JP2015185538A - fuel cell system - Google Patents

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修平 咲間
Shuhei Sakuma
修平 咲間
惠美 今木
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惠美 今木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of suppressing influence on equipment when suppressing a pressure rise around a desulfurizer.SOLUTION: A fuel cell system 1 comprises: a desulfurizer 11; a reformer 51; a fuel cell 53; a raw material line 18 to be desulfurized; a first cutoff valve 21 provided in the raw material line 18 to be desulfurized; a desulfurized raw material line 19; a second cutoff valve 22 provided in the desulfurized raw material line 19; a desulfurizer inner pressure detector 23 which detects an inner pressure of the desulfurizer 11; an air supply unit 31 for reforming which supplies an air AR for reforming to the reformer 51; and a control unit 60. When the pressure detected by the desulfurizer inner pressure detector 23 becomes more than or equal to a first prescribed value, the control unit 60 operates the second cutoff valve 22 and the air supply unit 31 for reforming so as to guide the amount of raw materials D which can be adsorbed by a reforming catalyst 51c to the reformer 51 by opening or closing the second cutoff valve 22, supply the air AR for reforming to the reformer 51, and discharge the raw materials D adsorbed to the reforming catalyst 51c to the outside.

Description

本発明は燃料電池システムに関し、特に脱硫器まわりの圧力上昇を抑制する処理を行う際に機器類への影響を抑制する燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system that suppresses the influence on equipment when performing a process of suppressing a pressure increase around a desulfurizer.

水素含有ガスと酸素含有ガスとを導入して発電する燃料電池を設置する際、水素含有ガスを入手するためのインフラ整備が十分でないことに鑑み、炭化水素系原料を改質して水素含有ガスとする改質器(燃料処理機)が併設されることが多い。燃料電池に供給する水素含有ガスを、炭化水素系原料を改質して生成する場合、脱硫器において炭化水素系原料を脱硫してから改質するのが一般的である。   When installing a fuel cell that generates electricity by introducing a hydrogen-containing gas and an oxygen-containing gas, in view of the lack of infrastructure to obtain the hydrogen-containing gas, the hydrocarbon-based raw material is reformed to produce a hydrogen-containing gas. In many cases, a reformer (fuel processor) is attached. When the hydrogen-containing gas supplied to the fuel cell is produced by reforming a hydrocarbon-based raw material, it is generally reformed after desulfurizing the hydrocarbon-based raw material in a desulfurizer.

運転時の温度が異なる脱硫器及び燃料処理機の、運転停止後の温度変化の相違に伴う圧力変化の相違によって必要となる、燃料処理機を含む空間の補圧処理を、以下のように行う燃料処理装置が知られている。その燃料処理装置は、脱硫器の上流の原料ガス流路に設けられた第1の弁と、脱硫器と燃料処理機との間の原料ガス流路に設けられた第2の弁と、燃料処理機の下流に設けられた第3の弁とを備え、脱硫器を含む空間の圧力が第1の圧力閾値以上の圧力に加圧されている状態で、燃料処理機を含む空間の補圧処理を行う場合に、第1の弁及び第3の弁を閉じたまま、第2の弁を開放することとしている(例えば、特許文献1参照。)。   The pressure compensation processing for the space including the fuel processor, which is necessary due to the difference in pressure change due to the difference in temperature change after the shutdown of the desulfurizer and fuel processor with different temperatures during operation, is performed as follows. Fuel processing devices are known. The fuel processing apparatus includes a first valve provided in a raw material gas flow path upstream of a desulfurizer, a second valve provided in a raw material gas flow path between the desulfurizer and the fuel processor, a fuel A third valve provided downstream of the processor, and in a state in which the pressure in the space including the desulfurizer is pressurized to a pressure equal to or higher than the first pressure threshold, the space is supplemented in the space including the fuel processor. When processing is performed, the second valve is opened while the first valve and the third valve are closed (see, for example, Patent Document 1).

特開2009−217952号公報(段落0030、図1等)JP 2009-217952 A (paragraph 0030, FIG. 1, etc.)

しかしながら、特許文献1に記載された燃料処理装置では、第1の弁と第3の弁との間に封入されていた原料ガスが排出されると、燃料処理装置の下流側に設置されている燃料電池システムを構成するガス検知器等の機器類の誤作動を発生させるおそれがある。   However, in the fuel processor described in Patent Document 1, when the raw material gas sealed between the first valve and the third valve is discharged, the fuel processor is installed on the downstream side of the fuel processor. There is a risk of malfunctioning of devices such as gas detectors constituting the fuel cell system.

本発明は上述の課題に鑑み、脱硫器まわりの圧力上昇を抑制する処理を行う際に機器類への影響を抑制する燃料電池システムを提供することを目的とする。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell system that suppresses the influence on devices when performing a process of suppressing a pressure increase around a desulfurizer.

上記目的を達成するために、本発明の第1の態様に係る燃料電池システムは、例えば図1に示すように、炭化水素系の原料である被脱硫原料Drを脱硫して脱硫済原料Dfを生成する脱硫器11と;脱硫済原料Dfを改質して水素を含有する燃料ガスEを生成する改質部51であって、脱硫済原料Dfの改質を促進させる改質触媒51cを有する改質部51と;燃料ガスEと発電用空気AGとを導入して発電する燃料電池53と;脱硫器11に被脱硫原料Drを導く被脱硫原料ライン18と;被脱硫原料ライン18に設けられた第1の遮断弁21と;脱硫器11から改質部51へ脱硫済原料Dfを導く脱硫済原料ライン19と;脱硫済原料ライン19に設けられた第2の遮断弁22と;脱硫器11の内部の圧力を直接又は間接的に検知する脱硫器内圧検知器23と;第2の遮断弁22の下流側の脱硫済原料ライン19に又は改質部51に、改質用空気ARを供給する改質用空気供給部31と;第1の遮断弁21及び第2の遮断弁22が閉の状態で、脱硫器内圧検知器23が検知した圧力が第1の所定の値以上となったときに、第2の遮断弁22を開閉することによって改質触媒51cが吸着できる量の原料Dを改質部51へ導き、その後、改質部51に向けて改質用空気ARを供給して改質触媒51cに吸着している原料Dを外部へ排出するように、第2の遮断弁22及び改質用空気供給部31を作動させる制御部60とを備える。   In order to achieve the above object, the fuel cell system according to the first aspect of the present invention provides a desulfurized raw material Df by desulfurizing a raw material Dr to be desulfurized, which is a hydrocarbon-based raw material, for example, as shown in FIG. A desulfurizer 11 to be generated; a reforming unit 51 that reforms the desulfurized raw material Df to generate a fuel gas E containing hydrogen, and has a reforming catalyst 51c that promotes reforming of the desulfurized raw material Df. A reforming unit 51; a fuel cell 53 for generating power by introducing the fuel gas E and power generation air AG; a desulfurized raw material line 18 for introducing the desulfurized raw material Dr to the desulfurizer 11; and a desulfurized raw material line 18 A first shut-off valve 21; a desulfurized raw material line 19 for introducing the desulfurized raw material Df from the desulfurizer 11 to the reforming unit 51; a second shut-off valve 22 provided in the desulfurized raw material line 19; To detect the pressure inside the vessel 11 directly or indirectly An internal pressure detector 23; a reforming air supply unit 31 that supplies the reforming air AR to the desulfurized raw material line 19 on the downstream side of the second shut-off valve 22 or to the reforming unit 51; When the shutoff valve 21 and the second shutoff valve 22 are closed and the pressure detected by the desulfurizer internal pressure detector 23 exceeds the first predetermined value, the second shutoff valve 22 is opened and closed. The amount of the raw material D that can be adsorbed by the reforming catalyst 51c is guided to the reforming unit 51, and then the reforming air AR is supplied toward the reforming unit 51 to thereby feed the raw material D adsorbed on the reforming catalyst 51c. The control part 60 which act | operates the 2nd cutoff valve 22 and the reforming air supply part 31 is provided so that it may discharge | emit outside.

このように構成すると、第2の遮断弁を通過して流下した炭化水素系の原料が改質用空気で適切な濃度に希釈されて外部に排出されることとなり、機器類への影響を抑制することができる。   With this configuration, the hydrocarbon-based raw material that has flowed down after passing through the second shut-off valve is diluted to an appropriate concentration with reforming air and discharged to the outside, thereby suppressing the influence on the equipment. can do.

また、本発明の第2の態様に係る燃料電池システムは、例えば図1に示すように、上記本発明の第1の態様に係る燃料電池システム1において、燃料電池53に発電用空気AGを供給する発電用空気供給部41を備え;制御部60は、脱硫器内圧検知器23が検知した圧力が第1の所定の値以上となったときに、燃料電池53に向けて発電用空気AGを供給するように、発電用空気供給部41を作動させる。   Further, the fuel cell system according to the second aspect of the present invention supplies power generation air AG to the fuel cell 53 in the fuel cell system 1 according to the first aspect of the present invention as shown in FIG. The control unit 60 supplies the power generation air AG toward the fuel cell 53 when the pressure detected by the desulfurizer internal pressure detector 23 is equal to or higher than the first predetermined value. The power generation air supply unit 41 is operated so as to be supplied.

このように構成すると、改質用空気に加えて発電用空気によっても原料が希釈されることとなり、機器類への影響をより抑制することができる。   If comprised in this way, a raw material will be diluted also with power generation air in addition to reforming air, and the influence on equipment can be suppressed more.

また、本発明の第3の態様に係る燃料電池システムは、例えば図1に示すように、上記本発明の第1の態様又は第2の態様に係る燃料電池システム1において、改質部51から流出した原料Dと燃料電池53から流出した発電用空気AGとが混合し得る部分よりも下流側に設けられた、原料を燃焼させる燃焼部55を備える。   Further, the fuel cell system according to the third aspect of the present invention is, for example, as shown in FIG. 1, in the fuel cell system 1 according to the first aspect or the second aspect of the present invention. A combustion section 55 for combusting the raw material is provided on the downstream side of the portion where the raw material D that flows out and the power generation air AG that flows out from the fuel cell 53 can be mixed.

このように構成すると、排出される原料を燃焼させてから外部へ排出させることが可能になり、環境負荷を低減することができる。   If comprised in this way, it will become possible to make it discharge | emit outside after combusting the discharged | emitted raw material, and can reduce an environmental load.

また、本発明の第4の態様に係る燃料電池システムは、例えば図1に示すように、上記本発明の第1の態様乃至第3の態様のいずれか1つの態様に係る燃料電池システム1において、制御部60は、脱硫器内圧検知器23が検知する圧力が第1の所定の値よりも小さい第2の所定の値に低下するまで、第2の遮断弁22の開閉による改質触媒51cへの原料Dの吸着と、改質部51への改質用空気AGの供給とを交互に繰り返すように構成されている。   Further, the fuel cell system according to the fourth aspect of the present invention is, for example, as shown in FIG. 1, in the fuel cell system 1 according to any one of the first to third aspects of the present invention. Then, the control unit 60 opens and closes the reforming catalyst 51c by opening and closing the second shut-off valve 22 until the pressure detected by the desulfurizer internal pressure detector 23 decreases to a second predetermined value that is smaller than the first predetermined value. The material D is adsorbed on the reforming unit 51 and the reforming air AG is supplied to the reforming unit 51 alternately.

このように構成すると、外部に排出される原料を適切な濃度に希釈しつつ、脱硫器内を適切な圧力にすることができる。   If comprised in this way, the inside of a desulfurizer can be made into a suitable pressure, diluting the raw material discharged | emitted outside to a suitable density | concentration.

また、本発明の第5の態様に係る脱硫器の過圧解消方法として、例えば図1及び図2を参照して示すと、炭化水素系の原料を脱硫する脱硫器11内に存在する原料Dを封入する原料封入工程(S1)と;原料Dが封入された脱硫器11の内部の圧力を直接又は間接的に検知する脱硫器内圧検知工程(S2)と;脱硫器内圧検知工程(S2)で検知される圧力が第1の所定の値以上となったときに、脱硫器11と連絡可能な改質部51に収容された原料Dの改質を促進させる改質触媒51cが吸着できる量の原料Dを、改質部51へ導く原料吸着工程(S5)と;原料吸着工程(S5)の後、改質部51に向けて改質用空気ARを供給して改質触媒51cに吸着している原料Dを外部へ排出する原料排出工程(S6)とを備えることとしてもよい。   Moreover, as a desulfurizer overpressure elimination method according to the fifth aspect of the present invention, for example, referring to FIGS. 1 and 2, a raw material D present in a desulfurizer 11 for desulfurizing a hydrocarbon-based raw material A raw material sealing step (S1) for sealing the raw material; a desulfurizer internal pressure detection step (S2) for directly or indirectly detecting the pressure inside the desulfurizer 11 in which the raw material D is sealed; and a desulfurizer internal pressure detection step (S2) The amount that can be adsorbed by the reforming catalyst 51c that promotes the reforming of the raw material D accommodated in the reforming unit 51 that can communicate with the desulfurizer 11 when the pressure detected in step S1 becomes equal to or higher than the first predetermined value. After the raw material D is fed to the reforming unit 51, the raw material adsorption step (S5); and after the raw material adsorption step (S5), the reforming air AR is supplied to the reforming unit 51 and adsorbed on the reforming catalyst 51c And a raw material discharge step (S6) for discharging the raw material D being discharged to the outside .

このように構成すると、原料が改質用空気で適切な濃度に希釈されて外部に排出されることとなり、機器類への影響を抑制することができる。   If comprised in this way, a raw material will be diluted to a suitable density | concentration with reforming air, and will be discharged | emitted outside, and the influence on apparatus can be suppressed.

本発明によれば、原料が改質用空気で適切な濃度に希釈されて外部に排出されることとなり、機器類への影響を抑制することができる。   According to the present invention, the raw material is diluted to an appropriate concentration with the reforming air and discharged to the outside, and the influence on the equipment can be suppressed.

本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの模式的系統図である。1 is a schematic system diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る燃料電池システムにおける脱硫器の過圧解消制御のフローチャートである。It is a flowchart of the overpressure elimination control of the desulfurizer in the fuel cell system which concerns on embodiment of this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or similar members are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description is omitted.

まず図1を参照して、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム1を説明する。図1は、燃料電池システム1の模式的系統図である。燃料電池システム1は、原料Dを脱硫する脱硫器11と、脱硫器11で脱硫された原料Dを水素に富む燃料ガスEに改質する改質部としての改質器51と、燃料電池53と、制御部60と、を主要構成機器として備えている。   First, a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic system diagram of the fuel cell system 1. The fuel cell system 1 includes a desulfurizer 11 that desulfurizes the raw material D, a reformer 51 as a reforming unit that reforms the raw material D desulfurized by the desulfurizer 11 into a fuel gas E rich in hydrogen, and a fuel cell 53. And a control unit 60 as main components.

原料Dは、改質することで燃料電池53における発電に利用可能となる程度に水素に富むガス(水素リッチガス)にできるものであり、炭化水素系燃料が用いられる。具体例として、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は、石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のもの等を適宜用いることができる。炭化水素類としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、LPG、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。以下の説明では、脱硫器11で脱硫される前の原料Dを脱硫前原料Drといい、脱硫器11で脱硫された後の原料Dを脱硫済原料Dfといい、両者を区別しない場合は単に原料Dと総称することとする。脱硫前原料Drは被脱硫原料に相当する。   The raw material D can be made into a gas rich in hydrogen (hydrogen-rich gas) that can be used for power generation in the fuel cell 53 by reforming, and a hydrocarbon-based fuel is used. Specific examples include hydrocarbons, alcohols, ethers, biofuels, and these hydrocarbon fuels are derived from fossil fuels such as petroleum and coal, those derived from synthetic fuels such as synthesis gas, Those derived from biomass can be used as appropriate. Examples of hydrocarbons include methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG, city gas, town gas, gasoline, naphtha, kerosene, and light oil. Examples of alcohols include methanol and ethanol. Examples of ethers include dimethyl ether. Examples of biofuels include biogas, bioethanol, biodiesel, and biojet. In the following description, the raw material D before being desulfurized by the desulfurizer 11 is referred to as a pre-desulfurized raw material Dr, and the raw material D after being desulfurized by the desulfurizer 11 is referred to as a desulfurized raw material Df. This is collectively referred to as raw material D. The raw material Dr before desulfurization corresponds to the raw material to be desulfurized.

脱硫器11は、脱硫前原料Drに含まれている硫黄分を吸着する脱硫触媒11cを内部に有している。脱硫触媒11cには、ゼオライト系触媒や金属系触媒等が用いられる。脱硫器11には、脱硫前原料Drを脱硫器11に導く被脱硫原料ラインとしての脱硫前原料管18と、脱硫済原料Dfを改質器51に導く脱硫済原料ラインとしての脱硫済原料管19とが接続されている。なお、「・・・ライン」とは、流体の流路であり、典型的には専ら流体を案内する管であるが、他の用途に用いられる物と物との間に形成された空間であってもよい。脱硫前原料管18には、流路を遮断可能な第1の遮断弁としての第1遮断弁21が配設されている。第1遮断弁21よりも上流側の脱硫前原料管18には上流遮断弁29が配設されている。脱硫済原料管19には、流路を遮断可能な第2の遮断弁としての第2遮断弁22が配設されている。第1遮断弁21及び第2遮断弁22は、本実施の形態では電磁弁が用いられている。第2遮断弁22よりも下流側の脱硫済原料管19には、脱硫済原料Dfを改質器51に向けて圧送する原料ブロワ13が配設されている。脱硫器11と第1遮断弁21との間の脱硫前原料管18には、脱硫器内圧検知器としての圧力計23が設けられている。なお、圧力計23は、脱硫器11の内部の圧力を検知することができればよく、第2遮断弁22よりも上流側の脱硫済原料管19や脱硫器11に設けられていてもよい。   The desulfurizer 11 has therein a desulfurization catalyst 11c that adsorbs a sulfur content contained in the raw material Dr before desulfurization. As the desulfurization catalyst 11c, a zeolite catalyst or a metal catalyst is used. The desulfurizer 11 includes a pre-desulfurization raw material pipe 18 that leads the raw material Dr before desulfurization to the desulfurizer 11 and a desulfurized raw material pipe as a desulfurized raw material line that leads the desulfurized raw material Df to the reformer 51. 19 is connected. A "... line" is a fluid flow path, typically a tube that exclusively guides the fluid, but is a space formed between objects used for other purposes. There may be. The raw material pipe 18 before desulfurization is provided with a first shut-off valve 21 as a first shut-off valve capable of shutting off the flow path. An upstream shut-off valve 29 is disposed on the pre-desulfurization raw material pipe 18 upstream of the first shut-off valve 21. The desulfurized raw material pipe 19 is provided with a second shutoff valve 22 as a second shutoff valve capable of shutting off the flow path. In the present embodiment, electromagnetic valves are used for the first cutoff valve 21 and the second cutoff valve 22. A raw material blower 13 that pumps the desulfurized raw material Df toward the reformer 51 is disposed in the desulfurized raw material pipe 19 downstream of the second shut-off valve 22. A pre-desulfurization raw material pipe 18 between the desulfurizer 11 and the first shut-off valve 21 is provided with a pressure gauge 23 as a desulfurizer internal pressure detector. The pressure gauge 23 only needs to be able to detect the pressure inside the desulfurizer 11, and may be provided in the desulfurized raw material pipe 19 or the desulfurizer 11 upstream of the second shutoff valve 22.

改質器51は、脱硫済原料Dfの改質を促進させる改質触媒51cを内部に有している。本実施の形態では、改質触媒51cとして、自己熱改質触媒が改質器51に収容されている。改質器51には、脱硫済原料管19と、改質用空気ARを導入する改質用空気ラインとしての改質用空気管32と、改質水導入管(不図示)とが接続されている。改質用空気管32には、改質用空気ARを改質器51に向けて圧送する改質用空気ブロワ33が配設されている。改質用空気管32と改質用空気ブロワ33とを含んで、改質用空気供給部31を構成している。改質器51は、脱硫済原料Dfと、改質用空気ARと、改質水とを導入し、脱硫済原料Df中の炭化水素の一部を改質用空気ARで燃焼させ、その発熱により脱硫済原料Df中の炭化水素と改質水(水蒸気)とを改質触媒51cの下で改質反応させて、燃料ガスEを生成するように構成されている。改質器51には、また、生成された燃料ガスEを導出する燃料ガスラインとしての燃料ガス管52が接続されている。改質器51は、改質用空気AR及び改質水が導入されないときに、改質触媒51cの充填量に応じた量の原料Dを吸着することができるように構成されている。   The reformer 51 includes a reforming catalyst 51c that promotes reforming of the desulfurized raw material Df. In the present embodiment, a self-heat reforming catalyst is accommodated in the reformer 51 as the reforming catalyst 51c. Connected to the reformer 51 are a desulfurized raw material pipe 19, a reforming air pipe 32 as a reforming air line for introducing the reforming air AR, and a reforming water introduction pipe (not shown). ing. The reforming air pipe 32 is provided with a reforming air blower 33 that pumps the reforming air AR toward the reformer 51. A reforming air supply unit 31 is configured including the reforming air pipe 32 and the reforming air blower 33. The reformer 51 introduces the desulfurized raw material Df, the reforming air AR, and the reforming water, burns a part of the hydrocarbons in the desulfurized raw material Df with the reforming air AR, and generates heat. Thus, the hydrocarbon in the desulfurized raw material Df and the reformed water (steam) are reformed under the reforming catalyst 51c to generate the fuel gas E. Also connected to the reformer 51 is a fuel gas pipe 52 as a fuel gas line for leading the generated fuel gas E. The reformer 51 is configured to be able to adsorb an amount of the raw material D corresponding to the filling amount of the reforming catalyst 51c when the reforming air AR and the reforming water are not introduced.

燃料電池53は、燃料ガス管52を介して改質器51と接続されている。燃料電池53には、また、発電用空気AGを導入する発電用空気ラインとしての発電用空気管42が接続されている。発電用空気管42には、発電用空気AGを燃料電池53に向けて圧送する発電用空気ブロワ43が配設されている。発電用空気管42と発電用空気ブロワ43とを含んで、発電用空気供給部41を構成している。燃料電池53は、燃料ガスE及び発電用空気AGを導入し、燃料ガスE中の水素等と発電用空気AG中の酸素との電気化学的反応により直流の電力を発生するように構成されており、一般にセルスタックと呼称される場合もある。燃料電池53としては、本実施の形態では円筒型(平板円筒型を含む)の固体酸化物形燃料電池(SOFC)が用いられているが、固体高分子形燃料電池(PEFC)等の、SOFC以外の燃料電池であってもよい。燃料電池53における発電のために燃料電池53に供給された燃料ガスE及び発電用空気AGは、そのすべてが発電に利用されるのではなく、燃料電池53の発電電流に応じた分が利用され、発電に利用されなかった分は、オフガスFとして導出される。なお、本実施の形態では、燃料電池53の下流側に、燃料電池53から導出されたオフガスFを燃焼させるバーナー(不図示)が設けられており、バーナー(不図示)でオフガスFを燃焼させたときの発熱で改質器51を加熱することができるように構成されている。   The fuel cell 53 is connected to the reformer 51 through a fuel gas pipe 52. The fuel cell 53 is also connected with a power generation air pipe 42 as a power generation air line for introducing the power generation air AG. The power generation air pipe 42 is provided with a power generation air blower 43 that pumps the power generation air AG toward the fuel cell 53. A power generation air supply unit 41 is configured including the power generation air pipe 42 and the power generation air blower 43. The fuel cell 53 is configured to introduce the fuel gas E and the power generation air AG and generate DC power by an electrochemical reaction between hydrogen or the like in the fuel gas E and oxygen in the power generation air AG. In some cases, it is generally called a cell stack. As the fuel cell 53, in this embodiment, a solid oxide fuel cell (SOFC) of a cylindrical type (including a flat plate cylindrical type) is used, but a SOFC such as a solid polymer fuel cell (PEFC) is used. Other fuel cells may be used. The fuel gas E and power generation air AG supplied to the fuel cell 53 for power generation in the fuel cell 53 are not all used for power generation, but the amount corresponding to the power generation current of the fuel cell 53 is used. The portion not used for power generation is derived as off-gas F. In the present embodiment, a burner (not shown) for burning off gas F derived from the fuel cell 53 is provided on the downstream side of the fuel cell 53, and the off gas F is burned by the burner (not shown). The reformer 51 can be heated by the generated heat.

燃料電池システム1は、燃料電池53の下流に、燃焼部55を備えている。燃焼部55は、燃料電池53から排出されてバーナー(不図示)で燃焼した後のオフガスFを導入し、1次燃焼後のオフガスF中に含まれる未燃の可燃成分を燃焼処理するように構成されている。燃焼部55は、主として1次燃焼後のオフガスF中の未燃成分を燃焼させるためのものであるが、改質器51に隣接して配置し、改質器51内の改質触媒51cに熱を与えることができるように構成されていてもよい。燃焼部55は、1次燃焼後のオフガスF中の可燃成分を燃焼させる燃焼触媒(不図示)と、燃焼触媒を活性温度に昇温するヒータ55hとを有している。燃焼触媒は、1次燃焼後のオフガスF中の可燃成分の酸化を促進させる物質で構成されており、例えば、白金、パラジウム等の貴金属系触媒や、マンガン、鉄等の卑金属系触媒等を用いることができる。ヒータ55hは、燃料電池システム1の起動時に燃焼触媒(不図示)を活性温度まで速やかに上昇させることができる発熱量を有するように構成されている。燃焼部55は、1次燃焼後のオフガスFの燃焼によって生じる排ガスGを排出するように構成されている。燃焼部55には、排ガスGを流す排ガスラインとしての排ガス管59が接続されている。   The fuel cell system 1 includes a combustion unit 55 downstream of the fuel cell 53. The combustion unit 55 introduces the off-gas F after being discharged from the fuel cell 53 and burned by a burner (not shown), and burns unburned combustible components contained in the off-gas F after the primary combustion. It is configured. The combustion unit 55 is mainly for burning unburned components in the off-gas F after the primary combustion, but is disposed adjacent to the reformer 51 and serves as a reforming catalyst 51c in the reformer 51. You may be comprised so that heat can be given. The combustion unit 55 includes a combustion catalyst (not shown) that burns combustible components in the off-gas F after the primary combustion, and a heater 55h that raises the temperature of the combustion catalyst to an activation temperature. The combustion catalyst is composed of a substance that promotes oxidation of the combustible component in the off-gas F after the primary combustion. For example, a noble metal catalyst such as platinum or palladium or a base metal catalyst such as manganese or iron is used. be able to. The heater 55h is configured to have a calorific value that can quickly raise the combustion catalyst (not shown) to the activation temperature when the fuel cell system 1 is started. The combustion unit 55 is configured to discharge the exhaust gas G generated by the combustion of the off gas F after the primary combustion. An exhaust gas pipe 59 as an exhaust gas line through which the exhaust gas G flows is connected to the combustion unit 55.

制御部60は、燃料電池システム1の動作を制御する機器である。制御部60は、第1遮断弁21及び第2遮断弁22とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、第1遮断弁21及び第2遮断弁22の開閉動作をさせることができるように構成されている。また、制御部60は、圧力計23と信号ケーブルで接続されており、圧力計23が検知した値を信号として受信することができるように構成されている。また、制御部60は、原料ブロワ13、改質用空気ブロワ33、発電用空気ブロワ43とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、各ブロワ13、33、43の発停を制御することができるように構成されている。また、制御部60は、ヒータ55hと信号ケーブルで接続されており、ヒータ55hのオン・オフを制御することができるように構成されている。   The control unit 60 is a device that controls the operation of the fuel cell system 1. The control unit 60 is connected to the first shut-off valve 21 and the second shut-off valve 22 via signal cables, respectively, and is configured to be able to open and close the first shut-off valve 21 and the second shut-off valve 22. Yes. The control unit 60 is connected to the pressure gauge 23 via a signal cable, and is configured to receive a value detected by the pressure gauge 23 as a signal. The control unit 60 is connected to the raw material blower 13, the reforming air blower 33, and the power generation air blower 43 by signal cables, respectively, so that the start and stop of each of the blowers 13, 33, 43 can be controlled. It is configured. The control unit 60 is connected to the heater 55h via a signal cable, and is configured to be able to control on / off of the heater 55h.

引き続き図1を参照して、燃料電池システム1の作用を説明する。燃料電池システム1を起動する指令を制御部60が受けると、制御部60は、第1遮断弁21及び第2遮断弁22を開にすると共に、原料ブロワ13を起動する。なお、上流遮断弁29は、燃料電池システム1の運転時は常時開となっている。原料ブロワ13が起動すると、脱硫前原料管18を介して脱硫前原料Drが脱硫器11に導入される。脱硫前原料Drは、脱硫器11において脱硫触媒11cの作用によって硫黄分が吸着され、改質器51及び燃料電池53に悪影響を与えないように脱硫された脱硫済原料Dfとなる。脱硫前原料Drの脱硫が行われている脱硫器11は、概ね50℃程度となる。脱硫済原料Dfは、脱硫済原料管19を介して改質器51に導入される。   With continued reference to FIG. 1, the operation of the fuel cell system 1 will be described. When the control unit 60 receives a command to start the fuel cell system 1, the control unit 60 opens the first cutoff valve 21 and the second cutoff valve 22 and starts the raw material blower 13. The upstream shut-off valve 29 is normally open when the fuel cell system 1 is in operation. When the raw material blower 13 is activated, the raw material Dr before desulfurization is introduced into the desulfurizer 11 through the raw material pipe 18 before desulfurization. The raw material Dr before desulfurization becomes a desulfurized raw material Df that is desulfurized so that the sulfur content is adsorbed by the action of the desulfurization catalyst 11 c in the desulfurizer 11 and does not adversely affect the reformer 51 and the fuel cell 53. The desulfurizer 11 in which the raw material Dr before desulfurization is desulfurized is approximately 50 ° C. The desulfurized raw material Df is introduced into the reformer 51 through the desulfurized raw material pipe 19.

脱硫済原料Dfが改質器51に導入されるようになると、制御部60は、改質用空気ブロワ33を起動する。改質用空気ブロワ33が起動すると、改質用空気管32を介して改質用空気ARが改質器51に導入される。また、改質器51には、改質水導入管(不図示)を介して改質水も導入される。脱硫済原料Df、改質用空気AR、及び改質水が導入された改質器51では、自己熱改質反応が行われ、燃料ガスEが生成される。自己熱改質反応が行われている改質器51は、概ね600℃程度となる。改質器51の温度が上昇して燃料ガスEが安定して生成されるようになると、改質用空気ブロワ33が停止されて改質器51への改質用空気ARの供給が停止され、改質水から変化した水蒸気による水蒸気改質により、燃料ガスEが生成される。改質器51で生成された燃料ガスEは、燃料ガス管52を介して燃料電池53に供給される。   When the desulfurized raw material Df is introduced into the reformer 51, the control unit 60 activates the reforming air blower 33. When the reforming air blower 33 is activated, the reforming air AR is introduced into the reformer 51 through the reforming air pipe 32. Further, reforming water is also introduced into the reformer 51 via a reforming water introduction pipe (not shown). In the reformer 51 into which the desulfurized raw material Df, the reforming air AR, and the reforming water are introduced, a self-thermal reforming reaction is performed and the fuel gas E is generated. The reformer 51 in which the autothermal reforming reaction is performed is approximately 600 ° C. When the temperature of the reformer 51 rises and the fuel gas E is stably generated, the reforming air blower 33 is stopped and the supply of the reforming air AR to the reformer 51 is stopped. The fuel gas E is generated by steam reforming with steam changed from the reformed water. The fuel gas E generated by the reformer 51 is supplied to the fuel cell 53 via the fuel gas pipe 52.

燃料ガスEが燃料電池53に供給されるようになると、制御部60は、発電用空気ブロワ43を起動する。発電用空気ブロワ43が起動すると、発電用空気管42を介して発電用空気AGが燃料電池53に導入される。燃料ガスE及び発電用空気AGが導入された燃料電池53では、燃料ガスE中の水素等と発電用空気AG中の酸素との電気化学的反応による発電が行われる。燃料電池53で発生した電力は、燃料電池システム1内の電気機器(各ブロワ13、43等)及び/又は燃料電池システム1外の電力負荷(不図示)に供給される。燃料電池53に導入された燃料ガスE及び発電用空気AGは、発電に利用された後にオフガスFとして排出され、バーナー(不図示)で1次燃焼されて改質器51に熱を与えた後、燃焼部55に至る。   When the fuel gas E is supplied to the fuel cell 53, the control unit 60 activates the power generation air blower 43. When the power generation air blower 43 is activated, the power generation air AG is introduced into the fuel cell 53 via the power generation air pipe 42. In the fuel cell 53 into which the fuel gas E and the power generation air AG are introduced, power generation is performed by an electrochemical reaction between hydrogen or the like in the fuel gas E and oxygen in the power generation air AG. The electric power generated in the fuel cell 53 is supplied to electric devices (each blower 13, 43, etc.) in the fuel cell system 1 and / or an electric power load (not shown) outside the fuel cell system 1. After the fuel gas E and the power generation air AG introduced into the fuel cell 53 are used for power generation, they are discharged as off-gas F, and are first burned by a burner (not shown) to give heat to the reformer 51. To the combustion section 55.

燃焼部55では、燃料電池システム1の起動初期は、燃焼触媒が活性温度に達していないため、制御部60がヒータ55hを作動させ、燃焼触媒を速やかに活性温度に上昇させる。制御部60は、燃焼触媒が活性温度に達したら、ヒータ55hへの通電を停止する。燃焼部55に導入された1次燃焼後のオフガスFは、燃焼触媒によって燃焼処理される。燃焼部55における1次燃焼後のオフガスFの燃焼によって生ずる燃焼熱を、改質器51における改質反応に利用することとしてもよい。燃焼部55で1次燃焼後のオフガスFが燃焼されることによって生じた排ガスGは、排ガス管59を流れて燃料電池システム1から排出される。   In the combustion unit 55, since the combustion catalyst does not reach the activation temperature at the initial start of the fuel cell system 1, the control unit 60 operates the heater 55h to quickly raise the combustion catalyst to the activation temperature. When the combustion catalyst reaches the activation temperature, the controller 60 stops energizing the heater 55h. The off-gas F after the primary combustion introduced into the combustion unit 55 is combusted by the combustion catalyst. The combustion heat generated by the combustion of the off-gas F after the primary combustion in the combustion unit 55 may be used for the reforming reaction in the reformer 51. The exhaust gas G generated by the combustion of the off-gas F after the primary combustion in the combustion unit 55 flows through the exhaust gas pipe 59 and is discharged from the fuel cell system 1.

上述のように運転する燃料電池システム1において、燃料電池53の発電を停止する際、制御部60は、原料ブロワ13を停止すると共に、第1遮断弁21及び第2遮断弁22を閉にする。これにより、脱硫済原料Dfの改質器51への供給が停止され、ひいては燃料ガスEの燃料電池53への供給が停止される。また、制御部60は、発電用空気ブロワ43を停止する。これにより、発電用空気AGの燃料電池53への供給が停止される。閉じられている第1遮断弁21及び第2遮断弁22の間にある脱硫器11並びに脱硫器11と連絡している脱硫前原料管18及び脱硫済原料管19の部分は、内部が密封された空間となっているため、周囲の環境の温度の変化に応じて内部の圧力が変動することとなる。典型的には、脱硫器11の温度が上昇したときに内部の圧力が上昇し、脱硫器11の温度が低下したときに内部の圧力が低下することとなる。   In the fuel cell system 1 that operates as described above, when the power generation of the fuel cell 53 is stopped, the control unit 60 stops the material blower 13 and closes the first cutoff valve 21 and the second cutoff valve 22. . Thereby, the supply of the desulfurized raw material Df to the reformer 51 is stopped, and the supply of the fuel gas E to the fuel cell 53 is stopped. In addition, the control unit 60 stops the power generation air blower 43. Thereby, the supply of the power generation air AG to the fuel cell 53 is stopped. The portions of the desulfurizer 11 between the first shut-off valve 21 and the second shut-off valve 22 that are closed and the pre-desulfurization raw material pipe 18 and the desulfurized raw material pipe 19 that are in communication with the desulfurizer 11 are sealed inside. Therefore, the internal pressure fluctuates according to changes in the temperature of the surrounding environment. Typically, when the temperature of the desulfurizer 11 increases, the internal pressure increases, and when the temperature of the desulfurizer 11 decreases, the internal pressure decreases.

脱硫器11内の圧力の過度の上昇を回避するために、圧力計23が検知した値が第1の所定の値以上となったときに、第2遮断弁22を開にすることで、脱硫器11内の圧力を逃がすことができる。ここで、第1の所定の値は、脱硫器11の保護の観点から設定される圧力の上限値であり、例えば65kPa(ゲージ圧)とすることができる。第2遮断弁22を開にすることで、脱硫器11内の圧力を逃がすことができるが、脱硫器11まわりに封入されていた原料Dがそのまま下流側に流出すると、燃料電池システム1内に設置されているガス検知器等の補機類の誤作動が生じ得る。燃料電池システム1では、以下の方策により、補機類の誤作動を回避しつつ、脱硫器11内の圧力上昇を抑制することとしている。   In order to avoid an excessive increase in the pressure in the desulfurizer 11, the desulfurization is performed by opening the second shut-off valve 22 when the value detected by the pressure gauge 23 exceeds the first predetermined value. The pressure in the vessel 11 can be released. Here, the first predetermined value is an upper limit value of the pressure set from the viewpoint of protection of the desulfurizer 11, and may be, for example, 65 kPa (gauge pressure). By opening the second shut-off valve 22, the pressure in the desulfurizer 11 can be released. However, if the raw material D enclosed around the desulfurizer 11 flows out to the downstream side as it is, the fuel cell system 1 enters the fuel cell system 1. A malfunction of auxiliary equipment such as installed gas detectors may occur. In the fuel cell system 1, the following measures are taken to suppress the pressure increase in the desulfurizer 11 while avoiding malfunctions of auxiliary machinery.

図2は、燃料電池システム1における脱硫器11の過圧解消制御のフローチャートである。以下の説明において、燃料電池システム1の構成に言及しているときは適宜図1を参照することとする。燃料電池システム1は、発電の停止中、上述のように、第1遮断弁21及び第2遮断弁22を閉じて脱硫器11まわりを密封し、脱硫器11内に存在する原料Dを封入している(原料封入工程:S1)。そして、制御部60は、圧力計23が検知した値を適宜受信しており、圧力計23が検知した値が第1の所定の値以上か否かを判断する(脱硫器内圧検知工程:S2)。圧力計23が検知した値が第1の所定の値以上ではない場合は、再び脱硫器内圧検知工程(S2)に戻る。   FIG. 2 is a flowchart of the overpressure elimination control of the desulfurizer 11 in the fuel cell system 1. In the following description, when referring to the configuration of the fuel cell system 1, FIG. 1 will be referred to as appropriate. During the stoppage of power generation, the fuel cell system 1 closes the first shutoff valve 21 and the second shutoff valve 22 to seal around the desulfurizer 11, and encloses the raw material D present in the desulfurizer 11. (Raw material encapsulation step: S1). And the control part 60 has received the value which the pressure gauge 23 detected suitably, and judges whether the value which the pressure gauge 23 detected is more than a 1st predetermined value (desulfurizer internal pressure detection process: S2). ). If the value detected by the pressure gauge 23 is not equal to or greater than the first predetermined value, the process returns to the desulfurizer internal pressure detection step (S2) again.

他方、脱硫器内圧検知工程(S2)において、圧力計23が検知した値が第1の所定の値以上の場合、制御部60は、発電用空気ブロワ43を起動する(S3)。発電用空気ブロワ43の起動により、発電用空気AGが燃料電池53に供給される。しかし、発電が停止している燃料電池システム1では、燃料ガスEが燃料電池53に供給されていない。このため、燃料電池53に供給された発電用空気AGは、燃料電池53を通過して、排ガス管59を流れていく。発電用空気ブロワ43を起動したら、又は発電用空気ブロワ43の起動と同時に、制御部60は、ヒータ55hを起動する(S4)。ヒータ55hが起動すると、燃焼部55の温度上昇が始まる。   On the other hand, in the desulfurizer internal pressure detection step (S2), when the value detected by the pressure gauge 23 is equal to or greater than the first predetermined value, the control unit 60 activates the power generation air blower 43 (S3). When the power generation air blower 43 is activated, the power generation air AG is supplied to the fuel cell 53. However, in the fuel cell system 1 in which power generation is stopped, the fuel gas E is not supplied to the fuel cell 53. For this reason, the power generation air AG supplied to the fuel cell 53 passes through the fuel cell 53 and flows through the exhaust gas pipe 59. When the power generation air blower 43 is activated or simultaneously with the activation of the power generation air blower 43, the control unit 60 activates the heater 55h (S4). When the heater 55h is activated, the temperature of the combustion section 55 starts to rise.

次に、制御部60は、第2遮断弁22を、第1の所定の時間開けた後に閉じることで、脱硫器11内に封入されていた原料Dを改質器51に導いて改質触媒51cに吸着させる(原料吸着工程:S5)。第1の所定の時間は、改質器51に充填されている改質触媒51cが吸着できる量の原料Dを改質器51に導入するのに要する時間であり、改質触媒51cの充填量や圧力計23が検知した値等と相関がある。制御部60には、改質触媒51cの充填量や第2遮断弁22の特性を加味したうえで、圧力計23が検知した値と、第2遮断弁22が開いている時間と、改質器51に導入される原料Dの量との関係があらかじめ記憶されている。制御部60は、原料吸着工程(S5)において、改質触媒51cが吸着しきれる量を超えた原料Dが改質器51に導入されないように、第2遮断弁22を開にしている第1の所定の時間を決定している。   Next, the control unit 60 closes the second shut-off valve 22 after opening for a first predetermined time, thereby introducing the raw material D enclosed in the desulfurizer 11 to the reformer 51 to reform the reforming catalyst. It is made to adsorb | suck to 51c (raw material adsorption | suction process: S5). The first predetermined time is the time required to introduce the amount of the raw material D that can be adsorbed by the reforming catalyst 51c filled in the reformer 51 into the reformer 51, and the filling amount of the reforming catalyst 51c. Or a value detected by the pressure gauge 23 or the like. The control unit 60 takes into account the charging amount of the reforming catalyst 51c and the characteristics of the second shut-off valve 22, the value detected by the pressure gauge 23, the time for which the second shut-off valve 22 is open, the reforming The relationship with the amount of raw material D introduced into the vessel 51 is stored in advance. In the raw material adsorption step (S5), the control unit 60 opens the second shut-off valve 22 so that the raw material D exceeding the amount that the reforming catalyst 51c can be adsorbed is not introduced into the reformer 51. The predetermined time is determined.

原料吸着工程(S5)を行ったら、制御部60は、改質用空気ブロワ33を第2の所定の時間起動することで、改質用空気ARを改質器51に供給し、改質触媒51cに吸着している原料Dを、改質触媒51cから離脱させ、燃料電池システム1の外部へ排出する(原料排出工程:S6)。改質用空気ARによって原料Dを改質器51から排出させることで、改質触媒51cの吸着能が再生される。また、改質用空気ARによって原料Dを改質器51から排出させることで、原料Dが希釈されて排出されることとなり、原料Dがそのまま排出された場合に生じ得る補機類の誤作動を回避することができる。さらに、本実施の形態では、発電用空気AGが燃料電池53に供給されているので、改質用空気ARによって改質器51から排出された原料Dが、燃料ガス管52を経て燃料電池53から排出される頃には発電用空気AGによっても希釈されることとなり、補機類の誤作動をより確実に回避することができる。   After performing the raw material adsorption step (S5), the control unit 60 activates the reforming air blower 33 for a second predetermined time to supply the reforming air AR to the reformer 51, and the reforming catalyst. The raw material D adsorbed on 51c is separated from the reforming catalyst 51c and discharged to the outside of the fuel cell system 1 (raw material discharge step: S6). By discharging the raw material D from the reformer 51 by the reforming air AR, the adsorption ability of the reforming catalyst 51c is regenerated. Further, by discharging the raw material D from the reformer 51 by the reforming air AR, the raw material D is diluted and discharged, and the malfunction of auxiliary equipment that may occur when the raw material D is discharged as it is. Can be avoided. Further, in the present embodiment, since the power generation air AG is supplied to the fuel cell 53, the raw material D discharged from the reformer 51 by the reforming air AR passes through the fuel gas pipe 52 and the fuel cell 53. When it is discharged from the vehicle, it is also diluted by the power generation air AG, and it is possible to more reliably avoid malfunctions of the auxiliary machinery.

原料排出工程(S6)により、改質触媒51cに吸着していた原料Dは、改質用空気AR及び発電用空気AGと共に排ガス管59を流れ、希釈されたうえで燃料電池システム1の外に排出される。1回に排出される原料Dの量は、改質触媒51cが吸着可能な量なので、仮に脱硫器11の内部圧力が第1の所定の値以上で第2遮断弁22を開放し続けた場合に生じ得る、排出される原料Dの流量が瞬間的に過大となって燃焼範囲(燃焼下限以上)に入ることを回避することができる。このとき、圧力計23が第1の所定の値以上を検知してからの時間で、ヒータ55hによって燃焼部55の温度が上昇している。そのため、原料Dは、燃焼部55を通過する際に、燃焼部55において燃焼触媒により燃焼される(S7)。原料Dが燃焼されてから外部に排出されることで、原料Dとして温室効果係数が大きいメタンを含む都市ガス等を用いた場合であっても、環境へ与える負荷を低減することができる。   In the raw material discharge step (S6), the raw material D adsorbed on the reforming catalyst 51c flows through the exhaust gas pipe 59 together with the reforming air AR and the power generation air AG, is diluted, and is then removed from the fuel cell system 1. Discharged. Since the amount of the raw material D discharged at one time is an amount that can be adsorbed by the reforming catalyst 51c, if the internal pressure of the desulfurizer 11 is equal to or higher than the first predetermined value and the second shutoff valve 22 is kept open. It can be avoided that the flow rate of the discharged raw material D instantaneously becomes excessive and enters the combustion range (more than the lower combustion limit). At this time, the temperature of the combustor 55 is increased by the heater 55h in the time after the pressure gauge 23 detects the first predetermined value or more. Therefore, when the raw material D passes the combustion part 55, it is burned by the combustion catalyst in the combustion part 55 (S7). Since the raw material D is discharged to the outside after being burned, even when a city gas containing methane having a large greenhouse effect coefficient is used as the raw material D, the load on the environment can be reduced.

改質触媒51cに吸着されていた原料Dが改質器51から排出されたら、制御部60は、圧力計23が検知した値が第2の所定の値以下か否かを判断する(脱硫器内圧低下確認工程:S8)。ここで、第2の所定の値は、脱硫器11の過圧が解消した後に温度が低下しても脱硫器11が負圧になることを回避し得る圧力であり、例えば40kPa(ゲージ圧)とすることができる。このとき、圧力計23が検知した値が第2の所定の値を下回ったとしても、圧力計23が検知した値はこれまでの過程で第1の所定の値から低下してきたものであるから、第2の所定の値から大きく乖離することはない。圧力計23が検知した値が第2の所定の値以下ではない場合、原料吸着工程(S5)に戻り、上述した原料吸着工程(S5)に続く工程を再度行う。他方、脱硫器内圧低下確認工程(S8)において、圧力計23が検知した値が第2の所定の値以下の場合、制御部60は、発電用空気ブロワ43を停止する(S9)。発電用空気ブロワ43を停止したら、制御部60は、燃料電池システム1が発電を開始したか否かを判断する(S10)。発電を開始していない場合、脱硫器内圧検知工程(S2)に戻り、以下、上述のフローを行う。他方、燃料電池システム1が発電を開始したか否かを判断する工程(S10)において、発電を開始した場合、脱硫器11の過圧解消制御は終了する。   When the raw material D adsorbed on the reforming catalyst 51c is discharged from the reformer 51, the control unit 60 determines whether or not the value detected by the pressure gauge 23 is equal to or less than a second predetermined value (desulfurizer). Internal pressure drop confirmation step: S8). Here, the second predetermined value is a pressure that can prevent the desulfurizer 11 from becoming a negative pressure even if the temperature drops after the overpressure of the desulfurizer 11 is eliminated, for example, 40 kPa (gauge pressure). It can be. At this time, even if the value detected by the pressure gauge 23 falls below the second predetermined value, the value detected by the pressure gauge 23 has decreased from the first predetermined value in the process so far. , It does not deviate greatly from the second predetermined value. When the value detected by the pressure gauge 23 is not less than or equal to the second predetermined value, the process returns to the raw material adsorption step (S5), and the process following the above-described raw material adsorption step (S5) is performed again. On the other hand, in the desulfurizer internal pressure drop confirmation step (S8), when the value detected by the pressure gauge 23 is equal to or smaller than the second predetermined value, the control unit 60 stops the power generation air blower 43 (S9). When the power generation air blower 43 is stopped, the control unit 60 determines whether or not the fuel cell system 1 has started power generation (S10). When the power generation is not started, the process returns to the desulfurizer internal pressure detection step (S2), and the above-described flow is performed. On the other hand, in the step (S10) of determining whether or not the fuel cell system 1 has started power generation, when power generation is started, the overpressure elimination control of the desulfurizer 11 ends.

以上で説明したように、本実施の形態に係る燃料電池システム1によれば、過圧解消制御において脱硫器11の内部圧力が第1の所定の値以上となったときに、圧力を逃がすために第2遮断弁22を開閉して排出された原料Dを一旦改質触媒51cに吸着させ、その後に改質用空気AR及び発電用空気AGで希釈して燃料電池システム1の外部へ排出するので、原料Dがそのまま排出された場合に生じ得る補機類の誤作動を回避することができる。また、原料Dが燃焼されてから外部に排出されることで、環境へ与える負荷を低減することができる。   As described above, according to the fuel cell system 1 according to the present embodiment, the pressure is released when the internal pressure of the desulfurizer 11 becomes equal to or higher than the first predetermined value in the overpressure elimination control. The raw material D discharged by opening and closing the second shut-off valve 22 is once adsorbed to the reforming catalyst 51c, and then diluted with the reforming air AR and the power generation air AG and discharged to the outside of the fuel cell system 1. Therefore, it is possible to avoid the malfunction of auxiliary equipment that may occur when the raw material D is discharged as it is. Moreover, since the raw material D is combusted and discharged to the outside, the load on the environment can be reduced.

以上の説明では、過圧解消制御において発電用空気AGが供給されることとしたが、発電用空気AGを供給しなくても改質用空気ARの供給によって原料Dを所望の濃度に希釈することができる場合は、過圧解消制御において発電用空気AGを供給しなくてもよい。この場合、図2に示すフローにおいて、発電用空気ブロワ43を起動する工程(S3)が省略されることとなる。   In the above description, the power generation air AG is supplied in the overpressure elimination control, but the raw material D is diluted to a desired concentration by supplying the reforming air AR without supplying the power generation air AG. If this is possible, it is not necessary to supply the power generation air AG in the overpressure elimination control. In this case, the step (S3) of starting the power generation air blower 43 is omitted in the flow shown in FIG.

以上の説明では、燃料電池システム1が燃焼部55を備えていることとしたが、原料Dを燃焼させなくても差し支えない場合は、燃焼部55を省略してもよい。この場合、図2に示すフローにおいて、ヒータ55hを起動する工程(S4)が省略されることとなる。   In the above description, the fuel cell system 1 includes the combustion unit 55. However, if the raw material D need not be burned, the combustion unit 55 may be omitted. In this case, the step of starting the heater 55h (S4) is omitted in the flow shown in FIG.

1 燃料電池システム
11 脱硫器
18 脱硫前原料管
19 脱硫済原料管
21 第1遮断弁
22 第2遮断弁
23 圧力計
31 改質用空気供給部
33 改質用空気ブロワ
41 発電用空気供給部
43 発電用空気ブロワ
51 改質器
51c 改質触媒
53 燃料電池
55 燃焼部
60 制御部
D 原料
Dr 脱硫前原料
Df 脱硫済原料
E 燃料ガス
AG 発電用空気
AR 改質用空気
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 11 Desulfurizer 18 Predesulfurization raw material pipe 19 Desulfurized raw material pipe 21 First shutoff valve 22 Second shutoff valve 23 Pressure gauge 31 Reforming air supply unit 33 Reforming air blower 41 Power generation air supply unit 43 Power generation air blower 51 Reformer 51c Reforming catalyst 53 Fuel cell 55 Combustion section 60 Control section D Raw material Dr Raw material Df before desulfurization Df Desulfurized material E Fuel gas AG Power generation air AR Reforming air

Claims (4)

炭化水素系の原料である被脱硫原料を脱硫して脱硫済原料を生成する脱硫器と;
前記脱硫済原料を改質して水素を含有する燃料ガスを生成する改質部であって、前記脱硫済原料の改質を促進させる改質触媒を有する改質部と;
前記燃料ガスと発電用空気とを導入して発電する燃料電池と;
前記脱硫器に前記被脱硫原料を導く被脱硫原料ラインと;
前記被脱硫原料ラインに設けられた第1の遮断弁と;
前記脱硫器から前記改質部へ前記脱硫済原料を導く脱硫済原料ラインと;
前記脱硫済原料ラインに設けられた第2の遮断弁と;
前記脱硫器の内部の圧力を直接又は間接的に検知する脱硫器内圧検知器と;
前記第2の遮断弁の下流側の前記脱硫済原料ラインに又は前記改質部に、改質用空気を供給する改質用空気供給部と;
前記第1の遮断弁及び前記第2の遮断弁が閉の状態で、前記脱硫器内圧検知器が検知した圧力が第1の所定の値以上となったときに、前記第2の遮断弁を開閉することによって前記改質触媒が吸着できる量の前記原料を前記改質部へ導き、その後、前記改質部に向けて前記改質用空気を供給して前記改質触媒に吸着している前記原料を外部へ排出するように、前記第2の遮断弁及び前記改質用空気供給部を作動させる制御部とを備える;
燃料電池システム。
A desulfurizer for producing a desulfurized raw material by desulfurizing a raw material to be desulfurized which is a hydrocarbon-based raw material;
A reforming section for reforming the desulfurized raw material to generate a hydrogen-containing fuel gas, the reforming section having a reforming catalyst that promotes reforming of the desulfurized raw material;
A fuel cell for generating electricity by introducing the fuel gas and air for power generation;
A desulfurization raw material line for guiding the desulfurization raw material to the desulfurizer;
A first shut-off valve provided in the raw material line for desulfurization;
A desulfurized raw material line for guiding the desulfurized raw material from the desulfurizer to the reforming section;
A second shut-off valve provided in the desulfurized raw material line;
A desulfurizer internal pressure detector for directly or indirectly detecting the pressure inside the desulfurizer;
A reforming air supply unit that supplies reforming air to the desulfurized raw material line downstream of the second shutoff valve or to the reforming unit;
When the pressure detected by the desulfurizer internal pressure detector is equal to or higher than a first predetermined value with the first shut-off valve and the second shut-off valve closed, the second shut-off valve is By opening and closing, an amount of the raw material that can be adsorbed by the reforming catalyst is guided to the reforming unit, and then the reforming air is supplied to the reforming unit and adsorbed on the reforming catalyst. A control unit that operates the second shutoff valve and the reforming air supply unit so as to discharge the raw material to the outside;
Fuel cell system.
前記燃料電池に前記発電用空気を供給する発電用空気供給部を備え;
前記制御部は、前記脱硫器内圧検知器が検知した圧力が前記第1の所定の値以上となったときに、前記燃料電池に向けて前記発電用空気を供給するように、前記発電用空気供給部を作動させる;
請求項1に記載の燃料電池システム。
A power generation air supply unit configured to supply the power generation air to the fuel cell;
The control unit is configured to supply the power generation air to the fuel cell when the pressure detected by the desulfurizer internal pressure detector becomes equal to or higher than the first predetermined value. Actuate the supply;
The fuel cell system according to claim 1.
前記改質部から流出した前記原料と前記燃料電池から流出した前記発電用空気とが混合し得る部分よりも下流側に設けられた、前記原料を燃焼させる燃焼部を備える;
請求項1又は請求項2に記載の燃料電池システム。
A combustion section provided on the downstream side of a portion where the raw material flowing out from the reforming section and the power generating air flowing out from the fuel cell can be mixed;
The fuel cell system according to claim 1 or 2.
前記制御部は、前記脱硫器内圧検知器が検知する圧力が前記第1の所定の値よりも小さい第2の所定の値に低下するまで、前記第2の遮断弁の開閉による前記改質触媒への前記原料の吸着と、前記改質部への前記改質用空気の供給とを交互に繰り返すように構成された;
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。
The control unit is configured to open and close the second shut-off valve until the pressure detected by the desulfurizer internal pressure detector decreases to a second predetermined value that is smaller than the first predetermined value. The raw material adsorption to the reforming unit and the supply of the reforming air to the reforming unit are alternately repeated;
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3.
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