側には、分離器175が接続されている。この分離器175には、正極171側から反応に利用された空気が供給され、気相分の空気と液相分の水(純水133A)とに分離する。なお、分離した空気は、外気に排気される。そして、分離器175には、純水タンク133Bが接続され、分離した水(純水133A)を純水タンク133Bへ供給する。
また、燃料電池170には、冷却装置177が設けられている。この冷却装置177は、燃料電池170に付設された熱回収装置177Aが設けられている。この熱回収装置177Aには、冷却水循環ポンプ178Aおよび熱交換器178Bを備えた冷却水循環経路178を介して純水タンク133Bが接続されている。そして、冷却装置177は、冷却水循環ポンプ178Aの駆動により、熱回収装置177Aと純水タンク133Bとの間で冷却水となる純水133Aを冷却水循環経路178で循環させ、発電に伴って発熱する燃料電池170を冷却させるとともに熱を回収する。熱交換器178Bは、循環され熱回収装置177Aで熱を回収した純水133Aと、例えば水道水などと熱交換させる。この熱交換により温められた水道水は、例えばお風呂などの他の設備に直接供給されて有効利用される。なお、水道水との熱交換の他、熱交換により得られる熱から発電させるなど、他の設備などに有効利用してもよい。
The fuel cell 170 reacts hydrogen and oxygen to generate DC power. The fuel cell 170 is, for example, a solid polymer fuel cell, and includes a positive electrode 171, a negative electrode 172, and a polymer electrolyte membrane (not shown) disposed between the positive electrode 171 and the negative electrode 172. Then, the air humidified by the humidifier 160 is supplied to the positive electrode 171 side, and the hydrogen-rich fuel gas humidified by the humidifier 160 is supplied to the negative electrode 172 side. Then, hydrogen (fuel gas) and oxygen in the air react to generate water (pure water 133A), and DC power is generated between the positive electrode 171 and the negative electrode 172.
The negative electrode 172 side is connected to the burner 141A of the reformer 141 via the fuel gas supply path 146 as described above, and supplies the surplus hydrogen as fuel for the burner 141A. A separator 175 is connected to the positive electrode 171 side. The separator 175 is supplied with air used for the reaction from the positive electrode 171 side, and is separated into air for the gas phase and water (pure water 133A) for the liquid phase. The separated air is exhausted to the outside air. And the pure water tank 133B is connected to the separator 175, and the separated water (pure water 133A) is supplied to the pure water tank 133B.
The fuel cell 170 is provided with a cooling device 177. The cooling device 177 is provided with a heat recovery device 177 A attached to the fuel cell 170. A pure water tank 133B is connected to the heat recovery device 177A via a cooling water circulation path 178 including a cooling water circulation pump 178A and a heat exchanger 178B. The cooling device 177 drives the cooling water circulation pump 178A to circulate pure water 133A serving as cooling water between the heat recovery device 177A and the pure water tank 133B through the cooling water circulation path 178, and generates heat with power generation. The fuel cell 170 is cooled and heat is recovered. The heat exchanger 178B exchanges heat with the pure water 133A circulated and heat recovered by the heat recovery device 177A, for example, tap water. The tap water warmed by this heat exchange is directly supplied to other facilities such as a bath for effective use. In addition to heat exchange with tap water, it may be used effectively for other facilities such as generating electricity from heat obtained by heat exchange.

不活性ガス供給手段180は、燃料電池システム100の稼働停止の際に不活性ガスを供給して不活性ガスにて燃料電池システム100内を置換・充填、すなわちパージさせる。この不活性ガス供給手段180は、不活性ガスタンク181と、不活性ガス供給経路182と、を備えている。
不活性ガスタンク181は、不活性ガスとして例えば窒素ガスを流出可能に貯蔵する。ここで、不活性ガスとしては、窒素ガスに限らず、アルゴンガスなど、各種不活性ガスが利用できる。
不活性ガス供給経路182は、不活性ガスタンク181に接続され、不活性ガスタンク181に貯蔵された不活性ガスを流通させ脱硫手段120の下流側に供給してパージさせる。具体的には、不活性ガス供給経路182は、不活性ガスバルブ182Aを有し、上流側が不活性ガスタンク181に接続された不活性ガス供給管182Bを備えている。また、不活性ガス供給管182Bの下流側は、第1供給管182Cおよび第2供給管182Dに分岐されている。そして、第1供給管182Cは、第1バルブ182C1を有し、下流端が脱硫手段120の下流側で気化手段130の気化器131より上流側、すなわち脱硫燃料経路122における脱硫燃料バルブ122Aより下流側に接続されている。また、第2供給管182Dは、第2バルブ182D1を有し、下流端が燃料ガス供給経路163における燃料ガスバルブ163Aより下流側で加湿器160の第1加湿部161より上流側に接続されている。さらに、第1供給管182Cには、第1バルブ182C1より下流側に位置して、第3供給管182Eが接続されている。この第3供給管182Eは、第3バルブ182E1を有し、燃料搬送経路144における搬送ポンプ144Aより下流側でバーナ141Aより上流側、特に搬送ポンプ144Aの駆動を停止して液体燃料111Aの供給を停止した際に燃料搬送経路144中に残留し改質器141の熱により液体燃料111Aが気化してしまう位置より上流側に接続されている。
The inert gas supply unit 180 supplies an inert gas when the operation of the fuel cell system 100 is stopped, and replaces, fills, or purges the fuel cell system 100 with the inert gas. The inert gas supply unit 180 includes an inert gas tank 181 and an inert gas supply path 182.
The inert gas tank 181 stores, for example, nitrogen gas as an inert gas so that it can flow out. Here, the inert gas is not limited to nitrogen gas, and various inert gases such as argon gas can be used.
The inert gas supply path 182 is connected to the inert gas tank 181, distributes the inert gas stored in the inert gas tank 181, supplies it to the downstream side of the desulfurization means 120, and purges it. Specifically, the inert gas supply path 182 includes an inert gas valve 182 </ b> A, and includes an inert gas supply pipe 182 </ b> B whose upstream side is connected to the inert gas tank 181. Further, the downstream side of the inert gas supply pipe 182B is branched into a first supply pipe 182C and a second supply pipe 182D. The first supply pipe 182C has a first valve 182C1, and its downstream end is downstream of the desulfurization means 120 and upstream of the vaporizer 131 of the vaporization means 130, that is, downstream of the desulfurization fuel valve 122A in the desulfurization fuel path 122. Connected to the side. The second supply pipe 182D has a second valve 182D1, and has a downstream end connected downstream of the fuel gas valve 163A in the fuel gas supply path 163 and upstream of the first humidifier 161 of the humidifier 160. . Further, a third supply pipe 182E is connected to the first supply pipe 182C so as to be located downstream of the first valve 182C1. The third supply pipe 182E has a third valve 182E1, and stops the drive of the fuel transport path 144 downstream of the transport pump 144A and upstream of the burner 141A, particularly the transport pump 144A, and supplies the liquid fuel 111A. It is connected to the upstream side from the position where the liquid fuel 111A remains in the fuel conveyance path 144 when it stops and the heat of the reformer 141 vaporizes.

循環手段190は、燃料電池170に接続され、燃料電池170から流出する流出物、すなわち燃料電池170から排出される燃料ガスや不活性ガスなどを脱硫手段120より下流側に供給する。この循環手段190は、循環経路191と、貯溜手段192と、循環ブロワ193と、を備えている。
循環経路191は、循環バルブ191Aを有し、一端が燃料電池170の負極172側に接続すなわち燃料ガス供給経路146における開閉バルブ146Aより上流側に接続され、他端が脱硫手段120より下流側に接続すなわち不活性ガス供給経路182の第1供給管182Cにおける第1バルブ182C1より上流側に接続され、燃料電池170の負極172から流出される流出物を脱硫手段120の下流側で気化器131より上流側へ供給させる。
貯溜手段192は、循環経路191に設けられ、燃料電池170の負極172から流出される流出物を貯溜する。この貯溜手段192には、気液分離手段192Aが設けられている。気液分離手段192Aは、負極172から循環経路191を流通し貯溜手段192に流入した流出物を気液分離する。具体的には、気液分離手段192Aは、貯溜手段192を構成する図示しない貯溜タンクに設けられ、流出物中の液相分である水(純水133A)のみを純水タンク133Bへ流過させる図示しないドレントラップと、流出物中の気相分のみを循環経路191の下流側へ流通させるベントトラップとを備えている。
循環ブロワ193は、循環経路191における貯溜手段192より下流側に設けられ、駆動により貯溜手段192に貯留された気相分を脱硫手段120より下流側へ供給させる。
The circulation means 190 is connected to the fuel cell 170, and supplies the effluent flowing out from the fuel cell 170, that is, the fuel gas or the inert gas discharged from the fuel cell 170 to the downstream side from the desulfurization means 120. The circulation unit 190 includes a circulation path 191, a storage unit 192, and a circulation blower 193.
The circulation path 191 has a circulation valve 191 </ b> A, one end connected to the negative electrode 172 side of the fuel cell 170, that is, connected upstream from the open / close valve 146 </ b> A in the fuel gas supply path 146, and the other end downstream from the desulfurization means 120. The effluent discharged from the negative electrode 172 of the fuel cell 170 is connected to the upstream side of the first valve 182C1 in the first supply pipe 182C of the connection or inert gas supply path 182 from the vaporizer 131 on the downstream side of the desulfurization means 120. Supply upstream.
The storage unit 192 is provided in the circulation path 191 and stores the effluent that flows out from the negative electrode 172 of the fuel cell 170. The storage means 192 is provided with a gas-liquid separation means 192A. The gas-liquid separation unit 192A gas-liquid separates the effluent flowing from the negative electrode 172 through the circulation path 191 and flowing into the storage unit 192. Specifically, the gas-liquid separation unit 192A is provided in a storage tank (not shown) constituting the storage unit 192, and only water (pure water 133A) that is a liquid phase component in the effluent flows to the pure water tank 133B. A drain trap (not shown) is provided, and a vent trap that circulates only the gas phase in the effluent to the downstream side of the circulation path 191 is provided.
The circulation blower 193 is provided on the downstream side of the storage unit 192 in the circulation path 191, and supplies the gas phase component stored in the storage unit 192 to the downstream side of the desulfurization unit 120 by driving.

そして、燃料電池システム100は、システム全体の動作を制御する図示しない制御装置を備えている。
この制御装置は、液体燃料111Aの流量制御、脱硫器121の脱硫加熱手段の加熱条件である電気ヒータへ供給する電力制御、改質器141のバーナ141Aの燃焼制御、熱交換装置132で水蒸気を生成させるための純水133Aの供給量制御や温度管理、発電量の管理、不活性ガスのパージ処理などを実施する。
The fuel cell system 100 includes a control device (not shown) that controls the operation of the entire system.
This control device controls the flow rate of the liquid fuel 111A, controls the power supplied to the electric heater which is the heating condition of the desulfurization heating means of the desulfurizer 121, controls the combustion of the burner 141A of the reformer 141, and heats the steam in the heat exchanger 132. Control of supply amount of pure water 133A for generation, temperature management, management of power generation amount, purge processing of inert gas, and the like are performed.

〔燃料電池システムの動作〕
次に、上述した燃料電池システム100における動作について、図面を参照して説明する。
[Operation of fuel cell system]
Next, the operation in the fuel cell system 100 described above will be described with reference to the drawings.

(起動処理)
まず、燃料電池システム100における動作として、起動時の動作である起動処理について、図2を参照して説明する。
図2は、起動処理の制御動作を示すフローチャートである。
(Start process)
First, as an operation in the fuel cell system 100, an activation process that is an operation at the time of activation will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a flowchart showing the control operation of the startup process.

まず、制御装置は、発電要求に関する信号を取得すると、各バルブが閉状態であることを確認、すなわち液体燃料供給経路112の燃料供給バルブ112B、脱硫燃料経路122の脱硫燃料バルブ122A、不活性ガス供給管182Bの不活性ガスバルブ182A、第1供給管182Cの第1バルブ182C1、第2供給管182Dの第2バルブ182D1、循環経路191の循環バルブ191A、給水経路133の搬送バルブ133D、酸素含有気体供給手段150の空気バルブ153、送気経路145の送気バルブ145B、燃料ガス供給経路146の開閉バルブ146A、バイパス経路165の切替バルブ165A、燃料ガス供給経路163の燃料ガスバルブ163A、第3供給管182Eの第3バルブ182E1を閉状態に制御する。なお、発電要求に関する信号としては、利用者によるスイッチの切替操作などの入力操作、現在時刻を計時する計時手段があらかじめ設定された時刻になったことを認識するタイマ制御、電力負荷における電力消費の開始あるいは電力消費の増大などに伴う信号、低下蓄電池の蓄電量の低下に伴う信号などが例示できる。
そして、制御装置は、暖気工程を実施する(ステップS101)。
すなわち、制御装置は、図示しない起動用ヒータを動作させてバーナ141Aを加熱する。また、制御装置は、送気経路145の送気バルブ145Bを開状態にするとともに送気ブロワ145Aを駆動させ、改質器141のバーナ141Aに燃焼用空気を供給させる。さらに、制御装置は、冷却水循環経路178の冷却水循環ポンプ178Aを駆動させ、純水タンク133Bに貯溜する純水133Aを、冷却装置177、熱交換器178Bおよび純水タンク133Bで循環させる。
First, when the control device acquires a signal relating to a power generation request, it confirms that each valve is closed, that is, the fuel supply valve 112B of the liquid fuel supply path 112, the desulfurization fuel valve 122A of the desulfurization fuel path 122, and the inert gas. Inert gas valve 182A of the supply pipe 182B, first valve 182C1 of the first supply pipe 182C, second valve 182D1 of the second supply pipe 182D, circulation valve 191A of the circulation path 191, transport valve 133D of the water supply path 133, oxygen-containing gas Air valve 153 of supply means 150, air supply valve 145B of air supply path 145, opening / closing valve 146A of fuel gas supply path 146, switching valve 165A of bypass path 165, fuel gas valve 163A of fuel gas supply path 163, third supply pipe The third valve 182E1 of 182E is controlled to be closed. The signal related to the power generation request includes input operations such as a switch switching operation by the user, timer control for recognizing that the time measuring means for measuring the current time has reached a preset time, and power consumption in the power load. Examples thereof include a signal accompanying a start or an increase in power consumption, a signal accompanying a decrease in the storage amount of the reduced storage battery, and the like.
And a control apparatus implements a warm-up process (step S101).
That is, the control device operates a starting heater (not shown) to heat the burner 141A. Further, the control device opens the air supply valve 145B of the air supply path 145, drives the air supply blower 145A, and supplies combustion air to the burner 141A of the reformer 141. Further, the control device drives the cooling water circulation pump 178A of the cooling water circulation path 178 to circulate the pure water 133A stored in the pure water tank 133B through the cooling device 177, the heat exchanger 178B, and the pure water tank 133B.

このステップS101における暖気工程の後、制御装置は、バーナ141Aの温度状態を確認する(ステップS102)。そして、制御装置は、バーナ141Aがある程度の温度に暖まったことを認識すると、燃料搬送経路144の搬送ポンプ144Aを駆動させ、液体燃料貯溜タンク111に貯溜する液体燃料111Aをバーナ141Aに供給するとともに、バーナ141Aの図示しない点火器を動作させ、液体燃料111Aを燃焼させて改質器141を加熱する。
さらに、制御装置は、バーナ141Aの火炎の温度を検知する。そして、制御装置は、バーナ141Aの火炎検知温度が所定の温度に達したことを認識すると(ステップS103)、改質手段140の改質器141、CO変成器142およびCO選択酸化器143の各温度が所定の温度に達したか否かを検出する。この後、制御装置は、改質手段140がそれぞれ所定の温度に達したことを認識すると(ステップS104)、改質工程を実施する(ステップS105)。
After the warm-up process in step S101, the control device confirms the temperature state of burner 141A (step S102). When the controller recognizes that the burner 141A has warmed to a certain temperature, it drives the transport pump 144A in the fuel transport path 144 to supply the liquid fuel 111A stored in the liquid fuel storage tank 111 to the burner 141A. Then, the igniter (not shown) of the burner 141A is operated to burn the liquid fuel 111A to heat the reformer 141.
Further, the control device detects the flame temperature of the burner 141A. When the control device recognizes that the flame detection temperature of the burner 141A has reached a predetermined temperature (step S103), each of the reformer 141, the CO converter 142, and the CO selective oxidizer 143 of the reforming means 140 is recognized. It is detected whether the temperature has reached a predetermined temperature. Thereafter, when the control device recognizes that the reforming means 140 has reached a predetermined temperature (step S104), the control device performs the reforming process (step S105).

すなわち、ステップS105の改質工程では、制御装置は、給水経路133の搬送バルブ133Dおよび循環経路191の循環バルブ191Aを開状態とするとともに、気化手段130の給水経路133の搬送ポンプ133Cを駆動させ、純水タンク133Bに貯溜する純水133Aを熱交換装置132へ供給する。この純水133Aの供給により、熱交換装置132で改質器141からの排ガスとの熱交換により水蒸気が生成されて気化器131へ供給される。この気化器131への水蒸気の供給により、水蒸気が改質手段140へ供給され、起動前に改質手段140に充填されていた不活性ガスなどが循環経路191の貯溜手段192に流入される。なお、この状態では、燃料ガスバルブ163Aは開状態に、切替バルブ165Aおよび開閉バルブ146Aは閉状態に制御する。
この不活性ガスの流入により、不活性ガスは貯溜手段192に貯溜され、混入する水蒸気は放熱により水(純水133A)として回収される。
そして、制御装置は、水蒸気を供給して所定時間、例えば不活性ガスのほぼ全量が循環経路191へ流入される時間が経過後、循環バルブ191Aを閉状態にするとともに、燃料ガス供給経路146の開閉バルブ146Aを開状態にし、供給する水蒸気がバーナ141Aへ供給される状態に切り替える。
また、制御装置は、脱硫手段120の脱硫燃料経路122の脱硫燃料バルブ122Aを開状態とするとともに図示しない脱硫燃料ポンプを駆動させ、脱硫手段120のバッファタンクに貯溜する脱硫処理された液体燃料111Aを気化手段130の気化器131へ供給させる。この気化器131への液体燃料111Aの供給により、熱交換装置132から気化器131へ供給される水蒸気と混合されて気化され気化液体燃料として改質手段140の改質器141へ供給される。
さらに、制御装置は、液体燃料供給経路112の燃料供給バルブ112Bを開状態とするとともに液体燃料ポンプ112Aを駆動させ、液体燃料貯溜タンク111に貯溜する液体燃料111Aを脱硫手段120の脱硫器121へ燃料供給管112Cを介して供給させる。この液体燃料111Aの脱硫器121への供給により、液体燃料111Aは、脱硫剤との接触により含有される硫黄化合物が吸着除去され、バッファタンクへ流入される。
さらに、制御装置は、燃料ガスバルブ163Aを閉状態とし、バイパス経路165の切替バルブ165Aを開状態とし、気化器131から気化液体燃料として供給され改質手段140で改質処理されて流出するガスをバイパス経路165および燃料ガス供給経路146を介して改質器141のバーナ141Aへ供給する。すなわち、改質手段140における気化液体燃料の不安定な改質処理状態で処理された燃料ガスは、改質器141の安定加熱のための燃焼に利用される。
That is, in the reforming process in step S105, the control device opens the conveyance valve 133D of the water supply path 133 and the circulation valve 191A of the circulation path 191 and drives the conveyance pump 133C of the water supply path 133 of the vaporizing means 130. The pure water 133A stored in the pure water tank 133B is supplied to the heat exchange device 132. By supplying the pure water 133A, steam is generated by heat exchange with the exhaust gas from the reformer 141 in the heat exchange device 132 and supplied to the vaporizer 131. By supplying the water vapor to the vaporizer 131, the water vapor is supplied to the reforming unit 140, and the inert gas or the like charged in the reforming unit 140 before the start-up flows into the storage unit 192 of the circulation path 191. In this state, the fuel gas valve 163A is controlled to be opened, and the switching valve 165A and the opening / closing valve 146A are controlled to be closed.
By the inflow of the inert gas, the inert gas is stored in the storage means 192, and the mixed water vapor is recovered as water (pure water 133A) by heat radiation.
The control device then supplies the water vapor and closes the circulation valve 191A after a predetermined time, for example, a time during which almost all of the inert gas flows into the circulation path 191, and closes the fuel gas supply path 146. The on-off valve 146A is opened, and the supply steam is switched to a state where the supplied water vapor is supplied to the burner 141A.
Further, the control device opens the desulfurization fuel valve 122A of the desulfurization fuel path 122 of the desulfurization means 120, drives a desulfurization fuel pump (not shown), and stores the desulfurized liquid fuel 111A stored in the buffer tank of the desulfurization means 120. Is supplied to the vaporizer 131 of the vaporization means 130. By supplying the liquid fuel 111A to the vaporizer 131, it is mixed with water vapor supplied from the heat exchange device 132 to the vaporizer 131, vaporized, and supplied as vaporized liquid fuel to the reformer 141 of the reforming means 140.
Further, the control device opens the fuel supply valve 112B of the liquid fuel supply path 112 and drives the liquid fuel pump 112A to supply the liquid fuel 111A stored in the liquid fuel storage tank 111 to the desulfurizer 121 of the desulfurization means 120. The fuel is supplied through the fuel supply pipe 112C. By supplying the liquid fuel 111A to the desulfurizer 121, the liquid fuel 111A adsorbs and removes sulfur compounds contained by contact with the desulfurizing agent and flows into the buffer tank.
Further, the control device closes the fuel gas valve 163A, opens the switching valve 165A of the bypass path 165, supplies the gas that is supplied from the vaporizer 131 as vaporized liquid fuel, reformed by the reforming means 140, and flows out. The fuel is supplied to the burner 141A of the reformer 141 through the bypass path 165 and the fuel gas supply path 146. That is, the fuel gas processed in the unstable reforming state of the vaporized liquid fuel in the reforming means 140 is used for combustion for stable heating of the reformer 141.

このステップS105における改質工程の後、制御装置は、改質手段140における改質処理のための改質器141、CO変成器142およびCO選択酸化器143の各温度などの条件を確認する(ステップS106)。このステップS106で改質処理の条件が満たされたことを認識すると、酸化ブロワ143Aを駆動させてCO選択酸化器143へ空気を供給する。この空気の供給により、CO変成器142で変成されずに残留するCOを二酸化炭素(CO2)に酸化させ、燃料ガス中のCOを除去させる。
そして、ステップS106における改質処理条件の確認後、改質手段140が安定したか否か、例えば安定する時間が経過したか否かを判断する。そして、制御装置は、改質手段140の安定時間が経過したことを認識すると(ステップS107)、発電工程(OCV工程)を実施する(ステップS108)。
After the reforming process in step S105, the control device confirms conditions such as the temperatures of the reformer 141, the CO converter 142, and the CO selective oxidizer 143 for the reforming process in the reforming means 140 ( Step S106). If it is recognized in step S106 that the conditions for the reforming process are satisfied, the oxidation blower 143A is driven to supply air to the CO selective oxidizer 143. By supplying this air, the CO that is not transformed by the CO transformer 142 is oxidized to carbon dioxide (CO 2 ), and the CO in the fuel gas is removed.
Then, after checking the reforming process conditions in step S106, it is determined whether or not the reforming unit 140 has stabilized, for example, whether or not a stable time has elapsed. When the control device recognizes that the stabilization time of the reforming means 140 has elapsed (step S107), the control device performs a power generation process (OCV process) (step S108).

すなわち、制御装置は、酸素含有気体供給手段150の空気バルブ153を開状態とするとともにブロワ151を駆動させ、空気を加湿器160の第2加湿部162へ供給させる。さらに、加湿器160の第2加湿部162で空気を例えば60〜70℃に加熱しつつ純水タンク133Bから供給される純水133Aにて加湿する。そして、第2加湿部162で加湿した空気を燃料電池170の正極171へ供給させる。
さらに、制御装置は、バイパス経路165の切替バルブ165Aを閉状態とするとともに、燃料ガス供給経路163の燃料ガスバルブ163Aを開状態とし、改質手段140で改質された水素リッチの燃料ガスを、加湿器160の第1加湿部161へ供給させる。さらに、加湿器160の第1加湿部161で燃料ガスを例えば60〜70℃に調整しつつ純水タンク133Bから供給される純水133Aにて加湿する。そして、第1加湿部161で加湿した燃料ガスを燃料電池170の負極172へ供給させる。
これら加湿器160からの加湿された空気および燃料ガスの供給により、燃料電池170では供給された燃料ガスの水素と供給された空気中の酸素とが反応して水(純水133A)を生成させるとともに、正極171および負極172間に直流電力を発生させる。そして、制御装置は、燃料電池170で発生する直流電力の電圧を確認し(ステップS109)、発生した直流電力を制御装置の図示しないインバータを介して交流電力に変換させ、電力負荷へ供給させる(ステップS110)。具体的には、外部からの商用交流電源を供給する状態から燃料電池システム100から家庭用電力として供給させる状態に切り替える。
このようにして、所定の電圧で発電されたことを認識することで(ステップS111)、定常運転処理に移行する(ステップS112)。すなわち、液体燃料111Aの流量制御、脱硫器121の脱硫加熱手段の加熱条件である電気ヒータへ供給する電力制御、改質器141のバーナ141Aの燃焼制御、熱交換装置132で水蒸気を生成させるための純水133Aの供給量制御や温度管理、発電量の管理など、燃料電池システム100全体の運転状態を制御する。
That is, the control device opens the air valve 153 of the oxygen-containing gas supply unit 150 and drives the blower 151 to supply air to the second humidifying unit 162 of the humidifier 160. Further, the second humidifier 162 of the humidifier 160 humidifies with pure water 133A supplied from the pure water tank 133B while heating the air to 60 to 70 ° C., for example. Then, the air humidified by the second humidifying unit 162 is supplied to the positive electrode 171 of the fuel cell 170.
Further, the control device closes the switching valve 165A of the bypass path 165, opens the fuel gas valve 163A of the fuel gas supply path 163, and supplies the hydrogen-rich fuel gas reformed by the reforming means 140. It is made to supply to the 1st humidification part 161 of the humidifier 160. FIG. Further, the first humidifier 161 of the humidifier 160 humidifies the fuel gas with pure water 133A supplied from the pure water tank 133B while adjusting the fuel gas to 60 to 70 ° C., for example. Then, the fuel gas humidified by the first humidifying unit 161 is supplied to the negative electrode 172 of the fuel cell 170.
By supplying humidified air and fuel gas from the humidifier 160, the fuel cell 170 reacts with hydrogen in the supplied fuel gas and oxygen in the supplied air to generate water (pure water 133A). At the same time, DC power is generated between the positive electrode 171 and the negative electrode 172. Then, the control device checks the voltage of the DC power generated in the fuel cell 170 (step S109), converts the generated DC power into AC power via an inverter (not shown) of the control device, and supplies it to the power load ( Step S110). Specifically, the state is switched from a state in which commercial AC power is supplied from the outside to a state in which the fuel cell system 100 is supplied as household power.
In this manner, by recognizing that power is generated at a predetermined voltage (step S111), the routine proceeds to steady operation processing (step S112). That is, to control the flow rate of the liquid fuel 111A, to control the electric power supplied to the electric heater that is the heating condition of the desulfurization heating means of the desulfurizer 121, to control the combustion of the burner 141A of the reformer 141, and to generate water vapor in the heat exchange device 132 The operation state of the entire fuel cell system 100 is controlled, such as the supply amount control of the pure water 133A, temperature management, and power generation amount management.

(停止処理)
次に、燃料電池システム100における動作として、停止時の動作である停止処理について、図3を参照して説明する。
図3は、停止処理の制御動作を示すフローチャートである。
(Stop processing)
Next, as an operation in the fuel cell system 100, a stop process that is an operation at the time of stop will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing the control operation of the stop process.

まず、制御装置は、停止要求に関する信号を取得すると、停止工程を実施する(ステップS201)。この停止要求に関する信号としては、利用者によるスイッチの切替操作などの入力操作、現在時刻を計時する計時手段があらかじめ設定された時刻になったことを認識するタイマ制御、電力負荷における電力消費の低下あるいは停止に伴う信号、蓄電池の蓄電量の低下に伴う信号などが例示できる。
すなわち、制御装置は、燃料電池170で発電している電力負荷への供給を遮断し、例えば商用交流電源を供給する状態に切り替える。また、制御装置の図示しないインバータをオフする。そして、制御装置は、燃料ガス供給経路163の燃料ガスバルブ163Aを閉状態とするとともに加湿器160を停止させ、改質手段140で改質された水素リッチの燃料ガスの加湿器160を介した燃料電池170への供給を停止する。さらに、制御装置は、脱硫手段120の脱硫燃料経路122の脱硫燃料バルブ122Aを閉状態とするとともに図示しない脱硫燃料ポンプの駆動を停止させ、脱硫手段120のバッファタンクに貯溜する脱硫処理された液体燃料111Aの気化器131への供給を遮断する。また、制御装置は、液体燃料供給経路112の燃料供給バルブ112Bを閉状態とするとともに液体燃料ポンプ112Aの駆動を停止させ、液体燃料貯溜タンク111に貯溜する液体燃料111Aの脱硫器121への供給を停止する。
First, when the control device acquires a signal related to a stop request, the control device performs a stop process (step S201). Signals related to this stop request include input operations such as switch switching operations by the user, timer control for recognizing that the time measuring means for measuring the current time has reached a preset time, and a reduction in power consumption at the power load Or the signal accompanying a fall, the signal accompanying the fall of the electrical storage amount of a storage battery, etc. can be illustrated.
That is, the control device cuts off the supply to the power load generated by the fuel cell 170 and switches to a state in which, for example, commercial AC power is supplied. Further, an inverter (not shown) of the control device is turned off. Then, the control device closes the fuel gas valve 163A of the fuel gas supply path 163 and stops the humidifier 160, and the fuel via the humidifier 160 of the hydrogen-rich fuel gas reformed by the reforming means 140 Supply to the battery 170 is stopped. Further, the control device closes the desulfurization fuel valve 122A of the desulfurization fuel path 122 of the desulfurization means 120, stops driving of a desulfurization fuel pump (not shown), and stores the desulfurized liquid stored in the buffer tank of the desulfurization means 120. The supply of the fuel 111A to the vaporizer 131 is shut off. Further, the control device closes the fuel supply valve 112B of the liquid fuel supply path 112 and stops driving the liquid fuel pump 112A, and supplies the liquid fuel 111A stored in the liquid fuel storage tank 111 to the desulfurizer 121. To stop.

このステップS201における停止工程の後、制御装置は、第1パージ工程を実施する(ステップS202)。
すなわち、制御装置は、不活性ガス供給経路182の不活性ガスバルブ182A、第1バルブ182C1、第2バルブ182D1および第3バルブ182E1を開状態にし、不活性ガスタンク181に貯蔵された不活性ガスを脱硫手段120の下流側に供給するとともに、バイパス経路165の切替バルブ165Aを開状態にする。
詳細には、不活性ガス供給管182Bおよび第1供給管182Cを介して、脱硫燃料経路122における脱硫燃料バルブ122Aおよび気化器131に不活性ガスを供給させる。この不活性ガスの供給により、気化器131で水蒸気と混合された不活性ガスが改質手段140へ流入し、改質手段140に残留する気化液体燃料や燃料ガスなどの改質ガスがバイパス経路165を介してバーナ141Aへ押し出されるように流過し、不活性ガスが改質器141、CO変成器142およびCO選択酸化器143に順次流入して置換する状態となる。
また、不活性ガス供給管182Bおよび第2供給管182Dを介して、燃料ガス供給経路163における燃料ガスバルブ163Aおよび加湿器160の第1加湿部161間に不活性ガスを供給させる。この供給により、第1加湿部161および燃料電池170の負極172に残留する燃料ガスが燃料ガス供給経路146を介してバーナ141Aへ押し出されるように流過し、不活性ガスが第1加湿部161および燃料電池170の負極172に順次流入して置換する状態となる。
さらに、第1供給管182Cおよび第3供給管182Eを介して、燃料搬送経路144における搬送ポンプ144Aより下流側に不活性ガスを供給させる。この不活性ガスの供給により、燃料搬送経路144の搬送ポンプ144Aより下流側に残留する液体燃料111Aがバーナ141Aに押し出されて燃焼される状態となり、不活性ガスが燃料搬送経路144の搬送ポンプ144Aより下流側およびバーナ141Aに順次流入して置換する状態となる。このことにより、余熱により残留する液体燃料111Aの固化、焼き付きなどを防止できる。
After the stop process in step S201, the control device performs a first purge process (step S202).
That is, the control device opens the inert gas valve 182A, the first valve 182C1, the second valve 182D1, and the third valve 182E1 of the inert gas supply path 182, and desulfurizes the inert gas stored in the inert gas tank 181. While supplying to the downstream side of the means 120, the switching valve 165A of the bypass path 165 is opened.
Specifically, the inert gas is supplied to the desulfurization fuel valve 122A and the vaporizer 131 in the desulfurization fuel path 122 via the inert gas supply pipe 182B and the first supply pipe 182C. By supplying the inert gas, the inert gas mixed with the water vapor in the vaporizer 131 flows into the reforming unit 140, and the reformed gas such as vaporized liquid fuel or fuel gas remaining in the reforming unit 140 is bypassed. Through 165, the gas flows so as to be pushed out to the burner 141A, and the inert gas sequentially flows into the reformer 141, the CO converter 142, and the CO selective oxidizer 143 to be replaced.
In addition, the inert gas is supplied between the fuel gas valve 163A and the first humidifier 161 of the humidifier 160 in the fuel gas supply path 163 via the inert gas supply pipe 182B and the second supply pipe 182D. By this supply, the fuel gas remaining in the first humidification unit 161 and the negative electrode 172 of the fuel cell 170 flows through the fuel gas supply path 146 so as to be pushed out to the burner 141A, and the inert gas flows through the first humidification unit 161. Then, the fuel cell 170 sequentially flows into the negative electrode 172 to be replaced.
Further, the inert gas is supplied to the downstream side of the transport pump 144A in the fuel transport path 144 via the first supply pipe 182C and the third supply pipe 182E. The supply of the inert gas causes the liquid fuel 111A remaining on the downstream side of the transport pump 144A in the fuel transport path 144 to be pushed out and burned to the burner 141A, and the inert gas is transported to the transport pump 144A in the fuel transport path 144. More downstream side and burner 141A are sequentially introduced and replaced. This can prevent the liquid fuel 111A remaining due to the residual heat from being solidified or seized.

そして、制御装置は、不活性ガスの1回目のパージが完了したか否か、例えば不活性ガスの供給を開始してから所定時間が経過したか否かを判断する。そして、制御装置は、所定時間が経過(ステップS203)、すなわち気化器131から燃料電池170の負極172までに改質ガスや燃料ガスが除去されたことを認識すると、不活性ガスの供給を中断する。すなわち、制御装置は、不活性ガス供給経路182の不活性ガスバルブ182A、第1バルブ182C1、第2バルブ182D1および第3バルブ182E1を閉状態とする。
この状態では、改質器141は、まだ比較的に高温であることから、熱交換装置132で水蒸気が生成されて気化器131に供給され、改質手段140に流入する状態となっている。すなわち、第1パージ工程でパージした不活性ガスが水蒸気により押し出されるように、バイパス経路165を介してバーナ141Aへ流過し、水蒸気により改質手段140から燃料電池170の負極172がパージされる状態となる。なお、この状態では、燃料ガスバルブ163Aを開状態に制御する。
この水蒸気の改質手段140への流入により、改質手段140、特に改質器141の冷却が早まる。なお、この水蒸気パージにおいて、不活性ガスをバーナ141Aに流過させず、循環手段190へ流入させ貯溜手段192で回収する構成としてもよい。
そして、制御装置は、この水蒸気パージが所定時間長で実施されたか否かを判断し、所定時間長の水蒸気パージを実施した旨を認識すると(ステップS204)、気化手段130の給水経路133の搬送バルブ133Dを閉状態とするとともに搬送ポンプ133Cの駆動を停止させ、熱交換装置132への純水133Aの供給を停止させる。この純水133Aの供給停止により、水蒸気の発生が停止され、水蒸気パージが停止される。
Then, the control device determines whether or not the first purge of the inert gas is completed, for example, whether or not a predetermined time has elapsed since the start of the supply of the inert gas. When the control device recognizes that the predetermined time has elapsed (step S203), that is, that the reformed gas or fuel gas has been removed from the vaporizer 131 to the negative electrode 172 of the fuel cell 170, the supply of the inert gas is interrupted. To do. That is, the control device closes the inert gas valve 182A, the first valve 182C1, the second valve 182D1, and the third valve 182E1 of the inert gas supply path 182.
In this state, the reformer 141 is still at a relatively high temperature, so that steam is generated by the heat exchange device 132, supplied to the vaporizer 131, and flows into the reforming means 140. That is, the inert gas purged in the first purge step flows to the burner 141A via the bypass path 165 so that it is pushed out by the steam, and the negative electrode 172 of the fuel cell 170 is purged from the reforming means 140 by the steam. It becomes a state. In this state, the fuel gas valve 163A is controlled to be opened.
The inflow of the steam into the reforming unit 140 accelerates the cooling of the reforming unit 140, particularly the reformer 141. In this water vapor purge, the inert gas may not be allowed to flow through the burner 141A, but may flow into the circulation means 190 and be collected by the storage means 192.
Then, the control device determines whether or not the water vapor purge has been performed for a predetermined time length, and recognizes that the water vapor purge has been performed for a predetermined time length (step S204), transports the water supply path 133 of the vaporizing means 130. The valve 133D is closed and the drive of the transport pump 133C is stopped, and the supply of the pure water 133A to the heat exchange device 132 is stopped. By stopping the supply of the pure water 133A, the generation of water vapor is stopped and the water vapor purge is stopped.

この後、制御装置は、2回目の不活性ガスのパージを実施する。
すなわち、制御装置は、不活性ガス供給経路182の不活性ガスバルブ182Aおよび第1バルブ182C1を開状態にする。また、制御装置は、燃料ガス供給経路146の開閉バルブ146Aを閉状態とするとともに、循環手段190の循環バルブ191Aを開状態にし、循環手段190の循環ブロワ193を駆動させる。このことにより、不活性ガス供給管182Bおよび第1供給管182Cを介して、脱硫燃料経路122における脱硫燃料バルブ122Aおよび気化器131に不活性ガスが供給される。この不活性ガスの供給により、気化器131から燃料電池170の負極172までにパージされている水蒸気は、押し出されるように循環経路191を介して貯溜手段192に流入される。この貯溜手段192に流入した水蒸気は冷却されて水(純水133A)として析出し、貯溜手段192内に滞留される。なお、水蒸気を十分に押し出して燃料電池170の負極172から流出する不活性ガスも循環経路191を介して貯溜手段192に流入し、水蒸気や水(純水133A)が気液分離手段192Aのベントトラップで除去されてから循環ブロワ193にて不活性ガスの供給位置に返送され、循環される。
そして、制御装置は、不活性ガスの2回目のパージが完了したか否か、例えば不活性ガスの供給を開始してから所定時間が経過したか否かを判断する。そして、制御装置は、所定時間が経過(ステップS205)、すなわち不活性ガスが第1供給管182Cへ返送されて循環する状態となったことを認識すると、不活性ガス供給経路182の不活性ガスバルブ182Aの供給を中止させ、既に供給した不活性ガスのみが循環する状態とする。
この後、制御装置は、所定時間が経過、すなわち改質手段140が水蒸気が冷えて水を析出する温度以下まで冷却したことを認識すると、不活性ガスを密封させる。具体的には、制御装置は、第1バルブ182C1、循環バルブ191A、燃料ガス供給経路163の燃料ガスバルブ163A、切替バルブ165Aを閉状態にするとともに、循環ブロワ193の駆動を停止させて不活性ガスの循環を停止させ、気化器131から燃料電池170の負極172までを不活性ガスでパージする。さらに、制御装置は、酸素含有気体供給手段150の空気バルブ153を閉状態にするとともに、ブロワ151の駆動を停止させ、加湿器160の第2加湿部から燃料電池170の正極171への空気の供給を停止させる。そしてさらに、制御装置は、送気経路145の送気バルブ145Bを閉状態にするとともに送気ブロワ145Aの駆動を停止させ、バーナ141Aへの燃焼用空気の供給を停止させ、燃料電池システム100は稼働停止される。
Thereafter, the control device performs a second purge of the inert gas.
That is, the control device opens the inert gas valve 182A and the first valve 182C1 of the inert gas supply path 182. Further, the control device closes the opening / closing valve 146A of the fuel gas supply path 146, opens the circulation valve 191A of the circulation means 190, and drives the circulation blower 193 of the circulation means 190. As a result, the inert gas is supplied to the desulfurized fuel valve 122A and the vaporizer 131 in the desulfurized fuel path 122 via the inert gas supply pipe 182B and the first supply pipe 182C. Due to the supply of the inert gas, the water vapor purged from the vaporizer 131 to the negative electrode 172 of the fuel cell 170 flows into the storage means 192 through the circulation path 191 so as to be pushed out. The water vapor flowing into the storage means 192 is cooled and deposited as water (pure water 133A) and is retained in the storage means 192. Note that the inert gas that sufficiently pushes out the water vapor and flows out from the negative electrode 172 of the fuel cell 170 also flows into the storage unit 192 through the circulation path 191, and the water vapor or water (pure water 133A) is vented to the gas-liquid separation unit 192A. After being removed by the trap, it is returned to the inert gas supply position by the circulation blower 193 and circulated.
Then, the control device determines whether or not the second purge of the inert gas is completed, for example, whether or not a predetermined time has elapsed since the start of the supply of the inert gas. When the control device recognizes that the predetermined time has elapsed (step S205), that is, the inert gas is returned to the first supply pipe 182C and circulates, the inert gas valve of the inert gas supply path 182 is recognized. The supply of 182A is stopped, and only the already supplied inert gas is circulated.
Thereafter, when the control device recognizes that the predetermined time has elapsed, that is, the reforming means 140 has cooled to a temperature below which the water vapor is cooled and water is deposited, the inert gas is sealed. Specifically, the control device closes the first valve 182C1, the circulation valve 191A, the fuel gas valve 163A of the fuel gas supply path 163, and the switching valve 165A, and stops the operation of the circulation blower 193 to deactivate the inert gas. The circulation from the vaporizer 131 to the negative electrode 172 of the fuel cell 170 is purged with an inert gas. Further, the control device closes the air valve 153 of the oxygen-containing gas supply means 150 and stops the driving of the blower 151, so that the air from the second humidification unit of the humidifier 160 to the positive electrode 171 of the fuel cell 170 is stopped. Stop supplying. Further, the control device closes the air supply valve 145B of the air supply path 145 and stops the driving of the air supply blower 145A, stops the supply of combustion air to the burner 141A, and the fuel cell system 100 Suspended.

〔燃料電池システムの作用効果〕
上述したように、上記実施の形態の燃料電池システム100では、脱硫手段120により液体燃料111Aを脱硫して気化手段130で気化させた後に改質手段140で改質し、酸素含有気体供給手段150で供給される空気と燃料電池170で反応させて発電させるシステム構成で、脱硫手段120で脱硫した液体燃料111Aの気化手段130への供給を中止して稼働停止する際に不活性ガス供給手段180により不活性ガスを脱硫手段120より下流側に供給させ、燃料電池170に接続された循環手段190により、不活性ガスの供給により燃料電池170から流出する流出物を脱硫手段120より下流側に供給させている。
このため、燃料電池の原料である液体燃料にてパージすることで改質触媒がコートされて触媒機能が発揮できなくなる液体燃料を原料に用いる構成でも、不活性ガスが供給され不活性ガスが燃料電池170から流出物として流出される状態で循環手段190により脱硫手段120より下流側に供給されることで不活性ガスが循環する状態となり、新たに不活性ガスを供給する必要がなく、不活性ガスを最小限で供給すればよく、供給する不活性ガスを返送させる簡単な構成で、不活性ガスの再利用ができ、不活性ガスによる安定した効率的な稼働停止時のパージができ、効率的な運転を提供できる。
さらには、パージのための不活性ガスの使用量を低減できることから、例えば不活性ガスを充填する不活性ガスタンクへの不活性ガスの充填頻度を低減でき、保守管理も容易となる。このことから、例えば不活性ガスの充填頻度の低下により不活性ガスタンクの交換頻度が低減するとともに小型の不活性ガスタンクを利用でき、家庭用などにも設置できる小型のシステム構成に容易に構築できる。
[Effects of fuel cell system]
As described above, in the fuel cell system 100 of the above embodiment, the liquid fuel 111A is desulfurized by the desulfurization means 120 and vaporized by the vaporization means 130, and then reformed by the reforming means 140, and the oxygen-containing gas supply means 150 is obtained. In the system configuration in which the fuel cell 170 reacts with the air supplied by the fuel cell 170 to generate power, the supply of the liquid fuel 111A desulfurized by the desulfurization means 120 to the vaporization means 130 is stopped and the operation is stopped when the operation is stopped. In this way, the inert gas is supplied downstream from the desulfurization means 120, and the effluent flowing out from the fuel cell 170 is supplied downstream from the desulfurization means 120 by the circulation means 190 connected to the fuel cell 170. I am letting.
For this reason, even when the liquid fuel that is the raw material of the fuel cell is purged with the liquid fuel and the reforming catalyst is coated and the liquid fuel that cannot perform the catalytic function is used as the raw material, the inert gas is supplied and the inert gas is the fuel. The inert gas is circulated by being supplied downstream from the desulfurization means 120 by the circulation means 190 in the state of being discharged as the effluent from the battery 170, and it is not necessary to supply the inert gas newly. It is only necessary to supply the gas at a minimum, and the inert gas can be reused with a simple configuration that returns the inert gas to be supplied. Driving can be provided.
Furthermore, since the amount of inert gas used for purging can be reduced, for example, the frequency of filling an inert gas tank filled with an inert gas can be reduced, and maintenance management is facilitated. For this reason, for example, the frequency of replacement of the inert gas tank is reduced due to a decrease in the filling frequency of the inert gas, and a small inert gas tank can be used, so that a small system configuration that can be installed for home use can be easily constructed.

そして、燃料電池170に接続され燃料電池170から流出する流出物を脱硫手段120より下流側に供給させる循環手段190に、流出物を貯留する貯溜手段192を設けている。
このため、不活性ガスによるパージのために多少余剰に不活性ガスを供給した場合でも余剰分を貯溜手段192で回収したり、再起動時に残留する不活性ガスを循環手段190へ流通させて貯溜手段192で回収したりするなど、さらなる不活性ガスの有効利用が容易に得られ、より効率的な運転制御が得られる。
A storage unit 192 for storing the effluent is provided in the circulation unit 190 that is connected to the fuel cell 170 and supplies the effluent flowing out from the fuel cell 170 to the downstream side of the desulfurization unit 120.
For this reason, even when the inert gas is supplied in a somewhat excessive amount for purging with the inert gas, the excess is recovered by the storage means 192, or the inert gas remaining at the time of restart is circulated to the circulation means 190 for storage. Further effective utilization of the inert gas such as recovery by means 192 can be easily obtained, and more efficient operation control can be obtained.

また、不活性ガスのパージにより燃料電池170から流出する流出物を気液分離する気液分離手段192Aを循環手段190に設け、分離した気体を脱硫手段120より下流側へ供給している。
このため、不活性ガスを供給してパージすることにより流出物として流出される発電時の加湿器160による水や燃料電池170における反応生成物である水、液体燃料111Aの気化および水蒸気改質のために混合される水蒸気由来の水などが分離除去され、ドライな不活性ガスを循環させることが簡単な構成で容易に得られ、水の返送による改質手段140の改質処理能力の低下、すなわち触媒機能の低下などを防止でき、良好な停止状態が容易に得られる。
In addition, gas-liquid separation means 192A for gas-liquid separation of the effluent flowing out from the fuel cell 170 by purging with an inert gas is provided in the circulation means 190, and the separated gas is supplied downstream from the desulfurization means 120.
For this reason, when the inert gas is supplied and purged, water generated by the humidifier 160 that flows out as effluent, water that is a reaction product in the fuel cell 170, vaporization of the liquid fuel 111A, and steam reforming are performed. For example, water derived from water vapor to be mixed is separated and removed, and it is easy to circulate a dry inert gas with a simple configuration, and the reforming ability of the reforming means 140 is reduced by returning water. That is, the catalyst function can be prevented from being lowered and a good stop state can be easily obtained.

さらに、気化手段130として、改質手段140からの排気により熱交換装置132で水蒸気を生成させ、この水蒸気を脱硫手段120で脱硫した液体燃料111Aと気化器131で混合させて気化させる構成とし、循環手段190の気液分離手段192Aで流出物の気液分離により分集した液相分、すなわち水蒸気の原料となる水を熱交換装置132に供給させ、液体燃料111Aを気化させる水蒸気を生成させる。
このため、液体燃料111Aと混合させて燃料電池170で発電させる水素ガスを効率的に生成させるための水蒸気の原料となる水(純水133A)を良好に回収でき、良好な水バランスが得られ、純水133Aの供給を低減あるいは停止でき、より効率的な運転が得られる。
Further, as the vaporization means 130, steam is generated by the heat exchange device 132 by exhaust from the reforming means 140, and the vapor is mixed and vaporized by the vaporizer 131 with the liquid fuel 111A desulfurized by the desulfurization means 120, The liquid phase fraction collected by the gas-liquid separation of the effluent by the gas-liquid separation means 192A of the circulation means 190, that is, water as a raw material of the water vapor is supplied to the heat exchanging device 132 to generate water vapor that vaporizes the liquid fuel 111A.
For this reason, water (pure water 133A), which is a raw material of water vapor for efficiently generating hydrogen gas that is mixed with the liquid fuel 111A and generated by the fuel cell 170, can be recovered well, and a good water balance can be obtained. The supply of pure water 133A can be reduced or stopped, and more efficient operation can be obtained.

また、不活性ガス供給手段180により、脱硫手段120で脱硫した液体燃料111Aの供給中止後に所定時間長で不活性ガスを供給させる第1パージ工程を実施した後、所定時間経過後に不活性ガスを再供給させる第2パージ工程を実施している。
このため、液体燃料111Aの供給中止後に不活性ガスのパージにて液体燃料111Aやこの液体燃料111A由来の改質ガスなどが改質手段140などに残留することによる炭化、焦げ付き、閉塞などの不都合を防止し、不活性ガスの供給を一旦中断して、例えば液体燃料111Aを改質させるために気化手段130で供給する水蒸気を改質手段140に供給させることで改質手段140の迅速な冷却が得られ、改質手段140がある程度冷却して水蒸気が水として析出する前となるなどの所定時間経過後に不活性ガスを再供給し、水蒸気の残留により上述したような水として析出して改質特性の低下などの不都合を防止することができ、迅速で効率よく稼働停止ができる。
Further, the inert gas supply means 180 performs the first purge step of supplying the inert gas for a predetermined time after the supply of the liquid fuel 111A desulfurized by the desulfurization means 120 is stopped, and then the inert gas is supplied after the predetermined time has elapsed. A second purge step for resupply is performed.
For this reason, after the supply of the liquid fuel 111A is stopped, the inactive gas purge causes inconvenience such as carbonization, scorching, and blockage due to the liquid fuel 111A and the reformed gas derived from the liquid fuel 111A remaining in the reforming means 140 and the like. In this case, the supply of the inert gas is temporarily interrupted, and for example, the steam supplied from the vaporization means 130 for reforming the liquid fuel 111A is supplied to the reforming means 140, thereby quickly cooling the reforming means 140. The inert gas is re-supplied after the elapse of a predetermined time, such as before the reforming means 140 is cooled to some extent and the water vapor is precipitated as water, and the water is deposited and modified as described above due to the residual water vapor. Inconveniences such as deterioration of quality characteristics can be prevented, and operation can be stopped quickly and efficiently.

そして、不活性ガス供給手段180により、気化手段130より上流側で脱硫手段120より下流側に不活性ガスを供給させている。
このため、例えば、液相で液体燃料111Aが脱硫燃料経路122を流通する気化手段130より上流側の部分で、稼働停止のために液体燃料111Aの供給を遮断した際に液体燃料111Aが残留することを防止でき、改質手段140の余熱にて残留する液体燃料111Aが炭化するなどの不都合を防止できる。
The inert gas supply means 180 supplies an inert gas upstream from the vaporization means 130 and downstream from the desulfurization means 120.
For this reason, for example, in the portion upstream of the vaporization means 130 in which the liquid fuel 111A flows in the desulfurized fuel path 122 in the liquid phase, the liquid fuel 111A remains when the supply of the liquid fuel 111A is shut down to stop the operation. This can prevent the inconvenience such as carbonization of the remaining liquid fuel 111A due to the residual heat of the reforming means 140.

また、不活性ガス供給手段180により、脱硫手段120より下流側に不活性ガスを供給させるとともに、改質手段140の下流側で燃料電池170より上流側、すなわち燃料ガス供給経路163における燃料ガスバルブ163Aより下流側で加湿器160より上流側に供給させている。
このため、水蒸気由来の水が析出しても不都合を生じない改質手段140より下流側の加湿器160および燃料電池170の領域と、水の残留により改質特性の低下などの不都合を生じる改質手段140側の領域とで、独立して不活性ガスを供給させる構成が得られる。したがって、改質手段140における迅速な冷却のために水蒸気を改質手段140側の領域へ供給させ、この水蒸気を排出させるための不活性ガスの再供給を実施することで不活性ガスの使用量をより低減でき、より効率的な運転が得られる。
Further, the inert gas supply means 180 supplies an inert gas downstream from the desulfurization means 120, and the downstream side of the reforming means 140 is upstream of the fuel cell 170, that is, the fuel gas valve 163A in the fuel gas supply path 163. It is supplied further upstream than the humidifier 160 on the downstream side.
For this reason, the region of the humidifier 160 and the fuel cell 170 on the downstream side of the reforming means 140 that does not cause any inconvenience even if water derived from water vapor is deposited, and the reforming that causes inconvenience such as deterioration in reforming characteristics due to water remaining. A configuration in which an inert gas is supplied independently from the region on the mass means 140 side is obtained. Therefore, the amount of the inert gas used is supplied by supplying steam to the region on the reforming means 140 side for rapid cooling in the reforming means 140 and re-supplying the inert gas for discharging the steam. Can be further reduced, and more efficient operation can be obtained.

そして、改質手段140における気化手段130で気化された液体燃料111Aを改質するために加熱するバーナ141Aへ、燃料電池170に接続され燃料電池170から流出する流出物を供給させて燃焼させる燃料ガス供給経路146に、循環手段190を接続して流出物である第2パージ工程で供給した不活性ガスを脱硫手段120の下流側へ供給させる構成としている。
このため、液体燃料111Aの供給を中止して不活性ガスのパージにより燃料電池170から流出する流出物である水素ガスや一酸化炭素などをバーナ141Aで燃焼させてエネルギ効率の向上および一酸化炭素の排気による環境破壊の防止が得られ、迅速な冷却のために水蒸気を改質手段140へ供給させた後に不活性ガスのパージにより燃料電池170から流出する水蒸気や不活性ガス分を循環手段190で回収し、気液分離手段192Aで水蒸気を分離除去してドライな不活性ガスのみを供給して循環させる構成が容易に得られ、良好で効率的な運転が燃料ガス供給経路146から循環手段190を分岐させる簡単な構成で容易に得られる。
The burner 141A that is heated to reform the liquid fuel 111A vaporized by the vaporization means 130 in the reforming means 140 is connected to the fuel cell 170 and supplied with the effluent flowing out from the fuel cell 170 to burn the fuel. A circulation unit 190 is connected to the gas supply path 146 to supply the inert gas supplied in the second purge step, which is an effluent, to the downstream side of the desulfurization unit 120.
For this reason, the supply of the liquid fuel 111A is stopped and hydrogen gas or carbon monoxide, which is an effluent flowing out of the fuel cell 170 by purging with the inert gas, is burned by the burner 141A to improve energy efficiency and carbon monoxide. In this way, it is possible to prevent environmental destruction due to the exhaust of the gas, and to supply water vapor to the reforming means 140 for quick cooling, and then to circulate the water vapor and the inert gas content flowing out from the fuel cell 170 by purging with the inert gas. The gas-liquid separation unit 192A separates and removes the water vapor, and only the dry inert gas is supplied and circulated, so that a good and efficient operation can be performed from the fuel gas supply path 146 through the circulation unit. It can be easily obtained with a simple configuration in which 190 is branched.

さらに、改質手段140における加熱のためにバーナ141Aで燃焼させる液体燃料をバーナ141Aへ供給する燃料搬送経路144にも、不活性ガスを供給させている。
このことにより、稼働停止時に液体燃料111Aの供給を停止させてバーナ141Aによる加熱を停止させることで、バーナ141Aへ液体燃料111Aを供給する燃料搬送経路144中に残留する液体燃料111Aが不活性ガスにてパージされることとなり、改質手段140の余熱により残留する液体燃料111Aの炭化などの不都合を防止でき、安定した良好な運転が得られる。
Further, an inert gas is also supplied to a fuel transfer path 144 that supplies liquid fuel burned by the burner 141A for heating in the reforming means 140 to the burner 141A.
Thus, when the operation is stopped, the supply of the liquid fuel 111A is stopped and the heating by the burner 141A is stopped, so that the liquid fuel 111A remaining in the fuel transfer path 144 for supplying the liquid fuel 111A to the burner 141A is an inert gas. Therefore, inconveniences such as carbonization of the remaining liquid fuel 111A due to residual heat of the reforming means 140 can be prevented, and a stable and good operation can be obtained.

そして、パージとして、広く利用されている窒素ガスを用いている。
このため、例えば家庭用のシステムとして構築しても、窒素ガスの供給が容易にでき、利用の拡大が容易に得られる。
Then, nitrogen gas that is widely used is used for purging.
For this reason, even if it constructs | assembles as a home system, for example, supply of nitrogen gas can be performed easily and expansion of utilization is obtained easily.

また、制御装置にて統括制御している。
このため、温度、流量、バルブの開閉タイミング、ポンプの駆動停止タイミングなど、比較的に容易に制御でき、例えばソフトウェアによるプログラム制御などにて不活性ガスのパージおよび循環制御の構築も容易で、特に停止・起動が比較的に頻繁に実施される家庭用のシステムとしても、自動制御も容易にできる。
なお、制御装置としては、複数の回路基板にて構成されるなど、1個体の形態に限らず、複数の制御回路がネットワークとして構築されたものなど、各種形態が適用できる。
In addition, overall control is performed by the control device.
For this reason, temperature, flow rate, valve opening / closing timing, pump drive stop timing, etc. can be controlled relatively easily.For example, it is easy to construct inert gas purge and circulation control by software program control etc. Automatic control can be easily performed as a home system in which stop and start are performed relatively frequently.
Note that the control device is not limited to a single form such as a plurality of circuit boards, and various forms such as a structure in which a plurality of control circuits are constructed as a network can be applied.

〔実施の形態の変形例〕
なお、以上に説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても問題はない。
[Modification of Embodiment]
The aspect described above shows one aspect of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and within the scope of achieving the objects and effects of the present invention. Needless to say, the modifications and improvements are included in the contents of the present invention. In addition, the specific structure and shape in carrying out the present invention may be used as other structures and shapes within the scope of achieving the object and effect of the present invention.

すなわち、本発明の燃料電池システムとしては、制御装置で統括して運転制御する構成に限らず、例えば脱硫手段120や気化手段130、改質手段140などの構成毎に制御する構成としてもよい。
また、統括制御としてソフトウェアによる信号制御にてバルブの開閉やポンプあるいはブロワの駆動制御を実施する構成としたり、各構成のハードウェアで制御する構成としたりするなど、制御構成としてはいずれの構成が適用できる。
That is, the fuel cell system of the present invention is not limited to a configuration in which the operation is controlled by the control device, but may be configured to be controlled for each configuration of the desulfurization means 120, the vaporization means 130, the reforming means 140, and the like.
In addition, as a control configuration, any configuration can be configured, such as a configuration in which valve opening / closing and pump or blower drive control are performed by software signal control as a general control, or a configuration in which control is performed by hardware of each configuration. Applicable.

そして、液体燃料111Aを加熱して脱硫する構成としたが、例えば加熱することなく常温で脱硫処理する構成を適用することもできる。このような構成では、バッファタンクなどを省略することができ、加熱のためのエネルギ消費の防止もできる。
また、液体燃料111Aの気化としては、水蒸気混合のみならず、例えば改質手段140からの排ガスとの熱交換により直接的に気化させて別途水蒸気を混合したり、エゼクタを用いたりするなど、各種気化装置を用いることができる。
さらに、改質手段140として、改質器141、CO変成器142およびCO選択酸化器143の構成で説明したが、液体燃料から水素リッチガスを生成させるいずれの構成が適用できる。
また、燃料電池170は、固体高分子型に限らず、他の各種構成が適用できる。
And although it was set as the structure which heats and desulfurizes the liquid fuel 111A, the structure which desulfurizes at normal temperature, for example, without heating can also be applied. In such a configuration, a buffer tank or the like can be omitted, and energy consumption for heating can be prevented.
Further, vaporization of the liquid fuel 111A is not limited to steam mixing, for example, by directly vaporizing by heat exchange with the exhaust gas from the reforming means 140 and separately mixing steam, using an ejector, etc. A vaporizer can be used.
Furthermore, the reformer 141, the CO converter 142, and the CO selective oxidizer 143 have been described as the reforming means 140. However, any configuration that generates hydrogen-rich gas from liquid fuel can be applied.
Further, the fuel cell 170 is not limited to the solid polymer type, and other various configurations can be applied.

そして、第2供給管182Dを設けて説明したが、第1供給管182Cのみ設け、改質手段140と加湿器160との間に不活性ガスを供給しなくてもよい。
この構成とすることで、システム構成がより簡略化でき、制御も容易で、システムの構築性がより向上できるとともにより小型化できる。
なお、このような構成の場合には、バイパス経路165を設けなくてもよい。
Although the second supply pipe 182D is provided and described, only the first supply pipe 182C is provided, and the inert gas may not be supplied between the reforming unit 140 and the humidifier 160.
With this configuration, the system configuration can be further simplified, the control can be easily performed, the system construction can be further improved, and the size can be further reduced.
In such a configuration, the bypass path 165 may not be provided.

また、循環手段190として、貯溜手段192を設けたが、例えば貯溜手段192を設けず、セパレタである分離器175などの気液分離手段192Aのみを設けるなどしてもよい。
さらには、特別に気液分離手段192Aを設けず、例えば循環経路191の配管を断熱させずに放熱する構成として、循環させる際に水蒸気が冷えて水となり、配管に設けたドレンにて分離させるなどしてもよい。
Further, although the storage unit 192 is provided as the circulation unit 190, for example, the storage unit 192 may not be provided, and only the gas-liquid separation unit 192A such as the separator 175 that is a separator may be provided.
Furthermore, the gas-liquid separation means 192A is not provided, and, for example, as a configuration that dissipates heat without insulating the piping of the circulation path 191, when circulating, the water vapor is cooled to become water and separated by the drain provided in the piping. Etc.

そして、不活性ガスのパージとして、例えば第1パージ工程を実施せず、単に水蒸気のみを供給させた後に本発明の不活性ガスの供給である第2パージ工程を実施させるのみとしてもよい。
なお、この場合には、気化手段130より上流側で、改質手段140からの余熱が伝わらないようにしたり、滞留する液体燃料111Aを液体燃料貯溜タンク111へ返送させるなど、残留する液体燃料111Aが炭化するなどの不都合が生じないようにすることが好ましい。
As the inert gas purge, for example, the first purge process may not be performed, and only the water vapor may be supplied and then the second purge process, which is the supply of the inert gas of the present invention, may be performed.
In this case, the remaining liquid fuel 111A is disposed upstream of the vaporization means 130 so that the residual heat from the reforming means 140 is not transmitted or the staying liquid fuel 111A is returned to the liquid fuel storage tank 111. It is preferable that inconvenience such as carbonization does not occur.

さらに、停止時に、改質手段140から燃料電池170の負極172までをパージする構成について例示したが、以下のような構成とするなどしてもよい。
例えば、停止時に、改質手段140のみをパージする。ここで、改質手段140のみをパージする場合、改質器141のみをパージしてもよいし、さらにCO変成器142やCO選択酸化器143をパージしてもよい。そして、改質工程で、燃料ガスバルブ163Aおよび開閉バルブ146Aを閉状態にするとともに、切替バルブ165Aを開状態にして、水蒸気や改質手段140に充填されていた液体除去ガスなどを燃料電池170の負極172に供給せずに、バーナ141Aのみへ供給して燃焼させる。この後、所定時間、例えば液体除去ガスなどが全て燃焼される時間が経過後、燃焼ガスバルブ163Aおよび開閉バルブ146Aを開状態にする構成としてもよい。なお、燃焼させる他、例えば改質手段140にて所定の温度に達してCOが除去できる状態になるまで別途貯蔵したり、循環させたりするなどしてもよい。
このような改質手段140のみをパージする構成にすれば、起動前に改質手段140に充填されていた液体除去ガスなどに、COが含まれている場合であっても、このCOが燃料電池170の負極172に供給されずに、バーナ141Aで燃焼されるので、負極172の劣化を防止できる。
Furthermore, although the configuration of purging from the reforming means 140 to the negative electrode 172 of the fuel cell 170 at the time of stoppage is illustrated, the following configuration may be used.
For example, only the reforming means 140 is purged when stopped. Here, when purging only the reforming means 140, only the reformer 141 may be purged, or the CO converter 142 and the CO selective oxidizer 143 may be purged. In the reforming step, the fuel gas valve 163A and the opening / closing valve 146A are closed, and the switching valve 165A is opened, so that water vapor, liquid removal gas filled in the reforming means 140, etc. Without being supplied to the negative electrode 172, only the burner 141A is supplied and burned. Thereafter, the combustion gas valve 163A and the opening / closing valve 146A may be opened after a predetermined time, for example, a time for which all the liquid removal gas is burned. In addition to burning, for example, the reforming unit 140 may store the gas separately until it reaches a predetermined temperature and can remove CO, or may circulate the gas.
If only the reforming means 140 is purged, even if the liquid removal gas or the like charged in the reforming means 140 before starting contains CO, this CO is the fuel. Since it is burned by the burner 141A without being supplied to the negative electrode 172 of the battery 170, deterioration of the negative electrode 172 can be prevented.

また、制御装置の制御プログラムとして独立して流通させるなどしてもよい。   Moreover, you may distribute | circulate independently as a control program of a control apparatus.

その他、本発明の実施における具体的な構造および形状などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。   In addition, the specific structure and shape in the implementation of the present invention may be other structures as long as the object of the present invention can be achieved.

本発明は、灯油などの液体燃料を原料として発電させる燃料電池システムにおける不活性ガスの供給によるパージに利用できる。   The present invention can be used for purging by supplying an inert gas in a fuel cell system that generates power using liquid fuel such as kerosene as a raw material.

本発明の一実施の形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 前記実施の形態における起動処理の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement of the starting process in the said embodiment. 前記実施の形態における停止処理の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement of the stop process in the said embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

100……燃料電池システム
111A…液体燃料
120……脱硫手段
122……脱硫燃料経路
130……気化手段
131……気化器
132……熱交換装置
140……改質手段
141A…バーナ
146……返送手段としての燃料ガス供給経路
150……酸素含有気体供給手段
170……燃料電池
180……不活性ガス供給手段
190……循環手段
192……貯溜手段
192A…気液分離手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Fuel cell system 111A ... Liquid fuel 120 ... Desulfurization means 122 ... Desulfurization fuel path 130 ... Vaporization means 131 ... Vaporizer 132 ... Heat exchange apparatus 140 ... Reformation means 141A ... Burner 146 ... Return Fuel gas supply path 150... Oxygen-containing gas supply means 170... Fuel cell 180... Inert gas supply means 190 .. Circulation means 192... Storage means 192 A.

Claims (13)

液体燃料を脱硫する脱硫手段と、
この脱硫手段で脱硫した前記液体燃料を原料ガスに気化する気化手段と、
前記原料ガスを燃料ガスに改質する改質手段と、
酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段と、
前記改質手段で改質された前記燃料ガスおよび前記酸素含有気体供給手段によって供給される前記酸素含有気体を利用して発電する燃料電池と、
前記脱硫手段で脱硫した前記液体燃料の前記気化手段への供給を中止して稼働停止する際に不活性ガスを前記脱硫手段より下流側に供給する不活性ガス供給手段と、
前記燃料電池に接続され前記不活性ガス供給手段によって前記不活性ガスが供給されることで前記燃料電池から流出する流出物を前記脱硫手段より下流側に供給する循環手段と、
を具備したことを特徴とした燃料電池システム。
Desulfurization means for desulfurizing liquid fuel;
A vaporization means for vaporizing the liquid fuel desulfurized by the desulfurization means into a raw material gas;
Reforming means for reforming the source gas into fuel gas;
An oxygen-containing gas supply means for supplying an oxygen-containing gas;
A fuel cell that generates power using the fuel gas reformed by the reforming means and the oxygen-containing gas supplied by the oxygen-containing gas supply means;
An inert gas supply means for supplying an inert gas downstream from the desulfurization means when the operation of the liquid fuel desulfurized by the desulfurization means is stopped by stopping supply to the vaporization means;
A circulation unit connected to the fuel cell and supplying the effluent flowing out from the fuel cell to the downstream side of the desulfurization unit when the inert gas is supplied by the inert gas supply unit;
A fuel cell system comprising:
請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記循環手段は、前記燃料電池に接続され前記燃料電池から流出する流出物を貯溜する貯溜手段を備えた
ことを特徴とした燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the circulation unit includes a storage unit that is connected to the fuel cell and stores effluent that flows out of the fuel cell.
請求項1または請求項2に記載の燃料電池システムであって、
前記循環手段は、前記流出物を気液分離する気液分離手段を備え、分離した気体を前記脱硫手段より下流側に供給する
ことを特徴とした燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein
The fuel cell system, wherein the circulation means includes gas-liquid separation means for gas-liquid separation of the effluent, and supplies the separated gas downstream from the desulfurization means.
請求項3に記載の燃料電池システムであって、
前記気化手段は、前記改質手段からの排気により水蒸気を生成する熱交換装置と、この熱交換装置で生成した前記水蒸気を前記脱硫手段で脱硫した前記液体燃料と混合させて前記原料ガスに気化させる気化器とを備え、
前記気液分離手段は、前記流出物の気液分離により分集した液相分を前記熱交換装置に供給させて前記水蒸気を生成させる
ことを特徴とした燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 3,
The vaporization means mixes the water vapor generated by the exhaust from the reforming means with the liquid fuel desulfurized by the desulfurization means by mixing the water vapor generated by the heat exchange apparatus and vaporizes the raw material gas. With a vaporizer to let
The fuel cell system, wherein the gas-liquid separation unit supplies the liquid phase component collected by gas-liquid separation of the effluent to the heat exchange device to generate the water vapor.
請求項4に記載の燃料電池システムであって、
前記不活性ガス供給手段は、前記脱硫手段で脱硫した前記液体燃料の前記気化手段への供給が中止されると所定時間長で前記不活性ガスを供給するとともに、この不活性ガスの所定時間長の供給後の所定時間経過後に前記気化手段における前記熱交換装置から前記気化器への水蒸気の供給を停止させると前記不活性ガスを再供給する
ことを特徴とした燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 4, wherein
The inert gas supply means supplies the inert gas for a predetermined time length when the supply of the liquid fuel desulfurized by the desulfurization means to the vaporization means is stopped, and a predetermined time length of the inert gas. A fuel cell system, wherein the inert gas is resupplied when the supply of water vapor from the heat exchange device to the vaporizer in the vaporizer is stopped after a lapse of a predetermined time after the supply.
請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記不活性ガス供給手段は、前記気化手段より上流側で前記脱硫手段より下流側に前記不活性ガスを供給する
ことを特徴とした燃料電池システム。
A fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
The fuel cell system, wherein the inert gas supply means supplies the inert gas upstream from the vaporization means and downstream from the desulfurization means.
請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記不活性ガス供給手段は、前記不活性ガスを前記脱硫手段より下流側に供給するとともに前記改質手段の下流側で前記燃料電池より上流側にも供給する
ことを特徴とした燃料電池システム。
A fuel cell system according to any one of claims 1 to 6,
The inert gas supply means supplies the inert gas downstream from the desulfurization means and also supplies the inert gas downstream from the reforming means and upstream from the fuel cell.
請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記改質手段は、前記気化手段で気化された前記原料ガスを改質するために加熱するバーナを備え、
前記燃料電池に接続され前記燃料電池から流出する前記流出物を前記バーナへ供給して燃焼させる返送手段を具備し、
前記循環手段は、前記返送手段を介して前記燃料電池に接続された
ことを特徴とした燃料電池システム。
A fuel cell system according to any one of claims 1 to 7,
The reforming means includes a burner that heats to reform the source gas vaporized by the vaporization means,
A return means connected to the fuel cell and supplying the burner flowing out from the fuel cell to the burner for combustion;
The said circulation means is connected to the said fuel cell via the said return means. The fuel cell system characterized by the above-mentioned.
請求項8に記載の燃料電池システムであって、
前記バーナは、前記液体燃料を燃焼させて加熱させ、
前記不活性ガス供給手段は、前記バーナに前記液体燃料を供給する経路にも前記不活性ガスを供給する
ことを特徴とした燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 8, wherein
The burner burns and heats the liquid fuel,
The said inert gas supply means supplies the said inert gas also to the path | route which supplies the said liquid fuel to the said burner. The fuel cell system characterized by the above-mentioned.
液体燃料を脱硫手段で脱硫後に気化手段で原料ガスとして気化し改質手段で改質した後に燃料電池へ供給して発電させる燃料電池システムにおける運転状態を制御する燃料電池システムの運転制御方法であって、
前記液体燃料を前記脱硫手段から前記気化手段へ供給する脱硫燃料バルブを備えた脱硫燃料経路、不活性ガスを前記脱硫手段より下流側に供給する不活性ガス供給手段、および前記燃料電池に接続され前記燃料電池から流出する流出物を前記脱硫手段より下流側に供給する循環手段を用い、
前記脱硫燃料バルブを切り替えて前記脱硫手段から前記気化手段への前記液体燃料の供給を遮断する燃料供給遮断工程と、
この燃料供給遮断工程で前記液体燃料の供給を遮断した後に前記不活性ガス供給手段から前記不活性ガスを前記脱硫手段より下流側に供給させる不活性ガスパージ工程と、
この不活性ガスパージ工程で前記不活性ガスを供給することで前記循環手段を介して前記燃料電池から流出する前記流出物を前記脱硫手段より下流側に供給させる循環工程と、を実施する
ことを特徴とする燃料電池システムの運転制御方法。
This is an operation control method for a fuel cell system that controls the operating state of a fuel cell system in which liquid fuel is desulfurized by a desulfurization means and then vaporized as a raw material gas by a vaporization means and then reformed by a reforming means and then supplied to the fuel cell to generate power. And
A desulfurization fuel path provided with a desulfurization fuel valve for supplying the liquid fuel from the desulfurization means to the vaporization means, an inert gas supply means for supplying an inert gas downstream from the desulfurization means, and the fuel cell. Using circulation means for supplying the effluent flowing out from the fuel cell to the downstream side of the desulfurization means,
A fuel supply shut-off step of switching the desulfurization fuel valve to shut off the supply of the liquid fuel from the desulfurization means to the vaporization means;
An inert gas purge step of supplying the inert gas downstream from the desulfurization means from the inert gas supply means after shutting off the supply of the liquid fuel in the fuel supply cutoff process;
A circulation step of supplying the inert gas in the inert gas purging step to supply the effluent flowing out of the fuel cell through the circulation means to the downstream side of the desulfurization means. A fuel cell system operation control method.
請求項10に記載の燃料電池システムの運転制御方法であって、
前記循環工程は、前記燃料電池から流出する前記流出物を気液分離して気相分を前記脱硫手段より下流側に供給させる
ことを特徴とする燃料電池システムの運転制御方法。
An operation control method for a fuel cell system according to claim 10,
In the circulation step, the effluent flowing out from the fuel cell is subjected to gas-liquid separation, and the gas phase component is supplied downstream from the desulfurization means.
請求項10または請求項11に記載の燃料電池システムの運転制御方法であって、
前記不活性ガスパージ工程は、
前記液体燃料の供給を遮断した後に前記不活性ガス供給手段から前記不活性ガスを前記脱硫手段より下流側に所定時間供給させる第1パージ工程と、
この第1パージ工程で前記不活性ガスを所定時間供給させた後に所定時間経過後に前記不活性ガス供給手段から前記不活性ガスを前記脱硫手段より下流側に供給させる第2パージ工程と、を実施する
ことを特徴とする燃料電池システムの運転制御方法。
An operation control method for a fuel cell system according to claim 10 or 11,
The inert gas purge step includes:
A first purge step of supplying the inert gas from the inert gas supply means to the downstream side of the desulfurization means for a predetermined time after shutting off the supply of the liquid fuel;
A second purge step of supplying the inert gas from the inert gas supply means downstream of the desulfurization means after a predetermined time has elapsed after supplying the inert gas for a predetermined time in the first purge step; An operation control method for a fuel cell system.
請求項12に記載の燃料電池システムの運転制御方法であって、
前記循環工程は、前記第2パージ工程で前記燃料電池から流出する前記流出物を前記脱硫手段より下流側に供給させる
ことを特徴とした燃料電池システムの運転制御方法。
An operation control method for a fuel cell system according to claim 12,
In the circulation step, the effluent flowing out from the fuel cell in the second purge step is supplied downstream from the desulfurization means.
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