JP2021039906A

JP2021039906A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2021039906A
Application number: JP2019161390A
Authority: JP
Inventors: 晋前嶋; Susumu Maejima; 友克姫野; Tomokatsu Himeno; 昌弘臼田; Masahiro Usuda
Original assignee: AVL List GmbH; Renault SAS; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: AVL List GmbH; Renault SAS; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2021-03-11
Anticipated expiration: 2039-09-04
Also published as: JP7344723B2

Abstract

To provide a fuel cell system capable of suppressing coking at a low manufacturing cost.SOLUTION: A fuel cell system 100 is equipped with a raw fuel tank 400 for pooling liquid fuel of hydrocarbon system, a vaporizer 18 for combustor for separating raw fuel into gas fuel and residual liquid fuel, a first injector 31 for supplying raw fuel to the vaporizer 18 for passage 53 for connection with the vaporizer 18 for combustor, a low combustor, a combustor 16 for combusting the gas fuel from a first feed concentration fuel tank 200 for pooling the residual liquid fuel from a second feed passage 59 for connection with the vaporizer 18 for combustor, a valve 210 for adjusting the flow quantity of the residual liquid fuel, an anode supply system including a second injector 22 for supplying the residual liquid fuel in the low concentration fuel tank 200 to a fuel cell stack 14, and supplying the residual liquid fuel to the fuel cell stack 14, and a controller 60 for controlling the first injector 31, the second injector 22, and the valve 210.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

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

特許文献１には、炭化水素を含有する燃料を改質した改質燃料を用いて発電する燃料電池システムにおいて、改質触媒でのコーキングを抑制するために、改質触媒に銀成分を含む活性金属を用いたものが開示されている。 Patent Document 1 describes an activity in which a reformed catalyst contains a silver component in order to suppress coking in the reformed catalyst in a fuel cell system that generates electricity using a reformed fuel obtained by reforming a fuel containing a hydrocarbon. Those using metal are disclosed.

特開２００５−１８５９８９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-185899

しかしながら、上記の燃料電池システムでは、改質触媒に比較的高価な銀成分を含む活性金属を用いるので、燃料電池システム全体として製造コストが高くなる。 However, in the above fuel cell system, since the reforming catalyst uses an active metal containing a relatively expensive silver component, the manufacturing cost of the fuel cell system as a whole increases.

本発明は、低製造コストで、コーキングを抑制可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing caulking at a low manufacturing cost.

本発明の一つの態様によれば、アノードガスとカソードガスとを用いて発電する固体酸化物型燃料電池を備える燃料電池システムを提供する。燃料電池システムは、原燃料としての炭化水素系の液体燃料を貯留する第１タンクと、原燃料を加熱して気体燃料と残留液体燃料とを生成する蒸発器と、第１タンクに貯留された原燃料を蒸発器に供給する第１供給器と、燃料電池から排出される排出ガス、及び蒸発器に接続された第１供給路を通じて供給される気体燃料を燃焼させる燃焼器と、蒸発器に接続された第２供給路を通じて供給される残留液体燃料を貯留する第２タンクと、第２供給路を通過する残留液体燃料の流量を調整するバルブと、第２タンクに貯留された残留液体燃料を燃料電池へと供給する第２供給器を含み、当該第２供給器から供給された残留液体燃料を気化して改質し、アノードガスとして燃料電池に供給するアノード供給系と、燃料電池システムの運転状態に応じて、第１供給器、第２供給器、及びバルブを制御するコントローラと、を備える。 According to one aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system including a solid oxide fuel cell that generates electricity using an anode gas and a cathode gas. The fuel cell system is stored in a first tank that stores a hydrocarbon-based liquid fuel as a raw material, an evaporator that heats the raw fuel to generate a gaseous fuel and a residual liquid fuel, and a first tank. To the first feeder that supplies raw fuel to the evaporator, the combustor that burns the exhaust gas discharged from the fuel cell, and the gaseous fuel supplied through the first supply path connected to the evaporator, and the evaporator. A second tank for storing the residual liquid fuel supplied through the connected second supply path, a valve for adjusting the flow rate of the residual liquid fuel passing through the second supply path, and a residual liquid fuel stored in the second tank. An anode supply system and a fuel cell system that include a second supply device that supplies fuel to the fuel cell, vaporizes and reforms the residual liquid fuel supplied from the second supply device, and supplies the fuel to the fuel cell as an anode gas. A controller for controlling a first feeder, a second feeder, and a valve is provided according to the operating state of the fuel.

本発明の一つの態様によれば、簡易な構成によってアノードガスに含まれる炭素成分の含有率を低下させるため、低製造コストで、かつコーキングを抑制可能な燃料電池システムを提供することができる。 According to one aspect of the present invention, since the content of the carbon component contained in the anode gas is reduced by a simple configuration, it is possible to provide a fuel cell system capable of suppressing caulking at a low manufacturing cost.

図１は、第１実施形態による燃料電池システムの構成の概要を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of a configuration of a fuel cell system according to the first embodiment. 図２は、第１実施形態による燃料電池システムの原燃料の気液平衡図である。FIG. 2 is a vapor-liquid equilibrium diagram of the raw material and fuel of the fuel cell system according to the first embodiment. 図３Ａは、第１実施形態による燃料電池システムの燃料生成制御の前半部分を説明するフローチャートである。FIG. 3A is a flowchart illustrating the first half of the fuel generation control of the fuel cell system according to the first embodiment. 図３Ｂは、第１実施形態による燃料電池システムの燃料生成制御の後半部分を説明するフローチャートである。FIG. 3B is a flowchart illustrating the latter half of the fuel generation control of the fuel cell system according to the first embodiment. 図４は、第２実施形態による燃料電池システムの燃料生成制御を説明するフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart illustrating fuel generation control of the fuel cell system according to the second embodiment. 図５は、第３実施形態による燃料電池システムの構成の概要を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an outline of the configuration of the fuel cell system according to the third embodiment. 図６は、第３実施形態による燃料電池システムの燃料再生成制御を説明するフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart illustrating fuel regeneration control of the fuel cell system according to the third embodiment. 図７は、第４実施形態による燃料電池システムの構成の概要を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an outline of the configuration of the fuel cell system according to the fourth embodiment.

以下、図面を参照して、本発明の各実施形態に係る燃料電池システム１００について説明する。 Hereinafter, the fuel cell system 100 according to each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１実施形態）
まず、図１から図３Ｂを参照して、第１実施形態による燃料電池システム１００について説明する。 (First Embodiment)
First, the fuel cell system 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3B.

図１は、第１実施形態による燃料電池システム１００の構成の概要を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an outline of the configuration of the fuel cell system 100 according to the first embodiment.

図１に示す燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１４に対して発電に必要となるアノードガス及びカソードガスを供給し、燃料電池スタック１４を電気負荷（車両走行用の電動モータ等）に応じて発電させるシステムである。 The fuel cell system 100 shown in FIG. 1 supplies the anode gas and the cathode gas required for power generation to the fuel cell stack 14, and makes the fuel cell stack 14 respond to an electric load (an electric motor for traveling a vehicle, etc.). It is a system that generates electricity.

燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１４にアノードガスを供給するアノードガス供給系統２０と、燃料電池スタック１４にカソードガスを供給するカソードガス供給系統３０と、燃料電池スタック１４から排出されたアノードオフガス及びカソードオフガスを排気する排気系統４０と、燃料電池システム１００のシステム全体の動作を統括的に制御するコントローラ６０とを備える。 The fuel cell system 100 includes an anode gas supply system 20 that supplies anode gas to the fuel cell stack 14, a cathode gas supply system 30 that supplies cathode gas to the fuel cell stack 14, and an anode off gas discharged from the fuel cell stack 14. It also includes an exhaust system 40 that exhausts the cathode off gas, and a controller 60 that comprehensively controls the operation of the entire system of the fuel cell system 100.

燃料電池スタック１４は、複数の固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：ＳｏｌｉｄＯｘｉｄｅＦｕｅｌＣｅｌｌ）を積層した積層電池である。一の固体酸化物型燃料電池（燃料電池セル）は、セラミック等の固体酸化物で形成された電解質層を、アノードガスが供給されるアノード電極と、カソードガスが供給されるカソード電極とにより挟み込むことにより構成されている。例えば、アノードガスは水素及び炭化水素等を含むガスであり、カソードガスは酸素等を含むガスである。 The fuel cell stack 14 is a laminated battery in which a plurality of solid oxide fuel cells (SOFCs: Solid Oxide Fuel Cell) are laminated. In one solid oxide fuel cell (fuel cell), an electrolyte layer formed of a solid oxide such as ceramic is sandwiched between an anode electrode to which an anode gas is supplied and a cathode electrode to which a cathode gas is supplied. It is composed of. For example, the anode gas is a gas containing hydrogen, hydrocarbons, etc., and the cathode gas is a gas containing oxygen, etc.

アノードガス供給系統２０は、アノード供給通路５２と、低濃度燃料タンク２００と、第２インジェクタ２２と、改質処理装置９と、を備える。 The anode gas supply system 20 includes an anode supply passage 52, a low-concentration fuel tank 200, a second injector 22, and a reforming processing apparatus 9.

改質処理装置９及び燃料電池スタック１４は、アノード供給通路５２を介して燃料供給源である低濃度燃料タンク２００に接続されている。低濃度燃料タンク２００には、炭化水素の濃度が原燃料に対して相対的に低い濃度の液体燃料が貯留されている。この低濃度燃料タンク２００に貯留される液体燃料は、例えば含水エタノールである。この低濃度燃料の生成方法については後述する。 The reforming processing apparatus 9 and the fuel cell stack 14 are connected to the low-concentration fuel tank 200, which is a fuel supply source, via the anode supply passage 52. The low-concentration fuel tank 200 stores a liquid fuel having a hydrocarbon concentration relatively low with respect to the raw material. The liquid fuel stored in the low-concentration fuel tank 200 is, for example, hydrous ethanol. The method for producing this low-concentration fuel will be described later.

アノード供給通路５２は、低濃度燃料タンク２００から改質処理装置９へ供給する燃料の量を調節する第２インジェクタ２２を備えている。 The anode supply passage 52 includes a second injector 22 that adjusts the amount of fuel supplied from the low-concentration fuel tank 200 to the reforming treatment apparatus 9.

改質処理装置９は、低濃度燃料タンク２００から供給される液体燃料を、燃料電池スタック１４における発電に用いるために適切な状態とするために改質処理する装置である。改質処理装置９は、改質器用蒸発器１０及び改質器１２により構成される。 The reforming treatment device 9 is a device that reforming the liquid fuel supplied from the low-concentration fuel tank 200 in order to bring it into an appropriate state for use in power generation in the fuel cell stack 14. The reformer 9 is composed of a reformer evaporator 10 and a reformer 12.

改質器用蒸発器１０は、低濃度燃料タンク２００からアノード供給通路５２を介して供給される低濃度燃料を、排気通路５７を介して供給される燃焼ガスとの熱交換によって加熱して気化させる熱交換器である。 The reformer evaporator 10 heats and vaporizes the low-concentration fuel supplied from the low-concentration fuel tank 200 via the anode supply passage 52 by heat exchange with the combustion gas supplied through the exhaust passage 57. It is a heat exchanger.

より詳細には、改質器用蒸発器１０は、燃料入口１０ａから燃料出口１０ｂに向かって流れる燃料と、燃焼ガス入口１０ｃから燃焼ガス出口１０ｄに向かって流れる燃焼ガスと、の熱交換を可能とする内部構造を有する。 More specifically, the reformer evaporator 10 enables heat exchange between the fuel flowing from the fuel inlet 10a toward the fuel outlet 10b and the combustion gas flowing from the combustion gas inlet 10c toward the combustion gas outlet 10d. Has an internal structure.

改質器１２は、改質器用蒸発器１０による気化後の燃料を燃料電池スタック１４に供給するために適切な状態とするために改質反応させてアノードガスを生成する。例えば、改質器１２は、図示しない改質用触媒を備え、当該改質用触媒によって改質器用蒸発器１０からの気体燃料を水蒸気改質し、水素及び炭素を主成分とする改質処理後のアノードガス（以下では、「改質燃料」とも記載する）を生成する。 The reformer 12 produces an anode gas by a reforming reaction in order to bring the fuel vaporized by the reformer evaporator 10 into an appropriate state for supplying the fuel cell stack 14. For example, the reformer 12 is provided with a reforming catalyst (not shown), and the gaseous fuel from the reformer evaporator 10 is steam reformed by the reforming catalyst to reform the gas fuel containing hydrogen and carbon as main components. Later, the anode gas (hereinafter, also referred to as “reformed fuel”) is produced.

また、改質器１２は、燃料入口１２ａから燃料出口１２ｂに向かって流れる気体燃料と、燃焼ガス入口１２ｃから燃焼ガス出口１２ｄに向かって流れる燃焼ガスと、の熱交換を可能とする内部構造を有する。すなわち、本実施形態の改質器１２は、気体燃料を改質反応に適した温度とすべく燃焼ガスの保有熱で当該気体燃料を加熱する。 Further, the reformer 12 has an internal structure that enables heat exchange between the gaseous fuel flowing from the fuel inlet 12a toward the fuel outlet 12b and the combustion gas flowing from the combustion gas inlet 12c toward the combustion gas outlet 12d. Have. That is, the reformer 12 of the present embodiment heats the gaseous fuel with the possession heat of the combustion gas so that the temperature of the gaseous fuel is suitable for the reforming reaction.

次に、燃料電池スタック１４にカソードガス（空気）を供給するカソードガス供給系統３０について説明する。 Next, the cathode gas supply system 30 that supplies the cathode gas (air) to the fuel cell stack 14 will be described.

カソードガス供給系統３０は、カソード供給通路５８と、エアブロア３００と、空気熱交換器２４と、を備える。 The cathode gas supply system 30 includes a cathode supply passage 58, an air blower 300, and an air heat exchanger 24.

燃料電池スタック１４のカソード極入口１４ｂは、カソード供給通路５８を介して酸化剤ガス供給源としてのエアブロア３００と接続されている。したがって、エアブロア３００に設定される出力に応じた流量の空気がカソード極入口１４ｂを介して燃料電池スタック１４内に供給される。 The cathode electrode inlet 14b of the fuel cell stack 14 is connected to the air blower 300 as an oxidant gas supply source via the cathode supply passage 58. Therefore, a flow rate of air corresponding to the output set in the air blower 300 is supplied into the fuel cell stack 14 via the cathode electrode inlet 14b.

エアブロア３００の出力は、燃料電池システム１００の運転状態に応じてコントローラ６０によって適宜設定される。 The output of the air blower 300 is appropriately set by the controller 60 according to the operating state of the fuel cell system 100.

空気熱交換器２４は、エアブロア３００からの空気を、排気通路５７を介して供給される燃焼ガスとの熱交換によって加熱する機能を有する。特に、空気熱交換器２４は、空気入口２４ａから空気出口２４ｂに向かって流れる空気と、燃焼ガス入口２４ｃから燃焼ガス出口２４ｄに向かって流れる燃焼ガスと、の熱交換を可能とする内部構造を有する。 The air heat exchanger 24 has a function of heating the air from the air blower 300 by heat exchange with the combustion gas supplied through the exhaust passage 57. In particular, the air heat exchanger 24 has an internal structure that enables heat exchange between the air flowing from the air inlet 24a toward the air outlet 24b and the combustion gas flowing from the combustion gas inlet 24c toward the combustion gas outlet 24d. Have.

燃料電池スタック１４は、改質器１２からのアノードガス（改質燃料）とエアブロア３００からのカソードガス（空気）の供給を受けて発電する。燃料電池スタック１４に供給されるアノードガスの流量は第２インジェクタ２２により調整され、カソードガスの流量はエアブロア３００により調整される。 The fuel cell stack 14 receives power from the anode gas (reformed fuel) from the reformer 12 and the cathode gas (air) from the air blower 300 to generate electricity. The flow rate of the anode gas supplied to the fuel cell stack 14 is adjusted by the second injector 22, and the flow rate of the cathode gas is adjusted by the air blower 300.

続いて、排気系統４０について説明する。 Subsequently, the exhaust system 40 will be described.

排気系統４０は、オフガス配管５４と、ヒータ１５と、燃焼器１６と、燃焼器用蒸発器１８と、を備える。 The exhaust system 40 includes an off-gas pipe 54, a heater 15, a combustor 16, and a combustor evaporator 18.

オフガス配管５４は、燃料電池スタック１４のアノード極出口１４ｃに接続されるアノードオフガス配管５４ａ、及び燃料電池スタック１４のカソード極出口１４ｄに接続されるカソードオフガス配管５４ｂを有する。アノードオフガス配管５４ａには、燃料電池スタック１４のアノード極内からのアノードオフガスが排出される。一方、カソードオフガス配管５４ｂには、燃料電池スタック１４のカソード極内からのカソードオフガスが排出される。 The off-gas pipe 54 has an anode off-gas pipe 54a connected to the anode pole outlet 14c of the fuel cell stack 14 and a cathode off-gas pipe 54b connected to the cathode pole outlet 14d of the fuel cell stack 14. Anode off gas is discharged from the inside of the anode electrode of the fuel cell stack 14 to the anode off gas pipe 54a. On the other hand, the cathode off gas is discharged from the inside of the cathode electrode of the fuel cell stack 14 to the cathode off gas pipe 54b.

そして、これらアノードオフガス配管５４ａ及びカソードオフガス配管５４ｂは、それぞれアノード極出口１４ｃ及びカソード極出口１４ｄの直後において合流し、一つのオフガス配管５４を構成する。 The anode off-gas pipe 54a and the cathode off-gas pipe 54b merge immediately after the anode pole outlet 14c and the cathode pole outlet 14d, respectively, to form one off-gas pipe 54.

燃焼器１６は、燃料電池スタック１４から排出されるアノードオフガス及びカソードオフガスを燃焼させる装置であって、オフガス配管５４に配置される。 The combustor 16 is a device for burning the anode-off gas and the cathode-off gas discharged from the fuel cell stack 14, and is arranged in the off-gas pipe 54.

より詳細には、燃焼器１６は、上記アノードオフガス等を触媒燃焼させるための、白金（Ｐｔ）及びパラジウム（Ｐｄ）等の触媒材料を担体に支持させてなる触媒部を備える。なお、燃焼器１６には、当該触媒部を加熱するための電気式のヒータ１５が設けられる。 More specifically, the combustor 16 includes a catalyst portion in which a catalyst material such as platinum (Pt) and palladium (Pd) is supported on a carrier for catalytic combustion of the anode off gas or the like. The combustor 16 is provided with an electric heater 15 for heating the catalyst portion.

このようにヒータ１５を設け、燃料電池システム１００の起動時などに触媒部を触媒反応に好適な温度まで昇温させる処理（すなわち、燃焼器１６の暖機）を実行することで、ヒータ１５により触媒部の加熱を促進し、燃焼器１６の速やかな暖機を図ることができる。ヒータ１５は、燃焼器１６と一体的に設けられて燃焼器１６の触媒部を加熱する構成としてもよいし、燃焼器１６よりも上流側のオフガス配管５４に配置し、オフガス配管５４を流れるガスを加熱して、このガスにより燃焼器１６の触媒部を加熱する構成としてもよい。 By providing the heater 15 in this way and executing a process of raising the temperature of the catalyst portion to a temperature suitable for the catalytic reaction (that is, warming up the combustor 16) at the time of starting the fuel cell system 100 or the like, the heater 15 is used. The heating of the catalyst part can be promoted, and the combustor 16 can be warmed up quickly. The heater 15 may be provided integrally with the combustor 16 to heat the catalyst portion of the combustor 16, or may be arranged in the off-gas pipe 54 on the upstream side of the combustor 16 and the gas flowing through the off-gas pipe 54. May be configured to heat the catalyst portion of the combustor 16 with this gas.

燃焼器１６は、燃焼ガス流路５６を介して燃焼器用蒸発器１８に接続されている。燃焼器用蒸発器１８は、システム起動時等において、後述する原燃料タンク４００から原燃料供給路４１を通じて供給される原燃料を、燃焼器１６から燃焼ガス流路５６を介して供給される高温のガスとの熱交換によって加熱する熱交換器である。 The combustor 16 is connected to the combustor evaporator 18 via a combustion gas flow path 56. The combustor evaporator 18 has a high temperature of raw fuel supplied from the raw material tank 400 described later through the raw material fuel supply path 41 from the combustor 16 via the combustion gas flow path 56 at the time of system startup or the like. It is a heat exchanger that heats by exchanging heat with gas.

燃焼器用蒸発器１８の排気ガス出口１８ｄには、燃焼器用蒸発器から排出されるガスを外部へと排気するための排気通路５７が接続されている。排気通路５７は、分岐部Ｊ２において、アノードガス供給系統２０に向かう第１排気通路５７ａと、カソードガス供給系統３０に向かう第２排気通路５７ｂとに分岐する。 An exhaust passage 57 for exhausting the gas discharged from the combustor evaporator to the outside is connected to the exhaust gas outlet 18d of the combustor evaporator 18. The exhaust passage 57 branches into a first exhaust passage 57a toward the anode gas supply system 20 and a second exhaust passage 57b toward the cathode gas supply system 30 at the branch portion J2.

第１排気通路５７ａは改質器１２及び改質器用蒸発器１０に連通し、第２排気通路５７ｂは空気熱交換器２４に連通するように構成されている。改質器用蒸発器１０よりも下流側の第１排気通路５７ａと空気熱交換器２４よりも下流側の第２排気通路５７ｂとは合流部Ｊ３において合流し、一つの排気通路としてマフラ５０等の消音装置に接続する。このように、排気通路５７に流入した排気ガス等は、マフラ５０等を介して燃料電池システム１００の外部に排出される。 The first exhaust passage 57a is configured to communicate with the reformer 12 and the reformer evaporator 10, and the second exhaust passage 57b is configured to communicate with the air heat exchanger 24. The first exhaust passage 57a on the downstream side of the reformer evaporator 10 and the second exhaust passage 57b on the downstream side of the air heat exchanger 24 merge at the confluence J3, and the muffler 50 or the like is used as one exhaust passage. Connect to the silencer. In this way, the exhaust gas or the like that has flowed into the exhaust passage 57 is discharged to the outside of the fuel cell system 100 via the muffler 50 or the like.

本実施形態の燃料電池システム１００では、例えばエタノール濃度が４０％程度の含水エタノールを燃料として使用することを想定している。このような含水エタノール等の炭化水素系の液体燃料を燃料として用いると、燃料中の炭素成分の濃度によっては、改質器１２や燃料電池スタック１４のアノード電極で炭素が析出するコーキングが生じることがある。このようなコーキングが発生すると、改質器１２での改質効率や燃料電池スタック１４での発電効率が低下してしまう。 In the fuel cell system 100 of the present embodiment, for example, it is assumed that hydrous ethanol having an ethanol concentration of about 40% is used as a fuel. When a hydrocarbon-based liquid fuel such as hydrous ethanol is used as the fuel, coking occurs in which carbon is precipitated at the anode electrode of the reformer 12 or the fuel cell stack 14 depending on the concentration of the carbon component in the fuel. There is. When such caulking occurs, the reforming efficiency of the reformer 12 and the power generation efficiency of the fuel cell stack 14 decrease.

そこで、本実施形態による燃料電池システム１００は、炭化水素系の液体燃料を原燃料として用いた場合であっても、原燃料に含まれる炭素成分を発電に悪影響を及ぼさない程度に低減した低濃度燃料を生成することで、燃料電池スタック１４等におけるコーキングを抑制するように構成されている。以下では、原燃料タンク４００に貯留された原燃料から低濃度燃料を生成するための構成について説明する。 Therefore, the fuel cell system 100 according to the present embodiment has a low concentration in which the carbon component contained in the raw fuel is reduced to the extent that it does not adversely affect power generation even when a hydrocarbon-based liquid fuel is used as the raw fuel. It is configured to suppress coking in the fuel cell stack 14 and the like by generating fuel. Hereinafter, a configuration for producing a low-concentration fuel from the raw fuel stored in the raw fuel tank 400 will be described.

燃焼器用蒸発器１８は、当該燃焼器用蒸発器１８の燃料入口１８ａにおいて原燃料供給路４１と接続されている。燃焼器用蒸発器１８は、原燃料供給路４１を介して、原燃料が貯留されている原燃料タンク４００に接続されている。原燃料供給路４１には、原燃料タンク４００から燃焼器用蒸発器１８へ供給する原燃料の量を調節する第１インジェクタ３１が設けられている。 The combustor evaporator 18 is connected to the raw fuel supply path 41 at the fuel inlet 18a of the combustor evaporator 18. The combustor evaporator 18 is connected to a raw material fuel tank 400 in which raw material fuel is stored via a raw material fuel supply path 41. The raw material fuel supply path 41 is provided with a first injector 31 that adjusts the amount of raw material fuel supplied from the raw material fuel tank 400 to the evaporator 18 for a combustor.

燃焼器用蒸発器１８は、原燃料タンク４００から供給された原燃料を貯留可能な容器であって、燃焼器１６から供給される高温のガスを用いて原燃料を加熱するように構成されている。燃焼器用蒸発器１８内で加熱された原燃料は、炭素成分濃度の高い気体燃料と気体燃料よりも炭素成分の濃度が低い残留液体燃料とに分離される。 The combustor evaporator 18 is a container capable of storing the raw material fuel supplied from the raw material fuel tank 400, and is configured to heat the raw material fuel using the high temperature gas supplied from the combustor 16. .. The raw material heated in the combustor evaporator 18 is separated into a gas fuel having a high carbon component concentration and a residual liquid fuel having a carbon component concentration lower than that of the gas fuel.

図２は、本実施形態の原燃料の気液平衡図である。図２の横軸は液相の濃度を示しており、縦軸は気相の濃度を示している。 FIG. 2 is a vapor-liquid equilibrium diagram of the raw material and fuel of the present embodiment. The horizontal axis of FIG. 2 shows the concentration of the liquid phase, and the vertical axis shows the concentration of the gas phase.

図２の点Ａに示されるように、本実施形態の原燃料は、例えば、エタノール水溶液中のエタノール（炭素成分）の濃度が略４０％であるとき、これを気化した気相のエタノール濃度は略６０％となる。このように、燃焼器用蒸発器１８において原燃料が加熱されると、気化した燃料である気体燃料のエタノール（炭素成分）の濃度が、残留した液体である残留液体燃料の濃度よりも高くなる。 As shown at point A in FIG. 2, in the raw material fuel of the present embodiment, for example, when the concentration of ethanol (carbon component) in the aqueous ethanol solution is approximately 40%, the ethanol concentration of the vaporized phase is It will be about 60%. As described above, when the raw material fuel is heated in the combustor evaporator 18, the concentration of ethanol (carbon component) of the vaporized fuel gas fuel becomes higher than the concentration of the residual liquid fuel which is the residual liquid.

図１に示すように、燃焼器用蒸発器１８は気体燃料出口１８ｂを有しており、気体燃料出口１８ｂとオフガス配管５４とが第１供給路５３により接続される。また、燃焼器用蒸発器１８は液体燃料出口１８ｅを有しており、液体燃料出口１８ｅと低濃度燃料タンク２００とが第２供給路５９により接続される。第２供給路５９には、バルブ２１０が設けられており、バルブ２１０の開閉量によって第２供給路５９を流れる残留液体の流量が調節される。 As shown in FIG. 1, the combustor evaporator 18 has a gas fuel outlet 18b, and the gas fuel outlet 18b and the off-gas pipe 54 are connected by a first supply path 53. Further, the combustor evaporator 18 has a liquid fuel outlet 18e, and the liquid fuel outlet 18e and the low-concentration fuel tank 200 are connected by a second supply path 59. A valve 210 is provided in the second supply path 59, and the flow rate of the residual liquid flowing through the second supply path 59 is adjusted by the opening / closing amount of the valve 210.

以下では、燃焼器用蒸発器１８において加熱された原燃料のうち、気化せずに液体として残留した液体燃料を残留液体燃料又は低濃度燃料と称する。一方、燃焼器用蒸発器１８において加熱された原燃料のうち、気化した燃料を気体燃料と称する。燃焼器用蒸発器１８において生成された残留液体燃料（低濃度燃料）は、第２供給路５９を通じて低濃度燃料タンク２００に貯留され、気体燃料は第１供給路５３を通じて燃焼器１６へ供給される。 Hereinafter, among the raw materials heated in the combustor evaporator 18, the liquid fuel that remains as a liquid without vaporization is referred to as a residual liquid fuel or a low-concentration fuel. On the other hand, among the raw fuels heated in the combustor evaporator 18, the vaporized fuel is referred to as a gaseous fuel. The residual liquid fuel (low-concentration fuel) produced in the combustor evaporator 18 is stored in the low-concentration fuel tank 200 through the second supply path 59, and the gaseous fuel is supplied to the combustor 16 through the first supply path 53. ..

本実施形態の燃料電池システム１００では、燃焼器用蒸発器１８において生成された低濃度燃料は改質器１２等によりアノードガスに改質され、燃料電池スタック１４での発電に利用される。一方、燃焼器用蒸発器１８において生成された気体燃料は第１供給路５３及びオフガス配管５４を介して燃焼器１６に供給される。システム起動時（暖機時）等においては、エアブロア３００から供給される空気と、燃焼器用蒸発器１８から供給される気体燃料とを燃焼器１６にて燃焼させることで、高温の燃焼ガスを生成し、このガスを用いて改質器１２や空気熱交換器２４等での熱交換が行われる。 In the fuel cell system 100 of the present embodiment, the low-concentration fuel produced in the combustor evaporator 18 is reformed into anode gas by the reformer 12 and the like, and is used for power generation in the fuel cell stack 14. On the other hand, the gaseous fuel generated in the combustor evaporator 18 is supplied to the combustor 16 via the first supply path 53 and the off-gas pipe 54. When the system is started (warm up), etc., the air supplied from the air blower 300 and the gaseous fuel supplied from the combustor evaporator 18 are burned in the combustor 16 to generate high-temperature combustion gas. Then, heat exchange is performed in the reformer 12, the air heat exchanger 24, etc. using this gas.

なお、本実施形態において、燃焼器温度とは、排気通路５７における燃焼器１６の出口の温度を意味する。燃焼器温度は、燃焼器１６の燃焼ガス出口付近の温度を直接検出して取得しても良いし、当該燃焼ガス出口付近の温度に相関する他の燃料電池システム１００内の要素の温度検出値から推定して取得しても良い。また、燃焼器温度を、燃焼器１６の燃焼ガス出口付近の温度に相関する温度以外の他の任意の物理量（各部の熱容量及び保有熱量など）に基づいて推定しても良い。 In the present embodiment, the combustor temperature means the temperature at the outlet of the combustor 16 in the exhaust passage 57. The combustor temperature may be obtained by directly detecting the temperature near the combustion gas outlet of the combustor 16, or is a temperature detection value of another element in the fuel cell system 100 that correlates with the temperature near the combustion gas outlet. It may be estimated from and obtained from. Further, the combustor temperature may be estimated based on an arbitrary physical quantity (heat capacity of each part, retained heat quantity, etc.) other than the temperature correlating with the temperature near the combustion gas outlet of the combustor 16.

次に、燃料電池システム１００における制御装置としてのコントローラ６０について説明する。 Next, the controller 60 as a control device in the fuel cell system 100 will be described.

コントローラ６０は、（ＣＰＵ）等の各種演算・制御装置、ＲＯＭ及びＲＡＭ等の各種記憶装置、並びに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ている。 The controller 60 is configured as an electronic control unit including various arithmetic / control devices such as (CPU), various storage devices such as ROM and RAM, and a microcomputer provided with an input / output interface and the like.

コントローラ６０は、燃料電池システム１００の起動時等には低濃度燃料を生成する制御を実行し、システム起動後等には定常運転制御を実行する。 The controller 60 executes control to generate low-concentration fuel when the fuel cell system 100 is started, and executes steady operation control after the system is started.

ここにいうシステム起動時とは、燃料電池システム１００の運転が停止している状態（燃料電池スタック１４を含む燃料電池システム１００内の各要素の動作が停止している状態）において、コントローラ６０が外部からのシステム起動指令を検出したことをトリガとして、改質器１２、燃料電池スタック１４、及び燃焼器１６等の燃料電池システム１００内の要素をそれぞれの作動に適した所望温度に昇温させるプロセス（燃料電池システム１００の起動のための暖機運転）が実行されている期間を指す。なお、システム起動時には、燃料電池スタック１４の非発電状態（アイドルストップ状態）からの復帰の際の暖機運転の期間も含まれ得る。 When the system is started, the controller 60 is in a state where the operation of the fuel cell system 100 is stopped (a state in which the operation of each element in the fuel cell system 100 including the fuel cell stack 14 is stopped). Triggered by detecting a system start command from the outside, the elements in the fuel cell system 100 such as the reformer 12, the fuel cell stack 14, and the combustor 16 are heated to a desired temperature suitable for their respective operations. Refers to the period during which the process (warm-up operation for starting the fuel cell system 100) is being executed. At the time of system startup, the period of warm-up operation at the time of returning from the non-power generation state (idle stop state) of the fuel cell stack 14 may be included.

図３Ａ及び図３Ｂを参照して、本実施形態の燃料電池システム１００において、原燃料から低濃度燃料を生成するための燃料生成制御について説明する。 With reference to FIGS. 3A and 3B, fuel generation control for producing low-concentration fuel from raw fuel in the fuel cell system 100 of the present embodiment will be described.

この燃料生成制御は、コントローラ６０にプログラムされた制御であって、システム起動時等の所定のタイミングで実行される制御である。本制御が開始されると、まずステップＳ３０１において、コントローラ６０は、エアブロア３００を制御することによって、空気熱交換器２４及び燃料電池スタック１４へ所定流量の空気を供給する。空気供給を開始した後、コントローラ６０はステップＳ３０２の処理を実行する。 This fuel generation control is a control programmed in the controller 60 and is executed at a predetermined timing such as when the system is started. When this control is started, first, in step S301, the controller 60 controls the air blower 300 to supply a predetermined flow rate of air to the air heat exchanger 24 and the fuel cell stack 14. After starting the air supply, the controller 60 executes the process of step S302.

ステップＳ３０２において、コントローラ６０は、第２供給路５９のバルブ２１０を閉止する。バルブ２１０が閉止されることによって、燃焼器用蒸発器１８から低濃度燃料タンク２００への液体燃料の流入が禁止される。このようにバルブ２１０を閉じることで燃焼器用蒸発器１８内に液体燃料を貯留することが可能な状態となる。バルブ２１０の閉止が完了すると、処理はステップＳ３０３に移行する。 In step S302, the controller 60 closes the valve 210 of the second supply path 59. By closing the valve 210, the inflow of liquid fuel from the combustor evaporator 18 into the low-concentration fuel tank 200 is prohibited. By closing the valve 210 in this way, it becomes possible to store the liquid fuel in the evaporator 18 for the combustor. When the closing of the valve 210 is completed, the process proceeds to step S303.

ステップＳ３０３において、コントローラ６０は第１インジェクタ３１を作動させる。これにより、原燃料タンク４００から燃焼器用蒸発器１８に原燃料の供給が開始され、燃焼器用蒸発器１８内に原燃料が貯留される。所定量の原燃料が貯留された後、コントローラ６０はステップＳ３０４の処理を実行する。 In step S303, the controller 60 activates the first injector 31. As a result, the supply of the raw material fuel from the raw material fuel tank 400 to the combustor evaporator 18 is started, and the raw material fuel is stored in the combustor evaporator 18. After the predetermined amount of raw material and fuel is stored, the controller 60 executes the process of step S304.

ステップＳ３０４において、コントローラ６０はヒータ１５を作動させる。これにより、ヒータ１５を通過するガス及びヒータ１５からの熱伝導により、燃焼器１６及び燃焼器用蒸発器１８等が加温される。燃焼器用蒸発器１８の温度が上昇しはじめると、当該燃焼器用蒸発器１８内の原燃料の一部が気化し始め、気体燃料が第１供給路５３を通じてオフガス配管５４に還流される。このように還流された気体燃料は燃料電池スタック１４から排出された空気とともに燃焼器１６で燃焼され、高温の燃焼ガスが燃焼器用蒸発器１８、改質器１２、改質器用蒸発器１０、空気熱交換器等に供給され、各種機器の暖機が促進されることとなる。 In step S304, the controller 60 activates the heater 15. As a result, the combustor 16 and the combustor evaporator 18 and the like are heated by the gas passing through the heater 15 and the heat conduction from the heater 15. When the temperature of the combustor evaporator 18 begins to rise, a part of the raw material fuel in the combustor evaporator 18 begins to vaporize, and the gaseous fuel is returned to the off-gas pipe 54 through the first supply path 53. The gaseous fuel recirculated in this way is burned in the combustor 16 together with the air discharged from the fuel cell stack 14, and the high-temperature combustion gas is discharged from the combustor evaporator 18, the reformer 12, the reformer evaporator 10, and the air. It is supplied to heat exchangers and the like to promote warming up of various devices.

ステップＳ３０５において、コントローラ６０は、燃焼器１６の温度が所定の温度に達したか否かを判定する。ここにいう所定の温度とは、例えば、これ以上加温されなくても気体燃料を燃焼器１６にて燃焼させることができる温度（自立燃焼温度）であり、例えば２００［℃］以上の温度が想定される。ステップＳ３０５において、コントローラ６０は、燃焼器１６の温度が所定の温度に達した場合には、ステップＳ３０６の処理を実行する。一方、燃焼器１６の温度が所定の温度に達していない場合には、コントローラ６０は燃焼器温度が所定の温度に到達するまで待機する。 In step S305, the controller 60 determines whether or not the temperature of the combustor 16 has reached a predetermined temperature. The predetermined temperature referred to here is, for example, a temperature at which the gaseous fuel can be burned in the combustor 16 without further heating (self-sustaining combustion temperature), for example, a temperature of 200 [° C.] or higher. is assumed. In step S305, the controller 60 executes the process of step S306 when the temperature of the combustor 16 reaches a predetermined temperature. On the other hand, when the temperature of the combustor 16 has not reached the predetermined temperature, the controller 60 waits until the combustor temperature reaches the predetermined temperature.

ステップＳ３０６において、コントローラ６０はヒータ１５を停止させる。ヒータ１５の停止が完了すると、処理はステップＳ３０７に移行する。 In step S306, the controller 60 stops the heater 15. When the stop of the heater 15 is completed, the process proceeds to step S307.

ステップＳ３０７において、コントローラ６０は、燃焼器用蒸発器１８の温度が原燃料の沸点に達しており、かつ沸点に到達後所定時間経過しているか否かを判定する。この判定は、燃焼器用蒸発器１８内に貯留された原燃料の気液分離が十分に行われたか否か、より具体的には、燃料電池システム１００の運転に必要な量の残留液体燃料（低濃度燃料）が生成されたか否かを判断するための処理である。 In step S307, the controller 60 determines whether or not the temperature of the combustor evaporator 18 has reached the boiling point of the raw material fuel and a predetermined time has elapsed after reaching the boiling point. This determination determines whether or not the gas-liquid separation of the raw fuel stored in the combustor evaporator 18 has been sufficiently performed, and more specifically, the amount of residual liquid fuel (more specifically, the amount of residual liquid fuel required for the operation of the fuel cell system 100). This is a process for determining whether or not low-concentration fuel) has been produced.

燃焼器用蒸発器１８の温度が原燃料の沸点に達してから所定時間経過するまでの間には、原燃料の一部が気化して炭素成分の濃度が高い気体燃料が生成される。この際、燃焼器用蒸発器１８内には、気体燃料よりも炭素成分の濃度が低い低濃度液体燃料が残留液体燃料として生成される。燃焼器用蒸発器１８で生成された気体燃料が燃焼器１６にて燃焼される点については前述した通りである。 During the period from when the temperature of the combustor evaporator 18 reaches the boiling point of the raw fuel until a predetermined time elapses, a part of the raw fuel is vaporized to produce a gaseous fuel having a high concentration of carbon components. At this time, a low-concentration liquid fuel having a lower concentration of carbon components than the gaseous fuel is generated as the residual liquid fuel in the evaporator 18 for the combustor. The point that the gaseous fuel generated by the combustor evaporator 18 is burned by the combustor 16 is as described above.

ステップＳ３０７において、コントローラ６０は、燃焼器用蒸発器１８の温度が沸点に達してから所定時間経過したと判定した場合、図３ＢのステップＳ３０８の処理を実行する。 In step S307, when the controller 60 determines that a predetermined time has elapsed since the temperature of the combustor evaporator 18 reached the boiling point, the controller 60 executes the process of step S308 of FIG. 3B.

図３Ｂに示すように、ステップＳ３０８では、コントローラ６０は、バルブ２１０を開弁（全開）する制御を行う。バルブ２１０が開弁されると、燃焼器用蒸発器１８内に残留した低濃度液体燃料が第２供給路５９を通じて低濃度燃料タンク２００に供給される。例えば、低濃度燃料タンク２００を燃焼器用蒸発器１８の下方に配置し、これらを第２供給路５９で連結することで、燃焼器用蒸発器１８内の残留液体燃料を、重力を利用して低濃度燃料タンク２００へと流下させることが可能となる。また、燃焼器用蒸発器１８にポンプを設け、当該ポンプを用いて残留液体燃料を低濃度燃料タンク２００へ供給してもよい。 As shown in FIG. 3B, in step S308, the controller 60 controls to open (fully open) the valve 210. When the valve 210 is opened, the low-concentration liquid fuel remaining in the combustor evaporator 18 is supplied to the low-concentration fuel tank 200 through the second supply path 59. For example, by arranging the low-concentration fuel tank 200 below the evaporator 18 for the combustor and connecting them with the second supply passage 59, the residual liquid fuel in the evaporator 18 for the combustor is lowered by using gravity. It is possible to flow down to the concentration fuel tank 200. Further, a pump may be provided in the evaporator 18 for the combustor, and the residual liquid fuel may be supplied to the low-concentration fuel tank 200 by using the pump.

そして、ステップＳ３０９において、コントローラ６０は、残留液体燃料の回収が完了したか否かを判定する。回収が完了したか否かの判定は、例えば燃焼器用蒸発器１８に設けられた体積又は質量を測定するセンサの値に基づいて行われてもよい。この場合、コントローラ６０は、燃焼器用蒸発器１８の内部の残留液体燃料の体積又は質量に相当する値が略０になったことを検出した場合に、残留液体燃料の回収が完了したと判定する。なお、バルブ２１０が開弁されてから所定の時間経過した場合に、燃料の回収が完了したと判定してもよい。このように、コントローラ６０は、残留液体燃料の回収が完了したと判定した場合に、処理をステップＳ３１０に移行させる。 Then, in step S309, the controller 60 determines whether or not the recovery of the residual liquid fuel is completed. Whether or not the recovery is completed may be determined based on, for example, the value of a sensor for measuring the volume or mass provided in the evaporator 18 for a combustor. In this case, the controller 60 determines that the recovery of the residual liquid fuel is completed when it detects that the value corresponding to the volume or mass of the residual liquid fuel inside the evaporator 18 for the combustor has become substantially 0. .. When a predetermined time has elapsed since the valve 210 was opened, it may be determined that the fuel recovery is completed. In this way, when the controller 60 determines that the recovery of the residual liquid fuel is completed, the controller 60 shifts the process to step S310.

ステップＳ３１０において、コントローラ６０は、バルブ２１０を閉止する。バルブ２１０が閉止されることによって、燃焼器用蒸発器１８から低濃度燃料タンク２００への残留液体燃料の排出は停止する。 In step S310, the controller 60 closes the valve 210. When the valve 210 is closed, the discharge of the residual liquid fuel from the combustor evaporator 18 to the low-concentration fuel tank 200 is stopped.

ステップＳ３１１において、コントローラ６０は、燃料電池システム１００の起動が完了したか否か、つまり燃料電池スタック１４の暖機が完了したか否かを判定する。このような終了条件の判定は、燃料電池スタック１４自体の温度又はカソードオフガス等の温度を検出する温度センサによって検出される温度に基づいて判定される。コントローラ６０は、例えば、この温度センサの示す値が発電開始可能な暖機完了温度（例えば７００〜８００［℃］）以上となった場合にシステム起動が完了したと判定する。ステップＳ３１１において、コントローラ６０が、燃料電池スタック１４が起動したと判定すると、処理はステップＳ３１２に移行する。 In step S311 the controller 60 determines whether the start of the fuel cell system 100 is complete, that is, whether the warm-up of the fuel cell stack 14 is complete. The determination of such an termination condition is determined based on the temperature detected by the temperature sensor that detects the temperature of the fuel cell stack 14 itself or the temperature of the cathode off gas or the like. The controller 60 determines that the system startup is completed when, for example, the value indicated by the temperature sensor becomes equal to or higher than the warm-up completion temperature (for example, 700 to 800 [° C.]) at which power generation can be started. If the controller 60 determines in step S311 that the fuel cell stack 14 has been activated, the process proceeds to step S312.

ステップＳ３１２において、コントローラ６０は、燃焼器用蒸発器１８の内部に残留した液体燃料を完全に排出するために、閉弁状態にあるバルブ２１０を一旦開弁し、全開状態とした後に再度閉弁する開閉処理を行う。これにより、燃焼器用蒸発器１８内に残留液体燃料が抜け切れていなかった場合であっても、燃焼器用蒸発器１８内を空にすることができる。 In step S312, the controller 60 temporarily opens the valve 210 in the closed state, opens the valve 210 in the fully opened state, and then closes the valve again in order to completely discharge the liquid fuel remaining inside the evaporator 18 for the combustor. Open and close processing is performed. As a result, the inside of the combustor evaporator 18 can be emptied even when the residual liquid fuel is not completely removed from the combustor evaporator 18.

そして、ステップＳ３１３において、コントローラ６０は、燃料電池システム１００を発電モードへ移行させる。発電モードでは、コントローラ６０は、エアブロア３００を制御して所定流量の空気（カソードガス）を燃料電池スタック１４に供給するとともに、第２インジェクタ２２を制御して低濃度燃料タンク２００に貯留された低濃度燃料を燃料電池スタック１４へと供給する。第２インジェクタ２２から供給された低濃度液体燃料は、改質器用蒸発器１０にて気化されるとともに改質器１２にてアノードガスに改質された後、燃料電池スタック１４に供給される。燃料電池スタック１４は、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて、発電要求に応じた電力を発電する。 Then, in step S313, the controller 60 shifts the fuel cell system 100 to the power generation mode. In the power generation mode, the controller 60 controls the air blower 300 to supply a predetermined flow rate of air (cathode gas) to the fuel cell stack 14, and also controls the second injector 22 to store the low concentration fuel tank 200. Concentrated fuel is supplied to the fuel cell stack 14. The low-concentration liquid fuel supplied from the second injector 22 is vaporized by the reformer evaporator 10 and reformed into the anode gas by the reformer 12, and then supplied to the fuel cell stack 14. The fuel cell stack 14 receives the supply of the anode gas and the cathode gas, and generates electric power in response to the power generation request.

なお、上述したステップＳ３０３からステップＳ３０７における残留液体燃料の生成及び回収を実行する処理は「回収処理」と称し、またステップＳ３０８からステップＳ３１０の回収停止を実行する処理は「停止処理」と称する。このように、第１実施形態では、燃料電池システム１００のシステム起動時に回収処理及び停止処理を実行する。 The process of executing the generation and recovery of the residual liquid fuel in steps S303 to S307 described above is referred to as a "recovery process", and the process of executing the recovery stop of steps S308 to S310 is referred to as a "stop process". As described above, in the first embodiment, the recovery process and the stop process are executed when the fuel cell system 100 is started.

以上説明した本実施形態の燃料電池システム１００によれば、以下の作用効果を奏する。 According to the fuel cell system 100 of the present embodiment described above, the following effects are exhibited.

本実施形態の燃料電池システム１００は、アノードガスとカソードガスとを用いて発電する固体酸化物型燃料電池を備える。燃料電池システム１００は、原燃料としての炭化水素系の液体燃料を貯留する原燃料タンク（第１タンク）４００と、原燃料を加熱して気体燃料と残留液体燃料とを生成する燃焼器用蒸発器１８と、原燃料タンク４００に貯留された原燃料を燃焼器用蒸発器１８に供給する第１インジェクタ（第１供給器）３１と、燃料電池スタック１４から排出される排出ガス、及び燃焼器用蒸発器１８に接続された第１供給路５３を通じて供給される気体燃料を燃焼させる燃焼器１６と、燃焼器用蒸発器１８に接続された第２供給路５９を通じて供給される残留液体燃料を貯留する低濃度燃料タンク２００と、第２供給路５９を通過する残留液体燃料の流量を調整するバルブ２１０と、低濃度燃料タンク（第２タンク）２００に貯留された残留液体燃料を燃料電池スタック１４へと供給する第２インジェクタ（第２供給器）２２を含み、当該第２インジェクタ２２から供給された残留液体燃料を気化して改質し、アノードガスとして燃料電池スタック１４に供給するアノードガス供給系統２０と、燃料電池システム１００の運転状態に応じて、第１インジェクタ３１、第２インジェクタ２２、及びバルブ２１０を制御するコントローラ６０と、を備える。 The fuel cell system 100 of the present embodiment includes a solid oxide fuel cell that generates electricity using an anode gas and a cathode gas. The fuel cell system 100 includes a raw material fuel tank (first tank) 400 for storing a hydrocarbon-based liquid fuel as a raw material, and a combustor evaporator that heats the raw material to generate a gaseous fuel and a residual liquid fuel. 18, the first injector (first feeder) 31 that supplies the raw fuel stored in the raw material fuel tank 400 to the combustor evaporator 18, the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 14, and the combustor evaporator. A low concentration that stores the combustor 16 that burns the gaseous fuel supplied through the first supply path 53 connected to the 18 and the residual liquid fuel supplied through the second supply path 59 connected to the combustor evaporator 18. The fuel tank 200, the valve 210 for adjusting the flow rate of the residual liquid fuel passing through the second supply path 59, and the residual liquid fuel stored in the low-concentration fuel tank (second tank) 200 are supplied to the fuel cell stack 14. With the anode gas supply system 20 including the second injector (second feeder) 22 that vaporizes and reforms the residual liquid fuel supplied from the second injector 22 and supplies the fuel cell stack 14 as the anode gas. A controller 60 that controls a first injector 31, a second injector 22, and a valve 210 according to the operating state of the fuel cell system 100 is provided.

燃料電池システム１００によれば、原燃料タンク４００から供給される炭化水素系の液体燃料は、燃焼器用蒸発器１８において、気体燃料と残留液体燃料とに気液分離される。このように、燃料電池システム１００は、燃料を蒸発させることが可能な燃焼器用蒸発器１８を活用し、低濃度の液体燃料を生成する簡素な構成となっている。図２を用いて説明したように、本実施形態の炭化水素系の液体燃料を原燃料として使用した場合、気体燃料の炭素成分の濃度は残留液体燃料の炭素成分の濃度よりも高くなる。したがって、燃焼器用蒸発器１８においては、炭素成分の濃度が高く酸化しやすい易燃性の気体燃料と、炭素成分の濃度が低い残留液体燃料とが生成される。燃料電池システム１００では炭素成分の濃度が低い低濃度燃料が改質器１２で改質されてアノードガスとして燃料電池スタック１４に供給されるため、改質器１２や燃料電池スタック１４でのコーキングを抑制することができる。また、従来技術のように改質触媒に比較的高価な銀成分を含む活性金属を用いることがないので、燃焼電池システム１００の製造コストも抑制することができる。 According to the fuel cell system 100, the hydrocarbon-based liquid fuel supplied from the raw fuel tank 400 is gas-liquid separated into a gas fuel and a residual liquid fuel in the combustor evaporator 18. As described above, the fuel cell system 100 has a simple structure for producing a low-concentration liquid fuel by utilizing the combustor evaporator 18 capable of evaporating the fuel. As described with reference to FIG. 2, when the hydrocarbon-based liquid fuel of the present embodiment is used as the raw material, the concentration of the carbon component of the gaseous fuel becomes higher than the concentration of the carbon component of the residual liquid fuel. Therefore, in the evaporator 18 for a combustor, a flammable gas fuel having a high concentration of carbon components and easily oxidizing and a residual liquid fuel having a low concentration of carbon components are produced. In the fuel cell system 100, low-concentration fuel having a low carbon component concentration is reformed by the reformer 12 and supplied to the fuel cell stack 14 as an anode gas, so that coking is performed by the reformer 12 and the fuel cell stack 14. It can be suppressed. Further, unlike the conventional technique, the reforming catalyst does not use an active metal containing a relatively expensive silver component, so that the manufacturing cost of the combustion battery system 100 can be suppressed.

また、炭素成分の濃度が高い易燃性の気体燃料は燃焼器１６で効率的に燃焼するため、燃焼器１６から十分に高温となった燃焼ガスが排出される。その結果、燃料電池システム１００の起動時間等を短縮することが可能となる。なお、燃焼器１６には濃度の高い気体燃料が供給されるが、燃焼器１６内は通常、酸素が多い状態となっており、気体燃料に含まれる炭素成分は二酸化炭素として排出されるため、コーキングが生じることはない。 Further, since the flammable gaseous fuel having a high concentration of carbon components is efficiently burned in the combustor 16, the combustion gas having a sufficiently high temperature is discharged from the combustor 16. As a result, it is possible to shorten the start-up time of the fuel cell system 100 and the like. Although a high-concentration gaseous fuel is supplied to the combustor 16, the inside of the combustor 16 is usually in a state of a large amount of oxygen, and the carbon component contained in the gaseous fuel is discharged as carbon dioxide. No coking occurs.

さらに、本実施形態の燃料電池システム１００では、システム起動時に、第１インジェクタ３１により原燃料タンク４００の原燃料を燃焼器用蒸発器１８に供給することで燃焼器用蒸発器１８において生成された気体燃料を燃焼器１６に供給するとともに、バルブ２１０を開弁させることで燃焼器用蒸発器１８において生成された残留液体燃料を低濃度燃料タンク２００へと回収させる回収処理を実行する。 Further, in the fuel cell system 100 of the present embodiment, when the system is started, the gas fuel generated in the combustor evaporator 18 is supplied by supplying the raw fuel of the raw fuel tank 400 to the combustor evaporator 18 by the first injector 31. Is supplied to the combustor 16, and the valve 210 is opened to collect the residual liquid fuel generated in the combustor evaporator 18 into the low-concentration fuel tank 200.

このように、燃料電池システム１００の起動時に低濃度燃料を生成するため、燃料電池システム１００の起動開始直後からコーキング抑制の効果を生じさせることができる。 As described above, since the low-concentration fuel is generated when the fuel cell system 100 is started, the effect of suppressing caulking can be produced immediately after the start of the fuel cell system 100.

また、燃料電池システム１００のコントローラ６０は、燃料電池システム１００の起動が完了した場合（終了条件が成立した場合）に、バルブ２１０を一旦開弁した後に全閉状態に制御する。バルブ２１０の開閉処理によって燃焼器用蒸発器１８の内部の残留液体燃料を完全に抜くことで、定常運転後に予期せぬタイミングで残留液体燃料が気化して燃焼器１６で燃焼してしまうこと等を防止することができる。 Further, the controller 60 of the fuel cell system 100 controls the valve 210 to be fully closed after opening the valve 210 once when the start of the fuel cell system 100 is completed (when the end condition is satisfied). By completely removing the residual liquid fuel inside the combustor evaporator 18 by opening and closing the valve 210, the residual liquid fuel vaporizes at an unexpected timing after steady operation and burns in the combustor 16. Can be prevented.

さらに、本実施形態の燃料電池システム１００は、燃焼器１６の上流側に当該燃焼器１６を加熱するためのヒータ１５を備え、第１供給路５３は燃料電池スタック１４とヒータ１５との間に接続される。 Further, the fuel cell system 100 of the present embodiment includes a heater 15 for heating the combustor 16 on the upstream side of the combustor 16, and a first supply path 53 is located between the fuel cell stack 14 and the heater 15. Be connected.

このように、気体燃料がヒータ１５の上流に供給されることによって、燃焼器用蒸発器１８において気化された気体燃料が燃焼器１６に供給されるまでの距離を、気体燃料がヒータ１５と燃焼器１６との間に供給される場合と比較して長くすることができる。これにより、燃焼器１６よりも上流側において気体燃料と空気との混合が促進され、燃焼器１６において気体燃料を均質に燃焼させることができる。これにより、燃焼器１６から十分に高温となった燃焼ガスが排出され、燃料電池システム１００の起動時間をより短縮することができる。また、燃焼器１６における燃焼気体の混合の偏りに起因する種々の問題、例えばホットスポットの発生等を抑制することが可能となる。 In this way, when the gas fuel is supplied upstream of the heater 15, the distance until the vaporized gas fuel in the combustor evaporator 18 is supplied to the combustor 16 is the distance between the heater 15 and the combustor. It can be longer than when it is supplied between 16. As a result, mixing of the gas fuel and air is promoted on the upstream side of the combustor 16, and the gas fuel can be combusted uniformly in the combustor 16. As a result, the combustion gas having a sufficiently high temperature is discharged from the combustor 16, and the start-up time of the fuel cell system 100 can be further shortened. Further, it is possible to suppress various problems caused by the imbalance of the mixture of the combustion gas in the combustor 16, for example, the generation of hot spots.

なお、燃料電池システム１００において第１供給路５３は、ヒータ１５と燃焼器１６との間に接続されてもよい。気体燃料が燃焼器１６に供給されるまでの距離が長くなりすぎると、燃焼器１６の供給される前に気体燃料の一部が凝縮してしまうことが懸念される。しかしながら、気体燃料をヒータ１５と燃焼器１６との間に供給する場合には、燃焼器用蒸発器１８からの気体燃料が凝縮してしまう前に燃焼器１６に供給することができ、燃焼器１６での燃焼が安定する。その結果、システム起動時間の遅れを抑制することができる。 In the fuel cell system 100, the first supply path 53 may be connected between the heater 15 and the combustor 16. If the distance until the gaseous fuel is supplied to the combustor 16 becomes too long, there is a concern that a part of the gaseous fuel may condense before being supplied to the combustor 16. However, when the gas fuel is supplied between the heater 15 and the combustor 16, the gas fuel from the combustor evaporator 18 can be supplied to the combustor 16 before it is condensed, and the combustor 16 can be supplied. Combustion is stable. As a result, the delay in the system startup time can be suppressed.

なお、燃料電池システム１００において、システム起動時に回収処理及び停止処理を実行したが、発電モードに移行した後の所定のタイミングにおいて回収処理及び停止処理を実行するようにしてもよい。例えば、起動時に行った回収処理において低濃度燃料タンク２００に貯留した残留液体燃料が少なくなった場合には、通常運転中に回収処理を再開することによって低濃度燃料タンク２００の残留液体燃料を補充することが可能となる。 In the fuel cell system 100, the recovery process and the stop process are executed when the system is started, but the recovery process and the stop process may be executed at a predetermined timing after the transition to the power generation mode. For example, when the amount of residual liquid fuel stored in the low-concentration fuel tank 200 is low in the recovery process performed at startup, the recovery process is restarted during normal operation to replenish the residual liquid fuel in the low-concentration fuel tank 200. It becomes possible to do.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態における燃料電池システム１００について説明する。第１実施形態では燃料生成制御において「回収処理」及び「停止処理」を一度しか行わないが、第２実施形態では「回収処理」及び「停止処理」を複数回実行する点において第１実施形態と異なる。なお、第２実施形態における燃料電池システム１００の構成は第２実施形態と同様である。 (Second Embodiment)
Next, the fuel cell system 100 according to the second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the "recovery process" and the "stop process" are performed only once in the fuel generation control, but in the second embodiment, the "recovery process" and the "stop process" are executed a plurality of times. Different from. The configuration of the fuel cell system 100 in the second embodiment is the same as that in the second embodiment.

図４は、第２実施形態における燃料電池システム１００の燃料生成制御を示すフローチャートである。第１実施形態と同様の処理には同一の符号を付すとともに、説明を簡略化する。また、第２実施形態の燃料生成制御は、第１実施形態と同様にシステム起動時、すなわちコントローラ６０がシステム起動指令を検出したときに開始する。 FIG. 4 is a flowchart showing fuel generation control of the fuel cell system 100 in the second embodiment. The same processing as in the first embodiment is designated by the same reference numerals, and the description thereof will be simplified. Further, the fuel generation control of the second embodiment is started when the system is started, that is, when the controller 60 detects the system start command, as in the first embodiment.

ステップＳ３０１において、コントローラ６０は、エアブロア３００を制御することによって空気の供給を開始する。そして、ステップＳ３０２において、コントローラ６０は、第２供給路５９のバルブ２１０を閉止する制御を行う。バルブ２１０の閉止が完了すると、処理はステップＳ３０３に移行する。 In step S301, the controller 60 starts supplying air by controlling the air blower 300. Then, in step S302, the controller 60 controls to close the valve 210 of the second supply path 59. When the closing of the valve 210 is completed, the process proceeds to step S303.

その後、コントローラ６０は、第１実施形態と同様のステップＳ３０３からステップＳ３０７の「回収処理」を行う。これら回収処理が完了すると、コントローラ６０は第１実施形態と同様のステップＳ３０８からステップＳ３１０の「停止処理」を行う。停止処理が完了すると、コントローラ６０はステップＳ４０５の処理を実行する。 After that, the controller 60 performs the "recovery process" of steps S303 to S307 in the same manner as in the first embodiment. When these collection processes are completed, the controller 60 performs the "stop process" of steps S308 to S310 as in the first embodiment. When the stop process is completed, the controller 60 executes the process of step S405.

ステップＳ４０５において、コントローラ６０は、終了条件を満たすか否かを判定する。コントローラ６０は、終了条件を満たさないと判定した場合にはステップＳ３０３〜Ｓ３１０を繰り返す。一方で、コントローラ６０は、終了条件を満たすと判定した場合にはステップＳ３１２以降の処理を実行する。 In step S405, the controller 60 determines whether or not the termination condition is satisfied. If the controller 60 determines that the end condition is not satisfied, the controller 60 repeats steps S303 to S310. On the other hand, if the controller 60 determines that the termination condition is satisfied, the controller 60 executes the processes after step S312.

ここにいう終了条件とは、例えば、システム起動後に燃料電池スタック１４の温度が発電開始可能温度な温度であって、暖機が完了したと判定可能な温度となっているか否かに基づく。このような温度としては例えば７００［℃］を超える温度が想定される。あるいは、他の終了条件として、低濃度燃料タンク２００に貯留された低濃度燃料の液量が所定の値に達した場合と定義されてもよい。この場合、低濃度燃料タンク２００内の低濃度燃料の液量は、例えば第２供給路５９に設けられた図示しない流量センサ、又は低濃度燃料タンク２００の近傍に設けられてタンクの質量を検出する質量センサによって検出される構成としてもよい。なお、この所定の値は任意に設定可能である。 The termination condition referred to here is based on, for example, whether or not the temperature of the fuel cell stack 14 is a temperature at which power generation can be started after the system is started, and is a temperature at which it can be determined that warm-up has been completed. As such a temperature, for example, a temperature exceeding 700 [° C.] is assumed. Alternatively, as another termination condition, it may be defined as the case where the liquid amount of the low-concentration fuel stored in the low-concentration fuel tank 200 reaches a predetermined value. In this case, the liquid amount of the low-concentration fuel in the low-concentration fuel tank 200 is detected by, for example, a flow sensor (not shown) provided in the second supply path 59 or a flow sensor provided in the vicinity of the low-concentration fuel tank 200 to detect the mass of the tank. It may be configured to be detected by a mass sensor. It should be noted that this predetermined value can be arbitrarily set.

また、他の終了条件としては、例えばステップＳ３０３〜Ｓ３１０の回収処理及び停止処理の繰り返し回数が所定回数となった場合と定義されてもよい。 Further, as another end condition, for example, it may be defined as a case where the number of repetitions of the collection process and the stop process in steps S303 to S310 reaches a predetermined number of times.

ステップＳ３１２以降の処理は、第１実施形態で説明した処理と同様の処理である。つまり、コントローラ６０は、ステップＳ３１２におけるバルブ２１０の開閉処理を制御することによって燃焼器用蒸発器１８の内部の残留燃料を排出すると、ステップＳ３１３において燃料電池システム１００を発電モードに移行させる。 The processing after step S312 is the same processing as the processing described in the first embodiment. That is, when the controller 60 discharges the residual fuel inside the combustor evaporator 18 by controlling the opening / closing process of the valve 210 in step S312, the controller 60 shifts the fuel cell system 100 to the power generation mode in step S313.

本実施形態の燃料電池システム１００では、コントローラ６０は、残留液体燃料の回収が完了した場合にバルブ２１０を閉弁して回収処理を停止する停止処理を実行し、終了条件が成立するまでの間、回収処理及び停止処理を繰り返し実行する。 In the fuel cell system 100 of the present embodiment, the controller 60 executes a stop process of closing the valve 210 to stop the recovery process when the recovery of the residual liquid fuel is completed, and until the end condition is satisfied. , The collection process and the stop process are repeatedly executed.

このように、本実施形態の燃料電池システム１００は、終了条件が成立するまで低濃度燃料の生成を繰り返すため、十分な量の低濃度燃料を低濃度燃料タンク２００に貯留することが可能となる。また、回収処理及び停止処理の繰り返しによって多くの気体燃料を燃焼器１６に供給することができ、燃料電池システム１００における熱交換効率を向上し、燃料電池スタック１４の起動時間をより短縮することが可能となる。 As described above, since the fuel cell system 100 of the present embodiment repeats the generation of the low-concentration fuel until the termination condition is satisfied, a sufficient amount of the low-concentration fuel can be stored in the low-concentration fuel tank 200. .. Further, a large amount of gaseous fuel can be supplied to the combustor 16 by repeating the recovery process and the stop process, the heat exchange efficiency in the fuel cell system 100 can be improved, and the start-up time of the fuel cell stack 14 can be further shortened. It will be possible.

（第３実施形態）
次に、第３実施形態における燃料電池システム１００について説明する。第３実施形態では、第１実施形態で説明した燃料生成制御によって一旦生成された低濃度燃料を、再度燃焼器用蒸発器１８において蒸発させることによって、低濃度燃料よりも炭素成分の濃度が低い第２低濃度燃料を生成する点において異なる。ここでは、この第２低濃度燃料を生成する制御を「燃料再生成制御」と称する。 (Third Embodiment)
Next, the fuel cell system 100 according to the third embodiment will be described. In the third embodiment, the low-concentration fuel once generated by the fuel generation control described in the first embodiment is evaporated again in the combustor evaporator 18, so that the concentration of the carbon component is lower than that of the low-concentration fuel. 2 It differs in that it produces low-concentration fuel. Here, the control for producing the second low-concentration fuel is referred to as "fuel regeneration control".

図５は、第３実施形態における燃料電池システム１００の構成の概要を示す図である。第３実施形態における燃料電池システム１００は、第１実施形態の燃料電池システム１００に対して、燃焼器用蒸発器１８と低濃度燃料タンク２００とをつなぐ通路６１と、燃焼器用蒸発器１８へ流入する燃料の量を調節する第３インジェクタ３５と、が追加されている。 FIG. 5 is a diagram showing an outline of the configuration of the fuel cell system 100 according to the third embodiment. The fuel cell system 100 of the third embodiment flows into the passage 61 connecting the combustor evaporator 18 and the low-concentration fuel tank 200 and the combustor evaporator 18 with respect to the fuel cell system 100 of the first embodiment. A third injector 35, which adjusts the amount of fuel, has been added.

燃焼器用蒸発器１８は、当該燃焼器用蒸発器１８を通過する高温のガスにより、原燃料タンク４００からの液体燃料、又は低濃度燃料タンク２００からの液体燃料を加熱し、気体燃料と残留液体燃料とを生成するように構成されている。低濃度燃料タンク２００からの液体燃料を用いて残留液体燃料を生成すると、残留液体燃料の炭素成分濃度はさらに低下する。 The combustor evaporator 18 heats the liquid fuel from the raw fuel tank 400 or the liquid fuel from the low-concentration fuel tank 200 with the high-temperature gas passing through the combustor evaporator 18, and the gaseous fuel and the residual liquid fuel are heated. It is configured to generate and. When the residual liquid fuel is produced using the liquid fuel from the low-concentration fuel tank 200, the carbon component concentration of the residual liquid fuel is further reduced.

図６を参照して、本実施形態における燃料再生成制御について説明する。ここでは、第１及び第２実施形態と同様の処理には同一の符号を付して説明を簡略化する。 The fuel regeneration control in the present embodiment will be described with reference to FIG. Here, the same reference numerals are given to the same processes as in the first and second embodiments to simplify the description.

コントローラ６０は、本制御が開始されると第１実施形態と同様にステップＳ３０１〜Ｓ３１０の処理を実行する。これらの処理を実行することで、低濃度燃料タンク２００には低濃度燃料が貯留された状態となっている。本実施形態では、このように生成された低濃度燃料を用いて、低濃度燃料よりもさらに炭素成分の濃度が低い第２低濃度燃料を生成する。 When this control is started, the controller 60 executes the processes of steps S301 to S310 as in the first embodiment. By executing these processes, the low-concentration fuel tank 200 is in a state where the low-concentration fuel is stored. In the present embodiment, the low-concentration fuel thus produced is used to produce a second low-concentration fuel having a lower concentration of carbon components than the low-concentration fuel.

そこで、コントローラ６０は、ステップＳ６０１において、第３インジェクタ３５を作動させる。これにより、低濃度燃料タンク２００から燃焼器用蒸発器１８へ、通路６１を通じて低濃度燃料の供給が開始される。そして、燃焼器用蒸発器１８内に低濃度燃料が所定量貯留された後、コントローラ６０は第３インジェクタ３５を停止し、ステップＳ６０２の処理を実行する。 Therefore, the controller 60 operates the third injector 35 in step S601. As a result, the supply of the low-concentration fuel from the low-concentration fuel tank 200 to the evaporator 18 for the combustor is started through the passage 61. Then, after a predetermined amount of low-concentration fuel is stored in the combustor evaporator 18, the controller 60 stops the third injector 35 and executes the process of step S602.

ステップＳ６０２において、コントローラ６０は、燃焼器用蒸発器１８の温度が沸点に達してから所定時間経過したか否かを判定する。燃焼器用蒸発器１８の温度が原燃料の沸点に達してから所定時間経過するまでの間には、低濃度燃料の一部が気化して気体燃料が生成されるとともに、燃焼器用蒸発器１８内には、炭素成分の濃度がさらに低い第２低濃度液体燃料が残留液体燃料として生成される。コントローラ６０は、燃焼器用蒸発器１８の温度が沸点に達してから所定時間経過した場合には、ステップＳ６０３以降の処理を実行する。 In step S602, the controller 60 determines whether or not a predetermined time has elapsed since the temperature of the combustor evaporator 18 reached the boiling point. During the period from when the temperature of the combustor evaporator 18 reaches the boiling point of the raw fuel until a predetermined time elapses, a part of the low-concentration fuel is vaporized to generate gas fuel, and the inside of the combustor evaporator 18 is generated. A second low-concentration liquid fuel having a lower concentration of carbon components is produced as the residual liquid fuel. When the temperature of the combustor evaporator 18 reaches the boiling point for a predetermined time, the controller 60 executes the processes of step S603 and subsequent steps.

ステップＳ６０３では、コントローラ６０は、バルブ２１０を開弁（全開）する制御を行う。バルブ２１０が開弁されると、燃焼器用蒸発器１８の残留した第２低濃度液体燃料が第２供給路５９を通じて低濃度燃料タンク２００に供給される。 In step S603, the controller 60 controls to open (fully open) the valve 210. When the valve 210 is opened, the remaining second low-concentration liquid fuel of the combustor evaporator 18 is supplied to the low-concentration fuel tank 200 through the second supply path 59.

そして、ステップＳ６０４において、コントローラ６０は、第２低濃度燃料の回収が完了したか否かを判定する。回収が完了したか否かの判定は、例えば燃焼器用蒸発器１８に設けられた体積又は質量を測定するセンサの値に基づいて行われる。なお、回収が完了したか否かの判定は、バルブ２１０を開弁してからの経過時間に基づいて行われてもよい。 Then, in step S604, the controller 60 determines whether or not the recovery of the second low-concentration fuel is completed. Whether or not the recovery is completed is determined based on, for example, the value of a sensor for measuring the volume or mass provided in the evaporator 18 for a combustor. The determination as to whether or not the collection is completed may be performed based on the elapsed time from the opening of the valve 210.

ステップＳ６０４において燃料回収が完了したと判定されると、ステップＳ６０５において、コントローラ６０は、バルブ２１０を閉止する。バルブ２１０が閉止されることによって、燃焼器用蒸発器１８から低濃度燃料タンク２００への第２低濃度燃料の排出は停止する。 When it is determined in step S604 that the fuel recovery is completed, in step S605, the controller 60 closes the valve 210. When the valve 210 is closed, the discharge of the second low-concentration fuel from the combustor evaporator 18 to the low-concentration fuel tank 200 is stopped.

Ｓ６０５の処理の後、コントローラ６０は、Ｓ３１１以降の処理を実行する。コントローラ６０は、ステップＳ３１１において燃料電池スタック１４の起動が完了したことを確認した後、ステップＳ３１２においてバルブの開閉処理の制御を行い、ステップＳ３１３において燃料電池システム１００を発電モードへ移行させる。発電モードでは、コントローラ６０は、エアブロア３００を制御して所定流量の空気（カソードガス）を燃料電池スタック１４に供給するとともに、第２インジェクタ２２を制御して低濃度燃料タンク２００に貯留された第２低濃度燃料を燃料電池スタック１４へと供給する。第２インジェクタ２２から供給された第２低濃度液体燃料は、改質器用蒸発器１０にて気化されるとともに改質器１２にてアノードガスに改質された後、燃料電池スタック１４に供給される。燃料電池スタック１４は、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて、発電要求に応じた電力を発電する。 After the processing of S605, the controller 60 executes the processing after S311. After confirming that the start of the fuel cell stack 14 is completed in step S311 the controller 60 controls the valve opening / closing process in step S312, and shifts the fuel cell system 100 to the power generation mode in step S313. In the power generation mode, the controller 60 controls the air blower 300 to supply a predetermined flow rate of air (cathode gas) to the fuel cell stack 14, and controls the second injector 22 to store the fuel in the low-concentration fuel tank 200. 2 Low-concentration fuel is supplied to the fuel cell stack 14. The second low-concentration liquid fuel supplied from the second injector 22 is vaporized by the reformer evaporator 10 and reformed into the anode gas by the reformer 12, and then supplied to the fuel cell stack 14. To. The fuel cell stack 14 receives the supply of the anode gas and the cathode gas, and generates electric power in response to the power generation request.

本実施形態の燃料電池システム１００は、低濃度燃料タンク（第２タンク）２００に貯留された低濃度燃料（液体燃料）を燃焼器用蒸発器１８へと供給する第３インジェクタ（第３供給器）３５をさらに備える。 The fuel cell system 100 of the present embodiment is a third injector (third feeder) that supplies the low-concentration fuel (liquid fuel) stored in the low-concentration fuel tank (second tank) 200 to the combustor evaporator 18. 35 is further provided.

このように構成された燃料電池システム１００によれば、燃焼器用蒸発器１８において炭素成分の濃度を低減した低濃度燃料を、再び燃焼器用蒸発器１８に供給して、さらに炭素成分の濃度を低減した第２低濃度燃料を生成することができる。これにより、原燃料及び低濃度燃料と比較して相対的に炭素成分の濃度が低い第２低濃度燃料が生成されるため、より効果的に改質器１２及び燃料電池スタック１４でのコーキングの発生を抑制することができる。 According to the fuel cell system 100 configured in this way, the low-concentration fuel in which the concentration of the carbon component is reduced in the combustor evaporator 18 is supplied to the combustor evaporator 18 again to further reduce the concentration of the carbon component. The second low-concentration fuel can be produced. As a result, a second low-concentration fuel having a relatively low concentration of carbon components as compared with the raw fuel and the low-concentration fuel is generated, so that caulking in the reformer 12 and the fuel cell stack 14 can be performed more effectively. Occurrence can be suppressed.

（第４実施形態）
次に、第４実施形態における燃料電池システム１００について説明する。第４実施形態では、第３実施形態で説明した第２低濃度燃料を低濃度燃料タンク２００とは別のタンクである第２低濃度燃料タンク５００に貯留する。 (Fourth Embodiment)
Next, the fuel cell system 100 according to the fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, the second low-concentration fuel described in the third embodiment is stored in the second low-concentration fuel tank 500, which is a tank different from the low-concentration fuel tank 200.

図７は、第４実施形態における燃料電池システム１００の構成の概要を示す図である。第４実施形態における燃料電池システム１００には、第３実施形態の燃料電池システム１００に対して、第２低濃度燃料タンク５００と、第２低濃度燃料タンク５００と第２インジェクタ２２よりも上流側のアノード供給通路５２とをつなぐ通路６２と、通路６２に設けられた第４インジェクタ５５と、燃焼器用蒸発器１８と第２低濃度燃料タンク５００とをつなぐ通路６４と、通路６４に設けられた第２バルブ５１０と、が追加されている。 FIG. 7 is a diagram showing an outline of the configuration of the fuel cell system 100 according to the fourth embodiment. The fuel cell system 100 according to the fourth embodiment includes the second low-concentration fuel tank 500, the second low-concentration fuel tank 500, and the upstream side of the second injector 22 with respect to the fuel cell system 100 according to the third embodiment. 62, a fourth injector 55 provided in the passage 62, a passage 64 connecting the combustor evaporator 18 and the second low-concentration fuel tank 500, and a passage 64 provided in the passage 64. A second valve 510 and is added.

本実施形態の燃料電池システム１００では、低濃度燃料タンク２００の低濃度燃料を用いて燃焼器用蒸発器１８において第２低濃度燃料を生成した後に、第２バルブ５１０を開弁して、燃焼器用蒸発器１８内の第２低濃度燃料を第２低濃度燃料タンク５００に供給する。このように、燃料電池システム１００では、低濃度燃料タンク２００には原燃料よりも炭素成分の濃度の低い低濃度燃料が貯留され。第２低濃度燃料タンク５００には低濃度燃料よりも炭素成分の濃度の低い第２低濃度燃料が貯留されることとなる。 In the fuel cell system 100 of the present embodiment, after the second low-concentration fuel is generated in the combustor evaporator 18 using the low-concentration fuel in the low-concentration fuel tank 200, the second valve 510 is opened for the combustor. The second low-concentration fuel in the evaporator 18 is supplied to the second low-concentration fuel tank 500. As described above, in the fuel cell system 100, the low-concentration fuel tank 200 stores the low-concentration fuel having a lower concentration of carbon components than the raw fuel. The second low-concentration fuel tank 500 stores the second low-concentration fuel having a lower concentration of carbon components than the low-concentration fuel.

本実施形態の燃料電池システム１００は、通路６２に設けられた第４インジェクタ５５によって、第２低濃度燃料タンク５００に貯留された第２低濃度燃料が燃料電池スタック１４に供給可能となっている。このように、アノードガス供給系統２０は、燃料電池スタック１４に対して第２低濃度燃料が供給可能な第４インジェクタ５５をさらに備えている。したがって、燃料電池システム１００では、システム運転状態に応じて、低濃度燃料タンク２００の燃料と、第２低濃度燃料タンク５００の燃料とを選択的に使用することが可能となっている。 In the fuel cell system 100 of the present embodiment, the second low-concentration fuel stored in the second low-concentration fuel tank 500 can be supplied to the fuel cell stack 14 by the fourth injector 55 provided in the passage 62. .. As described above, the anode gas supply system 20 further includes a fourth injector 55 capable of supplying the second low-concentration fuel to the fuel cell stack 14. Therefore, in the fuel cell system 100, it is possible to selectively use the fuel of the low concentration fuel tank 200 and the fuel of the second low concentration fuel tank 500 according to the system operating state.

本実施形態の燃料電池システム１００は、燃焼器用蒸発器（蒸発器）１８に接続された第２低濃度燃料タンク（タンク）５００であって、第３インジェクタ（第３供給器）３５から供給された液体燃料のうち燃焼器用蒸発器（蒸発器）１８において残留した第２低濃度燃料（残留液体燃料）を貯留する第２低濃度燃料タンク（第３タンク）５００と、第２低濃度燃料タンク５００に貯留された残留液体燃料をアノードガス供給系統（アノード供給系）２０へと供給する第４インジェクタ（第４供給器）５５と、をさらに備える。 The fuel cell system 100 of the present embodiment is a second low-concentration fuel tank (tank) 500 connected to a combustor evaporator (evaporator) 18, and is supplied from a third injector (third feeder) 35. A second low-concentration fuel tank (third tank) 500 for storing the second low-concentration fuel (residual liquid fuel) remaining in the combustor evaporator (evaporator) 18 and a second low-concentration fuel tank. A fourth injector (fourth feeder) 55 that supplies the residual liquid fuel stored in the 500 to the anode gas supply system (anode supply system) 20 is further provided.

したがって、図７に示される三つのタンクには、炭素成分の濃度が段階的に異なる燃料が貯留されることになる。具体的には、原燃料タンク４００、低濃度燃料タンク２００、そして第２低濃度燃料タンク５００の順に炭素成分の濃度が高い燃料が貯留される。 Therefore, fuels having different concentrations of carbon components are stored in the three tanks shown in FIG. 7. Specifically, fuel having a higher concentration of carbon components is stored in the order of the raw fuel tank 400, the low-concentration fuel tank 200, and the second low-concentration fuel tank 500.

上述のように、三段階の炭素成分の濃度が異なる燃料が、三つのタンクのそれぞれに貯留されているため、コントローラ６０は、運転状態に応じて炭素成分の濃度が異なる燃料を選択的に使用することができる。特に、第２低濃度燃料タンク５００の第２低濃度燃料を使用する場合、第２低濃度燃料は炭素成分の濃度が最も低いため、改質処理装置９及び燃料電池スタック１４でのコーキングの発生をより効果的に抑制することができる。 As described above, since the fuels having different carbon component concentrations in the three stages are stored in each of the three tanks, the controller 60 selectively uses the fuels having different carbon component concentrations according to the operating state. can do. In particular, when the second low-concentration fuel in the second low-concentration fuel tank 500 is used, the second low-concentration fuel has the lowest concentration of carbon components, so that coking occurs in the reforming processing apparatus 9 and the fuel cell stack 14. Can be suppressed more effectively.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記各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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, each of the above embodiments shows only a part of the application examples of the present invention, and the purpose is to limit the technical scope of the present invention to the specific configuration of the above embodiments. is not it.

上記した各実施形態において、燃焼器用蒸発器１８は、ヒータ１５で加熱されたガスや燃焼器１６から排出されたガス等に加熱されるように構成されているが、温度調節機構（ヒータ等）を一体的に備えて当該温度調節機構により加熱されるよう構成されてもよい。 In each of the above-described embodiments, the combustor evaporator 18 is configured to be heated by the gas heated by the heater 15 or the gas discharged from the combustor 16, but the temperature control mechanism (heater or the like) May be integrally provided and heated by the temperature control mechanism.

１４燃料電池スタック
１６燃焼器
１８燃焼器用蒸発器
２０アノードガス供給系統
２２第２インジェクタ
３１第１インジェクタ
５３第１供給路
５９第２供給路
６０コントローラ
１００燃料電池システム
２００低濃度燃料タンク
２１０バルブ
４００第１タンク
５００第２低濃度タンク 14 Fuel cell stack 16 Fuel cell 18 Evaporator for combustor 20 Anodic gas supply system 22 2nd injector 31 1st injector 53 1st supply path 59 2nd supply path 60 Controller 100 Fuel cell system 200 Low concentration fuel tank 210 Valve 400th 1 tank 500 2nd low concentration tank

Claims

A fuel cell system including a solid oxide fuel cell that generates electricity using an anode gas and a cathode gas.
A first tank for storing hydrocarbon-based liquid fuel as a raw material, and
An evaporator that heats the raw material fuel to produce a gaseous fuel and a residual liquid fuel,
A first feeder that supplies the raw fuel stored in the first tank to the evaporator, and
A combustor that burns the exhaust gas discharged from the solid oxide fuel cell and the gaseous fuel supplied through the first supply path connected to the evaporator.
A second tank for storing the residual liquid fuel supplied through the second supply path connected to the evaporator, and
A valve that adjusts the flow rate of residual liquid fuel passing through the second supply path, and
A second feeder for supplying the residual liquid fuel stored in the second tank to the solid oxide fuel cell is included, and the residual liquid fuel supplied from the second feeder is vaporized and reformed. An anode supply system that supplies the solid oxide fuel cell as the anode gas,
A controller for controlling the first feeder, the second feeder, and the valve is provided according to the operating state of the fuel cell system.
Fuel cell system.

The fuel cell system according to claim 1.
The controller
By supplying the raw fuel of the first tank to the evaporator by the first feeder during normal operation after the fuel cell system is started or after the system is started, the gaseous fuel generated by the evaporator is supplied. By supplying the fuel to the combustor and opening the valve, a recovery process for recovering the residual liquid fuel produced by the evaporator to the second tank is executed.
Fuel cell system.

The fuel cell system according to claim 2.
The controller
When the recovery of the residual liquid fuel by the recovery process is completed, the valve is closed to stop the recovery process, and the stop process is executed.
The collection process and the stop process are repeatedly executed until the end condition is satisfied.
Fuel cell system.

The fuel cell system according to claim 3.
The controller is
When the temperature of the solid oxide fuel cell reaches the temperature at which power generation can be started and warm-up is completed after the system is started, it is determined that the end condition is satisfied.
Fuel cell system.

The fuel cell system according to claim 3 or 4.
When the end condition is satisfied, the controller controls the valve to be fully closed after opening the valve once.
Fuel cell system.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5.
A heater for heating the combustor is further provided on the upstream side of the combustor.
The first supply path is connected between the solid oxide fuel cell and the heater.
Fuel cell system.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5.
A heater for heating the combustor is further provided on the upstream side of the combustor.
The first supply path is connected between the front heater and the combustor.
Fuel cell system.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7.
A third feeder for supplying the liquid fuel stored in the second tank to the evaporator is further provided.
Fuel cell system.

The fuel cell system according to claim 8.
A tank connected to the evaporator, further comprising a third tank for storing the residual liquid fuel remaining in the evaporator among the liquid fuel supplied from the third feeder.
The anode supply system further includes a fourth feeder that supplies the residual liquid fuel stored in the third tank to the solid oxide fuel cell.
Fuel cell system.