JP2010135287A - Fuel cell system - Google Patents

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Kouichi Kusumura
浩一 楠村
Yoshihisa Tamura
佳央 田村
Shigeki Yasuda
繁樹 保田
Kiyoshi Taguchi
清 田口
Yoshikazu Tanaka
良和 田中
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system in which the amount of gas flowing into a fuel gas flow passage in a fuel cell is reduced by more than conventionally, when a gas flowing into a combustor is processed, after the supply of a reaction gas to a hydrogen generating device is stopped. <P>SOLUTION: The fuel cell system is equipped with a first route through which a gas delivered by the hydrogen generating device 1 is supplied to the combustor 2 via the fuel cell 4; a second route through which the gas delivered by the hydrogen generating device 1 bypasses the fuel cell 4 and is supplied to the combustor 2; a first valve to communicate and cut-off between the first routes; a second valve to communicate and cut-off between the second routes; and a controller 17. In the fuel cell system, communication among the first routes is carried out by the first valve, and power generation operation is executed in a state of cutting-off the second route by the second valve. The controller 17 is constituted so that combustion treatment or dilution treatment of gas flowing into the combustor, after stopping the supply of reaction gas from a reaction gas feeding is executed, in a state of cutting-off the first route by the first valve, and communication conducted among the second routes by the second valve. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムにおいて、発電運転の停止処理において水素生成装置への反応ガス供給停止後に燃焼器へ流入する可燃性ガスを燃焼器にて処理する際の制御技術に関する。   The present invention relates to a control technique for processing a combustible gas flowing into a combustor after stopping supply of a reaction gas to a hydrogen generator in a stop operation of a power generation operation in a fuel cell system.

燃料電池システムとして、都市ガス等の原料ガスを改質反応により水素を主成分とする燃料ガスを生成する水素生成装置と、この水素生成装置から供給される燃料ガス及び空気中の酸素との電気化学反応により発電を行う燃料電池とを備えるものが知られている。   As a fuel cell system, a hydrogen generation device that generates a fuel gas mainly composed of hydrogen by reforming a raw material gas such as city gas, and electricity between the fuel gas supplied from the hydrogen generation device and oxygen in the air What is provided with the fuel cell which produces electric power by a chemical reaction is known.

ところで、燃料電池システムの発電運転を停止する際、停止処理として水素生成装置へ改質反応に必要な反応ガス(例えば、水蒸気改質反応の場合、原料ガス及び水蒸気)の供給を停止する。ここで、反応ガスの供給を停止しても暫くは、水素生成装置の保有熱により水素生成装置内に残留している反応ガスにより水蒸気改質反応が進行したり、水素生成装置内に残留している水の蒸発が起こったりすることで、水素生成装置内のガスが体積膨張することが知られている。   By the way, when stopping the power generation operation of the fuel cell system, the supply of the reaction gas necessary for the reforming reaction (for example, in the case of the steam reforming reaction, the raw material gas and the steam) is stopped as the stopping process. Here, for some time after the supply of the reaction gas is stopped, the steam reforming reaction proceeds due to the reaction gas remaining in the hydrogen generation apparatus due to the retained heat of the hydrogen generation apparatus or remains in the hydrogen generation apparatus. It is known that the gas in the hydrogen generator expands by the evaporation of water.

そこで、水素生成装置への反応ガスの供給停止後、暫くは、上記体積膨張に伴い燃焼器に流入する水素や原料ガス等の可燃性ガスを含むガスを燃焼処理する燃料電池システムが提案されている。ここで、水素生成装置への反応ガスの供給停止後も、発電運転時と同様に上記体積膨張に伴い水素生成装置から送出されるガスが燃料電池に供給されるよう構成されている。   Therefore, after stopping the supply of the reaction gas to the hydrogen generator, a fuel cell system that combusts a gas containing a combustible gas such as hydrogen or a raw material gas flowing into the combustor along with the volume expansion has been proposed for a while. Yes. Here, even after the supply of the reaction gas to the hydrogen generator is stopped, the gas sent from the hydrogen generator with the volume expansion is supplied to the fuel cell as in the power generation operation.

特開2006−147264号公報JP 2006-147264 A

ところで、特許文献1の燃料電池システムでは、上記体積膨張に伴い水素生成装置から送出されるガスを燃焼処理しているが、水素生成装置への反応ガスの供給は停止されているので、燃焼器へ流入する可燃性ガスの量(つまり、燃焼器の燃焼量)は発電運転時に比べ少ない。更に、改質反応が吸熱反応であることを考慮すると、反応ガスの供給停止後に水素生成装置内で進行する改質反応は、発電運転時に比べて低い温度で進行するため、水素生成しにくい状態に反応平衡が移動し、発電運転時よりも水蒸気リッチな燃料ガスが生成される可能性がある。   By the way, in the fuel cell system of patent document 1, although the gas sent from a hydrogen generator is combusted with the said volume expansion, since supply of the reactive gas to a hydrogen generator is stopped, a combustor The amount of combustible gas that flows into the combustion chamber (that is, the combustion amount of the combustor) is smaller than that during power generation operation. Furthermore, considering that the reforming reaction is an endothermic reaction, the reforming reaction that proceeds in the hydrogen generator after stopping the supply of the reaction gas proceeds at a lower temperature than during the power generation operation, so that it is difficult to generate hydrogen. Therefore, there is a possibility that a fuel gas richer in steam than in the power generation operation may be generated.

そこで、従来の燃料電池システムのように、水素生成装置と燃料電池とを連通した状態で上記燃焼処理を実行すると、水素生成装置から送出される水蒸気リッチなガスが燃料電池内の燃料ガス流路に流入する。すると、燃料電池システムの停止期間中において、燃料電池内の燃料ガス流路に流入した水蒸気が凝縮し、この燃料ガス流路に水詰まり(フラッディング)が発生し、次の発電運転時において安定した発電量が得られなくなる可能性がある。   Therefore, when the combustion process is performed in a state where the hydrogen generator and the fuel cell are communicated as in the conventional fuel cell system, the water-rich gas sent from the hydrogen generator is a fuel gas flow path in the fuel cell. Flow into. Then, during the stop period of the fuel cell system, the water vapor flowing into the fuel gas flow path in the fuel cell is condensed, and the fuel gas flow path is clogged (flooding), and stable during the next power generation operation. There is a possibility that the amount of power generation cannot be obtained.

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、水素生成装置への反応ガス供給停止後に燃焼器に流入するガスを処理(燃焼処理、希釈処理等)する際に、燃料電池内の燃料ガス流路に流入するガス量が従来よりも低減される燃料電池システムを提供することを
目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and when processing (combustion processing, dilution processing, etc.) the gas flowing into the combustor after the supply of the reactive gas to the hydrogen generator is stopped, An object of the present invention is to provide a fuel cell system in which the amount of gas flowing into the fuel gas flow path is reduced as compared with the prior art.

本発明の燃料電池システムは、原料ガスを用いて改質反応により水素を含有する燃料ガスを生成する水素生成装置と、前記水素生成装置に反応ガスを供給する反応ガス供給器と、前記水素生成装置から送出されたガスを燃焼する燃焼器と、前記水素生成装置より送出された前記燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、前記水素生成装置より送出されたガスが、前記燃料電池を経由して前記燃焼器に供給される第1経路と、前記水素生成装置より送出されたガスが、前記燃料電池を迂回して、前記燃焼器に供給される第2経路と、前記第1経路を連通/遮断する第1弁と、前記第2経路を連通/遮断する第2弁と、制御器とを備え、前記第1弁により前記第1経路を連通し、前記第2弁により前記第2経路を遮断した状態で発電運転が実行される燃料電池システムであって、前記制御器は、前記第1弁により前記第1経路を遮断するとともに前記第2弁により前記第2経路を連通した状態で、前記反応ガス供給器からの前記反応ガスの供給を停止した後に前記燃焼器に流入するガスの燃焼処理または希釈処理を実行するよう構成されていることを特徴とする。   The fuel cell system of the present invention includes a hydrogen generator that generates a fuel gas containing hydrogen by a reforming reaction using a raw material gas, a reaction gas supplier that supplies the hydrogen generator with a reactive gas, and the hydrogen generator A combustor that burns gas sent from the apparatus, a fuel cell that generates electricity using the fuel gas sent from the hydrogen generator, and a gas sent from the hydrogen generator passes through the fuel cell. The first path supplied to the combustor, the gas sent from the hydrogen generator bypasses the fuel cell, and communicates with the second path supplied to the combustor and the first path. A first valve for shutting off / blocking, a second valve for communicating / blocking the second path, and a controller, the first valve communicating with the first path, and the second valve serving as the second path. The power generation operation is performed with the In the fuel cell system, the controller shuts off the first path by the first valve and communicates the second path by the second valve, and the reaction gas from the reaction gas supply unit. After the supply of gas is stopped, the combustion process or dilution process of the gas flowing into the combustor is executed.

本発明によれば、水素生成装置への反応ガス供給停止後に水素生成装置内のガスの体積膨張に伴い燃焼器に流入するガスを処理(燃焼処理、希釈処理等)する際に、発電運転時よりも多くの水蒸気を含むガスの燃料電池内の燃料ガス流路への流入量が従来よりも低減される。従って、次の発電運転時において燃料電池内の燃料ガス流路においてフラッディングが発生し、発電量が低下する可能性が低減される。   According to the present invention, when the gas flowing into the combustor with the volume expansion of the gas in the hydrogen generator after the supply of the reactive gas to the hydrogen generator is processed (combustion process, dilution process, etc.) The amount of gas containing more water vapor into the fuel gas flow path in the fuel cell is reduced than before. Therefore, the possibility that flooding occurs in the fuel gas flow path in the fuel cell during the next power generation operation and the power generation amount decreases is reduced.

本発明の実施の形態にかかる燃料電池システムの構成を示す模式図The schematic diagram which shows the structure of the fuel cell system concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態1の燃料電池システムの発電運転の停止処理における水素生成装置への反応ガス供給停止後の燃焼処理を示すフローチャートThe flowchart which shows the combustion process after the supply of the reactive gas to the hydrogen generator in the stop process of the power generation operation of the fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention is stopped. 本発明の実施の形態2の燃料電池システムの発電運転の停止処理における水素生成装置への反応ガス供給停止後の希釈処理を示すフローチャートThe flowchart which shows the dilution process after the supply of the reactive gas to the hydrogen generator in the stop process of the power generation operation of the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention.

本発明の燃料電池システムについて、以下に説明する。   The fuel cell system of the present invention will be described below.

本発明の燃料電池システムは、原料ガスを用いて改質反応により水素を含有する燃料ガスを生成する水素生成装置と、水素生成装置に反応ガスを供給する反応ガス供給器と、水素生成装置から供給されたガスを燃焼する燃焼器と、水素生成装置より送出された燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、水素生成装置より送出されたガスが、燃料電池を経由して燃焼器に供給される第1経路と、水素生成装置より送出されたガスが、燃料電池を迂回して、燃焼器に供給される第2経路と、第1経路を連通/遮断する第1弁と、第2経路を連通/遮断する第2弁と、制御器とを備え、第1弁により前記第1経路を連通し、第2弁により前記第2経路を遮断した状態で発電運転が実行される燃料電池システムであって、制御器は、第1弁により第1経路を遮断するとともに第2弁により前記第2経路を連通した状態で、反応ガス供給器からの反応ガスの供給を停止した後に燃焼器に流入するガスの燃焼処理または希釈処理を実行するよう構成されていることを特徴とする。   The fuel cell system of the present invention includes a hydrogen generator that generates a fuel gas containing hydrogen by a reforming reaction using a raw material gas, a reaction gas supplier that supplies the hydrogen generator with a reactive gas, and a hydrogen generator. A combustor that burns the supplied gas, a fuel cell that generates power using the fuel gas delivered from the hydrogen generator, and a gas that is delivered from the hydrogen generator are supplied to the combustor via the fuel cell. The first path, the gas sent from the hydrogen generator bypasses the fuel cell, is supplied to the combustor, the first valve communicates / blocks the first path, and the second path A fuel cell system comprising: a second valve for communicating / blocking the valve; and a controller, wherein the first valve communicates with the first path and the second valve blocks the second path. And the controller controls the first valve by the first valve. And the combustion process or the dilution process of the gas flowing into the combustor after the supply of the reaction gas from the reaction gas supplier is stopped in a state where the second valve communicates with the second valve. It is characterized by.

これにより、水素生成装置への反応ガス供給停止後に水素生成装置内のガスの体積膨張に伴い燃焼器に流入するガスを処理(燃焼処理、希釈処理等)する際に、燃料電池内の燃料ガス流路に発電運転時よりも水蒸気を多く含むガスの流入量が従来よりも抑制される。従って、次の発電運転時において燃料電池内の燃料ガス流路においてフラッディングが発生し、発電量が低下する可能性が低減される。   As a result, the fuel gas in the fuel cell is processed when the gas flowing into the combustor (combustion process, dilution process, etc.) due to the volume expansion of the gas in the hydrogen generator after the supply of the reaction gas to the hydrogen generator is stopped. The amount of inflow of gas containing more water vapor than in the power generation operation in the flow path is suppressed as compared with the conventional case. Therefore, the possibility that flooding occurs in the fuel gas flow path in the fuel cell during the next power generation operation and the power generation amount decreases is reduced.

ここで、「改質反応」は、水蒸気改質反応、オートサーマル反応、及び部分改質反応のいずれも含む。   Here, the “reforming reaction” includes any of steam reforming reaction, autothermal reaction, and partial reforming reaction.

ここで、「反応ガス供給器」は、水蒸気改質反応の場合、原料ガス供給器、水供給器がこれに相当し、オートサーマル反応の場合、原料ガス供給器、水供給器及び空気供給器がこれに相当し、部分酸化反応の場合、原料ガス供給器、空気供給器がこれに相当する。   Here, the “reaction gas supply device” corresponds to the raw material gas supply device and the water supply device in the case of the steam reforming reaction, and in the case of the autothermal reaction, the raw material gas supply device, the water supply device and the air supply device. This corresponds to this, and in the case of a partial oxidation reaction, a raw material gas supply device and an air supply device correspond to this.

また、「水素生成装置から送出されたガスを燃焼する燃焼器」は、水素生成装置から送出されたガスが燃料電池をバイパスして直接燃焼する形態のみを意味するものでなく、燃料電池を経由して燃焼器に流入したガスを燃焼する形態も含むものである。   In addition, the “combustor that burns the gas sent from the hydrogen generator” does not mean that the gas sent from the hydrogen generator directly burns by bypassing the fuel cell. Thus, a mode in which the gas flowing into the combustor is burned is also included.

また、「反応ガスの供給を停止した後に」とは、反応ガスの全ての供給が停止された後を指す。例えば、水蒸気改質反応の場合、原料ガス及び水の供給が停止された後に相当する。オートサーマル方法の場合、原料ガス、水、及び空気の供給が停止された後に相当する。なお、上記各流体(原料ガス、水、空気等)の停止は、同時に停止する必要はなく、多少そのタイミングが前後してもいい。各流体の停止タイミングが前後する場合は、最後に供給が停止される反応ガスの供給が停止された後を指す。   Further, “after the supply of the reaction gas is stopped” refers to after all the supply of the reaction gas is stopped. For example, in the case of the steam reforming reaction, it corresponds after the supply of the raw material gas and water is stopped. In the case of the autothermal method, it corresponds after the supply of the raw material gas, water and air is stopped. It should be noted that the above fluids (source gas, water, air, etc.) do not have to be stopped at the same time, and their timing may be somewhat different. When the stop timing of each fluid comes and goes, it means after the supply of the reactive gas that is stopped last is stopped.

また、「希釈処理」は、燃焼器に燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給器の操作量を発電運転時よりも増加させ、水素生成装置への反応ガス供給停止後に、水素生成装置内の体積膨張に伴い燃焼器に流入する原料ガスや水素等の可燃性ガスを含むガスを希釈する処理として定義される。増加後の操作量としては、燃料電池の発電量が最大出力時の操作量よりも大きい操作量となるよう制御されることが好ましい。   In addition, the “dilution process” increases the operation amount of the combustion air supply unit that supplies combustion air to the combustor compared to the time of the power generation operation, and after the supply of the reaction gas to the hydrogen generation device is stopped, It is defined as a process for diluting a gas containing a combustible gas such as raw material gas or hydrogen flowing into the combustor with volume expansion. The operation amount after the increase is preferably controlled so that the power generation amount of the fuel cell is larger than the operation amount at the maximum output.

本発明の燃料電池システムは、制御器は、発電運転の停止処理において、第1弁により第1経路を連通するとともに第2弁により第2経路を遮断した状態から第1弁により第1経路を遮断するとともに第2弁により第2経路を連通した状態に切替える際に、第1弁及び第2弁を制御して第1経路及び第2経路が共に連通した状態を経た後に、第1経路が遮断し、第2経路が連通した状態にする切替動作を実行することを特徴とする。   In the fuel cell system of the present invention, in the stop operation of the power generation operation, the controller communicates the first path with the first valve and blocks the first path with the first valve from the state where the second path is blocked with the second valve. When switching to the state where the second path is communicated with the second valve, the first path is controlled after the first valve and the second valve are controlled and the first path and the second path are communicated together. A switching operation for shutting off and bringing the second path into communication is performed.

これは、発電運転時の第1経路を連通するとともに第2経路を遮断した状態から、第1経路を遮断するとともに第2経路を連通した状態に切替える際に、第1弁、第2弁の開閉状態の切替えを同時に実行するよう制御しようとすると、第1弁、第2弁への制御信号の到達タイミングにより、第1弁、第2弁が同時に閉止した後、第2弁が開放する場合がある。このような場合、第1弁、第2弁が閉止した時に、水素生成装置内の残留する反応ガスによる改質反応の進行や残留水の蒸発等により内圧が上昇し、その後、第2弁が開放されたときに、急激に水素生成装置から燃焼器にガスが流入し、燃焼処理している場合は、火炎が吹き消え、可燃性ガスや一酸化炭素を含むガスが燃焼排ガス経路及び排気口を介して燃料電池システムの外部に排出される可能性がある。また、上記燃焼処理に代えて希釈処理している場合は、可燃性ガスや一酸化炭素を含むガスの希釈レベルが低下した状態で、燃料電池システムの外部に排出される可能性がある。   This is because when the first path and the second valve are switched from the state in which the first path during power generation operation is communicated and the second path is blocked to the state in which the first path is blocked and the second path is communicated. When the control is performed so that the switching of the open / close state is performed at the same time, the second valve opens after the first valve and the second valve are simultaneously closed by the arrival timing of the control signal to the first valve and the second valve. There is. In such a case, when the first valve and the second valve are closed, the internal pressure rises due to the progress of the reforming reaction by the reaction gas remaining in the hydrogen generator or the evaporation of the residual water, and then the second valve When opened, when the gas suddenly flows into the combustor from the hydrogen generator and is being burned, the flame is blown out, and the gas containing combustible gas and carbon monoxide is discharged into the combustion exhaust gas path and the exhaust port. May be discharged to the outside of the fuel cell system. Further, when the dilution process is performed instead of the combustion process, there is a possibility that the dilution level of the gas containing the combustible gas or carbon monoxide is lowered and discharged to the outside of the fuel cell system.

ここで、上記のように第1弁及び第2弁を制御して第1経路及び第2経路が共に連通した状態を経た後に、第1経路が遮断し、第2経路が連通した状態にする切替動作を実行することで、水素生成装置内のガスの体積膨張に伴う過渡的な内圧過上昇が抑制され、切替動作に際して燃焼器に流入するガスが急激に上昇して燃焼処理や希釈処理が不十分なまま、燃料電池システムの外部に排気される可能性が低減される。   Here, after controlling the 1st valve and the 2nd valve as mentioned above, after passing through the state where the 1st course and the 2nd course were connected together, the 1st course cuts off and it makes the state where the 2nd course connected. By executing the switching operation, the transient internal pressure excess increase accompanying the volume expansion of the gas in the hydrogen generator is suppressed, and the gas flowing into the combustor during the switching operation is rapidly increased, and the combustion process and the dilution process are performed. The possibility of being exhausted outside the fuel cell system while being insufficient is reduced.

また、本発明の燃料電池システムは、原料ガスが流れる原料ガス経路と原料ガス中に含
まれる臭気成分を吸着する脱臭器と、脱臭器よりも下流の原料ガス経路に設けられた第3弁とを備え、制御器は、切替動作を実行する以前において第3弁を閉止することを特徴とする。
The fuel cell system of the present invention includes a raw material gas path through which raw material gas flows, a deodorizer that adsorbs odorous components contained in the raw material gas, and a third valve provided in a raw material gas path downstream of the deodorizer. And the controller closes the third valve before performing the switching operation.

この構成によれば、発電運転の停止処理において、第1経路と第2経路の切替動作の以前に第3弁を閉止するので、制御不良により第1弁と第2弁が同時に閉止し内圧が上昇しても、水素生成装置内の水蒸気を含むガスが脱臭器に逆流することが防止される。   According to this configuration, in the power generation operation stop process, the third valve is closed before the switching operation of the first path and the second path. Therefore, the first valve and the second valve are simultaneously closed due to control failure, and the internal pressure is reduced. Even if it rises, the gas containing water vapor in the hydrogen generator is prevented from flowing back to the deodorizer.

また、本発明の燃料電池システムは、制御器が、第1経路及び第2経路が共に連通した状態において、第1経路より燃料電池に流入する水蒸気の凝縮により次の発電運転時に燃料ガスの流通が阻害されない連通時間閾値以下で、第1経路が遮断し、第2経路が連通した状態にすることを特徴とする。   In the fuel cell system of the present invention, in the state where the first path and the second path are in communication with each other, the controller distributes the fuel gas during the next power generation operation by condensation of water vapor flowing into the fuel cell from the first path. The first route is blocked and the second route is in communication with a communication time threshold value that is not hindered.

これは、反応ガス供給停止後に進行する改質反応は発電運転時よりも転化率が低いため、水蒸気を多く含むガスが水素生成装置より送出されるが、上記本発明の燃料電池システムのように、水素生成装置と燃料電池との連通時間を制限することで、次の発電運転時に燃料ガスの流通が凝縮水により阻害されるのを抑制することができる。   This is because the reforming reaction that proceeds after stopping the supply of the reaction gas has a lower conversion rate than during the power generation operation, so that a gas containing a large amount of water vapor is sent from the hydrogen generator, but like the fuel cell system of the present invention described above By restricting the communication time between the hydrogen generator and the fuel cell, it is possible to prevent the fuel gas from being blocked by the condensed water during the next power generation operation.

また、本発明の燃料電池システムは、燃焼器に設けられた着火器を備え、制御器は、少なくとも第1経路及び第2経路が共に連通した状態において、着火器を動作させることを特徴とする。   The fuel cell system according to the present invention includes an igniter provided in a combustor, and the controller operates the igniter in a state where at least the first path and the second path are in communication with each other. .

この構成によれば、第1経路のみが連通した状態から、第1通路及び第2通路が連通した状態に変更されることで水素生成装置の下流の経路の圧力損失が変動し、燃焼器に流入するガス量が変動しやすいため、着火器を動作させ失火を抑制することで、燃焼安定性がより向上する。   According to this configuration, the pressure loss of the path downstream of the hydrogen generator varies due to the change from the state in which only the first path communicates to the state in which the first path and the second path communicate, and the combustor Since the amount of inflowing gas tends to fluctuate, combustion stability is further improved by operating the igniter to suppress misfire.

(実施の形態1)
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
(Embodiment 1)
The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

[燃料電池システムの構成]
図1は、本発明の実施の形態にかかる燃料電池システムの構成を示す模式図である。
[Configuration of fuel cell system]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

本実施の形態の燃料電池システム100は、原料ガスを用いて改質反応より水素を含有する燃料ガスを生成する改質器(図示せず)を有する水素生成装置1と、水素生成装置1に原料ガスを供給する原料ガス供給器10と、原料ガス供給器10により水素生成装置1に供給される原料ガスが流れる原料ガス供給路21と、原料ガス供給路21に設けられ、原料ガス中に含まれる臭気成分を除去する脱臭器9と、脱臭器9の下流に設けられた第3弁11と、水蒸気改質反応に用いられる改質水を水素生成装置に供給するための水供給器12と、水供給器12により水素生成装置1内に設けられた蒸発器(図示せず)に供給される改質水が流れる水供給路22と、水素生成装置から送出された可燃性ガス(水素、原料ガス等)を含むガスを燃焼する燃焼器2と、燃焼器2に流入した可燃性ガスを含むガスを着火させるための着火器3と、燃焼器2へ燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給器13と、燃焼器の失火を検知する失火検知器18と、燃焼器2から排出される燃焼排ガスが流れる燃焼排ガス経路23と、水素生成装置1より送出された燃料ガスを用いて発電する燃料電池4と、水素生成装置1から供給される燃料ガスを燃料電池4を経由して燃焼器2に供給される燃料ガス供給路5と、燃料ガス供給路5に設けられ、燃料ガス経路を開閉する第1弁6と、燃料電池4を迂回して燃焼器2に供給されるバイパス経路7と、バイパス経路を開閉する第2弁8と、燃料電池4から排出され、燃焼器2に供給されるオフ燃料ガス
が流れるオフ燃料ガス経路16と、オフ燃料ガス経路16を開閉する第4弁14と、燃料電池4に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給器15と、制御器17と、少なくとも水素生成装置1、燃料電池4、原料ガス供給器10と、燃焼器2と、制御器17とを収納する筐体20とを備えている。ここで、「第1経路」は、燃料ガス供給路5と、燃料ガス流路4a、オフ燃料ガス経路16で構成される。また、「第2経路」は、燃料ガス経路5と、バイパス経路7と、オフ燃料ガス経路16とで構成される。本実施の形態の燃料電池システムでは、第1経路の一部が第2経路と共通化される形態を採用したが、共通化せず、別経路として構成しても構わない。
The fuel cell system 100 of the present embodiment includes a hydrogen generator 1 having a reformer (not shown) that generates a fuel gas containing hydrogen from a reforming reaction using a raw material gas, and a hydrogen generator 1 A raw material gas supply device 10 for supplying a raw material gas, a raw material gas supply passage 21 through which a raw material gas supplied to the hydrogen generator 1 by the raw material gas supply device 10 flows, and a raw material gas supply passage 21 are provided in the raw material gas. A deodorizer 9 for removing odor components contained therein, a third valve 11 provided downstream of the deodorizer 9, and a water supply device 12 for supplying reformed water used for the steam reforming reaction to the hydrogen generator. A water supply path 22 through which reformed water supplied to an evaporator (not shown) provided in the hydrogen generator 1 by the water supplier 12 flows, and a combustible gas (hydrogen) sent from the hydrogen generator , Gas including raw material gas) Combustor 2, igniter 3 for igniting a gas containing a combustible gas flowing into combustor 2, combustion air supplier 13 for supplying combustion air to combustor 2, and misfire of the combustor From the misfire detector 18 to be detected, the flue gas path 23 through which the flue gas discharged from the combustor 2 flows, the fuel cell 4 that generates power using the fuel gas sent from the hydrogen generator 1, and the hydrogen generator 1 A fuel gas supply path 5 for supplying the supplied fuel gas to the combustor 2 via the fuel cell 4, a first valve 6 provided in the fuel gas supply path 5 for opening and closing the fuel gas path, and a fuel cell 4 is a bypass path 7 that is bypassed 4 and supplied to the combustor 2, a second valve 8 that opens and closes the bypass path, and an off-fuel gas that is discharged from the fuel cell 4 and flows to the combustor 2. Route 16 and off-fuel gas route 16 A fourth valve 14 to be closed, an oxidant gas supplier 15 for supplying an oxidant gas to the fuel cell 4, a controller 17, at least the hydrogen generator 1, the fuel cell 4, the raw material gas supplier 10, and a combustor. 2 and a housing 20 that houses the controller 17. Here, the “first path” includes the fuel gas supply path 5, the fuel gas flow path 4 a, and the off-fuel gas path 16. The “second path” includes a fuel gas path 5, a bypass path 7, and an off fuel gas path 16. In the fuel cell system of the present embodiment, a form in which a part of the first path is shared with the second path is adopted, but it may be configured as a separate path without being shared.

なお、本実施の形態の燃料電池システム100においては、水素生成装置1で水蒸気改質反応により燃料ガスを生成するよう構成されているが、オートサーマル反応や部分酸化反応により燃料ガスを生成する形態を採用しても構わない。この場合、燃焼器2は、水蒸気改質の場合、水素生成装置に熱を供給するよう構成されているが、水素生成装置に熱を供給するようには構成されておらず、水素生成装置より送出される可燃性ガスを含むガスの燃焼処理器として機能するよう構成されている。   In the fuel cell system 100 of the present embodiment, the hydrogen generator 1 is configured to generate the fuel gas by the steam reforming reaction. However, the fuel gas is generated by the autothermal reaction or the partial oxidation reaction. May be adopted. In this case, in the case of steam reforming, the combustor 2 is configured to supply heat to the hydrogen generation device, but is not configured to supply heat to the hydrogen generation device. It is comprised so that it may function as a combustion treatment device of gas containing combustible gas sent out.

また、上記水素生成装置は、図示されない改質器を有するよう構成されているが、この改質器の下流に更に改質器から送出されるガス中の一酸化炭素濃度を低減するために、シフト反応を行う変成器や酸化反応を行うCO除去器を更に備える形態を採用しても構わない。   In addition, the hydrogen generator is configured to have a reformer (not shown), and in order to further reduce the concentration of carbon monoxide in the gas sent from the reformer downstream of the reformer, You may employ | adopt the form further provided with the transformation device which performs shift reaction, and the CO removal device which performs oxidation reaction.

[燃料電池システムの動作]
本実施の形態の燃料電池システム100は、発電運転中において、原料ガス供給器10及び水供給器12によって水素生成装置1に原料ガスと水が供給され、水蒸気改質反応により水素を含有する燃料ガスが生成される。水素生成装置1より送出された燃料ガスは、燃料ガス供給路5を通流して燃料電池4に供給され、燃料電池4内の燃料ガス経路4aを流れ、燃料電池4の発電反応に利用されなかった水素を含むオフ燃料ガスが燃料電池4より排出される。オフ燃料ガスは、オフ燃料ガス経路16を通流して、燃焼器2に導入され、燃焼器2にて燃焼処理される。燃焼器2より送出される燃焼排ガスは燃焼排ガス経路23を通流し、下流端の排気口より燃料電池システム100(筐体20)の外部に排出される。
[Operation of fuel cell system]
In the fuel cell system 100 of the present embodiment, during the power generation operation, the raw material gas and water are supplied to the hydrogen generator 1 by the raw material gas supply device 10 and the water supply device 12, and the fuel contains hydrogen by the steam reforming reaction. Gas is generated. The fuel gas sent from the hydrogen generator 1 is supplied to the fuel cell 4 through the fuel gas supply path 5, flows through the fuel gas path 4 a in the fuel cell 4, and is not used for the power generation reaction of the fuel cell 4. Off-fuel gas containing hydrogen is discharged from the fuel cell 4. The off-fuel gas flows through the off-fuel gas path 16 and is introduced into the combustor 2 where it is burned. The flue gas sent from the combustor 2 flows through the flue gas passage 23 and is discharged from the exhaust port at the downstream end to the outside of the fuel cell system 100 (housing 20).

なお、上記発電運転中において、水素生成装置1は水素濃度の高い燃料ガスを生成するため燃焼器2からの熱供給により改質器(図示せず)が700℃程度の高温に維持されている。また、上記発電運転中においては、第1弁6及び第4弁14が開放されるとともに、第2弁は閉止されている。   During the power generation operation, the hydrogen generator 1 generates a fuel gas having a high hydrogen concentration, so that the reformer (not shown) is maintained at a high temperature of about 700 ° C. by supplying heat from the combustor 2. . During the power generation operation, the first valve 6 and the fourth valve 14 are opened, and the second valve is closed.

次に、燃料電池システムの停止処理について説明する。図2は、本発明の燃料電池システムの停止処理で水素生成装置への反応ガス供給停止後に水素生成装置より送出される可燃性ガスを含むガスを燃焼処理するフローの一例を示す。ついて説明する。本フロー図に基づいて上記燃焼処理について説明する。   Next, the stop process of the fuel cell system will be described. FIG. 2 shows an example of a flow for performing a combustion process on a gas containing a combustible gas sent from the hydrogen generator after the supply of the reaction gas to the hydrogen generator is stopped in the stop process of the fuel cell system of the present invention. explain about. The combustion process will be described based on this flowchart.

まず、燃料電池システム100の発電運転の停止指令が制御器17より出力されると、着火器3の動作を開始させる(ステップS101)。次に、制御器17は、水供給器12及び原料ガス供給器10を停止させ、水素生成装置1への水蒸気改質反応用の水(改質水)及び原料ガスの供給を停止する。また、酸化剤ガス供給器15も停止させて、燃料電池4への酸化剤ガスの供給も停止する。また、第3弁11を閉止させる(ステップS102)。一方、燃焼空気供給器13は動作を実行し、燃焼器2に継続的に流入する可燃性ガスを含むガスの燃焼処理を実行する。   First, when a command to stop the power generation operation of the fuel cell system 100 is output from the controller 17, the operation of the igniter 3 is started (step S101). Next, the controller 17 stops the water supply device 12 and the raw material gas supply device 10, and stops the supply of water for steam reforming reaction (reformed water) and the raw material gas to the hydrogen generator 1. Further, the oxidant gas supply unit 15 is also stopped, and the supply of the oxidant gas to the fuel cell 4 is also stopped. Further, the third valve 11 is closed (step S102). On the other hand, the combustion air supply unit 13 performs an operation, and executes a combustion process of a gas containing a combustible gas that continuously flows into the combustor 2.

ここで、ステップS102により水素生成装置1への反応ガス(原料ガス、水蒸気)の供給を停止すると、燃焼器2の流入する可燃性ガスを含むガス量は、水素生成装置1内の残留反応ガスの改質反応進行や残留水の蒸発に伴う体積膨張分のみになり、反応ガスの供給停止前に比べ低下し、燃焼器2の燃焼安定性は低下する。しかしならが、上記ステップS101にて着火器3により着火動作を実行しているので、失火しても速やかに再着火され、燃焼安定性が向上する。また、上記着火動作を本フローのように水素生成装置への反応ガスの供給停止前から実行するよう構成しているが、上記反応ガスの供給停止と同時であってもよいし、また、その後であっても構わない。ただし、本フローのように反応ガスの供給停止前から着火器3による着火動作を実行するよう構成することで、反応ガスの供給停止直後からの失火に対して再着火可能になり、より好ましい。   Here, when the supply of the reaction gas (raw material gas, water vapor) to the hydrogen generator 1 is stopped in step S102, the amount of the gas including the combustible gas flowing into the combustor 2 is the residual reaction gas in the hydrogen generator 1. Only the volume expansion due to the progress of the reforming reaction and the evaporation of the residual water, which is lower than before the supply of the reaction gas is stopped, and the combustion stability of the combustor 2 is lowered. However, since the ignition operation is executed by the igniter 3 in the above step S101, even if a misfire occurs, the ignition is promptly re-ignited and the combustion stability is improved. In addition, the ignition operation is configured to be performed before the supply of the reactive gas to the hydrogen generator is stopped as in the present flow, but may be performed simultaneously with the supply of the reactive gas is stopped. It does not matter. However, it is more preferable to perform the ignition operation by the igniter 3 before stopping the supply of the reaction gas as in this flow, because it becomes possible to re-ignite against a misfire immediately after the stop of the supply of the reaction gas.

次に、制御器17は、第1弁6及び第4弁14の開放を維持した状態で、第2弁8を開放させてバイパス経路7も連通させる(ステップS103)。このステップS103により、「第1弁により第1経路を遮断するとともに第2弁により第2経路を連通した状態」となる。これにより、第1弁6及び第4弁14の閉止と第2弁8の開放とを同時に実行する場合に比べて、第1弁6及び第4弁14の少なくともいずれか一方と第2弁8とが同時に閉止(つまり、第1経路と第2経路が同時に遮断)される可能性が低減される。従って、上記同時閉止により水素生成装置内の残留する反応ガスによる改質反応の進行や残留水の蒸発等により内圧が上昇した後、第2弁8が開放されたときに、急激に水素生成装置から燃焼器にガスが流入し、希釈レベルの低い可燃性ガスや一酸化炭素を含むガスが燃料電池システムの外部に排出される可能性が低減される。また、第1経路のみが連通した状態から、第1通路及び第2通路が連通した状態に変更されることで水素生成装置の下流の経路の圧力損失が変動し、燃焼器2に流入するガス量が変動しやすいため、燃焼器2の燃焼性が不安定になる。しかしながら、この状態において着火器3の着火動作が実行されるため、失火しても速やかに再着火され、燃焼安定性が向上する。   Next, in a state where the first valve 6 and the fourth valve 14 are kept open, the controller 17 opens the second valve 8 so that the bypass path 7 is also communicated (step S103). By this step S103, “the first path is blocked by the first valve and the second path is communicated by the second valve” is entered. As a result, at least one of the first valve 6 and the fourth valve 14 and the second valve 8 are compared with the case where the closing of the first valve 6 and the fourth valve 14 and the opening of the second valve 8 are performed simultaneously. Are simultaneously closed (that is, the first path and the second path are simultaneously blocked). Accordingly, when the second valve 8 is opened after the internal pressure rises due to the progress of the reforming reaction by the reaction gas remaining in the hydrogen generator or the evaporation of residual water due to the simultaneous closing, the hydrogen generator is suddenly opened. The gas flows into the combustor, and the possibility that a combustible gas having a low dilution level or a gas containing carbon monoxide is discharged outside the fuel cell system is reduced. Further, the gas flowing into the combustor 2 is changed by changing the pressure loss in the downstream path of the hydrogen generator by changing the state in which only the first path is in communication to the state in which the first and second paths are in communication. Since the amount is likely to fluctuate, the combustibility of the combustor 2 becomes unstable. However, since the ignition operation of the igniter 3 is executed in this state, even if a misfire occurs, it is re-ignited promptly and combustion stability is improved.

次に、ステップS103により第1経路と第2経路とが共に連通した状態を連通閾値時間以上継続した後に、第1弁6及び第4弁8を閉止させ、第1経路を遮断させる(ステップS104)。ここで、上記連通時間閾値は、第1経路より燃料電池に流入する水蒸気の凝縮により次の発電運転時に燃料ガスの流通が阻害されない時間として設定される。また、上記フローにおいては、第1経路を遮断するのに、第1弁6及び第4弁8の両方を閉止したが、第1弁6及び第4弁8のいずれかを閉止する形態であってもよい。つまり、「第1弁により第1経路を遮断する」とは、第1経路を遮断可能であれば、第1経路に設けられた弁の閉止形態はいずれの形態であっても構わない。   Next, after the state in which the first path and the second path are both communicated in step S103 is continued for the communication threshold time or longer, the first valve 6 and the fourth valve 8 are closed and the first path is blocked (step S104). ). Here, the communication time threshold is set as a time during which the flow of fuel gas is not hindered during the next power generation operation due to condensation of water vapor flowing into the fuel cell from the first path. In the above flow, both the first valve 6 and the fourth valve 8 are closed to shut off the first path, but either the first valve 6 or the fourth valve 8 is closed. May be. That is, “blocking the first path by the first valve” means that the valve provided on the first path may be closed as long as the first path can be blocked.

その後、失火検知器18により失火が検知されるか、及びステップS101で開始した着火動作の継続時間が所定の着火時間閾値以上になるかの判定を行い(ステップS105)、失火検知器18で失火が検知されるか、もしくは着火動作の継続時間が、所定の着火時間閾値T1以上になった場合に(ステップS105でYes)、着火器3の着火動作を停止するとともに、第2弁8を閉止する(ステップ106)。失火検知器18で失火が検知されず、かつステップS101で開始された着火動作の継続時間が、所定の着火時間閾値T1未満である場合は(ステップS102でNo)、ステップS102でYesになるまで、本ステップS102を繰返し実行する。   Thereafter, it is determined whether misfire is detected by the misfire detector 18 and whether the duration of the ignition operation started in step S101 is equal to or greater than a predetermined ignition time threshold (step S105), and the misfire detector 18 detects misfire. Is detected, or when the duration of the ignition operation exceeds a predetermined ignition time threshold T1 (Yes in step S105), the ignition operation of the igniter 3 is stopped and the second valve 8 is closed. (Step 106). If no misfire is detected by the misfire detector 18 and the duration of the ignition operation started in step S101 is less than the predetermined ignition time threshold T1 (No in step S102), until Yes in step S102 The step S102 is repeatedly executed.

そして、ステップS106を実行した後も燃焼空気供給器13の動作を継続し、燃焼器2内部のガスを掃気する(ステップS107:掃気処理)。なお、この掃気処理においては、ステップS106を実行直後に燃焼器2内に可燃性ガスや一酸化炭素等が残留している可能性があるため、これらを燃料電池システムの外部に希釈排出するために燃焼用空気供給器13の操作量を上記燃焼処理時よりも増加させることが好ましい。例えば、上記掃気処理における燃焼用空気供給器の操作量は、発電運転時の操作量よりも増加させること
が好ましいが、燃料電池の発電量が最大出力時の操作量よりも大きい操作量となるよう制御することが希釈性の向上及び掃気時間の短縮化の点からより好ましい。
And after performing step S106, operation | movement of the combustion air supply device 13 is continued, and the gas inside the combustor 2 is scavenged (step S107: scavenging process). In this scavenging process, there is a possibility that combustible gas, carbon monoxide, etc. may remain in the combustor 2 immediately after executing step S106, so that these are diluted and discharged outside the fuel cell system. In addition, it is preferable to increase the operation amount of the combustion air supply device 13 as compared with the time of the combustion processing. For example, the amount of operation of the combustion air supply device in the scavenging process is preferably larger than the amount of operation during power generation operation, but the amount of power generated by the fuel cell is greater than the amount of operation during maximum output. Such control is more preferable from the viewpoint of improving the dilutability and shortening the scavenging time.

そして、上記掃気処理の実行時間が、掃気に必要な所定の掃気時間閾値以上になると燃焼空気供給器13の動作を停止して(ステップS108)、燃焼処理に関する一連のフローを完了する。   Then, when the execution time of the scavenging process reaches or exceeds a predetermined scavenging time threshold necessary for scavenging, the operation of the combustion air supply device 13 is stopped (step S108), and a series of flows relating to the combustion process is completed.

上述の本実施の形態の燃料電池システムのように水素生成装置への反応ガス供給停止後の燃焼処理を実行することにより、燃料電池内の燃料ガス流路に発電運転時よりも水蒸気を多く含むガスが流入する量が従来よりも抑制される。従って、次の発電運転時において燃料電池内の燃料ガス流路においてフラッディングが発生し、発電量が低下する可能性が低減される。   By performing the combustion process after stopping the supply of the reaction gas to the hydrogen generator as in the fuel cell system of the present embodiment described above, the fuel gas flow path in the fuel cell contains more water vapor than during power generation operation. The amount of gas flowing in is suppressed as compared with the prior art. Therefore, the possibility that flooding occurs in the fuel gas flow path in the fuel cell during the next power generation operation and the power generation amount decreases is reduced.

(実施の形態2)
以下に、本発明の実施の形態2にかかる燃料電池システムについて説明する。本実施の形態の燃料電池システムは、実施の形態1の燃料電池システムとほぼ同様であるが、水素生成装置への反応ガス供給停止後に、制御器により燃焼器に流入するガスを希釈処理する点が、実施の形態1と異なる特徴である。以下にその特徴となる動作について詳細に説明する。
(Embodiment 2)
The fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention will be described below. The fuel cell system according to the present embodiment is substantially the same as the fuel cell system according to the first embodiment, but after the reaction gas supply to the hydrogen generator is stopped, the gas flowing into the combustor is diluted by the controller. However, this is a feature different from the first embodiment. The characteristic operation will be described in detail below.

[燃料電池システムの動作]
図3は、本発明の燃料電池システムの停止処理で水素生成装置への反応ガス供給停止後に水素生成装置より送出される可燃性ガスを含むガスを希釈処理するフローの一例を示す。本フロー図に基づいて上記希釈処理について説明する。
[Operation of fuel cell system]
FIG. 3 shows an example of a flow for diluting a gas containing a combustible gas sent from the hydrogen generator after the supply of the reaction gas to the hydrogen generator is stopped in the stop process of the fuel cell system of the present invention. The dilution process will be described based on this flowchart.

まず、燃料電池システム100の発電運転の停止指令が制御器17より出力されると、燃焼用空気供給器13の操作量を発電運転時の操作量よりも増加させる(ステップS101)。次に、制御器17は、水供給器12及び原料ガス供給器10を停止させ、水素生成装置1への改質水及び原料ガスの供給を停止する。また、酸化剤ガス供給器15も停止させて、燃料電池4への酸化剤ガスの供給も停止する。また、第3弁11を閉止させる(ステップS202)。   First, when a command for stopping the power generation operation of the fuel cell system 100 is output from the controller 17, the operation amount of the combustion air supply device 13 is increased more than the operation amount during the power generation operation (step S101). Next, the controller 17 stops the water supply device 12 and the raw material gas supply device 10, and stops the supply of the reforming water and the raw material gas to the hydrogen generator 1. Further, the oxidant gas supply unit 15 is also stopped, and the supply of the oxidant gas to the fuel cell 4 is also stopped. Further, the third valve 11 is closed (step S202).

ここで、ステップS202により水素生成装置1への反応ガス(原料ガス、水蒸気)の供給を停止すると、燃焼器2の流入する可燃性ガスを含むガス量は、水素生成装置1内の残留反応ガスの改質反応進行や残留水の蒸発に伴う体積膨張に伴い、燃焼器2に可燃性ガスを含むガスが供給されるが、上記ステップS101において燃焼空気供給器2の操作量を増加させているため、このガスが燃焼器2にて希釈され、燃焼排ガス経路23及び排気口を介して燃料電池システム100の外部に排出される(希釈処理)。なお、この希釈処理においては、希釈性をより向上させるために、燃料電池の発電量が最大出力時の操作量よりも大きい操作量となるよう制御することがより好ましい。また、上記燃焼用空気供給器13の操作量の増加を、本フローでは水素生成装置への反応ガスの供給停止前から実行するよう構成しているが、上記反応ガスの供給停止と同時であってもよいし、また、その後であっても構わない。   Here, when the supply of the reaction gas (raw material gas, water vapor) to the hydrogen generator 1 is stopped in step S202, the amount of the gas including the combustible gas flowing into the combustor 2 is the residual reaction gas in the hydrogen generator 1. As the reforming reaction progresses and the volume expands as the residual water evaporates, a gas containing a combustible gas is supplied to the combustor 2. In step S101, the amount of operation of the combustion air supply device 2 is increased. Therefore, this gas is diluted in the combustor 2 and discharged to the outside of the fuel cell system 100 through the combustion exhaust gas passage 23 and the exhaust port (dilution process). In this dilution process, in order to further improve the dilutability, it is more preferable to control the power generation amount of the fuel cell to be an operation amount larger than the operation amount at the maximum output. Further, in this flow, the increase in the operation amount of the combustion air supply unit 13 is performed before the supply of the reaction gas to the hydrogen generator is stopped, but at the same time as the supply of the reaction gas is stopped. It may be after that.

次に、制御器17は、第1弁6及び第4弁14の開放を維持した状態で、第2弁8を開放させてバイパス経路7も連通させる(ステップS203)。このステップS203により、「第1弁により第1経路を遮断するとともに第2弁により第2経路を連通した状態」となる。これにより、第1弁6及び第4弁14の閉止と第2弁8の開放とを同時に実行する場合に比べて、第1弁6及び第4弁14の少なくともいずれか一方と第2弁8とが同時に閉止(つまり、第1経路と第2経路が同時に遮断)される可能性が低減される。従って
、上記同時閉止により水素生成装置内に残留する反応ガスによる改質反応の進行や残留水の蒸発等により内圧が上昇した後、第2弁8が開放されたときに、急激に水素生成装置から燃焼器にガスが流入し、希釈レベルの低い可燃性ガスや一酸化炭素を含むガスが燃料電池システムの外部に排出される可能性が低減される。
Next, the controller 17 opens the second valve 8 and allows the bypass path 7 to communicate with the first valve 6 and the fourth valve 14 being kept open (step S203). By this step S203, “the first path is blocked by the first valve and the second path is communicated by the second valve” is entered. As a result, at least one of the first valve 6 and the fourth valve 14 and the second valve 8 are compared with the case where the closing of the first valve 6 and the fourth valve 14 and the opening of the second valve 8 are performed simultaneously. Are simultaneously closed (that is, the first path and the second path are simultaneously blocked). Therefore, when the second valve 8 is opened after the internal pressure rises due to the progress of the reforming reaction by the reactive gas remaining in the hydrogen generator due to the simultaneous closing or the evaporation of residual water, the hydrogen generator is suddenly opened. The gas flows into the combustor, and the possibility that a combustible gas having a low dilution level or a gas containing carbon monoxide is discharged outside the fuel cell system is reduced.

次に、実施の形態1の燃料電池システムと同様に、ステップS203により第1経路と第2経路とが共に連通した状態を連通閾値時間以上継続した後に、第1弁6及び第4弁8を閉止させ、第1経路を遮断させる(ステップS204)。なお、上記フローにおいては、第1経路を遮断するのに、第1弁6及び第4弁8の両方を閉止したが、第1弁6及び第4弁8のいずれかを閉止する形態であってもよい。つまり、「第1弁により第1経路を遮断する」とは、第1経路を遮断可能であれば、第1経路に設けられた弁の閉止形態はいずれの形態であっても構わない。   Next, as in the fuel cell system of the first embodiment, after the state in which the first path and the second path are both communicated in step S203 is continued for the communication threshold time or longer, the first valve 6 and the fourth valve 8 are changed. It is closed and the first path is blocked (step S204). In the above flow, both the first valve 6 and the fourth valve 8 are closed to block the first path, but either the first valve 6 or the fourth valve 8 is closed. May be. That is, “blocking the first path by the first valve” means that the valve provided on the first path may be closed as long as the first path can be blocked.

ステップS204を実行後、上記希釈処理の継続時間が、所定の継続時間閾値T2以上になるかの判定を行い(ステップS205)、希釈処理の継続時間がT2以上になると(ステップS205でYes)、第2弁8を閉止する。そして、ステップS206を実行した後も実施の形態1の燃料電池システムと同様に燃焼空気供給器13の動作を継続し、燃焼器2内部のガスを掃気する(掃気処理:ステップS207)。そして、上記掃気処理の実行時間が、掃気に必要な所定の掃気時間閾値以上になると、燃焼空気供給器13の動作を停止して(ステップS208)、燃焼処理に関する一連のフローを完了する。   After executing step S204, it is determined whether the duration of the dilution process is equal to or greater than a predetermined duration threshold T2 (step S205). If the duration of the dilution process is equal to or greater than T2 (Yes in step S205), The second valve 8 is closed. And after performing step S206, operation | movement of the combustion air supply device 13 is continued similarly to the fuel cell system of Embodiment 1, and the gas inside the combustor 2 is scavenged (scavenging process: step S207). When the execution time of the scavenging process reaches or exceeds a predetermined scavenging time threshold necessary for scavenging, the operation of the combustion air supply device 13 is stopped (step S208), and a series of flows related to the combustion process is completed.

上述の本実施の形態の燃料電池システムのように水素生成装置への反応ガス供給停止後に希釈処理を実行することで、燃料電池内の燃料ガス流路に発電運転時よりも水蒸気を多く含むガスが流入する量が従来よりも抑制される。従って、次の発電運転時において燃料電池内の燃料ガス流路においてフラッディングが発生し、発電量が低下する可能性が低減される。   A gas that contains more water vapor in the fuel gas flow path in the fuel cell than in the power generation operation by performing a dilution process after stopping the supply of the reaction gas to the hydrogen generator as in the fuel cell system of the present embodiment described above The amount of flowing in is controlled more than before. Therefore, the possibility that flooding occurs in the fuel gas flow path in the fuel cell during the next power generation operation and the power generation amount decreases is reduced.

本発明の燃料電池システムによれば、水素生成装置への反応ガス供給停止後に水素生成装置内のガスの体積膨張に伴い燃焼器に流入するガスを処理(燃焼処理、希釈処理等)する際に、発電運転時よりも多くの水蒸気を含むガスの燃料電池内の燃料ガス流路への流入量が従来よりも低減される。従って、次の発電運転時において燃料電池内の燃料ガス流路においてフラッディングが発生し、発電量が低下する可能性が低減され、コージェネレーションシステム等として有用である。   According to the fuel cell system of the present invention, when processing (combustion processing, dilution processing, etc.) the gas flowing into the combustor with the volume expansion of the gas in the hydrogen generation device after the supply of the reaction gas to the hydrogen generation device is stopped. In addition, the amount of gas containing more water vapor than that in the power generation operation into the fuel gas flow path in the fuel cell is reduced as compared with the prior art. Accordingly, flooding occurs in the fuel gas flow path in the fuel cell during the next power generation operation, and the possibility that the power generation amount decreases is reduced, which is useful as a cogeneration system or the like.

1 水素生成装置
2 燃焼器
3 着火器
4 燃料電池
4a 燃料ガス流路
4b 酸化剤ガス流路
5 燃料ガス供給路
6 第1弁
7 バイパス経路
8 第2弁
9 脱臭器
10 原料ガス供給器
11 第3弁
12 水供給器
13 燃焼用空気供給器
14 第4弁
15 酸化剤ガス供給器
16 オフ燃料ガス経路
17 制御器
21 原料ガス供給路
22 水供給路
23 燃焼排ガス経路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrogen generator 2 Combustor 3 Igniter 4 Fuel cell 4a Fuel gas flow path 4b Oxidant gas flow path 5 Fuel gas supply path 6 1st valve 7 Bypass path 8 2nd valve 9 Deodorizer 10 Raw material gas supply 11 11th 3 valve 12 water supply device 13 combustion air supply device 14 fourth valve 15 oxidant gas supply device 16 off-fuel gas route 17 controller 21 raw material gas supply route 22 water supply route 23 combustion exhaust gas route

Claims (5)

原料ガスを用いて改質反応により水素を含有する燃料ガスを生成する水素生成装置と、前記水素生成装置に上記改質反応に必要なガスを供給する反応ガス供給器と、前記水素生成装置から送出されたガスを燃焼する燃焼器と、前記水素生成装置より送出された前記燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、前記水素生成装置より送出されたガスが、前記燃料電池を経由して前記燃焼器に供給される第1経路と、前記水素生成装置より送出されたガスが、前記燃料電池を迂回して、前記燃焼器に供給される第2経路と、前記第1経路を連通/遮断する第1弁と、前記第2経路を連通/遮断する第2弁と、制御器とを備え、前記第1弁により前記第1経路を連通し、前記第2弁により前記第2経路を遮断した状態で発電運転が実行される燃料電池システムであって、前記制御器は、前記第1弁により前記第1経路を遮断するとともに前記第2弁により前記第2経路を連通した状態で、前記反応ガス供給器からの前記反応ガスの供給を停止した後に前記燃焼器に流入するガスの燃焼処理または希釈処理を実行するよう構成されていることを特徴とする燃料電池システム。 From a hydrogen generator that generates a fuel gas containing hydrogen by a reforming reaction using a raw material gas, a reaction gas supplier that supplies the hydrogen generator with a gas necessary for the reforming reaction, and the hydrogen generator A combustor that burns the delivered gas, a fuel cell that generates electricity using the fuel gas delivered from the hydrogen generator, and a gas delivered from the hydrogen generator via the fuel cell. A first path supplied to the combustor, and a gas sent from the hydrogen generator bypasses the fuel cell, and communicates / blocks the second path supplied to the combustor and the first path. A first valve that communicates / blocks the second path, and a controller, the first valve communicates with the first path, and the second valve blocks the second path. Fuel cell system in which power generation operation is performed in the The controller is configured to supply the reaction gas from the reaction gas supply device in a state where the first path is blocked by the first valve and the second path is communicated by the second valve. The fuel cell system is configured to execute a combustion process or a dilution process of the gas flowing into the combustor after the operation is stopped. 前記制御器は、前記発電運転の停止処理において、前記第1弁により前記第1経路を連通するとともに前記第2弁により前記第2経路を遮断した状態から前記第1弁により前記第1経路を遮断するとともに前記第2弁により前記第2経路を連通した状態に切替える際に、前記第1弁及び前記第2弁を制御して前記第1経路及び前記第2経路が共に連通した状態を経た後に、前記第1経路が遮断し、前記第2経路が連通した状態にする切替動作を実行する請求項1記載の燃料電池システム。 In the stop process of the power generation operation, the controller communicates the first path with the first valve and blocks the first path with the first valve from the state where the second path is blocked with the second valve. When switching to the state where the second path is communicated with the second valve, the first valve and the second valve are controlled to pass through the state where the first path and the second path are communicated together. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein a switching operation for shutting off the first path and connecting the second path is performed later. 前記原料ガスが流れる前記原料ガス経路と前記原料ガス中に含まれる臭気成分を吸着する脱臭器と、前記脱臭器よりも下流の前記原料ガス経路に設けられた第3弁とを備え、前記制御器は、前記切替動作を実行する以前において前記第3弁を閉止する請求項1記載の燃料電池システム。 The control unit comprising the source gas path through which the source gas flows, a deodorizer that adsorbs odor components contained in the source gas, and a third valve provided in the source gas path downstream of the deodorizer, The fuel cell system according to claim 1, wherein the container closes the third valve before executing the switching operation. 前記制御器は、前記第1経路及び前記第2経路が共に連通した状態において、前記第1経路より前記燃料電池に流入する水蒸気の凝縮により次の発電運転時に前記燃料ガスの流通が阻害されない連通時間閾値以下で、前記前記第1経路が遮断し、前記第2経路が連通した状態にする、請求項1記載の燃料電池システム。 In the state where the first path and the second path are in communication with each other, the controller communicates such that the flow of the fuel gas is not hindered during the next power generation operation due to condensation of water vapor flowing into the fuel cell from the first path. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the first path is cut off and the second path is in communication with a time threshold value or less. 前記燃焼器に設けられた着火器を備え、前記制御器は、少なくとも前記第1経路及び前記第2経路が共に連通した状態において、前記着火器を動作させることを特徴とする、請求項1記載の燃料電池システム。 2. The igniter provided in the combustor, wherein the controller operates the igniter in a state where at least the first path and the second path are in communication with each other. Fuel cell system.
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