JP4462915B2 - Fuel cell power generator - Google Patents

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Description

本発明は、燃料ガス生成部にて生成される水素ガスを用いて発電する燃料電池発電部が設けられ、
前記燃料ガス生成部が、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気により水素ガスを主成分とするガスに改質処理する改質部を備えて構成され、
前記改質部に供給される原燃料ガスの供給量を前記燃料電池発電部の発電出力に応じた量になるように調節する原燃料ガス供給量調節部と、
前記改質部へ供給される原燃料ガスの供給量に対する前記改質部へ供給される水蒸気の供給量の比率が設定比率になるように、水蒸気の供給量を調節する水蒸気供給量調節部とが設けられた燃料電池発電装置に関する。 The present invention is provided with a fuel cell power generation unit that generates power using hydrogen gas generated in the fuel gas generation unit,
The fuel gas generation unit includes a reforming unit that reforms a hydrocarbon-based raw fuel gas into a gas mainly composed of hydrogen gas by steam,
A raw fuel gas supply amount adjusting unit that adjusts the supply amount of the raw fuel gas supplied to the reforming unit to an amount corresponding to the power generation output of the fuel cell power generation unit;
A steam supply amount adjusting unit that adjusts the supply amount of steam so that the ratio of the supply amount of steam supplied to the reforming unit to the supply amount of raw fuel gas supplied to the reforming unit becomes a set ratio; It is related with the fuel cell power generator provided with.

かかる燃料電池発電装置は、燃料ガス生成部を、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気により水素ガスを主成分とするガスに改質処理する改質部を備えて構成して、その燃料ガス生成部にて水素ガスを主成分とする燃料ガスを生成し、その燃料ガス生成部にて生成された燃料ガスを燃料電池発電部に供給して、その燃料電池発電部にて発電するものである。
そして、原燃料ガス供給量調節部にて、改質部に供給される原燃料ガスの供給量を燃料電池発電部の発電出力に応じた量になるように調節し、且つ、水蒸気供給量調節部にて、改質部へ供給される原燃料ガスの供給量に対する改質部へ供給される水蒸気の供給量の比率（以下、単に水蒸気／原燃料ガス供給量比率を記載する場合がある）が設定比率になるように、水蒸気の供給量を調節することにより、燃料ガス生成部にて、燃料電池発電部の発電出力に応じた量の燃料ガスを生成して、燃料電池発電部に供給するようになっている。 In such a fuel cell power generation device, a fuel gas generation unit is configured to include a reforming unit that reforms a hydrocarbon-based raw fuel gas into a gas mainly composed of hydrogen gas by steam, and generates the fuel gas. The fuel gas mainly composed of hydrogen gas is generated in the unit, the fuel gas generated in the fuel gas generation unit is supplied to the fuel cell power generation unit, and the fuel cell power generation unit generates power. .
Then, in the raw fuel gas supply amount adjusting unit, the supply amount of the raw fuel gas supplied to the reforming unit is adjusted to an amount corresponding to the power generation output of the fuel cell power generation unit, and the water vapor supply amount adjustment The ratio of the supply amount of steam supplied to the reforming unit to the supply amount of raw fuel gas supplied to the reforming unit (hereinafter, the steam / raw fuel gas supply rate ratio may be simply described) By adjusting the supply amount of water vapor so that becomes the set ratio, the fuel gas generation unit generates fuel gas in an amount corresponding to the power generation output of the fuel cell power generation unit and supplies it to the fuel cell power generation unit It is supposed to be.

このような燃料電池発電装置において、従来は、供給される原料水をバーナの加熱により蒸発させて水蒸気を生成してその生成水蒸気を改質部に供給する水蒸気発生器と、水蒸気／原燃料ガス供給量比率が設定比率になるように、水蒸気発生器に供給する原料水の供給量、即ち改質部へ供給される水蒸気の供給量を回転数の調節により調節する水ポンプとを設けて、水蒸気供給量調節部をその水ポンプを備えて構成していた。（例えば、特許文献１参照。）。   In such a fuel cell power generation device, conventionally, a water vapor generator that evaporates the supplied raw water by heating a burner to generate water vapor and supplies the generated water vapor to the reforming unit, and water vapor / raw fuel gas A water pump that adjusts the supply amount of raw water supplied to the steam generator, that is, the supply amount of steam supplied to the reforming unit by adjusting the rotation speed, so that the supply amount ratio becomes a set ratio, The water vapor supply amount adjusting unit was provided with the water pump. (For example, refer to Patent Document 1).

尚、前記特許文献１には、明確に記載されていないが、水ポンプの回転数を前述のように調節するコントローラを設けることになり、要するに、従来は、水蒸気供給量調節部を水ポンプ及びそれを制御するコントローラを備えて構成していた。   Although not clearly described in Patent Document 1, a controller for adjusting the rotation speed of the water pump as described above is provided. It was configured with a controller to control it.

特開２０００−２８５９４０号公報JP 2000-285940 A

ところで、水蒸気供給量調節部による水蒸気供給量の調節のバラツキにより、水蒸気／原燃料ガス供給量比率が設定比率よりも小さくなると、即ち、水蒸気供給量が少なくなると、燃料ガス生成部において燃料ガスを生成するための水蒸気が不足して安定して燃料ガスを生成することができなくなる虞があり、逆に、水蒸気／原燃料ガス供給量比率が設定比率よりも大きくなると、即ち、水蒸気供給量が多くなると、過剰な水蒸気による放熱損失が増加してエネルギー効率が低下することになる。   By the way, when the steam / raw fuel gas supply ratio becomes smaller than the set ratio due to variations in the steam supply by the steam supply adjustment section, that is, when the steam supply is reduced, the fuel gas is generated in the fuel gas generator. There is a risk that the fuel gas cannot be stably generated due to a lack of water vapor for generation, and conversely, when the water vapor / raw fuel gas supply amount ratio becomes larger than the set ratio, that is, the water vapor supply amount is reduced. If it increases, the heat dissipation loss due to excess water vapor increases and the energy efficiency decreases.

しかしながら、従来のように、単に水ポンプの回転数を調節することにより水蒸気供給量を調節する構成では、水蒸気供給量の調節精度が低いため、水蒸気供給量の過不足が生じ易く、上述の燃料ガスを安定して生成することができないといった問題や、エネルギー効率が低下するといった問題が生じ易い。   However, in the conventional configuration in which the water vapor supply amount is adjusted simply by adjusting the rotation speed of the water pump, the adjustment accuracy of the water vapor supply amount is low. Problems such as inability to stably generate gas and problems such as reduction in energy efficiency are likely to occur.

ちなみに、水蒸気供給量の調節精度を向上するために、原燃料ガス供給量調節部にて供給される原燃料ガスの流量を検出する原燃料ガス流量センサと、水ポンプにて調節される水の流量を検出する水流量センサとを設けて、それら原燃料ガス流量センサ及び水流量センサの検出情報に基づいて、水蒸気の流量が原燃料ガスの流量に対応する流量になるようにコントローラにて水ポンプを制御するように構成する場合が考えられるが、この場合は、前記原燃料ガス流量センサ及び水流量センサとしては高精度で高価なものが必要となるため、燃料電池発電装置が高騰化するという問題が生じる。   Incidentally, in order to improve the adjustment accuracy of the water vapor supply amount, the raw fuel gas flow rate sensor for detecting the flow rate of the raw fuel gas supplied by the raw fuel gas supply amount adjustment unit, and the water adjusted by the water pump A water flow sensor for detecting the flow rate, and based on the detection information of the raw fuel gas flow sensor and the water flow sensor, the controller controls the water flow rate so that the flow rate of water vapor becomes a flow rate corresponding to the flow rate of the raw fuel gas. Although it may be configured to control the pump, in this case, since the raw fuel gas flow rate sensor and the water flow rate sensor need to be highly accurate and expensive, the fuel cell power generation device is soared. The problem arises.

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料ガスを安定して生成することができ且つエネルギー効率を向上することができながら、低廉化を図り得る燃料電池発電装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell power generator capable of stably generating fuel gas and improving energy efficiency while achieving cost reduction. Is to provide.

本発明の燃料電池発電装置は、燃料ガス生成部にて生成される水素ガスを用いて発電する燃料電池発電部が設けられ、
前記燃料ガス生成部が、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気により水素ガスを主成分とするガスに改質処理する改質部を備えて構成され、
前記改質部に供給される原燃料ガスの供給量を前記燃料電池発電部の発電出力に応じた量になるように調節する原燃料ガス供給量調節部と、
前記改質部へ供給される原燃料ガスの供給量に対する前記改質部へ供給される水蒸気の供給量の比率が設定比率になるように、水蒸気の供給量を調節する水蒸気供給量調節部とが設けられたものであって、
第１特徴構成は、前記原燃料ガス供給量調節部にて供給量が調節されて供給される原燃料ガスを水と接触させる気液接触部を内部に備え、且つ、その気液接触部にて生成される原燃料ガスと水蒸気との混合気を内部に溜めるように構成された密閉容器が設けられ、
その密閉容器内の混合気が前記改質部に供給されるように構成され、
前記水蒸気供給量調節部が、
前記気液接触部にて原燃料ガスと接触させるための水を加熱する加熱手段と、
その加熱手段にて加熱された水の温度が設定温度になるように前記加熱手段の加熱作動を制御する制御手段とを備えて構成され、
前記設定温度が、前記密閉容器内での原燃料ガス分圧に対する比率が前記設定比率と同じ比率になる水蒸気分圧に等しい飽和水蒸気圧に対応する水の温度に設定されている点を特徴とする。 The fuel cell power generation device of the present invention is provided with a fuel cell power generation unit that generates power using hydrogen gas generated in the fuel gas generation unit,
The fuel gas generation unit includes a reforming unit that reforms a hydrocarbon-based raw fuel gas into a gas mainly composed of hydrogen gas by steam,
A raw fuel gas supply amount adjusting unit that adjusts the supply amount of the raw fuel gas supplied to the reforming unit to an amount corresponding to the power generation output of the fuel cell power generation unit;
A steam supply amount adjusting unit that adjusts the supply amount of steam so that the ratio of the supply amount of steam supplied to the reforming unit to the supply amount of raw fuel gas supplied to the reforming unit becomes a set ratio; Is provided,
The first characteristic configuration includes a gas-liquid contact portion for bringing the raw fuel gas supplied with the supply amount adjusted by the raw fuel gas supply amount adjustment portion into contact with water, and the gas-liquid contact portion includes An airtight container configured to store a mixture of raw fuel gas and water vapor generated in the interior,
The air-fuel mixture in the sealed container is configured to be supplied to the reforming unit,
The steam supply amount adjusting unit is
Heating means for heating water for contacting the raw fuel gas at the gas-liquid contact portion;
And a control means for controlling the heating operation of the heating means so that the temperature of the water heated by the heating means becomes a set temperature,
The set temperature is characterized in that it is set to the temperature of water corresponding to a saturated water vapor pressure equal to a water vapor partial pressure at which the ratio to the raw fuel gas partial pressure in the sealed container is the same ratio as the set ratio. To do.

即ち、密閉容器内において、気液接触部により、原燃料ガス供給量調節部にて供給量が調節されて供給される原燃料ガスと加熱手段にて設定温度になるように加熱された水とを接触させて、原燃料ガスと水蒸気との混合気が生成され、そのように生成された混合気が密閉容器内に溜まり、その密閉容器内に溜まっている混合気が改質部に供給される。
そして、密閉容器内において、供給される原燃料ガスに対して多量の水を接触させることにより、密閉容器内の水蒸気分圧は、その水の温度に対応する飽和水蒸気圧となり、又、設定温度として、密閉容器内での原燃料ガス分圧に対する比率が前記設定比率と同じ比率になる水蒸気分圧に等しい飽和水蒸気圧に対応する水の温度に設定されているので、原燃料ガスを、その供給量が変動してもその供給圧力が所定の目標圧力又は略目標圧力に維持される状態で密閉容器内に供給するように構成することにより、密閉容器内における水蒸気分圧及び原燃料ガス分圧は、原燃料ガス分圧に対する水蒸気分圧の比率が設定比率又は略設定比率となるように維持されることになり、改質部に対して、水蒸気と原燃料ガスとが、原燃料ガスの供給量が変動したとしても、水蒸気／原燃料ガス供給量比率が設定比率又は略設定比率になる状態で供給される。 That is, in the sealed container, the raw fuel gas supplied by adjusting the supply amount by the raw fuel gas supply amount adjusting unit by the gas-liquid contact unit and the water heated to the set temperature by the heating means, To generate a mixture of raw fuel gas and water vapor, the mixture thus generated is stored in a sealed container, and the mixture stored in the sealed container is supplied to the reforming unit. The
Then, by bringing a large amount of water into contact with the supplied raw fuel gas in the sealed container, the water vapor partial pressure in the sealed container becomes a saturated water vapor pressure corresponding to the temperature of the water, and the set temperature As the temperature of the water corresponding to the saturated water vapor pressure equal to the water vapor partial pressure at which the ratio to the raw fuel gas partial pressure in the sealed container is the same as the set ratio, the raw fuel gas is Even if the supply amount fluctuates, the water vapor partial pressure and the raw fuel gas content in the sealed container are configured by supplying the sealed container with the supply pressure maintained at a predetermined target pressure or substantially the target pressure. The pressure is maintained such that the ratio of the steam partial pressure to the raw fuel gas partial pressure is a set ratio or a substantially set ratio, and the steam and the raw fuel gas are supplied to the reforming unit by the raw fuel gas. Supply amount of Even the supplied in a state of steam / raw fuel gas supply amount ratio is set ratio or substantially the preset ratio.

つまり、加熱手段にて加熱された水の温度が設定温度になるように加熱手段の加熱作動を制御することにより、水蒸気／原燃料ガス供給量比率を調節するのであるが、一般に、加熱手段により水を加熱するに当たってその加熱温度の制御を高精度に行うことは容易に実現することができるものであるので、そのように加熱手段にて加熱された水の温度が設定温度になるように加熱手段の加熱作動を制御することにより、原燃料ガスの供給量が変動したとしても、以下に説明するように、水蒸気／原燃料ガス供給量比率の調節精度を向上することが可能になって、燃料ガスを安定して生成することができるようにすると共に、水蒸気による放熱損失を抑制してエネルギー効率を向上することが可能になるのである。   That is, by controlling the heating operation of the heating means so that the temperature of the water heated by the heating means becomes the set temperature, the steam / raw fuel gas supply amount ratio is adjusted. When heating water, it is easy to control the heating temperature with high accuracy, so heating is performed so that the temperature of the water heated by the heating means becomes the set temperature. By controlling the heating operation of the means, even if the supply amount of the raw fuel gas fluctuates, as described below, it becomes possible to improve the adjustment accuracy of the steam / raw fuel gas supply amount ratio, In addition to being able to stably generate fuel gas, it is possible to improve energy efficiency by suppressing heat dissipation loss due to water vapor.

即ち、制御手段により、気液接触部にて原燃料ガスと接触させるための水の温度を設定温度になるように精度良く制御することができるので、密閉容器内において、気液接触部にて原燃料ガスと水とを接触させて、原燃料ガス分圧に対する水蒸気分圧の比率が設定比率又は略設定比率となるように水蒸気と原燃料ガスとの混合気を生成して溜めることが可能となり、そして、そのように原燃料ガス分圧に対する水蒸気分圧の比率が設定比率又は略設定比率となるように混合された水蒸気と原燃料ガスとの混合気を改質部に供給するので、原燃料ガスの供給量が変動したとしても、水蒸気／原燃料ガス供給量比率を設定比率又は略設定比率に精度良く調節することが可能になるのである。   In other words, the control means can accurately control the temperature of water to be brought into contact with the raw fuel gas at the gas-liquid contact portion so that it becomes the set temperature. By bringing the raw fuel gas and water into contact, it is possible to generate and store a mixture of water vapor and raw fuel gas so that the ratio of the partial pressure of water vapor to the partial pressure of the raw fuel gas is a set ratio or a substantially set ratio. And, since the mixture of steam and raw fuel gas mixed so that the ratio of the partial pressure of water vapor to the partial pressure of the raw fuel gas is a set ratio or a substantially set ratio is supplied to the reforming section, Even if the supply amount of the raw fuel gas fluctuates, the water vapor / raw fuel gas supply amount ratio can be accurately adjusted to the set ratio or the substantially set ratio.

又、加熱手段にて加熱された水の温度が設定温度になるように加熱手段の加熱作動を制御することにより、水蒸気／原燃料ガス供給量比率の調節精度を向上することが可能になって、水蒸気供給量の調節精度を向上するために従来必要としていた原燃料ガス流量センサ及び水流量センサを不要にすることが可能になるので、燃料電池発電装置の低廉化を図ることができる。
従って、燃料ガスを安定して生成することができ且つエネルギー効率を向上することができながら、低廉化を図り得る燃料電池発電装置を提供することができるようになった。 In addition, by controlling the heating operation of the heating unit so that the temperature of the water heated by the heating unit becomes the set temperature, it becomes possible to improve the adjustment accuracy of the steam / raw fuel gas supply amount ratio. In addition, since it becomes possible to eliminate the raw fuel gas flow rate sensor and the water flow rate sensor that are conventionally required to improve the adjustment accuracy of the water vapor supply amount, it is possible to reduce the cost of the fuel cell power generator.
Therefore, it has become possible to provide a fuel cell power generator that can stably produce fuel gas and improve energy efficiency while being able to reduce the cost.

第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記気液接触部が、前記密閉容器内に貯留される水に原燃料ガスを吹き出して、原燃料ガスと水とを接触させるように構成され、
前記加熱手段が、前記密閉容器内に貯留される水を加熱するように構成されている点を特徴とする。 In addition to the first feature configuration, the second feature configuration is
The gas-liquid contact portion is configured to blow raw fuel gas into water stored in the sealed container so as to contact the raw fuel gas and water,
The heating means is configured to heat water stored in the sealed container.

即ち、加熱手段により、密閉容器内に貯留される水が設定温度になるように加熱され、そのように設定温度になるように加熱される密閉容器内の水に原燃料ガスが吹き出されて、原燃料ガスと水蒸気とが接触して混合気が生成される。
つまり、密閉容器内に貯留する水の量を多くして、そのように貯留量を多くした密閉容器内の水を設定温度に加熱するようにすることにより、原燃料ガスと接触させる水の温度の変動を抑制することが可能になって、密閉容器内の水蒸気分圧の変動を抑制することが可能になるので、水蒸気／原燃料ガス供給量比率の調節精度を一層向上することが可能になる。
従って、燃料ガス生成の安定化及びエネルギー効率の向上を促進する上で好ましい手段を提供することができるようになった。 That is, the water stored in the sealed container is heated to a set temperature by the heating means, and the raw fuel gas is blown out to the water in the sealed container heated to the set temperature. The raw fuel gas and water vapor come into contact with each other to generate an air-fuel mixture.
In other words, by increasing the amount of water stored in the sealed container and heating the water in the sealed container with such a large amount of storage to the set temperature, the temperature of the water to be brought into contact with the raw fuel gas It is possible to suppress the fluctuation of the water vapor and to suppress the fluctuation of the water vapor partial pressure in the sealed container, so that the adjustment accuracy of the water vapor / raw fuel gas supply amount ratio can be further improved. Become.
Therefore, it has become possible to provide a preferable means for promoting stabilization of fuel gas generation and improvement of energy efficiency.

第３特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記気液接触部が、前記密閉容器内に充填された充填層の上部から散水手段にて水を散水し且つ前記充填層に対して原燃料ガスを吹き出して、前記充填層にて原燃料ガスと水とを接触させるように構成され、
前記散水手段から散水されて前記充填層を通過した水を溜める水溜り部の水を前記密閉容器の外部に配設された水循環路を通して前記散水手段に供給する水循環ポンプが設けられ、
前記加熱手段が、前記水循環路を通流する水を加熱するように構成されている点を特徴とする。 In addition to the first feature configuration, the third feature configuration is
The gas-liquid contact part sprinkles water from the upper part of the packed bed filled in the sealed container with watering means and blows out the raw fuel gas to the packed bed, and the raw fuel gas in the packed bed Configured to contact water with water,
A water circulation pump is provided for supplying water to a water sprinkling means through a water circulation path disposed outside the hermetic container to collect water from the water sprinkling means that accumulates water that has passed through the packed bed.
The heating means is configured to heat water flowing through the water circulation path.

即ち、加熱手段により、密閉容器の外部に配設された水循環路を通流する水が設定温度になるように加熱される状態で、水循環ポンプにより、水溜り部の水が水循環路を通して散水手段に供給され、そのように供給される水が散水手段により充填層の上部から散水されると共に、充填層に対して原燃料ガスが吹き出されて、その充填層にて原燃料ガスと水とが接触して混合気が生成される。
つまり、加熱手段により、水循環路を通流する水を加熱するようにすることにより、加熱手段の加熱対象とする水の量を少なくして、気液接触部にて原燃料ガスと接触させるための水を設定温度にまで加熱するのに要する時間を短縮することが可能になる。
従って、燃料電池発電装置の起動時間を短縮する上で好適な手段を提供することができるようになった。
特に、燃料電池発電装置を、例えば、１日のうちの所定の運転時間帯にて運転し残りの時間帯は停止する形態で間欠的に運転する場合において、起動時間を短縮して、効率良く運転することが可能になる。 That is, in the state where the water flowing through the water circulation path disposed outside the sealed container is heated by the heating means so as to reach the set temperature, the water circulation pump causes the water in the water reservoir to sprinkle through the water circulation path. The water supplied in this way is sprinkled from the upper part of the packed bed by the watering means, and the raw fuel gas is blown out to the packed bed, and the raw fuel gas and water are separated from the packed bed. In contact, an air-fuel mixture is generated.
That is, by heating the water flowing through the water circulation path with the heating means, the amount of water to be heated by the heating means is reduced and brought into contact with the raw fuel gas at the gas-liquid contact portion. It is possible to shorten the time required to heat the water to the set temperature.
Therefore, it has become possible to provide a suitable means for shortening the startup time of the fuel cell power generator.
In particular, in the case where the fuel cell power generator is operated intermittently, for example, in a mode in which the fuel cell power generator is operated in a predetermined operating time zone of the day and stopped in the remaining time zone, the startup time is shortened and efficient. It becomes possible to drive.

〔第１実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第１実施形態を説明する。
図１に示すように、燃料電池発電装置は、燃料ガス及び空気が供給されてその燃料ガス中の水素ガスと空気中の酸素を用いて発電する燃料電池発電部１、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気により水素ガスを主成分とするガスに改質処理する改質部２を備えて、燃料電池発電部１に供給する燃料ガスを生成する燃料ガス生成部Ｒ、燃料電池発電部１に発電用の空気を供給する発電用送風機３、改質部２に供給される原燃料ガスの供給量を燃料電池発電部１の発電出力に応じた量になるように調節する原燃料ガス供給量調節部Ｋｃ、改質部２へ供給される原燃料ガスの供給量に対する改質部２へ供給される水蒸気の供給量の比率が設定比率になるように、水蒸気の供給量を調節する水蒸気供給量調節部Ｋｓ、及び、燃料電池発電部１の運転を制御する制御部４等を設けて構成してある。 [First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
As shown in FIG. 1, the fuel cell power generation apparatus includes a fuel cell power generation unit 1 that is supplied with fuel gas and air and generates power using hydrogen gas in the fuel gas and oxygen in the air, and hydrocarbon-based raw fuel. A fuel gas generation unit R that generates a fuel gas to be supplied to the fuel cell power generation unit 1 and a fuel cell power generation unit 1 that includes a reforming unit 2 that reforms the gas into a gas mainly composed of hydrogen gas by steam. The raw fuel gas supply amount that adjusts the supply amount of the raw fuel gas supplied to the power generation blower 3 and the reforming unit 2 for supplying the power generation air to the amount corresponding to the power generation output of the fuel cell power generation unit 1 Steam supply for adjusting the supply amount of steam so that the ratio of the supply amount of steam supplied to the reforming unit 2 to the supply amount of raw fuel gas supplied to the adjusting unit Kc and the reforming unit 2 becomes a set ratio Controls the operation of the quantity adjustment unit Ks and the fuel cell power generation unit 1 It is configured by providing the that the control unit 4 and the like.

前記燃料電池発電部１は、周知であるので詳細な説明を省略して簡単に説明すると、燃料電池発電部１は、例えば、固体高分子膜を電解質層（図示省略）とするセル（図示省略）の複数を積層状態に設けた固体高分子型に構成し、前記燃料ガス生成部Ｒから燃料ガス供給路５を通じて供給される燃料ガスが各セルの燃料極（図示省略）に分配供給され、前記発電用送風機３から発電用空気供給路６を通じて供給される空気が各セルの酸素極（図示省略）に分配供給されて、水素と酸素との電気化学的な反応により直流電力を発電するようになっている。
そして、前記燃料電池発電部１から出力路７を通じて出力される直流電力をインバータ８により交流に変換して、電気負荷９に供給するようになっていて、前記出力路７には、燃料電池発電部１の発電出力として発電電力を計測する電力計１０を設けてある。 Since the fuel cell power generation unit 1 is well known, a detailed description thereof will be omitted. To briefly describe the fuel cell power generation unit 1, for example, the fuel cell power generation unit 1 includes a cell (not illustrated) having a solid polymer film as an electrolyte layer (not illustrated). And a fuel gas supplied from the fuel gas generator R through the fuel gas supply path 5 is distributed and supplied to the fuel electrode (not shown) of each cell, The air supplied from the power generation blower 3 through the power generation air supply path 6 is distributed and supplied to the oxygen electrode (not shown) of each cell so as to generate DC power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. It has become.
The DC power output from the fuel cell power generation unit 1 through the output path 7 is converted into AC by the inverter 8 and supplied to the electric load 9. The output path 7 includes the fuel cell power generation A wattmeter 10 for measuring the generated power as the power generation output of the unit 1 is provided.

前記燃料電池発電部１の各セルの燃料極から排出される燃料極排ガスは、オフガス路１１を通じて、後述する改質部２の改質バーナ２ｂに燃料として供給するようにしてある。   The fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel electrode of each cell of the fuel cell power generation unit 1 is supplied as fuel to the reforming burner 2b of the reforming unit 2 to be described later through the offgas passage 11.

前記燃料ガス生成部Ｒについて説明を加えると、燃料ガス生成部Ｒは、前記改質部２の他に、その改質部２から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを二酸化炭素ガスに変成処理する変成部１２、及び、その変成部１２から供給される改質処理ガス中の一酸化炭素ガスを選択酸化用空気にて選択酸化処理する選択酸化部１３を備えて構成してあり、その選択酸化部１３にて選択酸化処理した改質処理ガスを燃料ガスとして、前記燃料ガス供給路５を通じて燃料電池発電部１に供給するようにしてある。   When the fuel gas generation unit R is described further, the fuel gas generation unit R converts carbon monoxide gas in the reformed gas supplied from the reforming unit 2 into carbon dioxide in addition to the reforming unit 2. A shift unit 12 that converts the gas into a gas, and a selective oxidation unit 13 that selectively oxidizes the carbon monoxide gas in the reformed gas supplied from the shift unit 12 with selective oxidation air. The reforming gas selectively oxidized in the selective oxidation unit 13 is supplied as fuel gas to the fuel cell power generation unit 1 through the fuel gas supply path 5.

前記改質部２には、その改質部２を改質処理可能なように加熱する前記改質バーナ２ｂを設けてあり、その改質バーナ２ｂには、前述したように、オフガス路１１を通じて燃料極排ガスを燃料として供給するようにしてあり、又、改質バーナ２ｂには、燃焼用空気供給路１４を通じて発電用送風機３からの空気を燃焼用空気として供給するようにしてある。
そして、改質部２においては、メタンガスを主成分とする都市ガスが原燃料ガスである場合は、所定の改質処理温度の下で、改質触媒の触媒作用により、メタンガスと水蒸気とが下記の反応式１にて改質反応して、水素ガスと一酸化炭素ガスを含むガスに改質処理される。
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ……………（反応式１） The reforming section 2 is provided with the reforming burner 2b that heats the reforming section 2 so that the reforming process can be performed, and the reforming burner 2b passes through the off-gas path 11 as described above. Fuel electrode exhaust gas is supplied as fuel, and air from the power generation blower 3 is supplied as combustion air to the reforming burner 2b through the combustion air supply path.
In the reforming unit 2, when the city gas mainly composed of methane gas is the raw fuel gas, the methane gas and water vapor are converted into the following by the catalytic action of the reforming catalyst at a predetermined reforming treatment temperature. A reforming reaction is performed in the reaction formula 1 and reformed to a gas containing hydrogen gas and carbon monoxide gas.
CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO (reaction formula 1)

前記変成部１２においては、所定の変成処理温度の下で、改質処理ガス中の一酸化炭素ガスと水蒸気とが、一酸化炭素変成触媒の触媒作用により下記の反応式２にて変成反応して、一酸化炭素ガスが二酸化炭素ガスに変成処理される。
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2……………（反応式２） In the shift converter 12, the carbon monoxide gas and water vapor in the reformed gas undergo a shift reaction according to the following reaction formula 2 by the catalytic action of the carbon monoxide shift catalyst at a predetermined shift treatment temperature. Thus, the carbon monoxide gas is transformed into carbon dioxide gas.
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (reaction formula 2)

選択酸化部１３においては、所定の選択酸化処理温度の下で、選択酸化触媒の触媒作用によって、改質処理ガス中に残っている一酸化炭素ガスが選択酸化される。   In the selective oxidation unit 13, the carbon monoxide gas remaining in the reforming process gas is selectively oxidized by the catalytic action of the selective oxidation catalyst at a predetermined selective oxidation temperature.

つまり、原燃料ガスとしてメタンガスを主成分とする都市ガスを用いる場合は、燃料ガス生成部Ｒ全体としては、下記の反応式３の反応が起こることになり、改質部２には、水蒸気をメタンガスに対するモル比で２以上になる所定の比率で供給する必要がある。   That is, when city gas mainly composed of methane gas is used as the raw fuel gas, the reaction of the following reaction formula 3 occurs in the entire fuel gas generation unit R, and steam is supplied to the reforming unit 2. It is necessary to supply at a predetermined ratio that is 2 or more in molar ratio to methane gas.

ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋４Ｈ2……………（反応式３） CH 4 + 2H 2 O → CO 2 + 4H 2 (reaction formula 3)

従って、改質部２へ供給される原燃料ガスの供給量（Ｑｃ）に対する改質部２へ供給される水蒸気の供給量（Ｑｓ）の比率（Ｑｓ／Ｑｃ）として設定する前記設定比率は、例えば２〜３．５の所定の値に設定することになり、以下、本実施形態では、前記設定比率として２に設定する場合を例にして説明する。   Therefore, the setting ratio set as the ratio (Qs / Qc) of the supply amount (Qs) of the steam supplied to the reforming unit 2 to the supply amount (Qc) of the raw fuel gas supplied to the reforming unit 2 is: For example, a predetermined value of 2 to 3.5 is set, and in the present embodiment, the case where the setting ratio is set to 2 will be described below as an example.

前記原燃料ガス供給量調節部Ｋｃ及び水蒸気供給量調節部Ｋｓについて説明を加える。
前記改質部２にて改質処理するための原燃料ガスを原燃料ガス供給源（図示省略）から導く原燃料ガス供給路１５に、通流する原燃料ガスの流量を調節する原燃料ガス流量調節弁１６を設け、前記制御部４により、前記電力計１０の検出情報に基づいて、原燃料ガス供給路１５を通流する原燃料ガスの流量が燃料電池発電部１の発電電力に応じた流量になるように原燃料ガス流量調節弁１６を制御するように構成してある。
つまり、原燃料ガス供給量調節部Ｋｃは、原燃料ガス供給路１５、その原燃料ガス供給路１５に設けた原燃料ガス流量調節弁１６、及び、その原燃料ガス流量調節弁１６を制御する制御部４を備えて構成してある。 The raw fuel gas supply amount adjusting unit Kc and the water vapor supply amount adjusting unit Ks will be described.
The raw fuel gas for adjusting the flow rate of the raw fuel gas flowing through the raw fuel gas supply path 15 that guides the raw fuel gas to be reformed in the reforming unit 2 from the raw fuel gas supply source (not shown). A flow control valve 16 is provided, and the flow rate of the raw fuel gas flowing through the raw fuel gas supply passage 15 is determined by the control unit 4 based on the detection information of the wattmeter 10 according to the generated power of the fuel cell power generation unit 1. The raw fuel gas flow rate control valve 16 is controlled so that the flow rate becomes the same.
That is, the raw fuel gas supply amount adjusting unit Kc controls the raw fuel gas supply passage 15, the raw fuel gas flow rate adjustment valve 16 provided in the raw fuel gas supply passage 15, and the raw fuel gas flow rate adjustment valve 16. A control unit 4 is provided.

尚、原燃料ガス供給源（図示省略）から原燃料ガスを原燃料ガス流量調節弁１６にて流量が調節される状態で原燃料ガス供給路１５を通じて供給するに当たっては、流量が変更調節されても、原燃料ガスの供給圧力は目標圧力又は略目標圧力に維持されるように構成してある。   Note that when the raw fuel gas is supplied from the raw fuel gas supply source (not shown) through the raw fuel gas supply passage 15 in a state where the flow rate is adjusted by the raw fuel gas flow rate adjustment valve 16, the flow rate is changed and adjusted. However, the supply pressure of the raw fuel gas is configured to be maintained at the target pressure or substantially the target pressure.

原燃料ガス流量調節弁１６にて流量が調節される状態で原燃料ガス供給路１５を通じて供給される原燃料ガスを水と接触させる気液接触部Ｓを内部に備え、且つ、その気液接触部Ｓにて生成される原燃料ガスと水蒸気との混合気を内部に溜めるように構成した密閉容器１７を設け、その密閉容器１７内の混合気を前記改質部２に供給するように、密閉容器１７と改質部２とを混合気供給路１８にて接続してある。   A gas-liquid contact portion S for bringing the raw fuel gas supplied through the raw fuel gas supply passage 15 into contact with water while the flow rate is adjusted by the raw fuel gas flow rate adjustment valve 16 is provided therein, and the gas-liquid contact A closed container 17 configured to store an air-fuel mixture of raw fuel gas and water vapor generated in the part S, and supply the air-fuel mixture in the airtight container 17 to the reforming unit 2; The hermetic container 17 and the reforming unit 2 are connected by an air-fuel mixture supply path 18.

そして、水蒸気供給量調節部Ｋｓを、気液接触部Ｓにて原燃料ガスと接触させるための水を加熱する加熱手段としてのガスバーナ２４と、そのガスバーナ２４にて加熱された水の温度が設定温度になるようにガスバーナ２４の加熱作動を制御する制御手段Ｖを備えて構成し、前記設定温度を、密閉容器１７内での原燃料ガス分圧に対する比率が前記設定比率と同じ比率になる水蒸気分圧に等しい飽和水蒸気圧に対応する水の温度に設定してある。   And the gas burner 24 as a heating means for heating the water for making the water vapor supply amount adjusting unit Ks contact the raw fuel gas at the gas-liquid contact unit S, and the temperature of the water heated by the gas burner 24 are set. The control means V is configured to control the heating operation of the gas burner 24 so as to reach a temperature, and the set temperature is the water vapor whose ratio to the raw fuel gas partial pressure in the sealed container 17 is the same as the set ratio. It is set to the temperature of the water corresponding to the saturated water vapor pressure equal to the partial pressure.

前記密閉容器１７について説明を加える。密閉容器１７には、給水タンク（図示省略）から水を導く補給水路２０を接続し、その補給水路２０に水補給ポンプ２１を設け、その水補給ポンプ２１により密閉容器１７内に水を供給して、密閉容器１７内に水を貯留するように構成してある。
そして、密閉容器１７内に貯留する水の水位を検出する水位センサ２２を設け、制御部４により、水位センサ２２の検出情報に基づいて、密閉容器１７内の水位を設定範囲内に維持すべく水補給ポンプ２１を制御するように構成してある。 The sealed container 17 will be further described. The airtight container 17 is connected with a replenishment water channel 20 that guides water from a water supply tank (not shown), a water replenishment pump 21 is provided in the replenishment water channel 20, and water is supplied into the airtight container 17 by the water replenishment pump 21. Thus, water is stored in the sealed container 17.
And the water level sensor 22 which detects the water level of the water stored in the airtight container 17 is provided, and based on the detection information of the water level sensor 22 by the control part 4, in order to maintain the water level in the airtight container 17 within a setting range. The water supply pump 21 is configured to be controlled.

前記気液接触部Ｓについて説明を加える。密閉容器１７内に貯留される水に沈没させた状態で、多孔状体２３を設け、その多孔状体２３に、前記原燃料ガス供給路１５を接続して、その原燃料ガス供給路１５を通じて供給される原燃料ガスを多孔状体２３から密閉容器１７内の水中に多数の泡状に吹き出すようにしてある。つまり、気液接触部Ｓを、密閉容器１７内に貯留される水に原燃料ガスを吹き出して、原燃料ガスと水とを接触させるように構成してある。   The gas-liquid contact portion S will be further described. A porous body 23 is provided in a state where the porous body 23 is submerged in the water stored in the sealed container 17, and the raw fuel gas supply path 15 is connected to the porous body 23, and the raw fuel gas supply path 15 is connected to the porous body 23. The supplied raw fuel gas is blown out from the porous body 23 into the water in the sealed container 17 in the form of a large number of bubbles. That is, the gas-liquid contact part S is configured to blow the raw fuel gas into the water stored in the sealed container 17 so that the raw fuel gas and water are brought into contact with each other.

前記ガスバーナ２４について説明を加える。ガスバーナ２４を密閉容器１７の底部の下方に配設すると共に、そのガスバーナ２４に、前記原燃料ガス供給路１５における前記原燃料ガス流量調節弁１６の設置箇所よりも上流側の箇所から分岐させたバーナ用燃料供給路２５、及び、バーナ用送風機２６からの空気を導く燃焼用空気路２７を接続してある。
つまり、ガスバーナ２４は、改質部２に供給するのと同じ原燃料ガスを燃焼させて、密閉容器１７の底部を通じて、密閉容器１７内に貯留される水を加熱するように構成してある。
バーナ用燃料供給路２５には、通流する原燃料ガスの流量を調節するバーナ用燃料流量調節弁２８を設けてある。 The gas burner 24 will be further described. The gas burner 24 is disposed below the bottom of the hermetic container 17, and the gas burner 24 is branched from a location upstream of the location where the raw fuel gas flow rate control valve 16 is installed in the raw fuel gas supply path 15. A burner fuel supply passage 25 and a combustion air passage 27 for guiding air from the burner blower 26 are connected.
That is, the gas burner 24 is configured to burn the same raw fuel gas that is supplied to the reforming unit 2 and to heat the water stored in the sealed container 17 through the bottom of the sealed container 17.
The burner fuel supply passage 25 is provided with a burner fuel flow rate adjustment valve 28 for adjusting the flow rate of the raw fuel gas flowing therethrough.

前記制御手段Ｖについて説明を加える。
ガスバーナ２４にて加熱された水の温度、即ち、密閉容器１７内に貯留される水の温度を検出するように、温度センサ１９を設けてある。
そして、前記制御部４により、温度センサ１９の検出情報に基づいて、バーナ用燃料流量調節弁２８を制御することによりガスバーナ２４の燃焼量を調節して、即ち、ガスバーナ２４の加熱作動を制御して、密閉容器１７内に貯留される水の温度を調節するように構成してあり、制御手段Ｖは、ガスバーナ２４への燃料の供給量を調節するバーナ用燃料流量調節弁２８、ガスバーナ２４にて加熱された水の温度を検出する温度センサ１９、及び、その温度センサ１９の検出情報に基づいて、ガスバーナ２４にて加熱された水の温度が設定温度になるようにバーナ用燃料流量調節弁２８を制御する制御部４を備えて構成してある。 The control means V will be further described.
A temperature sensor 19 is provided so as to detect the temperature of the water heated by the gas burner 24, that is, the temperature of the water stored in the sealed container 17.
Then, the control unit 4 controls the burner fuel flow rate adjustment valve 28 based on the detection information of the temperature sensor 19 to adjust the combustion amount of the gas burner 24, that is, to control the heating operation of the gas burner 24. Thus, the temperature of the water stored in the hermetic container 17 is adjusted, and the control means V controls the burner fuel flow rate adjustment valve 28 for adjusting the fuel supply amount to the gas burner 24 and the gas burner 24. A temperature sensor 19 for detecting the temperature of the heated water, and a burner fuel flow rate adjustment valve based on the detection information of the temperature sensor 19 so that the temperature of the water heated by the gas burner 24 becomes a set temperature. 28 is provided.

次に、水蒸気供給量調節部Ｋｓの作用を説明する。
前記設定比率を２に設定する場合、改質部２に供給する混合気における水蒸気と原燃料ガスとの混合比率は２：１に設定することになる。そして、改質部２に供給する原燃料ガスと水蒸気との混合気の全圧を例えば１０５ｋＰａに設定すると、密閉容器１７内に、水蒸気と原燃料ガスとの混合比率が２：１の混合気が溜まるようにするには、密閉容器１７内における原燃料ガスの分圧、水蒸気の分圧をそれぞれ３５ｋＰａ、７０ｋＰａにすることになる。
そして、飽和水蒸気圧が７０ｋＰａになる水の温度は８９．９°Ｃであるので、密閉容器１７内での原燃料ガス分圧（この実施形態では３５ｋＰａ）に対する比率が前記設定比率（この実施形態では２）と同じ比率になる水蒸気分圧（この実施形態では７０ｋＰａ）に等しい飽和水蒸気圧に対応する水の温度に設定する前記設定温度としては、８９．９°Ｃに設定することになる。 Next, the operation of the water vapor supply amount adjusting unit Ks will be described.
When the setting ratio is set to 2, the mixing ratio of water vapor and raw fuel gas in the air-fuel mixture supplied to the reforming unit 2 is set to 2: 1. When the total pressure of the mixture of raw fuel gas and water vapor supplied to the reforming unit 2 is set to, for example, 105 kPa, the air-fuel mixture having a mixture ratio of water vapor and raw fuel gas of 2: 1 is set in the sealed container 17. In order to accumulate water, the partial pressure of the raw fuel gas and the partial pressure of water vapor in the sealed container 17 are set to 35 kPa and 70 kPa, respectively.
Since the water temperature at which the saturated water vapor pressure reaches 70 kPa is 89.9 ° C., the ratio to the raw fuel gas partial pressure (35 kPa in this embodiment) in the sealed container 17 is the set ratio (this embodiment). Then, the set temperature set to the temperature of water corresponding to the saturated water vapor pressure equal to the water vapor partial pressure (70 kPa in this embodiment) having the same ratio as 2) is set to 89.9 ° C.

つまり、前記制御部４により、温度センサ１９の検出温度が設定温度、即ち８９．９°Ｃになるように、ガスバーナ２４の燃焼量が調節されるので、密閉容器１７内に貯留される水の温度が８９．９°Ｃに調節される。
又、密閉容器１７には、原燃料ガスがその供給圧力が目標圧力、即ち３５ｋＰａに維持される状態で、燃料電池発電部１の発電電力に応じて流量が調節されて供給される。
そして、密閉容器１７内において、供給される原燃料ガスに対して多量の水を接触させるので、その密閉容器１７内への原燃料ガスの供給流量が燃料電池発電部１の発電電力に応じて変更調節されても、密閉容器１７内の水蒸気の分圧は、水の温度（８９．９°Ｃ）にて決まる一定の圧力、即ち７０ｋＰａに維持されることになる。
従って、密閉容器１７においては、その密閉容器１７内への原燃料ガスの供給流量が燃料電池発電部１の発電電力に応じて変更調節されても、密閉容器１７内における原燃料ガスの分圧、水蒸気の分圧はそれぞれ３５ｋＰａ、７０ｋＰａに維持されて、密閉容器１７内には、水蒸気と原燃料ガスとの混合比率が２：１の混合気が溜まることになり、その混合気が混合気供給路１８を通じて改質部２に供給される。
つまり、改質部２には、原燃料ガスの供給量が燃料電池発電部１の発電電力に応じて流量が調節されても、水蒸気と原燃料ガスとが、供給量比が２：１に維持される状態で供給されることになる。 That is, the amount of combustion of the gas burner 24 is adjusted by the control unit 4 so that the temperature detected by the temperature sensor 19 becomes a set temperature, that is, 89.9 ° C. The temperature is adjusted to 89.9 ° C.
Further, the raw fuel gas is supplied to the sealed container 17 with the flow rate adjusted according to the generated power of the fuel cell power generation unit 1 in a state where the supply pressure is maintained at the target pressure, that is, 35 kPa.
Since a large amount of water is brought into contact with the supplied raw fuel gas in the sealed container 17, the supply flow rate of the raw fuel gas into the sealed container 17 depends on the generated power of the fuel cell power generation unit 1. Even if the change is adjusted, the partial pressure of water vapor in the sealed container 17 is maintained at a constant pressure determined by the temperature of water (89.9 ° C.), that is, 70 kPa.
Therefore, in the sealed container 17, even if the supply flow rate of the raw fuel gas into the sealed container 17 is changed and adjusted according to the generated power of the fuel cell power generation unit 1, the partial pressure of the raw fuel gas in the sealed container 17 is adjusted. The partial pressure of water vapor is maintained at 35 kPa and 70 kPa, respectively, and in the sealed container 17, an air-fuel mixture having a mixing ratio of water vapor and raw fuel gas of 2: 1 is accumulated. It is supplied to the reforming unit 2 through the supply path 18.
That is, even if the supply amount of the raw fuel gas is adjusted to the reforming unit 2 according to the generated power of the fuel cell power generation unit 1, the supply amount ratio of water vapor and the raw fuel gas is 2: 1. It will be supplied in a maintained state.

ちなみに、制御手段Ｖにより、ガスバーナ２４にて加熱された水の温度が設定温度になるようにガスバーナ２４の加熱作動を制御するに当たって、その温度制御精度を±０．１°Ｃ程度にすることができる。そして、原燃料ガスと接触させる水の温度変化を±０．１°Ｃとすると、水蒸気と原燃料ガスとの混合比率の変化は２．０００±０．０２３程度となり、設定値に対する誤差は±１．１５％程度となり、制御精度を高くすることが可能になる。   Incidentally, when the heating operation of the gas burner 24 is controlled by the control means V so that the temperature of the water heated by the gas burner 24 becomes a set temperature, the temperature control accuracy may be set to about ± 0.1 ° C. it can. If the temperature change of the water brought into contact with the raw fuel gas is ± 0.1 ° C., the change in the mixing ratio of the water vapor and the raw fuel gas is about 2.000 ± 0.023, and the error from the set value is ± It becomes about 1.15%, and it becomes possible to increase the control accuracy.

〔第２実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第２実施形態を説明するが、第１実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、第１実施形態と異なる構成を説明する。
即ち、図２に示すように、第２実施形態においては、主として、密閉容器１７の構成、水蒸気供給量調節部Ｋｓの構成、気液接触部Ｓの構成、及び、加熱手段としてのガスバーナ２４により、気液接触部Ｓにて原燃料ガスと接触させるための水を加熱するための構成が第１実施形態と異なるので、主として、それらの構成について説明する。 [Second Embodiment]
Hereinafter, the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, but the same components and components having the same functions as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals in order to avoid redundant description. The description is omitted, and a configuration different from the first embodiment will be mainly described.
That is, as shown in FIG. 2, in the second embodiment, mainly by the configuration of the sealed container 17, the configuration of the water vapor supply amount adjusting unit Ks, the configuration of the gas-liquid contact unit S, and the gas burner 24 as a heating means. Since the configuration for heating the water to be brought into contact with the raw fuel gas at the gas-liquid contact portion S is different from that of the first embodiment, the configuration will be mainly described.

前記密閉容器１７について説明を加える。密閉容器１７の底部の一部分を窪ませて、水溜り部２９を形成し、その水溜り部２９に、第１実施形態と同様に、給水タンクから水を導く補給水路２０を接続すると共に、その補給水路２０に水補給ポンプ２１を設けて、その水補給ポンプ２１により水溜り部２９に水を供給して、水溜り部２９に水を貯留するように構成してある。
又、水溜り部２９に貯留する水の水位を検出する水位センサ３０を設け、制御部４により、水位センサ３０の検出情報に基づいて、水溜り部２９の水位を設定範囲内に維持するように、水補給ポンプ２１を制御するように構成してある。 The sealed container 17 will be further described. A part of the bottom of the sealed container 17 is recessed to form a water reservoir 29, and the water reservoir 29 is connected to the replenishment water channel 20 that guides water from the water supply tank, as in the first embodiment. A water supply pump 21 is provided in the supply water channel 20, and water is supplied to the water reservoir 29 by the water supply pump 21, and water is stored in the water reservoir 29.
Further, a water level sensor 30 for detecting the water level stored in the water reservoir 29 is provided, and the control unit 4 maintains the water level of the water reservoir 29 within a set range based on the detection information of the water level sensor 30. In addition, the water supply pump 21 is controlled.

密閉容器１７内における上下方向の中間部に、充填層３１を設け、その充填層３１の上方に、散水手段としての散水ノズル３２を設け、その散水ノズル３２と水溜り部２９とを、密閉容器１７の外部に配設した水循環路３３にて接続すると共に、その水循環路３３に水循環ポンプ３４を設けてある。
前記原燃料ガス供給路１５は、その先端を充填層３１の下方に位置させる状態で、密閉容器１７内に挿入して設けてある。
そして、水循環ポンプ３４にて水溜り部２９の水を水循環路３３を通して散水ノズル３２に供給して、その散水ノズル３２により充填層３１の上方から散水すると共に、原燃料ガス供給路１５の先端から充填層３１の下方側に原燃料ガスを吹き出して、充填層３１にて原燃料ガスと水とを接触させるように構成してある。 A filling layer 31 is provided in an intermediate portion in the vertical direction in the sealed container 17, a watering nozzle 32 as a watering means is provided above the filling layer 31, and the watering nozzle 32 and the water reservoir 29 are connected to the sealed container. 17 is connected to a water circulation path 33 provided outside the water circulation path 33, and a water circulation pump 34 is provided in the water circulation path 33.
The raw fuel gas supply passage 15 is provided by being inserted into the hermetic container 17 with its tip positioned below the packed bed 31.
Then, the water circulation pump 34 supplies the water in the water reservoir 29 to the watering nozzle 32 through the water circulation path 33, and the watering nozzle 32 sprays water from above the packed bed 31 and from the front end of the raw fuel gas supply path 15. The raw fuel gas is blown out to the lower side of the packed bed 31 so that the raw fuel gas and water are brought into contact with each other in the packed bed 31.

つまり、気液接触部Ｓは、密閉容器１７内に充填された充填層３１の上部から散水ノズル３２にて水を散水し且つ充填層３１に対して原燃料ガスを吹き出して、充填層３１にて原燃料ガスと水とを接触させるように構成してある。   That is, the gas-liquid contact part S sprinkles water from the upper part of the packed bed 31 filled in the sealed container 17 with the water spray nozzle 32 and blows the raw fuel gas to the packed bed 31 to the packed bed 31. The raw fuel gas and water are brought into contact with each other.

前記水循環路３３の途中に熱交換部３５を設け、前記ガスバーナ２４を、熱交換部３５を加熱するように配設することにより、水循環路３３を通流する水を加熱するように構成してある。
ガスバーナ２４には、第１実施形態と同様に、バーナ用燃料供給路２５及び燃焼用空気路２７を接続し、バーナ用燃料供給路２５には、通流する原燃料ガスの流量を調節するバーナ用燃料流量調節弁２８を設けてある。 A heat exchanging part 35 is provided in the middle of the water circulation path 33, and the gas burner 24 is arranged so as to heat the heat exchanging part 35 so that water flowing through the water circulation path 33 is heated. is there.
Similarly to the first embodiment, a burner fuel supply path 25 and a combustion air path 27 are connected to the gas burner 24, and the burner fuel supply path 25 adjusts the flow rate of the raw fuel gas flowing therethrough. A fuel flow control valve 28 is provided.

尚、ガスバーナ２４にて加熱された水の温度を検出すべく設ける前記温度センサ１９は、この第２実施形態では、熱交換部３５を通過して水循環路３３を通流する水の温度を検出するように設けてある。
そして、第１実施形態と同様に、前記制御部４により、温度センサ１９の検出情報に基づいて、バーナ用燃料流量調節弁２８を制御することによりガスバーナ２４の燃焼量を調節して、即ち、ガスバーナ２４の加熱作動を制御して、熱交換部３５にて加熱されて散水ノズル３２に供給される水の温度を調節するように構成してあり、制御手段Ｖは、バーナ用燃料流量調節弁２８、温度センサ１９及び制御部４を備えて構成してある。 In the second embodiment, the temperature sensor 19 provided to detect the temperature of water heated by the gas burner 24 detects the temperature of water flowing through the water circulation path 33 through the heat exchanging section 35. It is provided to do.
As in the first embodiment, the control unit 4 adjusts the combustion amount of the gas burner 24 by controlling the burner fuel flow rate adjustment valve 28 based on the detection information of the temperature sensor 19, that is, The heating operation of the gas burner 24 is controlled to adjust the temperature of the water heated by the heat exchanging unit 35 and supplied to the watering nozzle 32, and the control means V is a fuel flow rate adjusting valve for the burner. 28, a temperature sensor 19 and a control unit 4 are provided.

次に、水蒸気供給量調節部Ｋｓの作用を説明する。
第１実施形態と同様に、前記設定比率を２に設定し、改質部２に供給する原燃料ガスと水蒸気との混合気の全圧を例えば１０５ｋＰａに設定すると、前記設定温度は８９．９°Ｃに設定することになる。 Next, the operation of the water vapor supply amount adjusting unit Ks will be described.
As in the first embodiment, when the set ratio is set to 2 and the total pressure of the mixture of raw fuel gas and steam supplied to the reforming unit 2 is set to, for example, 105 kPa, the set temperature is 89.9. It will be set to ° C.

つまり、前記制御部４により、温度センサ１９の検出温度が設定温度、即ち８９．９°Ｃになるように、ガスバーナ２４の燃焼量が調節されるので、散水ノズル３２に供給される水の温度が８９．９°Ｃに調節される。
又、密閉容器１７には、原燃料ガスがその供給圧力が目標圧力、即ち３５ｋＰａに維持される状態で、燃料電池発電部１の発電電力に応じて流量が調節されて供給される。
そして、密閉容器１７内において、供給される原燃料ガスに対して多量の水を接触させるので、その密閉容器１７内への原燃料ガスの供給流量が燃料電池発電部１の発電電力に応じて変更調節されても、密閉容器１７内の水蒸気の分圧は、水の温度（８９．９°Ｃ）にて決まる一定の圧力、即ち７０ｋＰａに維持されることになる。
従って、密閉容器１７においては、その密閉容器１７内への原燃料ガスの供給流量が燃料電池発電部１の発電電力に応じて変更調節されても、密閉容器１７内における原燃料ガスの分圧、水蒸気の分圧はそれぞれ３５ｋＰａ、７０ｋＰａに維持されて、密閉容器１７内には、水蒸気と原燃料ガスとの混合比率が２：１の混合気が溜まることになり、その混合気が混合気供給路１８を通じて改質部２に供給される。
つまり、改質部２には、原燃料ガスの供給量が燃料電池発電部１の発電電力に応じて流量が調節されても、水蒸気と原燃料ガスとが、供給量比が２：１に維持される状態で供給されることになる。 That is, the amount of combustion of the gas burner 24 is adjusted by the control unit 4 so that the detected temperature of the temperature sensor 19 becomes a set temperature, that is, 89.9 ° C. Therefore, the temperature of the water supplied to the watering nozzle 32 Is adjusted to 89.9 ° C.
Further, the raw fuel gas is supplied to the sealed container 17 with the flow rate adjusted according to the generated power of the fuel cell power generation unit 1 in a state where the supply pressure is maintained at the target pressure, that is, 35 kPa.
Since a large amount of water is brought into contact with the supplied raw fuel gas in the sealed container 17, the supply flow rate of the raw fuel gas into the sealed container 17 depends on the generated power of the fuel cell power generation unit 1. Even if the change is adjusted, the partial pressure of water vapor in the sealed container 17 is maintained at a constant pressure determined by the temperature of water (89.9 ° C.), that is, 70 kPa.
Therefore, in the sealed container 17, even if the supply flow rate of the raw fuel gas into the sealed container 17 is changed and adjusted according to the generated power of the fuel cell power generation unit 1, the partial pressure of the raw fuel gas in the sealed container 17 is adjusted. The partial pressure of water vapor is maintained at 35 kPa and 70 kPa, respectively, and in the sealed container 17, an air-fuel mixture having a mixing ratio of water vapor and raw fuel gas of 2: 1 is accumulated. It is supplied to the reforming unit 2 through the supply path 18.
That is, even if the supply amount of the raw fuel gas is adjusted to the reforming unit 2 according to the generated power of the fuel cell power generation unit 1, the supply amount ratio of water vapor and the raw fuel gas is 2: 1. It will be supplied in a maintained state.

〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 上記の実施形態においては、燃料電池発電部１の発電出力を電気負荷の変動に応じて変更調節するように運転する負荷追従運転を行う場合について例示したが、燃料電池発電部１の発電出力を所定の定格発電出力に維持するように運転する定格運転を行っても良い。
定格運転を行う場合は、予め燃料電池発電部１の定格発電出力に応じた改質部２への原燃料ガスの供給量である設定供給量を設定して、原燃料ガス供給量調節部Ｋｃを、改質部２に供給される原燃料ガスの供給量を前記設定供給量にすべく調節するように構成することになる。 [Another embodiment]
Next, another embodiment will be described.
(A) In the above embodiment, the case where the load following operation is performed to change and adjust the power generation output of the fuel cell power generation unit 1 according to the fluctuation of the electric load is illustrated. You may perform the rated driving | operation which operate | moves so that a power generation output may be maintained at a predetermined rated power generation output.
When performing the rated operation, a set supply amount that is a supply amount of the raw fuel gas to the reforming unit 2 corresponding to the rated power output of the fuel cell power generation unit 1 is set in advance, and the raw fuel gas supply amount adjustment unit Kc is set. Is configured to adjust the supply amount of the raw fuel gas supplied to the reforming unit 2 to the set supply amount.

（ロ） 加熱手段の具体構成は上記の実施形態において例示したガスバーナ２４に限定されるものではない。
例えば、電気ヒータでも良い。あるいは、燃料電池発電部１を冷却した冷却水や、改質バーナ２ｂから排出された燃焼ガス等、燃料電池発電装置の排熱を回収した排熱回収流体を熱源として加熱作用させるように構成しても良い。この場合は、排熱回収流体の通流の断続や通流量の調節により、加熱手段の加熱作動を調節することになる。 (B) The specific configuration of the heating means is not limited to the gas burner 24 exemplified in the above embodiment.
For example, an electric heater may be used. Alternatively, the fuel cell power generation unit 1 is configured to be heated by using, as a heat source, exhaust heat recovery fluid that recovers the exhaust heat of the fuel cell power generation device, such as cooling water that has cooled the fuel cell power generation unit 1 or combustion gas discharged from the reforming burner 2b. May be. In this case, the heating operation of the heating means is adjusted by intermittently passing the exhaust heat recovery fluid and adjusting the flow rate.

（ハ） 制御手段Ｖの具体構成は、上記の実施形態において例示した構成に限定されるものではなく、例えば、自力式温度制御弁にて構成しても良い。この自力式温度制御弁は、液体又は揮発性液体を封入した感温部の温度が設定温度からずれると、液体膨張又は蒸発圧力を利用して弁を作動させるように構成したものであり、感温部をガスバーナ２４にて加熱された水と伝熱自在に設けると共に、弁をガスバーナ２４への燃料供給量を調節するように設けることになる。 (C) The specific configuration of the control means V is not limited to the configuration illustrated in the above embodiment, and may be configured by, for example, a self-powered temperature control valve. This self-operating temperature control valve is configured to operate the valve by utilizing liquid expansion or evaporation pressure when the temperature of the temperature sensing part enclosing the liquid or volatile liquid deviates from the set temperature. The hot part is provided so as to be able to transfer heat with water heated by the gas burner 24, and the valve is provided so as to adjust the amount of fuel supplied to the gas burner 24.

（ニ） 燃料ガス生成部Ｒの具体構成としては、上記の実施形態のように、改質部２、変成部１２及び選択酸化部１３を備えて構成する場合に限定されるものではない。例えば、燃料電池発電部１の型式に応じて要求される燃料ガス中の一酸化炭素濃度のレベルに応じて、選択酸化部１３を省略したり、変成部１２及び選択酸化部１３を省略することが可能である。 (D) The specific configuration of the fuel gas generation unit R is not limited to the configuration including the reforming unit 2, the shift unit 12, and the selective oxidation unit 13 as in the above embodiment. For example, depending on the level of carbon monoxide concentration in the fuel gas required according to the type of the fuel cell power generation unit 1, the selective oxidation unit 13 may be omitted, or the shift conversion unit 12 and the selective oxidation unit 13 may be omitted. Is possible.

（ホ） 原燃料ガスとして、硫黄化合物が着臭剤として添加された都市ガス等を用いる場合、原燃料ガス供給路１５に脱硫器を設けて、その脱硫器で脱硫した原燃料ガスを密閉容器１７に供給するように構成するのが好ましい。 (E) When using city gas or the like to which a sulfur compound is added as an odorant as raw fuel gas, a desulfurizer is provided in the raw fuel gas supply path 15 and the raw fuel gas desulfurized by the desulfurizer is sealed in a sealed container. 17 is preferably configured to be supplied to 17.

（ヘ） 炭化水素系の原燃料ガスとしては、上記の実施形態において例示したメタンガスを主成分とする都市ガスに限定されるものではなく、例えば、プロパンガス、メタノール等のアルコール類等、種々のものを用いることが可能である。 (F) The hydrocarbon-based raw fuel gas is not limited to the city gas mainly composed of the methane gas exemplified in the above embodiment, and includes various kinds of alcohols such as propane gas and methanol. Can be used.

（ト） 燃料電池発電部１の型式としては、上記の実施形態において例示した固体高分子型に限定されるものではなく、例えば、電解質としてリン酸を用いたリン酸型等、種々の型式のものを用いることが可能である。 (G) The type of the fuel cell power generation unit 1 is not limited to the solid polymer type exemplified in the above-described embodiment. For example, various types such as a phosphoric acid type using phosphoric acid as an electrolyte are available. Can be used.

第１実施形態に係る燃料電池発電装置の全体構成を示すブロック図The block diagram which shows the whole structure of the fuel cell electric power generating apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第２実施形態に係る燃料電池発電装置の全体構成を示すブロック図The block diagram which shows the whole structure of the fuel cell electric power generating apparatus which concerns on 2nd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料電池発電部
２ 改質部
１７ 密閉容器
２４ 加熱手段
２９ 水溜り部
３１ 充填層
３２ 散水手段
３３ 水循環路
３４ 水循環ポンプ
Ｋｃ 原燃料ガス供給量調節部
Ｋｓ 水蒸気供給量調節部
Ｒ 燃料ガス生成部
Ｓ 気液接触部
Ｖ 制御手段

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell power generation part 2 Reforming part 17 Sealed container 24 Heating means 29 Water pool part 31 Packing layer 32 Sprinkling means 33 Water circulation path 34 Water circulation pump Kc Raw fuel gas supply amount adjustment part Ks Steam supply amount adjustment part R Fuel gas generation part S Gas-liquid contact part V Control means

Claims (3)

燃料ガス生成部にて生成される水素ガスを用いて発電する燃料電池発電部が設けられ、
前記燃料ガス生成部が、炭化水素系の原燃料ガスを水蒸気により水素ガスを主成分とするガスに改質処理する改質部を備えて構成され、
前記改質部に供給される原燃料ガスの供給量を前記燃料電池発電部の発電出力に応じた量になるように調節する原燃料ガス供給量調節部と、
前記改質部へ供給される原燃料ガスの供給量に対する前記改質部へ供給される水蒸気の供給量の比率が設定比率になるように、水蒸気の供給量を調節する水蒸気供給量調節部とが設けられた燃料電池発電装置であって、
前記原燃料ガス供給量調節部にて供給量が調節されて供給される原燃料ガスを水と接触させる気液接触部を内部に備え、且つ、その気液接触部にて生成される原燃料ガスと水蒸気との混合気を内部に溜めるように構成された密閉容器が設けられ、
その密閉容器内の混合気が前記改質部に供給されるように構成され、
前記水蒸気供給量調節部が、
前記気液接触部にて原燃料ガスと接触させるための水を加熱する加熱手段と、
その加熱手段にて加熱された水の温度が設定温度になるように前記加熱手段の加熱作動を制御する制御手段とを備えて構成され、
前記設定温度が、前記密閉容器内での原燃料ガス分圧に対する比率が前記設定比率と同じ比率になる水蒸気分圧に等しい飽和水蒸気圧に対応する水の温度に設定されている燃料電池発電装置。 A fuel cell power generation unit that generates power using hydrogen gas generated in the fuel gas generation unit is provided,
The fuel gas generation unit includes a reforming unit that reforms a hydrocarbon-based raw fuel gas into a gas mainly composed of hydrogen gas by steam,
A raw fuel gas supply amount adjusting unit that adjusts the supply amount of the raw fuel gas supplied to the reforming unit to an amount corresponding to the power generation output of the fuel cell power generation unit;
A steam supply amount adjusting unit that adjusts the supply amount of steam so that the ratio of the supply amount of steam supplied to the reforming unit to the supply amount of raw fuel gas supplied to the reforming unit becomes a set ratio; A fuel cell power generator provided with
The raw fuel gas generated in the gas-liquid contact portion is provided with a gas-liquid contact portion for bringing the raw fuel gas supplied with the supply amount adjusted by the raw fuel gas supply amount adjusting portion into contact with water. A sealed container configured to store a gas-water vapor mixture inside is provided,
The air-fuel mixture in the sealed container is configured to be supplied to the reforming unit,
The steam supply amount adjusting unit is
Heating means for heating water for contacting the raw fuel gas at the gas-liquid contact portion;
And a control means for controlling the heating operation of the heating means so that the temperature of the water heated by the heating means becomes a set temperature,
The fuel cell power generator in which the set temperature is set to a water temperature corresponding to a saturated water vapor pressure equal to a water vapor partial pressure in which the ratio to the raw fuel gas partial pressure in the sealed container is the same as the set ratio . 前記気液接触部が、前記密閉容器内に貯留される水に原燃料ガスを吹き出して、原燃料ガスと水とを接触させるように構成され、
前記加熱手段が、前記密閉容器内に貯留される水を加熱するように構成されている請求項１記載の燃料電池発電装置。 The gas-liquid contact portion is configured to blow raw fuel gas into water stored in the sealed container so as to contact the raw fuel gas and water,
The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the heating means is configured to heat water stored in the sealed container. 前記気液接触部が、前記密閉容器内に充填された充填層の上部から散水手段にて水を散水し且つ前記充填層に対して原燃料ガスを吹き出して、前記充填層にて原燃料ガスと水とを接触させるように構成され、
前記散水手段から散水されて前記充填層を通過した水を溜める水溜り部の水を前記密閉容器の外部に配設された水循環路を通して前記散水手段に供給する水循環ポンプが設けられ、
前記加熱手段が、前記水循環路を通流する水を加熱するように構成されている請求項１記載の燃料電池発電装置。

The gas-liquid contact part sprinkles water from the upper part of the packed bed filled in the sealed container with watering means and blows out the raw fuel gas to the packed bed, and the raw fuel gas in the packed bed Configured to contact water with water,
A water circulation pump is provided for supplying water to a water sprinkling means through a water circulation path disposed outside the hermetic container to collect water from the water sprinkling means that accumulates water that has passed through the packed bed.
The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the heating means is configured to heat water flowing through the water circulation path.

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