JP2024072179A

JP2024072179A - Fuel Cell Systems

Info

Publication number: JP2024072179A
Application number: JP2022182895A
Authority: JP
Inventors: 正樹市川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2022-11-15
Filing date: 2022-11-15
Publication date: 2024-05-27

Abstract

【課題】簡易な構成により燃料電池システムの温度状態をより適切にする。【解決手段】燃料電池システムは、アノードガスとカソードガスとに基づいて発電する燃料電池と、原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給部と、供給された原燃料ガスをアノードガスに改質する改質部と、燃料電池から排出されたオフガスを燃焼させる燃焼部と、燃焼部または燃焼部で生成された燃焼排ガスの温度を検出する温度センサと、燃料電池システムに要求される要求出力に基づいて燃料電池が発電すると共に温度センサにより検出される温度が目標温度に近づくように原燃料ガス供給部を制御する制御部と、を備える。【選択図】図２[Problem] To make the temperature state of a fuel cell system more appropriate with a simple configuration. [Solution] The fuel cell system includes a fuel cell that generates power based on anode gas and cathode gas, a raw fuel gas supply unit that supplies raw fuel gas, a reformer unit that reforms the supplied raw fuel gas into anode gas, a combustion unit that combusts off-gas discharged from the fuel cell, a temperature sensor that detects the temperature of the combustion unit or the combustion exhaust gas generated by the combustion unit, and a control unit that controls the raw fuel gas supply unit so that the fuel cell generates power based on the required output required for the fuel cell system and the temperature detected by the temperature sensor approaches a target temperature. [Selected Figure] Figure 2

Description

本明細書は、燃料電池システムについて開示する。 This specification discloses a fuel cell system.

従来、この種の燃料電池システムとしては、燃料ガスと酸素含有ガス（空気）との反応により発電する燃料電池セルスタックと、燃料電池セルスタックの近傍の温度（スタック温度）を検出する温度センサと、を備え、スタック温度が適正温度範囲にとなるように酸素含有ガスの供給量を制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, this type of fuel cell system has been proposed to include a fuel cell stack that generates electricity by reacting fuel gas with oxygen-containing gas (air) and a temperature sensor that detects the temperature (stack temperature) in the vicinity of the fuel cell stack, and controls the amount of oxygen-containing gas supplied so that the stack temperature is within an appropriate temperature range (see, for example, Patent Document 1).

国際公開第２０１２／０４３６４５号公報International Publication No. 2012/043645

燃料電池セルスタックの温度は、燃料電池セルスタックの発電量や、燃焼器でのオフガスの燃焼量、酸素含有ガス（空気）の流量、改質水の流量などの要因によって決まる。これらの量が変化した場合、燃料電池セルスタックの温度に影響が及ぶまで時間を要するため、燃料電池セルスタックの近傍に設けられた温度センサからの温度に基づく制御では、燃料電池セルスタックを含む各部の温度を適正温度範囲内に維持することが困難な場合が生じる。 The temperature of the fuel cell stack is determined by factors such as the amount of power generated by the fuel cell stack, the amount of off-gas burned in the combustor, the flow rate of oxygen-containing gas (air), and the flow rate of reforming water. When these amounts change, it takes time for the temperature of the fuel cell stack to be affected, so control based on the temperature from a temperature sensor installed near the fuel cell stack can sometimes make it difficult to maintain the temperature of each part, including the fuel cell stack, within the appropriate temperature range.

本開示の燃料電池システムは、簡易な構成により、各部の温度状態をより適切にすることを主目的とする。 The primary objective of the fuel cell system disclosed herein is to achieve more appropriate temperature conditions for each component through a simple configuration.

本開示の燃料電池システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The fuel cell system disclosed herein employs the following measures to achieve the above-mentioned primary objective:

本開示の燃料電池システムは、
アノードガスとカソードガスとに基づいて発電する燃料電池を有する燃料電池システムであって、
原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給部と、
前記原燃料ガスを前記アノードガスに改質する改質部と、
前記燃料電池から排出されたオフガスを燃焼させる燃焼部と、
前記燃焼部または前記燃焼部で生成された燃焼排ガスの温度を検出する温度センサと、
前記燃料電池システムに要求される要求出力に基づいて前記燃料電池が発電すると共に前記温度センサにより検出される温度が目標温度に近づくように前記原燃料ガス供給部を制御する制御部と、
を備えることを要旨とする。 The fuel cell system of the present disclosure comprises:
A fuel cell system having a fuel cell that generates electricity based on an anode gas and a cathode gas,
a raw fuel gas supply unit for supplying a raw fuel gas;
a reforming unit that reforms the raw fuel gas into the anode gas;
a combustion section that combusts off-gas discharged from the fuel cell;
a temperature sensor for detecting a temperature of the combustion section or a combustion exhaust gas generated in the combustion section;
a control unit that controls the raw fuel gas supply unit so that the fuel cell generates power based on a required output of the fuel cell system and the temperature detected by the temperature sensor approaches a target temperature;
The gist of the invention is to provide the following:

燃料電池システムにおいて、燃料電池や改質部、燃焼部等の各部の状態は、燃焼部や燃焼排ガスの温度によって大きな影響を受けるため、燃焼部または燃焼排ガスの温度を検出する温度センサを設け、当該温度センサにより検出される温度が目標温度となるように原燃料ガスの供給量を制御することで、簡易な構成により燃料電池システムの各部の温度状態をより適切にすることができる。この結果、燃料電池システムをより良好な状態で運転させることができる。 In a fuel cell system, the state of each part, such as the fuel cell, reformer, and combustion part, is greatly affected by the temperature of the combustion part and the combustion exhaust gas. Therefore, by providing a temperature sensor that detects the temperature of the combustion part or the combustion exhaust gas, and controlling the amount of raw fuel gas supplied so that the temperature detected by the temperature sensor becomes the target temperature, the temperature state of each part of the fuel cell system can be made more appropriate with a simple configuration. As a result, the fuel cell system can be operated in better conditions.

こうした本開示の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記温度センサにより検出される温度が前記目標温度よりも低く且つ所定温度以上である場合には、第１の応答速度で前記温度センサにより検出される温度が前記目標温度に近づくように前記原燃料ガスを増量補正し、前記温度センサにより検出される温度が前記所定温度未満である場合には、前記第１の応答速度よりも速い第２の応答速度で前記原燃料ガスを増量補正してもよい。こうすれば、オーバーシュートを抑制しつつ、燃焼部や燃焼排ガスの温度を素早く目標温度に近づけることができる。この場合、前記制御部は、前記温度センサにより検出される温度が前記所定温度よりも低く且つ前記所定温度以上である場合には、前記温度センサにより検出される温度と前記目標温度との偏差に基づいてフィードバック制御により前記原燃料ガスを増量補正し、前記温度センサにより検出される温度が前記所定温度未満である場合には、フィードフォワード制御により前記原燃料ガスを増量補正してもよい。更にこれらの場合、前記所定温度は、前記燃焼部の失火を判定する閾値であってもよい。温度センサにより検出される温度が所定温度未満となって燃焼部に失火が発生すると、第２の応答速度で原燃料ガスを増量することで、失火から素早く回復させることができる。 In such a fuel cell system of the present disclosure, the control unit may increase the amount of the raw fuel gas at a first response speed so that the temperature detected by the temperature sensor approaches the target temperature when the temperature detected by the temperature sensor is lower than the target temperature and equal to or higher than a predetermined temperature, and may increase the amount of the raw fuel gas at a second response speed faster than the first response speed when the temperature detected by the temperature sensor is lower than the predetermined temperature. In this way, the temperature of the combustion section and the combustion exhaust gas can be quickly brought closer to the target temperature while suppressing overshoot. In this case, the control unit may increase the amount of the raw fuel gas by feedback control based on the deviation between the temperature detected by the temperature sensor and the target temperature when the temperature detected by the temperature sensor is lower than the predetermined temperature and equal to or higher than the predetermined temperature, and may increase the amount of the raw fuel gas by feedforward control when the temperature detected by the temperature sensor is lower than the predetermined temperature. Furthermore, in these cases, the predetermined temperature may be a threshold value for determining misfire in the combustion section. When the temperature detected by the temperature sensor falls below a predetermined temperature and a misfire occurs in the combustion section, the amount of raw fuel gas is increased at a second response speed, allowing the misfire to be quickly restored.

また、本開示の燃料電池システムにおいて、改質水を蒸発させて前記アノードガスへの改質に用いる水蒸気を生成する蒸発部と、前記燃焼部で生成された燃焼排ガスが前記改質部と前記蒸発部とを順に通過して熱交換するように形成された燃焼排ガス流路と、を備え、前記温度センサは、前記燃焼排ガス流路における前記改質部および前記蒸発部よりも下流に設置されてもよい。こうすれば、温度センサにより検出される温度には、燃焼部の状態だけでなく、改質部や蒸発部の状態も反映させるため、温度センサにより検出される温度が目標温度となるように原燃料ガスの供給量を制御することで、燃料電池システムの各部をより良好な状態にすることができる。 The fuel cell system disclosed herein may also include an evaporation section that evaporates reforming water to generate steam to be used for reforming the anode gas, and a combustion exhaust gas flow path formed so that the combustion exhaust gas generated in the combustion section passes through the reforming section and the evaporation section in order to exchange heat, and the temperature sensor may be installed downstream of the reforming section and the evaporation section in the combustion exhaust gas flow path. In this way, the temperature detected by the temperature sensor reflects not only the state of the combustion section but also the state of the reforming section and the evaporation section, and therefore the supply amount of raw fuel gas can be controlled so that the temperature detected by the temperature sensor becomes the target temperature, thereby making it possible to improve the condition of each part of the fuel cell system.

燃料電池システムの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell system. 発電制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an example of a power generation control routine.

本開示を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。 The form for implementing this disclosure will be explained with reference to the drawings.

図１は、本実施形態の燃料電池システム１０の概略構成図である。本実施形態の燃料電池システム１０は、図示するように、アノードガス中の水素とカソードガス中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池スタック２１を含む発電モジュール２０と、原燃料ガス供給管３１を介して発電モジュール２０にアノードガスの原料となる原燃料ガス（例えば天然ガスやＬＰガス）を供給する原燃料ガス供給装置３０と、発電モジュール２０に原燃料ガスからアノードガスへの改質（水蒸気改質）に必要な改質水を供給する改質水供給装置４０と、発電モジュール２０（燃料電池スタック２１）にカソードガスとしてのエアを供給するエア供給装置５０と、発電モジュール２０において発生した排熱を回収する排熱回収装置６０と、システム全体をコントロールする制御装置１００と、を備える。 Figure 1 is a schematic diagram of a fuel cell system 10 of this embodiment. As shown in the figure, the fuel cell system 10 of this embodiment includes a power generation module 20 including a fuel cell stack 21 that generates power by an electrochemical reaction between hydrogen in the anode gas and oxygen in the cathode gas, a raw fuel gas supply device 30 that supplies raw fuel gas (e.g., natural gas or LP gas) that is the raw material for the anode gas to the power generation module 20 via a raw fuel gas supply pipe 31, a reforming water supply device 40 that supplies reforming water required for reforming (steam reforming) the raw fuel gas to the power generation module 20, an air supply device 50 that supplies air as a cathode gas to the power generation module 20 (fuel cell stack 21), an exhaust heat recovery device 60 that recovers exhaust heat generated in the power generation module 20, and a control device 100 that controls the entire system.

発電モジュール２０は、燃料電池スタック２１や、気化器２２、改質器２３、燃焼器２４、熱交換器２６を含み、これらは、断熱性を有するモジュールケース２９に収容されている。 The power generation module 20 includes a fuel cell stack 21, a vaporizer 22, a reformer 23, a combustor 24, and a heat exchanger 26, all of which are housed in a thermally insulating module case 29.

燃料電池スタック２１は、平板状の単セルＳとセパレータとが板厚方向に交互に積層されてなる平板型の固体酸化物形燃料電池スタックとして構成される。単セルＳは、酸化ジルコニウム等の電解質と当該電解質を挟持するアノード電極およびカソード電極とをそれぞれ有する。各単セルＳのアノード電極には、アノードガスが流れるアノードガス通路が形成されている。また、各単セルＳのカソード電極には、カソードガスが流れるカソードガス通路が形成されている。セパレータは、例えばステンレス鋼板がプレス成形されたものであり、板厚方向に隣接する単セルＳを仕切ると共に、隣接する単セルＳ間で一方の単セルＳのアノード電極側を流れるアノードガスと他方の単セルＳのカソード電極側を流れるカソードガスとを遮断する。更に、燃料電池スタック２１の近傍には、温度センサ１１１が設置されている。温度センサ１１１は、燃料電池スタック２１の温度に相関する温度（スタック相関温度Ｔｓｔ）を検出する。 The fuel cell stack 21 is configured as a flat-plate type solid oxide fuel cell stack in which flat-plate-shaped single cells S and separators are alternately stacked in the plate thickness direction. Each single cell S has an electrolyte such as zirconium oxide, and an anode electrode and a cathode electrode that sandwich the electrolyte. An anode gas passage through which an anode gas flows is formed in the anode electrode of each single cell S. In addition, a cathode gas passage through which a cathode gas flows is formed in the cathode electrode of each single cell S. The separator is, for example, a stainless steel plate that is press-formed, and separates adjacent single cells S in the plate thickness direction, and blocks the anode gas flowing through the anode electrode side of one single cell S and the cathode gas flowing through the cathode electrode side of the other single cell S between the adjacent single cells S. In addition, a temperature sensor 111 is installed near the fuel cell stack 21. The temperature sensor 111 detects a temperature (stack-correlated temperature Tst) that correlates with the temperature of the fuel cell stack 21.

発電モジュール２０の気化器２２および改質器２３は、モジュールケース２９内の燃料電池スタック２１の上方に配設される。また、燃料電池スタック２１と気化器２２および改質器２３との間には、燃料電池スタック２１の作動や、気化器２２および改質器２３での反応に必要な熱を発生させる燃焼器２４が配設される。 The vaporizer 22 and reformer 23 of the power generation module 20 are disposed above the fuel cell stack 21 inside the module case 29. In addition, a combustor 24 is disposed between the fuel cell stack 21 and the vaporizer 22 and reformer 23 to generate heat required for the operation of the fuel cell stack 21 and the reactions in the vaporizer 22 and reformer 23.

気化器２２は、燃焼器２４からの熱により原燃料ガス供給装置３０からの原燃料ガスと改質水供給装置４０からの改質水とを加熱し、原燃料ガスを予熱すると共に改質水を蒸発させて水蒸気を生成する。気化器２２により予熱された原燃料ガスは、水蒸気と混合され、その混合ガスは、当該気化器２２から改質器２３に流入する。 The vaporizer 22 heats the raw fuel gas from the raw fuel gas supply device 30 and the reforming water from the reforming water supply device 40 using heat from the combustor 24, preheating the raw fuel gas and evaporating the reforming water to generate steam. The raw fuel gas preheated by the vaporizer 22 is mixed with the steam, and the mixed gas flows from the vaporizer 22 into the reformer 23.

改質器２３は、その内部に充填された例えばＲｕ系またはＮｉ系の改質触媒を有し、燃焼器２４からの熱の存在下で、改質触媒による気化器２２からの混合ガスの反応（水蒸気改質反応）によって水素ガスと一酸化炭素とを生成する。更に、改質器２３は、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気との反応（一酸化炭素シフト反応）によって水素ガスと二酸化炭素とを生成する。これにより、改質器２３によって、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の原燃料ガス等を含むアノードガスが生成されることになる。改質器２３により生成されたアノードガスは、アノードガス配管７１を通って各単セルＳのアノードガス通路へ流入し、アノード電極に供給される。 The reformer 23 has a Ru-based or Ni-based reforming catalyst filled therein, and generates hydrogen gas and carbon monoxide by a reaction (steam reforming reaction) of the mixed gas from the vaporizer 22 with the reforming catalyst in the presence of heat from the combustor 24. Furthermore, the reformer 23 generates hydrogen gas and carbon dioxide by a reaction (carbon monoxide shift reaction) between the carbon monoxide generated in the steam reforming reaction and steam. As a result, the reformer 23 generates anode gas containing hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, steam, unreformed raw fuel gas, etc. The anode gas generated by the reformer 23 flows into the anode gas passage of each single cell S through the anode gas piping 71 and is supplied to the anode electrode.

また、カソードガスとしてのエアは、カソードガス配管７２を介して各単セルＳのカソードガス通路へ流入し、カソード電極に供給される。各単セルＳのカソード電極では、酸化物イオン（Ｏ^2-）が生成され、当該酸化物イオンが電解質を透過してアノード電極で水素や一酸化炭素と反応することにより電気エネルギが得られる。 Air serving as a cathode gas flows into the cathode gas passage of each unit cell S via a cathode gas pipe 72 and is supplied to the cathode electrode. Oxide ions (O ²⁻ ) are generated in the cathode electrode of each unit cell S, and the oxide ions pass through the electrolyte and react with hydrogen and carbon monoxide at the anode electrode to obtain electric energy.

各単セルＳにおいて電気化学反応（発電）に使用されなかったアノードガス（以下、「アノードオフガス」という）は、アノードオフガス配管７３を通って燃焼器２４に供給され、各単セルＳにおいて電気化学反応（発電）に使用されなかったカソードガス（以下、「カソードオフガス」という）は、カソードオフガス配管７４を通って燃焼器２４に供給される。アノードオフガスは、水素や一酸化炭素等の燃料成分を含む可燃性ガスであり、燃焼器２４において、酸素を含むカソードオフガスと混合されて、燃焼させられる。燃焼器２４には、燃焼器２４内に導入されたアノードオフガスおよびカソードオフガスの混合ガスに点火するための点火装置２５が設置されている。 The anode gas (hereinafter referred to as "anode off-gas") that was not used in the electrochemical reaction (power generation) in each unit cell S is supplied to the combustor 24 through the anode off-gas piping 73, and the cathode gas (hereinafter referred to as "cathode off-gas") that was not used in the electrochemical reaction (power generation) in each unit cell S is supplied to the combustor 24 through the cathode off-gas piping 74. The anode off-gas is a combustible gas that contains fuel components such as hydrogen and carbon monoxide, and is mixed with the cathode off-gas that contains oxygen in the combustor 24 and combusted. The combustor 24 is equipped with an ignition device 25 for igniting the mixed gas of the anode off-gas and cathode off-gas introduced into the combustor 24.

燃焼器２４において混合ガスの燃焼により生成された燃焼排ガスは、燃焼排ガス配管７５を通って凝縮器６２に供給される。燃焼排ガス配管７５は、改質器２３、気化器２２、熱交換器２６を順に通過するように形成され、それぞれ、水蒸気改質に必要な熱、水蒸気の生成に必要な熱、カソードガス（エア）の昇温に必要な熱を供給した後、凝縮器６２に供給される。燃焼排ガス配管７５の出口付近には、燃焼排ガスに含まれる未燃燃料を燃焼させるための燃焼触媒２８（酸化触媒）が設けられている。また、燃焼排ガス配管７５における気化器２２と熱交換器２６との間には、当該燃焼排ガス配管７５を流れる燃焼排ガスの温度を検出するための温度センサ１１２が設置されている。 The combustion exhaust gas generated by the combustion of the mixed gas in the combustor 24 is supplied to the condenser 62 through the combustion exhaust gas pipe 75. The combustion exhaust gas pipe 75 is formed to pass through the reformer 23, the vaporizer 22, and the heat exchanger 26 in order, and after supplying the heat required for steam reforming, the heat required for generating steam, and the heat required for raising the temperature of the cathode gas (air), it is supplied to the condenser 62. A combustion catalyst 28 (oxidation catalyst) for burning unburned fuel contained in the combustion exhaust gas is provided near the outlet of the combustion exhaust gas pipe 75. In addition, a temperature sensor 112 for detecting the temperature of the combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust gas pipe 75 is provided between the vaporizer 22 and the heat exchanger 26 in the combustion exhaust gas pipe 75.

原燃料ガス供給装置３０は、原燃料ガスを供給する原燃料供給源１と気化器２２とを接続する原燃料ガス供給管３１と、当該原燃料ガス供給管３１に設置された開閉弁（２連弁）３２，３３、ガスポンプ３６および脱硫器３８と、を有する。原燃料ガスは、ガスポンプ３６を作動させることで、原燃料供給源１から脱硫器３８を介して気化器２２へと圧送（供給）される。また、原燃料ガス供給管３１には、原燃料ガス供給管３１を流れる原燃料ガスの単位時間当りの流量（ガス流量Ｑｇ）を検出する流量センサ３９が設置されている。 The raw fuel gas supply device 30 has a raw fuel gas supply pipe 31 that connects a raw fuel supply source 1 that supplies raw fuel gas to a vaporizer 22, and on-off valves (two valves) 32, 33, a gas pump 36, and a desulfurizer 38 installed in the raw fuel gas supply pipe 31. By operating the gas pump 36, the raw fuel gas is pumped (supplied) from the raw fuel supply source 1 to the vaporizer 22 via the desulfurizer 38. In addition, a flow sensor 39 is installed in the raw fuel gas supply pipe 31 to detect the flow rate per unit time of the raw fuel gas flowing through the raw fuel gas supply pipe 31 (gas flow rate Qg).

改質水供給装置４０は、改質水を貯留する改質水タンク４２と、改質水タンク４２と気化器２２とを接続する改質水供給管４１と、改質水供給管４１に設置された改質水ポンプ４３と、を有する。改質水タンク４２内の改質水は、改質水ポンプ４３を作動させることで、当該改質水ポンプ４３により気化器２２へと圧送（供給）される。 The reforming water supply device 40 has a reforming water tank 42 that stores reforming water, a reforming water supply pipe 41 that connects the reforming water tank 42 and the vaporizer 22, and a reforming water pump 43 installed in the reforming water supply pipe 41. By operating the reforming water pump 43, the reforming water in the reforming water tank 42 is pumped (supplied) by the reforming water pump 43 to the vaporizer 22.

エア供給装置５０は、モジュールケース２９内に設置されたカソードガス配管７２に接続されるエア供給管５１と、エア供給管５１の入口に設けられたエアフィルタ５２と、エア供給管５１に設置されたエアポンプ５３と、を有する。エアポンプ５３を作動させることで、カソードガスとしてのエアは、エアフィルタ５２を介してエア供給管５１に吸引され、カソードガス配管７２を通って燃料電池スタック２１（カソード電極）へと圧送（供給）される。カソードガス配管７２を流れるエアは、熱交換器２６において燃焼排ガス配管７５を流れる高温の燃焼排ガスと熱交換されて昇温させられる。また、エア供給管５１には、エア供給管５１を流れるエアの単位時間当りの流量（エア流量Ｑａ）を検出する流量センサ５４が設置されている。 The air supply device 50 has an air supply pipe 51 connected to a cathode gas pipe 72 installed in the module case 29, an air filter 52 provided at the inlet of the air supply pipe 51, and an air pump 53 installed in the air supply pipe 51. By operating the air pump 53, air as a cathode gas is sucked into the air supply pipe 51 through the air filter 52 and is pumped (supplied) through the cathode gas pipe 72 to the fuel cell stack 21 (cathode electrode). The air flowing through the cathode gas pipe 72 is heated by heat exchange with the high-temperature combustion exhaust gas flowing through the combustion exhaust gas pipe 75 in the heat exchanger 26. In addition, a flow rate sensor 54 is installed in the air supply pipe 51 to detect the flow rate (air flow rate Qa) of the air flowing through the air supply pipe 51 per unit time.

排熱回収装置６０は、湯水を貯留する貯湯タンク６１と、燃焼排ガス配管７５から供給される燃焼排ガスと湯水とを熱交換して燃焼排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮させる凝縮器６２と、貯湯タンク６１と凝縮器６２とに接続された循環配管６３と、循環配管６３に組み込まれた循環ポンプ６４と、を有する。貯湯タンク６１内に貯留されている湯水は、循環ポンプ６４を作動させることで、凝縮器６２へと導入され、凝縮器６２で燃焼排ガスとの熱交換によって昇温させられた後、貯湯タンク６１へと返送される。 The exhaust heat recovery device 60 has a hot water storage tank 61 that stores hot water, a condenser 62 that exchanges heat between the hot water and the combustion exhaust gas supplied from the combustion exhaust gas piping 75 to condense the water vapor contained in the combustion exhaust gas, a circulation pipe 63 connected to the hot water storage tank 61 and the condenser 62, and a circulation pump 64 incorporated in the circulation pipe 63. The hot water stored in the hot water storage tank 61 is introduced into the condenser 62 by operating the circulation pump 64, and is heated by heat exchange with the combustion exhaust gas in the condenser 62, and then returned to the hot water storage tank 61.

燃焼排ガス中の水蒸気が貯湯タンク６１からの湯水との熱交換により凝縮することにより得られた凝縮水は、凝縮水配管４４を通って改質水タンク４２内に導入される。なお、改質水タンク４２には、凝縮水配管４４を通過した凝縮水を精製する図示しない水精製器が設置されている。また、凝縮器６２において水蒸気が除去された燃焼排ガスは、燃焼排ガス排出管７６を通って大気中に排出される。 The condensed water obtained by condensing the water vapor in the combustion exhaust gas through heat exchange with the hot water from the hot water storage tank 61 is introduced into the reforming water tank 42 through the condensed water pipe 44. The reforming water tank 42 is equipped with a water purifier (not shown) that purifies the condensed water that has passed through the condensed water pipe 44. The combustion exhaust gas from which the water vapor has been removed in the condenser 62 is discharged into the atmosphere through the combustion exhaust gas exhaust pipe 76.

燃料電池スタック２１の出力端子には、パワーコンディショナ８０の入力端子が接続され、当該パワーコンディショナ８０の出力端子は、リレーを介して電力系統２から負荷４への電力ライン３に接続されている。パワーコンディショナ８０は、燃料電池スタック２１から出力された直流電力を所定電圧（例えば、ＤＣ２５０Ｖ～３００Ｖ）の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータや、変換された直流電力を電力系統と連系可能な電圧（例えば、ＡＣ２００Ｖ）の交流電力に変換するインバータを有する。これにより、燃料電池スタック２１からの直流電力を交流電力に変換して家電製品等の負荷４に供給することが可能となる。パワーコンディショナ８０には電源基板８１が接続されている。電源基板８１は、燃料電池スタック２１からの直流電力や電力系統２からの交流電源を低圧の直流電力に変換して、ガスポンプ３６や改質水ポンプ４３、エアポンプ５３、循環ポンプ６４等の補機類、流量センサ３９，５４や温度センサ１１１，１１２、燃料電池スタック２１から出力される電流（出力電流Ｉ）を検出する電流センサ１１３、燃料電池スタック２１から出力される電圧（出力電圧Ｖ）を検出する電圧センサ１１４等のセンサ類、制御装置１００へ供給する。また、パワーコンディショナ８０や電源基板８１等が配置される補機室には、当該パワーコンディショナ８０や電源基板８１を冷却するための図示しない冷却ファンと換気ファンとが配置されている。冷却ファンは、パワーコンディショナ８０や電源基板８１の発熱部に空気を送り込む。発熱部を冷却して昇温した空気は、換気ファンにより大気中に排出される。 An input terminal of a power conditioner 80 is connected to the output terminal of the fuel cell stack 21, and the output terminal of the power conditioner 80 is connected to a power line 3 from the power system 2 to a load 4 via a relay. The power conditioner 80 has a DC/DC converter that converts the DC power output from the fuel cell stack 21 into DC power of a predetermined voltage (e.g., DC 250V to 300V), and an inverter that converts the converted DC power into AC power of a voltage (e.g., AC 200V) that can be connected to the power system. This makes it possible to convert the DC power from the fuel cell stack 21 into AC power and supply it to a load 4 such as a home appliance. A power supply board 81 is connected to the power conditioner 80. The power supply board 81 converts the DC power from the fuel cell stack 21 and the AC power from the power system 2 into low-voltage DC power, and supplies it to the gas pump 36, the reforming water pump 43, the air pump 53, the circulation pump 64, and other auxiliary devices, the flow rate sensors 39, 54, the temperature sensors 111, 112, the current sensor 113 that detects the current (output current I) output from the fuel cell stack 21, the voltage sensor 114 that detects the voltage (output voltage V) output from the fuel cell stack 21, and the control device 100. In addition, a cooling fan and a ventilation fan (not shown) for cooling the power conditioner 80 and the power supply board 81 are arranged in the auxiliary device room where the power conditioner 80 and the power supply board 81 are arranged. The cooling fan sends air to the heat generating parts of the power conditioner 80 and the power supply board 81. The air that has cooled the heat generating parts and has been heated is discharged into the atmosphere by the ventilation fan.

制御装置１００は、ＣＰＵ１０１を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ１０１の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ１０２と、データを一時的に記憶するＲＡＭ１０３と、図示しない入出力ポートと、を備える。制御装置１００には、流量センサ３９，５４や温度センサ１１１，１１２、電流センサ１１３、電圧センサ１１４等からの各種検出信号が入力ポートを介して入力されている。また、制御装置１００からは、開閉弁３２，３３のソレノイドや、ガスポンプ３６のポンプモータ、改質水ポンプ４３のポンプモータ、エアポンプ５３のポンプモータ、循環ポンプ６４のポンプモータ、点火装置２５、電磁弁８２のソレノイド等への各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。また、制御装置１００には、無線式または有線式の通信回線を介して図示しないリモコンが接続される。制御装置１００は、燃料電池システム１０のユーザにより操作された当該リモコンからの信号に基づいて各種制御を実行する。 The control device 100 is configured as a microprocessor centered on the CPU 101, and includes, in addition to the CPU 101, a ROM 102 for storing processing programs, a RAM 103 for temporarily storing data, and an input/output port (not shown). Various detection signals from the flow rate sensors 39, 54, temperature sensors 111, 112, current sensor 113, voltage sensor 114, etc. are input to the control device 100 via the input port. In addition, the control device 100 outputs various control signals to the solenoids of the on-off valves 32, 33, the pump motor of the gas pump 36, the pump motor of the reformed water pump 43, the pump motor of the air pump 53, the pump motor of the circulation pump 64, the ignition device 25, the solenoid of the solenoid valve 82, etc. via the output port. In addition, a remote control (not shown) is connected to the control device 100 via a wireless or wired communication line. The control device 100 executes various controls based on signals from the remote control operated by the user of the fuel cell system 10.

次に、こうして構成された本実施形態の燃料電池システム１０の動作について説明する。 Next, the operation of the fuel cell system 10 of this embodiment configured as described above will be described.

図２は、制御装置１００のＣＰＵ１０１により実行される発電制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、システムが起動されたときに所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎や数十ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。 Figure 2 is a flowchart showing an example of a power generation control routine executed by the CPU 101 of the control device 100. This routine is repeatedly executed at predetermined time intervals (e.g., every few msec or every tens of msec) when the system is started.

発電制御ルーチンが実行されると、制御装置１００のＣＰＵ１０１は、まず、負荷４が要求する要求出力（要求電力）Ｐｒｅｑや温度センサ１１２からの燃焼排ガス温度Ｔｅｘ、流量センサ３９からのガス流量Ｑｇ等の制御に必要なデータを入力する（ステップＳ１００）。続いて、ＣＰＵ１０１は、入力した要求出力Ｐｒｅｑに基づいて燃料電池スタック２１から出力する電流の目標値である目標電流Ｉｔａｇを設定する（ステップＳ１１０）。 When the power generation control routine is executed, the CPU 101 of the control device 100 first inputs data necessary for control, such as the required output (required power) Preq required by the load 4, the combustion exhaust gas temperature Tex from the temperature sensor 112, and the gas flow rate Qg from the flow rate sensor 39 (step S100). Next, the CPU 101 sets the target current Itag, which is the target value of the current output from the fuel cell stack 21, based on the required output Preq that has been input (step S110).

ＣＰＵ１０１は、目標電流Ｉｔａｇを設定すると、燃料利用率Ｕｆ（アノードに供給した燃料ガスの量に対する発電に利用された燃料ガスの量の割合）が目標利用率Ｕｆｔａｇとなるように、目標電流Ｉｔａｇに基づいて原燃料ガス供給装置３０から供給する原燃料ガスの目標流量の基本値であるガス流量基本値Ｑｇｂを設定する（ステップＳ１２０）。 When the CPU 101 sets the target current Itag, it sets the gas flow rate basic value Qgb, which is the basic value of the target flow rate of the raw fuel gas supplied from the raw fuel gas supply device 30, based on the target current Itag so that the fuel utilization rate Uf (the ratio of the amount of fuel gas used for power generation to the amount of fuel gas supplied to the anode) becomes the target utilization rate Uftag (step S120).

次に、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ１００で入力した燃焼排ガス温度Ｔｅｘが閾値α以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、閾値αは、燃焼器２４に失火が発生したか否かを判定するための閾値であり、予め実験的に求められる。ＣＰＵ１０１は、燃焼排ガス温度Ｔｅｘが閾値α以上であると判定すると、燃焼器２４に失火は生じていないと判断し、燃焼排ガス温度Ｔｅｘが適正温度として定められる目標温度Ｔｅｘｔａｇに近づくように、燃焼排ガス温度Ｔｅｘと目標温度Ｔｅｘｔａｇとの偏差に基づくフィードバック制御（比例積分制御）により原燃料ガスの目標流量の補正値であるガス流量補正値Ｑｇｃを設定する（ステップＳ１４０）。そして、ＣＰＵ１０１は、ガス流量基本値Ｑｇｂとガス流量補正値Ｑｇｃとの和に基づいて目標ガス流量Ｑｇｔａｇを設定する（ステップＳ１５０）。 Next, the CPU 101 determines whether the combustion exhaust gas temperature Tex input in step S100 is equal to or greater than the threshold value α (step S130). Here, the threshold value α is a threshold value for determining whether a misfire has occurred in the combustor 24, and is determined experimentally in advance. When the CPU 101 determines that the combustion exhaust gas temperature Tex is equal to or greater than the threshold value α, it determines that a misfire has not occurred in the combustor 24, and sets a gas flow correction value Qgc, which is a correction value for the target flow rate of the raw fuel gas, by feedback control (proportional-integral control) based on the deviation between the combustion exhaust gas temperature Tex and the target temperature Textag so that the combustion exhaust gas temperature Tex approaches the target temperature Textag, which is set as the appropriate temperature (step S140). Then, the CPU 101 sets the target gas flow rate Qgtag based on the sum of the gas flow rate basic value Qgb and the gas flow correction value Qgc (step S150).

続いて、ＣＰＵ１０１は、改質器２３におけるスチームカーボン比ＳＣ（原燃料ガス中の炭化水素に含まれる炭素と水蒸気改質のために添加される水蒸気とのモル比）が目標比ＳＣｔａｇとなるように、目標ガス流量Ｑｇｔａｇに基づいて改質水供給装置４０から供給する改質水の目標流量である目標改質水流量Ｑｗｔａｇを設定する（ステップＳ１６０）。 Next, the CPU 101 sets the target reforming water flow rate Qwtag, which is the target flow rate of the reforming water supplied from the reforming water supply device 40, based on the target gas flow rate Qgtag so that the steam carbon ratio SC (the molar ratio between the carbon contained in the hydrocarbons in the raw fuel gas and the steam added for steam reforming) in the reformer 23 becomes the target ratio SCtag (step S160).

次に、ＣＰＵ１０１は、エア供給装置５０が供給すべきエアの目標流量である目標エア流量Ｑａｔａｇを設定する（ステップＳ１７０）。目標エア流量Ｑａｔａｇの設定は、燃焼排ガス温度Ｔｅｘが目標温度Ｔｅｘｔａｇに近づくように、燃焼排ガス温度Ｔｅｘに基づいてエア利用率Ｕａを設定し、設定したエア利用率Ｕａとなるように目標ガス流量Ｑｇｔａｇに基づいて目標エア流量Ｑａｔａｇを設定することにより行なわれる。 Next, the CPU 101 sets the target air flow rate Qtag, which is the target flow rate of air to be supplied by the air supply device 50 (step S170). The target air flow rate Qtag is set by setting the air utilization rate Ua based on the combustion exhaust gas temperature Tex so that the combustion exhaust gas temperature Tex approaches the target temperature Textag, and by setting the target air flow rate Qtag based on the target gas flow rate Qgtag so as to achieve the set air utilization rate Ua.

こうして目標ガス流量Ｑｇｔａｇと目標改質水流量Ｑｗｔａｇと目標エア流量Ｑａｔａｇを設定すると、ＣＰＵ１０１は、目標ガス流量Ｑｇｔａｇで原燃料ガスが供給されるようにガスポンプ３６を制御すると共に（ステップＳ１８０）、目標改質水流量Ｑｗｔａｇで改質水が供給されるように改質水ポンプ４３を制御し（ステップＳ１９０）、目標エア流量Ｑａｔａｇでエアが供給されるようにエアポンプ５３を制御して（ステップＳ２００）、発電制御ルーチンを終了する。ガスポンプ３６の制御は、目標ガス流量Ｑｇｔａｇと流量センサ３９からのガス流量Ｑｇとの偏差に基づいてフィードバック演算（例えば比例積分制御）によりデューティを設定し、設定したデューティでガスポンプ３６のポンプモータを制御することにより行なわれる。また、改質水ポンプ４３の制御は、目標改質水流量Ｑｗｔａｇに基づいてデューティを設定し、設定したデューティで改質水ポンプ４３のポンプモータを制御することにより行なわれる。さらに、エアポンプ５３の制御は、目標エア流量Ｑａｔａｇと流量センサ５４からのエア流量Ｑａとの偏差に基づいてフィードバック演算（例えば比例積分制御）によりデューティを設定し、設定したデューティでエアポンプ５３のポンプモータを制御することにより行なわれる。 When the target gas flow rate Qgtag, the target reforming water flow rate Qwtag, and the target air flow rate Qtag are set in this manner, the CPU 101 controls the gas pump 36 so that the raw fuel gas is supplied at the target gas flow rate Qgtag (step S180), controls the reforming water pump 43 so that the reforming water is supplied at the target reforming water flow rate Qwtag (step S190), controls the air pump 53 so that air is supplied at the target air flow rate Qtag (step S200), and ends the power generation control routine. The gas pump 36 is controlled by setting a duty by feedback calculation (e.g., proportional-integral control) based on the deviation between the target gas flow rate Qgtag and the gas flow rate Qg from the flow sensor 39, and controlling the pump motor of the gas pump 36 at the set duty. The reforming water pump 43 is controlled by setting a duty based on the target reforming water flow rate Qwtag, and controlling the pump motor of the reforming water pump 43 at the set duty. Furthermore, the air pump 53 is controlled by setting a duty using feedback calculation (e.g., proportional-integral control) based on the deviation between the target air flow rate Qtag and the air flow rate Qa from the flow rate sensor 54, and controlling the pump motor of the air pump 53 at the set duty.

ＣＰＵ１０１は、ステップＳ１３０において、燃焼排ガス温度Ｔｅｘが閾値α未満であると判定すると、燃焼器２４に失火が生じていると判断し、燃焼器２４に供給されるアノードオフガスを増量させるための所定量Ｑｓｅｔをガス流量補正値Ｑｇｃに設定し（ステップＳ２１０）、ガス流量基本値Ｑｇｂとガス流量補正値Ｑｇｃとの和に基づいて目標ガス流量Ｑｇｔａｇを設定する（ステップＳ２２０）。所定量Ｑｓｅｔは、燃焼排ガス温度Ｔｅｘが閾値α以上である場合よりも、速い応答性をもってフィードフォワード制御により燃焼排ガス温度Ｔｅｘを目標温度Ｔｅｘｔａｇに近づけるための量であり、予め実験的に求められる。なお、ステップＳ２２０の処理は、ステップＳ１４０よりもフィードバックゲインを大きくして、フィードバック制御（比例積分制御）によりガス流量補正値Ｑｇｃを設定してもよい。続いて、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ１６０，Ｓ１７０と同様に、目標改質水流量Ｑｗｔａｇと目標エア流量Ｑａｔａｇとを設定し（ステップＳ２３０，Ｓ２４０）ステップＳ１８０～Ｓ２００と同様に、目標ガス流量Ｑｇｔａｇ、目標改質水流量Ｑｗｔａｇ、目標エア流量Ｑａｔａｇでそれぞれガスポンプ３６、改質水ポンプ４３、エアポンプ５３を制御する（ステップＳ２５０～Ｓ２７０）。そして、ＣＰＵ１０１は、点火装置２５をオンして（ステップＳ２８０）、発電制御ルーチンを終了する。これにより、燃焼器２４に供給するアノードオフガスを増量し、点火装置２５の駆動により、失火から素早く回復させることができる。 When the CPU 101 determines in step S130 that the combustion exhaust gas temperature Tex is less than the threshold value α, it determines that a misfire has occurred in the combustor 24, sets a predetermined amount Qset to the gas flow correction value Qgc for increasing the amount of anode off-gas supplied to the combustor 24 (step S210), and sets the target gas flow Qgtag based on the sum of the gas flow basic value Qgb and the gas flow correction value Qgc (step S220). The predetermined amount Qset is an amount for bringing the combustion exhaust gas temperature Tex closer to the target temperature Textag by feedforward control with faster responsiveness than when the combustion exhaust gas temperature Tex is equal to or greater than the threshold value α, and is determined experimentally in advance. In addition, the processing of step S220 may be performed by setting the feedback gain larger than that of step S140 and setting the gas flow correction value Qgc by feedback control (proportional integral control). Next, the CPU 101 sets the target reforming water flow rate Qwtag and the target air flow rate Qtag (steps S230, S240) in the same manner as in steps S160 and S170, and controls the gas pump 36, the reforming water pump 43, and the air pump 53 with the target gas flow rate Qgtag, the target reforming water flow rate Qwtag, and the target air flow rate Qtag, respectively (steps S250 to S270) in the same manner as in steps S180 to S200. Then, the CPU 101 turns on the ignition device 25 (step S280) and ends the power generation control routine. This increases the amount of anode off-gas supplied to the combustor 24, and the ignition device 25 is driven to quickly recover from misfire.

以上説明した本実施形態の燃料電池システム１０では、燃料電池スタック２１や気化器２２、改質器２３、燃焼器２４等の各部の状態は、燃焼器２４や燃焼排ガスの温度によって大きな影響を受けるため、温度センサ１１２により検出される燃焼排ガス温度Ｔｅｘが目標温度Ｔｅｘｔａｇとなるように原燃料ガスの供給量を制御することで、簡易な構成により燃料電池システム１０の各部の温度状態をより適切にすることができる。この結果、燃料電池システム１０をより良好な状態で運転することができる。 In the fuel cell system 10 of this embodiment described above, the state of each part, such as the fuel cell stack 21, vaporizer 22, reformer 23, combustor 24, etc., is significantly affected by the temperature of the combustor 24 and the combustion exhaust gas, so by controlling the supply amount of raw fuel gas so that the combustion exhaust gas temperature Tex detected by the temperature sensor 112 becomes the target temperature Textag, the temperature state of each part of the fuel cell system 10 can be made more appropriate with a simple configuration. As a result, the fuel cell system 10 can be operated in a better condition.

また、本実施形態の燃料電池システム１０では、燃焼排ガス温度Ｔｅｘが閾値α以上である場合には、フィードバック制御により燃焼排ガス温度Ｔｅｘが目標温度Ｔｅｘｔａｇに近づくように原燃料ガスを増量補正する一方、燃焼排ガス温度Ｔｅｘが閾値α未満である場合には、所定量Ｑｓｅｔを用いてフィードフォワード制御により原燃料ガスを増量補正する。これにより、オーバーシュートを抑制しつつ、燃焼排ガス温度Ｔｅｘを素早く目標温度Ｔｅｘｔａｇに近づけることができる。また、閾値αを燃焼器２４に失火が発生したか否かを判定するための閾値として定めることで、燃焼排ガス温度Ｔｅｘが閾値α未満となると、原燃料ガスを増量補正することにより、失火から素早く回復させることができる。 In addition, in the fuel cell system 10 of this embodiment, when the combustion exhaust gas temperature Tex is equal to or higher than the threshold value α, the raw fuel gas is increased by feedback control so that the combustion exhaust gas temperature Tex approaches the target temperature Textag, while when the combustion exhaust gas temperature Tex is less than the threshold value α, the raw fuel gas is increased by feedforward control using a predetermined amount Qset. This makes it possible to quickly bring the combustion exhaust gas temperature Tex closer to the target temperature Textag while suppressing overshoot. In addition, by setting the threshold value α as a threshold value for determining whether a misfire has occurred in the combustor 24, when the combustion exhaust gas temperature Tex falls below the threshold value α, the raw fuel gas is increased, thereby quickly recovering from the misfire.

上述した実施形態では、ＣＰＵ１０１は、燃料排ガス配管７５に設けられた温度センサ１１２からの燃焼排ガス温度Ｔｅｘに基づいて、燃料排ガス温度Ｔｅｘが目標温度Ｔｅｘｔａｇに近づくように目標エア流量Ｑａｔａｇを設定するものとした。しかし、ＣＰＵ１０１は、燃料電池スタック２１の近傍に設けられた温度センサ１１１からのスタック相関温度Ｔｓｔに基づいて、スタック相関温度Ｔｓｔが目標温度Ｔｓｔｔａｇに近づくように目標エア流量Ｑａｔａｇを設定してもよい。 In the above-described embodiment, the CPU 101 sets the target air flow rate Qtag based on the combustion exhaust gas temperature Tex from the temperature sensor 112 provided in the fuel exhaust gas piping 75 so that the fuel exhaust gas temperature Tex approaches the target temperature Textag. However, the CPU 101 may also set the target air flow rate Qtag based on the stack correlation temperature Tst from the temperature sensor 111 provided near the fuel cell stack 21 so that the stack correlation temperature Tst approaches the target temperature Tsttag.

上述した実施形態では、温度センサ１１２は、燃焼排ガス配管７５における気化器２２と熱交換器２６との間に設置されるものとした。しかし、温度センサ１１２は、燃焼器２４に設置されてもよいし、燃焼排ガス配管７５における改質器２３の上流側に設置されてもよいし、燃焼排ガス配管７５における改質器２３と気化器２２との間に設置されてもよいし、燃焼排ガス配管７５における熱交換器２６の下流側に設置されてもよい。 In the above-described embodiment, the temperature sensor 112 is installed between the vaporizer 22 and the heat exchanger 26 in the flue gas piping 75. However, the temperature sensor 112 may be installed in the combustor 24, may be installed upstream of the reformer 23 in the flue gas piping 75, may be installed between the reformer 23 and the vaporizer 22 in the flue gas piping 75, or may be installed downstream of the heat exchanger 26 in the flue gas piping 75.

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、燃料電池スタック２１が本開示の「燃料電池」に相当し、原燃料ガス供給装置３０が「原燃料ガス供給部」に相当し、改質器２３が「改質部」に相当し、燃焼器２４が「燃焼部」に相当し、温度センサ１１２が「温度センサ」に相当し、制御装置１００が「制御部」に相当する。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the section on means for solving the problem will be explained. In the embodiment, the fuel cell stack 21 corresponds to the "fuel cell" of this disclosure, the raw fuel gas supply device 30 corresponds to the "raw fuel gas supply section", the reformer 23 corresponds to the "reforming section", the combustor 24 corresponds to the "combustion section", the temperature sensor 112 corresponds to the "temperature sensor", and the control device 100 corresponds to the "control section".

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the Means for Solving the Problem column does not limit the elements of the invention described in the Means for Solving the Problem column, since the embodiment is an example for specifically explaining the form for implementing the invention described in the Means for Solving the Problem column. In other words, the interpretation of the invention described in the Means for Solving the Problem column should be based on the description in that column, and the embodiment is merely a specific example of the invention described in the Means for Solving the Problem column.

以上、本開示を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本開示はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 Although the above describes the form for implementing this disclosure using embodiments, this disclosure is in no way limited to these embodiments, and it goes without saying that this disclosure can be implemented in various forms without departing from the spirit of this disclosure.

本開示は、燃料電池システムの製造産業などに利用可能である。 This disclosure can be used in the fuel cell system manufacturing industry, etc.

１原燃料供給源、２電力系統、３電力ライン、４負荷、１０燃料電池システム、２０発電モジュール、２１燃料電池スタック、２２気化器、２３改質器、２４燃焼器、２５点火装置、２６熱交換器、２８燃焼触媒、２９モジュールケース、３０原燃料ガス供給装置、３１原燃料ガス供給管、３２，３３開閉弁、３４ガスポンプ、３５脱硫器、３９流量センサ、４０改質水供給装置、４１改質水供給管、４２改質水タンク、４３改質水ポンプ、４４凝縮水配管、５０エア供給装置、５１エア供給管、５２エアフィルタ、５３エアポンプ、５４流量センサ、６０排熱回収装置、６１貯湯タンク、６２凝縮器、６３循環配管、６４循環ポンプ、７１アノードガス配管、７２カソードガス配管、７３アノードオフガス配管、７４カソードオフガス配管、７５燃焼排ガス配管、８０パワーコンディショナ、８１電源基板、１００制御装置、１０１ＣＰＵ、１０２ＲＯＭ、１０３ＲＡＭ、１１１，１１２温度センサ、１１３電流センサ、１１４電圧センサ。 1 raw fuel supply source, 2 power system, 3 power line, 4 load, 10 fuel cell system, 20 power generation module, 21 fuel cell stack, 22 vaporizer, 23 reformer, 24 combustor, 25 ignition device, 26 heat exchanger, 28 combustion catalyst, 29 module case, 30 raw fuel gas supply device, 31 raw fuel gas supply pipe, 32, 33 on-off valve, 34 gas pump, 35 desulfurizer, 39 flow sensor, 40 reforming water supply device, 41 reforming water supply pipe, 42 reforming water tank, 43 reforming water pump, 44 condensed water pipe, 50 air supply device, 51 air supply pipe, 52 air filter, 53 air pump, 54 flow sensor, 60 exhaust heat recovery device, 61 hot water tank, 62 condenser, 63 circulation pipe, 64 circulation pump, 71 anode gas pipe, 72 Cathode gas piping, 73 Anode off gas piping, 74 Cathode off gas piping, 75 Combustion exhaust gas piping, 80 Power conditioner, 81 Power supply board, 100 Control device, 101 CPU, 102 ROM, 103 RAM, 111, 112 Temperature sensor, 113 Current sensor, 114 Voltage sensor.

Claims

A fuel cell system having a fuel cell that generates electricity based on an anode gas and a cathode gas,
a raw fuel gas supply unit for supplying a raw fuel gas;
a reforming unit that reforms the raw fuel gas into the anode gas;
a combustion section that combusts off-gas discharged from the fuel cell;
a temperature sensor for detecting a temperature of the combustion section or a combustion exhaust gas generated in the combustion section;
a control unit that controls the raw fuel gas supply unit so that the fuel cell generates power based on a required output of the fuel cell system and the temperature detected by the temperature sensor approaches a target temperature;
A fuel cell system comprising:

2. The fuel cell system according to claim 1,
the control unit, when the temperature detected by the temperature sensor is lower than the target temperature and equal to or higher than a predetermined temperature, corrects the amount of the raw fuel gas to be increased at a first response speed so that the temperature detected by the temperature sensor approaches the target temperature, and when the temperature detected by the temperature sensor is lower than the predetermined temperature, corrects the amount of the raw fuel gas to be increased at a second response speed faster than the first response speed.
Fuel cell system.

3. The fuel cell system according to claim 2,
the control unit increases the amount of the raw fuel gas by a feedback control based on a deviation between the temperature detected by the temperature sensor and the target temperature when the temperature detected by the temperature sensor is lower than the predetermined temperature and equal to or higher than the predetermined temperature, and increases the amount of the raw fuel gas by a feedforward control when the temperature detected by the temperature sensor is lower than the predetermined temperature.
Fuel cell system.

4. The fuel cell system according to claim 2,
The predetermined temperature is a threshold value for determining whether or not the combustion unit is misfired.
Fuel cell system.

4. The fuel cell system according to claim 1,
an evaporation section that evaporates reforming water to generate water vapor to be used for reforming the anode gas;
a combustion exhaust gas flow path formed so that the combustion exhaust gas generated in the combustion section passes through the reforming section and the evaporating section in order to exchange heat;
Equipped with
The temperature sensor is disposed downstream of the reforming section and the evaporating section in the combustion exhaust gas flow path.
Fuel cell system.