JP2010238591A - Fuel cell system - Google Patents

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Tsukasa Shigesumi
司 重住
Toshiharu Oe
俊春 大江
Kiyotaka Nakano
清隆 中野
Masayuki Kawamura
昌之 川村
Katsuhisa Tsuchiya
勝久 土屋
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Toto Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of continuing operation as long as possible even if there is malfunction of a water level detecting means installed at a tank to store water in order to supply it to a reformer. <P>SOLUTION: Separately from an initial check during an operation starting period, just on the supply of exhaust gas to a heat exchanger HW1, this fuel cell system FCS carries out an abnormality judging treatment to determine presence/absence of abnormalities of a plurality of water level sensors DS5a, Ds5b, DS5c, DS5d to detect water levels of water storage tanks WP2a, WP2b. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体電解質形燃料電池(SOFC)セルを含む燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a solid oxide fuel cell (SOFC) cell.

従来、このような燃料電池システムとしては、固体電解質形燃料電池(以下、SOFCともいう)セルを無底又は有底の筒形状等に構成し、そのセルの内側又は外側に水素を含む燃料ガスを通すと共に、反対側には酸化剤ガス(空気)を通すことで発電反応を行わせるものが知られている。燃料ガスは、都市ガスといった被改質ガスを改質して得られるものであって、その改質を行う改質器においてはいわゆる水蒸気改質反応(以下、SRともいう)が行われている。その改質器に純水を供給する技術が提案されている(例えば下記特許文献1参照)。   Conventionally, as such a fuel cell system, a solid oxide fuel cell (hereinafter also referred to as SOFC) cell has a bottomless or bottomed cylindrical shape or the like, and a fuel gas containing hydrogen inside or outside the cell. It is known that a power generation reaction is performed by passing an oxidant gas (air) on the opposite side. The fuel gas is obtained by reforming a gas to be reformed such as city gas, and a so-called steam reforming reaction (hereinafter also referred to as SR) is performed in a reformer that performs the reforming. . A technique for supplying pure water to the reformer has been proposed (see, for example, Patent Document 1 below).

下記特許文献1では、純水を改質器に迅速に供給することが記載されている。また、断水時にあっても燃料電池システムの運転継続が可能なように、タンクに水を供給する技術が下記特許文献2に記載されている。   The following Patent Document 1 describes that pure water is rapidly supplied to the reformer. Patent Document 2 below discloses a technique for supplying water to a tank so that the operation of the fuel cell system can be continued even when there is a water outage.

特開2008−135271号公報JP 2008-135271 A 特開2008−53209号公報JP 2008-53209 A

ところで、SOFCは発電効率が高く、使用する燃料ガスが少なくて済むため、非改質ガスも水蒸気も非常に少なくて済むという利点がある。例えば、上述した水蒸気改質反応SRでは、必要とされる水の量が毎分約8ml前後である。   By the way, since SOFC has high power generation efficiency and uses less fuel gas, there is an advantage that both non-reformed gas and water vapor are very small. For example, in the steam reforming reaction SR described above, the amount of water required is about 8 ml per minute.

一方、SOFCを含む燃料電池システム特有の起動方法に着目すると、上述した水蒸気改質反応SRは吸熱反応であるから、起動当初において即座に水蒸気改質反応SRを行わせてしまうとSOFCモジュールの温度が上がらず、安定した運転温度まで上昇しないものである。そこで、起動当初は改質器に空気と被改質ガスのみを送り込み、発熱反応としての部分酸化改質反応(以下、POXともいう)を行わせている。部分酸化改質反応POXと水蒸気改質反応SRとを比較すると、水素の発生効率は水蒸気改質反応SRの方が高いため、SOFCモジュールの温度上昇に合わせて水蒸気改質反応SRへと徐々に移行することが求められている。従って、改質器に供給する水量に着目すれば、全く水を用いない状態から毎分約8mlの給水へと円滑に移行させる必要がある。このような移行途中においては、部分酸化改質反応POXと水蒸気改質反応SRとが併用されたオートサーマル改質反応ATRを進行させる場合もある。   On the other hand, paying attention to the start-up method peculiar to the fuel cell system including SOFC, the steam reforming reaction SR described above is an endothermic reaction. Therefore, if the steam reforming reaction SR is performed immediately at the start-up, the temperature of the SOFC module Does not rise and does not rise to a stable operating temperature. Therefore, at the beginning of startup, only air and the gas to be reformed are sent to the reformer to perform a partial oxidation reforming reaction (hereinafter also referred to as POX) as an exothermic reaction. Comparing the partial oxidation reforming reaction POX and the steam reforming reaction SR, the hydrogen generation efficiency is higher in the steam reforming reaction SR, so that the steam reforming reaction SR gradually increases as the temperature of the SOFC module rises. There is a need to migrate. Therefore, when paying attention to the amount of water supplied to the reformer, it is necessary to smoothly shift from a state where no water is used to a water supply of about 8 ml per minute. In the middle of such a transition, the autothermal reforming reaction ATR in which the partial oxidation reforming reaction POX and the steam reforming reaction SR are used together may be advanced.

上述した事情を鑑みれば、改質器に供給する水量を可能な限り少ない量から徐々に増やしていくことが好ましいはずであるが、実際にそのような給水を行うことは極めて困難である。SOFCを含む燃料電池システムは上述したように効率の高いものであると同時に、非常に高温(約700℃)になるものでもある。例えば、一度起動し停止した後に再起動する場合には、改質器へ水を供給する給水管の温度が高くなり、その給水管内の水は蒸発してしまっている可能性が高い。そのように水の全く無い状態の給水管に、少ない水を正確に供給することは極めて難しいものであるが、改質器へ水を正確に供給できないことを放置すれば、水が足りない場合には改質器において炭素析出が発生してセルや触媒が破損する場合があり、水が多い場合には燃料電池の温度が上がらずに安定した運転が行えない場合がある。少ない水を正確に供給することは重要であり、少ない水を正確に供給するためには流量測定方法やその測定結果を利用した制御について工夫することも必要であり、各種センサに不具合が発生した場合にいかにして制御するかも重要である。   In view of the circumstances described above, it should be preferable to gradually increase the amount of water supplied to the reformer from the smallest possible amount, but it is extremely difficult to actually supply such water. As described above, the fuel cell system including the SOFC is not only highly efficient but also extremely high in temperature (about 700 ° C.). For example, when restarting after starting and stopping once, the temperature of the water supply pipe for supplying water to the reformer becomes high, and it is highly possible that the water in the water supply pipe has evaporated. It is extremely difficult to accurately supply a small amount of water to a water supply pipe in such a state where there is no water at all, but if there is not enough water if it is not possible to accurately supply water to the reformer In some cases, carbon deposition may occur in the reformer and the cell or catalyst may be damaged. When there is a large amount of water, the temperature of the fuel cell does not rise and stable operation may not be possible. It is important to supply a small amount of water accurately. In order to accurately supply a small amount of water, it is also necessary to devise a flow rate measurement method and control based on the measurement results, resulting in problems with various sensors. It is also important how to control the case.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、SOFCを含む燃料電池システムであって、改質器へ供給するための水を貯めるタンクにおける貯水状況に不具合が発生したり、そのタンクに設けられた水位検出手段に不具合が発生したりといったような事態が発生しても、可能な限り運転継続できる燃料電池システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is a fuel cell system including SOFC, in which a problem occurs in the water storage state in a tank for storing water to be supplied to a reformer. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system that can continue operation as much as possible even if a situation such as a malfunction occurs in the water level detection means provided in the tank.

上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池システムは、固体電解質形の燃料電池セルを含む燃料電池システムであって、前記燃料電池セルに供給する燃料ガスの水蒸気改質を行う改質器と、前記燃料電池セルを通過した燃料ガスを燃焼して排出される排出ガスと熱交換を行う熱交換器と、前記改質器に水を供給するための水供給手段と、前記水供給手段を制御する制御手段とを備え、前記水供給手段は、前記改質器に供給する水として前記熱交換器における結露水を貯水する貯水タンクと、前記貯水タンクの水位を検出する水位検出手段と、前記貯水タンクに貯水された水を前記改質器に圧送するポンプと、を有し、前記制御手段は、運転開始期間のイニシャルチェックとは別に、前記熱交換器への排出ガスの供給に合わせて、前記水位検出手段の異常有無を判断する異常判定処理を実行することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to the present invention is a fuel cell system including a solid electrolyte fuel cell, and performs reforming of steam of fuel gas supplied to the fuel cell. A heat exchanger for exchanging heat with the exhaust gas discharged by burning the fuel gas that has passed through the fuel cell, water supply means for supplying water to the reformer, and the water supply means Control means for controlling the water supply means, the water supply means for storing dew condensation water in the heat exchanger as water to be supplied to the reformer, water level detection means for detecting the water level of the water storage tank, A pump that pumps the water stored in the water storage tank to the reformer, and the control means supplies the exhaust gas to the heat exchanger separately from the initial check during the operation start period. Combined with the water And executes an abnormality determination process for determining an abnormality presence or absence of the detection means.

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池から排出される排出ガスと熱交換を行う熱交換器と、改質器に供給する水として熱交換器における結露水を貯水する貯水タンクとを備えている。貯水タンクに溜められた水はポンプによって改質器に圧送される。改質器に供給される水は安定的に供給される必要があるため、貯水タンクの水位を検出する水位検出手段を設けている。本発明では、運転開始期間のイニシャルチェックとは別に、熱交換器への排出ガスの供給に合わせて、水位検出手段の異常有無を判断する異常判定処理を実行するので、熱交換器への排出ガスの供給開始から所定の時間をおいた任意のタイミングで異常判定処理を実行することができる。このように異常判定処理を実行するタイミングを制御することで、熱交換器における結露が始まって貯水タンクに結露水が溜まるであろうタイミングに合わせて異常判定処理を実行することが可能となり、例えば貯水タンクに上水を供給せずに結露水のみを溜める場合であっても水位検出手段の異常有無を正確且つ早期に判断することができる。   A fuel cell system according to the present invention includes a heat exchanger that exchanges heat with exhaust gas discharged from a fuel cell, and a water storage tank that stores condensed water in the heat exchanger as water to be supplied to the reformer. Yes. The water stored in the water storage tank is pumped to the reformer by a pump. Since the water supplied to the reformer needs to be supplied stably, a water level detecting means for detecting the water level of the water storage tank is provided. In the present invention, in addition to the initial check during the operation start period, an abnormality determination process for determining whether or not the water level detection means is abnormal is performed in accordance with the supply of exhaust gas to the heat exchanger. The abnormality determination process can be executed at an arbitrary timing after a predetermined time from the start of gas supply. By controlling the timing for executing the abnormality determination process in this way, it becomes possible to execute the abnormality determination process in accordance with the timing at which dew condensation in the heat exchanger starts and condensation water will accumulate in the water storage tank. Even when only dew condensation water is stored without supplying clean water to the water storage tank, it is possible to accurately and quickly determine whether the water level detection means is abnormal.

本願請求項2に係る燃料電池システムでは、起動時において、前記改質器における改質反応を部分酸化改質反応から開始して、水を用いた改質反応へと遷移させるものであって、前記制御手段は、前記改質器において部分酸化改質反応を起こしている段階で前記異常判定処理を実行することを特徴とする。   In the fuel cell system according to claim 2 of the present application, at the time of start-up, the reforming reaction in the reformer is started from the partial oxidation reforming reaction, and transitioned to the reforming reaction using water, The control means executes the abnormality determination process when a partial oxidation reforming reaction is occurring in the reformer.

起動時において改質器における改質反応を部分酸化改質反応から開始して、オートサーマル改質反応又は水蒸気改質反応といった水を用いた改質反応へと遷移させる本発明では、部分酸化改質反応は改質器に水を必要としない反応である。そこで、改質器において部分酸化改質反応を起こしている段階で異常判定処理を実行することで、結露水を貯水できる状態であって改質器においてはまだ水が必要とされない段階で水位検出手段の異常有無を判断することができ、確実な異常判定を最適なタイミングで実行することができる。更に、部分酸化改質反応を継続することで、加熱された燃料ガスを燃料電池に供給することができ、改質器と共に燃料電池セルも加温することができる。   In the present invention, at the start-up, the reforming reaction in the reformer starts from the partial oxidation reforming reaction, and transitions to the reforming reaction using water such as autothermal reforming reaction or steam reforming reaction. A quality reaction is a reaction that does not require water in the reformer. Therefore, by performing abnormality determination processing at the stage where the partial oxidation reforming reaction is occurring in the reformer, the water level is detected at a stage where condensed water can be stored and water is not yet required in the reformer. The presence or absence of abnormality of the means can be determined, and reliable abnormality determination can be executed at an optimal timing. Furthermore, by continuing the partial oxidation reforming reaction, the heated fuel gas can be supplied to the fuel cell, and the fuel cell can be heated together with the reformer.

本願請求項3に係る燃料電池システムでは、起動時において、前記改質器における改質反応を部分酸化改質反応から開始して、水を用いた改質反応へと遷移させるものであって、前記制御手段は、前記改質器において部分酸化反応を起こしている段階で前記異常判定処理を実行し、前記改質器温度が所定温度を上回っても前記水位検出手段が水位を検出しない場合には、前記水を用いた改質反応を前記改質器において起こさせないように制御することを特徴とする。   In the fuel cell system according to claim 3 of the present application, at the time of start-up, the reforming reaction in the reformer is started from the partial oxidation reforming reaction, and transitioned to the reforming reaction using water, The control means performs the abnormality determination process when a partial oxidation reaction is occurring in the reformer, and the water level detection means does not detect the water level even if the reformer temperature exceeds a predetermined temperature. Is characterized in that the reforming reaction using water is controlled so as not to occur in the reformer.

上述したように、起動時において改質器における改質反応を部分酸化改質反応から開始して、オートサーマル改質反応又は水蒸気改質反応といった水を用いた改質反応へと遷移させる本発明では、部分酸化改質反応は改質器に水を必要としない反応である。そこで、改質器において部分酸化改質反応を起こしている段階で異常判定処理を実行することで、結露水を貯水できる状態であって改質器においてはまだ水が必要とされない段階で水位検出手段の異常有無を判断することができ、確実な異常判定を最適なタイミングで実行することができる。更に、改質器の温度が所定温度を上回ってもなお水位検出手段が水位を検出しない場合には、水位検出手段そのものに異常が発生しているのか、結露水を貯水することができないのかが不明であるため、水を用いた改質反応への移行を制限し、水不足による改質器内での炭素析出を防止している。   As described above, the present invention starts the reforming reaction in the reformer from the partial oxidation reforming reaction at the time of start-up and makes a transition to a reforming reaction using water such as an autothermal reforming reaction or a steam reforming reaction. The partial oxidation reforming reaction is a reaction that does not require water in the reformer. Therefore, by performing abnormality determination processing at the stage where the partial oxidation reforming reaction is occurring in the reformer, the water level is detected at a stage where condensed water can be stored and water is not yet required in the reformer. The presence or absence of abnormality of the means can be determined, and reliable abnormality determination can be executed at an optimal timing. Furthermore, if the water level detection means still does not detect the water level even if the reformer temperature exceeds the predetermined temperature, whether the water level detection means itself is abnormal or whether condensed water cannot be stored. Since it is unknown, the transition to the reforming reaction using water is limited, and carbon deposition in the reformer due to water shortage is prevented.

本願請求項4に係る燃料電池システムでは、起動時において、前記改質器における改質反応を部分酸化改質反応から開始して、水を用いた改質反応へと遷移させるものであって、
前記水供給手段は、前記改質器に供給する水を純水とするための逆浸透膜を有し、前記貯水タンクは、前記逆浸透膜よりも上流側に配置されている第1タンクと、前記逆浸透膜よりも下流側である前記改質器側に配置されている第2タンクとによって構成され、前記第1タンクに溜められた水を前記逆浸透膜を通して前記第2タンクに圧送する第1ポンプと、前記第2タンクに溜められた水を前記改質器に圧送する第2ポンプとが設けられており、前記第1タンク及び前記第2タンクにはそれぞれ前記水位検出手段が設けられており、前記制御手段は、前記改質器において部分酸化改質反応を起こしている段階で前記異常判定処理を実行し、前記改質器温度が所定温度を上回っても前記第2タンクに設けられている前記水位検出手段が水位を検出しない場合には、前記第1ポンプを駆動して前記第2タンクへと水を強制的に供給することを特徴とする。
In the fuel cell system according to claim 4 of the present application, at the time of start-up, the reforming reaction in the reformer is started from the partial oxidation reforming reaction, and transitioned to the reforming reaction using water,
The water supply means has a reverse osmosis membrane for making the water supplied to the reformer pure water, and the water storage tank is a first tank disposed upstream of the reverse osmosis membrane; And a second tank disposed on the reformer side, which is downstream from the reverse osmosis membrane, and pumps water stored in the first tank to the second tank through the reverse osmosis membrane. And a second pump for pumping the water stored in the second tank to the reformer, and the water level detecting means is provided in each of the first tank and the second tank. The control means executes the abnormality determination process at a stage where the partial oxidation reforming reaction is occurring in the reformer, and the second tank even if the reformer temperature exceeds a predetermined temperature. The water level detecting means provided in the If not come out, characterized in that the forcibly supplying water to the first driven pump to the second tank.

この態様では、逆浸透膜を挟んで配置されている第1タンク及び第2タンクの内、改質器側の第2タンクに設けられている水位検出手段が水位を検出しない場合には、第1ポンプを駆動して第1タンクから逆浸透膜を介して第2タンクへと水を強制的に供給するので、第2タンクに設けられている水位検出手段に異常がなければ水位を検出することができ、水を用いた改質反応への移行を保留することなく起動運転を継続することができる。   In this aspect, when the water level detection means provided in the second tank on the reformer side among the first tank and the second tank arranged with the reverse osmosis membrane interposed therebetween does not detect the water level, Since one pump is driven to forcibly supply water from the first tank through the reverse osmosis membrane to the second tank, the water level is detected if there is no abnormality in the water level detection means provided in the second tank. The start-up operation can be continued without deferring the transition to the reforming reaction using water.

本願請求項5に係る燃料電池システムでは、前記制御手段は、前記水を用いた改質反応を前記改質器において起こさせないように制御するにあたって、前記改質器において前記部分酸化改質反応の温度が所定温度以上に上昇しないように温度抑制制御を実行することを特徴とする。   In the fuel cell system according to claim 5 of the present application, the control means controls the partial oxidation reforming reaction in the reformer when controlling the reforming reaction using the water so as not to occur in the reformer. The temperature suppression control is performed so that the temperature does not rise above a predetermined temperature.

この態様によれば、部分酸化改質反応から水を用いた改質反応への移行を保留している状態において、改質器における温度が所定温度以上に上昇しないように温度抑制制御を実行するので、過度の温度上昇による燃料電池セルへの悪影響を防止することができる。   According to this aspect, in the state where the transition from the partial oxidation reforming reaction to the reforming reaction using water is suspended, the temperature suppression control is executed so that the temperature in the reformer does not rise above a predetermined temperature. Therefore, it is possible to prevent an adverse effect on the fuel battery cell due to an excessive temperature rise.

本願請求項6に係る燃料電池システムでは、前記制御手段は、前記温度抑制制御を、前記改質器に供給する被改質ガスの供給量を抑制することで実行することを特徴とする。   In the fuel cell system according to claim 6 of the present application, the control means executes the temperature suppression control by suppressing a supply amount of the reformed gas supplied to the reformer.

この態様によれば、温度抑制制御を改質器に供給する被改質ガスの供給量を抑制することで実行するので、より確実に改質器の温度が所定温度以上に上昇しないように抑制することができ、過度の温度上昇による燃料電池セルへの悪影響を確実に防止することができる。また、改質器を冷却するための冷却装置を別途設ける必要がないので、燃料電池システム全体を小型化することができる。   According to this aspect, since the temperature suppression control is executed by suppressing the supply amount of the reformed gas supplied to the reformer, the temperature of the reformer is more reliably suppressed from rising above a predetermined temperature. It is possible to reliably prevent adverse effects on the fuel cell due to excessive temperature rise. In addition, since it is not necessary to separately provide a cooling device for cooling the reformer, the entire fuel cell system can be reduced in size.

本願請求項7に係る燃料電池システムでは、前記制御手段は、前記水位検出手段が水位を検出しない状態が所定時間以上継続した場合には、前記水位検出手段に異常が発生しているものとして異常処理制御を実行することを特徴とする。   In the fuel cell system according to claim 7 of the present application, when the state in which the water level detection unit does not detect the water level continues for a predetermined time or more, the control unit determines that an abnormality has occurred in the water level detection unit. Processing control is executed.

本発明の燃料電池システムにおいては、熱交換器への排出ガスの供給を所定時間続ければ結露水が生じて貯水タンクに溜まる可能性が高いものと考えられる。従ってこの態様では、水位検出手段が水位を検出しない状態が所定時間以上継続した場合には、水位検出手段に異常が発生していると判断するものとしている。このように判断することで、水位検出手段に異常が発生していることを前提として異常処理制御に移行することができ、的確な対応をとることができる。   In the fuel cell system of the present invention, it is considered that if the supply of the exhaust gas to the heat exchanger is continued for a predetermined time, the condensed water is likely to be accumulated in the water storage tank. Therefore, in this aspect, when the state in which the water level detection means does not detect the water level continues for a predetermined time or longer, it is determined that an abnormality has occurred in the water level detection means. By making such a determination, it is possible to shift to abnormality processing control on the assumption that an abnormality has occurred in the water level detection means, and an appropriate response can be taken.

本願請求項8に係る燃料電池システムでは、前記制御手段は、前記水位検出手段が水位を検出しない場合に前記燃料電池を構成する燃料電池セルの酸化を抑制する温度になるように制御すると共に、前記異常処理制御においては前記改質器への被改質ガスの供給量を低下させて冷却停止処理を実行することを特徴とする。   In the fuel cell system according to claim 8 of the present application, the control means controls the temperature so as to suppress the oxidation of the fuel cell constituting the fuel cell when the water level detection means does not detect the water level. In the abnormal process control, the cooling stop process is executed by reducing the supply amount of the reformed gas to the reformer.

上述のように水位検出手段に異常が発生していることが判明したので、この態様では、燃料電池を構成する燃料電池セルの酸化を抑制する温度になるように制御すると共に、異常処理制御においては改質器への被改質ガスの供給を低下させて冷却停止処理を実行することで、燃料電池の各部が破損せずに安全に運転を停止させている。   Since it has been found that an abnormality has occurred in the water level detecting means as described above, in this aspect, the temperature is controlled so as to suppress the oxidation of the fuel battery cells constituting the fuel cell, and the abnormality processing control is performed. In this case, the supply of the gas to be reformed to the reformer is lowered and the cooling stop process is executed, so that each part of the fuel cell is safely stopped without being damaged.

本発明によれば、改質器へ供給するための水を貯めるタンクにおける貯水状況に不具合が発生したり、そのタンクに設けられた水位検出手段に不具合が発生したりといったような事態が発生しても、可能な限り運転継続できる燃料電池システムを提供することができる。   According to the present invention, a problem such as a problem occurs in the water storage state in a tank for storing water to be supplied to the reformer, or a problem occurs in the water level detection means provided in the tank. However, it is possible to provide a fuel cell system that can continue operation as much as possible.

本願発明の実施形態である燃料電池システムの全体構成を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram illustrating an overall configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図1に示す燃料電池システムの制御的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control structure of the fuel cell system shown in FIG. 図1に示す燃料電池システムの起動時における各部の温度や各部の制御電圧を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature of each part at the time of starting of the fuel cell system shown in FIG. 1, and the control voltage of each part. 図1に示す燃料電池システムにおいて、燃料電池モジュールへ水を供給する部分の構成を示す概略構成図である。In the fuel cell system shown in FIG. 1, it is a schematic block diagram which shows the structure of the part which supplies water to a fuel cell module. 図1及び図4に示す改質器へ水を供給するための基本フローを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the basic flow for supplying water to the reformer shown in FIG.1 and FIG.4. 図2及び図4に示す水位センサの異常を判断するためのフローを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the flow for judging abnormality of the water level sensor shown in FIG.2 and FIG.4. 図6に示すフローチャートに基づいて判断した場合に、図5に示すフローチャートにおいて用いるフラグを設定するフローを示したフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing a flow for setting a flag used in the flowchart shown in FIG. 5 when a determination is made based on the flowchart shown in FIG. 6. 部分酸化改質反応POXから第1オートサーマル改質反応ATR1への移行を保留するフローを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the flow which withholds transfer to the 1st autothermal reforming reaction ATR1 from the partial oxidation reforming reaction POX. 第2イニシャルチェックを行うフローを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the flow which performs a 2nd initial check.

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the description, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible in the drawings, and redundant descriptions are omitted.

図1を参照しながら、本発明の一実施形態である燃料電池システムについて説明する。図1は、一実施形態としての燃料電池システムFCSの全体構成を示す概略構成図である。図1に示すように、燃料電池システムFCSは、燃料電池モジュールFCMと、補器ユニットADUと、貯水タンクWP2と、温水製造装置HWとを備えている。   A fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an overall configuration of a fuel cell system FCS as an embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system FCS includes a fuel cell module FCM, an auxiliary device unit ADU, a water storage tank WP2, and a hot water production apparatus HW.

まず、燃料電池モジュールFCMについて説明する。燃料電池モジュールFCMは、燃料電池FCと、改質器RFと、制御ボックスCBと、一酸化炭素検知器CODと、可燃ガス検知器GD1とを備えている。燃料電池FCは、固体電解質形の燃料電池(SOFC;Solid Oxide Fuel Cell)であって、発電室FC1と燃焼室FC2とを備えている。発電室FC1には複数本の燃料電池セルCEが配置されている。燃料電池セルCEは、電解質を挟んで燃料極と空気極とが設けられているものであって、燃料極側に燃料ガスを通し、空気極側に酸化剤ガスとしての空気を通すことで発電反応を起こすことができるように構成されている。本実施形態の燃料電池FCは固体電解質形燃料電池(SOFC)であるので、電解質を構成する材料としては、例えば、Y、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニア、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリア、Sr、Mgから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレートといった酸素イオン導電性酸化物を用いている。   First, the fuel cell module FCM will be described. The fuel cell module FCM includes a fuel cell FC, a reformer RF, a control box CB, a carbon monoxide detector COD, and a combustible gas detector GD1. The fuel cell FC is a solid oxide fuel cell (SOFC) and includes a power generation chamber FC1 and a combustion chamber FC2. A plurality of fuel cells CE are arranged in the power generation chamber FC1. The fuel cell CE is provided with a fuel electrode and an air electrode with an electrolyte sandwiched between them. Electric power is generated by passing fuel gas to the fuel electrode side and air as oxidant gas to the air electrode side. It is configured so that a reaction can occur. Since the fuel cell FC of the present embodiment is a solid electrolyte fuel cell (SOFC), the material constituting the electrolyte is, for example, zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Y and Sc, and rare earth elements. An oxygen ion conductive oxide such as ceria doped with at least one selected from lanthanum gallate doped with at least one selected from Sr and Mg is used.

燃料極を構成する材料としては、例えば、Niと、CaやY、Sc等の希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたジルコニアとの混合体、Niと、希土類元素から選ばれる少なくとも一種をドープしたセリアとの混合体、Niと、Sr、Mg、Co、Fe、Cuから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンガレートとの混合体といった材料が用いられる。空気極を構成する材料としては、例えば、Sr、Caから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンマンガナイト、Sr、Co、Ni、Cuから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンフェライト、Sr、Fe、Ni、Cuから選ばれる少なくとも一種をドープしたランタンコバルタイト、銀といった材料が用いられる。もっとも、電解質や燃料極及び空気極を構成する材料はこれらに限られるものではない。   As a material constituting the fuel electrode, for example, a mixture of Ni and zirconia doped with at least one selected from rare earth elements such as Ca, Y, and Sc, Ni and at least one selected from rare earth elements are doped. A material such as a mixture of ceria, a mixture of Ni and lanthanum gallate doped with at least one selected from Sr, Mg, Co, Fe, and Cu is used. Examples of the material constituting the air electrode include lanthanum manganite doped with at least one selected from Sr and Ca, lanthanum ferrite doped with at least one selected from Sr, Co, Ni, and Cu, Sr, Fe, Ni, A material such as lanthanum cobaltite or silver doped with at least one selected from Cu is used. But the material which comprises an electrolyte, a fuel electrode, and an air electrode is not restricted to these.

発電室FC1において発電された電気は電力取出ラインEP1によって発電電力として取り出されて利用される。燃焼室FC2は、発電室FC1に配置された燃料電池セルCEによって発電反応に利用された残余の燃料ガスを燃焼させる部分である。燃焼室FC2において燃料ガスが燃焼した結果生じる排気ガスは、改質器RFと熱交換をした後に温水製造装置HWへと供給される。温水製造装置HWへと供給された排気ガスは更に熱交換を行い、水道水を昇温して温水とした後に外部へと排出される。   The electricity generated in the power generation chamber FC1 is taken out and used as generated power by the power extraction line EP1. The combustion chamber FC2 is a portion where the remaining fuel gas used for the power generation reaction is burned by the fuel cell CE arranged in the power generation chamber FC1. The exhaust gas generated as a result of the combustion of the fuel gas in the combustion chamber FC2 is supplied to the hot water production apparatus HW after heat exchange with the reformer RF. The exhaust gas supplied to the hot water production apparatus HW is further subjected to heat exchange, the temperature of the tap water is raised to warm water, and then discharged to the outside.

改質器RFは、被改質ガスを改質して燃料ガスとし、燃料電池FCの発電室FC1へと供給する部分である。被改質ガスの改質態様としては、部分酸化改質反応(POX;Partial Oxidation Reforming)、オートサーマル改質反応(ATR;Auto Thermal Reforming)、水蒸気改質反応(SR;Steam Reforming)があり、運転状況に応じて選択的に実行される(詳細は後述する)。改質器RFは、改質部RF1と、蒸発部RF2とを備えている。   The reformer RF is a portion that reforms the gas to be reformed into fuel gas and supplies it to the power generation chamber FC1 of the fuel cell FC. As reforming modes of the gas to be reformed, there are partial oxidation reforming reaction (POX; Partial Oxidation Reforming), auto thermal reforming reaction (ATR), steam reforming reaction (SR; Steam Reforming), It is selectively executed according to the driving situation (details will be described later). The reformer RF includes a reforming unit RF1 and an evaporation unit RF2.

蒸発部RF2は、補器ユニットADU側から供給される純水を蒸発させて水蒸気とし、その水蒸気を改質部RF1に供給する部分である。改質部RF1は、補器ユニットADU側から供給される被改質ガス、空気及び蒸発部RF2から供給される水蒸気を用いて被改質ガスを改質して燃料ガスとする部分である。改質部RF1には、改質触媒が封入されている。改質触媒としては、アルミナの球体表面にニッケルを付与したもの、アルミナの球体表面にルテニウムを付与したもの、が適宜用いられる。本実施形態の場合、これらの改質触媒は球体である。   The evaporating unit RF2 is a part that evaporates pure water supplied from the auxiliary unit ADU side into water vapor and supplies the water vapor to the reforming unit RF1. The reforming unit RF1 is a part that reforms the gas to be reformed using the gas to be reformed supplied from the auxiliary unit ADU side, air, and water vapor supplied from the evaporation unit RF2 to form a fuel gas. A reforming catalyst is enclosed in the reforming unit RF1. As the reforming catalyst, a catalyst in which nickel is applied to the surface of the alumina sphere and a catalyst in which ruthenium is applied to the surface of the alumina sphere are appropriately used. In the present embodiment, these reforming catalysts are spheres.

制御ボックスCBは、燃料電池システム制御部をその内部に収納し、操作装置や表示装置、報知装置が設けられているものである。燃料電池システム制御部、操作装置、表示装置、報知装置については後述する。   The control box CB houses the fuel cell system control unit therein, and is provided with an operation device, a display device, and a notification device. The fuel cell system control unit, operation device, display device, and notification device will be described later.

一酸化炭素検知器CODは、本来排気ガス通路等を経て外部に排出される排気ガス中のCOが、燃料電池モジュールFCM及び補器ユニットADUを覆う外部ハウジング(図示せず)へ漏れたかどうかを検知するためのものである。可燃ガス検知器GD1は、ガス漏れを検知するためのもので、燃料電池モジュールFCM及び補器ユニットADUに取り付けられている。   The carbon monoxide detector COD detects whether or not CO in exhaust gas that is originally discharged to the outside through an exhaust gas passage or the like has leaked to an external housing (not shown) that covers the fuel cell module FCM and the auxiliary unit ADU. It is for detection. The combustible gas detector GD1 is for detecting gas leakage, and is attached to the fuel cell module FCM and the auxiliary unit ADU.

続いて、補器ユニットADUについて説明する。補器ユニットADUは、燃料電池モジュールFCMに水、被改質ガス、及び空気を供給するための補器を備えるユニットである。補器ユニットADUは、空気供給部として空気ブロワや流量調整弁等を含む流量調整ユニットAP1a,AP1b、及び電磁弁AP2と、燃料供給部として燃料ポンプや流量調整弁等を含む流量調整ユニットFP1、脱硫器FP2、ガス遮断弁FP4、及びガス遮断弁FP5と、水供給部として水ポンプや流量調整弁等を含む流量調整ユニットWP1と、可燃ガス検知器GD2と、を備えている。   Subsequently, the auxiliary unit ADU will be described. The auxiliary device unit ADU is a unit including auxiliary devices for supplying water, reformed gas, and air to the fuel cell module FCM. The auxiliary unit ADU includes flow rate adjustment units AP1a and AP1b and an electromagnetic valve AP2 including air blowers and flow rate adjustment valves as an air supply unit, and a flow rate adjustment unit FP1 including a fuel pump and a flow rate adjustment valve as a fuel supply unit, A desulfurizer FP2, a gas cutoff valve FP4, and a gas cutoff valve FP5, a flow rate adjustment unit WP1 including a water pump and a flow rate adjustment valve as a water supply unit, and a combustible gas detector GD2 are provided.

外部の空気供給源から供給される空気は、電磁弁AP2が閉じていれば流量調整ユニットAP1a,AP1bに供給されず、電磁弁AP2が開いていれば流量調整ユニットAP1a,AP1bに供給される。流量調整ユニットAP1aによって流量調整された空気は改質用空気として、ヒータAH1によって昇温され、被改質ガスとの混合部MVに供給される。流量調整ユニットAP1bによって流量調整された空気は発電用空気として、ヒータAH2によって昇温され、燃料電池モジュールFCMの発電室FC1に供給される。発電室FC1に供給された発電用空気は、燃料電池セルCEの空気極に供給される。   Air supplied from an external air supply source is not supplied to the flow rate adjustment units AP1a and AP1b when the electromagnetic valve AP2 is closed, and is supplied to the flow rate adjustment units AP1a and AP1b when the electromagnetic valve AP2 is open. The air whose flow rate is adjusted by the flow rate adjusting unit AP1a is heated as the reforming air by the heater AH1 and supplied to the mixing portion MV with the reformed gas. The air whose flow rate is adjusted by the flow rate adjusting unit AP1b is heated by the heater AH2 as power generation air and supplied to the power generation chamber FC1 of the fuel cell module FCM. The power generation air supplied to the power generation chamber FC1 is supplied to the air electrode of the fuel cell CE.

外部の燃料供給源から供給される都市ガスは、2連電磁弁であるガス遮断弁FP4及びガス遮断弁FP5によってその流入が制御される。ガス遮断弁FP4,FP5のいずれもが開いていれば、都市ガスは脱硫器FP2に供給され、ガス遮断弁FP4,FP5のいずれかが閉じていれば、都市ガスは遮断される。脱硫器FP2に供給された都市ガスは、硫黄成分を除去されて被改質ガスとなり、流量調整ユニットFP1に供給される。流量調整ユニットFP1によって流量調整された被改質ガスは、改質用空気との混合部MVに供給される。混合部MVにおいて混合された被改質ガスと改質用空気とは、燃料電池モジュールFCMの改質器RFに供給される。   The inflow of city gas supplied from an external fuel supply source is controlled by a gas shut-off valve FP4 and a gas shut-off valve FP5 which are double solenoid valves. If any of the gas cutoff valves FP4 and FP5 is open, the city gas is supplied to the desulfurizer FP2, and if any of the gas cutoff valves FP4 and FP5 is closed, the city gas is shut off. The city gas supplied to the desulfurizer FP2 is removed from the sulfur component to become a reformed gas, and is supplied to the flow rate adjustment unit FP1. The to-be-reformed gas whose flow rate has been adjusted by the flow rate adjusting unit FP1 is supplied to the mixing unit MV with the reforming air. The gas to be reformed and the reforming air mixed in the mixing unit MV are supplied to the reformer RF of the fuel cell module FCM.

外部の水供給源から供給される水道水は、純水とされてから貯水タンクWP2に貯水される。貯水タンクWP2に貯水されている純水は、流量調整ユニットWP1によって流用が調整されて燃料電池モジュールFCMの改質器RFへと供給される。   Tap water supplied from an external water supply source is made pure water and then stored in the water storage tank WP2. The pure water stored in the water storage tank WP2 is adjusted for diversion by the flow rate adjustment unit WP1 and supplied to the reformer RF of the fuel cell module FCM.

可燃ガス検知器GD2は、燃料供給部としての系統であるガス遮断弁FP5、ガス遮断弁FP4、脱硫器FP2、流量調整ユニットFP1において、ガス漏れが発生していわゆる生ガスが外部に放出されないか検知するためのセンサである。   The combustible gas detector GD2 is a system that serves as a fuel supply unit. In the gas cutoff valve FP5, the gas cutoff valve FP4, the desulfurizer FP2, and the flow rate adjustment unit FP1, gas leakage occurs and so-called raw gas is not released to the outside. It is a sensor for detecting.

続いて、図2を参照しながら本実施形態の燃料電池システムFCSの制御的な構成について説明する。図2は、燃料電池システムFCSの制御的な構成を示すブロック図である。図2に示すように、燃料電池システムFCSは、燃料電池モジュールFCMと、燃料電池モジュールFCMに空気を供給する空気供給部APと、燃料電池モジュールFCMに燃料ガスとなる被改質ガスを供給する燃料供給部FPと、燃料電池モジュールFCMに水を供給する水供給部WPと、燃料電池モジュールFCMから電力を取り出す電力取出部EPとを備えている。空気供給部AP、燃料供給部FP、水供給部WP、及び電力取出部EPは補器ユニットADUに収められている。   Next, a control configuration of the fuel cell system FCS of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram showing a control configuration of the fuel cell system FCS. As shown in FIG. 2, the fuel cell system FCS supplies a fuel cell module FCM, an air supply unit AP that supplies air to the fuel cell module FCM, and a reformed gas that becomes fuel gas to the fuel cell module FCM. A fuel supply unit FP, a water supply unit WP that supplies water to the fuel cell module FCM, and a power extraction unit EP that extracts power from the fuel cell module FCM are provided. The air supply unit AP, the fuel supply unit FP, the water supply unit WP, and the power extraction unit EP are housed in the auxiliary unit ADU.

燃料電池モジュールFCM、空気供給部AP、燃料供給部FP、水供給部WP、及び電力取出部EPは、燃料電池システム制御部CSから出力される制御信号に基づいて制御される。燃料電池システム制御部SCは、CPU、ROM及びRAMといったメモリ、及び制御信号やセンサ信号を授受するためのインターフェイスによって構成されている。燃料電池システム制御部SCには、操作装置CS1、表示装置CS2、及び報知装置CS3が取り付けられている。操作装置CS1から入力される操作指示信号は燃料電池システム制御部CSに出力され、燃料電池システム制御部CSは、その操作指示信号に基づいて、燃料電池モジュールFCM等を制御する。燃料電池システム制御部CSが制御した情報や、所定の警告情報は、表示装置CS2及び報知装置CS3に出力される。操作装置CS1、表示装置CS2、及び報知装置CS3の具体的なハードウェア構成は特に限定されるものではなく、必要となる機能に応じて最適なハードウェア構成が選択される。一例としては、操作装置CS1として、キーボード、マウス、タッチパネルといったハードウェアが用いられる。表示装置CS2としては、CRTディスプレイ、液晶ディスプレイといった表示系のハードウェアが用いられる。報知装置CS3としては、スピーカー、点灯器といったハードウェアが用いられる。燃料電池システム制御部CSは制御ボックスCBに収められている。また操作装置CS1、表示装置CS2、報知装置CS3は、図示しないボックスに収められ屋内に配置されている。   The fuel cell module FCM, the air supply unit AP, the fuel supply unit FP, the water supply unit WP, and the power extraction unit EP are controlled based on a control signal output from the fuel cell system control unit CS. The fuel cell system control unit SC includes a CPU, a memory such as a ROM and a RAM, and an interface for sending and receiving control signals and sensor signals. An operating device CS1, a display device CS2, and a notification device CS3 are attached to the fuel cell system controller SC. The operation instruction signal input from the operation device CS1 is output to the fuel cell system control unit CS, and the fuel cell system control unit CS controls the fuel cell module FCM and the like based on the operation instruction signal. Information controlled by the fuel cell system control unit CS and predetermined warning information are output to the display device CS2 and the notification device CS3. Specific hardware configurations of the operation device CS1, the display device CS2, and the notification device CS3 are not particularly limited, and an optimal hardware configuration is selected according to a required function. As an example, hardware such as a keyboard, a mouse, and a touch panel is used as the operating device CS1. As the display device CS2, display system hardware such as a CRT display or a liquid crystal display is used. As the notification device CS3, hardware such as a speaker and a lighting device is used. The fuel cell system controller CS is housed in a control box CB. In addition, the operation device CS1, the display device CS2, and the notification device CS3 are housed in a box (not shown).

燃料電池システム制御部CSには、燃料電池システムFCSの各所に設けられたセンサからセンサ信号が出力される。燃料電池システム制御部CSに信号を出力するセンサとしては、改質器温度センサDS1、スタック温度センサDS2、排気温度センサDS3、改質器内圧力センサDS4、水位センサDS5、水流量センサDS6、燃料流量センサDS7、改質用空気流量センサDS8、発電用空気流量センサDS9、電力状態検出部DS10、貯湯状態検出センサDS11、一酸化炭素検出センサDS12、可燃ガス検出センサDS13が設けられている。   Sensor signals are output to the fuel cell system controller CS from sensors provided at various locations in the fuel cell system FCS. The sensors that output signals to the fuel cell system controller CS include a reformer temperature sensor DS1, a stack temperature sensor DS2, an exhaust temperature sensor DS3, a reformer pressure sensor DS4, a water level sensor DS5, a water flow rate sensor DS6, fuel A flow rate sensor DS7, a reforming air flow rate sensor DS8, a power generation air flow rate sensor DS9, a power state detection unit DS10, a hot water storage state detection sensor DS11, a carbon monoxide detection sensor DS12, and a combustible gas detection sensor DS13 are provided.

改質器温度センサDS1は、改質器RFの温度を測定するためのセンサであって、本実施形態の場合は2つ設けられている。スタック温度センサDS2は、発電室FC1に配置されている燃料電池セルCEの温度を測定するためのセンサであって、複数の燃料電池セルCEからなる燃料電池セルスタック近傍に配置されている。排気温度センサDS3は、燃焼室FC2から排出される排気ガスの温度を測定するためのセンサであって、燃焼室FC2から改質器RF近傍を通って温水製造装置HWに至る経路に配置されている。改質器内圧力センサDS4は、改質器RF内の圧力を測定するためのセンサである。   The reformer temperature sensor DS1 is a sensor for measuring the temperature of the reformer RF. In the present embodiment, two reformer temperature sensors DS1 are provided. The stack temperature sensor DS2 is a sensor for measuring the temperature of the fuel cell CE arranged in the power generation chamber FC1, and is arranged in the vicinity of the fuel cell stack composed of a plurality of fuel cells CE. The exhaust temperature sensor DS3 is a sensor for measuring the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber FC2, and is disposed in a path from the combustion chamber FC2 through the vicinity of the reformer RF to the hot water production apparatus HW. Yes. The reformer pressure sensor DS4 is a sensor for measuring the pressure in the reformer RF.

水位センサDS5は、貯水タンクWP2の水位を測定するためのセンサであって、本実施形態の場合は4つ設けられている。水流量センサDS6は、補器ユニットADUから燃料電池モジュールFCMへと供給される純水の流量を測定するためのセンサである。燃料流量センサDS7は、補器ユニットADUから燃料電池モジュールFCMへと供給される被改質ガスの流量を測定するためのセンサである。改質用空気流量センサDS8は、補器ユニットADUから燃料電池モジュールFCMの改質器RFへと供給される改質用空気の流量を測定するためのセンサである。発電用空気流量センサDS9は、補器ユニットADUから燃料電池モジュールFCMへと供給される発電用空気の流量を測定するためのセンサである。   The water level sensor DS5 is a sensor for measuring the water level of the water storage tank WP2. In the present embodiment, four water level sensors DS5 are provided. The water flow rate sensor DS6 is a sensor for measuring the flow rate of pure water supplied from the auxiliary unit ADU to the fuel cell module FCM. The fuel flow rate sensor DS7 is a sensor for measuring the flow rate of the reformed gas supplied from the auxiliary unit ADU to the fuel cell module FCM. The reforming air flow rate sensor DS8 is a sensor for measuring the flow rate of the reforming air supplied from the auxiliary unit ADU to the reformer RF of the fuel cell module FCM. The power generation air flow rate sensor DS9 is a sensor for measuring the flow rate of power generation air supplied from the auxiliary unit ADU to the fuel cell module FCM.

電力状態検出部DS10は、センシング手段の集合体であって、燃料電池モジュールFCMから取り出す発電電力の状態を検出する部分である。貯湯状態検出センサDS11は、センシング手段の集合体であって、温水製造装置HWの貯湯状態を検出する部分である。   The power state detection unit DS10 is an assembly of sensing means, and is a part that detects the state of generated power extracted from the fuel cell module FCM. The hot water storage state detection sensor DS11 is an assembly of sensing means, and is a part that detects the hot water storage state of the hot water production apparatus HW.

一酸化炭素検出センサDS12は、一酸化炭素検知器CODに備えられているセンサであって、燃料電池モジュールFCM内における一酸化炭素のハウジング内への漏れを検出するセンサである。可燃ガス検出センサDS13は、可燃ガス検知器GD1,GD2に備えられているセンサであって、燃料電池モジュールFCM及び補器ユニットADU内における可燃ガスの漏洩を検出するセンサである。   The carbon monoxide detection sensor DS12 is a sensor provided in the carbon monoxide detector COD, and is a sensor that detects leakage of carbon monoxide into the housing in the fuel cell module FCM. The combustible gas detection sensor DS13 is a sensor provided in the combustible gas detectors GD1 and GD2, and is a sensor that detects the leakage of combustible gas in the fuel cell module FCM and the auxiliary unit ADU.

続いて、燃料電池システムFCSの起動時(起動モード)における各種改質反応の切り替えについて図3を参照しながら説明する。図3は、燃料電池システムFCSの起動時における各部の温度や各部の制御電圧を示すグラフである。   Next, switching of various reforming reactions when the fuel cell system FCS is started (starting mode) will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a graph showing the temperature of each part and the control voltage of each part when the fuel cell system FCS is started.

本実施形態における燃料電池システムFCSの起動モードにおいては、燃焼運転と、部分酸化改質反応POXと、第1オートサーマル改質反応ATR1と、第2オートサーマル改質反応ATR2と、水蒸気改質反応SRとを順次切り替えながら改質反応を進行している。図3を説明するのに先立って、各改質反応について説明する。   In the start-up mode of the fuel cell system FCS in the present embodiment, combustion operation, partial oxidation reforming reaction POX, first autothermal reforming reaction ATR1, second autothermal reforming reaction ATR2, and steam reforming reaction The reforming reaction is proceeding while sequentially switching to SR. Prior to explaining FIG. 3, each reforming reaction will be explained.

部分酸化改質反応POXは、改質器SRに被改質ガスと空気とを供給して行う改質反応であって、化学反応式(1)に示す反応が進行する。
mn+xO2 → aCO2+bCO+cH2 (1)
部分酸化改質反応POXは、発熱反応であるので起動性が高く、燃料電池システムFCSの起動当初において好適な改質反応である。ただし、部分酸化改質反応POXは、水素収率が理論上少なく、発熱反応を制御するのも難しいことから、燃料電池モジュールFCMへ熱供給が必要な起動当初においてのみ利用されるのが好ましい改質反応である。尚、部分酸化改質反応POXのみに着目すれば、空間速度を高く設定するので、例えば改質器RFを分割形成して部分酸化改質反応POX専用の改質器を設ける場合には、その専用の改質器を小型化することができる。
The partial oxidation reforming reaction POX is a reforming reaction performed by supplying a reformed gas and air to the reformer SR, and the reaction shown in the chemical reaction formula (1) proceeds.
C m H n + xO 2 → aCO 2 + bCO + cH 2 (1)
Since the partial oxidation reforming reaction POX is an exothermic reaction, the startability is high, and is a suitable reforming reaction at the beginning of starting the fuel cell system FCS. However, since the partial oxidation reforming reaction POX has a theoretically low hydrogen yield and it is difficult to control the exothermic reaction, the partial oxidation reforming reaction POX is preferably used only at the beginning of startup when heat supply to the fuel cell module FCM is required. It is a quality reaction. If attention is paid only to the partial oxidation reforming reaction POX, the space velocity is set high. For example, when a reformer dedicated to the partial oxidation reforming reaction POX is provided by dividing the reformer RF, A dedicated reformer can be reduced in size.

水蒸気改質反応SRは、改質器SRに被改質ガスと水蒸気とを供給して行う改質反応であって、化学反応式(2)に示す反応が進行する。
mn+xH2O → aCO2+bCO+cH2 (2)
水蒸気改質反応SRは、水素収率が最も高く、高効率な反応である。ただし、水蒸気改質反応SRは、吸熱反応であるので熱源が必要であり、燃料電池システムFCSの起動当初よりはある程度温度が上昇した段階において好適な改質反応である。尚、水蒸気改質反応SRのみに着目すれば、空間速度を低く設定するので、改質器RFが大型化する傾向にある。
The steam reforming reaction SR is a reforming reaction performed by supplying a reformed gas and steam to the reformer SR, and the reaction shown in the chemical reaction formula (2) proceeds.
C m H n + xH 2 O → aCO 2 + bCO + cH 2 (2)
The steam reforming reaction SR has the highest hydrogen yield and is a highly efficient reaction. However, since the steam reforming reaction SR is an endothermic reaction, it requires a heat source, and is a suitable reforming reaction at a stage where the temperature has risen to some extent from the start of the fuel cell system FCS. If attention is paid only to the steam reforming reaction SR, the space velocity is set low, so that the reformer RF tends to increase in size.

第1オートサーマル改質反応ATR1及び第2オートサーマル改質反応ATR2からなるオートサーマル改質反応ATRは、部分酸化改質反応POXと水蒸気改質反応SRとの中間的な改質反応であって、改質器RFに被改質ガスと空気と水蒸気とを供給して行う改質反応であり、化学反応式(3)に示す反応が進行する。
mn+xO2+yH2O → aCO2+bCO+cH2 (3)
オートサーマル改質反応ATRは、水素収率が部分酸化改質反応POXと水蒸気改質反応SRとの中間であり、反応熱のバランスが取りやすく、部分酸化改質反応POXと水蒸気改質反応SRとを繋ぐ反応として好適な改質反応である。本実施形態の場合は、水を少なく供給して部分酸化改質反応POXにより近い第1オートサーマル改質反応ATR1を先に行い、温度が上昇した後に水を増やすように供給して水蒸気改質反応SRにより近い第2オートサーマル改質反応ATR2を後に行っている。
The autothermal reforming reaction ATR comprising the first autothermal reforming reaction ATR1 and the second autothermal reforming reaction ATR2 is an intermediate reforming reaction between the partial oxidation reforming reaction POX and the steam reforming reaction SR. The reforming reaction is performed by supplying a reforming gas, air, and water vapor to the reformer RF, and the reaction shown in the chemical reaction formula (3) proceeds.
C m H n + xO 2 + yH 2 O → aCO 2 + bCO + cH 2 (3)
In the autothermal reforming reaction ATR, the hydrogen yield is intermediate between the partial oxidation reforming reaction POX and the steam reforming reaction SR, and it is easy to balance the reaction heat, and the partial oxidation reforming reaction POX and the steam reforming reaction SR. It is a suitable reforming reaction as a reaction connecting In the case of this embodiment, the first autothermal reforming reaction ATR1 closer to the partial oxidation reforming reaction POX is performed by supplying a small amount of water, and the steam is reformed by supplying the water after the temperature rises. The second autothermal reforming reaction ATR2 closer to the reaction SR is performed later.

図3に戻って、燃料電池システムFCSの起動モードについて説明する。図3は、横軸に起動開始後の経過時間を取り、左縦軸には各部の温度を取っている。制御電圧であるため特段の目盛りは付していないが、改質用空気を供給するための流量調整ユニットAP1aに含まれる改質用空気ブロワの制御電圧、発電用空気を供給するための流量調整ユニットAP1bに含まれる発電用空気ブロワの制御電圧、被改質ガスを供給するための流量調整ユニットFP1に含まれる燃料ポンプの制御電圧、及び純水を供給するための流量調整ユニットWP1に含まれる水ポンプの制御電圧は、図中上方に行くほど電圧が高くなる(供給量が増える)ように示している。図3には、改質器RFの温度、燃料電池セルCEのスタック温度、燃焼室FC2の温度(改質器RFの温度等から推定している)、流量調整ユニットAP1aに含まれる改質用空気ブロワの制御電圧、流量調整ユニットAP1bに含まれる発電用空気ブロワの制御電圧、流量調整ユニットFP2に含まれる燃料ポンプの制御電圧、流量調整ユニットWP1に含まれる水ポンプの制御電圧を示している。   Returning to FIG. 3, the start-up mode of the fuel cell system FCS will be described. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the elapsed time after the start of startup, and the left vertical axis indicates the temperature of each part. Although it is a control voltage, no special scale is provided, but the control voltage of the reforming air blower included in the flow rate adjusting unit AP1a for supplying reforming air, the flow rate adjustment for supplying power generation air Included in the control voltage of the power generation air blower included in the unit AP1b, the control voltage of the fuel pump included in the flow rate adjustment unit FP1 for supplying the reformed gas, and the flow rate adjustment unit WP1 for supplying pure water The control voltage of the water pump is shown so that the voltage increases (the supply amount increases) as it goes upward in the figure. FIG. 3 shows the temperature of the reformer RF, the stack temperature of the fuel cell CE, the temperature of the combustion chamber FC2 (estimated from the temperature of the reformer RF, etc.), and the reforming included in the flow rate adjustment unit AP1a. The control voltage of the air blower, the control voltage of the power generation air blower included in the flow rate adjustment unit AP1b, the control voltage of the fuel pump included in the flow rate adjustment unit FP2, and the control voltage of the water pump included in the flow rate adjustment unit WP1 are shown. .

まず、改質用空気を増やすように流量調整ユニットAP1a、電磁弁AP2、ヒータAH1、及び混合部MVを制御し、改質器RFに空気を供給する。また、被改質ガスの供給を増やすように流量調整ユニットFP1、ガス遮断弁FP4,FP5、及び混合部MVを制御し、改質器RFに被改質ガスを供給する。このように、空気と被改質ガスを供給し、イグナイタによって着火して燃焼運転を実行する(尚、条件によっては自然着火によって着火して燃焼運転を実行する)。この場合の、改質器RFに供給する改質用空気の流量は毎分10.0L(リットル)、改質器RFに供給する被改質ガスの流量は毎分6.0Lである。また、起動モード全体を通して、発電室FC1に供給する発電用空気の流量は毎分100.0Lとなるように流量調整ユニットAP1bが制御される。発電室FC1上方の燃焼室FC2においては、改質器RFを通過した燃料ガスと発電用空気とが混合して燃焼しており、燃焼室FC2の温度が徐々に上昇する。   First, the flow rate adjustment unit AP1a, the electromagnetic valve AP2, the heater AH1, and the mixing unit MV are controlled so as to increase the reforming air, and air is supplied to the reformer RF. Further, the flow rate adjusting unit FP1, the gas cutoff valves FP4 and FP5, and the mixing unit MV are controlled so as to increase the supply of the reformed gas, and the reformed gas is supplied to the reformer RF. In this way, air and the gas to be reformed are supplied and ignited by an igniter to execute a combustion operation (it is ignited by spontaneous ignition and performs a combustion operation depending on conditions). In this case, the flow rate of reforming air supplied to the reformer RF is 10.0 L (liters) per minute, and the flow rate of the reformed gas supplied to the reformer RF is 6.0 L per minute. Further, the flow rate adjustment unit AP1b is controlled so that the flow rate of the power generation air supplied to the power generation chamber FC1 is 100.0 L per minute throughout the start-up mode. In the combustion chamber FC2 above the power generation chamber FC1, the fuel gas that has passed through the reformer RF and the power generation air are mixed and burned, and the temperature of the combustion chamber FC2 gradually increases.

続いて、改質器RFの温度が約300℃程度になった際に改質器がPOX運転可能な状態になることから300℃前後になった時に成行きで部分酸化改質反応POXが進行する。部分酸化改質反応POXは発熱反応なので、各部の温度が上昇する。部分酸化改質反応POXを開始してから所定時間が経過した後、改質用空気の供給量を更に増やして部分酸化改質反応POXをより進行させる。具体的には、改質器RFに供給する改質用空気の流量は毎分18.0L、改質器RFに供給する被改質ガスの流量は毎分5.0Lである。   Subsequently, when the temperature of the reformer RF reaches about 300 ° C., the reformer becomes ready for POX operation, so the partial oxidation reforming reaction POX proceeds at about 300 ° C. To do. Since the partial oxidation reforming reaction POX is an exothermic reaction, the temperature of each part rises. After a predetermined time has elapsed since the partial oxidation reforming reaction POX was started, the supply amount of reforming air is further increased to further advance the partial oxidation reforming reaction POX. Specifically, the flow rate of reforming air supplied to the reformer RF is 18.0 L / min, and the flow rate of reformed gas supplied to the reformer RF is 5.0 L / min.

続いて、改質器RFの温度が約600℃以上になり、且つ燃料電池セルCEによって構成されるセルスタックの温度が約250℃を超えたことを条件として、第1オートサーマル改質反応ATR1へと移行させる。第1オートサーマル改質反応ATR1では、改質器RFに供給する改質用空気の流量は毎分8.0Lに減らし、改質器RFに供給する被改質ガスの流量は毎分5.0Lを維持する。更に、毎分1.0mlの極微量な純水を改質器RFに供給する。オートサーマル改質反応ATRは、部分酸化改質反応ATRと水蒸気改質反応SRとを混合した反応であって、熱的に内部バランスが取れるので改質器RF内では熱自立しながら反応が進行する。また、第1オートサーマル改質反応ATR1は,空気が比較的多く部分酸化改質反応POXに近い反応であり、発熱が支配的な反応となっている。尚、第1オートサーマル改質反応ATR1中において、燃料電池セルCEによって構成されるセルスタックの温度は約250℃から約400℃である。   Subsequently, the first autothermal reforming reaction ATR1 is performed on the condition that the temperature of the reformer RF becomes about 600 ° C. or higher and the temperature of the cell stack constituted by the fuel cells CE exceeds about 250 ° C. To move to. In the first autothermal reforming reaction ATR1, the flow rate of reforming air supplied to the reformer RF is reduced to 8.0 L / min, and the flow rate of reformed gas supplied to the reformer RF is 5. Maintain 0L. Further, 1.0 ml of minute pure water per minute is supplied to the reformer RF. The autothermal reforming reaction ATR is a reaction in which the partial oxidation reforming reaction ATR and the steam reforming reaction SR are mixed. Since the internal thermal balance is achieved, the reaction proceeds while the heat is self-supporting in the reformer RF. To do. The first autothermal reforming reaction ATR1 is a reaction that has a relatively large amount of air and is close to the partial oxidation reforming reaction POX, and is a reaction in which heat generation is dominant. In the first autothermal reforming reaction ATR1, the temperature of the cell stack constituted by the fuel cell CE is about 250 ° C. to about 400 ° C.

続いて、改質器RFの温度が600℃以上となり、且つ燃料電池セルCEによって構成されるセルスタックの温度が約400℃を超えたことを条件として、第2オートサーマル改質反応ATR2へと移行させる。第2オートサーマル改質反応ATR2では、改質器RFに供給する改質用空気の流量は毎分4.0Lに減らし、改質器RFに供給する被改質ガスの流量も毎分4.0Lに減らす。更に、毎分3.0mlの微量な純水を改質器RFに供給する。第2オートサーマル改質反応ATR2は,空気が比較的少なく水が多いため水蒸気改質反応SRに近い反応であり、吸熱が支配的な反応となっている。しかしながら、発電室FC1内の温度を示すセルスタック温度が約400℃を超えているため、吸熱反応が支配的であっても大幅な温度低下を招くことはない。尚、第2オートサーマル改質反応ATR2中において、蒸発部RF2の温度は約100℃以上である。   Subsequently, the second autothermal reforming reaction ATR2 is performed on condition that the temperature of the reformer RF is 600 ° C. or higher and the temperature of the cell stack constituted by the fuel cell CE exceeds about 400 ° C. Transition. In the second autothermal reforming reaction ATR2, the flow rate of reforming air supplied to the reformer RF is reduced to 4.0 L / min, and the flow rate of reformed gas supplied to the reformer RF is also 4. Reduce to 0L. Further, a minute amount of pure water of 3.0 ml per minute is supplied to the reformer RF. The second autothermal reforming reaction ATR2 is a reaction close to the steam reforming reaction SR because of relatively little air and a lot of water, and the endothermic reaction is dominant. However, since the cell stack temperature indicating the temperature in the power generation chamber FC1 exceeds about 400 ° C., even if the endothermic reaction is dominant, there is no significant temperature drop. In the second autothermal reforming reaction ATR2, the temperature of the evaporation part RF2 is about 100 ° C. or higher.

続いて、改質器RFの温度が650℃以上となり、且つ燃料電池セルCEによって構成されるセルスタックの温度が約600℃を超えたことを条件として、水蒸気改質反応SRへと移行させる。水蒸気改質反応SRでは、改質器RFに供給する改質用空気は遮断し、改質器RFに供給する被改質ガスの流量は毎分3.0Lに減らす。更に、毎分8.0mlの純水を改質器RFに供給する。この水蒸気改質反応SRは、吸熱反応であるので、燃焼室FC2からの燃焼熱による熱バランスをとりながら反応が進行する。この段階では、既に起動の最終段階であるため、発電室FC1内が十分高温に昇温されているので、吸熱反応を主体としても大幅な温度低下を招くことはない。また水蒸気改質反応SRが進行しても燃焼室FC2では継続して燃焼反応が持続する。   Subsequently, the process proceeds to the steam reforming reaction SR on the condition that the temperature of the reformer RF becomes 650 ° C. or higher and the temperature of the cell stack constituted by the fuel cells CE exceeds about 600 ° C. In the steam reforming reaction SR, the reforming air supplied to the reformer RF is shut off, and the flow rate of the reformed gas supplied to the reformer RF is reduced to 3.0 L / min. Further, 8.0 ml of pure water per minute is supplied to the reformer RF. Since the steam reforming reaction SR is an endothermic reaction, the reaction proceeds while maintaining a heat balance by the combustion heat from the combustion chamber FC2. At this stage, since it is already the final stage of startup, the inside of the power generation chamber FC1 has been heated to a sufficiently high temperature, so that no significant temperature decrease is caused even with the endothermic reaction as a main component. Even if the steam reforming reaction SR proceeds, the combustion reaction continues in the combustion chamber FC2.

上述したように着火から燃焼工程の進行に合わせて改質工程を切り替えていくことで、発電室FC1内の温度が徐々に上昇する。発電室FC1の温度(セルスタックの温度)が、燃料電池モジュールFCMを安定的に作動させる定格温度(約700℃)よりも低い所定の発電温度に達したら、燃料電池モジュールFCMを含む電気回路を閉じる。それにより、燃料電池モジュールFCMは発電を開始し、回路に電流が流れて外部に電力を供給することができる。燃料電池セルCEの発電により、燃料電池セルCE自体も発熱し、更に、燃料電池セルCEの温度が上昇する。その結果、燃料電池モジュールFCMを作動させる定格温度、例えば700〜800℃になる。   As described above, the temperature in the power generation chamber FC1 gradually increases by switching the reforming process from the ignition to the progress of the combustion process. When the temperature of the power generation chamber FC1 (cell stack temperature) reaches a predetermined power generation temperature lower than the rated temperature (about 700 ° C.) at which the fuel cell module FCM is stably operated, the electric circuit including the fuel cell module FCM is changed. close. As a result, the fuel cell module FCM starts power generation, and a current flows through the circuit to supply power to the outside. Due to the power generation of the fuel cell CE, the fuel cell CE itself also generates heat, and the temperature of the fuel cell CE rises. As a result, the rated temperature for operating the fuel cell module FCM, for example, 700 to 800 ° C. is reached.

その後、定格温度を維持するために、燃料電池セルCEで消費される燃料ガス及び空気の量よりも多い量の燃料ガス及び空気を供給し、燃焼室FC2での燃焼を継続させる。尚、発電中は、改質効率の高い水蒸気改質反応SRで発電が進行する。水蒸気改質反応SR自体は厳密には400℃〜800℃程度で行われるが、燃料電池セルCEとの組み合わせにおいては500℃〜700℃程度で反応が進行するように設定している。   Thereafter, in order to maintain the rated temperature, fuel gas and air in an amount larger than the amount of fuel gas and air consumed in the fuel battery cell CE are supplied, and combustion in the combustion chamber FC2 is continued. During power generation, power generation proceeds with a steam reforming reaction SR with high reforming efficiency. Strictly speaking, the steam reforming reaction SR itself is performed at about 400 ° C. to 800 ° C., but in the combination with the fuel cell CE, the reaction is set so that the reaction proceeds at about 500 ° C. to 700 ° C.

本実施形態では、図3に示す第1オートサーマル改質反応ATR1の開始時に、毎分1ccという極めて微量な水を改質器SRに供給している。このように微量な水を正確に供給するための一実施形態について、図4を参照しながら説明する。図4は、図1に示す貯水タンクWP2から流量調整ユニットWP1を経由して燃料電池モジュールFCMに至る配管経路を模式的に示した図である。   In this embodiment, at the start of the first autothermal reforming reaction ATR1 shown in FIG. 3, a very small amount of water of 1 cc per minute is supplied to the reformer SR. One embodiment for accurately supplying such a small amount of water will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram schematically showing a piping path from the water storage tank WP2 shown in FIG. 1 to the fuel cell module FCM via the flow rate adjustment unit WP1.

図4に示すように、貯水タンクWP2は、第1貯水タンクWP2aと第2貯水タンクWP2bとを備えている。第1貯水タンクWP2aには、上水が供給される給水管10が繋がれている。給水管10には電磁弁101が設けられており、電磁弁101を開閉することで第1貯水タンクWP2aに上水を供給したり停止したりすることができる。第1貯水タンクWP2aは、温水製造装置HWの熱交換器HW1において結露した水を受け入れることが可能なように配置されている。従って、第1貯水タンクWP2aには、温水製造装置HWの熱交換器HW1において結露した水を貯めつつ、水量が不足した場合には給水管10から水を補給することが可能である。第1貯水タンクWP2aにはヒータH1が設けられていて、第1貯水タンクWP2a内の水が凍結しないように構成されている。   As shown in FIG. 4, the water storage tank WP2 includes a first water storage tank WP2a and a second water storage tank WP2b. A water supply pipe 10 to which clean water is supplied is connected to the first water storage tank WP2a. The water supply pipe 10 is provided with an electromagnetic valve 101. By opening and closing the electromagnetic valve 101, it is possible to supply or stop clean water to the first water storage tank WP2a. The 1st water storage tank WP2a is arrange | positioned so that the water condensed in the heat exchanger HW1 of the warm water manufacturing apparatus HW can be received. Therefore, the first water storage tank WP2a can store water condensed in the heat exchanger HW1 of the hot water production apparatus HW, and can supply water from the water supply pipe 10 when the amount of water is insufficient. The first water storage tank WP2a is provided with a heater H1, so that the water in the first water storage tank WP2a is not frozen.

第1貯水タンクWP2aと第2貯水タンクWP2bとを繋ぐ管路11には、ポンプ111と逆浸透膜20とが設けられている。ポンプ111は、毎分1Lの水を第1貯水タンクWP2aから第2貯水タンクWP2bへと送り込むことができる。ポンプ111にて、逆浸透膜20を通して水を第2貯水タンクWP2b側へと押し込むので、逆浸透膜20を通過した水は純水となって第2貯水ダンクWP2bへ貯水される。第2貯水タンクWP2bにはヒータH2が設けられていて、第2貯水タンクWP2b内の水が凍結しないように構成されている。   A pump 111 and a reverse osmosis membrane 20 are provided in the pipe line 11 connecting the first water storage tank WP2a and the second water storage tank WP2b. The pump 111 can feed 1 L of water per minute from the first water storage tank WP2a to the second water storage tank WP2b. Since the pump 111 pushes water through the reverse osmosis membrane 20 to the second water storage tank WP2b, the water that has passed through the reverse osmosis membrane 20 becomes pure water and is stored in the second water storage dunk WP2b. The second water storage tank WP2b is provided with a heater H2, so that the water in the second water storage tank WP2b is not frozen.

第2貯水タンクWP2bと燃料電池モジュールFCMとを繋ぐ管路13には、パルスポンプ131と水流量センサDS6とが設けられている。従って、管路13は、第2貯水タンクWP2bからパルスポンプ131までの管路13aと、パルスポンプ131から水流量センサDS6までの管路13bと、水流量センサDS6から燃料電池モジュールFCMまでの管路13cとによって構成されている。管路13aの第2貯水タンクWP2b近傍にはヒータH3が設けられていて、管路13a内の水、特に燃料電池モジュールFCMから離れた位置の水が凍結しないように構成されている。   A pulse pump 131 and a water flow rate sensor DS6 are provided in the pipe line 13 connecting the second water storage tank WP2b and the fuel cell module FCM. Accordingly, the pipeline 13 includes a pipeline 13a from the second water storage tank WP2b to the pulse pump 131, a pipeline 13b from the pulse pump 131 to the water flow sensor DS6, and a pipe from the water flow sensor DS6 to the fuel cell module FCM. It is comprised by the path | route 13c. A heater H3 is provided in the vicinity of the second water storage tank WP2b of the pipe line 13a so that water in the pipe line 13a, particularly water at a position away from the fuel cell module FCM, is not frozen.

第1貯水タンクWP2aには、上述した水位センサDS5に相当する高水位センサDS5a及び低水位センサDS5bが設けられている。高水位センサDS5a(高水位検出手段)は、第1貯水タンクWP2aの高水位まで水が供給されたことを検知するためのフロートセンサであって、取り付けられた位置まで水面が上昇するとHi信号を出力するものである。低水位センサDS5b(低水位検出手段)は、第1貯水タンクWP2aの低水位まで水が供給されたことを検知するためのフロートセンサであって、取り付けられた位置まで水面が上昇するとHi信号を出力するものである。尚、高水位センサDS5a及び低水位センサDS5bは、その取り付けられている位置まで水面が到達していない場合にはLo信号を出力するものである。   The first water storage tank WP2a is provided with a high water level sensor DS5a and a low water level sensor DS5b corresponding to the water level sensor DS5 described above. The high water level sensor DS5a (high water level detecting means) is a float sensor for detecting that water has been supplied to the high water level of the first water storage tank WP2a. When the water level rises to the attached position, the Hi signal is output. Output. The low water level sensor DS5b (low water level detection means) is a float sensor for detecting that water has been supplied to the low water level of the first water storage tank WP2a. When the water level rises to the attached position, the Hi signal is output. Output. The high water level sensor DS5a and the low water level sensor DS5b output a Lo signal when the water surface has not reached the position where the high water level sensor DS5a and the low water level sensor DS5b are attached.

第2貯水タンクWP2bには、上述した水位センサDS5に相当する高水位センサDS5c(高水位検出手段)及び低水位センサDS5d(低水位検出手段)が設けられている。高水位センサDS5cは、第2貯水タンクWP2bの高水位まで水が供給されたことを検知するためのフロートセンサであって、取り付けられた位置まで水面が上昇するとHi信号を出力するものである。低水位センサDS5cは、第2貯水タンクWP2bの低水位まで水が供給されたことを検知するためのフロートセンサであって、取り付けられた位置まで水面が上昇するとHi信号を出力するものである。尚、高水位センサDS5c及び低水位センサDS5dは、その取り付けられている位置まで水面が到達していない場合にはLo信号を出力するものである。   The second water storage tank WP2b is provided with a high water level sensor DS5c (high water level detecting means) and a low water level sensor DS5d (low water level detecting means) corresponding to the water level sensor DS5 described above. The high water level sensor DS5c is a float sensor for detecting that water has been supplied up to the high water level of the second water storage tank WP2b, and outputs a Hi signal when the water level rises to the attached position. The low water level sensor DS5c is a float sensor for detecting that water has been supplied to the low water level of the second water storage tank WP2b, and outputs a Hi signal when the water level rises to the attached position. The high water level sensor DS5c and the low water level sensor DS5d output a Lo signal when the water surface has not reached the position where the high water level sensor DS5c and the low water level sensor DS5d are attached.

続いて、本実施形態の燃料電池システムFCSにおいて、運転の開始から燃焼運転を行い、改質器RFにおいて部分酸化改質反応POXを行ってから第1オートサーマル改質反応ATR1に移行するまでの改質器RFへの水供給制御について説明する。図5は、この場合に改質器RFへ水を供給するための基本フローを示したフローチャートである。図5の説明において、フラグFが「0」であれば、第1貯水タンクWP2a及び第2貯水タンクWP2bに正常に水が溜められていて通常の制御が可能であることを示している。フラグFが「5」であれば、水供給系に異常が発生しているものの第1貯水タンクWP2a及び第2貯水タンクWP2bに水があることを判定可能であって、推定供給制御による運転継続が可能であることを示している。フラグFが「6」であれば、水供給系に異常が発生し第1貯水タンクWP2a及び第2貯水タンクWP2bに水があることを判定することが不可能であって、燃料電池システムFCSの運転を停止することを示している。フラグFが「7」であれば、水供給系に異常が発生し第1貯水タンクWP2a及び第2貯水タンクWP2bに水を供給することが不可能であって、燃料電池システムFCSの運転を停止することを示している。   Subsequently, in the fuel cell system FCS of the present embodiment, the combustion operation is performed from the start of the operation, and after the partial oxidation reforming reaction POX is performed in the reformer RF, the process proceeds to the first autothermal reforming reaction ATR1. Control of water supply to the reformer RF will be described. FIG. 5 is a flowchart showing a basic flow for supplying water to the reformer RF in this case. In the description of FIG. 5, if the flag F is “0”, it indicates that water is normally stored in the first water storage tank WP2a and the second water storage tank WP2b and normal control is possible. If the flag F is “5”, it is possible to determine that there is water in the first water storage tank WP2a and the second water storage tank WP2b although an abnormality has occurred in the water supply system, and the operation is continued by the estimated supply control. Indicates that it is possible. If the flag F is “6”, it is impossible to determine that there is an abnormality in the water supply system and there is water in the first water storage tank WP2a and the second water storage tank WP2b. Indicates that the operation is to be stopped. If the flag F is “7”, an abnormality occurs in the water supply system, and it is impossible to supply water to the first water storage tank WP2a and the second water storage tank WP2b, and the operation of the fuel cell system FCS is stopped. It shows that

ステップS01では、燃料電池システムFCSが運転を開始し、燃焼運転を行ってから改質器RFにおいて部分酸化改質反応POXを行い、所定の条件を満たして水蒸気を用いた改質反応(本実施形態の場合は、上述したように第1オートサーマル改質反応ATR1)を実行する時期となったか判断する。ステップS01の判断で、第1オートサーマル改質反応ATR1に移行する条件が整っていなければリターンし、整っていればステップS02の処理に進む。   In step S01, the fuel cell system FCS starts operation, performs combustion operation, and then performs a partial oxidation reforming reaction POX in the reformer RF, satisfying a predetermined condition and using a steam reforming reaction (this implementation) In the case of the embodiment, it is determined whether it is time to execute the first autothermal reforming reaction ATR1) as described above. If it is determined in step S01 that the conditions for shifting to the first autothermal reforming reaction ATR1 are not satisfied, the process returns. If it is satisfied, the process proceeds to step S02.

ステップS02では、フラグFが「0」であるか判断する。フラグFが「0」であればステップS03の処理に進み、フラグFが「0」でなければステップS06の処理に進む。フラグFが「0」であれば、通常の制御が可能であるので、ステップS03では、第1オートサーマル改質反応ATR1の開始タイミングであるか判断する。ステップS03において、第1オートサーマル改質反応ATR1の開始タイミングでなければ既に第1オートサーマル改質反応ATR1が行われていると判断して、ステップS04の処理に進み、第1オートサーマル改質反応ATR1の開始タイミングであれば、ステップS09の処理に進む。   In step S02, it is determined whether the flag F is “0”. If the flag F is “0”, the process proceeds to step S03. If the flag F is not “0”, the process proceeds to step S06. If the flag F is “0”, normal control is possible. Therefore, in step S03, it is determined whether it is the start timing of the first autothermal reforming reaction ATR1. In step S03, if it is not the start timing of the first autothermal reforming reaction ATR1, it is determined that the first autothermal reforming reaction ATR1 has already been performed, the process proceeds to step S04, and the first autothermal reforming reaction is performed. If it is the start timing of the reaction ATR1, the process proceeds to step S09.

ステップS04では、水流量センサDS6が検知する流量が、第1オートサーマル改質反応ATR1において必要とされる流量Qとなるようにパルスポンプ131を制御する。ステップS04に続くステップS05では、改質器RFに設けられた改質器内圧センサDS4の検出圧力が小さく変動しているか判断する。改質器RFに設けられた改質器内圧力センサDS4の検出圧力が小さく変動していれば、水の少ない改質器RFに少量の水がパルスポンプ131によって脈動的に供給されているものと判断してリターンする。改質器RFに設けられた改質器内圧センサDS4の検出圧力が小さく変動していなければ、改質器RF内に少量の水が供給されていないものと判断してステップS08の処理に進む。ステップS08では、フラグFを「7」として燃料電池システムFCSの運転を緊急停止するための処理を実行する。   In step S04, the pulse pump 131 is controlled so that the flow rate detected by the water flow rate sensor DS6 becomes the flow rate Q required in the first autothermal reforming reaction ATR1. In step S05 subsequent to step S04, it is determined whether or not the detected pressure of the reformer internal pressure sensor DS4 provided in the reformer RF is small. If the pressure detected by the reformer pressure sensor DS4 provided in the reformer RF is small and fluctuates, a small amount of water is pulsatingly supplied to the reformer RF with little water by the pulse pump 131. And return. If the detected pressure of the reformer internal pressure sensor DS4 provided in the reformer RF does not fluctuate little, it is determined that a small amount of water is not supplied into the reformer RF, and the process proceeds to step S08. . In step S08, the flag F is set to “7”, and processing for urgently stopping the operation of the fuel cell system FCS is executed.

ステップS03において、第1オートサーマル改質反応ATR1の開始タイミングであると判断されると、ステップS09では、パルスポンプ131の供給量を最大値として改質器RFに向けて水を送り出す。ステップS09に続くステップS10では、改質器RF内の圧力が大きく変動するか判断する。改質器RF内の圧力が大きく変動していれば、パルスポンプ131によって水が圧送され始めたと判断してステップS11の処理に進み、改質器RF内の圧力が大きく変動していなければ、ステップS13の処理に進む。   If it is determined in step S03 that it is the start timing of the first autothermal reforming reaction ATR1, in step S09, water is sent out toward the reformer RF with the supply amount of the pulse pump 131 as the maximum value. In step S10 subsequent to step S09, it is determined whether or not the pressure in the reformer RF varies greatly. If the pressure in the reformer RF has greatly fluctuated, it is determined that water has started to be pumped by the pulse pump 131, and the process proceeds to step S11. If the pressure in the reformer RF has not fluctuated significantly, The process proceeds to step S13.

ステップS11では、水流量センサDS6の検出する水量が変化したか判断する。水流量センサDS6の検出する水量が変化すれば、パルスポンプ131から送り出される水が水流センサDS6に到達したものと判断してステップS12の処理に進み、水流量センサDS6の検出する水量が変化しなければステップS13の処理に進む。   In step S11, it is determined whether the amount of water detected by the water flow sensor DS6 has changed. If the amount of water detected by the water flow sensor DS6 changes, it is determined that the water sent from the pulse pump 131 has reached the water flow sensor DS6, and the process proceeds to step S12, where the amount of water detected by the water flow sensor DS6 changes. If not, the process proceeds to step S13.

ステップS12では、水流量センサDS6の流量が第1オートサーマル改質反応ATR1において必要とされる流量Qとなるようにパルスポンプ131を制御し、リターンする。   In step S12, the pulse pump 131 is controlled so that the flow rate of the water flow rate sensor DS6 becomes the flow rate Q required in the first autothermal reforming reaction ATR1, and the process returns.

ステップS13では、所定時間が経過してタイムアップとなったか判断する。所定時間が経過していなければリターンし、所定時間が経過していればステップS14の処理に進む。ステップS14では、フラグFを「7」として燃料電池システムFCSの運転を緊急停止するための処理を実行する。   In step S13, it is determined whether the predetermined time has elapsed and the time is up. If the predetermined time has not elapsed, the process returns. If the predetermined time has elapsed, the process proceeds to step S14. In step S14, the flag F is set to “7”, and processing for urgently stopping the operation of the fuel cell system FCS is executed.

続いて、高水位センサDS5a、低水位センサDS5b、高水位センサDS5c、低水位センサDS5dのいずれかに異常が発生しているか否かを判断するフローについて、図6に示すフローチャートを参照しながら説明する。図6の説明において、フラグFが「0」であれば、どの水位センサ(高水位センサDS5a、低水位センサDS5b、高水位センサDS5c、低水位センサDS5d)にも異常が発生していないことを示している。フラグFが「2」であれば、第1貯水タンクWP2aの高水位センサDS5aが異常であることを示している。フラグFが「1」であれば、第1貯水タンクWP2aの低水位センサDS5bが異常であることを示している。フラグFが「4」であれば、第2貯水タンクWP2bの高水位センサDS5cが異常であることを示している。フラグFが「3」であれば、第2貯水タンクWP2bの低水位センサDS5dが異常であることを示している。尚、図6〜図9の図中において、「SW1」は高水位センサDS5aを示し、「SW2」は低水位センサDS5bを示し、「SW3」は高水位センサDS5cを示し、「SW4」は低水位センサDS5dを示している。また、「ポンプ1」はポンプ111を示し、「タンク1」は第1貯水タンクWP2aを示し、「タンク2」は第2貯水タンクWP2bを示している。   Next, a flow for determining whether or not an abnormality has occurred in any of the high water level sensor DS5a, the low water level sensor DS5b, the high water level sensor DS5c, and the low water level sensor DS5d will be described with reference to the flowchart shown in FIG. To do. In the description of FIG. 6, if the flag F is “0”, it means that no abnormality has occurred in any of the water level sensors (high water level sensor DS5a, low water level sensor DS5b, high water level sensor DS5c, low water level sensor DS5d). Show. If the flag F is “2”, it indicates that the high water level sensor DS5a of the first water storage tank WP2a is abnormal. If the flag F is “1”, it indicates that the low water level sensor DS5b of the first water storage tank WP2a is abnormal. If the flag F is “4”, it indicates that the high water level sensor DS5c of the second water storage tank WP2b is abnormal. If the flag F is “3”, it indicates that the low water level sensor DS5d of the second water storage tank WP2b is abnormal. 6 to 9, “SW1” indicates the high water level sensor DS5a, “SW2” indicates the low water level sensor DS5b, “SW3” indicates the high water level sensor DS5c, and “SW4” indicates the low level. The water level sensor DS5d is shown. “Pump 1” indicates the pump 111, “Tank 1” indicates the first water storage tank WP2a, and “Tank 2” indicates the second water storage tank WP2b.

ステップS21では、高水位センサDS5a、低水位センサDS5b、高水位センサDS5c、低水位センサDS5dの全てからHi信号が出力されているか判断する。全てのセンサからHi信号が出力されていれば、全てのセンサが水位を検出しているので、ステップS32の処理に進む。全てのセンサからHi信号が出力されていなければ、ステップS22の処理に進む。   In step S21, it is determined whether a Hi signal is output from all of the high water level sensor DS5a, the low water level sensor DS5b, the high water level sensor DS5c, and the low water level sensor DS5d. If the Hi signal is output from all the sensors, all the sensors detect the water level, so the process proceeds to step S32. If Hi signals are not output from all sensors, the process proceeds to step S22.

ステップS22では、第1貯水タンクWP2aの低水位センサDS5bからLo信号が出力されているか判断する。第1貯水タンクWP2aの低水位センサDS5bからLo信号が出力されていれば、ステップS23の処理に進み、第1貯水タンクWP2aの低水位センサDS5bからLo信号が出力されていなければ、ステップS34の処理に進む。   In step S22, it is determined whether the Lo signal is output from the low water level sensor DS5b of the first water storage tank WP2a. If the Lo signal is output from the low water level sensor DS5b of the first water tank WP2a, the process proceeds to step S23. If the Lo signal is not output from the low water level sensor DS5b of the first water tank WP2a, the process proceeds to step S34. Proceed to processing.

ステップS23では、第1貯水タンクWP2aの高水位センサDS5aからHi信号が出力されているか判断する。第1貯水タンクWP2aの高水位センサDS5aからHi信号が出力されていれば、J1へジャンプしてステップS43の処理に進み、第1貯水タンクWP2aの高水位センサDS5aからHi信号が出力されていなければ、ステップS24の処理に進む。   In step S23, it is determined whether a Hi signal is output from the high water level sensor DS5a of the first water storage tank WP2a. If the Hi signal is output from the high water level sensor DS5a of the first water storage tank WP2a, the process jumps to J1 to proceed to the process of Step S43, and the Hi signal must be output from the high water level sensor DS5a of the first water storage tank WP2a. If so, the process proceeds to step S24.

ステップS24では、第1貯水タンクWP2aに給水し、ステップS25の処理に進む。   In step S24, water is supplied to the first water storage tank WP2a, and the process proceeds to step S25.

ステップS34では、第1貯水タンクWP2aの高水位センサDS5aからLo信号が出力されているか判断する。第1貯水タンクWP2aの高水位センサDS5aからLo信号が出力されていれば上述したステップS24の処理に進み、第1貯水タンクWP2aの高水位センサDS5aからLo信号が出力されていなければステップS35の処理に進む。   In step S34, it is determined whether the Lo signal is output from the high water level sensor DS5a of the first water storage tank WP2a. If the Lo signal is output from the high water level sensor DS5a of the first water storage tank WP2a, the process proceeds to step S24 described above. If the Lo signal is not output from the high water level sensor DS5a of the first water storage tank WP2a, the process proceeds to step S35. Proceed to processing.

ステップS35では、第2貯水タンクWP2bの低水位センサDS5dからLo信号が出力されているか判断する。第2貯水タンクWP2bの低水位センサDS5dからLo信号が出力されていれば、ステップS36の処理に進み、第2貯水タンクWP2bの低水位センサDS5dからLo信号が出力されていなければ、ステップS37の処理に進む。   In step S35, it is determined whether the Lo signal is output from the low water level sensor DS5d of the second water storage tank WP2b. If the Lo signal is output from the low water level sensor DS5d of the second water storage tank WP2b, the process proceeds to step S36. If the Lo signal is not output from the low water level sensor DS5d of the second water storage tank WP2b, the process proceeds to step S37. Proceed to processing.

ステップS36では、第2貯水タンクWP2bの高水位センサDS5cからHi信号が出力されているか判断する。第2貯水タンクWP2bの高水位センサDS5cからHi信号が出力されていれば、J2へジャンプしてステップS41の処理に進み、第2貯水タンクWP2bの高水位センサDS5cからHi信号が出力されていなければ、J3へジャンプしてステップS29の処理に進む。   In step S36, it is determined whether a Hi signal is output from the high water level sensor DS5c of the second water storage tank WP2b. If the Hi signal is output from the high water level sensor DS5c of the second water storage tank WP2b, the process jumps to J2 to proceed to step S41, and the Hi signal must be output from the high water level sensor DS5c of the second water storage tank WP2b. If so, the process jumps to J3 and proceeds to step S29.

ステップS37では、第2貯水タンクWP2bの高水位センサDS5cからLo信号が出力されているか判断する。第2貯水タンクWP2bの高水位センサDS5cからLo信号が出力されていれば、J3へジャンプしてステップS29の処理に進み、第2貯水タンクWP2bの高水位センサDS5cからLo信号が出力されていなければ、満水であるものとしてリターンする。   In step S37, it is determined whether the Lo signal is output from the high water level sensor DS5c of the second water storage tank WP2b. If the Lo signal is output from the high water level sensor DS5c of the second water storage tank WP2b, the process jumps to J3 and proceeds to the processing of Step S29, and the Lo signal is output from the high water level sensor DS5c of the second water storage tank WP2b. If it is full, return.

ステップS25では、第1貯水タンクWP2aの低水位センサDS5bからHi信号が出力されているか判断する。第1貯水タンクWP2aの低水位センサDS5bからHi信号が出力されていれば、ステップS26の処理に進み、第1貯水タンクWP2aの低水位センサDS5bからHi信号が出力されていなければ、ステップS42の処理に進む。   In step S25, it is determined whether a Hi signal is output from the low water level sensor DS5b of the first water storage tank WP2a. If the Hi signal is output from the low water level sensor DS5b of the first water storage tank WP2a, the process proceeds to step S26. If the Hi signal is not output from the low water level sensor DS5b of the first water storage tank WP2a, the process proceeds to step S42. Proceed to processing.

ステップS42では、所定時間が経過してタイムアップとなったか判断する。所定時間が経過していなければリターンし、所定時間が経過していればステップS43の処理に進む。   In step S42, it is determined whether a predetermined time has elapsed and time is up. If the predetermined time has not elapsed, the process returns. If the predetermined time has elapsed, the process proceeds to step S43.

ステップS43では、第1貯水タンクWP2aの低水位センサDS5bが異常であるものと判断してフラグFを「1」に設定してリターンする。これは、ステップS24において第1貯水タンクWP2aに給水を行ったものの、所定時間が経過しても低水位センサDS5bからHi信号が出力されないか、ステップS22において低水位センサDS5bからLo信号が出力されたたもののステップS23において高水位センサDS5aからHi信号が出力されたためである。尚、ステップS43の処理の際には、低水位センサDS5bからHi信号が出力されたものと擬似的に設定してリターンする。   In step S43, it is determined that the low water level sensor DS5b of the first water storage tank WP2a is abnormal, the flag F is set to “1”, and the process returns. This is because, although water is supplied to the first water storage tank WP2a in step S24, a Hi signal is not output from the low water level sensor DS5b even after a predetermined time has elapsed, or a Lo signal is output from the low water level sensor DS5b in step S22. This is because the Hi signal is output from the high water level sensor DS5a in step S23. Note that, in the process of step S43, it is set in a pseudo manner that the Hi signal is output from the low water level sensor DS5b, and the process returns.

ステップS26では、第1貯水タンクWP2aの高水位センサDS5aからHi信号が出力されているか判断する。第1貯水タンクWP2aの高水位センサDS5aからHi信号が出力されていれば、ステップS27の処理に進み、第1貯水タンクWP2aの高水位センサDS5aからHi信号が出力されていなければ、ステップS38の処理に進む。   In step S26, it is determined whether a Hi signal is output from the high water level sensor DS5a of the first water storage tank WP2a. If the Hi signal is output from the high water level sensor DS5a of the first water tank WP2a, the process proceeds to step S27. If the Hi signal is not output from the high water level sensor DS5a of the first water tank WP2a, the process proceeds to step S38. Proceed to processing.

ステップS38では、所定時間が経過してタイムアップとなったか判断する。所定時間が経過していなければリターンし、所定時間が経過していればステップS39の処理に進む。   In step S38, it is determined whether the predetermined time has elapsed and time is up. If the predetermined time has not elapsed, the process returns. If the predetermined time has elapsed, the process proceeds to step S39.

ステップS39では、第1貯水タンクWP2aの高水位センサDS5aが異常であるものと判断してフラグFを「2」に設定してリターンする。これは、ステップS24において第1貯水タンクWP2aに給水を行って、低水位センサDS5bからHi信号が出力されているものの、所定時間が経過しても高水位センサDS5aからHi信号が出力されないためである。尚、ステップS39の処理の際には、高水位センサDS5aからHi信号が出力されたものと擬似的に設定してリターンする。   In step S39, it is determined that the high water level sensor DS5a of the first water storage tank WP2a is abnormal, the flag F is set to “2”, and the process returns. This is because the Hi signal is output from the low water level sensor DS5b after supplying water to the first water storage tank WP2a in Step S24, but the Hi signal is not output from the high water level sensor DS5a even after a predetermined time has elapsed. is there. In the case of the process of step S39, it is set in a pseudo manner that the Hi signal is output from the high water level sensor DS5a, and the process returns.

ステップS27では、第1貯水タンクWP2aへの給水を停止する。ステップS27に続くステップS28では、第2貯水タンクWP2bの低水位センサDS5dからHi信号が出力されているか判断する。第2貯水タンクWP2bの低水位センサDS5dからHi信号が出力されていればリターンし、第2貯水タンクWP2bの低水位センサDS5dからHi信号が出力されていなければステップS29の処理に進む。   In step S27, water supply to the first water storage tank WP2a is stopped. In step S28 following step S27, it is determined whether a Hi signal is output from the low water level sensor DS5d of the second water storage tank WP2b. If the Hi signal is output from the low water level sensor DS5d of the second water storage tank WP2b, the process returns. If the Hi signal is not output from the low water level sensor DS5d of the second water storage tank WP2b, the process proceeds to Step S29.

ステップS29では、純水ポンプ111を駆動して、第1貯水タンクWP2aから第2貯水タンクWP2bへと水を供給する。ステップS29に続くステップS30では、第2貯水タンクWP2bの低水位センサDS5dからHi信号が出力されているか判断する。第2貯水タンクWP2bの低水位センサDS5dからHi信号が出力されていればステップS31の処理に進み、第2貯水タンクWP2bの低水位センサDS5dからHi信号が出力されていなければステップS44の処理に進む。   In step S29, the pure water pump 111 is driven to supply water from the first water storage tank WP2a to the second water storage tank WP2b. In step S30 following step S29, it is determined whether the Hi signal is output from the low water level sensor DS5d of the second water storage tank WP2b. If the Hi signal is output from the low water level sensor DS5d of the second water storage tank WP2b, the process proceeds to step S31. If the Hi signal is not output from the low water level sensor DS5d of the second water storage tank WP2b, the process proceeds to step S44. move on.

ステップS44では、所定時間が経過してタイムアップとなったか判断する。所定時間が経過していなければリターンし、所定時間が経過していればステップS45の処理に進む。   In step S44, it is determined whether the predetermined time has elapsed and time is up. If the predetermined time has not elapsed, the process returns. If the predetermined time has elapsed, the process proceeds to step S45.

ステップS45では、第2貯水タンクWP2bの低水位センサDS5dが異常であるものと判断してフラグFを「3」に設定してリターンする。これは、ステップS29において第1貯水タンクWP2aから第2貯水タンクWP2bに給水を行っているものの、所定時間が経過しても低水位センサDS5dからHi信号が出力されないためである。尚、ステップS45の処理の際には、低水位センサDS5dからHi信号が出力されたものと擬似的に設定してリターンする。   In step S45, it is determined that the low water level sensor DS5d of the second water storage tank WP2b is abnormal, the flag F is set to “3”, and the process returns. This is because although the water is supplied from the first water storage tank WP2a to the second water storage tank WP2b in step S29, the Hi signal is not output from the low water level sensor DS5d even if a predetermined time elapses. In the process of step S45, it is set in a pseudo manner that the Hi signal is output from the low water level sensor DS5d, and the process returns.

ステップS31では、第2貯水タンクWP2bの高水位センサDS5cからHi信号が出力されているか判断する。第2貯水タンクWP2bの高水位センサDS5cからHi信号が出力されていれば、ステップS32の処理に進み、第2貯水タンクWP2bの高水位センサDS5cからHi信号が出力されていなければステップS40の処理に進む。   In step S31, it is determined whether a Hi signal is output from the high water level sensor DS5c of the second water storage tank WP2b. If the Hi signal is output from the high water level sensor DS5c of the second water storage tank WP2b, the process proceeds to Step S32. If the Hi signal is not output from the high water level sensor DS5c of the second water storage tank WP2b, the process of Step S40 is performed. Proceed to

ステップS40では、所定時間が経過してタイムアップとなったか判断する。所定時間が経過していなければリターンし、所定時間が経過していればステップS41の処理に進む。   In step S40, it is determined whether a predetermined time has elapsed and time is up. If the predetermined time has not elapsed, the process returns. If the predetermined time has elapsed, the process proceeds to step S41.

ステップS41では、第2貯水タンクWP2bの高水位センサDS5cが異常であるものと判断してフラグFを「4」に設定してリターンする。これは、ステップS29において第1貯水タンクWP2aから第2貯水タンクWP2bに給水を行っており、低水位センサDS5dからはHi信号が出力されているものの、所定時間が経過しても高水位センサDS5cからHi信号が出力されないためである。尚、ステップS41の処理の際には、高水位センサDS5cからHi信号が出力されたものと擬似的に設定してリターンする。   In step S41, it is determined that the high water level sensor DS5c of the second water storage tank WP2b is abnormal, the flag F is set to “4”, and the process returns. This is because the water is supplied from the first water storage tank WP2a to the second water storage tank WP2b in step S29, and the Hi signal is output from the low water level sensor DS5d, but the high water level sensor DS5c even if a predetermined time has passed. This is because the Hi signal is not output from. Note that, in the process of step S41, the process is returned with a pseudo setting that the Hi signal is output from the high water level sensor DS5c.

ステップS32では、擬似的に設定されたHi信号が含まれているか判断する。擬似的に設定されたHi信号が含まれていればステップS46の処理に進み、擬似的に設定されたHi信号が含まれていなければステップS48の処理に進む。   In step S32, it is determined whether or not a pseudo-set Hi signal is included. If the pseudo-set Hi signal is included, the process proceeds to step S46. If the pseudo-set Hi signal is not included, the process proceeds to step S48.

ステップS46では、異常対応運転を行うか推定供給運転を行うか設定する。ステップS47では、異常が発生している水位センサに対応するフラグFを立てて、リターンする。フラグFは、「1」「2」「3」「4」のいずれか一つ以上設定される。ステップS48では、正常運転制御を行うものと設定する。ステップS49では、フラグFを「0」に設定してリターンする。   In step S46, it is set whether to perform an abnormality handling operation or an estimated supply operation. In step S47, a flag F corresponding to the water level sensor in which an abnormality has occurred is set and the process returns. The flag F is set to one or more of “1”, “2”, “3”, and “4”. In step S48, it is set to perform normal operation control. In step S49, the flag F is set to “0” and the process returns.

続いて、図6に示すフローに基づいて水位センサの異常に関するフラグを設定した場合に、図5に示すフローにおいて用いるフラグを設定するフローについて、図7に示すフローチャートを参照しながら説明する。   Next, the flow for setting the flag used in the flow shown in FIG. 5 when the flag relating to the abnormality of the water level sensor is set based on the flow shown in FIG. 6 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

ステップS51では、フラグFが「0」であるか判断する。フラグFが「0」であればステップS57の処理に進み、フラグFが「0」でなければステップS52の処理に進む。ステップS57では、正常運転を許可し、フラグFを「0」としてリターンする。   In step S51, it is determined whether the flag F is “0”. If the flag F is “0”, the process proceeds to step S57. If the flag F is not “0”, the process proceeds to step S52. In step S57, normal operation is permitted, the flag F is set to “0”, and the process returns.

ステップS52では、フラグFが「1」「2」「3」「4」の全ておいて設定されているか判断する。フラグFが「1」「2」「3」「4」の全ておいて設定されていればステップS58の処理に進み、フラグFが「1」「2」「3」「4」の全ておいて設定されていなければステップS53の処理に進む。   In step S52, it is determined whether or not the flag F is set in all of “1”, “2”, “3”, and “4”. If the flag F is set for all “1”, “2”, “3”, and “4”, the process proceeds to step S58, and the flag F is set for all “1”, “2”, “3”, and “4”. If not set, the process proceeds to step S53.

ステップS58では、水位センサ(高水位センサDS5a、低水位センサDS5b、高水位センサDS5c、低水位センサDS5d)が全て同時に故障しているか、そもそも水が全く供給されていないかの状態であるので、水供給系異常としてフラグFを「6」としてリターンする。   In step S58, the water level sensors (high water level sensor DS5a, low water level sensor DS5b, high water level sensor DS5c, low water level sensor DS5d) are all in a state of failure at the same time, or no water is supplied at all. As a water supply system abnormality, the flag F is set to “6” and the process returns.

ステップS53では、フラグFが「1」「2」「3」「4」のいずれか一つ設定されているか判断する。フラグFが「1」「2」「3」「4」のいずれか一つではなく二つから三つ設定されていればステップS59の処理に進み、フラグFが「1」「2」「3」「4」のいずれか一つ設定されていればステップS54の処理に進む。   In step S53, it is determined whether any one of “1”, “2”, “3”, and “4” is set. If the flag F is set to two to three instead of any one of “1”, “2”, “3”, and “4”, the process proceeds to step S59, and the flag F is set to “1”, “2”, “3”. If any one of “4” is set, the process proceeds to step S54.

ステップS59では、水位センサ(高水位センサDS5a、低水位センサDS5b、高水位センサDS5c、低水位センサDS5d)のいずれか二つから三つが同時に故障している状態であるので、水供給系異常としてフラグFを「6」としてリターンする。尚、本実施形態では、水位センサ(高水位センサDS5a、低水位センサDS5b、高水位センサDS5c、低水位センサDS5d)のいずれか二つから三つが同時に故障している場合に水供給系異常であるとしてフラグFを「6」としているが、水位センサ(高水位センサDS5a、低水位センサDS5b、高水位センサDS5c、低水位センサDS5d)のいずれか一つが異常でなければ、実際には水を供給する系から水の供給が途絶えているわけではないので、水が供給されているものと判断する態様も採用することが可能である。   In step S59, since any two to three of the water level sensors (high water level sensor DS5a, low water level sensor DS5b, high water level sensor DS5c, low water level sensor DS5d) are in failure at the same time, Return flag F as “6”. In this embodiment, when any two to three of the water level sensors (the high water level sensor DS5a, the low water level sensor DS5b, the high water level sensor DS5c, and the low water level sensor DS5d) fail at the same time, the water supply system is abnormal. The flag F is set to “6”, but if any one of the water level sensors (high water level sensor DS5a, low water level sensor DS5b, high water level sensor DS5c, low water level sensor DS5d) is not abnormal, water is actually used. Since the supply of water from the supply system is not interrupted, it is possible to adopt a mode in which it is determined that water is supplied.

ステップS54では、推定供給運転を許可するものとしてフラグFを「5」に設定する。尚、本実施形態の場合、第1貯水タンクWP2aも第2貯水タンクWP2bも、最大満水量300mlのタンクであって、オーバーフロー可能なものを使用している。これは、断水時であっても、水蒸気改質での停止運転が可能なように、毎分1mlの水を4時間以上供給し続けることが可能な水量として設定されている。   In step S54, the flag F is set to “5” as allowing the estimated supply operation. In the case of this embodiment, both the first water storage tank WP2a and the second water storage tank WP2b are tanks having a maximum full water volume of 300 ml and capable of overflowing. This is set as the amount of water that can continue to supply 1 ml of water per minute for 4 hours or more so that the stop operation by steam reforming is possible even when the water is shut off.

ステップS54に続くステップS55では、低水位センサDS5b又は低水位センサDS5dが異常である場合は、高水位センサDS5a又は高水位センサDS5cによって水位を推定する低水位推定供給制御による推定供給運転に変更する。推定供給運転を継続する場合、最大使用水量は毎分8mlである。従って、300mlの水を35分前後で使い切ってしまう可能性があるので、高水位センサDS5a又は高水位センサDS5cのHi信号出力から25分後に給水を行って、満水状態を維持している。この動作によって、第1貯水タンクWP2a及び第2貯水タンクWP2bに水が必ず入っている状態を確保することができ、安全性を維持できる。   In step S55 following step S54, if the low water level sensor DS5b or the low water level sensor DS5d is abnormal, it is changed to the estimated supply operation by the low water level estimation supply control in which the water level is estimated by the high water level sensor DS5a or the high water level sensor DS5c. . When the estimated supply operation is continued, the maximum amount of water used is 8 ml per minute. Accordingly, there is a possibility that 300 ml of water may be used up in about 35 minutes. Therefore, water supply is performed 25 minutes after the Hi signal output of the high water level sensor DS5a or the high water level sensor DS5c, and the full water state is maintained. By this operation, it is possible to ensure that water is always contained in the first water storage tank WP2a and the second water storage tank WP2b, and safety can be maintained.

ステップS55に続くステップS56では、高水位センサDS5a又は高水位センサDS5cが異常である場合は、低水位センサDS5b又は低水位センサDS5dによって水位を推定する高水位推定供給制御による推定供給運転に変更する。本実施形態の場合、第1貯水タンクWP2aも第2貯水タンクWP2bも、最大満水量300mlのタンクを使用しているので、低水位センサDS5b又は低水位センサDS5dのHi信号出力から通常30秒程度でタンクを満水にすることができる。そこで、低水位センサDS5b又は低水位センサDS5dのHi信号出力から40秒程度給水を行って、タンクをオーバーフロー気味に満水状態にする。この動作によって、第1貯水タンクWP2a及び第2貯水タンクWP2bに水が必ず入っている状態を確保することができ、安全性を維持できる。   In step S56 following step S55, when the high water level sensor DS5a or the high water level sensor DS5c is abnormal, it is changed to the estimated supply operation by the high water level estimation supply control in which the water level is estimated by the low water level sensor DS5b or the low water level sensor DS5d. . In the case of the present embodiment, both the first water storage tank WP2a and the second water storage tank WP2b use a tank with a maximum water volume of 300 ml, and therefore normally about 30 seconds from the Hi signal output of the low water level sensor DS5b or the low water level sensor DS5d. Can fill the tank. Therefore, water supply is performed for about 40 seconds from the Hi signal output of the low water level sensor DS5b or the low water level sensor DS5d, and the tank is filled with an overflow condition. By this operation, it is possible to ensure that water is always contained in the first water storage tank WP2a and the second water storage tank WP2b, and safety can be maintained.

図7を参照しながら説明したフラグF「0」「5」「6」は、図5参照しながら説明したフローにおいて用いられる。また、推定供給運転の実行が、所定回数実行され、又は所定時間実行された場合には、水位センサに異常が発生しているものとしてフラグFを6に移行させて異常対応制御を実行することも好ましい。   The flags F “0”, “5”, and “6” described with reference to FIG. 7 are used in the flow described with reference to FIG. In addition, when the estimated supply operation is executed a predetermined number of times or for a predetermined time, it is assumed that an abnormality has occurred in the water level sensor, the flag F is shifted to 6, and the abnormality response control is executed. Is also preferable.

上述した実施形態では、上水から給水が可能である場合について説明したが、上水からの給水を受けずに結露水のみで改質器RFに水を供給する場合について説明する。この場合には、結露水が想定どおりに溜まらない場合も想定されるので、その場合は部分酸化改質反応POXから第1オートサーマル改質反応ATR1への移行を保留することが好ましい。図8に示すフローチャートを参照しながら、部分酸化改質反応POXから第1オートサーマル改質反応ATR1への移行を保留するフローについて説明する。   In the above-described embodiment, the case where water can be supplied from clean water has been described. However, the case where water is supplied to the reformer RF using only condensed water without receiving water from clean water will be described. In this case, it may be assumed that condensed water does not accumulate as expected. In this case, it is preferable to defer the transition from the partial oxidation reforming reaction POX to the first autothermal reforming reaction ATR1. With reference to the flowchart shown in FIG. 8, the flow for deferring the transition from the partial oxidation reforming reaction POX to the first autothermal reforming reaction ATR1 will be described.

ステップS61では、運転開始タイミングとなったか判断する。運転開始タイミングとなっていなければリターンし、運転開始タイミングとなっていればステップS62の処理に進む。ステップS62では、第1イニシャルチェックを実行し、燃料電池システムFCS各部のチェックを行う。   In step S61, it is determined whether the operation start timing has come. If it is not the operation start timing, the process returns. If it is the operation start timing, the process proceeds to step S62. In step S62, a first initial check is executed to check each part of the fuel cell system FCS.

ステップS62に続くステップS63では、空気及び被改質ガス(燃料ガス)の供給系が問題ないか判断する。空気及び被改質ガス(燃料ガス)の供給系に問題があればステップS69の処理に進み、空気及び被改質ガス(燃料ガス)の供給系に問題がなければステップS64の処理に進む。ステップS69では、異常停止処理を実行し、フラグFを「N」に設定して処理を終了する。   In step S63 following step S62, it is determined whether there is no problem in the supply system of air and the gas to be reformed (fuel gas). If there is a problem in the air and reformed gas (fuel gas) supply system, the process proceeds to step S69. If there is no problem in the air and reformed gas (fuel gas) supply system, the process proceeds to step S64. In step S69, an abnormal stop process is executed, the flag F is set to “N”, and the process ends.

ステップS64では、イグナイタによって燃料ガスに着火し燃焼運転を開始する。ステップS64に続くステップS65では、燃料電池システムFCSの運転を開始してから所定時間が経過したか判断し、所定時間経過した場合にはステップS66の処理に進む。このように所定時間が経過しているか判断するのは、部分酸化改質反応POXでの運転がある程度継続し、結露水が溜まっていると推認される時間を確保するためである。また、ステップS65の判断は、改質器RFの温度が所定温度を上回ったことを基準としたり、改質器RFの温度が所定温度を上回って所定時間が経過したことを基準としたりすることも好ましい。   In step S64, the igniter ignites the fuel gas and starts the combustion operation. In step S65 subsequent to step S64, it is determined whether a predetermined time has elapsed since the start of operation of the fuel cell system FCS. If the predetermined time has elapsed, the process proceeds to step S66. The reason for determining whether or not the predetermined time has passed is to secure a time during which the operation in the partial oxidation reforming reaction POX is continued to some extent and it is estimated that condensed water has accumulated. The determination in step S65 is based on the fact that the temperature of the reformer RF has exceeded the predetermined temperature, or based on the fact that the predetermined time has passed since the temperature of the reformer RF has exceeded the predetermined temperature. Is also preferable.

ステップS66では、第2イニシャルチェックを実行する。第2イニシャルチェックについては図9を参照しながら説明する。図9は、第2イニシャルチェックのフローを示したフローチャートである。   In step S66, a second initial check is executed. The second initial check will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a flowchart showing the flow of the second initial check.

ステップS81では、第2イニシャルチェックの時期になったか判断する。第2イニシャルチェックの時期になっていればステップS82の処理に進み、第2イニシャルチェックの時期になっていなければリターンする。   In step S81, it is determined whether it is time for the second initial check. If it is time for the second initial check, the process proceeds to step S82. If it is not time for the second initial check, the process returns.

ステップS82では、第1貯水タンクWP2aの低水位センサDS5bからHi信号が出力されているか判断する。第1貯水タンクWP2aの低水位センサDS5bからHi信号が出力されていればステップS83の処理に進み、第1貯水タンクWP2aの低水位センサDS5bからHi信号が出力されていなければステップS90の処理に進む。ステップS90では、第1貯水タンクWP2aの低水位センサDS5bが異常であるものとして、フラグFを「1」とする。これは、上述したように部分酸化改質反応POXでの運転がある程度継続しており、通常であれば結露水が溜まっていると思われるほど時間が経過しているのにも拘らず、第1貯水タンクWP2aの低水位センサDS5bからHi信号が出力されないためである。   In step S82, it is determined whether a Hi signal is output from the low water level sensor DS5b of the first water storage tank WP2a. If the Hi signal is output from the low water level sensor DS5b of the first water storage tank WP2a, the process proceeds to step S83. If the Hi signal is not output from the low water level sensor DS5b of the first water storage tank WP2a, the process proceeds to step S90. move on. In step S90, the flag F is set to “1” on the assumption that the low water level sensor DS5b of the first water storage tank WP2a is abnormal. This is because the operation in the partial oxidation reforming reaction POX has continued to some extent as described above, and the time has passed although it is considered that condensed water is normally accumulated. This is because the Hi signal is not output from the low water level sensor DS5b of the one water storage tank WP2a.

ステップS83では、フラグFをリセット(フラグFが「1」になっている場合は「0」へ)する。ステップS83に続くステップS84では、第2イニシャルチェック開始後所定時間が経過したか判断する。第2イニシャルチェック開始後所定時間が経過していなければリターンし、第2イニシャルチェック開始後所定時間が経過していればステップS85の処理に進む。   In step S83, the flag F is reset (when the flag F is “1”, it is reset to “0”). In step S84 following step S83, it is determined whether a predetermined time has elapsed after the start of the second initial check. If the predetermined time has not elapsed since the start of the second initial check, the process returns. If the predetermined time has elapsed after the start of the second initial check, the process proceeds to step S85.

ステップS85では、純水ポンプ111を駆動し、第1貯水タンクWP2aから第2貯水タンクWP2bへと水を供給する。第1貯水タンクWP2aが満水になる前に第2貯水タンクWP2bに給水することで、早い段階で第1オートサーマル改質反応ATR1へと移行することができる。尚、第1貯水タンクWP2aの低水位センサDS5bに異常がある場合は、第1貯水タンクWP2aの高水位センサDS5aからHI信号が出力されるのを待って第2貯水タンクWP2bへと給水することもできる。ただし、第1貯水タンクWP2aに貯水されるのは結露水であるので、非常に時間がかかる。   In step S85, the pure water pump 111 is driven to supply water from the first water storage tank WP2a to the second water storage tank WP2b. By supplying water to the second water storage tank WP2b before the first water storage tank WP2a becomes full, it is possible to shift to the first autothermal reforming reaction ATR1 at an early stage. If there is an abnormality in the low water level sensor DS5b of the first water storage tank WP2a, the HI signal is output from the high water level sensor DS5a of the first water storage tank WP2a and water is supplied to the second water storage tank WP2b. You can also. However, since it is condensed water that is stored in the first water storage tank WP2a, it takes a very long time.

ステップS85に続くステップS86では、第2貯水タンクWP2bの低水位センサDS5dからHi信号が出力されるか判断する。第2貯水タンクWP2bの低水位センサDS5dからHi信号が出力されればステップS87の処理に進み、第2貯水タンクWP2bの低水位センサDS5dからHi信号が出力されなければステップS91の処理に進む。ステップS91では、所定時間が経過したか判断し、所定時間経過していればステップS92の処理に進み、所定時間経過していなければステップS85の処理に進む。   In step S86 following step S85, it is determined whether a Hi signal is output from the low water level sensor DS5d of the second water storage tank WP2b. If the Hi signal is output from the low water level sensor DS5d of the second water storage tank WP2b, the process proceeds to step S87. If the Hi signal is not output from the low water level sensor DS5d of the second water storage tank WP2b, the process proceeds to step S91. In step S91, it is determined whether a predetermined time has elapsed. If the predetermined time has elapsed, the process proceeds to step S92. If the predetermined time has not elapsed, the process proceeds to step S85.

ステップS87では、第2貯水タンクWP2bへの給水が完了したか判断する。第2貯水タンクWP2bへの給水が完了していなければステップS85の処理に進み、第2貯水タンクWP2bへの給水が完了していればステップS88の処理に進む。   In step S87, it is determined whether or not the water supply to the second water storage tank WP2b is completed. If the water supply to the 2nd water storage tank WP2b is not completed, it will progress to the process of step S85, and if the water supply to the 2nd water storage tank WP2b is completed, it will progress to the process of step S88.

ステップS88では、推定供給運転を許可し、フラグFを「OK」に設定する。第1貯水タンクWP2aの高水位センサDS5a及び第2貯水タンクWP2bの高水位センサDS5cに異常があるか否かは未確認であるものの、第2貯水タンクWP2bに水があることは確実だからである。   In step S88, the estimated supply operation is permitted and the flag F is set to “OK”. This is because although it has not been confirmed whether or not there is an abnormality in the high water level sensor DS5a of the first water storage tank WP2a and the high water level sensor DS5c of the second water storage tank WP2b, it is certain that there is water in the second water storage tank WP2b.

ステップ92では、フラグFが「1」であるか判断する。フラグFが「1」あればステップS94の処理に進み、フラグFが「1」でなければステップS88の処理に進む。   In step 92, it is determined whether the flag F is “1”. If the flag F is “1”, the process proceeds to step S94. If the flag F is not “1”, the process proceeds to step S88.

ステップS94では、水位センサ(高水位センサDS5a、低水位センサDS5b、高水位センサDS5c、低水位センサDS5d)の2個から3個が同時に故障しているものと判断し、水供給系に異常があるものとしてフラグFを「N」に設定する。   In step S94, it is determined that two to three of the water level sensors (high water level sensor DS5a, low water level sensor DS5b, high water level sensor DS5c, low water level sensor DS5d) have failed at the same time, and there is an abnormality in the water supply system. As a result, the flag F is set to “N”.

ステップS88及びステップS94に続くステップS89では、純水ポンプ111を停止し、処理を終了する。   In step S89 following step S88 and step S94, the pure water pump 111 is stopped and the process is terminated.

図8に戻って説明を続ける。ステップS66における第2イニシャルチェックを上述のように終了すると、ステップS67において、水供給系に問題が無いか、フラグFが「0」又は「OK」であるか判断する。水供給系に問題がなければステップS68の処理に進み、水供給系に問題があればステップS70の処理に進む。ステップS68では、第1オートサーマル改質反応ATR1への移行を許可して通常制御を実行する。   Returning to FIG. When the second initial check in step S66 is completed as described above, it is determined in step S67 whether there is no problem in the water supply system and whether the flag F is “0” or “OK”. If there is no problem in the water supply system, the process proceeds to step S68. If there is a problem in the water supply system, the process proceeds to step S70. In step S68, the transition to the first autothermal reforming reaction ATR1 is permitted and normal control is executed.

ステップS70では、異常判定中であるか判断する。異常判定中であればステップS71の処理に進み、異常判定中でなければステップS73の処理に進む。ステップS71では、第1オートサーマル改質反応ATR1への移行を保留する。ステップS71に続くステップS72では、燃料ガス及び発電用空気の供給量を低下させて処理を終了する。ステップS73では、異常停止処理を実行し、フラグFを「N」に設定して処理を終了する。
尚、貯水タンクWP2から改質器RFに水を供給する運転継続期間において継続チェックである第2イニシャルチェックとして水位センサに異常が発生していないか確認し、異常が発生している場合には推定供給制御を実行したが、運転開始期間においてイニシャルチェックとして水位センサに異常が発生していないか確認し、異常が発生している場合には推定供給制御を実行することも好ましい。
In step S70, it is determined whether abnormality determination is being performed. If the abnormality is being determined, the process proceeds to step S71. If the abnormality is not being determined, the process proceeds to step S73. In step S71, the transition to the first autothermal reforming reaction ATR1 is suspended. In step S72 following step S71, the supply amount of the fuel gas and power generation air is decreased and the process is terminated. In step S73, an abnormal stop process is executed, the flag F is set to “N”, and the process ends.
In addition, in the operation continuation period in which water is supplied from the water storage tank WP2 to the reformer RF, it is confirmed whether an abnormality has occurred in the water level sensor as a second initial check that is a continuation check. Although the estimated supply control is executed, it is also preferable to check whether an abnormality has occurred in the water level sensor as an initial check during the operation start period, and to execute the estimated supply control if an abnormality has occurred.

ADU:補器ユニット
AH1:ヒータ
AH2:ヒータ
AP:空気供給部
AP1:流量調整ユニット
AP2:電磁弁
ATR:オートサーマル改質反応
ATR1:オートサーマル改質反応
ATR2:オートサーマル改質反応
CB:制御ボックス
CE:燃料電池セル
COD:一酸化炭素検知器
CS:燃料電池システム制御部
CS1:操作装置
CS2:表示装置
CS3:報知装置
DS1:改質器温度センサ
DS2:スタック温度センサ
DS3:排気温度センサ
DS4:改質器内圧力センサ
DS5:水位センサ
DS6:水流量センサ
DS7:燃料流量センサ
DS8:改質空気流量センサ
DS9:発電空気流量センサ
DS10:電力状態検出部
DS11:貯湯状態検出センサ
DS12:一酸化炭素検出センサ
DS13:可燃ガス検出センサ
EP:電力取出部
EP1:電力取出ライン
FC:燃料電池
FC1:発電室
FC2:燃焼室
FCM:燃料電池モジュール
FCS:燃料電池システム
FP:燃料供給部
FP1:流量調整ユニット
FP2:脱硫器
FP4,FP5:ガス遮断弁
GD1,GD2:可燃ガス検知器
HW:温水製造装置
MV:混合部
POX:部分酸化改質反応
RF:改質器
RF1:改質部
RF2:蒸発部
SC:燃料電池システム制御部
SR:水蒸気改質反応
WP:水供給部
WP1:流量調整ユニット
WP2:貯水タンク
ADU: Auxiliary unit AH1: Heater AH2: Heater AP: Air supply part AP1: Flow rate adjusting unit AP2: Solenoid valve ATR: Autothermal reforming reaction ATR1: Autothermal reforming reaction ATR2: Autothermal reforming reaction CB: Control box CE: Fuel cell COD: Carbon monoxide detector CS: Fuel cell system controller CS1: Operating device CS2: Display device CS3: Notification device DS1: Reformer temperature sensor DS2: Stack temperature sensor DS3: Exhaust temperature sensor DS4: Reformer pressure sensor DS5: Water level sensor DS6: Water flow rate sensor DS7: Fuel flow rate sensor DS8: Reformed air flow rate sensor DS9: Power generation air flow rate sensor DS10: Power state detection unit DS11: Hot water storage state detection sensor DS12: Carbon monoxide Detection sensor DS13: Combustible gas detection sensor EP: Power extraction EP1: Power extraction line FC: Fuel cell FC1: Power generation chamber FC2: Combustion chamber FCM: Fuel cell module FCS: Fuel cell system FP: Fuel supply unit FP1: Flow rate adjustment unit FP2: Desulfurizers FP4, FP5: Gas shut-off valve GD1, GD2: Combustible gas detector HW: Hot water production apparatus MV: Mixing unit POX: Partial oxidation reforming reaction RF: Reformer RF1: Reforming unit RF2: Evaporating unit SC: Fuel cell system control unit SR: Steam reforming reaction WP : Water supply unit WP1: Flow rate adjustment unit WP2: Water storage tank

Claims (8)

固体電解質形の燃料電池セルを含む燃料電池システムであって、
前記燃料電池セルに供給する燃料ガスの水蒸気改質を行う改質器と、前記燃料電池セルを通過した燃料ガスを燃焼して排出される排出ガスと熱交換を行う熱交換器と、前記改質器に水を供給するための水供給手段と、前記水供給手段を制御する制御手段とを備え、
前記水供給手段は、
前記改質器に供給する水として前記熱交換器における結露水を貯水する貯水タンクと、
前記貯水タンクの水位を検出する水位検出手段と、
前記貯水タンクに貯水された水を前記改質器に圧送するポンプと、を有し、
前記制御手段は、
運転開始期間のイニシャルチェックとは別に、前記熱交換器への排出ガスの供給に合わせて、前記水位検出手段の異常有無を判断する異常判定処理を実行することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell system including a solid electrolyte fuel cell,
A reformer that performs steam reforming of the fuel gas supplied to the fuel battery cell; a heat exchanger that exchanges heat with the exhaust gas that is discharged by burning the fuel gas that has passed through the fuel battery cell; Water supply means for supplying water to the mass device, and control means for controlling the water supply means,
The water supply means
A water storage tank for storing dew condensation water in the heat exchanger as water to be supplied to the reformer;
Water level detecting means for detecting the water level of the water storage tank;
A pump for pumping water stored in the water storage tank to the reformer,
The control means includes
In addition to the initial check for the operation start period, an abnormality determination process for determining whether or not the water level detecting means is abnormal is executed in accordance with the supply of exhaust gas to the heat exchanger.
起動時において、前記改質器における改質反応を部分酸化改質反応から開始して、水を用いた改質反応へと遷移させるものであって、前記制御手段は、前記改質器において部分酸化改質反応を起こしている段階で前記異常判定処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。   At the time of start-up, the reforming reaction in the reformer is started from a partial oxidation reforming reaction and is changed to a reforming reaction using water, and the control means The fuel cell system according to claim 1, wherein the abnormality determination process is executed at a stage where an oxidation reforming reaction is occurring. 起動時において、前記改質器における改質反応を部分酸化改質反応から開始して、水を用いた改質反応へと遷移させるものであって、前記制御手段は、前記改質器において部分酸化反応を起こしている段階で前記異常判定処理を実行し、前記改質器温度が所定温度を上回っても前記水位検出手段が水位を検出しない場合には、前記水を用いた改質反応を前記改質器において起こさせないように制御することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。   At the time of start-up, the reforming reaction in the reformer is started from a partial oxidation reforming reaction and is changed to a reforming reaction using water, and the control means When the abnormality determination process is performed at the stage of causing the oxidation reaction, and the water level detection means does not detect the water level even when the reformer temperature exceeds a predetermined temperature, the reforming reaction using the water is performed. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is controlled so as not to be raised in the reformer. 起動時において、前記改質器における改質反応を部分酸化改質反応から開始して、水を用いた改質反応へと遷移させるものであって、
前記水供給手段は、前記改質器に供給する水を純水とするための逆浸透膜を有し、
前記貯水タンクは、前記逆浸透膜よりも上流側に配置されている第1タンクと、前記逆浸透膜よりも下流側である前記改質器側に配置されている第2タンクとによって構成され、
前記第1タンクに溜められた水を前記逆浸透膜を通して前記第2タンクに圧送する第1ポンプと、前記第2タンクに溜められた水を前記改質器に圧送する第2ポンプとが設けられており、
前記第1タンク及び前記第2タンクにはそれぞれ前記水位検出手段が設けられており、
前記制御手段は、
前記改質器において部分酸化改質反応を起こしている段階で前記異常判定処理を実行し、前記改質器温度が所定温度を上回っても前記第2タンクに設けられている前記水位検出手段が水位を検出しない場合には、前記第1ポンプを駆動して前記第2タンクへと水を強制的に供給することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
At the time of start-up, the reforming reaction in the reformer is started from a partial oxidation reforming reaction, and transitioned to a reforming reaction using water,
The water supply means has a reverse osmosis membrane for making the water supplied to the reformer pure water,
The water storage tank is constituted by a first tank disposed on the upstream side of the reverse osmosis membrane and a second tank disposed on the reformer side, which is downstream of the reverse osmosis membrane. ,
A first pump for pumping water stored in the first tank to the second tank through the reverse osmosis membrane; and a second pump for pumping water stored in the second tank to the reformer. And
Each of the first tank and the second tank is provided with the water level detection means,
The control means includes
The abnormality determination process is executed at a stage where the partial oxidation reforming reaction is occurring in the reformer, and the water level detecting means provided in the second tank is provided even if the reformer temperature exceeds a predetermined temperature. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein when the water level is not detected, the first pump is driven to forcibly supply water to the second tank.
前記制御手段は、前記水を用いた改質反応を前記改質器において起こさせないように制御するにあたって、前記改質器において前記部分酸化改質反応の温度が所定温度以上に上昇しないように温度抑制制御を実行することを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。   The control means controls the reforming reaction using the water so as not to occur in the reformer, so that the temperature of the partial oxidation reforming reaction does not rise above a predetermined temperature in the reformer. The fuel cell system according to claim 3, wherein suppression control is executed. 前記制御手段は、前記温度抑制制御を、前記改質器に供給する被改質ガスの供給量を抑制することで実行することを特徴とする請求項5に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 5, wherein the control unit executes the temperature suppression control by suppressing a supply amount of a gas to be reformed supplied to the reformer. 前記制御手段は、前記水位検出手段が水位を検出しない状態が所定時間以上継続した場合には、前記水位検出手段に異常が発生しているものとして異常処理制御を実行することを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。   The control means, when the state where the water level detection means does not detect the water level continues for a predetermined time or more, executes an abnormal process control on the assumption that an abnormality has occurred in the water level detection means. Item 4. The fuel cell system according to Item 3. 前記制御手段は、前記水位検出手段が水位を検出しない場合に前記燃料電池を構成する燃料電池セルの酸化を抑制する温度になるように制御すると共に、前記異常処理制御においては前記改質器への被改質ガスの供給量を低下させて冷却停止処理を実行することを特徴とする請求項7に記載の燃料電池システム。   The control means controls the temperature so as to suppress the oxidation of the fuel cells constituting the fuel cell when the water level detection means does not detect the water level, and to the reformer in the abnormal processing control. The fuel cell system according to claim 7, wherein a cooling stop process is executed by reducing a supply amount of the reformed gas.
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