JP2012218947A - Fuel reforming system, and method for controlling fuel reforming system - Google Patents

Fuel reforming system, and method for controlling fuel reforming system Download PDF

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孝年 増井
Junichi Kako
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel reforming system and a method for controlling the fuel reforming system, properly controlling the amount of steam.SOLUTION: The fuel reforming system includes: a reformer including an evaporation part in which reforming water is evaporated and a reforming part in which fuel gas is generated by the steam reforming reaction of raw fuel with reforming water evaporated in the evaporation part; and an S/C control part which controls the ratio S/C of the number of moles of steam to the number of moles of carbon in the raw fuel in the reformer, wherein the S/C control part changes a target value of the S/C in the same direction as at least one of directions increasing and decreasing the amount of fuel gas generation required for the reformer.

Description

本発明は、燃料改質システムおよび燃料改質システムの制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel reforming system and a control method for the fuel reforming system.

燃料電池等で消費される水素は、例えば、燃料改質システムにおいて生成される。燃料改質システムにおいては、改質器において炭化水素等の原燃料と改質水との水蒸気改質反応によって水素が生成される。水蒸気改質反応は化学反応のプロセスであるため、改質器に供給される改質水の供給量が不安定になると生成水素量が不安定化する。そこで、特許文献1は、改質用燃料供給量、一酸化炭素低減部の温度、および水蒸気の温度の少なくとも1つに基づいてスチームカーボン比制御指示値を導出する技術を開示している。   Hydrogen consumed in a fuel cell or the like is generated, for example, in a fuel reforming system. In a fuel reforming system, hydrogen is generated by a steam reforming reaction between a raw fuel such as hydrocarbon and reformed water in a reformer. Since the steam reforming reaction is a chemical reaction process, if the amount of reforming water supplied to the reformer becomes unstable, the amount of generated hydrogen becomes unstable. Therefore, Patent Document 1 discloses a technique for deriving a steam carbon ratio control instruction value based on at least one of the reforming fuel supply amount, the temperature of the carbon monoxide reduction unit, and the temperature of water vapor.

特開2006−273619号公報JP 2006-273619 A

しかしながら、特許文献1の技術では、発電電力過渡時の水蒸気生成応答遅れ等に起因して、水蒸気量の過不足が生じることがある。   However, in the technique of Patent Document 1, an excess or deficiency of the amount of water vapor may occur due to a water vapor generation response delay when the generated power is transient.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、改質器に供給される水蒸気量を適正に制御することができる燃料改質システムおよび燃料改質システムの制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel reforming system and a fuel reforming system control method capable of appropriately controlling the amount of steam supplied to the reformer. And

本発明に係る燃料改質システムは、改質水を気化させる気化部と原燃料と前記気化部で気化した改質水との水蒸気改質反応によって燃料ガスを生成する改質部とを備える改質器と、前記改質器における前記原燃料中の炭素のモル数に対する水蒸気のモル数の比S/Cを制御するS/C制御部と、を備え、前記S/C制御部は、前記改質器に要求される燃料ガス生成量の増減方向の少なくとも一方と同方向に、前記S/Cの狙い値を変化させることを特徴とするものである。本発明に係る燃料改質システムにおいては、水蒸気量過剰および/または水蒸気不足を抑制することができる。したがって、水蒸気量を適正に制御することができる。   A fuel reforming system according to the present invention includes a reforming unit that vaporizes reformed water, and a reforming unit that generates fuel gas by a steam reforming reaction between raw fuel and reformed water vaporized in the vaporizing unit. A S / C control unit that controls a ratio S / C of the number of moles of water vapor to the number of moles of carbon in the raw fuel in the reformer, and the S / C control unit includes the S / C control unit, The target value of the S / C is changed in the same direction as at least one of the increasing / decreasing directions of the fuel gas generation amount required for the reformer. In the fuel reforming system according to the present invention, it is possible to suppress an excessive amount of water vapor and / or a shortage of water vapor. Therefore, the amount of water vapor can be properly controlled.

前記S/C制御部は、前記改質器に要求される燃料ガス生成量の変動量が所定値を超えた場合に、前記改質器に要求される燃料ガス生成量の増減方向の少なくとも一方と同方向に前記S/Cを変化させてもよい。この場合、要求される燃料ガス生成量の変動量が大きい場合にS/Cが制御される。   The S / C control unit is configured to increase or decrease the amount of fuel gas generation required for the reformer when the amount of change in the amount of fuel gas generation required for the reformer exceeds a predetermined value. The S / C may be changed in the same direction. In this case, the S / C is controlled when the required fluctuation amount of the fuel gas generation amount is large.

前記改質器におけるガス圧力を検出する圧力センサをさらに備え、前記S/C制御部は、前記改質器に要求される燃料ガス生成量の変動量が前記所定値以下でありかつ前記圧力センサが検出するガス圧力の変動量がしきい値を超えた場合に、前記改質器に供給される改質水流量および前記改質器に供給される原燃料流量の少なくともいずれか一方を周期的に変動させてもよい。この場合、改質水の突沸頻度を抑制することができる。前記S/C制御部は、前記圧力センサが検出するガス圧力の変動量が前記しきい値以下になった場合に、前記周期的な変動を停止してもよい。   The pressure sensor further detects a gas pressure in the reformer, and the S / C control unit has a fluctuation amount of a fuel gas generation amount required for the reformer being equal to or less than the predetermined value and the pressure sensor When the fluctuation amount of the gas pressure detected by the engine exceeds a threshold value, at least one of the reforming water flow rate supplied to the reformer and the raw fuel flow rate supplied to the reformer is periodically It may be varied. In this case, the bumping frequency of the reformed water can be suppressed. The S / C control unit may stop the periodic fluctuation when the fluctuation amount of the gas pressure detected by the pressure sensor becomes equal to or less than the threshold value.

前記改質器におけるガス圧力を検出する圧力センサと、前記改質器内の圧力を低減させる圧力低減手段と、をさらに備え、前記圧力低減手段は、前記改質器に要求される燃料ガス生成量の変動量が前記所定量以下でありかつ前記圧力センサが検出するガス圧力の変動量がしきい値を超えた場合に、前記改質器内の圧力を周期的に変動させてもよい。この場合、改質水の突沸頻度を抑制することができる。前記圧力低減手段は、前記圧力センサが検出するガス圧力の変動量が前記しきい値以下になった場合に、前記周期的な変動を停止してもよい。   A pressure sensor for detecting a gas pressure in the reformer; and a pressure reducing means for reducing the pressure in the reformer, wherein the pressure reducing means generates fuel gas required for the reformer. When the amount of change in the amount is equal to or less than the predetermined amount and the amount of change in the gas pressure detected by the pressure sensor exceeds a threshold value, the pressure in the reformer may be periodically changed. In this case, the bumping frequency of the reformed water can be suppressed. The pressure reducing means may stop the periodic fluctuation when the fluctuation amount of the gas pressure detected by the pressure sensor becomes equal to or less than the threshold value.

前記ガス圧力の変動量は、前記圧力センサが検出するガス圧力の標準偏差であってもよい。前記S/C制御部は、前記S/Cを変化させた場合、所定時間経過後または前記S/C変化量が所定量に到達した際に、前記S/Cの狙い値を元の値に戻してもよい。前記燃料ガスを用いて発電する燃料電池をさらに備え、前記改質器に要求される燃料ガス生成量は、前記燃料電池に要求される発電量と相関してもよい。前記燃料電池は、固体酸化物型燃料電池であってもよい。前記燃料電池のオフガスを燃焼させることによって得た熱を前記気化部に与える燃焼室をさらに備えていてもよい。   The variation amount of the gas pressure may be a standard deviation of the gas pressure detected by the pressure sensor. When the S / C is changed, the S / C control unit sets the target value of the S / C to the original value after a predetermined time has elapsed or when the S / C change amount reaches a predetermined amount. You may return. A fuel cell that generates power using the fuel gas may be further provided, and a fuel gas generation amount required for the reformer may be correlated with a power generation amount required for the fuel cell. The fuel cell may be a solid oxide fuel cell. You may further provide the combustion chamber which gives the heat | fever obtained by burning the off gas of the said fuel cell to the said vaporization part.

本発明に係る燃料改質システムの制御方法は、改質水を気化させる気化部と原燃料と前記気化部で気化した改質水との水蒸気改質反応によって燃料ガスを生成する改質部とを備える改質器を備える燃料改質システムにおいて、前記改質器に要求される燃料ガス生成量の増減方向の少なくとも一方と同方向に、前記改質器における前記原燃料中の炭素のモル数に対する水蒸気のモル数の比S/Cの狙い値を変化させるS/C制御ステップを含むことを特徴とするものである。本発明に係る燃料改質システムの制御方法においては、水蒸気量過剰および/または水蒸気不足を抑制することができる。したがって、水蒸気量を適正に制御することができる。   A control method for a fuel reforming system according to the present invention includes: a vaporization unit that vaporizes reformed water; a reforming unit that generates fuel gas by a steam reforming reaction between raw fuel and reformed water vaporized in the vaporization unit; The number of moles of carbon in the raw fuel in the reformer in the same direction as at least one of the increasing and decreasing directions of the amount of fuel gas generation required for the reformer It includes an S / C control step for changing a target value of the ratio S / C of the number of moles of water vapor relative to the water vapor. In the control method of the fuel reforming system according to the present invention, it is possible to suppress an excessive amount of water vapor and / or a shortage of water vapor. Therefore, the amount of water vapor can be properly controlled.

本発明によれば、改質器に供給される水蒸気量を適正に制御することができる燃料改質システムおよび燃料改質システムの制御方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the control method of the fuel reforming system and fuel reforming system which can control appropriately the amount of water vapor | steam supplied to a reformer can be provided.

実施例1に係る燃料改質システムを含む燃料電池システムの全体構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a fuel cell system including a fuel reforming system according to Embodiment 1. FIG. 燃料電池の断面を含む部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view containing the cross section of a fuel cell. アノード圧力と改質水流量との関係を示す図であり、アノード圧力と改質水流量との関係をプロットしたグラフである。It is a figure which shows the relationship between an anode pressure and a reforming water flow rate, and is the graph which plotted the relationship between an anode pressure and a reforming water flow rate. 発電電力が変化する際の、S/C比の変化の実験結果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the experimental result of the change of S / C ratio when generated electric power changes. 燃料電池に要求される要求発電電力が変動する場合にS/C比を制御する際に実行されるフローチャートの一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the flowchart performed when controlling a S / C ratio when the request | required generated electric power requested | required of a fuel cell fluctuates. 一般電気負荷の要求電力と、燃料電池に対する要求発電電力との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the request | requirement electric power of a general electrical load, and the request | requirement generated electric power with respect to a fuel cell. 燃焼室における燃焼熱量を一定に保った状態で改質水供給量を徐増させた場合のアノード圧力の推移を示す図である。It is a figure which shows transition of the anode pressure at the time of making the reforming water supply amount increase gradually in the state which kept the combustion heat quantity in a combustion chamber constant. 液水の沸騰曲線を示す図である。It is a figure which shows the boiling curve of liquid water. 沸騰曲線の圧力に応じたシフトについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the shift according to the pressure of the boiling curve. 突沸抑制制御を表すフローチャートの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the flowchart showing bump boiling suppression control.

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

図1は、実施例1に係る燃料改質システムを含む燃料電池システム100の全体構成を示すブロック図である。図1に示すように、燃料電池システム100は、系統連系装置110、制御部120、および燃料電池装置130を備える。   FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a fuel cell system 100 including a fuel reforming system according to a first embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 100 includes a grid interconnection device 110, a control unit 120, and a fuel cell device 130.

系統連系装置110は、燃料電池装置130と一般電気負荷200との間の電気的接続および切断を切り替える装置である。一般電気負荷200は、系統電源および/または燃料電池装置130から電力供給を受ける。系統電源は、各家庭に供給される家庭用電源等であり、店舗、工場等に供給される業務用電源等であってもよい。一般電気負荷200は、各家庭、店舗、工場等における電気負荷である。燃料電池装置130と一般電気負荷200とが接続される際には、系統連系装置110は、内蔵されたインバータで燃料電池装置130の発電電力を交流電力に変換して一般電気負荷200に供給する。   The grid interconnection device 110 is a device that switches electrical connection and disconnection between the fuel cell device 130 and the general electric load 200. The general electric load 200 is supplied with power from the system power supply and / or the fuel cell device 130. The system power source is a household power source or the like supplied to each home, and may be a business power source or the like supplied to a store, a factory, or the like. The general electric load 200 is an electric load in each home, store, factory, or the like. When the fuel cell device 130 and the general electric load 200 are connected, the grid interconnection device 110 converts the power generated by the fuel cell device 130 into alternating current power and supplies it to the general electric load 200 with a built-in inverter. To do.

制御部120は、燃料電池装置130を制御する装置であり、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)等から構成される。制御部120は、一般電気負荷200の要求電力から、燃料電池装置130に対する要求発電電力P_reqを求め、燃料電池装置130に要求する発電電力指示値P_fcを求める。なお、要求発電電力P_reqには燃料電池装置130の各補機の消費電力と系統連系装置110のインバータロスとが考慮されるため、要求発電電力P_reqは一般電気負荷200の要求電力よりも大きくなる。制御部120は、発電電力指示値P_fcに基づいて、燃料電池装置130の各部を制御する。詳細は後述する。   The control unit 120 is a device that controls the fuel cell device 130, and includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The control unit 120 obtains the required generated power P_req for the fuel cell device 130 from the required power of the general electric load 200, and obtains the generated power command value P_fc required for the fuel cell device 130. The required generated power P_req is larger than the required power of the general electric load 200 because the power consumption of each auxiliary machine of the fuel cell device 130 and the inverter loss of the grid interconnection device 110 are considered in the required generated power P_req. Become. The control unit 120 controls each unit of the fuel cell device 130 based on the generated power instruction value P_fc. Details will be described later.

燃料電池装置130は、原燃料供給部10、改質水供給部20、酸化剤ガス供給部30、改質器40、燃焼室50、燃料電池60、熱交換器70、凝縮水タンク80、排気吸引ポンプ90、および圧力センサ91を備える。   The fuel cell apparatus 130 includes a raw fuel supply unit 10, a reformed water supply unit 20, an oxidant gas supply unit 30, a reformer 40, a combustion chamber 50, a fuel cell 60, a heat exchanger 70, a condensed water tank 80, an exhaust gas. A suction pump 90 and a pressure sensor 91 are provided.

原燃料供給部10は、炭化水素等の原燃料を改質器40に供給するための原燃料ポンプ11、原燃料中の硫黄成分を除去する脱硫器12等を含む。炭化水素の一例として、都市ガスを用いることができる。改質水供給部20は、改質器40における水蒸気改質反応に必要な改質水を貯蔵する改質水タンク21、凝縮水タンク80から必要な改質水を改質水タンク21に供給するためのポンプ22、改質水タンク21に貯蔵された改質水を改質器40に供給するための流量調節器23等を含む。酸化剤ガス供給部30は、燃料電池60のカソード61にエア等の酸化剤ガスを供給するためのエアポンプ等を含む。改質器40は、改質水を気化させるための気化部41、および、水蒸気改質反応によって燃料ガスを生成するための改質部42を含む。燃料電池60は、カソード61とアノード62とによって電解質63が挟持された構造を有する。なお、図1では酸化剤ガス供給部30および排気吸引ポンプ90の両方が記載されているが、いずれか一方のみが設けられていてもよい。例えば、酸化剤ガス供給部30のみを設けることによって、酸化剤ガスの圧送方式を実現することができる。また、排気吸引ポンプ90のみを設けることによって、酸化剤ガスの吸引方式を実現することができる。   The raw fuel supply unit 10 includes a raw fuel pump 11 for supplying raw fuel such as hydrocarbons to the reformer 40, a desulfurizer 12 for removing sulfur components in the raw fuel, and the like. As an example of the hydrocarbon, city gas can be used. The reforming water supply unit 20 supplies the reforming water tank 21 for storing the reforming water necessary for the steam reforming reaction in the reformer 40 and the necessary reforming water from the condensed water tank 80 to the reforming water tank 21. And a flow rate regulator 23 for supplying the reforming water stored in the reforming water tank 21 to the reformer 40. The oxidant gas supply unit 30 includes an air pump for supplying an oxidant gas such as air to the cathode 61 of the fuel cell 60. The reformer 40 includes a vaporization unit 41 for vaporizing the reformed water and a reforming unit 42 for generating fuel gas by a steam reforming reaction. The fuel cell 60 has a structure in which an electrolyte 63 is sandwiched between a cathode 61 and an anode 62. In FIG. 1, both the oxidant gas supply unit 30 and the exhaust suction pump 90 are shown, but only one of them may be provided. For example, by providing only the oxidant gas supply unit 30, it is possible to realize a oxidant gas pressure feeding system. In addition, by providing only the exhaust suction pump 90, an oxidant gas suction system can be realized.

図2は、燃料電池60の断面を含む部分斜視図である。図2に示すように、燃料電池60は、平板柱状の全体形状を有する。ガス透過性を有する導電性支持体31の内部に、軸方向(長手方向)に沿って貫通する複数の燃料ガス通路32が形成されている。導電性支持体31の外周面における一方の平面上に、燃料極33、固体電解質34、および酸素極35がこの順に積層されている。酸素極35に対向する他方の平面上には、接合層36を介してインターコネクタ37が設けられ、その上に接触抵抗低減用のP型半導体層38が設けられている。燃料極33が図1のアノード62として機能し、酸素極35が図1のカソード61として機能し、固体電解質34が図1の電解質63として機能する。なお、燃料電池60は、図2に示す単セルが複数積層されたスタック構造を有していてもよい。   FIG. 2 is a partial perspective view including a cross section of the fuel cell 60. As shown in FIG. 2, the fuel cell 60 has a flat plate-like overall shape. A plurality of fuel gas passages 32 penetrating along the axial direction (longitudinal direction) are formed in the conductive support 31 having gas permeability. A fuel electrode 33, a solid electrolyte 34, and an oxygen electrode 35 are laminated in this order on one plane on the outer peripheral surface of the conductive support 31. On the other plane facing the oxygen electrode 35, an interconnector 37 is provided via a bonding layer 36, and a P-type semiconductor layer 38 for reducing contact resistance is provided thereon. The fuel electrode 33 functions as the anode 62 in FIG. 1, the oxygen electrode 35 functions as the cathode 61 in FIG. 1, and the solid electrolyte 34 functions as the electrolyte 63 in FIG. The fuel cell 60 may have a stack structure in which a plurality of single cells shown in FIG. 2 are stacked.

燃料ガス通路32に水素を含む改質ガスが供給されることによって、燃料極33に水素が供給される。一方、燃料電池60の周囲に酸素を含む酸化剤ガスが供給されることによって、酸素極35に酸素が供給される。それにより、酸素極35及び燃料極33において下記の電極反応が生じることによって発電が行われる。発電反応は、例えば、600℃〜1000℃で行われる。
酸素極:1/2O+2e→O2−(固体電解質)
燃料極:O2−(固体電解質)+H→HO+2e
By supplying the reformed gas containing hydrogen to the fuel gas passage 32, hydrogen is supplied to the fuel electrode 33. On the other hand, oxygen is supplied to the oxygen electrode 35 by supplying an oxidant gas containing oxygen around the fuel cell 60. As a result, the following electrode reactions occur at the oxygen electrode 35 and the fuel electrode 33 to generate power. The power generation reaction is performed at 600 ° C. to 1000 ° C., for example.
Oxygen electrode: 1 / 2O 2 + 2e → O 2− (solid electrolyte)
Fuel electrode: O 2− (solid electrolyte) + H 2 → H 2 O + 2e

酸素極35の材料は、耐酸化性を有し、気体の酸素が固体電解質34との界面に到達できるように多孔質である。固体電解質34は、酸素極35から燃料極33へ酸素イオンO2−を移動させる機能を有する。固体電解質34は、酸素イオン導電性酸化物によって構成される。また、固体電解質34は、燃料ガスと酸化剤ガスとを物理的に隔離するため、酸化/還元雰囲気中において安定でありかつ緻密質である。燃料極33は、還元雰囲気中で安定でありかつ水素との親和性を有する材料によって構成される。インターコネクタ37は、燃料電池60同士を電気的に直列に接続するために設けられており、燃料ガスと酸化剤ガスとを物理的に隔離するために緻密質である。 The material of the oxygen electrode 35 has oxidation resistance and is porous so that gaseous oxygen can reach the interface with the solid electrolyte 34. The solid electrolyte 34 has a function of moving oxygen ions O 2− from the oxygen electrode 35 to the fuel electrode 33. The solid electrolyte 34 is composed of an oxygen ion conductive oxide. Further, since the solid electrolyte 34 physically separates the fuel gas and the oxidant gas, the solid electrolyte 34 is stable and dense in the oxidizing / reducing atmosphere. The fuel electrode 33 is made of a material that is stable in a reducing atmosphere and has an affinity for hydrogen. The interconnector 37 is provided to electrically connect the fuel cells 60 in series, and is dense to physically separate the fuel gas and the oxidant gas.

例えば、酸素極35は、電子およびイオンの双方の導電性が高いランタンコバルタイト系のペロブスカイト型複合酸化物等から形成される。固体電解質34は、イオン導電性の高いYを含有するZrO(YSZ)等によって形成される。燃料極33は、電子導電性の高いNiとYを含有するZrO(YSZ)との混合物等によって形成される。インターコネクタ37は、電子導電性の高い、アルカリ土類酸化物を固溶したLaCrO等によって形成される。これらの材料は、熱膨張率が近いものが好適である。 For example, the oxygen electrode 35 is formed of a lanthanum cobaltite-based perovskite complex oxide having high conductivity of both electrons and ions. The solid electrolyte 34 is formed of ZrO 2 (YSZ) containing Y 2 O 3 having high ion conductivity. The fuel electrode 33 is formed of a mixture of Ni having high electronic conductivity and ZrO 2 (YSZ) containing Y 2 O 3 . The interconnector 37 is made of LaCrO 3 or the like having a high electronic conductivity and solid-dissolved alkaline earth oxide. These materials are preferably close in thermal expansion coefficient.

続いて、図1を参照しつつ、燃料電池装置130の発電時の動作の概要を説明する。原燃料ポンプ11は、制御部120の指示に従って必要量の原燃料ガスを改質器40に供給する。この場合、脱硫器12によって、原燃料ガス中の硫黄成分が除去される。   Next, an outline of the operation of the fuel cell device 130 during power generation will be described with reference to FIG. The raw fuel pump 11 supplies a required amount of raw fuel gas to the reformer 40 in accordance with instructions from the control unit 120. In this case, the sulfur component in the raw fuel gas is removed by the desulfurizer 12.

流量調節器23は、制御部120の指示に従って必要量の改質水を改質器40に供給する。改質器40に供給された改質水は、気化部41において燃焼室50から受け取った熱によって蒸発気化し、改質部42に供給される。改質部42においては、燃焼室50から受け取った熱を用いて、水蒸気と原燃料ガスとの間で水蒸気改質反応が生じる。それにより、水素を含有する燃料ガスが生成される。改質器40において生成された燃料ガスは、燃料電池60のアノード62に供給される。酸化剤ガス供給部30は、制御部120の指示に従って必要量の酸化剤ガスを燃料電池60のカソード61に供給する。それにより、燃料電池60において発電が行われる。   The flow controller 23 supplies a required amount of reforming water to the reformer 40 in accordance with instructions from the control unit 120. The reforming water supplied to the reformer 40 is evaporated by the heat received from the combustion chamber 50 in the vaporization unit 41 and supplied to the reforming unit 42. In the reforming unit 42, a steam reforming reaction occurs between the steam and the raw fuel gas using the heat received from the combustion chamber 50. Thereby, fuel gas containing hydrogen is generated. The fuel gas generated in the reformer 40 is supplied to the anode 62 of the fuel cell 60. The oxidant gas supply unit 30 supplies a required amount of oxidant gas to the cathode 61 of the fuel cell 60 in accordance with instructions from the control unit 120. Thereby, power generation is performed in the fuel cell 60.

カソード61から排出された酸化剤オフガスおよびアノード62から排出された燃料オフガスは、燃焼室50に流入する。燃焼室50においては、燃料オフガスの可燃成分が酸化剤オフガス中の酸素によって燃焼する。燃焼によって得られた熱は、改質器40および燃料電池60に与えられる。このように、燃料電池装置130においては、燃料オフガス中に含まれる水素、一酸化炭素等の可燃成分を燃焼室50において燃焼させることができる。   The oxidant off-gas discharged from the cathode 61 and the fuel off-gas discharged from the anode 62 flow into the combustion chamber 50. In the combustion chamber 50, combustible components of the fuel off-gas are burned by oxygen in the oxidant off-gas. The heat obtained by the combustion is given to the reformer 40 and the fuel cell 60. As described above, in the fuel cell device 130, combustible components such as hydrogen and carbon monoxide contained in the fuel off-gas can be burned in the combustion chamber 50.

熱交換器70は、燃焼室50から排出された排気ガスと熱交換器70内を流れる水道水との間で熱交換する。熱交換によって排気ガスから得られた凝縮水は、凝縮水タンク80に貯蔵される。熱交換によって加熱された水道水は、温水として貯湯槽に貯留される。ポンプ22は、制御部120の指示に従って、凝縮水タンク80に貯留された凝縮水を改質水タンク21に供給する。排気吸引ポンプ90は、制御部120の指示に従って、排気ガスを排気する。圧力センサ91は、改質器40内のガス圧力(以下、アノード圧力ともいう)を検出し、検出されたアノード圧力を制御部120に送信する。圧力センサ91は、流量調節器23からアノード62までの配管のいずれの箇所に設けられていてもよい。制御部120は、圧力センサ91から受け取ったアノード圧力に基づいて改質部42に供給されている改質水流量を算出する。   The heat exchanger 70 exchanges heat between the exhaust gas discharged from the combustion chamber 50 and tap water flowing in the heat exchanger 70. Condensed water obtained from the exhaust gas by heat exchange is stored in a condensed water tank 80. The tap water heated by heat exchange is stored in a hot water tank as hot water. The pump 22 supplies the condensed water stored in the condensed water tank 80 to the reformed water tank 21 in accordance with an instruction from the control unit 120. The exhaust suction pump 90 exhausts exhaust gas in accordance with instructions from the control unit 120. The pressure sensor 91 detects a gas pressure in the reformer 40 (hereinafter also referred to as an anode pressure), and transmits the detected anode pressure to the control unit 120. The pressure sensor 91 may be provided at any location on the pipe from the flow controller 23 to the anode 62. The control unit 120 calculates the flow rate of reforming water supplied to the reforming unit 42 based on the anode pressure received from the pressure sensor 91.

ここで、アノード圧力と改質水流量との関係について説明する。図3は、アノード圧力と改質水流量との関係を示す図であり、アノード圧力と改質水流量との関係をプロットしたグラフである。図3において、白抜きで描かれた領域は白のプロットが重なった領域であり、過渡発電領域である。黒塗りのプロットで描かれた領域は、定常発電領域である。図3において、横軸はアノード圧力を示し、縦軸は改質水流量を示す。図3を参照して、改質水流量は、アノード圧力と線形の関係にある。したがって、アノード圧力に基づいて、改質部42に供給されている改質水流量を推定することができる。この場合、水蒸気流量計等の高価は機器を用いなくてもよい。それにより、コストを抑制することができる。   Here, the relationship between the anode pressure and the reforming water flow rate will be described. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the anode pressure and the reforming water flow rate, and is a graph plotting the relationship between the anode pressure and the reforming water flow rate. In FIG. 3, a white area is an area where white plots are overlapped and is a transient power generation area. A region drawn with a black plot is a steady power generation region. In FIG. 3, the horizontal axis represents the anode pressure, and the vertical axis represents the reforming water flow rate. Referring to FIG. 3, the reforming water flow rate has a linear relationship with the anode pressure. Therefore, the flow rate of reforming water supplied to the reforming unit 42 can be estimated based on the anode pressure. In this case, expensive equipment such as a steam flow meter may not be used. Thereby, cost can be suppressed.

次に、改質部42におけるS/C比について説明する。S/C比とは、改質部42に供給される原燃料中の炭素のモル数に対する水蒸気のモル数の比である。したがって、S/C比が高い場合には、改質部42に供給される水蒸気が原燃料に対して多くなり、S/C比が低い場合には、改質部42に供給される水蒸気が原燃料に対して少なくなる。   Next, the S / C ratio in the reforming unit 42 will be described. The S / C ratio is the ratio of the number of moles of water vapor to the number of moles of carbon in the raw fuel supplied to the reforming unit 42. Therefore, when the S / C ratio is high, the steam supplied to the reforming unit 42 is larger than the raw fuel, and when the S / C ratio is low, the steam supplied to the reforming unit 42 is Less than raw fuel.

S/C比が過小となると、原燃料中の炭素が改質部42の改質触媒、アノード62の構成成分(例えばニッケル)と反応する。改質触媒が炭素と反応すると、改質触媒の触媒としての機能が低下する。それにより、改質部42の改質効率が低下する。また、炭素とアノード62の構成成分とが反応すると、例えばNiCが生成され、アノード62が膨張する。この場合、燃料電池60に亀裂が生じて燃料ガスがリークするおそれがある。それにより、燃料電池60の発電性能が低下する。   When the S / C ratio is too small, the carbon in the raw fuel reacts with the reforming catalyst of the reforming section 42 and the constituent component of the anode 62 (for example, nickel). When the reforming catalyst reacts with carbon, the function of the reforming catalyst as a catalyst decreases. Thereby, the reforming efficiency of the reforming unit 42 is reduced. Moreover, when carbon and the structural component of the anode 62 react, for example, NiC will be produced | generated and the anode 62 will expand. In this case, the fuel cell 60 may be cracked and the fuel gas may leak. Thereby, the power generation performance of the fuel cell 60 decreases.

一方で、S/C比が過大となると、過剰水蒸気がアノード62の水素経路を閉塞する。この場合、アノード62の三相界面において水素が不足するとともに、酸素が過剰となる。それにより、アノード62の構成成分(例えばニッケル)が酸素と反応することによって酸化物が生成され、アノード62の電子伝導機能が低下する。また、該酸化物の生成に伴ってアノード62が膨張する。該酸化物が水素によって還元されると、アノード62が収縮する。この膨張および収縮が繰り返されることによって、燃料電池60に亀裂が生じて燃料ガスがリークするおそれがある。それにより、燃料電池60の発電性能が低下する。   On the other hand, when the S / C ratio becomes excessive, excess water vapor blocks the hydrogen path of the anode 62. In this case, hydrogen becomes insufficient and oxygen becomes excessive at the three-phase interface of the anode 62. Thereby, an oxide is produced | generated when the structural component (for example, nickel) of the anode 62 reacts with oxygen, and the electronic conductivity function of the anode 62 falls. Further, the anode 62 expands as the oxide is generated. As the oxide is reduced by hydrogen, the anode 62 contracts. By repeating this expansion and contraction, the fuel cell 60 may be cracked and the fuel gas may leak. Thereby, the power generation performance of the fuel cell 60 decreases.

以上のことから、S/C比は、適正範囲に制御されることが好ましい。ところで、上記の燃料電池装置130においては、水蒸気改質反応に用いる水蒸気として、改質水タンク21の改質水を気化部41において気化させたものを用いている。改質器40に所望量の燃料ガスを発生させるためには、改質器40に要求される燃料ガス生成量に見合った水蒸気量が必要であり、この水蒸気量を生成するための熱量が必要である。必要量の水蒸気量を生成するために上記のような複数段の工程が必要となるため、水蒸気生成の際の応答遅れは、原燃料供給および酸化剤ガス供給に比べて大きくなる。以上のことから、改質器40に要求される燃料ガス生成量が増加する際には、水蒸気量が不足してS/C比が過小となる傾向があり、改質器40に要求される燃料ガス生成量が低下する際には、水蒸気量が過剰となってS/C比が過大となる傾向がある。なお、改質器40に要求される燃料ガス生成量は、燃料電池60に要求される要求発電電力と相関する。すなわち、改質器40に要求される燃料ガス生成量は、燃料電池60に要求される要求発電電力によって決定される。   From the above, the S / C ratio is preferably controlled within an appropriate range. By the way, in the fuel cell device 130 described above, steam obtained by vaporizing the reforming water in the reforming water tank 21 in the vaporizing section 41 is used as the steam used for the steam reforming reaction. In order to generate the desired amount of fuel gas in the reformer 40, the amount of water vapor corresponding to the amount of fuel gas required for the reformer 40 is required, and the amount of heat required to generate this amount of water vapor is required. It is. In order to generate the required amount of water vapor, a plurality of steps as described above are required. Therefore, the response delay during the water vapor generation is larger than that of the raw fuel supply and the oxidant gas supply. From the above, when the amount of fuel gas generation required for the reformer 40 increases, the amount of water vapor is insufficient and the S / C ratio tends to be excessively low, which is required for the reformer 40. When the amount of fuel gas generated decreases, the amount of water vapor tends to be excessive and the S / C ratio tends to be excessive. The fuel gas generation amount required for the reformer 40 correlates with the required generated power required for the fuel cell 60. That is, the amount of fuel gas generation required for the reformer 40 is determined by the required generated power required for the fuel cell 60.

図4は、発電電力が変化する際の、S/C比の変化の実験結果を説明するための図である。図4において、横軸は経過時間を示し、縦軸は燃料電池60の発電電力および改質部42におけるS/C比を示す。なお、図中において、S/C制御狙い値と、過剰S/C兆候判定値と、過小S/C兆候判定値とが示されている。過剰S/C兆候判定値は、S/C比が過剰となっているか否かを判定するためのしきい値である。過小S/C兆候判定値は、S/C比が過小となっているか否かを判定するためのしきい値である。図中のS/Cは、原燃料ポンプ11の制御値と圧力センサ91の検出値とか推定したものである。   FIG. 4 is a diagram for explaining an experimental result of a change in the S / C ratio when the generated power changes. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the elapsed time, and the vertical axis indicates the generated power of the fuel cell 60 and the S / C ratio in the reforming unit 42. In the figure, an S / C control target value, an excessive S / C sign determination value, and an under S / C sign determination value are shown. The excessive S / C sign determination value is a threshold value for determining whether or not the S / C ratio is excessive. The excessively small S / C sign determination value is a threshold value for determining whether or not the S / C ratio is excessively small. S / C in the figure is an estimate of the control value of the raw fuel pump 11 and the detection value of the pressure sensor 91.

図4を参照して、発電電力が急激に増加すると、S/C比は過小S/C兆候判定値を下回るようになる。発電電力の変化率が小さくなると、S/C比は過剰S/C兆候判定値と過小S/C兆候判定値との間の範囲内の値となる。発電電力が急激に低下すると、S/C比は過大S/C兆候判定値を上回るようになる。以上のように、実験結果においても、要求発電電力が増加する際にS/C比が過小となり、要求発電電力が低下する際にはS/C比が過大となることが確認された。   Referring to FIG. 4, when the generated power increases rapidly, the S / C ratio becomes lower than the under S / C sign determination value. When the rate of change in the generated power decreases, the S / C ratio becomes a value within the range between the excessive S / C sign determination value and the under S / C sign determination value. When the generated power is rapidly reduced, the S / C ratio exceeds the excessive S / C sign determination value. As described above, also in the experimental results, it was confirmed that the S / C ratio becomes excessive when the required generated power increases, and the S / C ratio becomes excessive when the required generated power decreases.

そこで、本実施例においては、燃料電池60に要求される要求発電電力の増減方向の少なくとも一方と同方向に、S/C制御狙い値(目標値)を変化させる。それにより、水蒸気量を適正に制御することができる。例えば、燃料電池60に要求される要求発電電力が増加する場合には、S/C制御狙い値を増加させる。それにより、水蒸気量の応答遅れが抑制され、水蒸気が不足することを抑制することができる。また、燃料電池装置130に要求される要求発電電力が減少する場合には、S/C制御狙い値を減少させる。それにより、水蒸気量の応答遅れが抑制され、水蒸気が過剰になることを抑制することができる。   Therefore, in this embodiment, the S / C control target value (target value) is changed in the same direction as at least one of the increasing / decreasing directions of the required generated power required for the fuel cell 60. Thereby, the amount of water vapor can be controlled appropriately. For example, when the required generated power required for the fuel cell 60 increases, the S / C control target value is increased. Thereby, the response delay of the amount of water vapor | steam is suppressed, and it can suppress that water vapor | steam runs short. When the required generated power required for the fuel cell device 130 decreases, the target value for S / C control is decreased. Thereby, the response delay of the amount of water vapor is suppressed, and it is possible to suppress the water vapor from becoming excessive.

なお、燃料電池装置130に要求される要求発電電力の増減方向の両方に合わせて、S/C制御狙い値を増減させてもよい。この場合には、要求発電電力が増減方向にいずれに変動しても、水蒸気量を適正に制御することができる。S/C比は、流量調節器23による改質水供給量および原燃料ポンプ11による原燃料供給量の少なくとも一方を制御することによって制御することができる。したがって、本実施例においては、制御部120、原燃料ポンプ11および流量調節器23がS/C制御部として機能する。ただし、水蒸気の過不足抑制の観点から、流量調節器23による改質水供給量を制御することによってS/C比を制御することが好ましい。   Note that the S / C control target value may be increased or decreased in accordance with both the increase and decrease directions of the required generated power required for the fuel cell device 130. In this case, the amount of water vapor can be appropriately controlled regardless of which required power generation varies in the increase / decrease direction. The S / C ratio can be controlled by controlling at least one of the reforming water supply amount by the flow rate regulator 23 and the raw fuel supply amount by the raw fuel pump 11. Therefore, in this embodiment, the control unit 120, the raw fuel pump 11 and the flow rate regulator 23 function as an S / C control unit. However, it is preferable to control the S / C ratio by controlling the amount of reforming water supplied by the flow rate regulator 23 from the viewpoint of suppressing excess / deficiency of water vapor.

図5(a)は、燃料電池60に要求される要求発電電力が変動する場合にS/C比を制御する際に実行されるフローチャートの一例を説明するための図である。図5(a)のフローチャートは、周期的に実行され、例えば1秒ごとに実行される。図5(a)を参照して、まず。制御部120は、一般電気負荷200の要求電力から、燃料電池60に対する要求発電電力P_reqを求める(ステップS1)。   FIG. 5A is a diagram for explaining an example of a flowchart executed when controlling the S / C ratio when the required generated power required for the fuel cell 60 fluctuates. The flowchart in FIG. 5A is periodically executed, for example, every second. First, referring to FIG. The control unit 120 obtains the required generated power P_req for the fuel cell 60 from the required power of the general electric load 200 (step S1).

次に、制御部120は、要求発電電力P_reqの変動値|ΔP_req|が判定値ΔP_req_refより大きいか否かを判定する(ステップS2)。変動値|ΔP_req|は、今回のフローチャート実行時の要求発電電力P_reqと前回のフローチャート実行時の要求発電電力P_reqとの差分の絶対値である。判定値ΔP_req_refは要求発電電力P_reqの変動が大きいか否かを判定するための判定しきい値であり、例えば10W/s程度である。ステップS2の実行によって、要求発電電力が大きく変動しているか否かを判定することができる。言い換えれば、要求発電電力が小さい場合の不要なS/C制御を回避することができる。   Next, the control unit 120 determines whether or not the fluctuation value | ΔP_req | of the required generated power P_req is larger than the determination value ΔP_req_ref (step S2). The fluctuation value | ΔP_req | is an absolute value of a difference between the required generated power P_req at the time of execution of the current flowchart and the required generated power P_req at the time of execution of the previous flowchart. The determination value ΔP_req_ref is a determination threshold value for determining whether or not the fluctuation in the required generated power P_req is large, and is about 10 W / s, for example. By executing step S2, it is possible to determine whether or not the required generated power fluctuates greatly. In other words, unnecessary S / C control when the required generated power is small can be avoided.

ステップS2において「Yes」と判定された場合、制御部120は、ΔP_reqが正の値であるか否かを判定する(ステップS3)。ステップS3の実行によって、要求発電電力が増加しているのか減少しているのかを判定することができる。ステップS3において「Yes」と判定された場合、制御部120は、S/C比の狙い値sbycを狙い値sbyc_upに設定する(ステップS4)。狙い値sbyc_upは、要求発電電力の変動が小さい場合の通常狙い値sbyc_std(例えば2.5)よりも大きい値(例えば3.0)である。ステップS4の実行によって、要求発電電力P_reqの変動方向に合わせてS/C狙い値を変動させることができる。   When it determines with "Yes" in step S2, the control part 120 determines whether (DELTA) P_req is a positive value (step S3). By executing step S3, it is possible to determine whether the required generated power is increasing or decreasing. When it determines with "Yes" in step S3, the control part 120 sets the target value sbyc of S / C ratio to the target value sbyc_up (step S4). The target value sbyc_up is a value (for example, 3.0) that is larger than the normal target value sbyc_std (for example, 2.5) when the fluctuation in the required generated power is small. By executing step S4, the S / C target value can be varied in accordance with the variation direction of the required generated power P_req.

次に、制御部120は、圧力センサ91の検出結果に基づいて得られる推定S/C比sbyc_pが過小S/C兆候判定値sbyc_lwrよりも小さいか否かを判定する(ステップS5)。過小S/C兆候判定値sbyc_lwrは、通常狙い値sbyc_stdよりも小さい値であり、例えば2.0である。ステップS5の実行によって、現状のS/C比が適正範囲にあるか否かを判定することができる。ステップS5において「Yes」と判定された場合、制御部120は、発電電力指示値P_fcを、要求発電電力P_reqから発電抑制電力ΔP_fcを差し引いた値に設定する(ステップS6)。ステップS6の実行によって、燃料電池60の発電電力を一時的に減少させることができる。それにより、水蒸気不足を抑制することができる。   Next, the control unit 120 determines whether or not the estimated S / C ratio sbyc_p obtained based on the detection result of the pressure sensor 91 is smaller than the excessive S / C sign determination value sbyc_lwr (step S5). The under S / C sign determination value sbyc_lwr is a value smaller than the normal target value sbyc_std, for example, 2.0. By executing step S5, it can be determined whether or not the current S / C ratio is within an appropriate range. When it determines with "Yes" in step S5, the control part 120 sets the generated electric power command value P_fc to the value which deducted generation | occurrence | production suppression electric power (DELTA) P_fc from the request | required generated electric power P_req (step S6). By executing step S6, the power generated by the fuel cell 60 can be temporarily reduced. Thereby, water vapor deficiency can be suppressed.

次に、制御部120は、発電電力指示値P_fcに基づいて、原燃料流量Qfを求め、改質器40に供給される原燃料流量が原燃料流量Qfになるように原燃料ポンプ11を制御する(ステップS7)。ステップS7の実行によって、S/C比を適正範囲に制御するための原燃料流量を実現することができる。図5(b)は、発電電力指示値P_fcと原燃料流量Qfとの関係を説明するための図である。図5(b)に示すように、原燃料流量Qfは、発電電力指示値P_fcの増加に伴って増加する。ただし、発電電力指示値P_fcが小さい場合には原燃料流量Qfは一定である。また、原燃料流量Qfは、発電電力指示値P_fcの増加に伴って増加するが、原燃料流量Qfの増加率は、発電電力指示値P_fcの増加に伴って小さくなる。   Next, the control unit 120 obtains the raw fuel flow rate Qf based on the generated power command value P_fc, and controls the raw fuel pump 11 so that the raw fuel flow rate supplied to the reformer 40 becomes the raw fuel flow rate Qf. (Step S7). By executing step S7, it is possible to realize a raw fuel flow rate for controlling the S / C ratio within an appropriate range. FIG. 5B is a diagram for explaining the relationship between the generated power command value P_fc and the raw fuel flow rate Qf. As shown in FIG. 5B, the raw fuel flow rate Qf increases as the generated power command value P_fc increases. However, when the generated power instruction value P_fc is small, the raw fuel flow rate Qf is constant. Further, the raw fuel flow rate Qf increases as the generated power command value P_fc increases, but the increase rate of the raw fuel flow rate Qf decreases as the generated power command value P_fc increases.

次に、制御部120は、酸化剤ガス流量Qaを下記式(1)に従って求め、カソード61に供給される酸化剤ガス流量が酸化剤ガス流量Qaになるように酸化剤ガス供給部30を制御する(ステップS8)。ステップS8の実行によって、酸化剤ガス流量を、要求発電電力P_reqに応じた流量に制御することができる。なお、下記式(1)において、「λ」は空気過剰率(例えば1.8)であり、「stc」は理論混合比である。
Qa=Qf×λ×stc/0.21 (1)
Next, the control unit 120 obtains the oxidant gas flow rate Qa according to the following formula (1), and controls the oxidant gas supply unit 30 so that the oxidant gas flow rate supplied to the cathode 61 becomes the oxidant gas flow rate Qa. (Step S8). By executing step S8, the oxidant gas flow rate can be controlled to a flow rate according to the required generated power P_req. In the following formula (1), “λ” is an excess air ratio (for example, 1.8), and “stc” is a theoretical mixing ratio.
Qa = Qf × λ × stc / 0.21 (1)

次に、制御部120は、原燃料流量QfにS/C比の狙い値sbycを掛け合わせることによって、改質器40に供給される改質水流量Qwを求め、改質器40に供給される改質水流量が改質水流量Qwになるように流量調節器23を制御する(ステップS9)。ステップS9の実行によって、水蒸気量を適正に制御することができる。その後、制御部120は、フローチャートの実行を終了する。   Next, the control unit 120 obtains the reforming water flow rate Qw supplied to the reformer 40 by multiplying the raw fuel flow rate Qf by the target value sbyc of the S / C ratio, and is supplied to the reformer 40. The flow rate regulator 23 is controlled so that the reformed water flow rate becomes the reformed water flow rate Qw (step S9). By executing step S9, the amount of water vapor can be controlled appropriately. Thereafter, the control unit 120 ends the execution of the flowchart.

ステップS3において「No」と判定された場合、制御部120は、S/C比の狙い値sbycを狙い値sbyc_dnに設定する(ステップS10)。狙い値sbyc_dnは、要求発電電力P_reqの変動が小さい場合の通常狙い値sbyc_std(例えば2.5)よりも小さい値(例えば1.0)である。ステップS10の実行によって、要求発電電力P_reqの変動方向に合わせてS/C狙い値を変動させることができる。   When it determines with "No" in step S3, the control part 120 sets the target value sbyc of S / C ratio to the target value sbyc_dn (step S10). The target value sbyc_dn is a value (for example, 1.0) that is smaller than the normal target value sbyc_std (for example, 2.5) when the variation in the required generated power P_req is small. By executing step S10, the S / C target value can be varied in accordance with the variation direction of the required generated power P_req.

次に、制御部120は、発電電力指示値P_fcを要求発電電力P_reqに設定する(ステップS11)。次に、制御部120は、ステップS7〜ステップS9を実行する。なお、ステップS5において「No」と判定された場合、制御部120は、ステップS11およびステップS7〜ステップS9を実行する。   Next, the control unit 120 sets the generated power command value P_fc to the requested generated power P_req (step S11). Next, the control part 120 performs step S7-step S9. In addition, when it determines with "No" in step S5, the control part 120 performs step S11 and step S7-step S9.

ステップS2において「No」と判定された場合、制御部120は、圧力センサ91の検出結果から得られる推定S/C比sbyc_pが、過小S/C兆候判定値sbyc_lwrと過大S/C兆候判定値sbyc_uprとの間にあるか否かを判定する(ステップS12)。ステップS12の実行によって、改質部42におけるS/C比が適正範囲にあるか否かを判定することができる。ステップS12において「No」と判定された場合、制御部120は、ステップS3を実行する。   When it is determined as “No” in step S <b> 2, the controller 120 determines that the estimated S / C ratio sbyc_p obtained from the detection result of the pressure sensor 91 is an excessive S / C sign determination value sbyc_lwr and an excessive S / C sign determination value. It is determined whether it is between sbyc_upr (step S12). By executing step S12, it can be determined whether or not the S / C ratio in the reforming unit 42 is within an appropriate range. When it determines with "No" in step S12, the control part 120 performs step S3.

ステップS12において「Yes」と判定された場合、制御部120は、S/C比の狙い値sbycを通常狙い値sbyc_stdに設定する(ステップS13)。次に、制御部120は、発電電力指示値P_fcを要求発電電力P_reqに設定する(ステップS14)。その後、制御部120は、ステップS7〜ステップS9を実行する。   When it determines with "Yes" in step S12, the control part 120 sets the target value sbyc of S / C ratio to the normal target value sbyc_std (step S13). Next, the control unit 120 sets the generated power command value P_fc to the requested generated power P_req (step S14). Thereafter, the control unit 120 executes Steps S7 to S9.

図5(a)のフローチャートによれば、燃料電池装置130に要求される要求発電電力の増減方向に合わせて、S/C比の狙い値を増減させることができる。それにより、改質器40に供給される水蒸気量の応答遅れを抑制することができる。その結果、水蒸気量を適正に制御することができる。   According to the flowchart of FIG. 5A, the target value of the S / C ratio can be increased or decreased in accordance with the increase / decrease direction of the required generated power required for the fuel cell device 130. Thereby, the response delay of the amount of steam supplied to the reformer 40 can be suppressed. As a result, the amount of water vapor can be controlled appropriately.

図6は、一般電気負荷200の要求電力と、燃料電池60に対する要求発電電力P_reqとの関係を説明するための図である。図6において、横軸は経過時間を示し、縦軸は電力を示す。燃料電池装置130における補機消費電力および系統連系装置110のインバータにおけるロスを考慮して、燃料電池60に対する要求発電電力P_reqは、一般電気負荷200の要求電力よりも大きくなる。   FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the required power of the general electric load 200 and the required generated power P_req for the fuel cell 60. In FIG. 6, the horizontal axis indicates elapsed time, and the vertical axis indicates power. Considering the auxiliary machine power consumption in the fuel cell device 130 and the loss in the inverter of the grid interconnection device 110, the required generated power P_req for the fuel cell 60 is larger than the required power for the general electric load 200.

図6を参照して、一般電気負荷200の要求電力が大きくなるにつれて、燃料電池60に対する要求発電電力P_reqも大きくなる。ただし、系統連系装置110におけるインバータ効率の最大点が燃料電池60の出力定格点に設定されている場合には、一般電気負荷200の要求電力が大程、一般電気負荷200の要求電力と要求発電電力P_reqとの差が小さくなるように要求発電電力P_reqが設定される。   Referring to FIG. 6, as the required power of general electric load 200 increases, required generated power P_req for fuel cell 60 also increases. However, when the maximum point of inverter efficiency in the grid interconnection device 110 is set to the output rated point of the fuel cell 60, the required power of the general electric load 200 is larger and the required power and required power of the general electric load 200 are larger. The requested generated power P_req is set so that the difference from the generated power P_req is small.

なお、図5(a)のフローチャートによれば、燃料電池60に対する要求発電電力P_reqが増加する際には発電電力指示値P_fcは発電抑制電力ΔP_fc分だけ小さく設定されるため、発電電力指示値P_fcは、要求発電電力P_reqよりも小さくなる。   According to the flowchart of FIG. 5A, when the required generated power P_req for the fuel cell 60 increases, the generated power command value P_fc is set to be smaller by the power generation suppression power ΔP_fc, so the generated power command value P_fc Is smaller than the required generated power P_req.

なお、制御部120は、ステップS4またはステップS10において要求発電電力P_reqの変動に伴ってS/C狙い値を変化させた場合、所定時間経過後またはS/C変化量が所定量に到達した際にS/C狙い値を元に戻してもよい。S/C変化量が所定量に到達したか否かは、圧力センサ91の検出結果に基づいて判断することができる。また、制御部120は、上記所定時間を、要求発電電力P_reqの変動幅が大きいほど長くなるように補正してもよい。また、制御部120は、要求発電電力P_reqの変動幅に応じた補正制御結果と制御期待値との偏差に基づく学習値に基づいて、上記所定期間を決定してもよい。   In addition, when the control unit 120 changes the S / C target value in accordance with the fluctuation of the required generated power P_req in step S4 or step S10, the control unit 120 is after a predetermined time has elapsed or when the S / C change amount reaches the predetermined amount. Alternatively, the S / C target value may be restored. Whether or not the S / C change amount has reached a predetermined amount can be determined based on the detection result of the pressure sensor 91. In addition, the control unit 120 may correct the predetermined time such that the predetermined time becomes longer as the fluctuation range of the required generated power P_req is larger. Further, the control unit 120 may determine the predetermined period based on a learning value based on a deviation between a correction control result corresponding to the fluctuation range of the required generated power P_req and a control expected value.

また、制御部120は、ステップS12で改質部42におけるS/C比が適正範囲にないと判定してS/C狙い値を変化させた場合、S/C比が所定時間以上継続して適正範囲に復帰した場合に、S/C狙い値を元に戻してもよい。この場合、制御部120は、ローパスフィルタを用いて圧力センサ91の検出結果の短時間の変動を排除してもよい。改質水の突沸等の瞬間的な変動による誤制御を回避することができるからである。   In addition, when the control unit 120 determines in step S12 that the S / C ratio in the reforming unit 42 is not within the proper range and changes the S / C target value, the S / C ratio continues for a predetermined time or more. When returning to the proper range, the S / C target value may be returned to the original value. In this case, the control unit 120 may exclude short-time fluctuations in the detection result of the pressure sensor 91 using a low-pass filter. This is because erroneous control due to instantaneous fluctuations such as bumping of reformed water can be avoided.

(突沸について)
次に、改質水の気化(沸騰)について説明する。上述したように、改質水は、気化部41において気化する。改質水の気化状態が突沸に移行すると、アノード圧力が急激に変動することがある。この場合、圧力センサ91を用いた改質水流量の検出が困難となる。すなわち、圧力センサ91を用いたS/C比の検出が困難となる。したがって、改質水の突沸をできるだけ回避することが好ましい。
(About bumping)
Next, vaporization (boiling) of reformed water will be described. As described above, the reformed water is vaporized in the vaporization unit 41. When the vaporization state of the reformed water shifts to bumping, the anode pressure may fluctuate rapidly. In this case, it becomes difficult to detect the reforming water flow rate using the pressure sensor 91. That is, it becomes difficult to detect the S / C ratio using the pressure sensor 91. Therefore, it is preferable to avoid bumping of the reformed water as much as possible.

図7は、燃焼室50における燃焼熱量を一定に保った状態で改質水供給量を徐増させた場合のアノード圧力の推移を示す図である。図7において、横軸は経過時間を示し、縦軸はS/C比、アノード圧力、アノード圧力変動指標、および燃焼部熱量を示す。なお、右側の縦軸にS/C比の値が示されている。アノード圧力変動指標は、前回計測されたアノード圧力と今回計測されたアノード圧力との差の標準偏差(図7では、サンプル数n=50)のことである。燃焼部熱量は、燃焼室50における燃焼熱のことである。   FIG. 7 is a graph showing the transition of the anode pressure when the reforming water supply amount is gradually increased while the combustion heat amount in the combustion chamber 50 is kept constant. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the elapsed time, and the vertical axis indicates the S / C ratio, the anode pressure, the anode pressure fluctuation index, and the combustion part heat quantity. In addition, the value of S / C ratio is shown on the right vertical axis. The anode pressure fluctuation index is a standard deviation (the number of samples n = 50 in FIG. 7) of the difference between the anode pressure measured last time and the anode pressure measured this time. The amount of heat in the combustion section is the heat of combustion in the combustion chamber 50.

図7に示すように、S/C比が小さい場合にはアノード圧力変動指標も小さくなっており、S/C比が所定値よりも大きくなるとアノード圧力変動指標が所定値以上となり、さらにS/C比が所定値よりも大きくなるとアノード圧力変動指標が急激に低下する。したがって、S/C比が所定値範囲(改質水供給量が所定範囲)にある場合においては、突沸が生じていることがわかる。一方で、S/C比によっては突沸を回避することができることがわかる。   As shown in FIG. 7, when the S / C ratio is small, the anode pressure fluctuation index is also small. When the S / C ratio is larger than a predetermined value, the anode pressure fluctuation index becomes equal to or greater than the predetermined value. When the C ratio becomes larger than a predetermined value, the anode pressure fluctuation index rapidly decreases. Therefore, it can be seen that bump boiling occurs when the S / C ratio is in the predetermined value range (the reforming water supply amount is in the predetermined range). On the other hand, depending on the S / C ratio, it can be seen that bumping can be avoided.

ここで、液水の沸騰曲線について説明する。図8は、液水の沸騰曲線を示す図であり、液水内の伝熱面の温度Twと熱流束Qとの関係を示す実験結果である。図8において、横軸は伝熱面Tと飽和温度Tsatとの差ΔTsat=T−Tsatの対数値(過熱度logΔTsat)を示し、縦軸は熱流束Qを示す。熱流束Qは、液水が水蒸気となって持ち去る熱量のことである。 Here, the boiling curve of liquid water will be described. FIG. 8 is a diagram showing a boiling curve of liquid water, and is an experimental result showing a relationship between the temperature Tw of the heat transfer surface in the liquid water and the heat flux Q. In FIG. 8, the horizontal axis represents the logarithmic value (superheat degree log ΔT sat ) of the difference ΔT sat = T w −T sat between the heat transfer surface T w and the saturation temperature T sat, and the vertical axis represents the heat flux Q. The heat flux Q is the amount of heat that the liquid water takes away as water vapor.

図8を参照して、伝熱面の温度が低い場合には、沸騰は起こらず、液水は自然滞留による熱伝達に支配される。伝熱面温度が次第に上昇してΔTsatが大きくなると、点P2において沸騰が開始する。以後、熱流束Qは急激に上昇し、点P2〜点P3間でほぼ直線的に上昇する。点P3を越えると熱流束Qの上昇は鈍化し、限界熱流束点(CHF:Critical Heat Flux Point)に達する。図8では、限界熱流束点は、点P4で表されている。 Referring to FIG. 8, when the temperature of the heat transfer surface is low, boiling does not occur, and liquid water is dominated by heat transfer due to natural retention. When the heat transfer surface temperature gradually rises and ΔT sat increases, boiling starts at point P2. Thereafter, the heat flux Q rises rapidly and rises almost linearly between the points P2 to P3. When the point P3 is exceeded, the rise of the heat flux Q slows down and reaches a critical heat flux point (CHF). In FIG. 8, the critical heat flux point is represented by point P4.

点P2〜点P4間では、蒸気泡がほぼ定点から断続的に発生する。この蒸気泡を発生する特定の点を発泡点と称する。発泡点の数は、熱流束の大小に応じて増減する。点P2〜点P4間の沸騰の特徴は発泡点からの蒸気泡の発生にある。点P2〜点P4間での沸騰を、核沸騰と称する。点P3辺りになると、発泡点の数が増えるとともに、気泡発生の周期が短くなり、激しく発生する気泡は互いに合体して伝熱面を一部覆うようになる。   Between the points P2 and P4, steam bubbles are generated intermittently from a fixed point. A specific point where the vapor bubbles are generated is referred to as a foaming point. The number of foaming points increases or decreases depending on the heat flux. The feature of boiling between the points P2 to P4 is the generation of vapor bubbles from the foaming point. Boiling between the points P2 to P4 is referred to as nucleate boiling. Around the point P3, the number of foaming points increases and the bubble generation cycle is shortened, and the violently generated bubbles merge with each other to partially cover the heat transfer surface.

ΔTsatをさらに大きくすると、巨大気泡が発生し、この巨大気泡がさらに加熱されて破裂し、系の圧力が上昇する。この状態を突沸(またはバーンアウト)と称する。この突沸の状態では、液水の状態は、点P4〜点P5〜点P6〜点P7間を瞬時に行き来している。突沸が生じれば、水蒸気生成量がばらつくことになる。この場合、圧力センサ91を用いたS/C比の制御が困難になる。 When ΔT sat is further increased, giant bubbles are generated, and these giant bubbles are further heated and ruptured, increasing the pressure of the system. This state is called bumping (or burnout). In this bumping state, the state of the liquid water instantaneously moves between points P4 to P5 to P6 to P7. If bumping occurs, the amount of water vapor produced will vary. In this case, it becomes difficult to control the S / C ratio using the pressure sensor 91.

なお、伝熱面が100℃近傍である場合に、水滴の寿命が最も短くなる。これに対して、さらに伝熱面が上昇して突沸が生じると、水滴の寿命が長くなる。これは、突沸の際に巨大気泡の生成、破裂、気化等の工程を経るからであると考えられる。このように、突沸に起因して、圧力センサ91を用いたS/C比の制御が困難になる。したがって、圧力センサ91を用いてS/C比をより正確に制御するためには、改質水に突沸させないことが好ましい。   In addition, when a heat-transfer surface is 100 degreeC vicinity, the lifetime of a water droplet becomes the shortest. On the other hand, if the heat transfer surface further rises and bumping occurs, the life of the water droplets becomes longer. This is presumably because the process of generating, bursting, and vaporizing giant bubbles is performed during bumping. Thus, it becomes difficult to control the S / C ratio using the pressure sensor 91 due to bumping. Therefore, in order to control the S / C ratio more accurately using the pressure sensor 91, it is preferable not to bump the reforming water.

そこで、本実施例においては、改質器40に供給される改質水流量および改質器40に供給される原燃料流量の少なくともいずれか一方を周期的に変動させることによって、突沸頻度を抑制する。なお、図8で示した沸騰曲線は、液水がさらされる圧力に応じてシフトする。具体的には、図9に示すように、沸騰曲線は、液水がさらされる圧力が増大すると低温側にシフトし、液水がさらされる圧力が低下すると高温側にシフトする。このような結果から、改質器40内の圧力を周期的に変動させることによって、突沸頻度を抑制することもできる。したがって、改質器40に供給される改質水流量、改質器40に供給される原燃料流量、および改質器40内の圧力の少なくともいずれかを周期的に変動させることによって、突沸頻度を抑制することができる。   Therefore, in the present embodiment, the frequency of bumping is suppressed by periodically changing at least one of the reforming water flow rate supplied to the reformer 40 and the raw fuel flow rate supplied to the reformer 40. To do. In addition, the boiling curve shown in FIG. 8 shifts according to the pressure to which liquid water is exposed. Specifically, as shown in FIG. 9, the boiling curve shifts to the low temperature side when the pressure to which the liquid water is exposed increases, and shifts to the high temperature side when the pressure to which the liquid water is exposed decreases. From such a result, the bumping frequency can be suppressed by periodically changing the pressure in the reformer 40. Accordingly, by periodically varying at least one of the reforming water flow rate supplied to the reformer 40, the raw fuel flow rate supplied to the reformer 40, and the pressure in the reformer 40, the bumping frequency Can be suppressed.

図10は、突沸抑制制御を表すフローチャートの一例を示す図である。図10のフローチャートは、S/C比を狙い値から変動させない場合に実行され、例えば、図5(a)のステップS2において要求発電電力P_reqの変動値|ΔP_req|が判定値ΔP_req_refより大きいと判定されなかった場合に実行される。また、図10のフローチャートは周期的に実行され、例えば1秒ごとに実行される。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a flowchart representing bump boiling suppression control. The flowchart of FIG. 10 is executed when the S / C ratio is not changed from the target value. For example, in step S2 of FIG. 5A, it is determined that the fluctuation value | ΔP_req | If not, it is executed. Further, the flowchart of FIG. 10 is periodically executed, for example, every second.

図10を参照して、制御部120は、圧力センサ91から燃料ガスの圧力p_andを読み込む(ステップS21)。次に、制御部120は、アノード圧力変動σ_p_andを算出する(ステップS22)。アノード圧力変動σ_p_andは、例えば50個のp_andのサンプルの標準偏差である。次に、制御部120は、アノード圧力変動σ_p_andが突沸判定値σ_ref(例えば、0.15kPa程度)を上回っているか否かを判定する(ステップS23)。ステップS23の実行によって、改質水の突沸が生じているか否かを判定することができる。   Referring to FIG. 10, control unit 120 reads fuel gas pressure p_and from pressure sensor 91 (step S21). Next, the control unit 120 calculates the anode pressure fluctuation σ_p_and (step S22). The anode pressure fluctuation σ_p_and is, for example, the standard deviation of 50 p_and samples. Next, the control unit 120 determines whether or not the anode pressure fluctuation σ_p_and exceeds a bump boiling determination value σ_ref (for example, about 0.15 kPa) (step S23). By executing step S23, it can be determined whether or not bumping of reformed water has occurred.

ステップS23において「Yes」と判定された場合、制御部120は、制御対象補正係数kが1.0を上回っているか否かを判定する(ステップS24)。ステップS24において「Yes」と判定された場合、改質水流量の増量制御中であるため、制御部120は、制御対象補正係数kに減量側補正係数k_lを代入する(ステップS25)。減量側補正係数k_lは、「1.0」未満の値であり、例えば「0.8」である。   When it determines with "Yes" in step S23, the control part 120 determines whether the control object correction coefficient k is over 1.0 (step S24). When it is determined as “Yes” in step S24, the control unit 120 substitutes the decrease side correction coefficient k_l for the control target correction coefficient k because the reforming water flow rate increase control is being performed (step S25). The reduction-side correction coefficient k_l is a value less than “1.0”, for example “0.8”.

次に、制御部120は、下記式(2)に従って改質水流量Qwを求め、改質器40に供給される改質水流量が改質水流量Qwになるように流量調節器23を制御する(ステップS26)。なお、下記式(2)においてQw_baseは、S/C比を狙い値に制御するための改質水流量である。その後、制御部120は、フローチャートの実行を終了する。
Qw=k×Qw_base (2)
Next, the control unit 120 obtains the reforming water flow rate Qw according to the following formula (2), and controls the flow rate regulator 23 so that the reforming water flow rate supplied to the reformer 40 becomes the reforming water flow rate Qw. (Step S26). In the following formula (2), Qw_base is a reforming water flow rate for controlling the S / C ratio to a target value. Thereafter, the control unit 120 ends the execution of the flowchart.
Qw = k × Qw_base (2)

ステップS24において「No」と判定された場合、改質水流量の減量制御中であるため、制御部120は、制御対象補正係数kに増量側補正係数k_hを代入する。増量側補正係数k_hは、「1.0」を上回る値であり、例えば「1.2」である。次に、制御部120は、ステップS26を実行し、フローチャートの実行を終了する。   When it is determined “No” in step S24, the control unit 120 substitutes the increase-side correction coefficient k_h for the control target correction coefficient k because the reforming water flow rate reduction control is being performed. The increase side correction coefficient k_h is a value exceeding “1.0”, for example, “1.2”. Next, the control part 120 performs step S26, and complete | finishes the execution of a flowchart.

図10のフローチャートは周期的に実行されるため、改質水流量を周期的に増減させることができる。それにより、突沸頻度を抑制することができる。また、アノード圧力の変動がなくなるまで繰り返されることから、突沸を回避することができる。なお、改質器40へ供給される原燃料流量を周期的に増減させる場合には、ステップS26におけるQw_baseを、原燃料流量に置き換えればよい。また、アノード圧力を周期的に増減させる場合には、ステップS26におけるQw_baseを排気吸引ポンプ90による吸引量に置き換えればよい。   Since the flowchart of FIG. 10 is periodically executed, the reforming water flow rate can be periodically increased or decreased. Thereby, bumping frequency can be suppressed. In addition, since the process is repeated until the anode pressure does not fluctuate, bumping can be avoided. In addition, what is necessary is just to replace Qw_base in step S26 with a raw fuel flow volume, when increasing / decreasing the raw fuel flow supplied to the reformer 40 periodically. When the anode pressure is periodically increased or decreased, Qw_base in step S26 may be replaced with the suction amount by the exhaust suction pump 90.

なお、突沸頻度をより抑制するために、改質器40に供給される改質水流量、改質器40に供給される原燃料流量、および改質器40内の圧力を変動させる場合の周期および変動幅を変化させてもよい。また、突沸判定値σ_refにヒステリシスを設定してもよい。例えば、ステップS23における「Yes」と判定されるまでは突沸判定値σ_refを高め(例えば0.15kPa)に設定しておいて不要な制御を抑制し、ステップS23において一旦「Yes」と判定された後は突沸判定値σ_refを低め(例えば0.10kPa)に設定して突沸をより確実に回避してもよい。   In addition, in order to further suppress the bumping frequency, the cycle when the reforming water flow rate supplied to the reformer 40, the raw fuel flow rate supplied to the reformer 40, and the pressure in the reformer 40 are varied. The fluctuation range may be changed. Further, hysteresis may be set for the bump boiling determination value σ_ref. For example, until it is determined as “Yes” in Step S23, the bump boiling determination value σ_ref is set to a high value (for example, 0.15 kPa) to suppress unnecessary control. In Step S23, it is determined as “Yes” once. Thereafter, the bumping determination value σ_ref may be set lower (for example, 0.10 kPa) to avoid bumping more reliably.

上記実施例は、固体高分子型、固体酸化物型、炭酸溶融塩型等の他のいずれのタイプの燃料電池にも適用可能である。ただし、固体酸化物型燃料電池は、内部改質機能を有していることから、改質部の構造が簡素で済むという性質を有している。したがって、固体酸化物型燃料電池を用いる場合、改質部の後段の容積を利用して突沸圧力を抑制されなくなる傾向がある。したがって、上記実施例に係る構造は、固体酸化物型燃料電池に対して特に有効である。   The above-described embodiments can be applied to any other type of fuel cell such as a solid polymer type, a solid oxide type, and a carbonated molten salt type. However, since the solid oxide fuel cell has an internal reforming function, the structure of the reforming part is simple. Therefore, when a solid oxide fuel cell is used, there is a tendency that the bump pressure is not suppressed by using the subsequent volume of the reforming unit. Therefore, the structure according to the above embodiment is particularly effective for the solid oxide fuel cell.

10 原燃料供給部
11 原燃料ポンプ
12 脱硫器
20 改質水供給部
21 改質水タンク
22 ポンプ
23 流量調節器
30 酸化剤ガス供給部
40 改質器
41 気化部
42 改質部
50 燃焼室
60 燃料電池
61 カソード
62 アノード
63 電解質
70 熱交換器
80 凝縮水タンク
90 排気吸引ポンプ
91 圧力センサ
100 燃料電池システム
110 系統連系装置
120 制御部
130 燃料電池装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Raw fuel supply part 11 Raw fuel pump 12 Desulfurizer 20 Reformed water supply part 21 Reformed water tank 22 Pump 23 Flow regulator 30 Oxidant gas supply part 40 Reformer 41 Vaporization part 42 Reforming part 50 Combustion chamber 60 Fuel cell 61 Cathode 62 Anode 63 Electrolyte 70 Heat exchanger 80 Condensed water tank 90 Exhaust suction pump 91 Pressure sensor 100 Fuel cell system 110 System interconnection device 120 Control unit 130 Fuel cell device

Claims (12)

改質水を気化させる気化部と、原燃料と前記気化部で気化した改質水との水蒸気改質反応によって燃料ガスを生成する改質部と、を備える改質器と、
前記改質器における前記原燃料中の炭素のモル数に対する水蒸気のモル数の比S/Cを制御するS/C制御部と、を備え、
前記S/C制御部は、前記改質器に要求される燃料ガス生成量の増減方向の少なくとも一方と同方向に、前記S/Cの狙い値を変化させることを特徴とする燃料改質システム。
A reformer comprising: a vaporization unit that vaporizes reformed water; and a reforming unit that generates fuel gas by a steam reforming reaction between raw fuel and the reformed water vaporized in the vaporization unit;
An S / C control unit that controls a ratio S / C of the number of moles of water vapor to the number of moles of carbon in the raw fuel in the reformer,
The S / C control unit changes the target value of the S / C in the same direction as at least one of the increasing / decreasing directions of the fuel gas generation amount required for the reformer. .
前記S/C制御部は、前記改質器に要求される燃料ガス生成量の変動量が所定値を超えた場合に、前記改質器に要求される燃料ガス生成量の増減方向の少なくとも一方と同方向に前記S/Cを変化させることを特徴とする請求項1記載の燃料改質システム。   The S / C control unit is configured to increase or decrease the amount of fuel gas generation required for the reformer when the amount of change in the amount of fuel gas generation required for the reformer exceeds a predetermined value. The fuel reforming system according to claim 1, wherein the S / C is changed in the same direction. 前記改質器におけるガス圧力を検出する圧力センサをさらに備え、
前記S/C制御部は、前記改質器に要求される燃料ガス生成量の変動量が前記所定値以下でありかつ前記圧力センサが検出するガス圧力の変動量がしきい値を超えた場合に、前記改質器に供給される改質水流量および前記改質器に供給される原燃料流量の少なくともいずれか一方を周期的に変動させることを特徴とする請求項2記載の燃料改質システム。
A pressure sensor for detecting a gas pressure in the reformer;
The S / C control unit is configured such that a fluctuation amount of the fuel gas generation amount required for the reformer is not more than the predetermined value and a fluctuation amount of the gas pressure detected by the pressure sensor exceeds a threshold value. 3. The fuel reforming according to claim 2, wherein at least one of a flow rate of reforming water supplied to the reformer and a raw fuel flow rate supplied to the reformer is periodically changed. system.
前記S/C制御部は、前記圧力センサが検出するガス圧力の変動量が前記しきい値以下になった場合に、前記周期的な変動を停止することを特徴とする請求項3記載の燃料改質システム。   4. The fuel according to claim 3, wherein the S / C control unit stops the periodic fluctuation when the fluctuation amount of the gas pressure detected by the pressure sensor becomes equal to or less than the threshold value. 5. Reforming system. 前記改質器におけるガス圧力を検出する圧力センサと、
前記改質器内の圧力を低減させる圧力低減手段と、をさらに備え、
前記圧力低減手段は、前記改質器に要求される燃料ガス生成量の変動量が前記所定量以下でありかつ前記圧力センサが検出するガス圧力の変動量がしきい値を超えた場合に、前記改質器内の圧力を周期的に変動させることを特徴とする請求項2記載の燃料改質システム。
A pressure sensor for detecting a gas pressure in the reformer;
Pressure reducing means for reducing the pressure in the reformer, and
The pressure reducing means is configured such that when the fluctuation amount of the fuel gas generation amount required for the reformer is equal to or less than the predetermined amount and the fluctuation amount of the gas pressure detected by the pressure sensor exceeds a threshold value, The fuel reforming system according to claim 2, wherein the pressure in the reformer is periodically changed.
前記圧力低減手段は、前記圧力センサが検出するガス圧力の変動量が前記しきい値以下になった場合に、前記周期的な変動を停止することを特徴とする請求項5記載の燃料改質システム。   6. The fuel reforming according to claim 5, wherein the pressure reducing means stops the periodic fluctuation when the fluctuation amount of the gas pressure detected by the pressure sensor becomes equal to or less than the threshold value. system. 前記ガス圧力の変動量は、前記圧力センサが検出するガス圧力の標準偏差であることを特徴とする請求項3〜6のいずれか一項に記載の燃料改質システム。   The fuel reforming system according to any one of claims 3 to 6, wherein the fluctuation amount of the gas pressure is a standard deviation of the gas pressure detected by the pressure sensor. 前記S/C制御部は、前記S/Cを変化させた場合、所定時間経過後または前記S/C変化量が所定量に到達した際に、前記S/Cの狙い値を元の値に戻すことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の燃料改質システム。   When the S / C is changed, the S / C control unit sets the target value of the S / C to the original value after a predetermined time has elapsed or when the S / C change amount reaches a predetermined amount. It returns, The fuel reforming system as described in any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned. 前記燃料ガスを用いて発電する燃料電池をさらに備え、
前記改質器に要求される燃料ガス生成量は、前記燃料電池に要求される発電量と相関することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の燃料改質システム。
A fuel cell for generating electricity using the fuel gas;
The fuel reforming system according to any one of claims 1 to 8, wherein a fuel gas generation amount required for the reformer correlates with a power generation amount required for the fuel cell.
前記燃料電池は、固体酸化物型燃料電池であることを特徴とする請求項9記載の燃料改質システム。   The fuel reforming system according to claim 9, wherein the fuel cell is a solid oxide fuel cell. 前記燃料電池のオフガスを燃焼させることによって得た熱を前記気化部に与える燃焼室をさらに備えることを特徴とする請求項9または10記載の燃料改質システム。   11. The fuel reforming system according to claim 9, further comprising a combustion chamber that supplies heat obtained by burning off-gas of the fuel cell to the vaporization unit. 改質水を気化させる気化部と、原燃料と前記気化部で気化した改質水との水蒸気改質反応によって燃料ガスを生成する改質部と、を備える改質器を備える燃料改質システムにおいて、
前記改質器に要求される燃料ガス生成量の増減方向の少なくとも一方と同方向に、前記改質器における前記原燃料中の炭素のモル数に対する水蒸気のモル数の比S/Cの狙い値を変化させるS/C制御ステップを含むことを特徴とする燃料改質システムの制御方法。
A fuel reforming system comprising a reformer comprising: a vaporizing unit that vaporizes reformed water; and a reforming unit that generates fuel gas by a steam reforming reaction between raw fuel and the reformed water vaporized in the vaporizing unit. In
The target value of the ratio S / C of the number of moles of water vapor relative to the number of moles of carbon in the raw fuel in the reformer in the same direction as at least one of the increasing / decreasing directions of the amount of fuel gas required for the reformer A control method for a fuel reforming system, comprising an S / C control step for changing the fuel efficiency.
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