JP2015138698A

JP2015138698A - fuel cell system

Info

Publication number: JP2015138698A
Application number: JP2014010330A
Authority: JP
Inventors: 元彦藪谷; Motohiko Yabutani
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2015-07-30

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of calibrating a zero point of a CO sensor without causing deterioration of a fuel cell and aggravation of system efficiency.SOLUTION: A fuel cell system comprises: a fuel cell 24 for generating power using fuel and an oxidant gas; a first combustion unit 26 for making an anode off-gas lead out from the fuel cell 24 combust; a CO sensor 45a for detecting a carbon monoxide concentration D of an exhaust gas discharged from the first combustion unit 26; and a control device 60 for at least controlling power generation of the fuel cell 24. The control device 60 performs second calibration of a zero point of the CO sensor 45a, in the case that a reduction amount (variation) of an output value V of the CO sensor 45a continues being equal to or larger than a predetermined value S for first predetermined time T1 during the power generation of the fuel cell 24.

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.

燃焼装置の一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。燃焼装置は、排気ガス中の一酸化炭素（以下、ＣＯとする。）の濃度を検出する一酸化炭素センサ（以下、ＣＯセンサとする。）２２を備えている。燃焼装置は、ＣＯセンサ２２の検出結果により燃焼状態が異常であると判定したときに、燃料の供給を遮断している。また、燃焼装置は、燃焼状態にないときのＣＯセンサ２２の出力値をゼロ点（基準値）とし、燃焼状態にあるときのＣＯセンサ２２の出力値とゼロ点との偏差に基づいて、一酸化炭素濃度（以下、ＣＯ濃度とする。）を検出している。 As a type of combustion apparatus, one shown in Patent Document 1 is known. The combustion apparatus includes a carbon monoxide sensor (hereinafter referred to as a CO sensor) 22 that detects the concentration of carbon monoxide (hereinafter referred to as CO) in the exhaust gas. When the combustion device determines that the combustion state is abnormal based on the detection result of the CO sensor 22, the combustion device cuts off the fuel supply. Further, the combustion apparatus sets the output value of the CO sensor 22 when not in the combustion state to a zero point (reference value), and based on the deviation between the output value of the CO sensor 22 when in the combustion state and the zero point, The carbon oxide concentration (hereinafter referred to as CO concentration) is detected.

このように構成された燃焼装置においては、燃焼装置が燃焼状態にあるときに、ＣＯセンサ２２のゼロ点を校正できない。これにより、例えば、寒冷地で長時間継続して燃焼装置を燃焼状態で運転させる場合に、ＣＯセンサ２２が経年変化等により劣化したときは、燃焼装置がＣＯ濃度を正確に検出できない場合があった。そこで、特許文献１に記載の燃焼装置は、燃焼時間が所定時間に達した場合に、燃焼を一時停止させて、ＣＯセンサ２２のゼロ点の校正を行っている。これにより、燃焼装置は、ＣＯ濃度の検出精度を維持することができる。 In the combustion apparatus configured as described above, the zero point of the CO sensor 22 cannot be calibrated when the combustion apparatus is in a combustion state. As a result, for example, when the combustion device is operated in the cold state for a long time and the CO sensor 22 is deteriorated due to secular change or the like, the combustion device may not be able to accurately detect the CO concentration. It was. Therefore, the combustion apparatus described in Patent Document 1 calibrates the zero point of the CO sensor 22 by temporarily stopping combustion when the combustion time reaches a predetermined time. Thereby, the combustion apparatus can maintain the detection accuracy of the CO concentration.

また、燃料電池システムの一形式として、特許文献２に示されているものが知られている。燃料電池システムは、炭化水素系原料の改質反応により水素を含む改質ガスを生成する水素生成器１、水素生成器１の加熱用バーナ５および加熱用バーナ５の排気ガスのＣＯ濃度を検出するＣＯセンサ３６を備えている。燃料電池システムは、ＣＯセンサ３６の検出結果により燃焼状態が異常であると判定したときは、加熱用バーナ５による燃焼を停止させ、システムの安全性を確保している。 Moreover, what is shown by patent document 2 is known as one type of fuel cell system. The fuel cell system detects a hydrogen generator 1 that generates a reformed gas containing hydrogen by a reforming reaction of a hydrocarbon-based raw material, a heating burner 5 of the hydrogen generator 1, and a CO concentration in the exhaust gas of the heating burner 5. CO sensor 36 is provided. When the fuel cell system determines that the combustion state is abnormal based on the detection result of the CO sensor 36, the fuel cell system stops the combustion by the heating burner 5 to ensure the safety of the system.

そして、特許文献２の燃料電池システムにおけるＣＯセンサ３６のゼロ点の校正は、燃料電池の発電を停止させ、加熱用バーナ５の燃焼を停止させたときに行われる。また、燃料電池システムは、ゼロ点の校正の前に、ＣＯセンサ３６の検知部分の温度を上昇させて検知部分に付着したゴミを除去することにより、ゴミの付着によるＣＯセンサ３６の検知感度の低下やゼロ点の変動を改善することにより、センサ寿命を向上させている。 And the calibration of the zero point of the CO sensor 36 in the fuel cell system of Patent Document 2 is performed when the power generation of the fuel cell is stopped and the combustion of the heating burner 5 is stopped. Further, the fuel cell system raises the temperature of the detection portion of the CO sensor 36 before removing the zero point, and removes the dust attached to the detection portion, thereby improving the detection sensitivity of the CO sensor 36 due to the attachment of dust. The sensor life is improved by improving the drop and fluctuation of the zero point.

特開２０１１−４７６１７号公報JP 2011-47617 A 特開２００６−２１３５６５号公報JP 2006-213565 A

しかしながら、上述した特許文献２に記載の燃料電池システムにおいて、特許文献１の燃焼装置のように、ＣＯセンサのゼロ点を校正するために所定時間毎に発電を停止させ、燃焼を停止させることは、燃料電池の起動および停止の回数を増加させるため、燃料電池の劣化を招く恐れがある。さらに、起動および停止に長時間を要する燃料電池システムにおいて、所定時間毎に燃料電池の発電を停止させることは、システム効率に影響を及ぼす。また、特許文献２のように、センサ寿命の向上をさせている場合であっても、システムの発電中にＣＯセンサのゼロ点が変動するときは、ＣＯ濃度の検出精度に影響を及ぼす。 However, in the fuel cell system described in Patent Document 2 described above, as in the combustion device of Patent Document 1, it is not possible to stop power generation and stop combustion every predetermined time in order to calibrate the zero point of the CO sensor. In addition, since the number of start and stop of the fuel cell is increased, the fuel cell may be deteriorated. Furthermore, in a fuel cell system that takes a long time to start and stop, stopping power generation of the fuel cell at predetermined intervals affects system efficiency. Further, even if the sensor life is improved as in Patent Document 2, if the zero point of the CO sensor fluctuates during power generation of the system, the detection accuracy of the CO concentration is affected.

そこで、本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、燃料電池システムにおいて、燃料電池の劣化やシステム効率の悪化を招くことなく、ＣＯセンサのゼロ点を校正することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and in a fuel cell system, a fuel capable of calibrating the zero point of the CO sensor without causing deterioration of the fuel cell or system efficiency. An object is to provide a battery system.

上記の課題を解決するため、請求項１に係る燃料電池システムは、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、燃料電池から導出されるアノードオフガスを燃焼させる燃焼部と、燃焼部から排出される排気ガスの一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭素センサと、燃料電池の発電を少なくとも制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムであって、制御装置は、燃料電池の発電中において、一酸化炭素センサの出力値の変化量が所定時間継続して所定値以上である場合に、一酸化炭素センサのゼロ点の校正を行う。 In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to claim 1 is a fuel cell that generates power using fuel and an oxidant gas, a combustion unit that burns anode off-gas derived from the fuel cell, and an exhaust gas from the combustion unit. A fuel cell system comprising: a carbon monoxide sensor that detects a carbon monoxide concentration of exhaust gas to be exhausted; and a control device that at least controls power generation of the fuel cell, the control device during power generation of the fuel cell When the amount of change in the output value of the carbon monoxide sensor is equal to or greater than the predetermined value for a predetermined time, the zero point of the carbon monoxide sensor is calibrated.

これによれば、制御装置は、燃料電池の発電中において、一酸化炭素センサのゼロ点の校正を行う。よって、燃料電池システムを停止させなくても、一酸化炭素センサを校正することができるため、燃料電池システムの停止の回数（ひいては起動の回数）を増加させずに、一酸化炭素センサのゼロ点の校正を行うことができる。したがって、燃料電池の劣化およびシステム効率の低下を抑制することができる。 According to this, the control device calibrates the zero point of the carbon monoxide sensor during power generation of the fuel cell. Therefore, since the carbon monoxide sensor can be calibrated without stopping the fuel cell system, the zero point of the carbon monoxide sensor is not increased without increasing the number of times the fuel cell system is stopped (and thus the number of times it is started). Can be calibrated. Therefore, deterioration of the fuel cell and reduction in system efficiency can be suppressed.

また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る燃料電池システムにおいて、一酸化炭素センサは、通電により加熱するコイルと、コイルの周囲に配設され、一酸化炭素に対して活性を示す触媒を有する検知素子と、を備え、コイルによって加熱された検知素子の表面にて排気ガスに含まれる一酸化炭素が燃焼することにより、排気ガスの一酸化炭素濃度を検出する接触燃焼式センサである。 The invention according to claim 2 is the fuel cell system according to claim 1, wherein the carbon monoxide sensor is disposed around the coil that is heated by energization, and is active around the carbon monoxide. A catalytic combustion sensor that detects the concentration of carbon monoxide in the exhaust gas by burning carbon monoxide contained in the exhaust gas on the surface of the detection element heated by the coil. is there.

これによれば、一酸化炭素センサの検知素子が、検出時にて触媒の活性温度に加熱されているため、センサ周囲の温度および湿度によるセンサの検出精度への影響が抑制される。よって、制御装置は、排気ガスの一酸化炭素濃度をより精度よく検出することができる。 According to this, since the sensing element of the carbon monoxide sensor is heated to the activation temperature of the catalyst at the time of detection, the influence of the temperature and humidity around the sensor on the detection accuracy of the sensor is suppressed. Therefore, the control device can detect the carbon monoxide concentration of the exhaust gas with higher accuracy.

また、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る燃料電池システムにおいて、燃料電池は、固体酸化物形燃料電池である。 The invention according to claim 3 is the fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the fuel cell is a solid oxide fuel cell.

これによれば、燃料電池が長期連続運転を行う固体酸化物形燃料電池である場合に、制御装置が発電中に一酸化炭素センサのゼロ点の校正を行うため、長期連続運転中においても排気ガスの一酸化炭素濃度を精度よく検出することができる。 According to this, when the fuel cell is a solid oxide fuel cell that performs long-term continuous operation, the control device calibrates the zero point of the carbon monoxide sensor during power generation. It is possible to accurately detect the carbon monoxide concentration of the gas.

本発明による燃料電池システムの一実施形態を示す概要図である。1 is a schematic diagram showing an embodiment of a fuel cell system according to the present invention. 図１に示す制御装置と補機との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the control apparatus shown in FIG. 1, and an auxiliary machine. 図１に示す一酸化炭素センサの構成を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the carbon monoxide sensor shown in FIG. 図１に示す制御装置にて実行される制御プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the control program performed with the control apparatus shown in FIG. 図１に示す一酸化炭素センサの出力値と一酸化炭素濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output value of a carbon monoxide sensor shown in FIG. 1, and a carbon monoxide density | concentration. 本発明による燃料電池システムの制御例の動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows operation | movement of the example of control of the fuel cell system by this invention. 本発明による燃料電池システムの他の実施形態における燃料電池の概要図である。It is a schematic diagram of the fuel cell in other embodiment of the fuel cell system by this invention.

以下、図１を用いて、本発明による燃料電池システムの一実施形態について説明する。なお、図１に示す燃料電池システムは、固体酸化物形の燃料電池システムである。燃料電池システムは、箱状の筐体１１、燃料電池モジュール２０、排熱回収システム３０、電力変換装置５０、および制御装置６０を備えている。 Hereinafter, an embodiment of a fuel cell system according to the present invention will be described with reference to FIG. The fuel cell system shown in FIG. 1 is a solid oxide fuel cell system. The fuel cell system includes a box-shaped casing 11, a fuel cell module 20, an exhaust heat recovery system 30, a power conversion device 50, and a control device 60.

筐体１１は、筐体１１内を区画して第１室Ｒ１及び第２室Ｒ２を形成する仕切部材１２を備えている。第１室Ｒ１は第１空間を形成し、第２室Ｒ２は第２空間を形成する。仕切部材１２は、筐体１１を上下に区画する（仕切る）板状部材である。筐体１１内には、仕切部材１２により上方及び下方に第１室Ｒ１及び第２室Ｒ２が形成される。 The housing 11 includes a partition member 12 that partitions the inside of the housing 11 and forms a first chamber R1 and a second chamber R2. The first chamber R1 forms a first space, and the second chamber R2 forms a second space. The partition member 12 is a plate-like member that partitions (divides) the casing 11 in the vertical direction. In the housing 11, a first chamber R <b> 1 and a second chamber R <b> 2 are formed above and below by the partition member 12.

燃料電池モジュール２０は、第１室Ｒ１内に当該第１室Ｒ１の内壁面から空間をおいて収納されている。燃料電池モジュール２０は、モジュール用ケーシング２１（以下、ケーシング２１とする。）、燃料電池２４を少なくとも含んで構成されるものである。本実施形態では、燃料電池モジュール２０は、ケーシング２１、蒸発部２２、改質部２３及び燃料電池２４を備えている。 The fuel cell module 20 is accommodated in the first chamber R1 with a space from the inner wall surface of the first chamber R1. The fuel cell module 20 includes at least a module casing 21 (hereinafter referred to as a casing 21) and a fuel cell 24. In the present embodiment, the fuel cell module 20 includes a casing 21, an evaporation unit 22, a reforming unit 23, and a fuel cell 24.

ケーシング２１は、断熱性材料で箱状に形成されている。ケーシング２１は、第１室Ｒ１内に該第１室Ｒ１の内壁面から空間をおいて支持構造（図示なし）により支持されている。ケーシング２１内には、蒸発部２２、改質部２３、燃料電池２４、および第１燃焼部２６（特許請求の範囲の燃焼部に相当）である燃焼空間Ｒ３が配設されている。このとき、蒸発部２２、改質部２３が燃料電池２４の上方に位置するように配設されている。また、第１燃焼部２６は、改質部２３と燃料電池２４との間に配設されている。 The casing 21 is formed in a box shape with a heat insulating material. The casing 21 is supported in the first chamber R1 by a support structure (not shown) with a space from the inner wall surface of the first chamber R1. In the casing 21, a combustion space R3 that is an evaporation unit 22, a reforming unit 23, a fuel cell 24, and a first combustion unit 26 (corresponding to a combustion unit in claims) is disposed. At this time, the evaporation unit 22 and the reforming unit 23 are disposed above the fuel cell 24. Further, the first combustion unit 26 is disposed between the reforming unit 23 and the fuel cell 24.

蒸発部２２は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、後述する凝縮水を蒸発させて水蒸気（改質用水蒸気）を生成して導出するものである。また、蒸発部２２は、供給された改質用原料を予熱するものである。そして、蒸発部２２は、凝縮水を蒸発させて生成された水蒸気（改質用水蒸気）と予熱された改質用原料を混合して改質部２３へ導出するものである。改質用原料としては天然ガス、ＬＰＧなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。 The evaporating unit 22 is heated by combustion gas, which will be described later, and evaporates condensed water, which will be described later, to generate and derive water vapor (reforming water vapor). The evaporating unit 22 preheats the supplied reforming raw material. The evaporating unit 22 mixes water vapor (reforming water vapor) generated by evaporating the condensed water and the preheated reforming raw material, and guides them to the reforming unit 23. Examples of the reforming raw material include natural gas, gas fuel for reforming such as LPG, and liquid fuel for reforming such as kerosene, gasoline, and methanol. In the present embodiment, description will be made on natural gas.

この蒸発部２２には、一端（下端）が水タンク１３内に配設された給水管４１の他端が接続されている。給水管４１には、改質水ポンプ４１ａが設けられている。改質水ポンプ４１ａは、蒸発部２２に凝縮水を供給するとともに、制御装置６０からの制御指令値にしたがって、その改質水供給量（供給流量（単位時間あたりの流量））を調整するものである。 One end (lower end) of the water supply pipe 41 provided in the water tank 13 is connected to the evaporation unit 22. The water supply pipe 41 is provided with a reforming water pump 41a. The reforming water pump 41a supplies condensed water to the evaporation unit 22 and adjusts its reforming water supply amount (supply flow rate (flow rate per unit time)) according to a control command value from the control device 60. It is.

また、蒸発部２２には、燃料供給源Ｇｓからの改質用原料が改質用原料供給管４２を介して供給されている。改質用原料供給管４２には、原料ポンプ４２ａが設けられている。原料ポンプ４２ａは、蒸発部２２に燃料（改質用原料）を供給する供給装置であり、制御装置６０からの制御指令値にしたがって燃料供給源Ｇｓからの燃料供給量（供給流量（単位時間あたりの流量））を調整するものである。 Further, the reforming material from the fuel supply source Gs is supplied to the evaporation unit 22 via the reforming material supply pipe 42. A raw material pump 42 a is provided in the reforming raw material supply pipe 42. The raw material pump 42a is a supply device that supplies fuel (reforming raw material) to the evaporation unit 22, and in accordance with a control command value from the control device 60, the fuel supply amount (supply flow rate (per unit time) from the fuel supply source Gs. The flow rate)) is adjusted.

改質部２３は、改質用原料と水蒸気（改質用水蒸気）とから改質ガスを生成するものである。具体的には、改質部２３は、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部２２から供給された混合ガス（改質用原料、改質用水蒸気）から改質ガスを生成して導出するものである。改質部２３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して、水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）は燃料電池２４の燃料極に導出されるようになっている。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。 The reformer 23 generates reformed gas from the reforming raw material and steam (reforming steam). Specifically, the reforming unit 23 is heated by a combustion gas, which will be described later, and supplied with heat necessary for the steam reforming reaction, so that the mixed gas (reforming raw material, reforming material) supplied from the evaporation unit 22 is supplied. The reformed gas is generated and derived from the quality water vapor). The reforming unit 23 is filled with a catalyst (for example, Ru or Ni-based catalyst), and the mixed gas reacts with the catalyst to be reformed to generate hydrogen gas and carbon monoxide gas (so-called so-called). Steam reforming reaction). At the same time, carbon monoxide generated in the steam reforming reaction reacts with steam to generate a so-called carbon monoxide shift reaction in which the gas is transformed into hydrogen gas and carbon dioxide. These generated gases (so-called reformed gas) are led out to the fuel electrode of the fuel cell 24. The reformed gas contains hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, steam, unreformed natural gas (methane gas), and reformed water (steam) that has not been used for reforming. The steam reforming reaction is an endothermic reaction, and the carbon monoxide shift reaction is an exothermic reaction.

燃料電池２４は、燃料と酸化剤ガスとにより発電するものである。燃料電池２４は、燃料極、空気極（酸化剤極）、及び両極の間に介装された電解質からなる複数のセル２４ａが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池２４の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。動作温度は４００〜１０００℃程度である。水素だけではなく天然ガスや石炭ガスなども直接燃料として用いることが可能である。この場合は、改質部２３を省略することができる。 The fuel cell 24 generates power using fuel and oxidant gas. The fuel cell 24 is configured by laminating a fuel electrode, an air electrode (oxidant electrode), and a plurality of cells 24a made of an electrolyte interposed between the two electrodes. The fuel cell of this embodiment is a solid oxide fuel cell, and uses zirconium oxide, which is a kind of solid oxide, as an electrolyte. Hydrogen, carbon monoxide, methane gas, etc. are supplied to the fuel electrode of the fuel cell 24 as fuel. The operating temperature is about 400-1000 ° C. Not only hydrogen but also natural gas and coal gas can be used directly as fuel. In this case, the reforming unit 23 can be omitted.

セル２４ａの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路２４ｂが形成されている。セル２４ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路２４ｃが形成されている。 On the fuel electrode side of the cell 24a, a fuel flow path 24b through which a reformed gas that is a fuel flows is formed. An air flow path 24c through which air (cathode air) that is an oxidant gas flows is formed on the air electrode side of the cell 24a.

燃料電池２４は、マニホールド２５上に設けられている。マニホールド２５には、改質部２３からの改質ガスが改質ガス供給管４３を介して供給される。燃料流路２４ｂは、その下端（一端）がマニホールド２５の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。一方、カソードエアブロワ４４ａによって送出されたカソードエアは、カソードエア供給管４４を介して供給され、空気流路２４ｃの下端から導入され上端から導出されるようになっている。 The fuel cell 24 is provided on the manifold 25. The reformed gas from the reforming unit 23 is supplied to the manifold 25 through the reformed gas supply pipe 43. The lower end (one end) of the fuel flow path 24b is connected to the fuel outlet port of the manifold 25, and the reformed gas led out from the fuel outlet port is introduced from the lower end and led out from the upper end. . On the other hand, the cathode air sent out by the cathode air blower 44a is supplied via the cathode air supply pipe 44, introduced from the lower end of the air flow path 24c, and led out from the upper end.

カソードエアブロワ４４ａは、第２室Ｒ２内に配設されている。カソードエアブロワ４４ａは、第２室Ｒ２内の空気を吸入し燃料電池２４の空気極に吐出するものであり、その吐出量は制御装置６０により調整制御（例えば燃料電池２４の負荷電力量（消費電力量）に応じて制御）されるものである。 The cathode air blower 44a is disposed in the second chamber R2. The cathode air blower 44a sucks the air in the second chamber R2 and discharges it to the air electrode of the fuel cell 24. The discharge amount is adjusted and controlled by the control device 60 (for example, the load power amount (consumption of the fuel cell 24) It is controlled in accordance with the amount of power).

燃料電池２４においては、燃料極に供給された燃料と空気極に供給された酸化剤ガスによって発電が行われる。すなわち、燃料極では、下記化１及び化２に示す反応が生じ、空気極では、下記化３に示す反応が生じている。すなわち、空気極で生成した酸化物イオン（Ｏ^２−）が、電解質を透過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。したがって、燃料流路２４ｂ及び空気流路２４ｃからは、発電に使用されなかった改質ガス及び酸化剤ガス（空気）が導出する。
（化１）
Ｈ_２＋Ｏ^２−→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻
（化２）
ＣＯ＋Ｏ^２−→ＣＯ_２＋２ｅ⁻
（化３）
１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ^２− In the fuel cell 24, power generation is performed by the fuel supplied to the fuel electrode and the oxidant gas supplied to the air electrode. That is, the reaction shown in Chemical Formula 1 and Chemical Formula 2 below occurs at the fuel electrode, and the reaction shown in Chemical Formula 3 below occurs at the air electrode. That is, oxide ions (O ²⁻ ) generated at the air electrode permeate the electrolyte and react with hydrogen at the fuel electrode to generate electrical energy. Therefore, the reformed gas and the oxidant gas (air) that have not been used for power generation are derived from the fuel flow path 24b and the air flow path 24c.
(Chemical formula 1)
H ₂ + O ²⁻ → H ₂ O + 2e ⁻
(Chemical formula 2)
CO + O ²⁻ → CO ₂ + 2e ⁻
(Chemical formula 3)
1 / 2O ₂ + 2e ⁻ → O ²⁻

そして、燃料流路２４ｂ及び空気流路２４ｃから導出した、発電に使用されなかった改質ガス（アノードオフガス）は、燃焼空間Ｒ３にて、発電に使用されなかった酸化剤ガス（カソードオフガス）によって燃焼され、その燃焼ガス（火炎２７）によって蒸発部２２及び改質部２３が加熱される。さらに、燃焼ガスは、燃料電池モジュール２０内を動作温度に加熱している。このように、燃焼空間Ｒ３が、燃料電池２４からのアノードオフガスと燃料電池２４からのカソードオフガスとを燃焼して改質部２３を加熱する第１燃焼部２６である。第１燃焼部２６は、可燃性ガスと酸化剤ガスとを燃焼するものである。可燃性ガスは、燃えるガスであり、本実施形態では改質用燃料、アノードオフガス、一酸化炭素などである。すなわち、第１燃焼部２６は、燃料電池２４から導出されるアノードオフガスを燃焼させるものである。そして、その燃焼ガスは排気口２１ａを介して燃料電池モジュール２０から排気ガスとして排気される。 Then, the reformed gas (anode offgas) that was derived from the fuel flow path 24b and the air flow path 24c and was not used for power generation is generated by the oxidant gas (cathode offgas) that was not used for power generation in the combustion space R3. The evaporating section 22 and the reforming section 23 are heated by the combustion gas (flame 27). Further, the combustion gas heats the inside of the fuel cell module 20 to the operating temperature. Thus, the combustion space R3 is the first combustion unit 26 that heats the reforming unit 23 by burning the anode off-gas from the fuel cell 24 and the cathode off-gas from the fuel cell 24. The 1st combustion part 26 burns combustible gas and oxidizing agent gas. The combustible gas is a burning gas, and in this embodiment, is a reforming fuel, an anode off gas, carbon monoxide, or the like. In other words, the first combustion unit 26 burns the anode off gas derived from the fuel cell 24. The combustion gas is exhausted as exhaust gas from the fuel cell module 20 through the exhaust port 21a.

第１燃焼部２６（燃焼空間Ｒ３）では、アノードオフガスが燃焼されて火炎２７が発生している。第１燃焼部２６には、一対の着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２が設けられている。着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２は、第１燃焼部２６を着火するものである。着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２は、アノードオフガスを着火している。着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２は、制御装置６０の指示によって交流電流により加熱する交流ヒータ（ＡＣヒータ：交流補機）である。 In the first combustion section 26 (combustion space R3), the anode off gas is burned and a flame 27 is generated. The first combustion unit 26 is provided with a pair of ignition heaters 26a1 and 26a2. The ignition heaters 26a1 and 26a2 ignite the first combustion unit 26. The ignition heaters 26a1 and 26a2 ignite the anode off gas. The ignition heaters 26a1 and 26a2 are AC heaters (AC heaters: AC auxiliary machines) that are heated by an AC current according to an instruction from the control device 60.

さらに、ケーシング２１は、排気口２１ａに第２燃焼部２８を備えている。第２燃焼部２８は、第１燃焼部２６で燃焼されなかった可燃性ガス（以下、未燃焼可燃性ガスとする）を導入し燃焼して導出するものである。未燃焼可燃性ガスは、例えば、水素、メタンガス、一酸化炭素などである。第２燃焼部２８は、可燃性ガスを燃焼する触媒である燃焼触媒（例えばセラミックハニカムまたは、メタルハニカムと貴金属の触媒である。）で構成されている。第２燃焼部２８には、燃焼触媒ヒータ２８ａが設けられている。燃焼触媒ヒータ２８ａは、未燃焼可燃性ガスを燃焼させる燃焼触媒を加熱するものである。燃焼触媒ヒータ２８ａは、燃焼触媒を触媒の活性温度まで加熱する。燃焼触媒ヒータ２８ａは、制御装置６０の指示によって交流電流により加熱する交流ヒータ（ＡＣヒータ：交流補機）である。 Further, the casing 21 includes a second combustion unit 28 at the exhaust port 21a. The 2nd combustion part 28 introduces and burns out the combustible gas (henceforth an unburned combustible gas) which was not burned in the 1st combustion part 26, and is derived | led-out. Unburned combustible gas is hydrogen, methane gas, carbon monoxide, etc., for example. The second combustion section 28 is composed of a combustion catalyst (for example, a ceramic honeycomb or a metal honeycomb and noble metal catalyst) that is a catalyst for burning a combustible gas. The second combustion section 28 is provided with a combustion catalyst heater 28a. The combustion catalyst heater 28a heats a combustion catalyst that burns unburned combustible gas. The combustion catalyst heater 28a heats the combustion catalyst to the catalyst activation temperature. The combustion catalyst heater 28 a is an AC heater (AC heater: AC auxiliary machine) that is heated by an AC current according to an instruction from the control device 60.

排熱回収システム３０は、燃料電池２４および改質部２３の少なくともいずれか一方の排熱と貯湯水との間で熱交換することで排熱を貯湯水に回収して蓄える排熱回収系である。排熱回収システム３０は、貯湯水を貯湯する貯湯槽３１、貯湯水が循環する貯湯水循環回路３２および燃料電池モジュール２０からの排熱と貯湯水との間で熱交換が行われる熱交換器３３が備えられている。 The exhaust heat recovery system 30 is an exhaust heat recovery system that recovers and stores exhaust heat in stored hot water by exchanging heat between the exhaust heat of at least one of the fuel cell 24 and the reforming unit 23 and the stored hot water. is there. The exhaust heat recovery system 30 includes a hot water storage tank 31 for storing hot water, a hot water circulation circuit 32 for circulating the hot water, and a heat exchanger 33 for exchanging heat between the exhaust heat from the fuel cell module 20 and the hot water. Is provided.

貯湯槽３１は、１つの柱状容器を備えており、その内部に温水が層状に、すなわち上部の温度が最も高温であり下部にいくにしたがって低温となり下部の温度が最も低温であるように貯留されるようになっている。貯湯槽３１に貯留された高温の温水が、貯湯槽３１の柱状容器の上部から、例えば開閉バルブにより構成されている排水装置（図示なし）によって導出されるようになっている。導出された温水は、浴槽、シャワなどの湯利用機器や、浴室暖房、床暖房などの熱利用機器などに利用される。 The hot water storage tank 31 is provided with one columnar container, in which hot water is stored in a layered manner, that is, the temperature of the upper part is the highest and lower as it goes to the lower part, and the temperature of the lower part is the lowest. It has become so. The hot hot water stored in the hot water storage tank 31 is led out from the upper part of the columnar container of the hot water storage tank 31 by, for example, a drainage device (not shown) configured by an open / close valve. The derived hot water is used for hot water utilization equipment such as a bathtub and shower, and heat utilization equipment such as bathroom heating and floor heating.

貯湯水循環回路３２の一端は貯湯槽３１の下部に、他端は貯湯槽３１の上部に接続されている。貯湯水循環回路３２上には、一端から他端に向かって順番に貯湯水循環手段である貯湯水循環ポンプ３２ａ、第１温度センサ３２ｂ、熱交換器３３、及び第２温度センサ３２ｃが配設されている。貯湯水循環ポンプ３２ａは、貯湯槽３１の下部にある貯湯水の導出口から貯湯水を吸い込んで貯湯水循環回路３２を図示矢印方向へ通水させて貯湯槽３１の上部に吐出するものであり、制御装置６０によって流量（送出量）が制御されるようになっている。貯湯水循環ポンプ３２ａは、第２温度センサ３２ｃの検出温度（貯湯水の貯湯槽３１の入口温度）が所定の温度または温度範囲となるように、制御装置６０によって送出量が制御されるようになっている。 One end of the hot water circulation circuit 32 is connected to the lower part of the hot water tank 31, and the other end is connected to the upper part of the hot water tank 31. On the hot water circulating circuit 32, a hot water circulating pump 32a, a first temperature sensor 32b, a heat exchanger 33, and a second temperature sensor 32c, which are hot water circulating means, are arranged in order from one end to the other end. . The hot water circulating pump 32a sucks in hot water from the outlet of the hot water stored in the lower part of the hot water tank 31, passes the hot water circulating circuit 32 in the direction of the arrow in the figure, and discharges it to the upper part of the hot water tank 31. The flow rate (delivery amount) is controlled by the device 60. The hot water circulating pump 32a is controlled by the control device 60 so that the temperature detected by the second temperature sensor 32c (inlet temperature of the hot water storage hot water tank 31) falls within a predetermined temperature or temperature range. ing.

第１温度センサ３２ｂは、貯湯水循環回路３２上であって貯湯槽３１の貯湯水の導出口と熱交換器３３の貯湯水の導入口との間に配設されて貯湯水の温度を検出するものである。具体的には、第１温度センサ３２ｂが配設された位置の貯湯水の温度を検出している。第１温度センサ３２ｂは、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。 The first temperature sensor 32 b is disposed on the hot water circulation circuit 32 and is disposed between the hot water outlet of the hot water tank 31 and the hot water inlet of the heat exchanger 33 to detect the temperature of the hot water. Is. Specifically, the temperature of the hot water stored at the position where the first temperature sensor 32b is disposed is detected. The first temperature sensor 32 b transmits the detection result to the control device 60.

第２温度センサ３２ｃは、貯湯水循環回路３２上であって熱交換器３３の貯湯水の導出口と貯湯槽３１と貯湯水の導入口との間に配設されて貯湯水の温度を検出するものである。具体的には、第２温度センサ３２ｃが配設された位置の貯湯水の温度を検出している。第２温度センサ３２ｃは、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。 The second temperature sensor 32 c is disposed on the hot water circulation circuit 32 and is disposed between the hot water outlet of the heat exchanger 33, the hot water tank 31, and the hot water inlet, and detects the temperature of the hot water. Is. Specifically, the temperature of the hot water stored at the position where the second temperature sensor 32c is disposed is detected. The second temperature sensor 32c transmits the detection result to the control device 60.

熱交換器３３は、貯湯水循環回路３２上に配設されて燃料電池２４および改質部２３の少なくともいずれか一方からの排熱を貯湯水に回収するものである。ここで本実施形態における排熱は、燃料電池モジュール２０から排出される排気ガスに含まれる排熱である。この排熱は、燃料電池２４および改質部２３の排熱だけでなく、蒸発部２２、第１燃焼部２６および第２燃焼部２８の排熱も含まれる。すなわち、熱交換器３３は、燃料電池２４および改質部２３の排熱を含む燃料電池モジュール２０から排気される排気ガスが供給されるとともに貯湯槽３１からの貯湯水が供給され、排気ガスと貯湯水が熱交換する熱交換器である。 The heat exchanger 33 is disposed on the hot water circulation circuit 32 and collects exhaust heat from at least one of the fuel cell 24 and the reforming unit 23 into hot water. Here, the exhaust heat in the present embodiment is exhaust heat included in the exhaust gas exhausted from the fuel cell module 20. This exhaust heat includes not only exhaust heat of the fuel cell 24 and the reforming unit 23 but also exhaust heat of the evaporation unit 22, the first combustion unit 26, and the second combustion unit 28. That is, the heat exchanger 33 is supplied with exhaust gas exhausted from the fuel cell module 20 including exhaust heat of the fuel cell 24 and the reforming unit 23 and supplied with hot water from the hot water storage tank 31. This is a heat exchanger where hot water is exchanged.

この熱交換器３３は、筐体１１内に配設されている。本実施形態では、熱交換器３３は、燃料電池モジュール２０の下部に設けられており、少なくとも熱交換器３３の下部は仕切部材１２を貫通して第２室Ｒ２に突出されて配設されている。 The heat exchanger 33 is disposed in the housing 11. In this embodiment, the heat exchanger 33 is provided in the lower part of the fuel cell module 20, and at least the lower part of the heat exchanger 33 penetrates the partition member 12 and is disposed so as to protrude into the second chamber R2. Yes.

熱交換器３３は、ケーシング３３ａを備えている。ケーシング３３ａの上部は、燃料電池モジュール２０のケーシング２１の下部に設けられ排気ガスが導出される排気口２１ａに連通している。ケーシング３３ａの下部には、排気口１１ａに接続されている排気管４５が接続されている。ケーシング３３ａの底部には、純水器１４に接続されている凝縮水供給管４６が接続されている。ケーシング３３ａ内には、貯湯水循環回路３２に接続されている熱交換部（凝縮器）３３ｂが配設されている。凝縮器３３ｂは、燃料電池２４および改質部２３の少なくともいずれか一方を流通する高温かつ水蒸気を含むガスから熱量を回収して水蒸気を凝縮して凝縮水を生成するものである。 The heat exchanger 33 includes a casing 33a. The upper part of the casing 33a communicates with an exhaust port 21a provided at the lower part of the casing 21 of the fuel cell module 20 and through which exhaust gas is led out. An exhaust pipe 45 connected to the exhaust port 11a is connected to the lower part of the casing 33a. A condensed water supply pipe 46 connected to the deionizer 14 is connected to the bottom of the casing 33a. A heat exchanging portion (condenser) 33b connected to the hot water circulation circuit 32 is disposed in the casing 33a. The condenser 33b collects heat from a gas containing high temperature and water vapor that flows through at least one of the fuel cell 24 and the reforming unit 23 to condense the water vapor to generate condensed water.

このように構成された熱交換器３３においては、燃料電池モジュール２０からの排気ガスは、排気口２１ａからケーシング３３ａ内に導入され、貯湯水が流通する熱交換部（凝縮器）３３ｂを通る際に貯湯水との間で熱交換が行われ冷却されるとともに凝縮される。凝縮後の排気ガスは排気管４５を通って排気口１１ａから外部に排出される。 In the heat exchanger 33 configured as described above, the exhaust gas from the fuel cell module 20 is introduced into the casing 33a from the exhaust port 21a and passes through the heat exchange part (condenser) 33b through which the hot water is circulated. Then, heat is exchanged between the hot water and the hot water to be cooled and condensed. The condensed exhaust gas passes through the exhaust pipe 45 and is discharged to the outside from the exhaust port 11a.

また、熱交換部（凝縮器）３３ｂによって凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管４６を通って純水器１４に供給される（自重で落水する）。一方、熱交換部（凝縮器）３３ｂに流入した貯湯水は、加熱されて貯湯槽３１に流出される。また、燃料電池システムは、水タンク１３及び純水器１４を備えている。水タンク１３及び純水器１４は第２室Ｒ２内に配設されている。水タンク１３は、純水器１４から導出された純水を貯めておくものである。 Moreover, the condensed water condensed by the heat exchange part (condenser) 33b is supplied to the pure water device 14 through the condensed water supply pipe 46 (it falls by its own weight). On the other hand, the hot water that has flowed into the heat exchanging section (condenser) 33 b is heated and flows out into the hot water tank 31. Further, the fuel cell system includes a water tank 13 and a deionizer 14. The water tank 13 and the pure water device 14 are disposed in the second chamber R2. The water tank 13 stores pure water derived from the pure water device 14.

純水器１４は、イオン交換樹脂を内蔵しており、粒状のイオン交換樹脂を充填している。純水器１４は、熱交換器３３からの凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するものである。純水器１４は、配管４７を介して水タンク１３に連通しており、純水器１４内の純水は配管４７を通って水タンク１３に導出される。よって、水タンク１３は、凝縮器３３ｂで生成されて導出された凝縮水を貯めるものである。 The deionizer 14 contains an ion exchange resin and is filled with a granular ion exchange resin. The deionizer 14 purifies the condensed water from the heat exchanger 33 with ion exchange resin. The deionizer 14 communicates with the water tank 13 through a pipe 47, and the deionized water in the deionizer 14 is led to the water tank 13 through the pipe 47. Therefore, the water tank 13 stores the condensed water generated and derived by the condenser 33b.

また、燃料電池システムは、一酸化炭素センサ（以下、ＣＯセンサとする。）４５ａを備えている。ＣＯセンサ４５ａは、排気管４５に配設されている。ＣＯセンサ４５ａは、燃焼部２６，２８から排出される排気ガスの一酸化炭素濃度（以下、ＣＯ濃度とする。）Ｄを検出するものである。ＣＯセンサ４５ａは、例えば、接触燃焼式センサ、定電位電解式センサである。本実施形態において、ＣＯセンサ４５ａは、接触燃焼式センサである。 The fuel cell system includes a carbon monoxide sensor (hereinafter referred to as a CO sensor) 45a. The CO sensor 45a is disposed in the exhaust pipe 45. The CO sensor 45a detects a carbon monoxide concentration (hereinafter referred to as CO concentration) D of exhaust gas discharged from the combustion units 26 and 28. The CO sensor 45a is, for example, a contact combustion type sensor or a constant potential electrolytic type sensor. In the present embodiment, the CO sensor 45a is a catalytic combustion type sensor.

ＣＯセンサ４５ａは、図３に示すように、通電により加熱するコイル４５ａ１と、コイル４５ａ１の周囲に配設され、一酸化炭素（以下、ＣＯとする。）に対して活性を示す触媒Ｃを有する検知素子４５ａ２と、を備え、コイル４５ａ１によって加熱された検知素子４５ａ２の表面にて排気ガスに含まれるＣＯが燃焼することにより、排気ガスのＣＯ濃度Ｄを検出する。検知素子４５ａ２は、具体的には、触媒Ｃを例えばアルミナなどの担体とともに焼結させたものである。また、一般的に、接触燃焼式センサの検知対象ガスは、可燃性ガスである。本実施形態において、検知対象ガスである可燃性ガスは、排気ガスに含まれるＣＯである。 As shown in FIG. 3, the CO sensor 45a includes a coil 45a1 that is heated by energization, and a catalyst C that is disposed around the coil 45a1 and that is active against carbon monoxide (hereinafter referred to as CO). The CO concentration D of the exhaust gas is detected by burning CO contained in the exhaust gas on the surface of the detection element 45a2 heated by the coil 45a1. Specifically, the detection element 45a2 is obtained by sintering the catalyst C together with a carrier such as alumina. In general, the detection target gas of the contact combustion type sensor is a combustible gas. In the present embodiment, the combustible gas that is the detection target gas is CO contained in the exhaust gas.

そして、ＣＯセンサ４５ａは、その検出結果を制御装置６０に送信するようになっている。具体的には、はじめに、コイル４５ａ１が通電されることにより、検知素子４５ａ２が、触媒Ｃの活性温度（およそ４００℃）に加熱される。そして、排気ガスに含まれるＣＯが、検知素子４５ａ２の表面で燃焼することにより、検知素子４５ａ２の温度が上昇する。このとき、検知素子の温度が、ＣＯ濃度Ｄに応じて変化する。そして、この検知素子の温度に応じて、コイル４５ａ１の温度が変化するため、コイル４５ａ１の抵抗値が変化する。よって、ＣＯセンサ４５ａは、コイル４５ａ１の抵抗値の変化によりＣＯ濃度Ｄを検出する。ここで、コイル４５ａ１の抵抗値は、例えばブリッジ回路によって電圧値として取り出され、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖとして制御装置６０に送信されている。 The CO sensor 45a transmits the detection result to the control device 60. Specifically, first, when the coil 45a1 is energized, the detection element 45a2 is heated to the activation temperature (approximately 400 ° C.) of the catalyst C. Then, CO contained in the exhaust gas burns on the surface of the detection element 45a2, so that the temperature of the detection element 45a2 rises. At this time, the temperature of the sensing element changes according to the CO concentration D. And since the temperature of coil 45a1 changes according to the temperature of this detection element, the resistance value of coil 45a1 changes. Therefore, the CO sensor 45a detects the CO concentration D by the change in the resistance value of the coil 45a1. Here, the resistance value of the coil 45a1 is taken out as a voltage value by a bridge circuit, for example, and transmitted to the control device 60 as the output value V of the CO sensor 45a.

電力変換装置５０は、燃料電池２４から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して交流の系統電源５１および負荷装置５３に接続されている電源ライン５２に電線５４を介して出力する第１機能を有している。また、電力変換装置５０は、系統電源５１からの交流電圧を電源ライン５２および電線５４を介して入力し所定の直流電圧に変換して制御装置６０および補機に出力する第２機能を有している。 The power conversion device 50 receives the DC voltage output from the fuel cell 24, converts it to a predetermined AC voltage, and outputs it to the power supply line 52 connected to the AC system power supply 51 and the load device 53 via the electric wire 54. Has a first function. The power conversion device 50 also has a second function of inputting an AC voltage from the system power supply 51 via the power supply line 52 and the electric wire 54, converting the AC voltage to a predetermined DC voltage, and outputting it to the control device 60 and the auxiliary machine. ing.

系統電源（または商用電源）５１は、系統電源５１に接続された電源ライン５２を介して負荷装置５３に電力を供給するものである。負荷装置５３は、交流電源で駆動される負荷であり、例えばドライヤ、冷蔵庫、テレビなどの電化製品である。 The system power supply (or commercial power supply) 51 supplies power to the load device 53 via a power supply line 52 connected to the system power supply 51. The load device 53 is a load driven by an AC power supply, and is, for example, an electrical appliance such as a dryer, a refrigerator, or a television.

補機は、燃料電池モジュール２０に改質用原料、水、空気を供給するためのモータ駆動のポンプ４１ａ，４２ａ及びカソードエアブロワ４４ａなどから構成されている。この補機は直流電圧にて駆動されるものである。 The auxiliary equipment includes motor-driven pumps 41a and 42a and a cathode air blower 44a for supplying reforming raw material, water, and air to the fuel cell module 20. This auxiliary machine is driven by a DC voltage.

制御装置６０は、燃料電池２４の発電を少なくとも制御するものである。図２に示すように、制御装置６０には、上述した温度センサ３２ｂ，３２ｃ、ＣＯセンサ４５ａが接続されている。また、制御装置６０には、上述した補機である各ポンプ３２ａ，４１ａ，４２ａ、およびブロワ４４ａが接続されている。制御装置６０は、電力変換装置５０から直流電圧が供給されて駆動している。そして、制御装置６０は、それぞれの補機が必要に応じた出力となるように、電力変換装置５０から供給された直流電圧を所定の直流電圧に変換して、それぞれの補機に出力するように制御する。さらに、制御装置６０には、着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２および燃焼触媒ヒータ２８ａが接続されている。制御装置６０は、各ヒータ２６ａ１，２６ａ２，２８ａを制御する。 The control device 60 controls at least the power generation of the fuel cell 24. As shown in FIG. 2, the above-described temperature sensors 32 b and 32 c and the CO sensor 45 a are connected to the control device 60. Further, the control device 60 is connected to each of the pumps 32a, 41a, 42a and the blower 44a which are the above-described auxiliary machines. The control device 60 is driven by being supplied with a DC voltage from the power conversion device 50. Then, the control device 60 converts the DC voltage supplied from the power conversion device 50 into a predetermined DC voltage so that each auxiliary device has an output as required, and outputs it to each auxiliary device. To control. Furthermore, the control device 60 is connected to ignition heaters 26a1 and 26a2 and a combustion catalyst heater 28a. The control device 60 controls each heater 26a1, 26a2, 28a.

次に、上述した燃料電池システムの系統電源５１から送電がある場合の基本的動作の一例について説明する。制御装置６０は、スタートスイッチ（図示なし）が押されて運転が開始される場合、または計画運転にしたがって運転が開始される場合には、起動運転を開始する。 Next, an example of a basic operation when power is transmitted from the system power supply 51 of the fuel cell system described above will be described. The control device 60 starts the start-up operation when the start switch (not shown) is pressed to start the operation or when the operation is started according to the planned operation.

起動運転が開始されるときは、制御装置６０は、補機を作動させる。具体的には、制御装置６０は、ポンプ４１ａ、４２ａを作動させ、蒸発部２２に改質用原料および凝縮水（改質水）の供給を開始する。上述したように、蒸発部２２では混合ガスが生成されて、混合ガスは改質部２３に供給される。改質部２３では、供給された混合ガスから改質ガスが生成されて、改質ガスが燃料電池２４に供給される。そして、制御装置６０が交流電圧を着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２に出力し、着火ヒータ２６ａ１，２６ａ２が加熱される。これにより、第１燃焼部２６において、燃料電池２４から導出された改質用原料および改質ガスが着火される。また、制御装置６０が交流電圧を燃焼触媒ヒータ２８ａに出力し、第２燃焼部２８において、燃焼触媒が加熱される。改質部２３が所定温度以上となれば、起動運転が終了し、発電運転を開始する。本実施形態において、所定温度は、例えば４００℃である。 When the start-up operation is started, the control device 60 operates the auxiliary machine. Specifically, the control device 60 operates the pumps 41 a and 42 a and starts supplying the reforming raw material and condensed water (reformed water) to the evaporation unit 22. As described above, a mixed gas is generated in the evaporation unit 22, and the mixed gas is supplied to the reforming unit 23. In the reforming unit 23, a reformed gas is generated from the supplied mixed gas, and the reformed gas is supplied to the fuel cell 24. And the control apparatus 60 outputs alternating voltage to the ignition heaters 26a1, 26a2, and the ignition heaters 26a1, 26a2 are heated. Thereby, in the first combustion section 26, the reforming raw material and the reformed gas derived from the fuel cell 24 are ignited. Further, the control device 60 outputs an alternating voltage to the combustion catalyst heater 28a, and the combustion catalyst is heated in the second combustion unit 28. When the reforming unit 23 reaches a predetermined temperature or higher, the start-up operation is finished and the power generation operation is started. In the present embodiment, the predetermined temperature is 400 ° C., for example.

発電運転中では、制御装置６０は、燃料電池２４の発電する電力が、負荷装置５３の消費電力となるように補機を制御して、改質ガスおよびカソードエアを燃料電池２４に供給する。燃料電池２４の発電する電力より負荷装置５３の消費電力が上回った場合、その不足電力が系統電源５１から受電して補われるようになっている。 During the power generation operation, the control device 60 controls the auxiliary machine so that the power generated by the fuel cell 24 becomes the power consumption of the load device 53, and supplies the reformed gas and the cathode air to the fuel cell 24. When the power consumption of the load device 53 exceeds the power generated by the fuel cell 24, the insufficient power is received from the system power supply 51 and compensated.

また、発電運転中は、熱交換器３３において、燃料電池２４および改質部２３の少なくともいずれか一方からの排熱を含む燃料電池モジュール２０からの排気ガスが冷却されるとともに凝縮されて、その排熱が貯湯水に回収される。これにより貯湯水が加熱され、加熱された貯湯水は貯湯槽３１に貯められる。また、凝縮された凝縮水は水タンク１３に貯められ、蒸発部２２に供給される。 Further, during the power generation operation, in the heat exchanger 33, the exhaust gas from the fuel cell module 20 including the exhaust heat from at least one of the fuel cell 24 and the reforming unit 23 is cooled and condensed, Waste heat is recovered in the hot water. Thereby, the hot water is heated, and the heated hot water is stored in the hot water tank 31. Further, the condensed condensed water is stored in the water tank 13 and supplied to the evaporation unit 22.

このような発電運転中に、ストップスイッチ（図示なし）が押されて発電運転が停止される場合、または運転計画にしたがって運転が停止される場合には、制御装置６０は、燃料電池システムの停止運転（停止処理）を実施する。制御装置６０は、改質用原料および凝縮水の蒸発部２２への供給を停止し、改質ガスおよび空気の燃料電池２４への供給を停止する。このとき、燃料電池２４が残原料によって発電している場合には、その出力電力は各ヒータ２６ａ１、２６ａ２および２８ａなどへ供給されて消費される。残原料による燃料電池２４の発電が終了すれば、停止運転は終了する。 During such power generation operation, when the stop switch (not shown) is pressed to stop the power generation operation, or when the operation is stopped according to the operation plan, the control device 60 stops the fuel cell system. Carry out the operation (stop process). The control device 60 stops the supply of the reforming raw material and condensed water to the evaporation unit 22 and stops the supply of the reformed gas and air to the fuel cell 24. At this time, if the fuel cell 24 is generating electricity with the remaining raw material, the output power is supplied to and consumed by the heaters 26a1, 26a2, and 28a. When the power generation of the fuel cell 24 using the remaining raw materials is completed, the stop operation is completed.

このような停止運転が終了すると、燃料電池システムは待機状態（待機時）となる。待機時は、燃料電池システムの発電停止状態（すなわち、起動運転、発電運転、停止運転のいずれの運転中でない状態である。）のことであり、発電指示（スタートスイッチのオンなど）を待っている状態のことである。すなわち、停止運転状態終了時点の状態が維持される。 When such a stop operation ends, the fuel cell system enters a standby state (standby state). The standby state is the power generation stop state of the fuel cell system (that is, the start operation, the power generation operation, or the stop operation is not in progress), and waits for a power generation instruction (such as turning on the start switch). It is a state of being. That is, the state at the end of the stop operation state is maintained.

次に、燃料電池システムにおいて、ＣＯセンサ４５ａの一般的な作動について説明する。各運転状態において、燃料電池システムが正常に運転している場合には、可燃性ガスは、第１燃焼部２６および第２燃焼部２８で完全燃焼されるため、排気ガスのＣＯ濃度Ｄは、極めて低い。具体的には、本実施形態において、完全燃焼された排気ガスのＣＯ濃度Ｄは、１０ｐｐｍ以下である。一方、燃料電池システムの運転状態に異常が発生し、第１燃焼部２６および第２燃焼部２８の少なくとも一方にて、不完全燃焼が発生した場合は、排気ガスのＣＯ濃度Ｄが増加する。そして、ＣＯセンサ４５ａによって検出されるＣＯ濃度Ｄがしきい値Ｔｈ１以上になったときは、制御装置６０は、例えばブザー音による警告を行うか、あるいは、警告後に燃料電池システムの停止を行うか、あるいは、燃料電池システムの停止を行う。本実施形態において、しきい値Ｔｈ１は、例えば４００ｐｐｍである。 Next, a general operation of the CO sensor 45a in the fuel cell system will be described. In each operation state, when the fuel cell system is operating normally, the combustible gas is completely combusted in the first combustion unit 26 and the second combustion unit 28. Therefore, the CO concentration D of the exhaust gas is Very low. Specifically, in the present embodiment, the CO concentration D of the exhaust gas completely burned is 10 ppm or less. On the other hand, when an abnormality occurs in the operating state of the fuel cell system and incomplete combustion occurs in at least one of the first combustion unit 26 and the second combustion unit 28, the CO concentration D of the exhaust gas increases. When the CO concentration D detected by the CO sensor 45a becomes equal to or higher than the threshold value Th1, the control device 60 performs a warning by, for example, a buzzer sound, or stops the fuel cell system after the warning. Alternatively, the fuel cell system is stopped. In the present embodiment, the threshold value Th1 is 400 ppm, for example.

さらに、上述した燃料電池システムのＣＯセンサ４５ａのゼロ点を校正する場合の作動について、図４に示すフローチャートに沿って説明する。燃料電池システムが待機状態であるときから説明する。 Further, the operation when the zero point of the CO sensor 45a of the fuel cell system described above is calibrated will be described with reference to the flowchart shown in FIG. A description will be given from the time when the fuel cell system is in a standby state.

制御装置６０は、起動指示があるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。制御装置６０は、起動指示がなければ、ステップＳ１０２にて「ＮＯ」と判定し、待機状態を継続する。一方、制御装置６０は、起動指示があったときに、ステップＳ１０２にて「ＹＥＳ」と判定し、ＣＯセンサ４５ａのゼロ点の第１校正を行った後（ステップＳ１０４）、燃料電池システムの起動運転を行う（ステップＳ１０６）。第１校正は、起動運転開始時における燃焼が開始される前のＣＯセンサ４５ａの出力値ＶをＣＯセンサ４５ａのゼロ点（基準値）とするものである。すなわち、制御装置６０は、第１校正によってＣＯセンサ４５ａのゼロ点におけるＣＯ濃度Ｄを０ｐｐｍとし、ゼロ点からの出力値Ｖの変化量に基づいて、ＣＯ濃度Ｄを導出する。 The control device 60 determines whether there is an activation instruction (step S102). If there is no activation instruction, control device 60 determines “NO” in step S102 and continues the standby state. On the other hand, when there is an activation instruction, the control device 60 determines “YES” in step S102, performs the first calibration of the zero point of the CO sensor 45a (step S104), and then activates the fuel cell system. Operation is performed (step S106). In the first calibration, the output value V of the CO sensor 45a before the start of combustion at the start of the start-up operation is set to the zero point (reference value) of the CO sensor 45a. That is, the controller 60 sets the CO concentration D at the zero point of the CO sensor 45a to 0 ppm by the first calibration, and derives the CO concentration D based on the change amount of the output value V from the zero point.

次に、制御装置６０は、燃料電池システムが発電開始の条件を満たしたか否かを判定する（ステップＳ１０８）。制御装置６０は、改質部２３の温度が所定温度よりも低い場合には、発電開始の条件を満たしていないとして、ステップＳ１０８にて「ＮＯ」と判定し、起動運転を継続する。一方、制御装置６０は、改質部２３の温度が所定温度以上になった場合には、発電開始の条件を満たしたとして、ステップＳ１０８にて「ＹＥＳ」と判定し、発電運転を行う（ステップＳ１１０）。 Next, the control device 60 determines whether or not the fuel cell system satisfies the conditions for starting power generation (step S108). When the temperature of the reforming unit 23 is lower than the predetermined temperature, the control device 60 determines that the power generation start condition is not satisfied, determines “NO” in step S108, and continues the start-up operation. On the other hand, when the temperature of the reforming unit 23 becomes equal to or higher than the predetermined temperature, the control device 60 determines that “YES” is determined in Step S108 and satisfies the power generation start condition, and performs the power generation operation (Step S108). S110).

そして、制御装置６０は、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖ（電圧値）の低下量（変化量）が第１所定時間Ｔ１（特許請求の範囲の所定時間に相当）継続して所定値Ｓ以上か否かを判定する（ステップＳ１１２）。本実施形態において、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖ（電圧値）の変化量は、直近のＣＯセンサ４５ａのゼロ点の校正を行った時点からのゼロ点の変化量である。第１所定時間Ｔ１は、例えば１０分である。また、所定値Ｓは、例えば０．５ｍＶである。そして、所定値Ｓは、ＣＯ濃度Ｄに換算された場合には、例えば１００ｐｐｍに相当する。ここで、制御装置６０は、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖの低下量が第１所定時間Ｔ１継続して所定値Ｓ以上となった場合には、各燃焼部２６，２８における瞬間的な失火や燃焼状態の変化等による不完全燃焼が瞬間的に発生しておらず、燃焼状態が安定しており、ＣＯ濃度Ｄが１０ｐｐｍ以下であると判定する。換言すれば、制御装置６０は、実際のＣＯ濃度Ｄに変化が無いにもかかわらず、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖが変動したと判定する。このとき、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖの変動は、例えば、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖのドリフトによって生じている。 Then, the controller 60 continues the first predetermined time T1 (corresponding to the predetermined time in the claims) for the decrease amount (change amount) of the output value V (voltage value) of the CO sensor 45a to be equal to or greater than the predetermined value S. It is determined whether or not (step S112). In the present embodiment, the change amount of the output value V (voltage value) of the CO sensor 45a is the change amount of the zero point from the time when the zero point of the latest CO sensor 45a is calibrated. The first predetermined time T1 is, for example, 10 minutes. The predetermined value S is, for example, 0.5 mV. The predetermined value S corresponds to, for example, 100 ppm when converted to the CO concentration D. Here, when the amount of decrease in the output value V of the CO sensor 45a continues to be equal to or greater than the predetermined value S for the first predetermined time T1, the control device 60 performs an instantaneous misfire in each of the combustion units 26 and 28. It is determined that incomplete combustion due to a change in the combustion state or the like does not occur instantaneously, the combustion state is stable, and the CO concentration D is 10 ppm or less. In other words, the control device 60 determines that the output value V of the CO sensor 45a has fluctuated even though the actual CO concentration D has not changed. At this time, the fluctuation of the output value V of the CO sensor 45a is caused by, for example, drift of the output value V of the CO sensor 45a.

ここで、本実施形態におけるＣＯセンサ４５ａは、接触燃焼式センサである。よって、検知素子４５ａ２が、検出時にて触媒Ｃの活性温度に加熱されているため、センサ周囲の温度および湿度によるセンサの検出精度への影響が抑制される。しかし、接触燃焼式センサの場合は、ＣＯ濃度Ｄが変化していない場合であっても、初期なじみによって、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖが変動する場合がある。初期なじみは、接触燃焼式センサにおいて、最初に使用される場合に発生する。一般的に、接触燃焼式センサの検知素子の触媒密度は、使用される前においては比較的低い。そして、接触燃焼式センサが最初に使用される場合においては、検知素子がコイルによって加熱されて焼き固められるため、検知素子の触媒密度が高くなる。これにより、検知素子の放熱量が低下するため、センサの特性が変化する。したがって、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖが変動するため、ＣＯセンサ４５ａのゼロ点が変動する。 Here, the CO sensor 45a in the present embodiment is a contact combustion type sensor. Therefore, since the detection element 45a2 is heated to the activation temperature of the catalyst C at the time of detection, the influence of the temperature and humidity around the sensor on the detection accuracy of the sensor is suppressed. However, in the case of a contact combustion type sensor, even if the CO concentration D has not changed, the output value V of the CO sensor 45a may fluctuate due to initial familiarity. Initial familiarity occurs when the combustion sensor is used for the first time. In general, the catalyst density of the sensing element of a catalytic combustion sensor is relatively low before use. And when a contact combustion type sensor is used for the first time, since a sensing element is heated and baked by a coil, the catalyst density of a sensing element becomes high. As a result, the heat dissipation amount of the sensing element is reduced, and the characteristics of the sensor change. Accordingly, since the output value V of the CO sensor 45a varies, the zero point of the CO sensor 45a varies.

具体的には、図５に示すように、初期なじみによって、ＣＯセンサ４５ａの特性が初期特性である特性ＣＨ１から特性ＣＨ２に変化した場合に、第１校正によってゼロ点とされた出力値Ｖ１が、出力値Ｖ２にΔＶだけ変動する。そして、ＣＯセンサ４５ａのゼロ点の校正が行わなければ、制御装置６０は、実際にはＣＯ濃度Ｄが変化していないにもかかわらず、出力値Ｖが出力値ΔＶだけ変動したため、ＣＯ濃度Ｄが０ｐｐｍからＣＯ濃度Ｄａまで変化したと認識する。 Specifically, as shown in FIG. 5, when the characteristic of the CO sensor 45a is changed from the characteristic CH1 which is the initial characteristic to the characteristic CH2 due to initial familiarity, the output value V1 which is set to the zero point by the first calibration is obtained. The output value V2 varies by ΔV. If the zero point of the CO sensor 45a is not calibrated, the control device 60 changes the CO concentration D because the output value V fluctuates by the output value ΔV even though the CO concentration D does not actually change. Is recognized to have changed from 0 ppm to the CO concentration Da.

ここで、図４に示すフローチャートに戻って説明を続ける。制御装置６０は、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖの低下量が第１所定時間Ｔ１継続して所定値Ｓ以上となった場合には、実際のＣＯ濃度Ｄに変化が無く、ＣＯセンサ４５ａのゼロ点が変動したとして、ステップＳ１１２にて「ＹＥＳ」と判定し、ＣＯセンサ４５ａのゼロ点の第２校正（特許請求の範囲の校正に相当）を行う（ステップＳ１１４）。本実施形態において、第２校正は、第１所定時間Ｔ１が経過した時点から第２所定時間Ｔ２の間における出力値Ｖの平均値を新たなＣＯセンサ４５ａのゼロ点にするものである。第２所定時間Ｔ２は、例えば１０秒である。 Here, the description will be continued by returning to the flowchart shown in FIG. When the decrease amount of the output value V of the CO sensor 45a continues to be equal to or greater than the predetermined value S for the first predetermined time T1, the control device 60 does not change the actual CO concentration D, and the CO sensor 45a is zero. Assuming that the point has fluctuated, “YES” is determined in step S112, and second calibration of the zero point of the CO sensor 45a (corresponding to calibration in the scope of claims) is performed (step S114). In the present embodiment, the second calibration is to set the average value of the output value V between the time when the first predetermined time T1 has elapsed and the second predetermined time T2 as the zero point of the new CO sensor 45a. The second predetermined time T2 is, for example, 10 seconds.

一方、制御装置６０は、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖの低下量が所定値Ｓより小さい場合、または、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖの低下量が所定値Ｓ以上であっても、この状態が第１所定時間Ｔ１継続されない場合は、ステップＳ１１２にて「ＮＯ」と判定する。そして、制御装置６０は、停止指示（ストップスイッチのオンなど）があるか否かを確認する（ステップＳ１１６）。そして、制御装置６０は、停止指示が無い場合は、ステップＳ１１６にて「ＮＯ」と判定し、ステップＳ１１２の判定を行う。一方、制御装置６０は、停止指示がある場合は、ステップＳ１１６にて「ＹＥＳ」と判定し、停止運転を行う（ステップＳ１１８）。 On the other hand, if the amount of decrease in the output value V of the CO sensor 45a is smaller than the predetermined value S, or the amount of decrease in the output value V of the CO sensor 45a is greater than or equal to the predetermined value S, the control device 60 If the first predetermined time T1 is not continued, “NO” is determined in the step S112. And the control apparatus 60 confirms whether there exists a stop instruction | indication (stop switch ON etc.) (step S116). If there is no stop instruction, the control device 60 determines “NO” in step S116, and performs the determination in step S112. On the other hand, when there is a stop instruction, the control device 60 determines “YES” in step S116 and performs a stop operation (step S118).

次に、上述したフローチャートに沿って、燃料電池システムが作動したときのＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖに基づいたＣＯ濃度Ｄの変化を、図６に示すタイムチャートを用いて説明する。なお、ＣＯセンサ４５ａが初めて使用され、第１燃焼部２６および第２燃焼部２８において、可燃性ガスが完全燃焼されている場合について説明する。 Next, the change in the CO concentration D based on the output value V of the CO sensor 45a when the fuel cell system is operated will be described using the time chart shown in FIG. The case where the CO sensor 45a is used for the first time and the combustible gas is completely burned in the first combustion unit 26 and the second combustion unit 28 will be described.

燃料電池システムの起動指示があったときに（ステップＳ１０２）、ＣＯセンサ４５ａのゼロ点の第１校正が行われるため（ステップＳ１０４）、ＣＯ濃度Ｄが０ｐｐｍに補正される（時刻ｔ１）。その後、燃料電池システムは、起動運転を開始する（ステップＳ１０６）。そして、各燃焼部２６，２８が着火され燃焼を開始したときは、燃焼状態が不安定であるため、少量のＣＯが排気ガスに含まれている。よって、ＣＯ濃度Ｄが増加しはじめる（時刻ｔ２）。そして、ＣＯ濃度Ｄが瞬間的に上昇する。その後、燃焼状態が安定するため、ＣＯ濃度Ｄが０ｐｐｍに戻る（時刻ｔ３）。そして、ＣＯセンサ４５ａの初期なじみによって、出力値Ｖが徐々に低下するため、これに伴って、ＣＯ濃度Ｄが徐々に低下する。 When the start instruction of the fuel cell system is given (step S102), the first calibration of the zero point of the CO sensor 45a is performed (step S104), so that the CO concentration D is corrected to 0 ppm (time t1). Thereafter, the fuel cell system starts a startup operation (step S106). And when each combustion part 26 and 28 is ignited and combustion is started, since a combustion state is unstable, a small amount of CO is contained in exhaust gas. Therefore, the CO concentration D starts to increase (time t2). Then, the CO concentration D increases instantaneously. Thereafter, since the combustion state is stabilized, the CO concentration D returns to 0 ppm (time t3). Then, since the output value V gradually decreases due to the initial familiarity of the CO sensor 45a, the CO concentration D gradually decreases accordingly.

そして、発電開始の条件が満たされ、発電運転が開始される（ステップＳ１０８、Ｓ１１０；時刻ｔ４）。そして、燃料電池２４の発電中において、直近の校正である第１校正を行った時点（時刻ｔ１）からのＣＯ濃度Ｄ（出力値Ｖ）の低下量が所定値Ｓに達し（時刻ｔ５）、ＣＯ濃度Ｄの変化量が所定値Ｓに達した時点（時刻ｔ５）から第１所定時間Ｔ１継続して所定値Ｓ以上であるときは、制御装置６０は、ＣＯセンサ４５ａのゼロ点の第２校正を行う（ステップＳ１１４）。完全燃焼時には、ＣＯ濃度Ｄは、１０ｐｐｍ以下であるため、ゼロ点の校正を正確かつ確実に行うことができる。すなわち、ＣＯセンサ４５ａのゼロ点の校正用のガスとして、完全燃焼時の排気ガスを使用することができる。そして、制御装置６０は、第１所定時間Ｔ１が経過した時点（時刻ｔ６）から第２所定時間Ｔ２の間における出力値Ｖの平均値を新たなＣＯセンサ４５ａのゼロ点として、第２所定時間Ｔ２が経過した時点に、ＣＯ濃度Ｄを０ｐｐｍに補正する（時刻ｔ７）。 Then, the power generation start condition is satisfied, and the power generation operation is started (steps S108 and S110; time t4). During power generation of the fuel cell 24, the amount of decrease in the CO concentration D (output value V) from the time point (time t1) when the first calibration, which is the latest calibration, has reached a predetermined value S (time t5). When the change amount of the CO concentration D reaches the predetermined value S (time t5) and continues for the first predetermined time T1 and is equal to or greater than the predetermined value S, the control device 60 sets the second zero point of the CO sensor 45a. Calibration is performed (step S114). During complete combustion, since the CO concentration D is 10 ppm or less, the zero point can be calibrated accurately and reliably. That is, exhaust gas at the time of complete combustion can be used as a zero point calibration gas for the CO sensor 45a. Then, the control device 60 sets the average value of the output values V during the second predetermined time T2 from the time when the first predetermined time T1 has elapsed (time t6) as the zero point of the new CO sensor 45a for the second predetermined time. When T2 has elapsed, the CO concentration D is corrected to 0 ppm (time t7).

その後、停止指示があると（ステップＳ１１６）、制御装置６０は、燃料電池システムの停止運転を開始する（ステップＳ１１８；時刻ｔ８）。停止運転開始時は、燃焼状態が不安定であるため、少量のＣＯが排気ガスに含まれている。よって、ＣＯ濃度Ｄがわずかに増加しはじめる（時刻ｔ９）。そして、ＣＯ濃度Ｄが瞬間的に上昇する。その後、燃焼状態が安定するため、ＣＯ濃度Ｄが０ｐｐｍに戻る（時刻ｔ１０）。 Thereafter, when there is a stop instruction (step S116), the control device 60 starts a stop operation of the fuel cell system (step S118; time t8). At the start of the stop operation, the combustion state is unstable, so a small amount of CO is contained in the exhaust gas. Therefore, the CO concentration D starts to increase slightly (time t9). Then, the CO concentration D increases instantaneously. Thereafter, since the combustion state is stabilized, the CO concentration D returns to 0 ppm (time t10).

なお、第１燃焼部２６または第２燃焼部２８にて不完全燃焼が発生し、ＣＯ濃度Ｄがしきい値Ｔｈ１以上となった場合には、制御装置６０は、上述したフローチャートにかかわらず、燃焼部２６，２８の燃焼を停止する。 When incomplete combustion occurs in the first combustion unit 26 or the second combustion unit 28 and the CO concentration D becomes equal to or higher than the threshold value Th1, the control device 60 does not depend on the flowchart described above. The combustion of the combustion parts 26 and 28 is stopped.

なお、上述したタイムチャートにおいて、第２校正が行われない場合は、図６に一点破線にて示すように、燃焼部２６，２８が完全燃焼し、実際のＣＯ濃度Ｄが１０ｐｐｍ以下であるにもかかわらず、ＣＯ濃度Ｄが低下した状態のままとなる。すなわち、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖは、１０ｐｐｍから乖離した状態のままとなる。 In the time chart described above, when the second calibration is not performed, the combustion sections 26 and 28 are completely burned and the actual CO concentration D is 10 ppm or less as shown by the one-dot broken line in FIG. Nevertheless, the CO concentration D remains reduced. That is, the output value V of the CO sensor 45a remains in a state deviating from 10 ppm.

本実施形態によれば、制御装置６０は、燃料電池２４の発電中において、ＣＯセンサ４５ａのゼロ点の第２校正を行う。よって、燃料電池システムを停止させなくても、ＣＯセンサ４５ａを校正することができるため、燃料電池システムの停止の回数（ひいては起動の回数）を増加させずに、ＣＯセンサ４５ａのゼロ点の校正を行うことができる。したがって、燃料電池２４の劣化およびシステム効率の低下を抑制することができる。 According to the present embodiment, the control device 60 performs the second calibration of the zero point of the CO sensor 45a during the power generation of the fuel cell 24. Therefore, since the CO sensor 45a can be calibrated without stopping the fuel cell system, the zero point of the CO sensor 45a is calibrated without increasing the number of times the fuel cell system is stopped (and hence the number of times of starting). It can be performed. Therefore, deterioration of the fuel cell 24 and reduction in system efficiency can be suppressed.

また、ＣＯセンサ４５ａの検知素子４５ａ２は、検出時にて活性温度に加熱されているため、センサ周囲の温度および湿度によるセンサの検出精度への影響が抑制される。よって、制御装置６０は、排気ガスのＣＯ濃度Ｄをより精度よく検出することができる。 Further, since the detection element 45a2 of the CO sensor 45a is heated to the activation temperature at the time of detection, the influence of the temperature and humidity around the sensor on the detection accuracy of the sensor is suppressed. Therefore, the control device 60 can detect the CO concentration D of the exhaust gas with higher accuracy.

また、燃料電池２４が長期連続運転を行う固体酸化物形燃料電池である場合に、制御装置６０が発電中にＣＯセンサ４５ａのゼロ点の第２校正を行うため、長期連続運転中においても排気ガスのＣＯ濃度Ｄを精度よく検出することができる。 Further, when the fuel cell 24 is a solid oxide fuel cell that performs long-term continuous operation, the control device 60 performs the second calibration of the zero point of the CO sensor 45a during power generation. The CO concentration D of the gas can be detected with high accuracy.

なお、本発明による他の実施形態として、上述した実施形態においては、制御装置６０は、第２校正において、第１所定時間Ｔ１が経過した時点から第２所定時間Ｔ２の間における出力値Ｖの平均値を新たなＣＯセンサ４５ａのゼロ点にしているが、これに代えて、第１所定時間Ｔ１の間における出力値Ｖの平均値を新たなＣＯセンサ４５ａのゼロ点とするようにしても良い。また、第１所定時間Ｔ１が経過した時点の出力値ＶをＣＯセンサ４５ａのゼロ点とするようにしても良い。 As another embodiment according to the present invention, in the above-described embodiment, the control device 60 determines the output value V between the second predetermined time T2 and the second predetermined time T2 in the second calibration. The average value is set as the zero point of the new CO sensor 45a. Instead, the average value of the output value V during the first predetermined time T1 may be set as the zero point of the new CO sensor 45a. good. Further, the output value V at the time when the first predetermined time T1 has elapsed may be set as the zero point of the CO sensor 45a.

また、上述した実施形態において、特許請求の範囲の燃焼部は、第１燃焼部２６のみによって構成されているが、これに代えて、特許請求の範囲の燃焼部を第１燃焼部２６および第２燃焼部２８によって構成するようにしても良い。 Further, in the above-described embodiment, the combustion part of the claims is constituted only by the first combustion part 26. Instead, the combustion part of the claims is replaced by the first combustion part 26 and the first combustion part 26. You may make it comprise by the 2 combustion part 28. FIG.

また、上述した実施形態において、第２校正を行う条件であるＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖの低下量は、直近のゼロ点の校正した時点の出力値Ｖを基準としているが、これに代えて、直近のゼロ点の校正した時点から第３所定時間Ｔ３が経過した時点における出力値Ｖを基準とするようにしても良い。第３所定時間Ｔ３は、例えば、３０分である。 In the above-described embodiment, the amount of decrease in the output value V of the CO sensor 45a, which is a condition for performing the second calibration, is based on the output value V at the time of the most recent zero point calibration. The output value V at the time when the third predetermined time T3 has elapsed from the time when the latest zero point was calibrated may be used as a reference. The third predetermined time T3 is, for example, 30 minutes.

また、上述した実施形態において、第２校正を行う条件として、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖの低下量が所定値Ｓに達した時点から第１所定時間Ｔ１継続して所定値Ｓ以上である場合としているが、これに代えて、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖの低下量が所定値Ｓに達した時点から第１所定時間Ｔ１継続して第１所定範囲内である場合としても良い。第１所定範囲内は、例えば０．５ｍＶ〜０．７ｍＶである。これによれば、実際のＣＯ濃度Ｄに変化がなく、第１所定時間Ｔ１の間は、燃焼部２６，２８が完全燃焼している状態であると、より精度よく判定できる。よって、燃焼状態がより安定した状態にて第２校正を行うことができる。 In the above-described embodiment, as a condition for performing the second calibration, when the amount of decrease in the output value V of the CO sensor 45a reaches the predetermined value S, the first predetermined time T1 continues for a predetermined value S or more. However, instead of this, the amount of decrease in the output value V of the CO sensor 45a may be within the first predetermined range for the first predetermined time T1 from the time when the predetermined value S is reached. The first predetermined range is, for example, 0.5 mV to 0.7 mV. According to this, it can be determined with higher accuracy that there is no change in the actual CO concentration D and the combustion sections 26 and 28 are in a complete combustion state during the first predetermined time T1. Therefore, the second calibration can be performed in a state where the combustion state is more stable.

また、上述した実施形態において、第２校正を行う条件を、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖの低下量が所定値Ｓに達した時点から第１所定時間Ｔ１継続して、変化量の勾配が一定である場合としても良い。この条件を満たす場合は、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖの変化量が所定値Ｓに達した時点から第１所定時間Ｔ１継続して所定値Ｓ以上となるため、実際のＣＯ濃度Ｄに変化がなく、第１所定時間Ｔ１の間は、燃焼部２６，２８が完全燃焼している状態であると判定できる。よって、第２校正を行う条件を満たしている。また、第２校正を行う条件を、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖの変化量が所定値Ｓに達した時点から第１所定時間Ｔ１継続して、変化量の勾配が第２所定範囲内である場合としても良い。ここで、変化量の勾配が第２所定範囲内である場合は、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖの変化量が第１所定範囲内となる。第２所定範囲は、例えば、０〜０．０２ｍＶ／分である。この場合においては、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖの変化量が所定値Ｓに達した時点から第１所定時間Ｔ１継続して第１所定範囲内となるため、上述したように、第２校正を行う条件を満たしている。 In the above-described embodiment, the second calibration is performed under the condition that the gradient of the change amount is constant by continuing the first predetermined time T1 from the time when the decrease amount of the output value V of the CO sensor 45a reaches the predetermined value S. It may be a case. When this condition is satisfied, since the amount of change in the output value V of the CO sensor 45a reaches the predetermined value S, the first predetermined time T1 continues for a predetermined value S or more, so that the actual CO concentration D changes. Instead, during the first predetermined time T1, it can be determined that the combustion sections 26 and 28 are in a complete combustion state. Therefore, the conditions for performing the second calibration are satisfied. Further, the condition for performing the second calibration is continued for the first predetermined time T1 from the time when the change amount of the output value V of the CO sensor 45a reaches the predetermined value S, and the gradient of the change amount is within the second predetermined range. It may be a case. Here, when the gradient of the change amount is within the second predetermined range, the change amount of the output value V of the CO sensor 45a is within the first predetermined range. The second predetermined range is, for example, 0 to 0.02 mV / min. In this case, since the amount of change in the output value V of the CO sensor 45a reaches the predetermined value S, the first predetermined time T1 continues and falls within the first predetermined range. Therefore, as described above, the second calibration is performed. Meet the conditions to do.

また、上述した実施形態においては、接触燃焼式センサの初期なじみが発生し、ＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖの低下量が第１所定時間Ｔ１継続して所定値Ｓ以上となった場合に、ＣＯセンサ４５ａのゼロ点が変動したとして、ＣＯセンサ４５ａのゼロ点の第２校正を行っているが、これに代えて、例えばセンサの経年変化等によってＣＯセンサ４５ａの出力値Ｖの上昇量が第１所定時間Ｔ１継続して所定値Ｓ以上となった場合に、ＣＯセンサ４５ａのゼロ点が変動したとして、ＣＯセンサ４５ａのゼロ点の第２校正を行うようにしても良い。 Further, in the above-described embodiment, when the initial familiarity of the contact combustion type sensor occurs, and the amount of decrease in the output value V of the CO sensor 45a continues for the first predetermined time T1 and exceeds the predetermined value S, the CO Assuming that the zero point of the sensor 45a fluctuates, the second calibration of the zero point of the CO sensor 45a is performed. Instead, for example, the amount of increase in the output value V of the CO sensor 45a due to aging of the sensor is If the zero point of the CO sensor 45a fluctuates when the predetermined value T continues for one predetermined time T1, the second calibration of the zero point of the CO sensor 45a may be performed.

また、上述した実施形態におけるＣＯセンサ４５ａは、接触燃焼式センサであるが、これに代えて、定電位電解式センサとしても良い。ここで、定電位電解式センサは、接触燃焼式センサに比べ、初期なじみは発生しないが、センサ周囲の湿度に影響を受けやすいため、排気ガスの湿度により、出力値Ｖのドリフトや、センサの経年変化等による出力値Ｖの変化が発生する可能性がある。すなわち、実際のＣＯ濃度Ｄに変化がない場合に、出力値Ｖの変動が生じる可能性がある。しかしながら、ＣＯセンサ４５ａが定電位電解式センサの場合でも、出力値Ｖの変化量が所定値Ｓに達した時点から第１所定時間Ｔ１継続して所定値Ｓ以上である場合は、燃焼部２６，２８が完全燃焼している状態であると判定できる。よって、燃焼状態がより安定した状態にて第２校正を行うことができるため、ＣＯセンサ４５ａが定電位電解式センサの場合でも、制御装置６０は、排気ガスのＣＯ濃度Ｄを精度よく検出することができる。 In addition, the CO sensor 45a in the above-described embodiment is a contact combustion type sensor, but instead of this, a constant potential electrolytic type sensor may be used. Here, although the constant potential electrolysis sensor does not generate initial familiarity as compared with the contact combustion sensor, it is easily affected by the humidity around the sensor. There is a possibility that the output value V changes due to secular change or the like. That is, when the actual CO concentration D does not change, the output value V may vary. However, even when the CO sensor 45a is a constant potential electrolytic sensor, the combustor 26 is used when the change amount of the output value V reaches the predetermined value S and continues for the first predetermined time T1 and is equal to or greater than the predetermined value S. , 28 are in a state of complete combustion. Accordingly, since the second calibration can be performed in a state where the combustion state is more stable, the control device 60 accurately detects the CO concentration D of the exhaust gas even when the CO sensor 45a is a constant potential electrolytic sensor. be able to.

また、上述した実施形態における燃料電池２４は固体酸化物燃料電池であったが、本発明を固体高分子形燃料電池に適用するようにしてもよい。この場合、燃料電池モジュール２０に代えて、図７に示すように、燃料電池８１ａおよび改質部８１ｂを含んで構成されている。 Further, although the fuel cell 24 in the above-described embodiment is a solid oxide fuel cell, the present invention may be applied to a solid polymer fuel cell. In this case, instead of the fuel cell module 20, as shown in FIG. 7, it includes a fuel cell 81a and a reforming part 81b.

燃料電池８１ａは、燃料ガス（水素ガス）および酸化剤ガス（酸素を含む空気）が供給されて水素と酸素の化学反応により発電して直流電流（例えば４０Ｖ）を出力するものである。 The fuel cell 81a is supplied with a fuel gas (hydrogen gas) and an oxidant gas (air containing oxygen), generates power by a chemical reaction between hydrogen and oxygen, and outputs a direct current (for example, 40V).

改質部８１ｂは、燃料（改質用燃料）を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池８１ａに供給するものであり、バーナ（特許請求の範囲の燃焼部に相当）８１ｂ１、改質部８１ｂ２、一酸化炭素シフト反応部（以下、ＣＯシフト部とする。）８１ｂ３および一酸化炭素選択酸化反応部（以下、ＣＯ選択酸化部とする。）８１ｂ４から構成されている。燃料としては、天然ガス、ＬＰＧ、灯油、ガソリンおよびメタノールなどがある。 The reformer 81b steam reforms the fuel (reforming fuel) and supplies a hydrogen-rich reformed gas to the fuel cell 81a. The burner (corresponding to the combustor in the claims) 81b1, The reforming unit 81b2 includes a carbon monoxide shift reaction unit (hereinafter referred to as a CO shift unit) 81b3 and a carbon monoxide selective oxidation reaction unit (hereinafter referred to as a CO selective oxidation unit) 81b4. Examples of the fuel include natural gas, LPG, kerosene, gasoline, and methanol.

バーナ８１ｂ１は、起動運転時に外部から燃焼用燃料および燃焼用空気が供給され、または定常運転時に燃料電池８１ａの燃料極からアノードオフガス（燃料電池８１ａに供給されずに排出された改質ガス）が供給され、供給された各可燃性ガスを燃焼して燃焼ガスを改質部８１ｂ２に導出するものである。 Burner 81b1 is supplied with combustion fuel and combustion air from the outside during start-up operation, or anode off-gas (reformed gas discharged without being supplied to fuel cell 81a) from the fuel electrode of fuel cell 81a during steady operation. The supplied combustible gas is combusted and the combustion gas is led to the reforming unit 81b2.

改質部８１ｂ２は、外部から供給された燃料に蒸発器からの水蒸気（改質水）を混合した混合ガスを改質部８１ｂ２に充填された触媒により改質して水素ガスと一酸化炭素ガスを生成している（いわゆる水蒸気改質反応）。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気を水素ガスと二酸化炭素とに変成している（いわゆる一酸化炭素シフト反応）。これら生成されたガス（いわゆる改質ガス）はＣＯシフト部８１ｂ３に導出される。 The reforming unit 81b2 reforms a mixed gas obtained by mixing the fuel supplied from the outside with the water vapor (reformed water) from the evaporator by using a catalyst charged in the reforming unit 81b2, and hydrogen gas and carbon monoxide gas. (So-called steam reforming reaction). At the same time, carbon monoxide and steam generated by the steam reforming reaction are converted into hydrogen gas and carbon dioxide (so-called carbon monoxide shift reaction). These generated gases (so-called reformed gas) are led to the CO shift unit 81b3.

ＣＯシフト部８１ｂ３は、この改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気をその内部に充填された触媒により反応させて水素ガスと二酸化炭素とに変成している。これにより改質ガスはＣＯ濃度Ｄが低減されてＣＯ選択酸化部８１ｂ４に導出される。 The CO shift unit 81b3 is converted into hydrogen gas and carbon dioxide by reacting carbon monoxide and water vapor contained in the reformed gas with a catalyst filled therein. Thus, the reformed gas is led to the CO selective oxidation unit 81b4 with the CO concentration D reduced.

ＣＯ選択酸化部８１ｂ４は、改質ガスに残留している一酸化炭素と外部からさらに供給されたＣＯ浄化用の空気とをその内部に充填された触媒により反応させて二酸化炭素を生成している。これにより、改質ガスはＣＯ濃度Ｄがさらに低減されて（１０ｐｐｍ以下）燃料電池８１ａの燃料極に導出される。
この場合、ＣＯセンサ４５ａは、燃焼部８１ｂ１からの排気ガスのＣＯ濃度Ｄを検出する。 The CO selective oxidation unit 81b4 generates carbon dioxide by reacting carbon monoxide remaining in the reformed gas with CO purification air further supplied from the outside using a catalyst filled therein. . Thereby, the reformed gas is led to the fuel electrode of the fuel cell 81a with the CO concentration D further reduced (10 ppm or less).
In this case, the CO sensor 45a detects the CO concentration D of the exhaust gas from the combustion unit 81b1.

２０…燃料電池モジュール、２２…蒸発部、２３…改質部、２４…燃料電池、２６…第１燃焼部（燃焼部）、２６ａ１、２６ａ２…着火ヒータ、２８…第２燃焼部、２８ａ…燃焼触媒ヒータ、３１…貯湯槽、３２…貯湯水循環回路、３３…熱交換器、４５ａ…ＣＯセンサ、５０…電力変換装置、６０…制御装置、Ｄ…ＣＯ濃度、Ｓ…所定値、Ｔ１…第１所定時間（所定時間）、Ｔ２…第２所定時間、Ｖ…出力値。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Fuel cell module, 22 ... Evaporating part, 23 ... Reforming part, 24 ... Fuel cell, 26 ... 1st combustion part (combustion part), 26a1, 26a2 ... Ignition heater, 28 ... 2nd combustion part, 28a ... Combustion Catalyst heater, 31 ... hot water tank, 32 ... hot water circulation circuit, 33 ... heat exchanger, 45a ... CO sensor, 50 ... power converter, 60 ... control device, D ... CO concentration, S ... predetermined value, T1 ... first Predetermined time (predetermined time), T2 ... second predetermined time, V ... output value.

Claims

A fuel cell that generates electricity using fuel and oxidant gas;
A combustion section for burning anode off-gas derived from the fuel cell;
A carbon monoxide sensor for detecting a carbon monoxide concentration of exhaust gas discharged from the combustion section;
A fuel cell system comprising: a control device that controls at least power generation of the fuel cell;
The control device calibrates the zero point of the carbon monoxide sensor when the amount of change in the output value of the carbon monoxide sensor continuously exceeds a predetermined value during a predetermined time during power generation of the fuel cell. Fuel cell system.

The carbon monoxide sensor includes: a coil that is heated by energization; and a sensing element that is disposed around the coil and has a catalyst that is active with respect to carbon monoxide, and the sensing that is heated by the coil. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is a contact combustion type sensor that detects a carbon monoxide concentration of the exhaust gas by burning carbon monoxide contained in the exhaust gas on a surface of the element.

The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell is a solid oxide fuel cell.