JP2020047427A - Fuel cell system and method for operating fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system and method for operating fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP2020047427A
JP2020047427A JP2018173980A JP2018173980A JP2020047427A JP 2020047427 A JP2020047427 A JP 2020047427A JP 2018173980 A JP2018173980 A JP 2018173980A JP 2018173980 A JP2018173980 A JP 2018173980A JP 2020047427 A JP2020047427 A JP 2020047427A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
fuel
fuel cell
combustor
flow rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018173980A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7110859B2 (en
Inventor
竜也 矢口
Tatsuya Yaguchi
竜也 矢口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2018173980A priority Critical patent/JP7110859B2/en
Publication of JP2020047427A publication Critical patent/JP2020047427A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7110859B2 publication Critical patent/JP7110859B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

To suppress the deterioration of a catalyst provided in a combustor of a fuel cell system.MEANS FOR SOLVING THE PROBLEM: A fuel cell system S includes: a fuel cell 1; and a combustor 4 into which fuel and oxidant gas are supplied and in which the fuel is burned over the catalyst. In a method for operating the fuel cell system, the temperature Tstk_out of oxidant gas supplied into the combustor 4 is detected; the upper temperature limit Tcmb_lmt of combustion gas according to the upper surface temperature limit Tcat_lmt of a catalyst provided in the combustor 4 is set on the basis of the temperature Tstk_out of the oxidant gas; and the flow rate Qf of fuel supplied into the combustor 4 is controlled such that the temperature Tcmb of the combustion gas is limited to the upper temperature limit Tcmb_lmt or below.SELECTED DRAWING: Figure 11

Description

本発明は、燃料を触媒上で燃焼させる燃焼器を備える燃料電池システムおよびその運転方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a combustor that burns fuel on a catalyst, and a method for operating the fuel cell system.

特許文献１には、燃料電池システムへの適用を明示的に想定したものではないが、燃料を触媒上で燃焼させる燃焼器について、燃焼器に供給される燃料および空気の流量を、空気過剰率が燃焼安定性を保ち得る範囲に収まるように制御することが開示されている。   Although Patent Literature 1 does not explicitly assume application to a fuel cell system, for a combustor that burns fuel on a catalyst, the flow rate of fuel and air supplied to the combustor is determined by an excess air ratio. It is disclosed that the temperature is controlled so as to fall within a range in which combustion stability can be maintained.

特開２００５−２１４４８１号公報（段落００１０）JP 2005-214481 A (paragraph 0010)

特許文献１の技術によれば、燃焼器に供給される空気の流量に対し、燃焼の安定確保上適切な燃料の流量を設定することが可能となる。しかし、燃焼器に供給される燃料の流量を、単に空気の流量に応じて設定するだけでは、次のことが問題となる。   According to the technique of Patent Literature 1, it is possible to set an appropriate flow rate of fuel for ensuring stable combustion with respect to a flow rate of air supplied to the combustor. However, simply setting the flow rate of fuel supplied to the combustor in accordance with the flow rate of air causes the following problems.

第１に、燃焼器に供給される空気の温度が低い場合は、燃焼ガスの温度を確保するため、空気の温度が高い場合と比較して、同一の空気の流量のもとで設定される燃料の流量が増大される傾向にある。これにより、触媒上での燃焼に寄与する燃料の量が増大し、触媒の表面温度が過度に上昇して、触媒の劣化を進行させる懸念があることである。   First, when the temperature of the air supplied to the combustor is low, the temperature is set at the same flow rate of the air as compared with the case where the temperature of the air is high to secure the temperature of the combustion gas. Fuel flow tends to increase. As a result, the amount of fuel contributing to combustion on the catalyst increases, and the surface temperature of the catalyst excessively increases, which may cause deterioration of the catalyst.

第２に、燃焼器を高い出力で運転させる場合は、燃焼器に供給される燃料と空気とがいずれも増量されることで、燃焼ガスの温度自体にさしたる違いは生じないとしても、触媒上での燃焼に寄与する燃料の量が増大することから、はやり、触媒の劣化を進行させることが懸念される。   Second, when the combustor is operated at a high output, the fuel and air supplied to the combustor are both increased in amount, so that there is no significant difference in the temperature of the combustion gas itself. Since the amount of fuel contributing to the combustion in the fuel cell increases, there is a concern that the deterioration of the catalyst may progress.

燃料電池システムへの燃焼器の適用を想定した場合は、燃焼器に供給される空気の流量が燃料電池の運転条件に応じて大きく変動するうえ、カソードガス系の構成によっては燃焼器に供給される空気の温度も変化することから、以上の問題がより顕著となる。   Assuming the application of a combustor to a fuel cell system, the flow rate of air supplied to the combustor greatly varies depending on the operating conditions of the fuel cell, and depending on the configuration of the cathode gas system, the flow rate of air supplied to the combustor may be increased. The above problem becomes more remarkable because the temperature of the air changes.

そこで、本発明は、燃焼器に備わる触媒の劣化をより適切に抑制可能な燃料電池システムおよびその運転方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of more appropriately suppressing deterioration of a catalyst provided in a combustor and an operation method thereof.

本発明の一形態では、燃料電池と、燃料と酸化剤ガスとが供給され、燃料を触媒上で燃焼させる燃焼器と、を備え、燃焼器が生じさせる燃料の燃焼ガスにより燃料電池を加熱可能に構成された燃料電池システムにおいて、燃焼器における燃焼状態を制御する燃料電池システムの運転方法が提供される。本形態では、燃焼器に供給される酸化剤ガスの温度を検出し、燃焼器に備わる触媒の上限表面温度に応じた燃焼ガスの上限温度を、酸化剤ガスの温度をもとに設定し、燃焼ガスの温度を上限温度以下に制限するように、燃焼器に供給される燃料の流量を制御する。   According to one embodiment of the present invention, a fuel cell, a combustor to which fuel and an oxidizing gas are supplied and combusting the fuel on a catalyst are provided, and the fuel cell can be heated by a combustion gas of the fuel generated by the combustor. In the fuel cell system configured as described above, an operation method of the fuel cell system that controls a combustion state in the combustor is provided. In this embodiment, the temperature of the oxidizing gas supplied to the combustor is detected, and the upper limit temperature of the combustion gas according to the upper limit surface temperature of the catalyst provided in the combustor is set based on the temperature of the oxidizing gas, The flow rate of the fuel supplied to the combustor is controlled so as to limit the temperature of the combustion gas to the upper limit temperature or lower.

他の形態では、燃料電池システムが提供される。   In another aspect, a fuel cell system is provided.

本発明によれば、燃焼器に備わる触媒の上限表面温度に応じた燃焼ガスの上限温度を設定し、燃焼ガスの温度を上限温度以下に制限するように、燃焼器に供給される燃料の流量を制御することで、触媒の表面温度がその上限温度を超えて上昇するのを回避することが可能となり、触媒の劣化を抑制することができる。さらに、燃焼ガスの上限温度を、酸化剤ガスの温度をもとに設定することで、燃焼ガスの上限温度を、触媒の表面温度の過度な上昇を回避するのに適したものとし、表面温度の上昇による触媒の劣化をより適切に抑制することができる。   According to the present invention, the flow rate of the fuel supplied to the combustor is set such that the upper limit temperature of the combustion gas is set according to the upper limit surface temperature of the catalyst provided in the combustor, and the temperature of the combustion gas is limited to the upper limit temperature or lower. By controlling the temperature, it is possible to prevent the surface temperature of the catalyst from rising above its upper limit temperature, and to suppress the deterioration of the catalyst. Furthermore, by setting the upper limit temperature of the combustion gas based on the temperature of the oxidizing gas, the upper limit temperature of the combustion gas is made suitable for avoiding an excessive rise in the surface temperature of the catalyst, and Therefore, it is possible to more appropriately suppress the deterioration of the catalyst due to the increase in the temperature.

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの全体的な構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to one embodiment of the present invention. 図２は、同上実施形態に係る燃料電池システムの起動時における動作を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an operation at the time of startup of the fuel cell system according to the embodiment. 図３は、同上実施形態に係る燃料電池システムの通常時における動作を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an operation of the fuel cell system according to the embodiment in a normal state. 図４は、同上実施形態に係る燃料電池システムの通常時（特に燃焼器に対する加熱要求時）における動作を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation of the fuel cell system according to the embodiment at a normal time (particularly at the time of a request for heating the combustor). 図５は、同上実施形態に係る燃焼器における熱の授受を模式的に示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing transfer of heat in the combustor according to the embodiment. 図６は、同上実施形態に係る触媒表面温度の、燃焼器の出力に応じた変化を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a change in the catalyst surface temperature according to the embodiment according to the output of the combustor. 図７は、同上実施形態に係るシステムコントローラの、燃焼制御部の構成を示す概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a configuration of a combustion control unit of the system controller according to the embodiment. 図８は、同上実施形態に係るシステムコントローラの、燃料流量設定部の構成を示す概略図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel flow rate setting unit of the system controller according to the embodiment. 図９は、同上実施形態に係るシステムコントローラの、燃料上限流量設定部の構成を示す概略図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel upper limit flow rate setting unit of the system controller according to the embodiment. 図１０は、同上実施形態に係るシステムコントローラの、燃料上限流量設定部の変形例に係る構成を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a configuration according to a modification of the fuel upper limit flow rate setting unit of the system controller according to the embodiment. 図１１は、同上実施形態に係る酸化剤ガス温度（スタック出口温度）と燃焼ガス上限温度との関係を示す説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing the relationship between the oxidizing gas temperature (stack outlet temperature) and the combustion gas upper limit temperature according to the embodiment. 図１２は、同上実施形態に係るシステムコントローラの、第１目標燃料流量設定部の構成を示す概略図である。FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a configuration of a first target fuel flow rate setting unit of the system controller according to the embodiment. 図１３は、同上実施形態に係るシステムコントローラの、第２目標燃料流量設定部の構成を示す概略図である。FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a configuration of a second target fuel flow rate setting unit of the system controller according to the embodiment.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（燃料電池システムの全体構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムＳの構成を概略的に示している。 (Overall configuration of fuel cell system)
FIG. 1 schematically shows a configuration of a fuel cell system S according to an embodiment of the present invention.

本実施形態に係る燃料電池システム（以下「燃料電池システム」といい、単に「システム」という場合がある）Ｓは、燃料電池スタック１と、燃料処理部２１〜２３と、酸化剤ガス加熱部３と、燃焼器４と、システムコントローラ１０１と、を備える。   The fuel cell system S according to the present embodiment (hereinafter sometimes referred to as “fuel cell system” or simply “system”) S includes a fuel cell stack 1, fuel processing units 21 to 23, and an oxidizing gas heating unit 3. , A combustor 4, and a system controller 101.

燃料電池スタック（以下、単に「スタック」という場合がある）１は、複数の燃料電池または燃料電池単位セルを積層して構成され、発電源である個々の燃料電池は、例えば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。   A fuel cell stack (hereinafter sometimes simply referred to as a “stack”) 1 is configured by stacking a plurality of fuel cells or fuel cell unit cells, and each fuel cell as a power generation source is, for example, a solid oxide type. It is a fuel cell (SOFC).

燃料処理部２１〜２３は、一次燃料である原燃料を処理し、燃料電池での発電反応に用いられる燃料ガスに変換する。燃料処理部２１〜２３は、アノードガス供給通路１１に介装され、原燃料の供給を受ける。本実施形態において、原燃料は、含酸素燃料と水との混合物であり、アノードガス供給通路１１に接続された燃料タンク７に貯蔵されている。本実施形態に適用可能な原燃料として、エタノールと水との混合物（つまり、エタノール水溶液）を例示することができ、その場合の燃料ガスは、エタノールの改質により得られる水素である。   The fuel processing units 21 to 23 process raw fuel as a primary fuel and convert it into fuel gas used for a power generation reaction in a fuel cell. The fuel processing units 21 to 23 are interposed in the anode gas supply passage 11 and receive supply of raw fuel. In the present embodiment, the raw fuel is a mixture of oxygen-containing fuel and water, and is stored in the fuel tank 7 connected to the anode gas supply passage 11. As a raw fuel applicable to the present embodiment, a mixture of ethanol and water (that is, an aqueous ethanol solution) can be exemplified. In that case, the fuel gas is hydrogen obtained by reforming ethanol.

酸化剤ガス加熱部３は、酸化剤ガスを燃料電池スタック１への供給前に加熱する。酸化剤ガス加熱部３は、カソードガス供給通路１２に介装され、酸化剤ガスの供給を受ける。酸化剤ガスは、例えば、空気であり、大気中の空気を燃料電池スタック１のカソード極に供給することで、発電反応に用いられる酸素をカソード極に供給することが可能である。   The oxidizing gas heating unit 3 heats the oxidizing gas before supplying it to the fuel cell stack 1. The oxidizing gas heating unit 3 is interposed in the cathode gas supply passage 12 and receives a supply of the oxidizing gas. The oxidizing gas is, for example, air. By supplying air in the atmosphere to the cathode of the fuel cell stack 1, it is possible to supply oxygen used for the power generation reaction to the cathode.

ここで、固体酸化物形燃料電池のアノード極およびカソード極での発電に係る反応は、次式により表すことができる。
アノード極： ２Ｈ2＋４Ｏ2- → ２Ｈ2Ｏ＋４ｅ- …（１．１）
カソード極： Ｏ2＋４ｅ- → ２Ｏ2- …（１．２） Here, the reaction related to power generation at the anode and cathode of the solid oxide fuel cell can be expressed by the following equation.
Anode: 2H 2 + 4O 2- → 2H 2 O + 4e − (1.1)
Cathode: O 2 + 4e − → 2O 2- … (1.2)

燃焼器４は、暖機後の通常システム運転時において、燃料電池スタック１から排出されるオフガス中の残燃料（つまり、残水素）を燃焼させ、燃焼ガスを生成する。本実施形態において、燃焼器４は、アノードオフガス通路１１ｅｘｈおよびカソードオフガス通路１２ｅｘｈに接続され、これらの通路１１ｅｘｈ、１２ｅｘｈを通じてアノードオフガスおよびカソードオフガスの供給を受ける。燃焼ガスは、図中太い点線でその概略を示す燃焼ガス通路１３を介して燃料処理部２１〜２３および酸化剤ガス加熱部３に供給され、燃焼ガスが有する熱量は、原燃料であるエタノール水溶液および酸化剤ガスである空気の加熱に用いられる。   The combustor 4 burns residual fuel (that is, residual hydrogen) in off-gas discharged from the fuel cell stack 1 during normal system operation after warm-up, and generates combustion gas. In this embodiment, the combustor 4 is connected to the anode offgas passage 11exh and the cathode offgas passage 12exh, and receives supply of the anode offgas and the cathode offgas through these passages 11exh and 12exh. The combustion gas is supplied to the fuel processing units 21 to 23 and the oxidizing gas heating unit 3 through a combustion gas passage 13 schematically shown by a thick dotted line in the drawing, and the calorie of the combustion gas is an aqueous ethanol solution as a raw fuel. And it is used for heating air which is an oxidizing gas.

燃料電池システムＳの構成についてさらに説明すると、燃料電池スタック１は、アノード系において、燃料電池のアノード極に燃料ガスを供給するためのアノードガス供給通路１１と、アノード極から排出される発電反応後のアノードオフガスを流すためのアノードオフガス通路１１ｅｘｈと、を備える一方、カソード系において、燃料電池のカソード極に酸化剤ガスを供給するためのカソードガス供給通路１２と、カソード極から排出される発電反応後のカソードオフガスを流すためのカソードオフガス通路１２ｅｘｈと、を備える。   The configuration of the fuel cell system S will be further described. The fuel cell stack 1 includes, in an anode system, an anode gas supply passage 11 for supplying a fuel gas to an anode electrode of the fuel cell, and a power generation reaction discharged from the anode electrode. And a cathode gas supply passage 12 for supplying an oxidizing gas to the cathode of the fuel cell in the cathode system, and a power generation reaction discharged from the cathode. And a cathode off-gas passage 12exh for allowing the subsequent cathode off-gas to flow.

そして、燃料タンク７と燃料電池スタック１のアノード極とを接続するアノードガス供給通路１１には、流れの方向に関して上流側から順に、蒸発器２１、燃料熱交換器２２および改質器２３が介装されている。さらに、蒸発器２１の上流側でアノードガス供給通路１１から分岐燃料通路１１ｓｕｂが分岐し、分岐燃料通路１１ｓｕｂは、燃焼器４に接続されている。分岐燃料通路１１ｓｕｂの分岐点と蒸発器２１との間のアノードガス供給通路１１には、第１燃料インジェクタ５１が、分岐燃料通路１１ｓｕｂには、第２燃料インジェクタ５２が、夫々介装されている。   An evaporator 21, a fuel heat exchanger 22, and a reformer 23 are arranged in the anode gas supply passage 11 connecting the fuel tank 7 and the anode electrode of the fuel cell stack 1 in order from the upstream side in the flow direction. Is equipped. Further, a branch fuel passage 11sub branches off from the anode gas supply passage 11 on the upstream side of the evaporator 21, and the branch fuel passage 11sub is connected to the combustor 4. A first fuel injector 51 is provided in the anode gas supply passage 11 between the branch point of the branch fuel passage 11sub and the evaporator 21, and a second fuel injector 52 is provided in the branch fuel passage 11sub. .

蒸発器２１は、燃料タンク７から原燃料であるエタノール水溶液の供給を受け、これを加熱して蒸発させ、エタノールガスおよび水蒸気を生成する。   The evaporator 21 receives a supply of an aqueous solution of ethanol as a raw fuel from the fuel tank 7, and heats and evaporates the aqueous solution to generate ethanol gas and water vapor.

燃料熱交換器２２は、エタノールガスおよび水蒸気をさらに加熱する。   The fuel heat exchanger 22 further heats the ethanol gas and the steam.

改質器２３は、改質用触媒を内蔵し、気体の状態にあるエタノールから、水蒸気改質により水素を生成する。水蒸気改質は、次式により表すことができる。
Ｃ2Ｈ5ＯＨ＋３Ｈ2Ｏ → ６Ｈ2＋２ＣＯ2 …（２） The reformer 23 incorporates a reforming catalyst and generates hydrogen from ethanol in a gaseous state by steam reforming. Steam reforming can be represented by the following equation.
C 2 H 5 OH + 3H 2 O → 6H 2 + 2CO 2 (2)

酸化剤ガス加熱部３は、空気熱交換器により構成され、燃焼ガスとの熱交換により、カソードガス供給通路１２を流れる酸化剤ガスを加熱する。本実施形態では、カソードガス供給通路１２の開放端付近にブロアないしエアコンプレッサ６が設置され、酸化剤ガスである大気中の空気が、ブロア６を介してカソードガス供給通路１２に吸入される。吸入された空気は、酸化剤ガス加熱部３を通過する際に常温（例えば、２５℃）から昇温され、燃料電池スタック１に供給される。   The oxidizing gas heating unit 3 is configured by an air heat exchanger, and heats the oxidizing gas flowing through the cathode gas supply passage 12 by heat exchange with the combustion gas. In this embodiment, a blower or an air compressor 6 is installed near the open end of the cathode gas supply passage 12, and air in the atmosphere, which is an oxidizing gas, is sucked into the cathode gas supply passage 12 through the blower 6. The drawn air is heated from normal temperature (for example, 25 ° C.) when passing through the oxidizing gas heating unit 3 and is supplied to the fuel cell stack 1.

燃焼器４は、燃焼用触媒を内蔵し、燃料電池スタック１からアノードオフガスの供給を受け、アノードオフガス中の残燃料の触媒燃焼により燃焼ガスを生成する。燃焼器４は、アノードオフガスに加え、分岐燃料通路１１ｓｕｂを通じて原燃料であるエタノール水溶液の供給を受けることも可能であり、その場合は、燃焼ガスの生成に際し、残燃料に加えてエタノールをも燃焼させる。残燃料とエタノール水溶液とのうち、残燃料のみの供給を受けることも可能であることは、勿論である。   The combustor 4 has a built-in combustion catalyst, receives supply of anode off-gas from the fuel cell stack 1, and generates combustion gas by catalytic combustion of residual fuel in the anode off-gas. The combustor 4 can receive, in addition to the anode off-gas, the supply of the aqueous solution of ethanol as the raw fuel through the branch fuel passage 11sub. In this case, when generating the combustion gas, the combustor 4 also combusts the ethanol in addition to the residual fuel. Let it. Of course, of the remaining fuel and the aqueous ethanol solution, it is of course possible to receive the supply of only the remaining fuel.

本実施形態では、燃焼器４に対し、その上流側に隣接させて加熱器４１が付設されている。加熱器４１は、電気ヒータを備えるとともに、燃焼器４に備わるものと同一であるか、異なる組成の燃焼用触媒を内蔵し、燃焼器４に供給される燃料、つまり、燃料電池スタック１のカソードオフガスを、基本的には、燃焼器４への流入前に、電気ヒータおよび触媒の双方により加熱する。加熱器４１による加熱は、電気ヒータのみによるものであってもよく、例えば、触媒が未活性の状態にある場合に、燃料ないしカソードオフガスを、電気ヒータにより加熱して、燃焼器４に供給することが可能である。   In the present embodiment, a heater 41 is provided adjacent to the upstream side of the combustor 4. The heater 41 includes an electric heater and has a built-in combustion catalyst having the same or different composition as that provided in the combustor 4, and supplies fuel supplied to the combustor 4, that is, the cathode of the fuel cell stack 1. The off-gas is basically heated by both an electric heater and a catalyst before flowing into the combustor 4. The heating by the heater 41 may be performed only by the electric heater. For example, when the catalyst is in an inactive state, the fuel or the cathode off-gas is heated by the electric heater and supplied to the combustor 4. It is possible.

システムコントローラ１０１は、燃料電池システムＳの運転中、蒸発器２１および燃焼器４に対する原燃料の供給（燃焼器４への供給は、加熱器４１を介したものとなる）を制御するとともに、酸化剤ガス加熱部３に対する酸化剤ガスの供給を制御する。システムコントローラ１０１は、電子制御ユニットとして構成することが可能であり、第１燃料インジェクタ５１、第２燃料インジェクタ５２およびブロア６は、システムコントローラ１０１からの信号に応じて作動し、蒸発器２１および燃焼器４に原燃料を供給するとともに、酸化剤ガス加熱部３に酸化剤ガスを供給する。   During operation of the fuel cell system S, the system controller 101 controls supply of raw fuel to the evaporator 21 and the combustor 4 (supply to the combustor 4 is performed via the heater 41) and oxidation. The supply of the oxidizing gas to the oxidizing gas heating unit 3 is controlled. The system controller 101 can be configured as an electronic control unit. The first fuel injector 51, the second fuel injector 52, and the blower 6 operate in response to a signal from the system controller 101, and the evaporator 21 and the combustion The raw fuel is supplied to the vessel 4 and the oxidizing gas is supplied to the oxidizing gas heating unit 3.

燃料電池スタック１の発電電力は、図示しないバッテリを充電したり、電動モータまたはモータジェネレータ等の外部装置を駆動したりするのに用いることが可能である。例えば、燃料電池システムＳは、車両用の駆動システムに適用することが可能であり、燃料電池スタック１の定格運転により生じた電力をバッテリに充電したり、車両の目標駆動力に応じた電力をバッテリおよび燃料電池スタック１から走行用のモータジェネレータに供給したりすることができる。   The power generated by the fuel cell stack 1 can be used to charge a battery (not shown) or drive an external device such as an electric motor or a motor generator. For example, the fuel cell system S can be applied to a driving system for a vehicle, and charges a battery with power generated by rated operation of the fuel cell stack 1 or supplies power according to a target driving force of the vehicle. It can be supplied from the battery and the fuel cell stack 1 to a motor generator for traveling.

（制御システムの構成およびその基本的な動作）
本実施形態において、システムコントローラ１０１は、中央演算ユニット（ＣＰＵ）、ＲＯＭおよびＲＡＭ等の各種記憶ユニット、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータからなる電子制御ユニットとして構成され、第１燃料インジェクタ５１、第２燃料インジェクタ５２およびブロア６等、燃料電池システムＳの運転に要する各種装置ないし部品の動作を制御する。 (Configuration of the control system and its basic operation)
In the present embodiment, the system controller 101 is configured as an electronic control unit including a central processing unit (CPU), various storage units such as a ROM and a RAM, and a microcomputer including an input / output interface and the like. 2. Controls the operation of various devices and components required for operation of the fuel cell system S, such as the fuel injector 52 and the blower 6.

システムコントローラ１０１は、燃料電池システムＳの制御に関わる情報として、アノード入口温度Ｔａｎｄ＿ｉｎｔを検出するアノード入口温度センサ２０１からの信号、カソード入口温度Ｔｃｔｈ＿ｉｎｔを検出するカソード入口温度センサ２０２からの信号、スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔを検出するスタック出口温度センサ２０３からの信号、燃料流量Ｑｆを検出する燃料流量センサ２０４からの信号、酸化剤ガス流量Ｑａｉｒを検出する酸化剤ガス流量センサ２０５からの信号、燃料温度Ｔｆを検出する燃料温度センサ２０６からの信号、酸化剤ガス温度Ｔａｉｒを検出する酸化剤ガス温度センサ２０７からの信号、燃焼ガス温度Ｔｃｍｂを検出する燃焼ガス温度センサ２０８からの信号、スタック電圧Ｖｓｔｋを検出するスタック電圧センサ２０９からの信号、スタック電流Ｉｓｔｋを検出するスタック電流センサ２１０からの信号を入力するほか、システム起動スイッチ２１１およびアクセルセンサ２１２からの信号を入力する。   The system controller 101 includes, as information relating to control of the fuel cell system S, a signal from the anode inlet temperature sensor 201 for detecting the anode inlet temperature Tand_int, a signal from the cathode inlet temperature sensor 202 for detecting the cathode inlet temperature Tcth_int, and a stack outlet. A signal from the stack outlet temperature sensor 203 for detecting the temperature Tstk_out, a signal from the fuel flow rate sensor 204 for detecting the fuel flow rate Qf, a signal from the oxidizing gas flow rate sensor 205 for detecting the oxidizing gas flow rate Qair, and the fuel temperature Tf. A signal from a fuel temperature sensor 206 to be detected, a signal from an oxidant gas temperature sensor 207 to detect an oxidant gas temperature Tair, a signal from a combustion gas temperature sensor 208 to detect a combustion gas temperature Tcmb, and a stack voltage Vstk are detected. S Signal from click voltage sensor 209, in addition to input signals from the stack current sensor 210 which detects the stack current Istk, inputs the signal from system startup switch 211 and an accelerator sensor 212.

アノード入口温度Ｔａｎｄ＿ｉｎｔは、燃料電池スタック１のアノード極に供給されるアノードガスの温度であり、スタック入口部付近に設置されたアノード入口温度センサ２０１の出力をもってアノード入口温度Ｔａｎｄ＿ｉｎｔとする。   The anode inlet temperature Tand_int is the temperature of the anode gas supplied to the anode electrode of the fuel cell stack 1, and the output of the anode inlet temperature sensor 201 installed near the stack inlet is used as the anode inlet temperature Tand_int.

カソード入口温度Ｔｃｔｈ＿ｉｎｔは、燃料電池スタック１のカソード極に供給されるカソードガスの温度であり、スタック入口部付近に設置されたカソード入口温度センサ２０２の出力をもってカソード入口温度Ｔｃｔｈ＿ｉｎｔとする。   The cathode inlet temperature Tcth_int is the temperature of the cathode gas supplied to the cathode of the fuel cell stack 1, and the output of the cathode inlet temperature sensor 202 installed near the stack inlet is defined as the cathode inlet temperature Tcth_int.

スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔは、燃料電池スタック１から排出されるオフガスの温度であり、燃料電池スタック１のカソード出口部付近に設定されたスタック出口温度センサ２０３の出力をもってスタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔとする。本実施形態では、スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔを、燃焼器４に供給される酸化剤ガスの温度の指標とする。   The stack outlet temperature Tstk_out is the temperature of the off-gas discharged from the fuel cell stack 1, and the output of the stack outlet temperature sensor 203 set near the cathode outlet of the fuel cell stack 1 is used as the stack outlet temperature Tstk_out. In the present embodiment, the stack outlet temperature Tstk_out is used as an index of the temperature of the oxidizing gas supplied to the combustor 4.

燃料流量Ｑｆは、燃料電池スタック１のアノード極に供給される燃料ガスの流量であり、蒸発器２１の上流側のアノードガス供給通路１１に燃料流量センサ２０４を設置し、これにより検出された流量を燃料ガスの流量に換算し、これを燃料流量Ｑｆとする。   The fuel flow rate Qf is the flow rate of the fuel gas supplied to the anode of the fuel cell stack 1. The fuel flow rate sensor 204 is installed in the anode gas supply passage 11 on the upstream side of the evaporator 21, and the fuel flow rate detected by the fuel flow rate Qf is detected. Is converted into a fuel gas flow rate, and this is set as a fuel flow rate Qf.

酸化剤ガス流量Ｑａｉｒは、燃料電池スタック１のカソード極に供給される酸化剤ガスの流量であり、酸化剤ガス加熱部３の上流側のカソードガス供給通路１２に設置された酸化剤ガス流量センサ２０５の出力をもって酸化剤ガス流量Ｑａｉｒとする。本実施形態では、酸化剤ガス流量Ｑａｉｒを、燃焼器４に供給される酸化剤ガスの流量の指標とする。   The oxidizing gas flow rate Qair is a flow rate of the oxidizing gas supplied to the cathode of the fuel cell stack 1, and is an oxidizing gas flow sensor installed in the cathode gas supply passage 12 on the upstream side of the oxidizing gas heating unit 3. The output of 205 is used as the oxidizing gas flow rate Qair. In the present embodiment, the oxidizing gas flow rate Qair is used as an index of the flow rate of the oxidizing gas supplied to the combustor 4.

燃料温度Ｔｆは、燃料電池スタック１のアノード極に供給される燃料ガスの温度であり、改質器２３の出口部付近に設置された燃料温度センサ２０６の出力をもって燃料温度Ｔｆとする。   The fuel temperature Tf is the temperature of the fuel gas supplied to the anode of the fuel cell stack 1, and the output of the fuel temperature sensor 206 installed near the outlet of the reformer 23 is used as the fuel temperature Tf.

酸化剤ガス温度Ｔａｉｒは、燃料電池スタック１のカソード極に供給される酸化剤ガスの温度であり、酸化剤ガス加熱部３である空気熱交換器の出口部付近に設置された酸化剤ガス温度センサ２０７の出力をもって酸化剤ガス温度Ｔａｉｒとする。   The oxidizing gas temperature Tair is the temperature of the oxidizing gas supplied to the cathode of the fuel cell stack 1 and is the temperature of the oxidizing gas provided near the outlet of the air heat exchanger which is the oxidizing gas heating unit 3. The output of the sensor 207 is used as the oxidizing gas temperature Tair.

燃焼ガス温度Ｔｃｍｂは、燃焼器４により生成される燃焼ガスの温度であり、燃焼器４の出口部付近に設置された燃焼ガス温度センサ２０８の出力をもって燃焼ガス温度Ｔｃｍｂとする。   The combustion gas temperature Tcmb is the temperature of the combustion gas generated by the combustor 4, and the output of the combustion gas temperature sensor 208 installed near the outlet of the combustor 4 is defined as the combustion gas temperature Tcmb.

スタック電圧Ｖｓｔｋは、燃料電池スタック１の発電電圧であり、燃料電池スタック１の端子間にかかる電圧を検出可能に設置されたスタック電圧センサ２０９の出力をもってスタック電圧Ｖｓｔｋとする。   The stack voltage Vstk is the power generation voltage of the fuel cell stack 1, and the output of the stack voltage sensor 209 installed to detect the voltage applied between the terminals of the fuel cell stack 1 is used as the stack voltage Vstk.

スタック電流Ｉｓｔｋは、燃料電池スタック１の発電電流であり、燃料電池スタック１の端子間を流れる電流を検出可能に設置されたスタック電流センサ２１０の出力をもってスタック電流Ｉｓｔｋとする。   The stack current Istk is the power generation current of the fuel cell stack 1, and the output of the stack current sensor 210 installed to detect the current flowing between the terminals of the fuel cell stack 1 is used as the stack current Istk.

システム起動スイッチ２１１は、運転者により操作され、運転者の操作に応じて燃料電池システムＳの起動要求を示す信号を出力する。   The system start switch 211 is operated by the driver, and outputs a signal indicating a request to start the fuel cell system S according to the operation of the driver.

アクセルセンサ２１２は、運転者によるアクセルペダルの操作量（以下「アクセル操作量」という）を検出するものであり、アクセル操作量は、車両の走行駆動力の指標であり、本実施形態では、これをもとに燃料電池スタック１の目標出力を設定する。   The accelerator sensor 212 detects the amount of operation of the accelerator pedal by the driver (hereinafter, referred to as “accelerator operation amount”). The accelerator operation amount is an index of the driving force of the vehicle. The target output of the fuel cell stack 1 is set based on

システムコントローラ１０１は、システム起動スイッチ２１１から燃料電池システムＳの起動要求を入力すると、燃料電池スタック１の暖機を行う起動制御を実行する。燃料電池スタック１の暖機とは、停止中に低温（例えば、常温）にあった燃料電池スタック１をその動作温度にまで昇温させることをいう。   When a start request for the fuel cell system S is input from the system start switch 211, the system controller 101 executes start control for warming up the fuel cell stack 1. The warming-up of the fuel cell stack 1 refers to raising the temperature of the fuel cell stack 1 that was at a low temperature (for example, normal temperature) during the stop to the operating temperature.

そして、燃料電池スタック１の温度が動作温度に達すると、システムコントローラ１０１は、起動制御を終了し、通常時の発電制御に移行する。通常時では、基本的には、燃料電池スタック１をその定格点で運転させ、定格運転に要する流量の原燃料を、第１燃料インジェクタ５１を介して蒸発器２１に供給する。ここで、燃料電池スタック１の定格運転とは、燃料電池スタック１の最大発電出力での運転をいう。   When the temperature of the fuel cell stack 1 reaches the operating temperature, the system controller 101 ends the startup control and shifts to the normal power generation control. In normal times, basically, the fuel cell stack 1 is operated at its rated point, and the amount of raw fuel required for the rated operation is supplied to the evaporator 21 via the first fuel injector 51. Here, the rated operation of the fuel cell stack 1 refers to the operation of the fuel cell stack 1 at the maximum power generation output.

（燃料電池システムの基本動作）
図２および３は、燃料電池システムＳの動作を示す。図２は、起動時における動作を、図３は、通常時における動作を、夫々示している。図中矢印付きの太い実線は、ガスまたは液体の流れのある通路を示し、矢印のない細い実線は、流れのない通路を示す。 (Basic operation of fuel cell system)
2 and 3 show the operation of the fuel cell system S. FIG. 2 shows the operation at the time of startup, and FIG. 3 shows the operation at the time of normal operation. In the figure, a thick solid line with an arrow indicates a passage with a gas or liquid flow, and a thin solid line without an arrow indicates a passage with no flow.

起動時（図２）では、第１燃料インジェクタ５１を停止させる一方、第２燃料インジェクタ５２を作動させ、燃料タンク７に貯蔵されている原燃料を、第２燃料インジェクタ５２を介して燃焼器４に供給する。燃焼器４への原燃料の供給は、加熱器４１を介してなされる。加熱器４１では、触媒が未活性の状態にあるか、原燃料の充分な燃焼状態が得られない場合に、電気ヒータを作動させ、電気ヒータにより原燃料を加熱する。他方で、大気中の空気をブロア６によりカソードガス供給通路１２に取り込み、酸化剤ガス加熱部３を介して燃料電池スタック１に供給する。燃料電池スタック１を通過した空気は、カソードオフガス通路１２ｅｘｈを流れ、原燃料の酸化剤として燃焼器４に供給される。燃焼により生じた燃焼ガスが燃焼ガス通路１３を介して改質器２３、燃料熱交換器２２、酸化剤ガス加熱部３である空気熱交換器および蒸発器２１に供給される。このように、起動時では、原燃料の燃焼により生じた輻射熱により燃料電池スタック１が加熱されるとともに、酸化剤ガス加熱部３で加熱された空気を熱媒体としてさらに加熱され、燃焼電池スタック１の暖機が促進される。   At the time of startup (FIG. 2), the first fuel injector 51 is stopped, while the second fuel injector 52 is operated, and the raw fuel stored in the fuel tank 7 is supplied to the combustor 4 via the second fuel injector 52. To supply. Raw fuel is supplied to the combustor 4 via a heater 41. In the heater 41, when the catalyst is in an inactive state or when a sufficient combustion state of the raw fuel cannot be obtained, the electric heater is operated and the raw fuel is heated by the electric heater. On the other hand, air in the atmosphere is taken into the cathode gas supply passage 12 by the blower 6 and supplied to the fuel cell stack 1 via the oxidizing gas heating unit 3. The air that has passed through the fuel cell stack 1 flows through the cathode offgas passage 12exh, and is supplied to the combustor 4 as an oxidant of raw fuel. The combustion gas generated by the combustion is supplied to the reformer 23, the fuel heat exchanger 22, the air heat exchanger which is the oxidizing gas heating unit 3, and the evaporator 21 through the combustion gas passage 13. As described above, at the time of startup, the fuel cell stack 1 is heated by the radiant heat generated by the combustion of the raw fuel, and further heated using the air heated by the oxidizing gas heating unit 3 as a heat medium. The warm-up is promoted.

これに対し、通常時（図３）では、第１燃料インジェクタ５１を作動させ、燃料タンク７に貯蔵されている原燃料を、第１燃料インジェクタ５１を介して蒸発器２１を含む燃焼処理部２１〜２３に供給する。これに併せ、ブロア６を作動させ、酸化剤ガスである空気を、酸化剤ガス加熱部３を介して燃料電池スタック１に供給する。燃料電池スタック１から排出される発電反応後のオフガス（アノードオフガス、カソードオフガス）は、アノードオフガス通路１１ｅｘｈおよびカソードオフガス通路１２ｅｘｈを介して加熱器４１に導入され、加熱器４１を介して燃焼器４に供給される。アノードオフガス中の残燃料が加熱器４１および燃焼器４の触媒上で燃焼し、これにより生じた燃焼ガスが燃焼ガス通路１３を介して燃料処理部２１〜２３および酸化剤ガス加熱部３に供給される。これにより、燃料処理部２１〜２３および酸化剤ガス加熱部３が加熱され、蒸発器２１が原燃料（エタノール水溶液）を蒸発可能な温度に維持されるとともに、改質器２３が原燃料（エタノール）を改質可能な温度に維持される。   On the other hand, in a normal state (FIG. 3), the first fuel injector 51 is operated, and the raw fuel stored in the fuel tank 7 is supplied to the combustion processing unit 21 including the evaporator 21 via the first fuel injector 51. To 23. At the same time, the blower 6 is operated to supply air, which is an oxidizing gas, to the fuel cell stack 1 via the oxidizing gas heating unit 3. The off-gases (anode off-gas, cathode off-gas) discharged from the fuel cell stack 1 after the power generation reaction are introduced into the heater 41 through the anode off-gas passage 11exh and the cathode off-gas passage 12exh, and are burned through the heater 41 through the heater 41. Supplied to The remaining fuel in the anode off-gas is burned on the catalyst of the heater 41 and the combustor 4, and the resulting combustion gas is supplied to the fuel processing units 21 to 23 and the oxidizing gas heating unit 3 via the combustion gas passage 13. Is done. Thereby, the fuel processing units 21 to 23 and the oxidizing gas heating unit 3 are heated, the evaporator 21 is maintained at a temperature at which the raw fuel (ethanol aqueous solution) can be evaporated, and the reformer 23 is heated at the raw fuel (ethanol). ) Is maintained at a temperature at which it can be reformed.

ここで、起動時における原燃料の供給流量（つまり、第２燃料インジェクタ５２の噴射流量）は、基本的には、スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔをもとに設定する。具体的には、スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔに、燃料電池スタック１の入口側と出口側との間で許容される所定の温度差ΔＴｓｔｋを加算したものを、目標スタック入口温度Ｔｉｎｔ＿ｔｒｇ（＝Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ＋ΔＴｓｔｋ）として設定する。そして、酸化剤ガス、つまり、大気中から取り込んだ常温の空気を目標スタック入口温度Ｔｉｎｔ＿ｔｒｇにまで上昇させるうえで酸化剤ガス加熱部３に供給されるべき熱量に応じた原燃料の流量を算出し、これを起動時における原燃料の供給流量に設定する。   Here, the supply flow rate of the raw fuel at the time of startup (that is, the injection flow rate of the second fuel injector 52) is basically set based on the stack outlet temperature Tstk_out. Specifically, a value obtained by adding a predetermined temperature difference ΔTstk allowed between the inlet side and the outlet side of the fuel cell stack 1 to the stack outlet temperature Tstk_out is set as a target stack inlet temperature Tint_trg (= Tstk_out + ΔTstk). I do. Then, the flow rate of the raw fuel corresponding to the amount of heat to be supplied to the oxidizing gas heating unit 3 in raising the oxidizing gas, that is, the normal temperature air taken in from the atmosphere to the target stack inlet temperature Tint_trg is calculated. This is set as the raw fuel supply flow rate at the time of startup.

これに対し、通常時における原燃料の供給流量（つまり、第１燃料インジェクタ５１の噴射流量）は、燃料電池スタック１に要求される出力、換言すれば、燃料電池スタック１の負荷をもとに設定する。燃料電池スタック１の温度維持に要する熱量を燃焼器４により生じさせるのにアノードオフガス中の残燃料だけでは不足する場合は、第１燃料インジェクタ５１に加えて第２燃料インジェクタ５２をも作動させ、燃焼器４に対し、不足分に相当する流量の原燃料を、第２燃料インジェクタ５２を介して供給する（図４）。   On the other hand, the supply flow rate of the raw fuel (that is, the injection flow rate of the first fuel injector 51) in the normal state is based on the output required for the fuel cell stack 1, in other words, based on the load of the fuel cell stack 1. Set. When the remaining fuel in the anode off-gas alone is insufficient to generate the heat required for maintaining the temperature of the fuel cell stack 1 by the combustor 4, the second fuel injector 52 is also operated in addition to the first fuel injector 51, Raw fuel at a flow rate corresponding to the shortage is supplied to the combustor 4 via the second fuel injector 52 (FIG. 4).

システムコントローラ１０１は、燃料電池システムＳの運転時全体を通じ、換言すれば、燃料電池システムＳの起動時、通常時および停止時の全てに亘って燃焼器４における燃焼状態を制御する。そして、燃焼ガスの温度Ｔｃｍｂを、燃焼器４（本実施形態では、燃焼器４および加熱器４１）に備わる触媒の温度、特にその表面温度が上限温度を超えて上昇するのを回避することのできる温度に制限する。触媒の表面温度の上限は、例えば、９００℃である。   The system controller 101 controls the combustion state in the combustor 4 throughout the entire operation of the fuel cell system S, in other words, when the fuel cell system S is started, in a normal state, and when it is stopped. Then, the temperature Tcmb of the combustion gas is reduced to prevent the temperature of the catalyst provided in the combustor 4 (in the present embodiment, the combustor 4 and the heater 41), in particular, the surface temperature from rising above the upper limit temperature. Limit to the temperature that can be achieved. The upper limit of the surface temperature of the catalyst is, for example, 900 ° C.

ここで、燃焼器４の制御に対する理解を促すため、燃焼ガスの温度Ｔｃｍｂと触媒の表面温度Ｔｃａｔとの関係について簡単に説明する。   Here, in order to facilitate understanding of the control of the combustor 4, the relationship between the temperature Tcmb of the combustion gas and the surface temperature Tcat of the catalyst will be briefly described.

図５は、燃焼器４に備わる触媒の表面およびその近傍を拡大して示したものであり、燃焼器４に供給される酸化剤ガスと触媒の表面との間における熱の授受の関係を模式的に示している。温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔで燃焼器４に供給された酸化剤ガスＧが、原燃料の燃焼による反応熱（発熱流Ｈｃ）を触媒の表面（温度Ｔｃａｔ）から受け、温度Ｔｃｍｂの燃焼ガスとして燃焼器４から流出する様子を示している。   FIG. 5 is an enlarged view of the surface of the catalyst provided in the combustor 4 and the vicinity thereof, and schematically shows the relationship between the transfer of heat between the oxidizing gas supplied to the combustor 4 and the surface of the catalyst. Is shown. The oxidizing gas G supplied to the combustor 4 at the temperature Tstk_out receives reaction heat (exothermic flow Hc) from the combustion of the raw fuel from the surface of the catalyst (temperature Tcat), and flows out of the combustor 4 as a combustion gas at the temperature Tcmb. It shows how to do.

触媒の表面温度Ｔｃａｔと燃焼ガスの温度Ｔｃｍｂとの関係は、触媒上での燃焼により生じる発熱流Ｈｃに対し、次のような関係にある。
Ｔｃｍｂ＝Ｔｃａｔ−Ｈｃ／（Ａ×ｈｗ（Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）） …（１） The relationship between the surface temperature Tcat of the catalyst and the temperature Tcmb of the combustion gas has the following relationship with the exothermic flow Hc generated by combustion on the catalyst.
Tcmb = Tcat−Hc / (A × hw (Tstk_out)) (1)

式（１）中、Ａは、反応部の表面積を示し、ｈｗ（Ｔ）は、温度Ｔにおける境膜伝熱係数を示す。Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔは、スタック出口温度であるが、燃焼器４に供給される酸化剤ガスの温度、換言すれば、燃焼器４の入口温度の指標として採用する。   In the formula (1), A indicates the surface area of the reaction part, and hw (T) indicates the film heat transfer coefficient at the temperature T. Tstk_out is the stack outlet temperature, and is adopted as an index of the temperature of the oxidizing gas supplied to the combustor 4, in other words, the inlet temperature of the combustor 4.

式（１）は、触媒の表面で燃焼による熱が発生し、その熱が触媒の表面から酸化剤ガスに伝達される際に形成される温度差（＝Ｔｃａｔ−Ｔｃｍｂ）の分だけ、触媒の表面温度Ｔｃａｔが燃焼ガスの温度Ｔｃｍｂよりも高いことを示している。   Equation (1) indicates that the heat of combustion is generated on the surface of the catalyst, and the temperature difference (= Tcat−Tcmb) formed when the heat is transferred from the surface of the catalyst to the oxidizing gas is equal to the temperature of the catalyst. This indicates that the surface temperature Tcat is higher than the combustion gas temperature Tcmb.

さらに、燃焼器４に供給される酸化剤ガスの温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔと触媒の表面温度Ｔｃａｔとの関係を示すと、次のようである。
Ｈｃ＝ｃｐ×Ｑａｉｒ×（Ｔｃｍｂ−Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ） …（２）
Ｈｃ＝［ｈｗ（Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）×Ａ×ｃｐ×Ｑａｉｒ／｛ｃｐ×Ｑａｉｒ＋ｈｗ（Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）×Ａ｝×[Ｔｃａｔ−Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ] …（３） Further, the relationship between the temperature Tstk_out of the oxidizing gas supplied to the combustor 4 and the surface temperature Tcat of the catalyst is as follows.
Hc = cp × Qair × (Tcmb−Tstk_out) (2)
Hc = [hw (Tstk_out) × A × cp × Qair / {cp × Qair + hw (Tstk_out) × A} × [Tcat−Tstk_out] (3)

式（２）および（３）中、ｃｐは、酸化剤ガスの比熱を示し、Ｑａｉｒは、燃焼器４に供給される酸化剤ガスの流量を示す。   In Equations (2) and (3), cp indicates the specific heat of the oxidizing gas, and Qair indicates the flow rate of the oxidizing gas supplied to the combustor 4.

ここで、式（１）と式（３）とを対比すると、触媒の表面温度Ｔｃａｔがその上限温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔ（例えば、９００℃）で一定であるとした場合に、式（３）によれば、酸化剤ガスの温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔの上昇に対し、発熱流Ｈｃが減少する。そして、発熱流Ｈｃが減少した場合は、式（１）から、触媒の表面温度Ｔｃａｔが上限温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔである場合の燃焼ガスの温度、つまり、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔが上昇する。よって、燃焼器４に供給される酸化剤ガスが高温であるときほど、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを触媒の上限表面温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔにより近い温度にまで上昇させることが可能である。これに対し、酸化剤ガスの温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔが低下した場合は、発熱流Ｈｃが増大することから（式（３））、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを酸化剤ガスが高温であるときと同様に維持したとすれば、触媒の表面温度Ｔｃａｔがその上限温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔを超えて上昇することになる（式（１））。よって、燃焼器４に供給される酸化剤ガスが低温であるときほど、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを低下させることが必要となる。   Here, when Expression (1) is compared with Expression (3), when the surface temperature Tcat of the catalyst is assumed to be constant at its upper limit temperature Tcat_lmt (for example, 900 ° C.), according to Expression (3), As the temperature Tstk_out of the oxidizing gas increases, the exothermic flow Hc decreases. Then, when the heat generation flow Hc decreases, the temperature of the combustion gas when the surface temperature Tcat of the catalyst is the upper limit temperature Tcat_lmt, that is, the upper limit temperature Tcmb_lmt of the combustion gas increases from the equation (1). Therefore, the higher the temperature of the oxidizing gas supplied to the combustor 4, the higher the upper limit temperature Tcmb_lmt of the combustion gas can be raised to a temperature closer to the upper limit surface temperature Tcat_lmt of the catalyst. On the other hand, when the temperature Tstk_out of the oxidizing gas decreases, the heat generation flow Hc increases (Equation (3)), so that the upper limit temperature Tcmb_lmt of the combustion gas is maintained in the same manner as when the oxidizing gas is at a high temperature. If so, the surface temperature Tcat of the catalyst rises above its upper limit temperature Tcat_lmt (Equation (1)). Therefore, the lower the temperature of the oxidizing gas supplied to the combustor 4, the lower the upper limit temperature Tcmb_lmt of the combustion gas needs to be reduced.

図６は、燃焼器４の出力に応じた触媒表面温度Ｔｃａｔの変化を、燃焼器４内部の位置に対して示している。高出力時における触媒表面温度Ｔｃａｔ＿ｈを太い実線により、低出力時における触媒表面温度Ｔｃａｔ＿ｌを二点鎖線により、夫々示している。高出力時と低出力時とで、燃焼器４における空気過剰率λは、一定である。このように、触媒表面温度Ｔｃａｔは、空気過剰率λが一定であり、燃焼ガス自体の温度Ｔｃｍｂに変化が見られない場合であっても燃焼器４の出力に応じて変化し、出力の増大に対して上昇する傾向を有する。   FIG. 6 shows a change in the catalyst surface temperature Tcat according to the output of the combustor 4 with respect to a position inside the combustor 4. The catalyst surface temperature Tcat_h at the time of high output is indicated by a thick solid line, and the catalyst surface temperature Tcat_l at the time of low output is indicated by a two-dot chain line. The excess air ratio λ in the combustor 4 is constant between high output and low output. As described above, the catalyst surface temperature Tcat changes in accordance with the output of the combustor 4 even when the excess air ratio λ is constant and the temperature Tcmb of the combustion gas itself does not change, and the output increases. Have a tendency to rise.

酸化剤ガスの温度Ｔａｉｒに対する関係についても同様であり、燃焼器４に供給される酸化剤ガスが低温である場合は、高温である場合と比較して同じ目標燃焼ガス温度を達成するのにより多くの原燃料を要するため、燃焼に寄与する原燃料の量が増大し、触媒表面温度Ｔｃａｔが上昇する。   The same applies to the relationship of the oxidizing gas to the temperature Tair. When the oxidizing gas supplied to the combustor 4 is at a low temperature, it is more likely to achieve the same target combustion gas temperature than when it is at a high temperature. , The amount of raw fuel contributing to combustion increases, and the catalyst surface temperature Tcat rises.

式（１）および（３）を纏めると、次式を得る。
Ｔｃｍｂ＝｛ｈｗ（Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）×Ａ×Ｔｃａｔ＋ｃｐ×Ｑａｉｒ×Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ｝／｛ｃｐ×Ｑａｉｒ＋ｈｗ（Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）×Ａ｝ …（４） When the expressions (1) and (3) are put together, the following expression is obtained.
Tcmb = {hw (Tstk_out) × A × Tcat + cp × Qair × Tstk_out} / {cp × Qair + hw (Tstk_out) × A} (4)

そして、触媒の表面温度Ｔｃａｔが上限温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔを超えて上昇した場合は、触媒の焼結等により、触媒の劣化が進行することが懸念される。   When the surface temperature Tcat of the catalyst rises above the upper limit temperature Tcat_lmt, there is a concern that the catalyst may deteriorate due to sintering of the catalyst.

（燃焼制御に係る具体的な説明）
システムコントローラ１０１のうち、燃焼器４の燃焼状態の制御に係る燃焼制御部１０１Ａの構成を、図７〜１０、１２および１３を参照して説明する。 (Specific description related to combustion control)
The configuration of the combustion control unit 101A related to the control of the combustion state of the combustor 4 in the system controller 101 will be described with reference to FIGS.

図７は、燃焼制御部１０１Ａの全体的な構成を示している。   FIG. 7 shows the overall configuration of the combustion control unit 101A.

燃焼制御部１０１Ａは、大別すると、燃料流量設定部１１１、燃料上限流量設定部１１２、第１目標燃料流量設定部１１３および第２目標燃料流量設定部１１４から構成される。燃焼制御部１０１Ａが行う制御は、概して、次のようである。   The combustion control unit 101A is roughly divided into a fuel flow rate setting unit 111, a fuel upper limit flow rate setting unit 112, a first target fuel flow rate setting unit 113, and a second target fuel flow rate setting unit 114. The control performed by the combustion control unit 101A is generally as follows.

燃焼制御部１０１Ａは、燃料電池スタック１の温度維持に要する熱量の観点から第１目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１を設定するとともに、燃料電池スタック１に要求される出力Ｐｓｔｋの観点から第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２を設定する。他方で、燃焼制御部１０１Ａは、触媒の温度上昇を抑制する際の判定に用いる燃料流量、具体的には、触媒の表面温度Ｔｃａｔをその上限温度Ｔｃａｔ＿ｌｉｍ以下に制限するための燃料上限流量Ｑｆ＿ｌｉｍを設定する。そして、燃料流量設定部１１１において、第１目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１、第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２および燃料上限流量Ｑｆ＿ｌｉｍに基づき、第１燃料インジェクタ５１の噴射流量Ｑｆ１および第２燃料インジェクタ５２の噴射流量Ｑｆ２を設定する。本実施形態では、基本的には、第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２を、第１燃料インジェクタ５１の噴射流量Ｑｆ１とし、第１目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１に対する第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２の不足分の流量ΔＱｆを、第２燃料インジェクタ５２の噴射流量Ｑｆ２とする。   The combustion control unit 101A sets the first target fuel flow rate Qf_trg1 from the viewpoint of the amount of heat required to maintain the temperature of the fuel cell stack 1, and sets the second target fuel flow rate Qf_trg2 from the viewpoint of the output Pstk required for the fuel cell stack 1. Set. On the other hand, the combustion control unit 101A determines the fuel flow rate used for the determination when suppressing the temperature rise of the catalyst, specifically, the fuel upper limit flow rate Qf_lim for limiting the catalyst surface temperature Tcat to the upper limit temperature Tcat_lim or lower. Set. Then, the fuel flow rate setting unit 111 determines the injection flow rate Qf1 of the first fuel injector 51 and the injection flow rate Qf2 of the second fuel injector 52 based on the first target fuel flow rate Qf_trg1, the second target fuel flow rate Qf_trg2, and the fuel upper limit flow rate Qf_lim. Set. In the present embodiment, basically, the second target fuel flow rate Qf_trg2 is set as the injection flow rate Qf1 of the first fuel injector 51, and the shortage flow rate ΔQf of the second target fuel flow rate Qf_trg2 with respect to the first target fuel flow rate Qf_trg1 is defined as: The injection flow rate Qf2 of the second fuel injector 52 is set.

図８は、燃料流量設定部１１１の構成を示している。   FIG. 8 shows the configuration of the fuel flow rate setting unit 111.

燃料流量設定部１１１は、大まかには、３つの比較器１１１ａ〜１１１ｃから構成される。   The fuel flow rate setting unit 111 is roughly composed of three comparators 111a to 111c.

第１比較器１１１ａは、第１目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１と燃料上限流量Ｑｆ＿ｌｉｍとを入力し、これら２つの入力値のうち、小さい方の値を第１目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１として出力する。第２比較器１１１ｂは、第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２と燃料上限流量Ｑｆ＿ｌｉｍとを入力し、これら２つの入力値のうち、小さい方の値を第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２として出力する。つまり、第１および第２比較器１１１ａ、１１１ｂは、その出力値である第１および第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１、Ｑｆ＿ｔｒｇ２を、燃料上限流量Ｑｆ＿ｌｉｍ以下に制限するものである。   The first comparator 111a receives the first target fuel flow rate Qf_trg1 and the fuel upper limit flow rate Qf_lim, and outputs the smaller of the two input values as the first target fuel flow rate Qf_trg1. The second comparator 111b receives the second target fuel flow rate Qf_trg2 and the fuel upper limit flow rate Qf_lim, and outputs the smaller of the two input values as the second target fuel flow rate Qf_trg2. That is, the first and second comparators 111a and 111b limit the output values of the first and second target fuel flow rates Qf_trg1 and Qf_trg2 to the fuel upper limit flow rate Qf_lim or less.

そして、既に述べたように、制限後の第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２を、第１燃料インジェクタ５１の噴射流量Ｑｆ１に設定する一方、制限後の第１目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１と第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２との差分ΔＱｆ（＝Ｑｆ＿ｔｒｇ１−Ｑｆ＿ｔｒｇ２）を算出し、これを第２燃料インジェクタ５２の噴射流量Ｑｆ２に設定する。第３比較器１１１ｃは、差分ΔＱｆと０とを入力し、これら２つの入力値のうち、大きい方の値を第２燃料インジェクタ５２の噴射流量Ｑｆ２として出力する。   Then, as described above, the second target fuel flow rate Qf_trg2 after the restriction is set to the injection flow rate Qf1 of the first fuel injector 51, while the first target fuel flow rate Qf_trg1 after the restriction and the second target fuel flow rate Qf_trg2 are set. The difference ΔQf (= Qf_trg1-Qf_trg2) is calculated, and this is set as the injection flow rate Qf2 of the second fuel injector 52. The third comparator 111c receives the difference ΔQf and 0, and outputs the larger of the two input values as the injection flow rate Qf2 of the second fuel injector 52.

図９は、燃料上限流量設定部１１２の構成を示している。   FIG. 9 shows a configuration of the fuel upper limit flow rate setting unit 112.

燃料上限流量設定部１１２は、大まかには、燃焼ガス上限温度演算部１１２ａと、燃料上限流量演算部１１２ｂと、から構成される。   The fuel upper limit flow rate setting unit 112 is roughly composed of a combustion gas upper limit temperature calculator 112a and a fuel upper limit flow calculator 112b.

本実施形態において、燃焼ガス上限温度演算部１１２ａは、触媒上限表面温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔおよびスタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔを入力し、上式（１）に基づき、酸化剤ガス温度（スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）に応じた燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを算出する。   In the present embodiment, the combustion gas upper limit temperature calculator 112a receives the catalyst upper limit surface temperature Tcat_lmt and the stack outlet temperature Tstk_out, and performs combustion according to the oxidizing gas temperature (stack outlet temperature Tstk_out) based on the above equation (1). The gas upper limit temperature Tcmb_lmt is calculated.

燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔは、酸化剤ガスに関してその温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔに基づくばかりでなく、温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔおよび流量Ｑａｉｒの双方をもとに算出することも可能である。その場合の演算は、上式（４）による。ここで、上式（４）において、酸化剤ガス流量Ｑａｉｒを一定とし、例えば、ブロア６の性能上想定される最大流量とすることで、演算の簡略化を図ることが可能である。   The combustion gas upper limit temperature Tcmb_lmt can be calculated not only based on the temperature Tstk_out of the oxidizing gas but also based on both the temperature Tstk_out and the flow rate Qair. The calculation in that case is based on the above equation (4). Here, in the above equation (4), it is possible to simplify the calculation by keeping the oxidant gas flow rate Qair constant and, for example, the maximum flow rate assumed for the performance of the blower 6.

図１１は、スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔと燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔとの関係を示している。   FIG. 11 shows a relationship between the stack outlet temperature Tstk_out and the combustion gas upper limit temperature Tcmb_lmt.

燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔは、上式（１）等に基づく計算によるばかりでなく、同図に示す傾向のテーブルデータをシステムコントローラ１０１に予め記憶させておき、スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔに基づくこのテーブルデータからの検索により求めるようにしてもよい。燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔは、スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔの上昇に対して増加する傾向を有する。スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔに応じた燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔは、触媒の表面温度Ｔｃａｔがその上限温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔであるときの燃焼ガス温度か、それよりも低い温度として、実験により予め把握することが可能である。そして、燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔのテーブルデータを酸化剤ガスの流量Ｑａｉｒ毎に作成し、マップ化することができる。   The combustion gas upper limit temperature Tcmb_lmt is calculated not only by the calculation based on the above equation (1) and the like, but also by storing in advance the table data of the tendency shown in the figure in the system controller 101, and using the table data based on the stack outlet temperature Tstk_out. May be obtained by a search for. The combustion gas upper limit temperature Tcmb_lmt tends to increase as the stack outlet temperature Tstk_out increases. The combustion gas upper limit temperature Tcmb_lmt according to the stack outlet temperature Tstk_out can be grasped in advance by an experiment as the combustion gas temperature when the surface temperature Tcat of the catalyst is the upper limit temperature Tcat_lmt or a temperature lower than the combustion gas temperature. . Then, table data of the combustion gas upper limit temperature Tcmb_lmt can be created and mapped for each oxidant gas flow rate Qair.

本実施形態では、図１１に示すテーブルデータからの検索の結果として、燃料の目標流量Ｑｆ＿ｔｒｇは、酸化剤ガスの流量Ｑａｉｒが一定である場合に、目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇを一定とした際の流量に対し、酸化剤ガスの温度（スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）が低いときほど、減少する傾向を示す。これは、酸化剤ガスの温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔが低い場合は、目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇが燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔによる実質的な制限を受けるためである。   In the present embodiment, as a result of the search from the table data shown in FIG. 11, the target fuel flow rate Qf_trg is the flow rate when the target combustion gas temperature Tcmb_trg is constant when the oxidizing gas flow rate Qair is constant. On the other hand, the lower the temperature of the oxidizing gas (stack exit temperature Tstk_out), the lower the tendency. This is because when the temperature of the oxidizing gas Tstk_out is low, the target combustion gas temperature Tcmb_trg is substantially restricted by the combustion gas upper limit temperature Tcmb_lmt.

燃料上限流量演算部１１２ｂは、燃焼ガスの温度Ｔｃｍｂがその上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔとなる燃料流量を、燃焼器４に供給される燃料の上限流量Ｑｆ＿ｌｍｔとして算出する。燃料上限流量演算部１１２ｂは、燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔのほか、酸化剤ガス流量Ｑａｉｒ、ヒータ発熱流Ｈｅ、スタック電流Ｉｓｔｋ、燃料温度Ｔｆおよびスタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔを入力し、燃焼器４の入口側と出口側との間におけるエネルギー収支から、入力側のエネルギー量を示す燃料上限流量Ｑｆ＿ｌｍｔを算出する。ここで、スタック電流Ｉｓｔｋが考慮されるのは、燃料電池スタック１による発電に消費される分の流量を反映させるためである。   The fuel upper limit flow rate calculation unit 112b calculates the fuel flow rate at which the temperature Tcmb of the combustion gas reaches the upper limit temperature Tcmb_lmt as the upper limit flow rate Qf_lmt of the fuel supplied to the combustor 4. The fuel upper limit flow rate calculation unit 112b inputs the oxidizing gas flow rate Qair, the heater heat flow He, the stack current Istk, the fuel temperature Tf, and the stack outlet temperature Tstk_out, in addition to the combustion gas upper limit temperature Tcmb_lmt, and From the energy balance with the outlet side, a fuel upper limit flow rate Qf_lmt indicating the energy amount on the input side is calculated. Here, the reason why the stack current Istk is taken into consideration is to reflect the flow rate consumed for power generation by the fuel cell stack 1.

図１０は、燃料上限流量設定部１１２の変形例に係る構成を示している。   FIG. 10 shows a configuration according to a modification of the fuel upper limit flow rate setting unit 112.

変形例において、燃焼ガス上限温度演算部１１２ａは、触媒上限表面温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔおよびスタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔのほか、酸化剤ガス流量Ｑａｉｒおよびヒータ発熱流Ｈｅを入力し、次式（５）に基づき、酸化剤ガス温度（スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）に応じた燃焼ガス上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを算出する。ここで、次式（５）は、上式（４）に対し、加熱部４１の電気ヒータによる加熱の影響をヒータ発熱流Ｈｅとして考慮したものである。Ａｅは、電気ヒータの表面積であり、Ａｃａｔは、燃焼器４の触媒と加熱器４１の触媒との合計の表面積である。   In a modified example, the combustion gas upper limit temperature calculation unit 112a inputs the oxidizer gas flow rate Qair and the heater exothermic flow He in addition to the catalyst upper limit surface temperature Tcat_lmt and the stack outlet temperature Tstk_out, and based on the following equation (5), A combustion gas upper limit temperature Tcmb_lmt is calculated according to the gas temperature (stack outlet temperature Tstk_out). Here, the following equation (5) takes into account the effect of heating by the electric heater of the heating unit 41 as the heater heat flow He with respect to the above equation (4). Ae is the surface area of the electric heater, and Acat is the total surface area of the catalyst of the combustor 4 and the catalyst of the heater 41.

Ｔｃｍｂ＝｛ｈｗ（Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）×Ａｃａｔ×Ｔｃａｔ＋ｃｐ×Ｑａｉｒ×Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ｝／｛ｃｐ×Ｑａｉｒ＋ｈｗ（Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）×Ａｃａｔ｝−Ｈｅ／（ｈｗ×Ａｅ） …（５）   Tcmb = {hw (Tstk_out) × Acat × Tcat + cp × Qair × Tstk_out} / {cp × Qair + hw (Tstk_out) × Acat} −He / (hw × Ae) (5)

燃料上限流量演算部１１２ｂの構成および動作は、図９に示す先の例におけると同様である。   The configuration and operation of the fuel upper limit flow rate calculation unit 112b are the same as in the previous example shown in FIG.

図１２は、第１目標燃料流量設定部１１３の構成を示している。   FIG. 12 shows the configuration of the first target fuel flow rate setting unit 113.

第１目標燃料流量設定部１１３は、燃料電池スタック１をその動作温度に維持するための熱量を燃焼器４が生じさせるのに要する原燃料の流量を、第１目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１として算出する。   The first target fuel flow rate setting unit 113 calculates, as the first target fuel flow rate Qf_trg1, the flow rate of the raw fuel required for the combustor 4 to generate heat for maintaining the fuel cell stack 1 at its operating temperature.

具体的には、第１目標燃料流量設定部１１３は、第１目標燃焼ガス温度演算部１１３ａと、第２目標燃焼ガス温度演算部１１３ｂと、比較器１１３ｃと、第１目標燃料流量演算部１１３ｄと、を備える。   Specifically, the first target fuel flow rate setting unit 113 includes a first target combustion gas temperature calculation unit 113a, a second target combustion gas temperature calculation unit 113b, a comparator 113c, and a first target fuel flow calculation unit 113d. And.

第１目標燃焼ガス温度演算部１１３ａは、燃料電池スタック１のアノード入口温度の目標値Ｔａｎｄ＿ｔｒｇと実際値Ｔａｎｄ＿ｉｎｔとを入力し、両者の差分（＝Ｔａｎｄ＿ｔｒｇ−Ｔａｎｄ＿ｉｎｔ）から、アノード入口温度Ｔａｎｄをその目標値Ｔａｎｄ＿ｔｒｇに近付けるのに燃焼ガスが有するべき温度を、第１目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇ１として算出する。   The first target combustion gas temperature calculation unit 113a receives the target value Tand_trg and the actual value Tand_int of the anode inlet temperature of the fuel cell stack 1 and calculates the anode inlet temperature Tand from the difference between them (= Tand_trg-Tand_int). The temperature that the combustion gas should have to approach the value Tand_trg is calculated as a first target combustion gas temperature Tcmb_trg1.

第２目標燃焼ガス温度演算部１１３ｂは、燃料電池スタック１のカソード入口温度の目標値Ｔｃｔｈ＿ｔｒｇと実際値Ｔｃｔｈ＿ｉｎｔとを入力し、両者の差分（＝Ｔｃｔｈ＿ｔｒｇ−Ｔｃｔｈ＿ｉｎｔ）から、カソード入口温度Ｔｃｔｈをその目標値Ｔｃｔｈ＿ｔｒｇに近付けるのに燃焼ガスが有するべき温度を、第２目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇ２として算出する。   The second target combustion gas temperature calculation unit 113b receives the target value Tcth_trg and the actual value Tcth_int of the cathode inlet temperature of the fuel cell stack 1 and calculates the cathode inlet temperature Tcth from the difference between them (= Tcth_trg-Tcth_int). The temperature that the combustion gas should have to approach the value Tcth_trg is calculated as a second target combustion gas temperature Tcmb_trg2.

比較器１１３ｃは、第１目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇ１と第２目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇ２とのうち、高い方の温度を目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇとして出力する。   The comparator 113c outputs the higher one of the first target combustion gas temperature Tcmb_trg1 and the second target combustion gas temperature Tcmb_trg2 as the target combustion gas temperature Tcmb_trg.

第１目標燃料流量演算部１１３ｄは、目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇのほか、酸化剤ガス流量Ｑａｉｒ、ヒータ発熱流Ｈｅ、スタック電流Ｉｓｔｋ、燃料温度Ｔｆおよびスタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔを入力し、燃焼ガスの温度が目標燃焼ガス温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇとなる燃料流量を、燃焼器４の入口側と出口側との間におけるエネルギー収支から、第１目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１として算出する。   The first target fuel flow rate calculation unit 113d inputs the oxidizing gas flow rate Qair, the heater heat flow He, the stack current Istk, the fuel temperature Tf, and the stack outlet temperature Tstk_out in addition to the target combustion gas temperature Tcmb_trg. The fuel flow rate at which the target combustion gas temperature Tcmb_trg is obtained is calculated as the first target fuel flow rate Qf_trg1 from the energy balance between the inlet side and the outlet side of the combustor 4.

図１３は、第２目標燃料流量設定部１１４の構成を示している。   FIG. 13 shows the configuration of the second target fuel flow rate setting unit 114.

第２目標燃料流量設定部１１４は、燃料電池スタック１に要求される出力を生じさせるのに要する原燃料の供給流量を、第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２として算出する。   The second target fuel flow rate setting unit 114 calculates, as a second target fuel flow rate Qf_trg2, a supply flow rate of the raw fuel required to generate an output required for the fuel cell stack 1.

具体的には、第２目標燃料流量設定部１１４は、目標スタック電流演算部１１４ａと、第２目標燃料流量演算部１１４ｂと、を備える。   Specifically, the second target fuel flow setting unit 114 includes a target stack current calculation unit 114a and a second target fuel flow calculation unit 114b.

目標スタック電流演算部１１４ａは、燃料電池スタック１の目標出力である目標スタック出力Ｐｓｔｋ＿ｔｒｇと、スタック電流Ｉｓｔｋと、スタック電圧Ｖｓｔｋと、を入力し、燃料電池スタック１を目標スタック出力Ｐｓｔｋ＿ｔｒｇで運転させるのに必要なスタック電流を、目標スタック電流Ｉｓｔｋ＿ｔｒｇとして算出する。ここで、目標スタック出力Ｐｓｔｋ＿ｔｒｇは、燃料電池システムＳのシステム出力に応じたものであり、例えば、燃料電池システムＳが車両の駆動源を構成する場合は、運転者によるアクセルペダルの操作量に応じたものとなる。   The target stack current calculation unit 114a receives the target stack output Pstk_trg, the stack current Istk, and the stack voltage Vstk, which are the target outputs of the fuel cell stack 1, and operates the fuel cell stack 1 at the target stack output Pstk_trg. Is calculated as the target stack current Istk_trg. Here, the target stack output Pstk_trg corresponds to the system output of the fuel cell system S. For example, when the fuel cell system S constitutes a driving source of the vehicle, the target stack output Pstk_trg corresponds to the operation amount of the accelerator pedal by the driver. It will be.

第２目標燃料流量演算部１１４ｂは、目標スタック電流Ｉｓｔｋ＿ｔｒｇに応じた燃料流量を、第２目標燃料流量Ｑｆ＿ｔｒｇ２として算出する。   The second target fuel flow calculator 114b calculates a fuel flow according to the target stack current Istk_trg as a second target fuel flow Qf_trg2.

本実施形態では、燃料電池スタック１により「燃料電池」が構成され、燃焼器４により「燃焼器」が構成され、システムコントローラ１０１およびスタック出口温度センサ２０３により「コントローラ」が構成される。さらに、スタック出口温度センサ２０３により「酸化剤ガス温度検出部」が、燃焼ガス上限温度設定部１１２ａにより「燃焼ガス上限温度設定部」が、第１比較器１１１ａおよび燃料上限流量演算部１１２ｂにより「燃料流量制御部」が、夫々構成される。   In the present embodiment, a “fuel cell” is configured by the fuel cell stack 1, a “combustor” is configured by the combustor 4, and a “controller” is configured by the system controller 101 and the stack outlet temperature sensor 203. Further, the “oxidizing gas temperature detecting section” is determined by the stack outlet temperature sensor 203, the “combustion gas upper limit temperature setting section” is determined by the combustion gas upper limit temperature setting section 112a, and the “combustion gas upper limit temperature setting section” is determined by the first comparator 111a and the fuel upper limit flow rate calculating section 112b. The fuel flow control units are respectively configured.

（作用効果の説明）
本実施形態に係る燃料電池システムＳは、以上のように構成され、本実施形態により得られる作用および効果について、以下に説明する。 (Explanation of effects)
The fuel cell system S according to the present embodiment is configured as described above, and the operation and effect obtained by the present embodiment will be described below.

第１に、燃焼器４に備わる触媒の上限表面温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔに応じた燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを設定し、燃焼ガスの温度Ｔｃｍｂを上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔ以下に制限するように、燃焼器４に供給される燃料の流量Ｑｆ２を制御することで、触媒の表面温度Ｔｃａｔがその上限温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔを超えて上昇するのを回避することが可能となり、触媒の劣化を抑制することができる。   First, the upper limit temperature Tcmb_lmt of the combustion gas is set according to the upper limit surface temperature Tcat_lmt of the catalyst provided in the combustor 4, and the combustion gas is supplied to the combustor 4 so as to limit the temperature Tcmb of the combustion gas to the upper limit temperature Tcmb_lmt or lower. By controlling the flow rate Qf2 of the fuel, the surface temperature Tcat of the catalyst can be prevented from rising beyond its upper limit temperature Tcat_lmt, and deterioration of the catalyst can be suppressed.

さらに、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを、酸化剤ガスの温度Ｔａｉｒ（スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）をもとに設定することで、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを、触媒の表面温度の過度な上昇を回避するのに適したものとし、表面温度の上昇による触媒の劣化をより適切に抑制することができる。   Further, by setting the upper limit temperature Tcmb_lmt of the combustion gas based on the temperature Tair (stack outlet temperature Tstk_out) of the oxidizing gas, the upper limit temperature Tcmb_lmt of the combustion gas can be prevented from excessively increasing the surface temperature of the catalyst. Therefore, it is possible to more appropriately suppress the deterioration of the catalyst due to the increase in the surface temperature.

第２に、酸化剤ガスの温度Ｔａｉｒ（スタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔ）と燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔとの関係を予め設定し、実際の制御に際し、この関係をもとに、酸化剤ガスの温度Ｔａｉｒから燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを設定することで、演算負荷の軽減を図り、制御の応答性を確保することができる。   Second, a relationship between the oxidizing gas temperature Tair (stack outlet temperature Tstk_out) and the combustion gas upper limit temperature Tcmb_lmt is set in advance, and the actual oxidizing gas temperature Tair is calculated based on this relationship in actual control. By setting the upper limit temperature Tcmb_lmt of the combustion gas, the calculation load can be reduced and control responsiveness can be ensured.

ここで、上記関係において、酸化剤ガスが低温であるときほど燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを低い温度として設定することで、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔの適切な設定を通じて触媒の劣化をより確実に抑制することが可能となる。   Here, in the above relationship, the lower the temperature of the oxidizing gas, the lower the upper limit temperature Tcmb_lmt of the combustion gas is set as a lower temperature, whereby the deterioration of the catalyst is more reliably suppressed through appropriate setting of the upper limit temperature Tcmb_lmt of the combustion gas. It is possible to do.

第３に、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔを、酸化剤ガスの温度Ｔａｉｒばかりでなく、流量Ｑａｉｒにも応じて設定することで、燃焼器４の出力の変動に対して適切な上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔの設定を可能とし、燃料電池システムＳのより広範な運転条件に亘って触媒の劣化を抑制することができる。   Third, by setting the upper limit temperature Tcmb_lmt of the combustion gas according to not only the temperature Tair of the oxidizing gas but also the flow rate Qair, setting of the upper limit temperature Tcmb_lmt appropriate for the fluctuation of the output of the combustor 4. And deterioration of the catalyst can be suppressed over a wider range of operating conditions of the fuel cell system S.

第４に、燃焼器４の上流側に、電気ヒータを有する加熱器４１が備わる場合に、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔの設定に際してこの加熱器４１の発熱量の影響を考慮することで、燃焼ガスの上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔのより適切な設定が可能となり、触媒の活性前における熱量の供給と、触媒の劣化の抑制と、の両立を図ることができる。   Fourth, when a heater 41 having an electric heater is provided on the upstream side of the combustor 4, when setting the upper limit temperature Tcmb_lmt of the combustion gas, the influence of the calorific value of the heater 41 is taken into consideration. The upper limit temperature Tcmb_lmt can be set more appropriately, and it is possible to achieve both supply of heat before activation of the catalyst and suppression of deterioration of the catalyst.

第５に、酸化剤ガスの温度としてスタック出口温度Ｔｓｔｋ＿ｏｕｔを採用することで、燃料電池システムＳに一般的に備わる既存のセンサを活用し、部品点数および費用の削減を促進することができる。   Fifth, by employing the stack outlet temperature Tstk_out as the temperature of the oxidizing gas, it is possible to utilize existing sensors generally provided in the fuel cell system S, and promote reduction in the number of parts and cost.

本実施形態では、燃焼器４に供給される燃料の流量に関し、燃料電池スタック１の運転条件に応じた目標流量Ｑｆ＿ｔｒｇ１、Ｑｆ＿ｔｒｇ２と、触媒の上限表面温度Ｔｃａｔ＿ｌｍｔに応じた上限流量Ｑｆ＿ｌｍｔと、を算出し、これらのうち小さい方の流量を最終的な目標流量に設定した（図８）。しかし、これに限らず、燃焼ガスの目標温度Ｔｃｍｂ＿ｔｒｇと上限温度Ｔｃｍｂ＿ｌｍｔとを比較し、低い方の温度を最終的な燃焼ガスの目標温度に設定するとともに、燃焼ガスの目標温度に基づき燃料の目標流量Ｑｆ＿ｔｒｇ（＝Ｑｆ＿ｔｒｇ１）を算出するようにしてもよい。   In the present embodiment, regarding the flow rate of the fuel supplied to the combustor 4, the target flow rates Qf_trg1, Qf_trg2 according to the operating conditions of the fuel cell stack 1, and the upper limit flow rate Qf_lmt according to the upper limit surface temperature Tcat_lmt of the catalyst are calculated. Then, the smaller flow rate was set as the final target flow rate (FIG. 8). However, the present invention is not limited to this. The target temperature Tcmb_trg of the combustion gas is compared with the upper limit temperature Tcmb_lmt, and the lower temperature is set as the final target temperature of the combustion gas. The flow rate Qf_trg (= Qf_trg1) may be calculated.

以上の説明では、燃焼器４を燃料電池スタック１に対してそのガス排出側に設置したが、燃焼器４は、これに限らず、燃料電池スタック１のガス供給側に設置することも可能である。この場合は、酸化剤ガスである空気をブロワ６によりカソードガス供給通路１２に取り込んだ後、燃料電池スタック１を介さずに直接、燃焼器４に供給する。   In the above description, the combustor 4 is provided on the gas discharge side of the fuel cell stack 1. However, the combustor 4 is not limited to this, and may be provided on the gas supply side of the fuel cell stack 1. is there. In this case, air, which is an oxidizing gas, is taken into the cathode gas supply passage 12 by the blower 6 and then supplied directly to the combustor 4 without passing through the fuel cell stack 1.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は、本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を、上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。上記実施形態に対し、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内で様々な変更および修正が可能である。   As described above, the embodiment of the present invention has been described. However, the above embodiment is only a part of the application example of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. It is not the purpose. Various changes and modifications can be made to the above embodiment within the scope of the matters described in the claims.

Ｓ…燃料電池システム
１…燃料電池スタック
２１…蒸発器
２２…燃料熱交換器
２３…改質器
３…酸化剤ガス加熱部（空気熱交換器）
４…燃焼器
４１…加熱器
５１…第１燃料インジェクタ
５２…第２燃料インジェクタ
６…ブロア
７…燃料タンク
１１…アノードガス供給通路
１２…カソードガス供給通路
１１ｅｘｈ…アノードオフガス通路
１２ｅｘｈ…カソードオフガス通路
１０１…システムコントローラ S: fuel cell system 1: fuel cell stack 21: evaporator 22: fuel heat exchanger 23: reformer 3: oxidant gas heating unit (air heat exchanger)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Combustor 41 ... Heater 51 ... 1st fuel injector 52 ... 2nd fuel injector 6 ... Blower 7 ... Fuel tank 11 ... Anode gas supply passage 12 ... Cathode gas supply passage 11exh ... Anode off gas passage 12exh ... Cathode off gas passage 101 … System controller

Claims (11)

燃料電池と、
燃料と酸化剤ガスとが供給され、前記燃料を触媒上で燃焼させる燃焼器と、
を備え、
前記燃焼器が生じさせる前記燃料の燃焼ガスにより前記燃料電池を加熱可能に構成された燃料電池システムにおいて、前記燃焼器における燃焼状態を制御する燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃焼器に供給される酸化剤ガスの温度を検出し、
前記燃焼器に備わる触媒の上限表面温度に応じた前記燃焼ガスの上限温度を、前記酸化剤ガスの温度をもとに設定し、
前記燃焼ガスの温度を前記上限温度以下に制限するように、前記燃焼器に供給される燃料の流量を制御する、
燃料電池システムの運転方法。 A fuel cell,
A fuel and an oxidant gas are supplied, and a combustor for burning the fuel on a catalyst;
With
In a fuel cell system configured to be able to heat the fuel cell by a combustion gas of the fuel generated by the combustor, a method of operating a fuel cell system that controls a combustion state in the combustor,
Detecting the temperature of the oxidizing gas supplied to the combustor,
The upper limit temperature of the combustion gas according to the upper limit surface temperature of the catalyst provided in the combustor, is set based on the temperature of the oxidizing gas,
Controlling the flow rate of the fuel supplied to the combustor so as to limit the temperature of the combustion gas to the upper limit temperature or lower,
How to operate the fuel cell system. 前記酸化剤ガスの温度と前記燃焼ガスの上限温度との関係を予め設定し、
前記関係に基づき、前記燃焼ガスの上限温度を設定する、
請求項１に記載の燃料電池システムの運転方法。 A relationship between the temperature of the oxidizing gas and the upper limit temperature of the combustion gas is set in advance,
Setting an upper limit temperature of the combustion gas based on the relationship;
An operation method of the fuel cell system according to claim 1. 前記燃焼ガスの上限温度を、前記酸化剤ガスの温度が低いときほど低い温度として設定する、
請求項２に記載の燃料電池システムの運転方法。 The upper limit temperature of the combustion gas is set as a lower temperature as the temperature of the oxidizing gas is lower,
An operation method of the fuel cell system according to claim 2. 前記燃料電池の運転条件に応じた前記燃焼ガスの目標温度を算出し、
前記燃焼ガスの上限温度と目標温度とのうち、低い方の温度を最終的な前記燃焼ガスの目標温度に設定して、前記燃焼器に供給される燃料の流量を制御する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システムの運転方法。 Calculating a target temperature of the combustion gas according to the operating conditions of the fuel cell,
Of the upper limit temperature and the target temperature of the combustion gas, the lower temperature is set as the final target temperature of the combustion gas, and the flow rate of the fuel supplied to the combustor is controlled.
An operation method of the fuel cell system according to claim 1. 前記燃焼ガスの上限温度に応じた前記燃料の上限流量を設定し、
前記燃焼器に供給される燃料の流量を、前記上限流量以下に制限する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システムの運転方法。 Set an upper limit flow rate of the fuel according to the upper limit temperature of the combustion gas,
Limiting the flow rate of the fuel supplied to the combustor to not more than the upper limit flow rate,
An operation method of the fuel cell system according to claim 1. 前記燃料電池の運転条件に応じた前記燃料の目標流量を算出し、
前記燃料の上限流量と目標流量とのうち、小さい方の流量を最終的な前記燃料の目標流量に設定する、
請求項５に記載の燃料電池システムの運転方法。 Calculating a target flow rate of the fuel according to the operating conditions of the fuel cell,
Of the upper limit flow rate and the target flow rate of the fuel, a smaller flow rate is set as the final target flow rate of the fuel,
An operation method of the fuel cell system according to claim 5. 前記燃焼器に供給される酸化剤ガスの流量を検出し、
前記燃焼ガスの上限温度を、前記酸化剤ガスの温度および流量をもとに設定する、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池システムの運転方法。 Detecting the flow rate of the oxidizing gas supplied to the combustor,
An upper limit temperature of the combustion gas is set based on a temperature and a flow rate of the oxidizing gas,
An operation method of the fuel cell system according to any one of claims 1 to 6. 燃料電池と、
燃料と酸化剤ガスとが供給され、前記燃料を触媒上で燃焼させる燃焼器と、
を備え、
前記燃焼器が生じさせる前記燃料の燃焼ガスにより前記燃料電池を加熱可能に構成された燃料電池システムにおいて、前記燃焼器における燃焼状態を制御する燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃焼器に供給される酸化剤ガスの温度を検出し、
前記燃焼器に供給される燃料の流量を、前記酸化剤ガスの温度をもとに、前記酸化剤ガスの温度が低いときほど、同一の前記酸化剤ガスの流量のもとで、前記燃焼ガスの目標温度を一定とした際の流量に対して減少させるように、制御する、
燃料電池システムの運転方法。 A fuel cell,
A fuel and an oxidant gas are supplied, and a combustor for burning the fuel on a catalyst;
With
In a fuel cell system configured to be able to heat the fuel cell by a combustion gas of the fuel generated by the combustor, a method of operating a fuel cell system that controls a combustion state in the combustor,
Detecting the temperature of the oxidizing gas supplied to the combustor,
The flow rate of the fuel supplied to the combustor, based on the temperature of the oxidizing gas, the lower the temperature of the oxidizing gas, the lower the combustion gas under the same flow rate of the oxidizing gas. Control so as to decrease the flow rate when the target temperature is constant.
How to operate the fuel cell system. 前記燃焼器の上流側に、前記燃焼器の触媒を加熱可能に配設された加熱器をさらに備え、
前記酸化剤ガスの温度、前記触媒の表面温度および前記燃焼ガスの温度に基づく熱収支の関係から、前記燃焼ガスの上限温度を算出し、
前記熱収支の入力として、前記加熱器の発熱量を考慮する、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃料電池システムの運転方法。 On the upstream side of the combustor, further comprises a heater arranged to be able to heat the catalyst of the combustor,
From the relationship between the temperature of the oxidizing gas, the heat balance based on the surface temperature of the catalyst and the temperature of the combustion gas, calculate the upper limit temperature of the combustion gas,
As an input of the heat balance, consider the calorific value of the heater,
An operation method for the fuel cell system according to claim 1. 前記燃料器が前記燃料電池のオフガス通路に介装された、請求項１〜９のいずれか一項に記載の燃料電池システムの運転方法であって、
前記酸化剤ガスの温度として、前記燃料電池の出口温度を検出する、
燃料電池システムの運転方法。 The operating method of the fuel cell system according to any one of claims 1 to 9, wherein the fuel device is interposed in an off-gas passage of the fuel cell.
Detecting the outlet temperature of the fuel cell as the temperature of the oxidizing gas,
How to operate the fuel cell system. 燃料電池と、
燃料と酸化剤ガスとが供給される燃焼器であって、前記燃料の燃焼を促進させる触媒を有し、前記燃料の燃焼により生じた燃焼ガスにより前記燃料電池を加熱可能に配設された燃焼器と、
前記燃焼器の燃焼状態を制御するコントローラと、
を含んで構成され、
前記コントローラは、
前記燃焼器に供給される酸化剤ガスの温度を検出する酸化剤ガス温度検出部と、
前記燃焼器に備わる触媒の上限表面温度に応じた前記燃焼ガスの上限温度を、前記酸化剤ガスの温度をもとに設定する燃焼ガス上限温度設定部と、
前記燃焼ガスの温度を前記上限温度以下に制限するように、前記燃焼器に供給される燃料の流量を制御する燃料流量制御部と、
を備える、燃料電池システム。 A fuel cell,
A combustor to which a fuel and an oxidizing gas are supplied, the combustor having a catalyst for accelerating the combustion of the fuel, wherein the combustion cell is arranged so that the fuel cell can be heated by a combustion gas generated by the combustion of the fuel. Vessels,
A controller for controlling the combustion state of the combustor,
Is composed of
The controller is
An oxidizing gas temperature detector that detects the temperature of the oxidizing gas supplied to the combustor;
A combustion gas upper limit temperature setting unit that sets the upper limit temperature of the combustion gas according to the upper limit surface temperature of the catalyst provided in the combustor based on the temperature of the oxidizing gas;
A fuel flow control unit that controls a flow rate of fuel supplied to the combustor so as to limit the temperature of the combustion gas to the upper limit temperature or lower,
A fuel cell system comprising:
JP2018173980A 2018-09-18 2018-09-18 FUEL CELL SYSTEM AND METHOD OF OPERATION OF FUEL CELL SYSTEM Active JP7110859B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018173980A JP7110859B2 (en) 2018-09-18 2018-09-18 FUEL CELL SYSTEM AND METHOD OF OPERATION OF FUEL CELL SYSTEM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018173980A JP7110859B2 (en) 2018-09-18 2018-09-18 FUEL CELL SYSTEM AND METHOD OF OPERATION OF FUEL CELL SYSTEM

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020047427A true JP2020047427A (en) 2020-03-26
JP7110859B2 JP7110859B2 (en) 2022-08-02

Family

ID=69899905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018173980A Active JP7110859B2 (en) 2018-09-18 2018-09-18 FUEL CELL SYSTEM AND METHOD OF OPERATION OF FUEL CELL SYSTEM

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7110859B2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002198073A (en) * 2000-12-22 2002-07-12 Honda Motor Co Ltd Control method of heat treatment system
JP2002343402A (en) * 2001-05-15 2002-11-29 Honda Motor Co Ltd Raw fuel evaporation device, raw fuel evaporation method, fuel cell system equipped with the raw fuel evaporation device
JP2004179149A (en) * 2002-11-13 2004-06-24 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002198073A (en) * 2000-12-22 2002-07-12 Honda Motor Co Ltd Control method of heat treatment system
JP2002343402A (en) * 2001-05-15 2002-11-29 Honda Motor Co Ltd Raw fuel evaporation device, raw fuel evaporation method, fuel cell system equipped with the raw fuel evaporation device
JP2004179149A (en) * 2002-11-13 2004-06-24 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP7110859B2 (en) 2022-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6627887B2 (en) Fuel cell system and control method of fuel cell system
JP2012243564A (en) Fuel cell system
JP4147659B2 (en) Control device for reformer
JP6583431B2 (en) Fuel cell system and control method of fuel cell system
JP6943285B2 (en) Fuel cell system and fuel cell system control method
JP2012038689A (en) Operation method of fuel cell
JP6826436B2 (en) Fuel cell system and its operation method
JP6721363B2 (en) Fuel cell system and operating method thereof
JP5794206B2 (en) Fuel cell system
JP6870737B2 (en) Fuel cell system and fuel cell system control method
JP2004063368A (en) Fuel cell power generation system
JP7110859B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND METHOD OF OPERATION OF FUEL CELL SYSTEM
JP7176263B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING FUEL CELL SYSTEM
JP3999513B2 (en) Fuel cell power generation system and operation method thereof
WO2017104211A1 (en) Fuel cell system and control method therefor
JP7087341B2 (en) Fuel cell system and fuel cell system control method
JP7120323B2 (en) Combustion system and method of controlling combustion system
JP2007026998A (en) Fuel cell temperature control method for fused carbonate type fuel cell power generator, and device for the same
JP2012009175A (en) Fuel cell power generation system and operation method thereof
JP2002231288A (en) Fuel cell system
WO2021116725A1 (en) Method for controlling fuel cell system and fuel cell system
CN114365313A (en) Fuel cell system and control method of fuel cell system
JP2000223140A5 (en)
JP2003197236A (en) Fuel cell system
JP2016046075A (en) Fuel cell power generation system, vehicle including fuel cell power generation system and starting method of fuel cell power generation system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210301

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220316

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220322

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220411

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220621

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220704

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7110859

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151