JP5019353B2 - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP5019353B2
JP5019353B2 JP2006287527A JP2006287527A JP5019353B2 JP 5019353 B2 JP5019353 B2 JP 5019353B2 JP 2006287527 A JP2006287527 A JP 2006287527A JP 2006287527 A JP2006287527 A JP 2006287527A JP 5019353 B2 JP5019353 B2 JP 5019353B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
fuel
reforming
reformer
raw fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006287527A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008108446A (en
Inventor
重徳 尾沼
紀彦 豊長
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
Toyota Motor Corp
Aisin Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aisin Seiki Co Ltd, Toyota Motor Corp, Aisin Corp filed Critical Aisin Seiki Co Ltd
Priority to JP2006287527A priority Critical patent/JP5019353B2/en
Publication of JP2008108446A publication Critical patent/JP2008108446A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5019353B2 publication Critical patent/JP5019353B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は原燃料を改質する改質装置を搭載する燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system equipped with a reformer for reforming raw fuel.

燃料電池システムを良好に運転させるためには、配管通路のガス漏れを検知することが好ましい。そこで、検知ガスとしてヘリウムガスを用い、ヘリウムガスを燃料ガス通路または酸化剤通路に供給して封入することにより、ガス漏れを検知する方法が開示されている(特許文献1)。更に、検知ガスとして安価な窒素ガスを用いて漏れ診断を行う燃料電池の評価装置が知られている(特許文献2)。
特開2002−334713号公報 特開平5−205762号公報
In order to operate the fuel cell system satisfactorily, it is preferable to detect a gas leak in the piping passage. Therefore, a method of detecting gas leakage by using helium gas as a detection gas and supplying the helium gas to a fuel gas passage or an oxidizer passage and sealing the gas is disclosed (Patent Document 1). Furthermore, a fuel cell evaluation apparatus that performs leak diagnosis using inexpensive nitrogen gas as a detection gas is known (Patent Document 2).
JP 2002-334713 A Japanese Patent Laid-Open No. 5-205762

上記した技術によれば、発電運転で使用される原燃料の燃料供給源の他に、ヘリウムを貯蔵するタンク、窒素ガスを貯蔵するタンクといった供給源が燃料電池システムにおいて必要とされる。この場合、設備の複雑化、大型化の要因となる。   According to the above-described technology, in addition to the fuel supply source of raw fuel used in the power generation operation, a supply source such as a tank for storing helium and a tank for storing nitrogen gas is required in the fuel cell system. In this case, the facility becomes complicated and large.

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、原燃料の燃料供給源以外の他の供給源を低減または廃止させ、設備の複雑化、大型化を抑えるのに有利な燃料電池システムを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a fuel cell system that is advantageous for reducing or eliminating the supply sources other than the fuel supply source of raw fuel, thereby suppressing the complexity and size of facilities. The issue is to provide.

(1)様相1に係る燃料電池システムは、原燃料を改質させることにより、活物質を含む改質流体を生成する改質部を有する改質装置と、改質装置の改質部で改質された改質流体と酸化剤流体とに基づいて発電反応を行う燃料電池と、改質装置の改質部と燃料電池とを連通させ改質流体または原燃料を燃料電池に供給する流体通路と、原燃料の漏れを診断する診断手段とを具備しており、流体通路は、改質装置と燃料電池との間に設けられ原燃料を燃料電池のアノード極の入口に供給するアノードガス通路と、燃料電池のアノード極の出口から延設されたオフガス通路と、アノードガス通路から燃料電池のアノード極の入口に向かう原燃料を遮断可能な第1遮断弁と、燃料電池のアノード極の出口からオフガス通路に向かう原燃料を遮断可能な第2遮断弁とを備えており、診断手段は、原燃料を改質させることなく、改質装置および流体通路に供給し、(i)原燃料が燃料電池に供給されないように第1遮断弁を閉鎖した状態で、改質装置の改質部の下流の領域における漏れの第1診断を行い、且つ、(ii)第2遮断弁を閉鎖すると共に第1遮断弁を開放することにより、原燃料を燃料電池のアノード極に供給し、燃料電池のアノード極の漏れの診断を行うことを特徴とするものである。 (1) A fuel cell system according to aspect 1 is modified by a reformer having a reformer that generates a reformed fluid containing an active material by reforming raw fuel, and a reformer of the reformer. A fuel cell that performs a power generation reaction based on the refined reforming fluid and the oxidant fluid, and a fluid passage that supplies the reforming fluid or raw fuel to the fuel cell by communicating the reforming unit of the reforming device and the fuel cell. And a diagnostic means for diagnosing raw fuel leakage, and the fluid passage is provided between the reformer and the fuel cell, and supplies an anode gas passage to the inlet of the anode electrode of the fuel cell. An off-gas passage extending from the outlet of the anode of the fuel cell, a first shut-off valve capable of shutting off raw fuel from the anode gas passage to the inlet of the anode of the fuel cell, and an outlet of the anode of the fuel cell Can cut off the raw fuel going to the off-gas passage from The diagnostic means supplies the reformed fuel and the fluid passage without reforming the raw fuel, and (i) the first shutoff valve so that the raw fuel is not supplied to the fuel cell. In the closed state, the first diagnosis of leakage in the region downstream of the reforming unit of the reformer is performed, and (ii) the original shut-off valve is opened by closing the second shut-off valve and opening the first shut-off valve. Fuel is supplied to the anode electrode of the fuel cell, and leakage of the anode electrode of the fuel cell is diagnosed .

診断手段は、流体である原燃料(改質前の原燃料)の漏れを診断する。この場合、診断手段は、原燃料を改質させることなく、改質装置および流体通路に供給し、i)原燃料が燃料電池に供給されないように第1遮断弁を閉鎖した状態で、改質装置の改質部の下流の領域における漏れの第1診断を行い、且つ、(ii)第2遮断弁を閉鎖すると共に第1遮断弁を開放することにより、原燃料を燃料電池のアノード極に供給し、燃料電池のアノード極の漏れの診断を行うことにより、流体である原燃料の漏れの有無を検知する。この結果、診断手段は原燃料を改質することなく、改質装置および流体通路のうち少なくとも改質部の下流の領域における原燃料の漏れの診断を行い、且つ、燃料電池における原燃料の漏れの有無を検知する。 The diagnostic means diagnoses leakage of raw fuel (raw fuel before reforming) that is a fluid. In this case, the diagnosis means supplies the raw fuel to the reformer and the fluid passage without reforming, and ( i) the reforming is performed with the first shut-off valve closed so that the raw fuel is not supplied to the fuel cell. And (ii) closing the second shut-off valve and opening the first shut-off valve so that the raw fuel is fed to the anode electrode of the fuel cell. , And the presence or absence of leakage of the raw fuel, which is a fluid, is detected by diagnosing leakage of the anode electrode of the fuel cell . As a result, the diagnostic means diagnoses the leakage of the raw fuel in at least the region downstream of the reforming unit in the reformer and the fluid passage without reforming the raw fuel, and leaks the raw fuel in the fuel cell. The presence or absence of is detected.

(2)様相2に係る燃料電池システムは、原燃料を改質させることにより、活物質を含む改質流体を生成する改質部を有する改質装置と、改質装置の改質部で改質された改質流体と酸化剤流体とに基づいて発電反応を行う燃料電池と、改質装置の改質部と燃料電池とを連通させ改質流体または原燃料を燃料電池に供給する流体通路と、原燃料の漏れを診断する診断手段とを具備しており、流体通路は、改質装置と燃料電池との間に設けられ原燃料を燃料電池のアノード極の入口に供給するアノードガス通路と、燃料電池のアノード極の出口から延設されたオフガス通路と、燃料電池を迂回してアノードガス通路とオフガス通路とを繋ぐバイパス通路と、アノードガス通路から燃料電池のアノード極の入口に向かう原燃料を遮断可能な第1遮断弁と、燃料電池のアノード極の出口からオフガス通路に向かう原燃料を遮断可能な第2遮断弁と、燃料電池を迂回してアノードガス通路からオフガス通路に向かう原燃料を遮断可能な第3遮断弁とを備えており、診断手段は、原燃料を改質させることなく、改質装置および流体通路に供給し、(i)原燃料が燃料電池に供給されないように第1遮断弁および第3遮断弁を閉鎖した状態で、改質装置および流体通路のうちの少なくとも改質部の下流の領域における漏れの第1診断を行い、且つ、(ii)第2遮断弁および第3遮断弁を閉鎖すると共に第1遮断弁を開放することにより、原燃料を燃料電池のアノード極に供給し、燃料電池の漏れの診断を行うことを特徴とするものである。 (2) The fuel cell system according to aspect 2 is modified by a reformer having a reformer that generates a reformed fluid containing an active material by reforming raw fuel, and a reformer of the reformer. A fuel cell that performs a power generation reaction based on the refined reforming fluid and the oxidant fluid, and a fluid passage that supplies the reforming fluid or raw fuel to the fuel cell by communicating the reforming unit of the reforming device and the fuel cell. And a diagnostic means for diagnosing raw fuel leakage, and the fluid passage is provided between the reformer and the fuel cell, and supplies an anode gas passage to the inlet of the anode electrode of the fuel cell. An off-gas passage extending from the outlet of the anode electrode of the fuel cell, a bypass passage bypassing the fuel cell and connecting the anode gas passage and the off-gas passage, and from the anode gas passage toward the inlet of the anode electrode of the fuel cell The first shutoff that can shut off raw fuel A second shut-off valve capable of shutting off the raw fuel going from the outlet of the anode of the fuel cell to the off-gas passage, and a third shut-off valve bypassing the fuel cell and shutting off the raw fuel going from the anode gas passage toward the off-gas passage The diagnostic means supplies the raw fuel to the reformer and the fluid passage without reforming the raw fuel, and (i) the first shut-off valve and the third shut-off so that the raw fuel is not supplied to the fuel cell. With the valve closed, a first diagnosis of leakage in at least a region downstream of the reforming unit and the fluid passage is performed, and (ii) the second shutoff valve and the third shutoff valve are closed. At the same time, by opening the first shutoff valve, the raw fuel is supplied to the anode electrode of the fuel cell, and the leakage of the fuel cell is diagnosed .

診断手段は、流体である原燃料(改質前の原燃料)の漏れを診断する。この場合、診断手段は、原燃料を改質させることなく、改質装置および流体通路に供給し、(i)原燃料が燃料電池に供給されないように第1遮断弁および第3遮断弁を閉鎖した状態で、改質装置および流体通路のうちの少なくとも改質部の下流の領域における漏れの第1診断を行い、且つ、(ii)第2遮断弁および第3遮断弁を閉鎖すると共に第1遮断弁を開放することにより、原燃料を燃料電池のアノード極に供給し、燃料電池の漏れの診断を行うことにより、流体である原燃料の漏れの有無を検知する。この結果、診断手段は原燃料を改質することなく、改質装置および流体通路のうち少なくとも改質部の下流の領域における原燃料の漏れの診断を行い、且つ、燃料電池における原燃料の漏れの有無を検知する。 The diagnostic means diagnoses leakage of raw fuel (raw fuel before reforming) that is a fluid. In this case, the diagnostic means supplies the raw fuel to the reformer and the fluid passage without reforming, and (i) closes the first cutoff valve and the third cutoff valve so that the raw fuel is not supplied to the fuel cell. In this state, the first diagnosis of leakage in at least the region downstream of the reforming unit of the reformer and the fluid passage is performed, and (ii) the second shut-off valve and the third shut-off valve are closed and the first By opening the shut-off valve, the raw fuel is supplied to the anode electrode of the fuel cell, and the leakage of the fuel cell is diagnosed to detect whether the raw fuel as a fluid is leaking. As a result, the diagnostic means diagnoses the leakage of the raw fuel in at least the region downstream of the reforming unit in the reformer and the fluid passage without reforming the raw fuel, and leaks the raw fuel in the fuel cell. The presence or absence of is detected.

様相1に係る燃料電池システムによれば、診断手段は、流体である原燃料を改質させる
ことなく、改質装置および流体通路に供給し、原燃料が燃料電池に供給されないように第1遮断弁を閉鎖した状態で、改質装置の改質部の下流の領域における漏れの第1診断を行い、且つ、第2遮断弁を閉鎖すると共に第1遮断弁を開放することにより、原燃料を燃料電池のアノード極に供給し、燃料電池のアノード極の漏れの診断を行う。様相1によれば、流体である原燃料を改質させることなく診断するため、漏れ診断用の窒素ガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを封入する漏れ診断専用のタンクを搭載せずとも良い。このため燃料電池システムの構造の複雑化および大型化が抑制される。
According to the fuel cell system according to aspect 1, the diagnostic means supplies the raw fuel, which is a fluid, to the reforming device and the fluid passage without reforming, and first shuts off the raw fuel so that the raw fuel is not supplied to the fuel cell. With the valve closed, the first diagnosis of leakage in the region downstream of the reforming unit of the reformer is performed, and the raw fuel is removed by closing the second shut-off valve and opening the first shut-off valve. Supply to the anode electrode of the fuel cell, and diagnose the leakage of the anode electrode of the fuel cell . According to the aspect 1, since the diagnosis is performed without reforming the raw fuel that is a fluid, it is not necessary to install a tank dedicated to leak diagnosis that encloses an inert gas such as nitrogen gas or helium gas for leak diagnosis. For this reason, the complexity and enlargement of the structure of the fuel cell system are suppressed.

様相2に係る燃料電池システムによれば、診断手段は、流体である原燃料を改質させることなく、改質装置および流体通路に供給し、原燃料が燃料電池に供給されないように第1遮断弁および第3遮断弁を閉鎖した状態で、改質装置および流体通路のうちの少なくとも改質部の下流の領域における漏れの第1診断を行い、且つ、第2遮断弁および第3遮断弁を閉鎖すると共に第1遮断弁を開放することにより、原燃料を燃料電池のアノード極に供給し、燃料電池の漏れの診断を行う。様相2によれば、原燃料を改質させることなく診断するため、漏れ診断用の窒素ガス、ヘリウムガス等といった不活性ガスを封入する漏れ診断専用のタンクを搭載せずとも良い。このため燃料電池システムにおける構造の複雑化および大型化が抑制される。 According to the fuel cell system according to aspect 2, the diagnosis unit supplies the raw fuel that is a fluid to the reforming device and the fluid passage without reforming, and first shuts off the raw fuel so that the raw fuel is not supplied to the fuel cell. In a state where the valve and the third shut-off valve are closed, a first diagnosis of leakage in at least a region downstream of the reforming unit of the reformer and the fluid passage is performed, and the second shut-off valve and the third shut-off valve are By closing and opening the first shut-off valve, the raw fuel is supplied to the anode electrode of the fuel cell to diagnose the leakage of the fuel cell . According to the aspect 2, since the diagnosis is performed without reforming the raw fuel, it is not necessary to mount a tank dedicated for leak diagnosis in which an inert gas such as nitrogen gas or helium gas for leak diagnosis is enclosed. For this reason, the complexity and enlargement of the structure in the fuel cell system are suppressed.

本発明に係る燃料電池システムは、改質装置と燃料電池と流体通路と診断手段とを備えている。改質装置は、通常の発電運転において、原燃料を改質させることにより、活物質(発電反応に寄与する物質)を含む改質流体を生成する。原燃料は改質流体(一般的には改質ガス)となる原料を意味する。上記した原燃料としては、炭化水素系燃料(メタン、プロパン、ブタン等)またはアルコール系燃料(エタノール、メタノール等)が例示され、気体状でも、液体状でも良い。   The fuel cell system according to the present invention includes a reformer, a fuel cell, a fluid passage, and diagnostic means. The reformer generates a reformed fluid containing an active material (a substance that contributes to a power generation reaction) by reforming the raw fuel in a normal power generation operation. The raw fuel means a raw material that becomes a reforming fluid (generally a reformed gas). Examples of the raw fuel described above include hydrocarbon fuels (methane, propane, butane, etc.) and alcohol fuels (ethanol, methanol, etc.), which may be gaseous or liquid.

燃料電池は、改質装置で改質された改質流体と酸化剤流体とに基づいて発電反応を行う。改質流体は水素含有ガス、水素ガスが例示される。酸化剤流体は酸素ガス、酸素含有ガス、空気が例示される。燃料電池は、シート型のセルを厚み方向に積層したタイプでも、チューブ型の複数のセルを搭載するタイプでも良い。流体通路は改質装置と燃料電池のアノード極とを連通させる。   The fuel cell performs a power generation reaction based on the reformed fluid and the oxidant fluid reformed by the reformer. Examples of the reforming fluid include hydrogen-containing gas and hydrogen gas. The oxidant fluid is exemplified by oxygen gas, oxygen-containing gas, and air. The fuel cell may be a type in which sheet-type cells are stacked in the thickness direction or a type in which a plurality of tube-type cells are mounted. The fluid passage allows the reformer and the anode electrode of the fuel cell to communicate with each other.

本発明に係る診断手段は、原燃料を改質させることなく、改質装置および流体通路に供給し、改質装置および流体通路のうち少なくとも改質部の下流の領域における原燃料の漏れの診断を行う。この場合、原燃料を改質装置および流体通路に大気圧以上の加圧状態で供給することが好ましい。 The diagnostic means according to the present invention supplies the raw fuel to the reformer and the fluid passage without reforming the raw fuel, and diagnoses the leakage of the raw fuel in at least the region downstream of the reformer in the reformer and the fluid passage. I do. In this case, the raw fuel is preferably supplied to the reformer and the fluid passage in a pressurized state at atmospheric pressure or higher.

改質装置の下流または上流の領域において圧力検知手段が設けられており、圧力検知手段が圧力低下を検知することに基づいて、診断手段は、原燃料の漏れの診断を行う形態が例示される。この場合、圧力検知手段による圧力低下の検知に基づいて、原燃料の漏れの診断が行われる。また改質装置および流体通路の外方に原燃料検知手段が設けられている形態が例示される。原燃料検知手段は、原燃料に含まれる物質を検知するものである。この場合、原燃料検知手段が原燃料に含まれる物質を検知することに基づいて、診断手段は、原燃料の漏れの診断を行う形態が例示される。この場合、原燃料に含まれる物質の検知に基づいて、原燃料の漏れの診断が行われる。   A pressure detection unit is provided in a region downstream or upstream of the reformer, and the diagnosis unit is configured to diagnose raw fuel leakage based on the pressure detection unit detecting a pressure drop. . In this case, diagnosis of leakage of raw fuel is performed based on detection of a pressure drop by the pressure detection means. Moreover, the form in which the raw fuel detection means is provided outside the reformer and the fluid passage is exemplified. The raw fuel detection means detects substances contained in the raw fuel. In this case, based on the fact that the raw fuel detection means detects a substance contained in the raw fuel, a form in which the diagnosis means diagnoses leakage of the raw fuel is exemplified. In this case, diagnosis of leakage of the raw fuel is performed based on detection of a substance contained in the raw fuel.

本発明に係る診断手段は、原燃料を改質させることなく、燃料電池のアノード極に供給し、燃料電池のアノード極における漏れの診断を行う。本発明に係る診断手段は、原燃料を改質させることなく、燃料電池のアノード極に供給し、燃料電池のアノード極における原燃料の漏れの診断を行う。この場合、原燃料を燃料電池のアノード極に大気圧以上の加圧状態で供給することが好ましい。燃料電池のアノード極に連通する領域において圧力検知手段が設けられており、圧力検知手段が原燃料の圧力低下を検知することに基づいて、診断手段は、燃料電池における原燃料の漏れの診断を行う形態が例示される。また燃料電池の外方に原燃料検知手段が設けられており、原燃料検知手段が原燃料に含まれる物質を検知することに基づいて、診断手段は、燃料電池における原燃料の漏れの診断を行う形態が例示される。 The diagnostic means according to the present invention supplies the raw fuel to the anode electrode of the fuel cell without reforming and diagnoses leakage at the anode electrode of the fuel cell. The diagnostic means according to the present invention supplies raw fuel to the anode electrode of the fuel cell without reforming, and diagnoses leakage of the raw fuel at the anode electrode of the fuel cell. In this case, the raw fuel is preferably supplied to the anode electrode of the fuel cell in a pressurized state at atmospheric pressure or higher. Pressure detecting means is provided in a region communicating with the anode electrode of the fuel cell, and based on the pressure detecting means detecting the pressure drop of the raw fuel, the diagnostic means diagnoses the leakage of the raw fuel in the fuel cell. The form to perform is illustrated. A raw fuel detection means is provided outside the fuel cell, and based on the raw fuel detection means detecting a substance contained in the raw fuel, the diagnosis means diagnoses the leakage of the raw fuel in the fuel cell. The form to perform is illustrated.

硫黄成分を含む原燃料は、改質装置や燃料電池において被毒物質となるおそれがある。そこで、原燃料を脱硫する脱硫器が燃料電池システムに設けられており、脱硫器を通過した原燃料を漏れ診断に用いる形態が例示される。従って原燃料に含まれる有害成分を予め浄化させる前処理浄化部が燃料電池システムに設けられており、前処理浄化部を通過して浄化された原燃料を漏れ診断に用いる形態が例示される。   The raw fuel containing sulfur components may become a poisonous substance in the reformer or the fuel cell. Therefore, a desulfurizer for desulfurizing the raw fuel is provided in the fuel cell system, and a mode in which the raw fuel that has passed through the desulfurizer is used for leakage diagnosis is exemplified. Therefore, a pretreatment purification unit for purifying harmful components contained in the raw fuel in advance is provided in the fuel cell system, and a mode in which the raw fuel purified by passing through the pretreatment purification unit is used for leakage diagnosis is exemplified.

流体通路は、改質流体に含まれている一酸化炭素を低減させるCO低減部を備えている形態が例示される。CO低減部としては、シフト反応により一酸化炭素を低減させるCOシフト部と、一酸化炭素を酸化させて低減させるCO選択酸化部との一方または双方が例示される。   An example of the fluid passage is provided with a CO reduction unit that reduces carbon monoxide contained in the reforming fluid. Examples of the CO reduction unit include one or both of a CO shift unit that reduces carbon monoxide by a shift reaction and a CO selective oxidation unit that oxidizes and reduces carbon monoxide.

診断手段は、原燃料を改質させることなく、燃料電池に供給し、燃料電池における原燃料の漏れの診断を行う形態が例示される。この場合、燃料電池での漏れの診断において供給される原燃料の供給圧をPcとし、改質装置での漏れの診断において供給される原燃料の供給圧をPrとするとき、診断手段は、必要に応じて、Pc=Pr、Pc≒Prとしても良いし、Pc>Pr、Pc<Prとしても良い。   Examples of the diagnostic means include supplying the fuel cell to the fuel cell without reforming the raw fuel, and diagnosing leakage of the raw fuel in the fuel cell. In this case, when the supply pressure of the raw fuel supplied in the diagnosis of leakage in the fuel cell is Pc and the supply pressure of the raw fuel supplied in the diagnosis of leakage in the reformer is Pr, If necessary, Pc = Pr and Pc≈Pr may be set, or Pc> Pr and Pc <Pr may be set.

本発明によれば、流体通路は、改質装置と燃料電池との間に設けられ原燃料を燃料電池のアノード極の入口に供給するアノードガス通路と、燃料電池のアノード極の出口から延設されたオフガス通路と、アノードガス通路から燃料電池のアノード極の入口に向かう原燃料を遮断可能な第1遮断弁と、燃料電池のアノード極の出口からオフガス通路に向かう原燃料を遮断可能な第2遮断弁とを備えている。この場合、診断手段は、原燃料を改質させることなく、改質装置および流体通路に供給し、(i)原燃料が燃料電池に供給されないように第1遮断弁を閉鎖した状態で、改質装置の下流の領域における漏れの第1診断を行い、且つ、(ii)第2遮断弁を閉鎖すると共に第1遮断弁を開放することにより、原燃料を燃料電池のアノード極に供給し、燃料電池のアノード極の漏れの診断を行う。 According to the present invention, the fluid passage is provided between the reformer and the fuel cell and extends from the anode gas passage for supplying raw fuel to the inlet of the anode of the fuel cell and the outlet of the anode of the fuel cell. A first cutoff valve capable of shutting off the raw fuel from the anode gas passage toward the inlet of the anode of the fuel cell, and a first shutoff valve capable of shutting off the raw fuel from the outlet of the anode of the fuel cell toward the offgas passage. that it has a second shutoff valve. In this case, the diagnostic means supplies the raw fuel to the reformer and the fluid passage without reforming the raw fuel . (I) With the first shut-off valve closed so that the raw fuel is not supplied to the fuel cell, Supplying a raw fuel to the anode electrode of the fuel cell by performing a first diagnosis of leakage in the region downstream of the quality device and (ii) closing the second shut-off valve and opening the first shut-off valve; It intends line the diagnosis of leakage of the anode electrode of the fuel cell.

また本発明によれば、流体通路は、改質装置と燃料電池との間に設けられ原燃料を燃料電池のアノード極の入口に供給するアノードガス通路と、燃料電池のアノード極の出口から延設されたオフガス通路と、アノードガス通路とオフガス通路とを繋ぐバイパス通路と、アノードガス通路から燃料電池のアノード極の入口に向かう原燃料を遮断可能な第1遮断弁と、燃料電池のアノード極の出口からオフガス通路に向かう原燃料を遮断可能な第2遮断弁と、アノードガス通路からオフガス通路に向かう原燃料を遮断可能な第3遮断弁とを備えている形態が例示される。この場合、診断手段は、原燃料を改質させることなく、改質装置および流体通路に供給し、(i)原燃料が燃料電池に供給されないように第1遮断弁および第3遮断弁を閉鎖した状態で、改質装置および流体通路のうち少なくとも改質部の下流の領域における漏れの第1診断を行い、且つ、(ii)第2遮断弁および第3遮断弁を閉鎖すると共に第1遮断弁を開放することにより、原燃料を燃料電池のアノード極に供給し、燃料電池の漏れの診断を行う形態が例示される。 Further, according to the present invention, the fluid passage is provided between the reformer and the fuel cell and extends from the anode gas passage for supplying raw fuel to the inlet of the anode of the fuel cell and the outlet of the anode of the fuel cell. An off-gas passage provided; a bypass passage connecting the anode gas passage and the off-gas passage; a first shut-off valve capable of shutting off raw fuel from the anode gas passage toward the inlet of the anode of the fuel cell; and an anode of the fuel cell A mode is provided that includes a second shut-off valve capable of shutting off the raw fuel from the outlet to the off-gas passage and a third shut-off valve capable of shutting off the raw fuel from the anode gas passage toward the off-gas passage. In this case, the diagnostic means supplies the raw fuel to the reforming device and the fluid passage without reforming, and (i) closes the first cutoff valve and the third cutoff valve so that the raw fuel is not supplied to the fuel cell. In this state, a first diagnosis of leakage in at least a region downstream of the reforming unit in the reformer and the fluid passage is performed, and (ii) the second shutoff valve and the third shutoff valve are closed and the first shutoff is performed. By opening the valve, raw fuel is supplied to the anode of the fuel cell, and the fuel cell leakage diagnosis is exemplified.

また本発明によれば、燃焼により改質部を加熱させる燃焼部が設けられており、燃焼部は、改質装置のうち改質部の下流の領域、および、燃料電池のアノード極の出口に連通している形態が例示される。この場合、診断手段は、原燃料の漏れの診断の終了後において、改質装置の改質部の下流の領域、または、燃料電池のアノード極の出口から排出された原燃料を燃焼部に供給することにより燃焼部で燃焼させる形態が例示される。燃焼部が着火されているとき、漏れ診断に用いられた原燃料を燃焼部で燃焼させることができる。この場合、原燃料は窒素ガス等の不活性ガスとは異なり、燃焼成分を有するため、燃焼部に供給されたとしても、燃焼部の吹き消え(消火)は抑えられる。なお、燃焼部が着火されていないとき、診断手段は、空気を燃焼部に供給することにより原燃料を燃焼せずに空気で希釈化させると共に燃焼部から外方に放出させる形態が例示される。 Further, according to the present invention, the combustion unit that heats the reforming unit by combustion is provided, and the combustion unit is provided in the region downstream of the reforming unit of the reforming device and the outlet of the anode electrode of the fuel cell. The form which is communicating is illustrated. In this case, after the diagnosis of raw fuel leakage is completed, the diagnosis means supplies the raw fuel discharged from the region downstream of the reforming unit of the reformer or the anode electrode outlet of the fuel cell to the combustion unit. By doing so, the form which is made to burn in a combustion part is illustrated. When the combustion part is ignited, the raw fuel used for the leakage diagnosis can be burned in the combustion part. In this case, unlike the inert gas such as nitrogen gas, the raw fuel has a combustion component. Therefore, even if the raw fuel is supplied to the combustion portion, blow-off (extinguishing) of the combustion portion is suppressed. In addition, when the combustion part is not ignited, the diagnosis means supplies the air to the combustion part so that the raw fuel is diluted with air without being burned and discharged outward from the combustion part. .

上記した漏れ診断が実行される時期としては、燃料電池システムの出荷前、燃料電池システムの起動直前、出荷後の配管や部品の組み替え時、出荷後の配管や部品の交換時、燃料電池システムのメンテナンス時が例示される。漏れ診断が実行される時期としては、発電運転していないときが好ましい。   The leak diagnosis is performed before the fuel cell system is shipped, immediately before the start of the fuel cell system, when pipes and parts are replaced after shipment, when pipes and parts are replaced after shipment, and when the fuel cell system is replaced. The maintenance time is illustrated. The time when the leakage diagnosis is executed is preferably when the power generation operation is not performed.

ところで前回の改質装置の運転終了から時間があまり経過していないとき、改質部がまだ高温であるおそれがある。漏れ診断のために高温の改質部に原燃料が供給されると、改質部の触媒においてコーキングが発生するおそれがある。この場合、触媒の粉化、圧力損失の増加が誘発されるおそれがある。この点本発明によれば、漏れ診断後に燃料電池システムの改質装置を初めて起動させるとき、診断手段は、改質装置の通常の起動時のときよりも、改質装置に関するS/Cの値を高く設定する形態が例示される。この場合、HOがリッチとなるため、コーキングの低減に有利となる。ここで、S/Cの値は、(改質装置に供給される改質水に含まれるHOのモル数)/(改質装置に供給される原燃料に含まれる炭素成分のモル数)を意味する。 By the way, when the time has not passed so much since the end of the previous reformer operation, there is a possibility that the reforming section is still at a high temperature. When raw fuel is supplied to a high temperature reforming section for leak diagnosis, coking may occur in the catalyst of the reforming section. In this case, catalyst pulverization and an increase in pressure loss may be induced. In this regard, according to the present invention, when the reforming device of the fuel cell system is started for the first time after the leakage diagnosis, the diagnosis means has a value of S / C related to the reforming device rather than at the time of normal starting of the reforming device. The form which sets high is illustrated. In this case, H 2 O becomes rich, which is advantageous for reducing coking. Here, the value of S / C is (number of moles of H 2 O contained in reformed water supplied to reformer) / (number of moles of carbon component contained in raw fuel supplied to reformer) ).

また、改質装置の前回の運転終了から所定時間経過していないとき、あるいは、改質部の温度が所定温度(例えば400℃)を越えるような高温のときには、漏れ診断のために、原燃料が改質部に供給されると、改質部においてコーキングが発生するおそれがある。この点について本発明によれば、改質装置の前回の運転終了から所定時間経過しているとき、あるいは、改質部の温度が所定温度未満のときには、診断手段は、原燃料の漏れ診断を実行し、且つ、改質装置の前回の運転終了から所定時間(例えば4時間)経過していないとき、あるいは、改質部の温度が所定温度以上のときには、診断手段は、原燃料の漏れ診断を実行しない形態が例示される。この場合、改質部におけるコーキングが抑制される。   Further, when a predetermined time has not elapsed since the end of the previous operation of the reformer, or when the temperature of the reforming unit is a high temperature exceeding a predetermined temperature (for example, 400 ° C.), the raw fuel is used for leak diagnosis. If is supplied to the reforming section, coking may occur in the reforming section. In this regard, according to the present invention, when a predetermined time has elapsed since the end of the previous operation of the reformer, or when the temperature of the reforming unit is lower than the predetermined temperature, the diagnosis means performs a raw fuel leak diagnosis. When the predetermined time (for example, 4 hours) has not elapsed since the last operation of the reformer is performed, or when the temperature of the reforming unit is equal to or higher than the predetermined temperature, the diagnosis unit performs raw fuel leakage diagnosis. The form which does not perform is illustrated. In this case, coking in the reforming unit is suppressed.

診断手段は、改質装置および流体通路のパージ処理(封入処理)を兼用するように、原燃料を改質させることなく、改質装置および/または流体通路にパージ用流体(封入用流体)として供給し、改質装置および流体通路のうち少なくとも改質部の下流の領域における原燃料の漏れの診断を行うことにしても良い。流体漏れがなければ、原燃料はパージ用流体(封入用流体)としてそのまま改質装置および流体通路に封入される。または、第1遮断弁を開き、大気圧程度分の原燃料を改質装置および流体通路に残留させた状態にさせ、その後、第1遮断弁を閉じて原燃料流体を改質装置および流体通路に封入しても良い。   The diagnostic means serves as a purging fluid (filling fluid) in the reforming device and / or the fluid passage without reforming the raw fuel so that the reforming device and the fluid passage purge processing (sealing processing) are combined. Supplying and diagnosing leakage of raw fuel in at least the region downstream of the reforming unit of the reformer and the fluid passage may be performed. If there is no fluid leakage, the raw fuel is directly enclosed in the reformer and the fluid passage as a purge fluid (filling fluid). Alternatively, the first shut-off valve is opened to leave the raw fuel corresponding to about atmospheric pressure in the reformer and the fluid passage, and then the first shut-off valve is closed to feed the raw fuel fluid to the reformer and the fluid passage. It may be enclosed in.

また診断手段は、燃料電池のパージ処理(封入処理)を兼用するように、原燃料を改質させることなく、燃料電池のアノード極および/またはカソード極にパージ用流体(封入用流体)として供給し、燃料電池のアノード極および/またはカソード極における原燃料の漏れの診断を行うことにしても良い。漏れがなければ、原燃料はパージ用流体(封入用流体)としてそのまま燃料電池のアノード極および流体通路に封入される。燃料電池のパージ処理は、燃料電池の内部に原燃料を供給し、燃料電池に残留しているガスを完全にまたはほぼ完全に追い出す処理である。燃料電池の封入処理は、燃料電池の内部に原燃料を供給した状態で封入する処理である。   Further, the diagnostic means supplies the purge fluid (encapsulating fluid) to the anode and / or cathode of the fuel cell without reforming the raw fuel so as to also perform the purge processing (encapsulation) of the fuel cell. In addition, the leakage of raw fuel at the anode and / or cathode of the fuel cell may be diagnosed. If there is no leakage, the raw fuel is directly sealed in the anode electrode and the fluid passage of the fuel cell as a purge fluid (filling fluid). The purge process of the fuel cell is a process in which raw fuel is supplied into the fuel cell and the gas remaining in the fuel cell is completely or almost completely expelled. The fuel cell sealing process is a process of sealing in a state where raw fuel is supplied into the fuel cell.

または第3遮断弁を所定時間(例えば1〜2秒程度)開放しても良い。この場合、大気圧分以上の原燃料ガスが抜け、大気圧程度の原燃料流体が燃料電池のアノード極および流体通路に残留した状態で第3遮断弁を閉じ、原燃料流体をアノード極および流体通路に封入しても良い。即ち、診断手段は、漏れを検知しなければ、原燃料をパージ用流体(封入用流体)として改質装置および/または燃料電池に封入させておく封入操作を行う形態が例示される。   Or you may open a 3rd cutoff valve for predetermined time (for example, about 1-2 second). In this case, the raw fuel gas of the atmospheric pressure or more escapes, and the raw fuel fluid at atmospheric pressure remains in the anode electrode and the fluid passage of the fuel cell, and the third shut-off valve is closed, and the raw fuel fluid is removed from the anode electrode and the fluid. It may be enclosed in a passage. That is, the diagnostic means exemplifies a form of performing a sealing operation in which the raw fuel is sealed in the reformer and / or the fuel cell as a purge fluid (filling fluid) if no leakage is detected.

(実施例の全体説明)
以下、本発明の実施例1について図1〜図4を参照して具体的に説明する。本実施例に係る改質装置は燃料電池システムに適用したものである。図1に示すように、燃料電池1は、プロトン伝導性をもつ固体高分子膜10(イオン伝導膜)をアノード極11(燃料極)とカソード極12(酸化剤極)とで厚み方向に挟持する膜電極接合体13を複数組み付けて形成されている。固体高分子膜10の材質としては、炭化フッ素系樹脂(例えばパーフルオロスルホン酸樹脂)または炭化水素系樹脂が例示される。燃料電池1としては、シート状の膜電極接合体13を厚み方向に複数積層する方式でも良いし、チューブ状の膜電極接合体13を複数配置する方式でも良い。
(Overall description of examples)
Embodiment 1 of the present invention will be specifically described below with reference to FIGS. The reformer according to the present embodiment is applied to a fuel cell system. As shown in FIG. 1, the fuel cell 1 has a proton conductive solid polymer membrane 10 (ion conducting membrane) sandwiched between an anode 11 (fuel electrode) and a cathode 12 (oxidant electrode) in the thickness direction. A plurality of membrane electrode assemblies 13 to be assembled are assembled. Examples of the material of the solid polymer film 10 include a fluorocarbon resin (for example, perfluorosulfonic acid resin) or a hydrocarbon resin. The fuel cell 1 may be a system in which a plurality of sheet-like membrane electrode assemblies 13 are stacked in the thickness direction, or a system in which a plurality of tube-shaped membrane electrode assemblies 13 are arranged.

図1に示すように、改質装置2は、燃焼バーナで形成された燃焼部30と、燃焼部30により加熱される改質部34と、燃焼部30に対面する筒状の燃焼通路32と、燃焼通路32に連通する燃焼通路33と、燃焼通路33に連通する筒状の燃焼通路35と、原料水を蒸発させる筒状の蒸発部36と、筒状のCO酸化除去部37(CO低減部)とを備えている。   As shown in FIG. 1, the reformer 2 includes a combustion section 30 formed of a combustion burner, a reforming section 34 heated by the combustion section 30, and a cylindrical combustion passage 32 facing the combustion section 30. The combustion passage 33 communicating with the combustion passage 32, the cylindrical combustion passage 35 communicating with the combustion passage 33, the cylindrical evaporation portion 36 for evaporating the raw water, and the cylindrical CO oxidation removal portion 37 (CO reduction) Part).

図1および図2に示すように、改質部34は燃焼通路32と燃焼通路33との間に配置されており、内通路34iと外通路34pと折返部34mとをもつ。改質部34の回りを包囲するように、筒状の燃焼通路33が配置されている。燃焼通路35は、燃焼通路33から折り返した筒状通路である。筒状の燃焼通路33,35の間には、筒状の断熱部31が配置されている。更に燃焼通路35の回りを包囲するように、筒状の蒸発部36が配置されている。燃焼通路35は蒸発部36の内周側に配置されている。蒸発部36は、燃焼通路35を通過する燃焼ガスにより加熱される。蒸発部36の回りを包囲するように、CO酸化除去部37(CO低減部)が配置されている。従って、蒸発部36とCO酸化除去部37とは互いに熱交換される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the reforming section 34 is disposed between the combustion passage 32 and the combustion passage 33, and has an inner passage 34i, an outer passage 34p, and a turn-up portion 34m. A cylindrical combustion passage 33 is arranged so as to surround the reforming section 34. The combustion passage 35 is a cylindrical passage that is folded back from the combustion passage 33. A cylindrical heat insulating portion 31 is disposed between the cylindrical combustion passages 33 and 35. Further, a cylindrical evaporator 36 is arranged so as to surround the combustion passage 35. The combustion passage 35 is disposed on the inner peripheral side of the evaporator 36. The evaporator 36 is heated by the combustion gas that passes through the combustion passage 35. A CO oxidation removal unit 37 (CO reduction unit) is arranged so as to surround the evaporation unit 36. Therefore, the evaporation unit 36 and the CO oxidation removal unit 37 are mutually heat-exchanged.

改質装置2の定常運転時には、蒸発部36の温度よりもCO酸化除去部37の温度が高いため、CO酸化除去部37は蒸発部36に熱を与える。なお、起動運転時においてCO酸化除去部37の温度が約100℃に達するまでと、停止操作時に蒸発部36の蒸発部36の水分が全て蒸気化した後には、蒸発部36からCO酸化除去部37に熱が与えられる。CO酸化除去部37の外周には、保温用の筒状の断熱層39が配置されている。   During the steady operation of the reformer 2, the CO oxidation removing unit 37 is higher in temperature than the evaporation unit 36, so the CO oxidation removing unit 37 applies heat to the evaporation unit 36. Note that until the temperature of the CO oxidation removal unit 37 reaches about 100 ° C. during the start-up operation and after all the water in the evaporation unit 36 of the evaporation unit 36 is vaporized during the stop operation, the CO oxidation removal unit is removed from the evaporation unit 36. 37 is heated. On the outer periphery of the CO oxidation removing portion 37, a heat insulating cylindrical heat insulating layer 39 is disposed.

改質部34は、改質反応を促進させる改質触媒34eを担持するセラミックス担体を有する。改質触媒34eの活性温度域は一般的には500〜800℃であるが、これに限定されるものではない。改質部34の温度がこれの活性温度域から大きく外れると、改質部34の改質反応が損なわれるおそれがある。改質部34は下記の式(1)に基づいて、改質用燃料と水蒸気とに基づいて水蒸気改質を行い、水素を主要成分とする改質ガスを生成する。改質ガスは一酸化炭素を含む。   The reforming unit 34 includes a ceramic carrier that supports a reforming catalyst 34e that promotes a reforming reaction. The active temperature range of the reforming catalyst 34e is generally 500 to 800 ° C., but is not limited thereto. If the temperature of the reforming unit 34 deviates greatly from the activation temperature range, the reforming reaction of the reforming unit 34 may be impaired. The reforming unit 34 performs steam reforming based on the reforming fuel and steam based on the following formula (1) to generate reformed gas containing hydrogen as a main component. The reformed gas contains carbon monoxide.

なお改質部34では、下記の式(2)も発生しており、一酸化炭素が低減されている。更に、図1に示すように、改質装置2は、改質部34の下方に配置された熱交換部4と、熱交換部4の下方に配置されたCOシフト部5と、COシフト部5と熱交換部4との間に配置された暖機部47とを備えている。ここで、蒸発部36の下流に熱交換部4が設けられ、熱交換部4の下流にCOシフト部5が設けられている。   In the reforming section 34, the following formula (2) is also generated, and carbon monoxide is reduced. Further, as shown in FIG. 1, the reformer 2 includes a heat exchange unit 4 disposed below the reforming unit 34, a CO shift unit 5 disposed below the heat exchange unit 4, and a CO shift unit. 5 and a warm-up unit 47 disposed between the heat exchange unit 4. Here, the heat exchange unit 4 is provided downstream of the evaporation unit 36, and the CO shift unit 5 is provided downstream of the heat exchange unit 4.

COシフト部5は、下記の(2)式に基づいて、水蒸気を利用するシフト反応を促進させ、改質ガスに含まれているCOを低減させる。COシフト部5はシフト触媒5e(例えば銅−亜鉛系触媒)を担持するセラミックス担体を有する。シフト触媒5eの活性温度域は一般的には200〜300℃であるが、これに限定されるものではない。COシフト部5の温度がこれの活性温度域から大きく外れると、COシフト部5のシフト反応が損なわれ、一酸化炭素が充分に浄化されないおそれがある。COシフト部5で浄化された改質ガスに含まれているCOの濃度は、改質用燃料にもよるが、一般的にはモル比で0.2〜1%であるが、これに限られるものではない。COシフト部5は通路5iと通路5vと折返部5mとをもつ。COシフト部5の出口5pと酸化用空気通路75とは、第2合流域M2を介して浄化通路400により接続されている。   The CO shift unit 5 promotes a shift reaction using water vapor based on the following formula (2), and reduces CO contained in the reformed gas. The CO shift unit 5 includes a ceramic carrier that supports a shift catalyst 5e (for example, a copper-zinc catalyst). The active temperature range of the shift catalyst 5e is generally 200 to 300 ° C., but is not limited thereto. If the temperature of the CO shift unit 5 greatly deviates from the activation temperature range, the shift reaction of the CO shift unit 5 may be impaired, and carbon monoxide may not be sufficiently purified. The concentration of CO contained in the reformed gas purified by the CO shift unit 5 is generally 0.2 to 1% in terms of molar ratio, although it depends on the reforming fuel. It is not something that can be done. The CO shift unit 5 has a passage 5i, a passage 5v, and a turning portion 5m. The outlet 5p of the CO shift unit 5 and the oxidation air passage 75 are connected by a purification passage 400 via the second merge region M2.

図1に示すように、CO酸化除去部37は、COシフト部5の下流に配置されており、COシフト部5を通過した改質ガスに含まれているCOを二酸化炭素に下記の式(3)に基づいて、酸化させて低減させる酸化反応を促進させるものである。CO酸化除去部37は、選択酸化触媒37e(例えばルテニウム系)を担持するセラミックス担体を有する。選択酸化触媒37eの活性温度域は一般的には100〜200℃である。但しこれに限られるものではない。CO酸化除去部37の温度がこれの活性温度域から大きく外れると、CO酸化除去部37における酸化反応が損なわれるおそれがある。CO酸化除去部37で浄化された改質ガスに含まれているCOの濃度はモル比で一般的には10ppm以下である。但しこれに限られるものではない。
式(1)…CH+HO→3H+CO
式(2)…CO+HO→H+CO
式(3)…CO+1/2O→CO
As shown in FIG. 1, the CO oxidation removal unit 37 is disposed downstream of the CO shift unit 5, and CO contained in the reformed gas that has passed through the CO shift unit 5 is converted into carbon dioxide as the following formula ( Based on 3), the oxidation reaction to be reduced by oxidation is promoted. The CO oxidation removing unit 37 includes a ceramic carrier that supports a selective oxidation catalyst 37e (for example, ruthenium-based). The active temperature range of the selective oxidation catalyst 37e is generally 100 to 200 ° C. However, it is not limited to this. If the temperature of the CO oxidation removing unit 37 is greatly deviated from the activation temperature range, the oxidation reaction in the CO oxidation removing unit 37 may be impaired. The concentration of CO contained in the reformed gas purified by the CO oxidation removing unit 37 is generally 10 ppm or less in terms of molar ratio. However, it is not limited to this.
Formula (1) ... CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO
Formula (2) ... CO + H 2 O → H 2 + CO 2
Formula (3) ... CO + 1 / 2O 2 → CO 2

本実施例によれば、COシフト部5はCO酸化除去部37の上流に配置されているため、式(2)→式(3)の順に実行される。   According to the present embodiment, since the CO shift unit 5 is arranged upstream of the CO oxidation removal unit 37, it is executed in the order of Expression (2) → Expression (3).

次に通路系について説明する。図1に示すように、燃料供給源61に弁25aを介して繋がる燃料通路62が設けられている。燃料供給源61の原燃料としては気体燃料でも、液体燃料でも、粉化燃料でも良い。具体的には、炭化水素系燃料、アルコール系燃料が例示される。例えば都市ガス、LPG、灯油、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、バイオガスが例示される。燃料通路62は、弁25a,ポンプ27aを介して改質部34の燃焼部30に繋がる燃焼用燃料通路62と、熱交換部4の入口4iにポンプ27b、脱硫器62xおよび弁25bを介して繋がる改質用燃料通路62(改質用燃料供給部)とをもつ。脱硫器62xは、原燃料に含まれている有害成分である硫黄成分を低減させて浄化させる前処理浄化部として機能する。空気供給源71に繋がる空気通路72(酸素供給部)が設けられている。空気通路72は、ポンプ27cを介して改質部34の燃焼部30に繋がる燃焼用空気通路73と、ポンプ27dおよび弁25dを介してCO酸化除去部37の入口37iに繋がる酸化用空気通路75とをもつ。   Next, the passage system will be described. As shown in FIG. 1, a fuel passage 62 connected to the fuel supply source 61 through a valve 25a is provided. The raw fuel of the fuel supply source 61 may be gaseous fuel, liquid fuel, or pulverized fuel. Specifically, hydrocarbon fuel and alcohol fuel are exemplified. Examples include city gas, LPG, kerosene, methanol, ethanol, dimethyl ether, and biogas. The fuel passage 62 is connected to the combustion fuel passage 62 connected to the combustion section 30 of the reforming section 34 via the valve 25a and the pump 27a, and to the inlet 4i of the heat exchange section 4 via the pump 27b, the desulfurizer 62x and the valve 25b. It has a reforming fuel passage 62 (reforming fuel supply section) that is connected. The desulfurizer 62x functions as a pretreatment purification unit that reduces and purifies sulfur components that are harmful components contained in the raw fuel. An air passage 72 (oxygen supply unit) connected to the air supply source 71 is provided. The air passage 72 is connected to the combustion air passage 73 connected to the combustion portion 30 of the reforming portion 34 via the pump 27c, and the oxidation air passage 75 connected to the inlet 37i of the CO oxidation removal portion 37 via the pump 27d and the valve 25d. And have.

図1に示すように、水タンク81と蒸発部36の入口36iとを、ポンプ27mおよび弁25mを介して繋ぐ改質水通路82(改質水供給部)が設けられている。CO酸化除去部37の出口37pと燃料電池1のアノード極11の入口11iとを弁25eを介して繋ぐアノードガス通路100が設けられている。CO酸化除去部37の出口37pはCO酸化除去部37の高さ方向の上部側に形成されている。燃料電池1のアノード極11の出口11pと燃焼部30とを弁25fを介して繋ぐオフガス通路110が設けられている。オフガス通路110は発電反応後のアノードオフガスを燃焼部30に排出させる。オフガス通路110とアノードガス通路100とを弁25hを介して繋ぐバイパス通路150が設けられている。図1に示すように、改質装置2の圧力を検知する圧力検知手段としての圧力センサ100xが設けられている。圧力センサ100xは、バイパス通路150とアノードガス通路100との分岐域に配置されているが、これに限定されるものではない。   As shown in FIG. 1, a reforming water passage 82 (reforming water supply unit) that connects the water tank 81 and the inlet 36i of the evaporation unit 36 via a pump 27m and a valve 25m is provided. An anode gas passage 100 that connects the outlet 37p of the CO oxidation removing unit 37 and the inlet 11i of the anode 11 of the fuel cell 1 via a valve 25e is provided. The outlet 37p of the CO oxidation removing unit 37 is formed on the upper side of the CO oxidation removing unit 37 in the height direction. An off-gas passage 110 that connects the outlet 11p of the anode 11 of the fuel cell 1 and the combustion unit 30 via a valve 25f is provided. The off gas passage 110 discharges the anode off gas after the power generation reaction to the combustion unit 30. A bypass passage 150 that connects the off gas passage 110 and the anode gas passage 100 via the valve 25h is provided. As shown in FIG. 1, a pressure sensor 100 x is provided as pressure detection means for detecting the pressure of the reformer 2. The pressure sensor 100x is disposed in a branch region between the bypass passage 150 and the anode gas passage 100, but is not limited thereto.

図1に示すように、空気供給源71と燃料電池1のカソード極12の入口12iにポンプ27kおよび弁25kを介して連通するカソードガス通路200が設けられている。燃焼部30で燃焼された燃焼排ガスを外部に放出させる燃焼排ガス通路250が設けられている。蒸発部36の出口36pと改質用燃料通路62とを第1合流域M1を介して繋ぐ水蒸気通路300が設けられている。水蒸気通路300の上端部300eは出口36pに繋がる。水蒸気通路300の下端部300fは合流域M1に繋がる。   As shown in FIG. 1, a cathode gas passage 200 communicating with the air supply source 71 and the inlet 12i of the cathode electrode 12 of the fuel cell 1 via a pump 27k and a valve 25k is provided. A combustion exhaust gas passage 250 for releasing the combustion exhaust gas combusted in the combustion unit 30 to the outside is provided. A water vapor passage 300 is provided that connects the outlet 36p of the evaporation section 36 and the reforming fuel passage 62 via the first merge region M1. The upper end portion 300e of the water vapor passage 300 is connected to the outlet 36p. The lower end portion 300f of the water vapor passage 300 is connected to the merge area M1.

図1に示すように、COシフト部5の出口5pとCO酸化除去部37の入口37iとは、浄化通路400で接続されている。COシフト部5の出口5pから吐出された改質ガス(水素および一酸化炭素を含有)は、浄化通路400を上向きに矢印W2方向に流れ、第2合流域M2を経てCO酸化除去部37の入口37iに供給される。なお、入口37iは、CO酸化除去部37の高さ方向の下部側に形成されている。   As shown in FIG. 1, the outlet 5 p of the CO shift unit 5 and the inlet 37 i of the CO oxidation removing unit 37 are connected by a purification passage 400. The reformed gas (containing hydrogen and carbon monoxide) discharged from the outlet 5p of the CO shift unit 5 flows upward in the direction of the arrow W2 through the purification passage 400, passes through the second merging zone M2, and flows through the CO oxidation removal unit 37. It is supplied to the inlet 37i. The inlet 37 i is formed on the lower side in the height direction of the CO oxidation removing unit 37.

図4は、燃料電池システムの概念を表すブロック図を示す。図4に示すように、基本的には、熱交換部4の第1通路4a、改質部34、熱交換部4の第2通路4c、COシフト部5、CO酸化除去部37、アノードガス通路100、圧力センサ100x、バルブ25e、燃料電池1のアノード極11,バルブ25f、オフガス通路110,燃焼部30が直列に配置されている。従って、改質部34と燃料電池1とを繋ぐ流体通路は、熱交換部4の第2通路4c、COシフト部5、CO酸化除去部37、アノードガス通路100に相当する。   FIG. 4 is a block diagram showing the concept of the fuel cell system. As shown in FIG. 4, basically, the first passage 4a of the heat exchange section 4, the reforming section 34, the second passage 4c of the heat exchange section 4, the CO shift section 5, the CO oxidation removal section 37, the anode gas The passage 100, the pressure sensor 100x, the valve 25e, the anode 11 of the fuel cell 1, the valve 25f, the off-gas passage 110, and the combustion unit 30 are arranged in series. Therefore, the fluid passage connecting the reforming unit 34 and the fuel cell 1 corresponds to the second passage 4 c of the heat exchange unit 4, the CO shift unit 5, the CO oxidation removal unit 37, and the anode gas passage 100.

次に燃料電池システムを起動させるときについて説明する。この場合、ポンプ27cにより燃焼用空気通路73を介して燃焼用空気を燃焼部30に供給する。また、弁25aおよびポンプ27aにより燃焼用燃料通路62を介して燃焼用燃料(原燃料)を燃焼部30に供給する。これによりイグナイタにより燃焼部30が着火されて加熱され、ひいては改質部34が改質反応に適するように加熱される。改質部34および蒸発部36も高温に加熱される。   Next, a case where the fuel cell system is started will be described. In this case, combustion air is supplied to the combustion unit 30 via the combustion air passage 73 by the pump 27c. Further, the combustion fuel (raw fuel) is supplied to the combustion unit 30 through the combustion fuel passage 62 by the valve 25a and the pump 27a. As a result, the combustion section 30 is ignited and heated by the igniter, and as a result, the reforming section 34 is heated so as to be suitable for the reforming reaction. The reformer 34 and the evaporator 36 are also heated to a high temperature.

その後、水タンク81および改質水通路82からポンプ27mおよび弁25mを介して、改質水が高温の蒸発部36の入口36iに供給される。改質水は高温の蒸発部36において水蒸気化される。生成された水蒸気は、蒸発部36の出口36pから水蒸気通路300を経て第1合流域M1に到達する。第1合流域M1は、水蒸気通路300を流れる水蒸気または凝縮水と、改質用燃料通路62を流れる改質用燃料とが合流する領域である。これの、改質用燃料は弁25a,ポンプ27b,弁25bにより、改質用燃料通路62および第1合流域M1を経て熱交換部4の入口4iに供給される。従って、第1合流域M1において、改質用燃料通路62の改質用燃料である原燃料と、水蒸気通路300の水蒸気とが合流して混合される。合流した混合流体が熱交換部4の入口4iに供給される。混合流体は熱交換部4の低温側の第1通路4aを通過する。このとき熱交換部4の高温側の第2通路4cを流れる高温の改質ガスと熱交換する。このため、改質反応前の混合流体が加熱される。混合流体は改質部34の外通路34pに流入し、矢印A1方向に流れ、折返部34mを経て内通路34iに流入し、矢印A2方向に流れる。このとき水蒸気(または凝縮水)および改質用燃料が混合した混合流体は、上記した(1)に示す改質反応により、水素リッチな改質ガスとなる。この改質ガスは一酸化炭素を含む。   Thereafter, the reformed water is supplied from the water tank 81 and the reformed water passage 82 to the inlet 36i of the high-temperature evaporator 36 through the pump 27m and the valve 25m. The reformed water is steamed in the high temperature evaporation section 36. The generated water vapor reaches the first merge region M1 through the water vapor passage 300 from the outlet 36p of the evaporation section 36. The first merge region M1 is a region where the steam or condensed water flowing through the steam passage 300 and the reforming fuel flowing through the reforming fuel passage 62 merge. The reforming fuel is supplied to the inlet 4i of the heat exchanging section 4 through the reforming fuel passage 62 and the first junction region M1 by the valve 25a, the pump 27b, and the valve 25b. Therefore, in the first merge region M1, the raw fuel that is the reforming fuel in the reforming fuel passage 62 and the steam in the steam passage 300 are merged and mixed. The merged mixed fluid is supplied to the inlet 4 i of the heat exchange unit 4. The mixed fluid passes through the first passage 4 a on the low temperature side of the heat exchange unit 4. At this time, heat exchange is performed with the high-temperature reformed gas flowing through the second passage 4c on the high temperature side of the heat exchange unit 4. For this reason, the mixed fluid before the reforming reaction is heated. The mixed fluid flows into the outer passage 34p of the reforming portion 34, flows in the direction of arrow A1, flows into the inner passage 34i through the turn-up portion 34m, and flows in the direction of arrow A2. At this time, the mixed fluid in which the steam (or condensed water) and the reforming fuel are mixed becomes a hydrogen-rich reformed gas by the reforming reaction shown in (1). This reformed gas contains carbon monoxide.

更に、改質反応を経た高温の改質ガスは、改質部34から熱交換部4に流入する。即ち、高温の改質ガスは、改質部34から熱交換部4の高温側の第2通路4cを通過することにより、低温側の第1通路4aの混合流体を加熱する。更に、改質ガスは、暖機部47を経て、COシフト部5の入口5iからCOシフト部5の内部に流入する。COシフト部5においては、上記した式(2)に示すように、水蒸気を利用したシフト反応が行われる。これにより改質ガスに含まれている一酸化炭素が低減されて、改質ガスは浄化される。   Further, the high-temperature reformed gas that has undergone the reforming reaction flows from the reforming section 34 into the heat exchanging section 4. That is, the high-temperature reformed gas passes through the second passage 4c on the high temperature side of the heat exchange unit 4 from the reforming unit 34, thereby heating the mixed fluid in the first passage 4a on the low temperature side. Further, the reformed gas flows into the CO shift unit 5 from the inlet 5 i of the CO shift unit 5 through the warm-up unit 47. In the CO shift unit 5, a shift reaction using water vapor is performed as shown in the above formula (2). As a result, the carbon monoxide contained in the reformed gas is reduced and the reformed gas is purified.

更に、COシフト部5において一酸化炭素が低減された改質ガスは、COシフト部5の出口5pから浄化通路400を経て矢印W2方向に流れ、第2合流域M2に至る。更にこの改質ガスは、酸化用空気通路75(酸素供給部)の酸化用空気(酸素成分,CO酸化除去部37における選択反応に使用される選択酸化用空気)と第2合流域M2において合流する。第2合流域M2は、浄化通路400を流れる改質ガスと、酸化用空気通路75を流れる酸化用空気とが合流する領域である。そして、合流した改質ガスは、入口37iからCO酸化除去部37に流入する。CO酸化除去部37においては、上記した式(3)に示すように、酸素を利用した酸化反応(CO+1/2O→CO)が行われる。この結果、改質ガスに含まれている一酸化炭素が更に低減される。酸化反応は発熱を伴う。 Further, the reformed gas in which carbon monoxide has been reduced in the CO shift unit 5 flows from the outlet 5p of the CO shift unit 5 through the purification passage 400 in the direction of the arrow W2 and reaches the second merge region M2. Further, the reformed gas joins the oxidizing air (oxygen component, selective oxidizing air used for the selective reaction in the CO oxidation removing unit 37) in the oxidizing air passage 75 (oxygen supply unit) in the second merge region M2. To do. The second merge region M2 is a region where the reformed gas flowing through the purification passage 400 and the oxidation air flowing through the oxidation air passage 75 merge. The merged reformed gas flows into the CO oxidation removing unit 37 from the inlet 37i. In the CO oxidation removing unit 37, an oxidation reaction (CO + 1 / 2O 2 → CO 2 ) using oxygen is performed as shown in the above formula (3). As a result, carbon monoxide contained in the reformed gas is further reduced. The oxidation reaction is exothermic.

このように浄化された改質ガスは、CO酸化除去部37の出口37pからアノードガスとして、アノードガス通路100,弁25eを経て燃料電池1のアノード極11の入口11iに供給される。カソードガスとして機能する空気は、ポンプ27k(空気搬送源),弁25kによりカソ−ドガス通路200を経て燃料電池1のカソード極12の入口12iに供給される。これにより燃料電池1において発電反応が発生し、電気エネルギが生成される。アノードガスの発電反応後のオフガスは、発電反応が行われなかった水素を含むことがある。このためオフガスはオフガス通路110を経て改質部34の燃焼部30に供給されて燃焼され、燃焼部30の熱源となる。   The reformed gas thus purified is supplied as an anode gas from the outlet 37p of the CO oxidation removing section 37 to the inlet 11i of the anode 11 of the fuel cell 1 through the anode gas passage 100 and the valve 25e. The air functioning as the cathode gas is supplied to the inlet 12i of the cathode electrode 12 of the fuel cell 1 through the cathode gas passage 200 by the pump 27k (air carrier source) and the valve 25k. As a result, a power generation reaction occurs in the fuel cell 1 and electric energy is generated. The off-gas after the power generation reaction of the anode gas may include hydrogen that has not undergone the power generation reaction. For this reason, the off gas is supplied to the combustion unit 30 of the reforming unit 34 through the off gas passage 110 and burned, and becomes a heat source of the combustion unit 30.

なお、改質装置2の起動開始時では、改質ガスの組成の安定性が必ずしも充分でないときがある。このため、改質装置2の起動開始時では、弁25e(第1遮断弁),弁25f(第2遮断弁)が閉鎖されている。この状態で、CO酸化除去部37の出口37pから吐出される改質ガスは、開放している弁25h(第3遮断弁)を通過し、バイパス通路150およびオフガス通路110を介して燃焼部30に送られて燃焼され、燃焼部30の熱源となる。改質装置2の起動開始から時間が経過すると、改質ガスの組成が安定する。この場合、弁25e,弁25fが開放され、弁25hが閉鎖される。このため、CO酸化除去部37の出口37pから吐出される改質ガスは、アノードガスとして、アノードガス通路100,弁25eを経て燃料電池1のアノード極11の入口11iに供給され、発電反応に使用される。   In addition, at the time of starting the reforming apparatus 2, the stability of the reformed gas composition may not always be sufficient. For this reason, at the time of starting the reforming apparatus 2, the valve 25e (first shutoff valve) and the valve 25f (second shutoff valve) are closed. In this state, the reformed gas discharged from the outlet 37p of the CO oxidation removing unit 37 passes through the opened valve 25h (third shutoff valve), and passes through the bypass passage 150 and the off-gas passage 110 to the combustion unit 30. To be combusted and become a heat source of the combustion section 30. As time elapses from the start of the reforming device 2, the composition of the reformed gas becomes stable. In this case, the valve 25e and the valve 25f are opened, and the valve 25h is closed. For this reason, the reformed gas discharged from the outlet 37p of the CO oxidation removing unit 37 is supplied as an anode gas to the inlet 11i of the anode electrode 11 of the fuel cell 1 through the anode gas passage 100 and the valve 25e to generate a power generation reaction. used.

図1に示すように、COシフト部5のうち上流側(通路5iの入口側)の温度T11を検知するCOシフト部温度検知器55が設けられている。COシフト部5の温度T31を検知する温度検知器39が設けられている。CO酸化除去部37のうち上流側の温度T12を検知するCO酸化除去部温度検知器38が設けられている。更に、改質部34の出口側の温度T1を検知する改質部温度検知器31tが設けられている。水蒸気と改質用燃料とが合流する第1合流域M1の温度T2を検知する温度検知器65が設けられている。   As shown in FIG. 1, a CO shift unit temperature detector 55 that detects a temperature T11 on the upstream side (inlet side of the passage 5i) of the CO shift unit 5 is provided. A temperature detector 39 for detecting the temperature T31 of the CO shift unit 5 is provided. A CO oxidation removal unit temperature detector 38 for detecting the upstream temperature T12 of the CO oxidation removal unit 37 is provided. Further, a reforming unit temperature detector 31t for detecting the temperature T1 on the outlet side of the reforming unit 34 is provided. A temperature detector 65 that detects the temperature T2 of the first merge region M1 where the steam and the reforming fuel merge is provided.

本実施例によれば、図3に示すように、制御部500は、入力処理回路500aと、CPU500bと、書き込みおよび読み込み可能な不揮発メモリで形成されたメモリ500cと、読み込み可能なメモリ500dと、出力処理回路500eとを備えている。燃料電池システムを起動させる起動スイッチ504が設けられている。燃料電池システムの発電運転を停止させる停止スイッチ505が設けられている。CO酸化除去部377の触媒37eを再生処理を開始する再生スイッチ506が設けられている。原燃料を用いてガス漏れ診断を開始する診断スイッチ507が設けられている。   According to the present embodiment, as shown in FIG. 3, the control unit 500 includes an input processing circuit 500a, a CPU 500b, a memory 500c formed of a writable / readable non-volatile memory, a readable memory 500d, And an output processing circuit 500e. An activation switch 504 that activates the fuel cell system is provided. A stop switch 505 for stopping the power generation operation of the fuel cell system is provided. A regeneration switch 506 for starting the regeneration process of the catalyst 37e of the CO oxidation removing unit 377 is provided. A diagnosis switch 507 for starting a gas leak diagnosis using raw fuel is provided.

起動スイッチ504、停止スイッチ505、再生スイッチ506、診断スイッチ507、圧力センサ100x、改質部温度検知器31t、CO酸化除去部温度検知器38、COシフト部温度検知器55、温度検知器65の信号は、制御部500に入力される。更に、制御部500は弁25a、25b、25d、25e、25f、25h、25k、25m、ポンプ27a、27b、27c、27d、27m、27kを制御する。ポンプ27a、27b、27c、27d、27m、27kは搬送源として機能する。   A start switch 504, a stop switch 505, a regeneration switch 506, a diagnostic switch 507, a pressure sensor 100x, a reforming unit temperature detector 31t, a CO oxidation removing unit temperature detector 38, a CO shift unit temperature detector 55, and a temperature detector 65. The signal is input to the control unit 500. Further, the control unit 500 controls the valves 25a, 25b, 25d, 25e, 25f, 25h, 25k, 25m and the pumps 27a, 27b, 27c, 27d, 27m, 27k. The pumps 27a, 27b, 27c, 27d, 27m, and 27k function as a conveyance source.

本実施例によれば、COシフト部5の温度T11が低く、これの活性温度域よりも低い場合には、COシフト部5を昇温させることによりCOシフト部5を活性温度域に維持させるべく、制御部500が働く。制御部500は、COシフト部5の温度を調整してCOシフト部5の温度をこれの活性温度域に維持する温度調整手段として機能する。   According to the present embodiment, when the temperature T11 of the CO shift unit 5 is low and lower than the activation temperature range thereof, the CO shift unit 5 is heated to maintain the CO shift unit 5 in the activation temperature range. Therefore, the control unit 500 works. The control unit 500 functions as a temperature adjusting unit that adjusts the temperature of the CO shift unit 5 and maintains the temperature of the CO shift unit 5 in the activation temperature range.

制御部500は、酸化用空気通路75(酸素供給部)からCO酸化除去部37に供給される空気(酸素含有ガス,酸素成分)の流量を制御する。これにより、CO酸化除去部37の上流に配設されているCOシフト部5の温度が制御される。   The controller 500 controls the flow rate of air (oxygen-containing gas, oxygen component) supplied from the oxidation air passage 75 (oxygen supply unit) to the CO oxidation removal unit 37. Thereby, the temperature of the CO shift part 5 arrange | positioned upstream of the CO oxidation removal part 37 is controlled.

具体的には、COシフト部5の温度T11が低くてこれの活性温度域よりも低い場合には、制御部500は、酸化用空気通路75からCO酸化除去部37に供給される空気(酸素成分、酸素含有ガス)の流量を増加させるように制御する。これにより、CO酸化除去部37における反応が促進される。この反応は酸化反応であり、発熱を伴う反応であるため、CO酸化除去部37における発熱量が増加する。従って、相対的に高温のCO酸化除去部37から、相対的に低温の蒸発部36へ伝達される伝熱量が制御される。図1に示すように、CO酸化除去部37が蒸発部36の外側に位置するように、CO酸化除去部37および蒸発部36が互いに熱交換可能に隣設しているためである。   Specifically, when the temperature T11 of the CO shift unit 5 is low and lower than the activation temperature range, the control unit 500 supplies the air (oxygen) supplied from the oxidation air passage 75 to the CO oxidation removal unit 37. The flow rate of the component, oxygen-containing gas) is controlled to increase. Thereby, the reaction in the CO oxidation removing unit 37 is promoted. Since this reaction is an oxidation reaction and is a reaction accompanied by heat generation, the amount of heat generated in the CO oxidation removal unit 37 increases. Accordingly, the amount of heat transferred from the relatively high temperature CO oxidation removal unit 37 to the relatively low temperature evaporation unit 36 is controlled. This is because, as shown in FIG. 1, the CO oxidation removal unit 37 and the evaporation unit 36 are adjacent to each other so as to exchange heat so that the CO oxidation removal unit 37 is located outside the evaporation unit 36.

改質装置2の通常運転時には、蒸発部36は改質水を蒸発させるため、改質水の蒸発潜熱の影響で、蒸発部36は、一般的には100℃程度の温度領域に維持される。そして、COシフト部5を経た高温の改質ガスが、入口37iからCO酸化除去部37に供給されるため、CO酸化除去部37の温度は高くなる。このため、CO酸化除去部37は相対的に高温側となり、蒸発部36は相対的に低温側となる。故に、CO酸化除去部37が蒸発部36に与える熱量が増加する。この結果、蒸発部36において改質水へ与えられる熱量が増加する。故に蒸発部36おいて蒸気化が促進され、液相の水分比率が相対的に減少し、気相の水分の比率が相対的に増加する。   During normal operation of the reformer 2, the evaporation unit 36 evaporates the reformed water. Therefore, the evaporator 36 is generally maintained in a temperature range of about 100 ° C. due to the latent heat of evaporation of the reformed water. . And since the high temperature reformed gas which passed through the CO shift part 5 is supplied to the CO oxidation removal part 37 from the inlet 37i, the temperature of the CO oxidation removal part 37 becomes high. For this reason, the CO oxidation removal unit 37 is on the relatively high temperature side, and the evaporation unit 36 is on the relatively low temperature side. Therefore, the amount of heat that the CO oxidation removing unit 37 gives to the evaporation unit 36 increases. As a result, the amount of heat given to the reforming water in the evaporation section 36 increases. Therefore, vaporization is promoted in the evaporation section 36, the liquid phase moisture ratio is relatively decreased, and the gas phase moisture ratio is relatively increased.

ここで熱交換部4においては、第2通路4cを流れる高温の改質ガスと、第1通路4aを流れる混合流体とは、前述同様に互いに熱交換する。混合流体に含まれている気相状の水分の比率が相対的に増加している場合には、液相状の水分を蒸気化させる蒸発潜熱量が少なくなり、高温側の改質ガスから低温側の混合流体に伝達される伝熱量が減少し、結果として、熱交換部4の温度が相対的に上昇する。よって、熱交換部4の第2通路4cを経てCOシフト部5に向かう改質ガスの温度が相対的に上昇する。従って、COシフト部5の温度T11が相対的に上昇する。   Here, in the heat exchanging section 4, the high-temperature reformed gas flowing through the second passage 4c and the mixed fluid flowing through the first passage 4a exchange heat with each other as described above. When the ratio of gas-phase moisture contained in the mixed fluid is relatively increased, the amount of latent heat of vaporization for vaporizing liquid-phase moisture is reduced, and the low-temperature gas is reduced from the reformed gas on the high temperature side. The amount of heat transferred to the mixed fluid on the side is reduced, and as a result, the temperature of the heat exchange unit 4 is relatively increased. Therefore, the temperature of the reformed gas heading toward the CO shift unit 5 through the second passage 4c of the heat exchange unit 4 relatively increases. Accordingly, the temperature T11 of the CO shift unit 5 is relatively increased.

これに対して第1通路4aを流れる混合流体に含まれている液相状の水分の比率が相対的に増加している場合には、液相状の水分を蒸気化させる蒸発潜熱量が多くなり、熱交換部4において、高温側の第2通路4cの改質ガスから低温側の第1通路4aの混合流体に伝達される伝熱量が増加し、結果として、熱交換部4の温度が相対的に低下する。よって、熱交換部4の第2通路4cを経てCOシフト部5に向かう改質ガスの温度が相対的に低下する。従って、COシフト部5の温度T11が相対的に低下する。   On the other hand, when the ratio of the liquid phase moisture contained in the mixed fluid flowing through the first passage 4a is relatively increased, the amount of latent heat of vaporization for vaporizing the liquid phase moisture is large. Thus, in the heat exchange unit 4, the amount of heat transferred from the reformed gas in the second passage 4c on the high temperature side to the mixed fluid in the first passage 4a on the low temperature side increases, and as a result, the temperature of the heat exchange unit 4 increases. Relatively decreases. Therefore, the temperature of the reformed gas toward the CO shift unit 5 through the second passage 4c of the heat exchange unit 4 relatively decreases. Accordingly, the temperature T11 of the CO shift unit 5 relatively decreases.

逆に、COシフト部5の温度T11が過剰に高くこれの活性温度域を越えている場合、あるいは活性温度域の上限に近い温度の場合においても、温度T11を相対的に低下させるように制御部500が働く。即ち、COシフト部5の温度T11が過剰に高い場合、制御部500は、ポンプ27dを制御し、酸化用空気通路75からCO酸化除去部37の入口37iに供給される空気の流量を減少させる。このため、CO酸化除去部37における酸化反応が抑制され、発熱量が抑制される。従って、CO酸化除去部37が蒸発部36に与える熱量が減少する。この結果、蒸発部36において改質水へ与えられる熱量が減少する。故に蒸発部36おいて、液相状の水分の比率が相対的に増加し、気相状の水分の比率が相対的に減少する。この場合、熱交換部4において、第2通路4cを流れる高温側の改質ガスから、第1通路4aを流れる低温側の混合流体に伝達される伝熱量が増加する。この結果、熱交換部4の温度が相対的に低下する。よって、熱交換部4を経てCOシフト部5に向かう改質ガスの温度が相対的に低下し、COシフト部5の温度T11が相対的に低下する。   Conversely, when the temperature T11 of the CO shift unit 5 is excessively high and exceeds the active temperature range, or even when the temperature is close to the upper limit of the active temperature range, the temperature T11 is controlled to be relatively lowered. Part 500 works. That is, when the temperature T11 of the CO shift unit 5 is excessively high, the control unit 500 controls the pump 27d to reduce the flow rate of the air supplied from the oxidation air passage 75 to the inlet 37i of the CO oxidation removal unit 37. . For this reason, the oxidation reaction in the CO oxidation removing unit 37 is suppressed, and the heat generation amount is suppressed. Accordingly, the amount of heat given to the evaporation unit 36 by the CO oxidation removing unit 37 is reduced. As a result, the amount of heat given to the reforming water in the evaporation section 36 is reduced. Therefore, in the evaporation part 36, the liquid-phase water ratio increases relatively, and the vapor-phase water ratio decreases relatively. In this case, in the heat exchanging unit 4, the amount of heat transferred from the high temperature side reformed gas flowing through the second passage 4c to the low temperature side mixed fluid flowing through the first passage 4a increases. As a result, the temperature of the heat exchange unit 4 is relatively lowered. Therefore, the temperature of the reformed gas that goes to the CO shift unit 5 via the heat exchange unit 4 is relatively lowered, and the temperature T11 of the CO shift unit 5 is relatively lowered.

上記した本実施例によれば、COシフト部5の温度T11が低いときには、酸化用空気通路75からCO酸化除去部37に供給される空気(酸素含有ガス)の流量を増加させることにより、COシフト部5の温度T11は上昇し、COシフト部5はこれの活性温度域に適する温度に良好に維持される。またCOシフト部5の温度T11が高いときには、酸化用空気通路75からCO酸化除去部37に供給される空気(酸素含有ガス)の流量を減少させることにより、COシフト部5の温度T11は低下し、COシフト部5はこれの活性温度域に適する温度に良好に維持される。なお、空気の流量を制御するにあたり、酸化用空気通路75におけるポンプ27dの搬送能力および/または弁25dの開度を制御する。   According to the above-described embodiment, when the temperature T11 of the CO shift unit 5 is low, the flow rate of the air (oxygen-containing gas) supplied from the oxidation air passage 75 to the CO oxidation removal unit 37 is increased, so that the CO The temperature T11 of the shift unit 5 rises, and the CO shift unit 5 is well maintained at a temperature suitable for the activation temperature range. When the temperature T11 of the CO shift unit 5 is high, the temperature T11 of the CO shift unit 5 is decreased by decreasing the flow rate of the air (oxygen-containing gas) supplied from the oxidation air passage 75 to the CO oxidation removal unit 37. In addition, the CO shift unit 5 is well maintained at a temperature suitable for the activation temperature range. In controlling the air flow rate, the conveying capacity of the pump 27d and / or the opening of the valve 25d in the oxidizing air passage 75 are controlled.

(実施例の要部)
さて本実施例によれば、先ず、診断手段を構成する制御部500は先ず改質装置2のガス漏れ診断を行ない、その後、燃料電池のガス漏れ診断を行う。漏れ診断が実行される時期としては、燃料電池システムの出荷前、燃料電池システムの起動直前、出荷後の配管や部品の組み替え時、出荷後の配管や部品の交換時、燃料電池システムのメンテナンス時が例示される。
(The main part of an Example)
Now, according to the present embodiment, first, the control unit 500 constituting the diagnosis means first performs a gas leak diagnosis of the reformer 2, and then performs a gas leak diagnosis of the fuel cell. Leakage diagnosis is performed before the fuel cell system is shipped, immediately before the start of the fuel cell system, when pipes and parts are replaced after shipment, when pipes and parts are replaced after shipment, and when the fuel cell system is maintained. Is exemplified.

ガス漏れ診断時には燃焼部30は着火されておらず、常温領域または400℃未満(改質部にコーキングが発生しない温度領域)に維持されている。   At the time of gas leak diagnosis, the combustion unit 30 is not ignited and is maintained in a normal temperature region or less than 400 ° C. (a temperature region in which coking does not occur in the reforming unit).

ガス漏れ診断にあたり、制御部500は、ガス状の原燃料(メタンを主成分とする都市ガス)を改質させることなく、原燃料を、改質部34よりも上流の領域に供給し、更には、改質部34に供給し、ひいては改質部34の下流の通路に供給し、改質装置2のガス漏れの診断を行う。即ち、制御部500はバルブ25a、25bを開放し、且つバルブ25e(第1遮断弁)およびバルブ25fを閉鎖した状態とする。バルブ25e,25fの閉鎖により、改質装置2と燃料電池1のアノード極11との連通は、遮断される。この状態で、制御部500はポンプ27b(原燃料搬送源)を駆動させる。これにより、ガス状の原燃料は脱硫器62xおよび燃料通路62を介して熱交換部4(改質部4の上流)の入口4iに供給される。この場合、バルブ25k、25d、25f、25m、25hといった他のバルブは閉鎖されている。   In the gas leak diagnosis, the control unit 500 supplies the raw fuel to a region upstream from the reforming unit 34 without reforming the gaseous raw fuel (city gas mainly composed of methane), and Is supplied to the reforming unit 34 and, in turn, is supplied to the passage downstream of the reforming unit 34, and the gas leakage of the reforming apparatus 2 is diagnosed. That is, the control unit 500 opens the valves 25a and 25b and closes the valve 25e (first cutoff valve) and the valve 25f. By closing the valves 25e and 25f, the communication between the reformer 2 and the anode 11 of the fuel cell 1 is blocked. In this state, the controller 500 drives the pump 27b (raw fuel conveyance source). Thus, the gaseous raw fuel is supplied to the inlet 4i of the heat exchange unit 4 (upstream of the reforming unit 4) via the desulfurizer 62x and the fuel passage 62. In this case, other valves such as the valves 25k, 25d, 25f, 25m, and 25h are closed.

上記したようにポンプ27bの駆動により、ガス状の原燃料は熱交換部4の第1通路4a、改質部34の外通路34pに流入し、矢印A1方向に流れ、折返部34mを経て内通路34iに流入し、矢印A2方向に流れ、更に、熱交換部4の第2通路4cに流れ、暖機部47を経て、COシフト部5の入口5iからCOシフト部5の内部に流入する。更に、ガス状の原燃料はCOシフト部5の内部を通過し、COシフト部5の出口5pから浄化通路400を経て矢印W2方向に流れ、第2合流域M2に至る。この場合、空気搬送源であるポンプ27dは停止しており、空気供給用のバルブ25dは閉鎖されているため、ガス状の原燃料は空気と混入しない。   As described above, by driving the pump 27b, the gaseous raw fuel flows into the first passage 4a of the heat exchange section 4 and the outer passage 34p of the reforming section 34, flows in the direction of the arrow A1, and passes through the turn-up section 34m. It flows into the passage 34i, flows in the direction of the arrow A2, further flows into the second passage 4c of the heat exchanging section 4, and flows into the CO shift section 5 from the inlet 5i of the CO shift section 5 through the warm-up section 47. . Further, the gaseous raw fuel passes through the inside of the CO shift unit 5, flows from the outlet 5p of the CO shift unit 5 through the purification passage 400 in the direction of the arrow W2, and reaches the second merge region M2. In this case, the pump 27d as an air conveyance source is stopped and the air supply valve 25d is closed, so that the gaseous raw fuel is not mixed with air.

更にガス状の原燃料は、入口37iからCO酸化除去部37に流入し、CO酸化除去部37の出口37pからアノードガス通路100側に流入する。この場合、弁25e(第1遮断弁)は閉鎖されており、弁25f(第2遮断弁)、弁25h(第3遮断弁)は閉鎖されている。アノードガス通路100に設けられている圧力センサ100xの圧力が所定値Prよりも高くなったら(例えばゲージ圧:5〜40kPa,20kPa)、ポンプ27bを停止させ、バルブ25a、バルブ25b(改質部34よりも上流のバルブ)を閉鎖させる。このときバルブ25e(改質部34の下流のバルブ)は、閉鎖されている。これにより上記したように燃料供給源61からガス状の原燃料が流れてきた通路のうちバルブ25bからバルブ25eまでの空間は、本来的には密閉空間となる。この密閉空間について、所定時間において(例えば1分〜10分間、5分間)ガス漏れが発生しない限り、圧力センサ100xはガス圧の低下を検知しない。   Further, the gaseous raw fuel flows into the CO oxidation removal unit 37 from the inlet 37i, and flows into the anode gas passage 100 side from the outlet 37p of the CO oxidation removal unit 37. In this case, the valve 25e (first cutoff valve) is closed, and the valve 25f (second cutoff valve) and the valve 25h (third cutoff valve) are closed. When the pressure of the pressure sensor 100x provided in the anode gas passage 100 becomes higher than a predetermined value Pr (for example, gauge pressure: 5 to 40 kPa, 20 kPa), the pump 27b is stopped, and the valves 25a and 25b (reforming unit) are stopped. The valve upstream of 34) is closed. At this time, the valve 25e (the valve downstream of the reforming unit 34) is closed. As a result, the space from the valve 25b to the valve 25e in the passage through which the gaseous raw fuel flows from the fuel supply source 61 as described above is essentially a sealed space. The pressure sensor 100x does not detect a decrease in gas pressure unless a gas leak occurs in this sealed space for a predetermined time (for example, 1 minute to 10 minutes, 5 minutes).

このような本実施例によれば、改質装置2の改質部34におけるガス漏れが診断される。更には、診断時に、原燃料が流れる通路のうち、改質部34よりも上流の領域、即ち、燃料通路62,熱交換部4の第1通路4aにおけるガス漏れが診断される。更に、診断時に、原燃料が流れる通路のうち、改質部34の下流の領域、即ち、熱交換部4の第2通路4c、COシフト部5、浄化通路400、CO酸化除去部37におけるガス漏れが診断される。更に、アノードガス通路100のうちバルブ25e(第1遮断弁)よりも上流通路部分100u、バイパス通路150のうちバルブ25h(第3遮断弁)よりも上流通路部分150uにおけるガス漏れが診断される。   According to such a present Example, the gas leak in the reforming part 34 of the reformer 2 is diagnosed. Further, at the time of diagnosis, gas leakage is diagnosed in a region upstream of the reforming unit 34 in the passage through which the raw fuel flows, that is, the fuel passage 62 and the first passage 4a of the heat exchange unit 4. Further, at the time of diagnosis, in the passage through which the raw fuel flows, the gas in the region downstream of the reforming unit 34, that is, the second passage 4c, the CO shift unit 5, the purification passage 400, and the CO oxidation removal unit 37 of the heat exchange unit 4. A leak is diagnosed. Furthermore, gas leakage in the anode gas passage 100 in the upstream passage portion 100u from the valve 25e (first shutoff valve) and in the bypass passage 150 in the upstream passage portion 150u from the valve 25h (third shutoff valve) is diagnosed. The

上記した密閉空間について、所定時間において(例えば1分〜10分間、5分間)圧力低下が発生しない限り、改質装置2においてガス漏れが発生せず、改質装置2は正常であることになる。   As long as no pressure drop occurs in a predetermined time (for example, 1 to 10 minutes, 5 minutes) in the above-described sealed space, no gas leakage occurs in the reformer 2, and the reformer 2 is normal. .

これに対して圧力センサ100xがガス圧の低下を検知すると、制御部500は、改質装置2においてガス漏れと判定する。制御部500は、上記した漏れ診断を複数回繰り返し、ガス漏れが所定回数以上検知されると、ガス漏れ判定信号を燃料電池システムに出力する。このようにして本実施例によれば、改質装置2において改質部34よりも上流の領域、改質部34,改質部34の下流の領域のいずれかにおいて、ガス漏れのおそれが高いと判定する。   On the other hand, when the pressure sensor 100x detects a decrease in gas pressure, the control unit 500 determines that a gas leak has occurred in the reformer 2. The controller 500 repeats the above-described leak diagnosis a plurality of times, and outputs a gas leak determination signal to the fuel cell system when a gas leak is detected a predetermined number of times or more. In this way, according to the present embodiment, in the reformer 2, there is a high risk of gas leakage in any of the region upstream of the reforming unit 34, the reforming unit 34, and the region downstream of the reforming unit 34. Is determined.

上記したように改質装置2のガス漏れ診断を行って、ガス漏れがなく正常であれば、制御部500は、引き続いて、燃料電池1のガス漏れ診断を行う。この場合、制御部500は、バルブ25f(第2遮断弁)およびバルブ25h(第3遮断弁)を閉鎖している状態で、バルブ25e(第1遮断弁)を開放する。これにより改質装置2と燃料電池1のアノード極11とは連通する。この状態で、制御部500はポンプ27bを必要に応じて駆動させる。すると原燃料は、アノードガス通路100、バルブ25eを介して燃料電池1の入口11iからアノード極11に供給される。そして、アノードガス通路100に設けられている圧力センサの圧力P1が所定値Pc(例えば10kPa,Pc≒PrまたはPc=Pr)よりも高くなったら、ポンプ27bを停止させる。   As described above, the gas leakage diagnosis of the reformer 2 is performed, and if there is no gas leakage and is normal, the control unit 500 subsequently performs the gas leakage diagnosis of the fuel cell 1. In this case, the controller 500 opens the valve 25e (first cutoff valve) while the valve 25f (second cutoff valve) and the valve 25h (third cutoff valve) are closed. Thereby, the reformer 2 and the anode 11 of the fuel cell 1 communicate with each other. In this state, the controller 500 drives the pump 27b as necessary. Then, the raw fuel is supplied to the anode 11 from the inlet 11i of the fuel cell 1 through the anode gas passage 100 and the valve 25e. When the pressure P1 of the pressure sensor provided in the anode gas passage 100 becomes higher than a predetermined value Pc (for example, 10 kPa, Pc≈Pr or Pc = Pr), the pump 27b is stopped.

この場合、ガス漏れがない限り、アノードガス通路100の全部、燃料電池1のアノード極11の空間、オフガス通路110のうち燃料電池1とバルブ25fとの間の通路部分110uは、密閉空間とされている。即ち、この密閉空間について、所定時間(例えば1分〜10分間、5分間)においてガス漏れが発生しない限り、圧力センサ100xは燃料電池1のガス圧の低下を検知しないため、燃料電池1のガス漏れはないと判定される。 In this case, unless gas leakage, all of the anode gas passage 100, the space of the anode 11 of the fuel cell 1, passageway portion 110 u between the fuel cell 1 and the valve 25f of the off gas passage 110 includes a closed space Has been. That is, in this sealed space, the pressure sensor 100x does not detect a decrease in the gas pressure of the fuel cell 1 unless a gas leak occurs in a predetermined time (for example, 1 minute to 10 minutes, 5 minutes). It is determined that there is no leak.

もし、所定時間において(例えば1分〜10分間、5分間)ガス漏れが発生すれば、圧力センサ100xは燃料電池1のガス圧の低下を検知するため、燃料電池1のアノード極11のガス漏れのおそれは高いと判定される。   If a gas leak occurs in a predetermined time (for example, 1 minute to 10 minutes, 5 minutes), the pressure sensor 100x detects a decrease in the gas pressure of the fuel cell 1, so that the gas leak of the anode 11 of the fuel cell 1 occurs. It is determined that there is a high risk.

上記したように改質装置2におけるガス漏れの診断に引き続いて、燃料電池1のガス漏れが診断される。燃料電池1のガス漏れがなければ、バルブ25h、バルブ25fが開放するため、原燃料はオフガス通路110およびバイパス通路150を経て改質装置2の燃焼部30に供給され、外気に放出される。   As described above, the gas leak of the fuel cell 1 is diagnosed following the diagnosis of the gas leak in the reformer 2. If there is no gas leakage from the fuel cell 1, the valve 25 h and the valve 25 f are opened, so that the raw fuel is supplied to the combustion unit 30 of the reformer 2 via the off-gas passage 110 and the bypass passage 150 and is released to the outside air.

上記したガス漏れ診断の終了に伴い、原燃料がオフガス通路110およびバイパス通路150を経て燃焼部30に供給されるとき、制御部500は空気搬送源としてのポンプ27cを駆動させることにより、希釈用の空気を燃焼部30に供給し、原燃料を空気で希釈化させる。このため原燃料は空気で希釈された状態で、燃焼部30および燃焼排ガス通路250から外気に放出される。上記したガス漏れ診断の終了に伴い、原燃料の大部分が燃焼部30側に排出される。これにより上記した改質装置2の空間、燃料電池1のアノード極11の空間は加圧状態ではなく、ゲージ圧で0となるようにする。従って改質装置2の空間には、ガス状の原燃料がある程度(ほぼ大気圧相当ぶん)残留することになる。   When the raw fuel is supplied to the combustion unit 30 through the off-gas passage 110 and the bypass passage 150 along with the end of the gas leak diagnosis described above, the control unit 500 drives the pump 27c as an air carrier source for dilution. Is supplied to the combustion unit 30 and the raw fuel is diluted with air. Therefore, the raw fuel is discharged from the combustion unit 30 and the combustion exhaust gas passage 250 to the outside air in a state diluted with air. With the completion of the above-described gas leak diagnosis, most of the raw fuel is discharged to the combustion unit 30 side. As a result, the space of the reformer 2 and the space of the anode electrode 11 of the fuel cell 1 are not pressurized and become 0 at the gauge pressure. Therefore, a certain amount of gaseous raw fuel (approximately equivalent to atmospheric pressure) remains in the space of the reformer 2.

以上説明したように本実施例によれば、改質装置2におけるガス漏れ診断を行うことができる。殊に、改質装置2において、原燃料が流れる通路のうち、改質部34よりも上流の領域、即ち、燃料通路62,熱交換部4の第1通路4aにおけるガス漏れが診断される。更に、図4に示すように、原燃料が流れる通路のうち、改質部34の下流の領域、即ち、熱交換部4の第2通路4c、COシフト部5、浄化通路400、CO酸化除去部37におけるガス漏れが診断される。更に本実施例によれば、アノードガス通路100、燃料電池1のアノード極11におけるガス漏れ診断をも行うことができる。   As described above, according to this embodiment, a gas leakage diagnosis in the reformer 2 can be performed. In particular, in the reformer 2, gas leakage in a region upstream of the reforming unit 34, that is, the fuel channel 62 and the first passage 4 a of the heat exchange unit 4 in the path through which the raw fuel flows is diagnosed. Furthermore, as shown in FIG. 4, in the passage through which the raw fuel flows, the region downstream of the reforming unit 34, that is, the second passage 4 c of the heat exchange unit 4, the CO shift unit 5, the purification passage 400, and CO oxidation removal Gas leakage in the part 37 is diagnosed. Furthermore, according to the present embodiment, it is possible to perform gas leakage diagnosis in the anode gas passage 100 and the anode electrode 11 of the fuel cell 1.

ところで、燃料電池1の発電運転においては、改質部34の下流の領域、即ち、熱交換部4の第2通路4c、COシフト部5、浄化通路400、CO酸化除去部37には、改質部34で生成された水素を主要成分とする改質ガスが流れるものの、炭化水素系またはアルコール系の原燃料は流れないものである。   Incidentally, in the power generation operation of the fuel cell 1, the region downstream of the reforming unit 34, that is, the second passage 4 c, the CO shift unit 5, the purification passage 400, and the CO oxidation removal unit 37 of the heat exchange unit 4 are modified. Although the reformed gas mainly containing hydrogen generated in the mass part 34 flows, hydrocarbon-based or alcohol-based raw fuel does not flow.

この点本実施例によれば、水素リッチな改質ガスを生成させる前のガス状の原燃料を利用することにより、改質装置2および燃料電池1をガス漏れ診断する方式が採用されている。このような本実施例では、窒素ガス等の不活性ガスでガス漏れ診断する方式とは異なり、窒素ガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを貯蔵するガス漏れ診断専用のタンクが必要とされないため、設備の複雑化、大型化を抑制するのに有利となる。このためガス漏れ診断に用いた窒素ガス等の不活性ガスが改質装置2内に残留することが抑えられる。   In this regard, according to the present embodiment, a system for diagnosing gas leakage of the reformer 2 and the fuel cell 1 by using the gaseous raw fuel before generating the hydrogen-rich reformed gas is adopted. . In this embodiment, unlike a method for diagnosing gas leakage with an inert gas such as nitrogen gas, a tank dedicated to gas leakage diagnosis for storing inert gas such as nitrogen gas and helium gas is not required. This is advantageous in suppressing the complexity and size of equipment. For this reason, it is suppressed that inert gas, such as nitrogen gas used for the gas leak diagnosis, remains in the reformer 2.

仮に、ガス漏れ診断に用いた窒素ガス等の不活性ガスが改質装置2内に残留している場合には、改質装置2を次回に起動させるとき、改質装置2内に残留した窒素ガス等の不活性ガスが燃焼部30に供給され、着火している燃焼部30の吹き消え(消火)が発生するおそれがある。この点本実施例によれば、窒素ガス等の不活性ガスが改質装置2内に残留することが回避される。このため、改質装置2を次回に起動させるとき、改質装置2内に残留した窒素ガス等の不活性ガスが燃焼部30を消火させることが抑えられる。   If an inert gas such as nitrogen gas used for the gas leak diagnosis remains in the reformer 2, the nitrogen remaining in the reformer 2 when the reformer 2 is started next time. An inert gas such as a gas is supplied to the combustion unit 30, and there is a fear that the burning combustion unit 30 is blown off (fire extinguishing). In this regard, according to the present embodiment, it is possible to prevent an inert gas such as nitrogen gas from remaining in the reformer 2. For this reason, when the reformer 2 is started up next time, it is possible to suppress the inactive gas such as nitrogen gas remaining in the reformer 2 from extinguishing the combustion unit 30.

更に、ガス漏れ診断後に改質装置2を起動させときにおいて、次の(i)(ii)のように燃焼部30における燃焼の吹き消えが抑えられる。よって吹き消えに起因するシステム停止が防止される。(i)改質装置2での蒸気生成後に改質原料投入時に第1遮断弁(バルブ25e)を開放させた際に、改質装置2および燃料電池1に充填されている流体は原燃料である。原燃料は可燃性をもつ。従って、改質装置2を次回に起動させるとき、改質装置2内に残留した原燃料が改質装置2の燃焼部30に供給されたとしても、原燃料は可燃性をもつため、不活性ガスとは異なり、燃焼部30での燃焼の吹き消えが抑制される。(ii)燃料電池での発電開始直前に第2遮断弁(バルブ25f)、第3遮断弁(バルブ25h)を開き、第1遮断弁(バルブ25e)を閉じる際、改質装置2および燃料電池1に充填されているものが可燃性をもつ原燃料であるため、燃焼部30で供給されると、燃焼部30における燃料となる。従って不活性ガスとは異なり、燃焼部30での燃焼の吹き消えが抑制される。 Further, in case that activates the reformer 2 after gas leak diagnosis, blowout of the combustion in the combustion section 30 is suppressed as follows (i) (ii). Therefore, the system stop caused by blow-off is prevented. (I) When the first shut-off valve (valve 25e) is opened when the reforming raw material is charged after steam generation in the reformer 2, the fluid filled in the reformer 2 and the fuel cell 1 is raw fuel. is there. Raw fuel is flammable. Accordingly, when the reformer 2 is started up next time, even if the raw fuel remaining in the reformer 2 is supplied to the combustion unit 30 of the reformer 2, the raw fuel is inflammable and thus inactive. Unlike gas, the blow-off of combustion in the combustion part 30 is suppressed. (Ii) When the second shut-off valve (valve 25f) and the third shut-off valve (valve 25h) are opened and the first shut-off valve (valve 25e) is closed immediately before the start of power generation in the fuel cell, the reformer 2 and the fuel cell Since the fuel filled in 1 is a combustible raw fuel, when it is supplied from the combustor 30, it becomes the fuel in the combustor 30. Therefore, unlike the inert gas, the blow-off of combustion in the combustion unit 30 is suppressed.

加えて本実施例によれば、診断時において、原燃料を改質させることなく診断するため、燃焼部30において燃焼させずとも良い。このように改質部34が加熱されていない常温状態で行うため、改質部34におけるコーキングも抑えられる。なお、原燃料が高温の改質部34に供給されると、改質部34の触媒34eにおいてコーキング(カーボン生成)が発生するおそれがある。   In addition, according to the present embodiment, at the time of diagnosis, since the diagnosis is performed without reforming the raw fuel, the combustion unit 30 may not be burned. As described above, since the reforming unit 34 is performed in a room temperature state where the reforming unit 34 is not heated, coking in the reforming unit 34 is also suppressed. Note that when raw fuel is supplied to the high-temperature reforming section 34, coking (carbon generation) may occur in the catalyst 34e of the reforming section 34.

また、硫黄成分を含む原燃料は改質部34および燃料電池1の被毒物質となるおそれがある。この点本実施例によれば、脱硫器62xで脱硫されて浄化された後のガス状の原燃料が用いられるため、改質部34および燃料電池1、殊に改質装置2の触媒および燃料電池1の触媒に対して影響を与えることが抑制される。   Further, the raw fuel containing the sulfur component may be a poisoning substance for the reforming unit 34 and the fuel cell 1. In this regard, according to this embodiment, the gaseous raw fuel that has been desulfurized and purified by the desulfurizer 62x is used, so the catalyst and fuel of the reforming section 34 and the fuel cell 1, in particular the reformer 2, are used. Influencing the catalyst of the battery 1 is suppressed.

また、前回の燃料電池システムの発電運転から時間があまり経過していないときは、改質部34がまだ高温であるおそれがある。前述したように、水分供給なしで、原燃料が高温(例えば400℃以上)の改質部34に供給されると、改質部34の触媒34eにおいてコーキング(カーボン生成)が発生するおそれがある。そこで本実施例によれば、前回の燃料電池システムの発電運転の終了から所定時間(例えば1時間)経過していないとき、あるいは、改質部34の温度T1が所定温度(例えば400℃)以上であるときには、制御部500は上記したガス漏れ診断を実行しないように設定されている。これによりコーキングが抑制される。   Further, when the time has not passed since the previous power generation operation of the fuel cell system, the reforming unit 34 may still be at a high temperature. As described above, coking (carbon generation) may occur in the catalyst 34e of the reforming unit 34 when the raw fuel is supplied to the reforming unit 34 having a high temperature (for example, 400 ° C. or higher) without supplying moisture. . Therefore, according to this embodiment, when a predetermined time (for example, 1 hour) has not elapsed since the end of the power generation operation of the previous fuel cell system, or the temperature T1 of the reforming unit 34 is equal to or higher than the predetermined temperature (for example, 400 ° C.). If so, the control unit 500 is set not to execute the gas leakage diagnosis described above. This suppresses coking.

本実施例によれば、漏れ診断においてガス漏れが検知されない場合には、次のように行い得る。即ち、ガス漏れ診断後に改質装置2の改質運転や燃料電池1の発電運転が行われないときには、ガス漏れ診断用のガス状の原燃料を外気に放出させずに、改質装置2および燃料電池1にそのまま封入しておいても良い。また、改質装置2や燃料電池1に残留している残留ガスをパージ用ガスで追い出した後にパージ用ガスを改質装置2や燃料電池1に封入するパージ処理が行われる。制御部500は、このようにパージ処理においてガス漏れ診断を併せて実行することができる。   According to the present embodiment, when a gas leak is not detected in the leak diagnosis, it can be performed as follows. That is, when the reforming operation of the reforming device 2 and the power generation operation of the fuel cell 1 are not performed after the gas leak diagnosis, the reforming device 2 and the gaseous raw fuel for gas leak diagnosis are not released to the outside air. The fuel cell 1 may be sealed as it is. In addition, after the residual gas remaining in the reformer 2 and the fuel cell 1 is purged with the purge gas, a purge process is performed in which the purge gas is sealed in the reformer 2 and the fuel cell 1. As described above, the control unit 500 can also execute the gas leakage diagnosis in the purge process.

図5は実施例2を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図1〜図4を準用する。以下、実施例1と異なる部分を中心として説明する。本実施例においても、ガス漏れ診断時には燃焼部30は着火されておらず、常温領域または400℃以下(改質部にコーキングが発生しない温度領域)に維持されている。本実施例では、燃料電池システムの改質装置2を起動させるごとに、且つ、起動前に、改質装置2のガス漏れ診断と燃料電池1のガス漏れ診断とを同時に行う。この場合には、制御部500は、ガス状の原燃料を改質させることなく、原燃料を、改質部34よりも上流の領域に供給し、更には、改質部34に供給し、ひいては改質部34の下流の通路に供給し、更に燃料電池1のアノード極11に供給し、改質装置2および燃料電池1のガス漏れの診断を行う。 FIG. 5 shows a second embodiment. Since the present embodiment basically has the same configuration and effects as the first embodiment, FIGS. 1 to 4 are applied mutatis mutandis. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment. Also in the present embodiment, the combustion section 30 is not ignited at the time of gas leak diagnosis, and is maintained in the normal temperature range or 400 ° C. or lower (the temperature range where coking does not occur in the reforming section). In this embodiment, every time the reformer 2 of the fuel cell system is started and before the start, the gas leak diagnosis of the reformer 2 and the gas leak diagnosis of the fuel cell 1 are performed simultaneously. In this case, the control unit 500 supplies the raw fuel to a region upstream of the reforming unit 34 without reforming the gaseous raw fuel, and further supplies the raw fuel to the reforming unit 34. As a result, it supplies to the channel | path downstream of the reforming part 34, and also supplies it to the anode electrode 11 of the fuel cell 1, and diagnoses the gas leak of the reformer 2 and the fuel cell 1. FIG.

図5は、燃料電池システムの起動前に実行されるガス漏れ診断において制御部500が実行するフローチャートを示す。操作者により診断スイッチ507が操作されると、このフローチャートの制御は開始される。図5に示すように、バルブ25a、25b、25eを開放すると共に、バルブ25h、バルブ25fを閉鎖する(ステップS2)。バルブ25eの開放により、改質装置2と燃料電池1のアノード極11とは連通する。   FIG. 5 shows a flowchart executed by the control unit 500 in the gas leak diagnosis executed before starting the fuel cell system. When the diagnostic switch 507 is operated by the operator, the control of this flowchart is started. As shown in FIG. 5, the valves 25a, 25b, and 25e are opened, and the valves 25h and 25f are closed (step S2). The reformer 2 and the anode 11 of the fuel cell 1 communicate with each other by opening the valve 25e.

制御部500はポンプ27bを駆動させた(ステップS4)後、圧力センサ100xの圧力P1が第1しきい値圧Pr(例えばゲージ圧で20kPa)よりも大きいか否か判定する(ステップS6)。圧力P1が第1しきい値圧Prよりも小さいと(ステップS6のNO)、ポンプ27bの駆動を継続する。所定時間(例えば20秒値)内に、圧力P1が第1しきい値圧Prよりも高くならないと(ステップS8のYES)、制御部500は異状停止指令を出力する(ステップS10)。   After driving the pump 27b (step S4), the controller 500 determines whether or not the pressure P1 of the pressure sensor 100x is greater than a first threshold pressure Pr (for example, 20 kPa as a gauge pressure) (step S6). When the pressure P1 is smaller than the first threshold pressure Pr (NO in step S6), the pump 27b is continuously driven. If the pressure P1 does not become higher than the first threshold pressure Pr within a predetermined time (for example, a value of 20 seconds) (YES in Step S8), the control unit 500 outputs an abnormal stop command (Step S10).

圧力P1が第1しきい値圧Prよりも高いと(ステップS6のYES)、制御部500はポンプ27bを停止させると共に、改質装置2の入口側のバルブ25a、25bを閉鎖し、密閉空間を形成する(ステップS12)。閉鎖した状態で、制御部500は所定時間(例えば5分間)待機する(ステップS14)。その後、制御部500は、圧力センサ100xの圧力P1が第2しきい値圧Pe(例えばゲージ圧で19kPa)よりも高いか否か判定する(ステップS16)。圧力P1が第2しきい値圧Pe(例えばゲージ圧で19kPa)よりも低ければ(ステップS16のNO)、ガス漏れのおそれが高いため、カウンタを1増加させる(ステップS36)。カウンタの回数がn回(例えば3回)を越えていると(ステップS38のYES)、燃料電池システムを異状停止させる(ステップS40)。カウンタの回数がn回(例えば3回)を越えていなければ(ステップS38のNO)、漏れ診断を再び行うべく、ステップS2に戻る。   When the pressure P1 is higher than the first threshold pressure Pr (YES in step S6), the control unit 500 stops the pump 27b and closes the valves 25a and 25b on the inlet side of the reformer 2 to provide a sealed space. Is formed (step S12). In the closed state, the controller 500 waits for a predetermined time (for example, 5 minutes) (step S14). Thereafter, the controller 500 determines whether or not the pressure P1 of the pressure sensor 100x is higher than a second threshold pressure Pe (for example, 19 kPa as a gauge pressure) (step S16). If the pressure P1 is lower than the second threshold pressure Pe (for example, 19 kPa as a gauge pressure) (NO in step S16), the risk of gas leakage is high, so the counter is incremented by 1 (step S36). If the number of counters exceeds n (for example, 3 times) (YES in step S38), the fuel cell system is abnormally stopped (step S40). If the number of counters does not exceed n times (for example, 3 times) (NO in step S38), the process returns to step S2 to perform the leakage diagnosis again.

ステップS16における判定の結果、圧力センサ100xの圧力P1が第2しきい値圧Pe(例えばゲージ圧で19kPa)よりも高ければ(ステップS16のYES)、圧漏れがなく、正常と判定し、正常信号を出力する(ステップS18)。次に制御部500は、バルブ25fおよびバルブ25hを開放する(ステップS20)。これにより燃料電池1および改質装置2の内部に供給された原燃料は、オフガス通路100およびバイパス通路150を介して燃焼部30から外気に放出される。この場合、制御部500は、必要に応じて、ポンプ27cを駆動させて空気を燃焼部30に供給し、原燃料を空気で希釈できる。この場合、外気に与える影響が低減される。   As a result of the determination in step S16, if the pressure P1 of the pressure sensor 100x is higher than the second threshold pressure Pe (eg, 19 kPa in gauge pressure) (YES in step S16), it is determined that there is no pressure leak and is normal, and normal A signal is output (step S18). Next, the controller 500 opens the valve 25f and the valve 25h (step S20). As a result, the raw fuel supplied to the inside of the fuel cell 1 and the reformer 2 is discharged from the combustion unit 30 to the outside air via the offgas passage 100 and the bypass passage 150. In this case, the controller 500 can dilute the raw fuel with air by driving the pump 27c and supplying air to the combustor 30 as necessary. In this case, the influence on the outside air is reduced.

次に、圧力センサ100xの圧力P1が大気圧近くまで低下したか否か判定する。つまり、圧力P1が第3しきい値圧Pd(例えばゲージ圧で2kPa)よりも低いか否か判定する(ステップS22)。圧力P1が第3しきい値圧Pd(例えばゲージ圧で2kPa)よりも低ければ(ステップS22のYES)、原燃料の大部分が外気に放出されているため、バルブ25fおよびバルブ25hを閉鎖し(ステップS30)、燃料電池1の起動シーケンスに移行する(ステップS26)。ステップS22における判定の結果、圧力センサ100xの圧力P1が第3しきい値圧Pd(例えばゲージ圧で2kPa)よりも高ければ(ステップS22のNO)、外気への原燃料の排出性はまだ充分ではない。そこで所定時間(例えば10秒間)経過しても(ステップS28のYES)、圧力センサ100xの圧力P1が第3しきい値圧Pd(例えばゲージ圧で2kPa)よりも高ければ(ステップS28のYES)、制御部500は、排出用のバルブ25fおよびバルブ25hのうちの少なくとも一方、または、バルブ25a,25bの両方が故障しているし推定し、バルブ25fおよびバルブ25hを閉鎖する指令、バルブ25a,25bを閉鎖する指令を出力し(ステップS30)、燃料電池システムを異状停止させる信号を出力する(ステップS32)。なおステップS22,S28は、バルブ25f、25hの故障を判定する故障判定手段として機能する。   Next, it is determined whether or not the pressure P1 of the pressure sensor 100x has decreased to near atmospheric pressure. That is, it is determined whether or not the pressure P1 is lower than a third threshold pressure Pd (for example, 2 kPa in gauge pressure) (step S22). If the pressure P1 is lower than a third threshold pressure Pd (for example, 2 kPa as a gauge pressure) (YES in step S22), since most of the raw fuel is released to the outside air, the valve 25f and the valve 25h are closed. (Step S30), the process proceeds to the activation sequence of the fuel cell 1 (Step S26). As a result of the determination in step S22, if the pressure P1 of the pressure sensor 100x is higher than the third threshold pressure Pd (for example, 2 kPa in gauge pressure) (NO in step S22), the raw fuel is still sufficiently discharged to the outside air. is not. Therefore, even if a predetermined time (for example, 10 seconds) has elapsed (YES in step S28), if the pressure P1 of the pressure sensor 100x is higher than the third threshold pressure Pd (for example, 2 kPa in gauge pressure) (YES in step S28). The control unit 500 estimates that at least one of the discharge valve 25f and the valve 25h, or both the valves 25a and 25b are broken, and closes the valve 25f and the valve 25h. A command to close 25b is output (step S30), and a signal for abnormally stopping the fuel cell system is output (step S32). Steps S22 and S28 function as failure determination means for determining failure of the valves 25f and 25h.

上記した図5に示すフローチャートが実行されると、改質装置2および燃料電池1のアノード極11の双方に対してガス漏れ診断が同時に行われる。もし改質装置2および燃料電池1のアノード極11の双方に対してガス漏れ診断が行われたとき、ガス漏れが検知されるときには、バルブ25eおよびバルブ25hを閉鎖することにより改質装置2と燃料電池1との連通を遮断した状態で、ポンプ27bにより原燃料を再び改質装置2に供給し、再診断する。再診断においてガス漏れが診断されないと、改質装置2にはガス漏れが発生しておらず、バルブ25eよりも下流の領域(燃料電池1側)にガス漏れが発生しているおそれが高いと判定される。また再診断においてガス漏れが診断されると、少なくとも改質装置2にガス漏れが発生していると判定される。なお、図5に示すフローチャートに係るガス漏れ診断は、起動スイッチ504が操作され、改質装置2を起動させるごとに実行される。   When the above-described flowchart shown in FIG. 5 is executed, the gas leak diagnosis is simultaneously performed on both the reformer 2 and the anode 11 of the fuel cell 1. If a gas leak diagnosis is performed on both the reformer 2 and the anode 11 of the fuel cell 1, when a gas leak is detected, the valve 25e and the valve 25h are closed to close the reformer 2 and In a state where communication with the fuel cell 1 is cut off, the raw fuel is supplied again to the reformer 2 by the pump 27b and rediagnosed. If no gas leak is diagnosed in the rediagnosis, no gas leak has occurred in the reformer 2, and there is a high possibility that a gas leak has occurred in the region downstream of the valve 25e (the fuel cell 1 side). Determined. When a gas leak is diagnosed in the rediagnosis, it is determined that at least the gas leak has occurred in the reformer 2. The gas leak diagnosis according to the flowchart shown in FIG. 5 is executed every time the start switch 504 is operated and the reformer 2 is started.

図6は、燃料電池システムの出荷後(通路組み替え時、部品交換時)に実行されるガス漏れ診断において制御部500が実行するフローチャートを示す。診断スイッチ507が操作されると、このフローチャートの制御は開始される。図6に示すように、バルブ25a、バルブ25b、バルブ25eを開放すると共に、バルブ25h、バルブ25fを閉鎖する(ステップSB2)。次に制御部500はポンプ27bを駆動させる(ステップSB4)。その後、制御部500は、圧力センサ100xの圧力P1が第1しきい値圧Pr(例えばゲージ圧で20kPa)よりも大きいか否か判定する(ステップSB6)。ステップSB6における判定の結果、所定時間(例えば20秒)経過したしても、圧力センサ100xの圧力P1が第1しきい値圧Pr(例えばゲージ圧で20kPa)よりも高くならなければ(ステップSB8のYES)、異状信号を出力する(ステップSB10)。圧力P1が第1しきい値圧Prよりも大きいと(ステップSB6のYES)、制御部500はポンプ27bを停止させると共に、改質装置2の入口側のバルブ25a、25bを閉鎖し、密閉空間を形成する(ステップSB12)。   FIG. 6 shows a flowchart executed by the control unit 500 in the gas leak diagnosis executed after the shipment of the fuel cell system (when the passage is changed or when the parts are changed). When the diagnosis switch 507 is operated, the control of this flowchart is started. As shown in FIG. 6, the valves 25a, 25b, and 25e are opened, and the valves 25h and 25f are closed (step SB2). Next, the controller 500 drives the pump 27b (step SB4). Thereafter, the controller 500 determines whether or not the pressure P1 of the pressure sensor 100x is greater than a first threshold pressure Pr (for example, 20 kPa as a gauge pressure) (step SB6). As a result of the determination in step SB6, even if a predetermined time (for example, 20 seconds) elapses, the pressure P1 of the pressure sensor 100x does not become higher than the first threshold pressure Pr (for example, 20 kPa in gauge pressure) (step SB8). YES), an abnormal signal is output (step SB10). When the pressure P1 is greater than the first threshold pressure Pr (YES in step SB6), the control unit 500 stops the pump 27b and closes the valves 25a and 25b on the inlet side of the reformer 2 to provide a sealed space. Is formed (step SB12).

密閉空間を形成した状態で、制御部500は所定時間(例えば10分間)待機する(ステップSB14)。その後、制御部500は、圧力センサ100xの圧力P1の圧力低下がしきい値(例えばゲージ圧で0.2kPa)よりも小さいか否か判定する(ステップSB16)。そして、圧力P1の圧力低下がしきい値(例えばゲージ圧で0.2kPa)よりも大きければ(ステップSB16のNO)、制御部500は、改質装置2または燃料電池1に圧漏れがあり、異状と判定し、異状信号を出力する(ステップSB10)。   In a state where the sealed space is formed, the control unit 500 waits for a predetermined time (for example, 10 minutes) (step SB14). Thereafter, the controller 500 determines whether or not the pressure drop of the pressure P1 of the pressure sensor 100x is smaller than a threshold value (for example, 0.2 kPa in gauge pressure) (step SB16). If the pressure drop of the pressure P1 is larger than a threshold value (for example, 0.2 kPa in gauge pressure) (NO in step SB16), the control unit 500 has a pressure leak in the reformer 2 or the fuel cell 1, It is determined that there is an abnormality, and an abnormality signal is output (step SB10).

ステップSB16における判定の結果、圧力P1の圧力低下がしきい値(例えばゲージ圧で0.2kPa)よりも小さければ(ステップSB16のYES)、制御部500は、改質装置2および燃料電池1に圧漏れがなく、正常と判定し、正常信号を出力する(ステップSB18)。   If the result of determination in step SB16 is that the pressure drop in pressure P1 is smaller than a threshold value (for example, 0.2 kPa in gauge pressure) (YES in step SB16), control unit 500 causes reformer 2 and fuel cell 1 to It is determined that there is no pressure leak and is normal, and a normal signal is output (step SB18).

次に、制御部500は、バルブ25fおよび25hを開放し(ステップSB20)、密閉空間のガス状の原燃料をオフガス通路110およびバイパス通路150を経て改質装置2の燃焼部30に供給させる。燃焼部30は燃焼排ガス通路250を介して外気に連通しているため、原燃料を外気に放出させる。この場合、必要に応じて、制御部500は、空気搬送源であるポンプ27cを駆動させて空気を燃焼部30に供給し、原燃料を空気で希釈させても良い。次に、圧力センサ100xの圧力P1の検知圧力がしきい値以内(例えばゲージ圧で0〜1kPa)であるか否か判定する(ステップSB22)。圧力P1の検知圧力がしきい値以内(例えばゲージ圧で0〜1kPa)であれば、原燃料の大部分は外気に放出されているため、制御部500は、バルブ25fおよび25hを閉鎖させ(ステップSB24)、起動シーケンスに移行する(ステップSB26)。   Next, the control unit 500 opens the valves 25f and 25h (step SB20), and supplies the gaseous raw fuel in the sealed space to the combustion unit 30 of the reformer 2 via the off-gas passage 110 and the bypass passage 150. Since the combustion unit 30 communicates with the outside air through the combustion exhaust gas passage 250, the raw fuel is released to the outside air. In this case, as necessary, the controller 500 may drive the pump 27c, which is an air conveyance source, to supply air to the combustor 30 and dilute the raw fuel with air. Next, it is determined whether or not the detected pressure of the pressure P1 of the pressure sensor 100x is within a threshold value (for example, 0 to 1 kPa as a gauge pressure) (step SB22). If the detected pressure of the pressure P1 is within a threshold value (for example, 0 to 1 kPa as a gauge pressure), most of the raw fuel is released to the outside air, so the control unit 500 closes the valves 25f and 25h ( Step SB24), the process proceeds to the activation sequence (step SB26).

ステップSB22における判定の結果、所定時間経過しても、圧力センサ100xの圧力P1の検知圧力がしきい値以内(例えばゲージ圧で0〜1kPa)内にならなければ(ステップSB28のYES)、バルブ25fおよび25hの開放指令が出力されているにもかかわらず、ガス圧の低下が少ないと判定される(ステップSB28のYES)。そこで、所定時間(例えば10秒間)経過しても、圧力センサ100xの圧力P1がしきい値以内(例えばゲージ圧で0〜1kPa)にならなければ(ステップSB30のYES)、つまり、圧力センサ100xの圧力P1の検知圧力が大気圧付近にならなければ、バルブ25fおよびバルブ25hのうちの少なくとも一方、または、バルブ25a,25bの両方が故障していると推定する。そこで制御部500はバルブ25fおよびバルブ25hを閉鎖する指令、バルブ25a,25bを閉鎖する指令を出力し(ステップSB30)、不具合バルブの交換指令を出力する(ステップSB32)。なおステップSB28,SB30は、バルブ25f、25hの故障、または、バルブ25a,25bの故障を判定する故障判定手段として機能する。   If the result of determination in step SB22 is that the detected pressure of the pressure P1 of the pressure sensor 100x does not fall within a threshold value (for example, 0 to 1 kPa in gauge pressure) even after a predetermined time has elapsed (YES in step SB28), the valve It is determined that the decrease in gas pressure is small despite the 25f and 25h opening commands being output (YES in step SB28). Therefore, even if a predetermined time (for example, 10 seconds) elapses, the pressure P1 of the pressure sensor 100x does not fall within a threshold value (for example, 0 to 1 kPa in gauge pressure) (YES in Step SB30), that is, the pressure sensor 100x. If the detected pressure of the pressure P1 is not close to the atmospheric pressure, it is estimated that at least one of the valve 25f and the valve 25h or both the valves 25a and 25b are broken. Therefore, the controller 500 outputs a command to close the valves 25f and 25h, a command to close the valves 25a and 25b (step SB30), and outputs a defective valve replacement command (step SB32). Steps SB28 and SB30 function as a failure determination unit that determines a failure of the valves 25f and 25h or a failure of the valves 25a and 25b.

上記した図6に示すフローチャートが実行されると、改質装置2および燃料電池1のアノード極11の双方に対してガス漏れ診断が同時に行われる。もし改質装置2および燃料電池1のアノード極11の双方に対してガス漏れ診断が行われたとき、ガス漏れが検知されるときには、バルブ25eおよびバルブ25hを閉鎖することにより改質装置2と燃料電池1との連通を遮断した状態で、ポンプ27bにより原燃料を再び改質装置2に供給し、再診断を実行する。再診断においてガス漏れが診断されないと、改質装置2にはガス漏れが発生しておらず、バルブ25eよりも下流の領域(燃料電池1側)にガス漏れが発生しているおそれが高いと判定される。また上記した再診断において、ガス漏れが診断されると、少なくとも改質装置2にガス漏れが発生していると判定される。   When the above-described flowchart shown in FIG. 6 is executed, gas leakage diagnosis is performed simultaneously on both the reformer 2 and the anode 11 of the fuel cell 1. If a gas leak diagnosis is performed on both the reformer 2 and the anode 11 of the fuel cell 1, when a gas leak is detected, the valve 25e and the valve 25h are closed to close the reformer 2 and In a state where communication with the fuel cell 1 is cut off, the raw fuel is supplied again to the reformer 2 by the pump 27b, and re-diagnosis is executed. If no gas leak is diagnosed in the rediagnosis, no gas leak has occurred in the reformer 2, and there is a high possibility that a gas leak has occurred in the region downstream of the valve 25e (the fuel cell 1 side). Determined. In the re-diagnosis described above, if a gas leak is diagnosed, it is determined that at least the gas leakage has occurred in the reformer 2.

実施例3は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図1〜図4を準用する。以下、実施例1と異なる部分を中心として説明する。本実施例によれば、前述したように前回の燃料電池システムの発電運転の終了から時間があまり経過していないときは、改質部34がまだ高温であるおそれがある。高温(例えば450℃以上)の改質部34に原燃料が水分供給なしで供給されると、改質部34の触媒34eにおいてコーキング(カーボン生成)が発生するおそれがある。   Since the third embodiment basically has the same configuration and operation effect as the first embodiment, FIGS. 1 to 4 are applied mutatis mutandis. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment. According to the present embodiment, as described above, when the time has not passed since the end of the power generation operation of the previous fuel cell system, the reforming unit 34 may still be at a high temperature. If the raw fuel is supplied to the reforming section 34 at a high temperature (for example, 450 ° C. or higher) without supplying moisture, coking (carbon generation) may occur in the catalyst 34e of the reforming section 34.

そこで本実施例によれば、タイマー機能をもつ制御部500は、前回の燃料電池システムの発電運転の終了から所定時間(例えば1時間)経過しているか否か、あるいは、改質部34の温度T1がまだ高温であり、所定温度(例えば400℃)以上であるか否か判定する。そして、前回の燃料電池システムの発電運転の終了から所定時間(例えば1時間)経過していないとき、あるいは、改質部34の温度T1がまだ高温であり、所定温度(例えば400℃)以上であるときには、制御部500は、上記した原燃料を改質装置2に供給するガス漏れ診断を実行しない。これによりコーキングが抑制される。   Therefore, according to the present embodiment, the control unit 500 having a timer function determines whether or not a predetermined time (for example, 1 hour) has elapsed since the end of the power generation operation of the previous fuel cell system, or the temperature of the reforming unit 34. It is determined whether or not T1 is still high and is not less than a predetermined temperature (for example, 400 ° C.). Then, when the predetermined time (for example, 1 hour) has not elapsed since the end of the power generation operation of the previous fuel cell system, or the temperature T1 of the reforming unit 34 is still high and is above the predetermined temperature (for example, 400 ° C.). In some cases, the control unit 500 does not perform the gas leakage diagnosis for supplying the raw fuel described above to the reformer 2. This suppresses coking.

これに対して、前回の燃料電池システムの発電運転の終了から所定時間(例えば4時間)経過しているとき、または、改質部34の温度T1が低温となり、所定温度(例えば400℃)未満であるときには、コーキングの発生が抑えられるため、制御部500は、上記した原燃料を改質装置2に供給するガス漏れ診断を実行する。なおガス漏れ診断時には、蒸発部36から水分は改質部34に供給されない。   On the other hand, when a predetermined time (for example, 4 hours) has elapsed since the end of the power generation operation of the previous fuel cell system, or the temperature T1 of the reforming unit 34 becomes low and is less than the predetermined temperature (for example, 400 ° C.). When this is, since the occurrence of coking is suppressed, the control unit 500 performs a gas leak diagnosis for supplying the raw fuel described above to the reformer 2. At the time of gas leak diagnosis, water is not supplied from the evaporation unit 36 to the reforming unit 34.

実施例4は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図1〜図4を準用する。以下、実施例1と異なる部分を中心として説明する。前述したように前回の燃料電池システムの発電運転の終了から時間があまり経過していないときは、改質部34がまだ高温であるおそれがある。前述したように、ガス漏れ診断時において、高温の改質部34に原燃料が供給されると、改質部34の触媒34eにおいてコーキング(カーボン生成)が発生するおそれがある。   Since the fourth embodiment has basically the same configuration and operational effects as the first embodiment, FIGS. 1 to 4 are applied mutatis mutandis. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment. As described above, when the time has not passed since the end of the power generation operation of the previous fuel cell system, the reforming unit 34 may still be at a high temperature. As described above, when raw fuel is supplied to the high-temperature reforming section 34 at the time of gas leak diagnosis, coking (carbon generation) may occur in the catalyst 34e of the reforming section 34.

そこで、本実施例によれば、診断後に燃料電池システムの改質装置2を初めて起動させるときには、通常の起動時や発電運転のときよりも、S/Cの値を高く設定する。例えば、S/Cの値については、改質装置2の通常の起動時や通常の発電運転のとき、3.0〜3.3程度である。   Therefore, according to the present embodiment, when the reformer 2 of the fuel cell system is started for the first time after diagnosis, the S / C value is set higher than during normal startup or during power generation operation. For example, the value of S / C is about 3.0 to 3.3 at the time of normal startup of the reformer 2 or during normal power generation operation.

しかし本実施例によれば、診断後に燃料電池システムの改質装置2を初めて起動させるとき、制御部500は、S/Cの値について5以上、7以上、9以上に設定する(上限は14程度にできる)。具体的にはS/Cの値は例えば5〜13程度、6〜10程度に設定される。これにより診断後に初めて燃料電池システムの改質装置2を起動させるとき、水分リッチとなり、改質部34の触媒34eにおけるコーキング(カーボン)が抑制される。   However, according to the present embodiment, when the reformer 2 of the fuel cell system is started for the first time after diagnosis, the controller 500 sets the S / C value to 5 or more, 7 or more, or 9 or more (the upper limit is 14). To the extent possible). Specifically, the value of S / C is set to about 5 to 13, for example, about 6 to 10. As a result, when the reformer 2 of the fuel cell system is started for the first time after diagnosis, it becomes rich in water and coking (carbon) in the catalyst 34e of the reforming section 34 is suppressed.

ここで、S/Cの値は改質水および原燃料の比率に関するものである。S/Cの値は、(改質装置2に供給される改質水に含まれるHOのモル数)/(改質装置2に供給される改質用の原燃料に含まれる炭素成分のモル数)を意味する。S/Cの値は、蒸発部36を介して改質部34に供給されるHOの量に対応する。ここで、蒸発部36に供給される改質水の流量が不足し、S/Cの値が適切でない場合には、改質部34等においてカーボンが析出するコーキングが発生するおそれがあり、好ましくない。 Here, the value of S / C relates to the ratio of reformed water and raw fuel. The value of S / C is (number of moles of H 2 O contained in reforming water supplied to reformer 2 ) / (carbon component contained in raw fuel for reforming supplied to reformer 2) Number of moles). The value of S / C corresponds to the amount of H 2 O supplied to the reforming unit 34 via the evaporation unit 36. Here, when the flow rate of the reforming water supplied to the evaporation unit 36 is insufficient and the value of S / C is not appropriate, there is a possibility that coking in which carbon precipitates may occur in the reforming unit 34 or the like. Absent.

実施例5は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図1〜図4を準用する。本実施例においても、ガス漏れ診断時には燃焼部30は着火されておらず、常温領域または400℃未満(改質部にコーキングが発生しない温度領域)に維持されている。診断手段を構成する制御部500は、ガス漏れ診断時の終了時において、改質装置2に対して下流の領域または燃料電池1のアノード極11の出口11pから排出されたガス診断後の可燃性の原燃料を燃焼部30に供給する。このとき制御部500は燃焼部30のイグナイタに着火する。これによりの原燃料を燃焼部30で燃焼させる。必要に応じてポンプ27cを駆動させることにより、燃焼用空気を燃焼部30に供給することができる。   Since the fifth embodiment basically has the same configuration and operational effects as the first embodiment, FIGS. 1 to 4 are applied mutatis mutandis. Also in the present embodiment, the combustion section 30 is not ignited at the time of gas leak diagnosis, and is maintained in a normal temperature range or less than 400 ° C. (a temperature range in which coking does not occur in the reforming section). The control unit 500 that constitutes the diagnostic means, at the end of the gas leakage diagnosis, combusts after the diagnosis of the gas discharged from the region downstream of the reformer 2 or the outlet 11p of the anode 11 of the fuel cell 1. The raw fuel is supplied to the combustion unit 30. At this time, the control unit 500 ignites the igniter of the combustion unit 30. The raw fuel thereby is burned in the combustion unit 30. Combustion air can be supplied to the combustion unit 30 by driving the pump 27c as necessary.

図7は実施例6を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図3および図4を準用する。以下、実施例1と異なる部分を中心として説明する。図7に示すように、改質部34を迂回するようにつまり改質部34を介することなく、燃料供給源61と燃料電池1のアノード極11の入口11iとを繋ぐ連通路460が設けられている。連通路460の一端460aは燃料供給源61側つまりバルブ25bの上流に繋がる。連通路460の他端460cはバルブ403を介して燃料電池1のアノード極11に繋がる。連通路460はバルブ403と圧力センサ100y(圧力検知手段)に繋がる。漏れ診断のときには、制御部500はバルブ403を開放させた状態でポンプ27bを駆動させる。これによりガス状の原燃料は、改質装置2の改質部34を迂回し、つまり、改質装置2の改質部34を通過せず、連通路460およびバルブ403を介して燃料電池1のアノード極11に供給される。この場合、バルブ25eおよびバルブ25fは閉鎖されているため、原燃料は燃料電池1のアノード極11に封入される。   FIG. 7 shows a sixth embodiment. Since this embodiment has basically the same configuration and effects as the first embodiment, FIGS. 3 and 4 are applied mutatis mutandis. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment. As shown in FIG. 7, a communication path 460 is provided to connect the fuel supply source 61 and the inlet 11 i of the anode electrode 11 of the fuel cell 1 so as to bypass the reforming unit 34, that is, without passing through the reforming unit 34. ing. One end 460a of the communication path 460 is connected to the fuel supply source 61 side, that is, upstream of the valve 25b. The other end 460 c of the communication path 460 is connected to the anode electrode 11 of the fuel cell 1 through the valve 403. The communication path 460 is connected to the valve 403 and the pressure sensor 100y (pressure detection means). At the time of leak diagnosis, the control unit 500 drives the pump 27b with the valve 403 opened. As a result, the gaseous raw fuel bypasses the reforming section 34 of the reforming apparatus 2, that is, does not pass through the reforming section 34 of the reforming apparatus 2, and passes through the communication path 460 and the valve 403 to the fuel cell 1. To the anode electrode 11. In this case, since the valve 25 e and the valve 25 f are closed, the raw fuel is sealed in the anode electrode 11 of the fuel cell 1.

そして、圧力センサ100yの検知圧がしきい値圧に到達したら、バルブ25f、25eが閉鎖されている状態でバルブ403を閉鎖させると共に、ポンプ27bを停止させる。その状態で所定時間待機する。そして圧力センサ100yの検知圧の低下がしきい値圧を越えたら、燃料電池1のアノード極11においてガス漏れが発生しているおそれが高いと判定する。圧力センサ100yの検知圧の低下がしきい値圧よりも小さければ、燃料電池1のアノード極11においてガス漏れが発生していないと判定する。   When the detected pressure of the pressure sensor 100y reaches the threshold pressure, the valve 403 is closed while the valves 25f and 25e are closed, and the pump 27b is stopped. Wait for a predetermined time in this state. When the decrease in the detection pressure of the pressure sensor 100y exceeds the threshold pressure, it is determined that there is a high possibility that gas leakage has occurred in the anode electrode 11 of the fuel cell 1. If the decrease in the detection pressure of the pressure sensor 100y is smaller than the threshold pressure, it is determined that no gas leakage has occurred in the anode 11 of the fuel cell 1.

このような診断時において、制御部500はバルブ25bを閉鎖されているため、ポンプ27bが駆動しても、原燃料は改質装置2を迂回し、改質装置2には原燃料が供給されず、改質装置2の漏れ診断は行われない。   At the time of such diagnosis, since the control unit 500 closes the valve 25b, even if the pump 27b is driven, the raw fuel bypasses the reformer 2, and the raw fuel is supplied to the reformer 2. Therefore, the leakage diagnosis of the reformer 2 is not performed.

ところで、改質部34に水素ガスが残留しているとき、ガス漏れ診断を行い、原燃料を改質装置2に供給すると、残留していた水素ガスが原燃料に押し出され、発電運転でないにもかかわらず燃料電池1のアノード極11に供給されて滞留するおそれがある。この点本実施例によれば、上記した燃料電池1のガス漏れ診断時において、原燃料は、改質部34を経ないで、燃料電池1のアノード極11に供給される。このため改質部34に水素ガスが残留しているときであっても、その水素ガスは燃料電池1のアノード極11に供給されず、アノード極11に滞留することが抑えられる。   By the way, when hydrogen gas remains in the reforming section 34, a gas leak diagnosis is performed, and when the raw fuel is supplied to the reforming device 2, the remaining hydrogen gas is pushed out to the raw fuel and is not in a power generation operation. Nevertheless, the fuel cell 1 may be supplied to the anode electrode 11 and stay there. In this regard, according to this embodiment, when the gas leak diagnosis of the fuel cell 1 is performed, the raw fuel is supplied to the anode 11 of the fuel cell 1 without passing through the reforming unit 34. For this reason, even when hydrogen gas remains in the reforming unit 34, the hydrogen gas is not supplied to the anode electrode 11 of the fuel cell 1 and is prevented from staying in the anode electrode 11.

図8は実施例7を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果を有するため、図3、図4を準用する。本実施例においても、ガス漏れ診断時には燃焼部30は着火されておらず、常温領域または400℃未満(改質部にコーキングが発生しない温度領域)に維持されている。以下、実施例1と異なる部分を中心として説明する。改質装置2、燃料電池1、アノードガス通路100、バイパス通路150の外方にガスセンサ100w(原燃料検知手段)が設けられている。ガスセンサ100wは、原燃料に含まれる物質(成分)を検知するセンサであり、物質の付着に起因する電気抵抗の変化、静電容量の物理量の変化等により検知できる。ガスセンサ100wの信号は制御部500に入力される。制御部500は、ガスセンサ100wによる原燃料に含まれる物質の検知により、ガスの漏れの診断を行う。圧力センサ100xは搭載しておいても良いし、廃止しても良い。   FIG. 8 shows a seventh embodiment. Since the present embodiment basically has the same configuration and effect as the first embodiment, FIGS. 3 and 4 are applied mutatis mutandis. Also in the present embodiment, the combustion section 30 is not ignited at the time of gas leak diagnosis, and is maintained in a normal temperature range or less than 400 ° C. (a temperature range in which coking does not occur in the reforming section). Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment. A gas sensor 100w (raw fuel detection means) is provided outside the reformer 2, the fuel cell 1, the anode gas passage 100, and the bypass passage 150. The gas sensor 100w is a sensor that detects a substance (component) contained in the raw fuel, and can be detected by a change in electrical resistance, a change in physical quantity of capacitance, or the like caused by the adhesion of the substance. A signal from the gas sensor 100 w is input to the control unit 500. The control unit 500 diagnoses a gas leak by detecting a substance contained in the raw fuel by the gas sensor 100w. The pressure sensor 100x may be mounted or abolished.

(その他)
本発明は上記した各実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更可能である。上記した実施例では、図1に示すように、圧力センサ100xは、バイパス通路150とアノードガス通路100との分岐域に配置されているが、これに限らず、当該分岐域以外のアノードガス通路100に設けても良い。更に圧力センサ100xは、CO酸化除去部37の出口37p側に設けても良い。蒸発部36およびCO酸化除去部37は、改質部34と一体化されているが、改質部34から距離的に分離されていても良い。COシフト部5は改質部34から距離的に分離されていても良い。上記した記載から次の技術的思想も把握される。
[付記項1]原燃料を改質させることにより、活物質を含む改質流体を生成する改質部を有する改質装置と、前記改質装置の前記改質部で改質された前記改質流体と酸化剤流体とに基づいて発電反応を行う燃料電池と、前記改質装置の前記改質部と前記燃料電池とを連通させ前記改質流体を前記燃料電池に供給する流体通路と、原燃料の漏れを診断する診断手段とを具備しており、前記診断手段は、前記原燃料を改質させることなく、漏れ診断用流体および封入用流体兼用として、前記改質装置および/または前記流体通路に供給し、前記改質装置および前記流体通路のうち少なくとも前記改質部の下流の領域における前記原燃料の漏れの診断を行い、漏れがなければ、原燃料を少なくとも前記改質装置に封入しておくことを特徴とする燃料電池システム。
[付記項2]原燃料を改質させることにより、活物質を含む改質流体を生成する改質部を有する改質装置と、前記改質装置で改質された改質流体と酸化剤流体とに基づいて発電反応を行う燃料電池と、前記改質装置の前記改質部と前記燃料電池とを連通させ前記改質流体を前記燃料電池に供給する流体通路と、原燃料の漏れを診断する診断手段とを具備しており、前記診断手段は、前記原燃料を改質させることなく、漏れ診断用流体および封入用流体兼用として、度前記燃料電池に供給し、前記燃料電池における前記原燃料の漏れの診断を行い、漏れがなければ、原燃料を前記燃料電池に封入しておくことを特徴とする燃料電池システム。
(Other)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the gist. In the above-described embodiment, as shown in FIG. 1, the pressure sensor 100 x is disposed in the branch region between the bypass passage 150 and the anode gas passage 100, but the present invention is not limited to this, and the anode gas passage other than the branch region. 100 may be provided. Furthermore, the pressure sensor 100x may be provided on the outlet 37p side of the CO oxidation removing unit 37. The evaporation unit 36 and the CO oxidation removal unit 37 are integrated with the reforming unit 34, but may be separated from the reforming unit 34 in terms of distance. The CO shift unit 5 may be separated from the reforming unit 34 in terms of distance. The following technical idea can also be grasped from the above description.
[Additional Item 1] A reformer having a reformer that generates a reformed fluid containing an active material by reforming raw fuel, and the reformer reformed by the reformer of the reformer. A fuel cell that performs a power generation reaction based on a solid fluid and an oxidant fluid, a fluid passage that communicates the reforming unit of the reformer and the fuel cell, and supplies the reformed fluid to the fuel cell; Diagnostic means for diagnosing leakage of raw fuel, and the diagnostic means serves as both a leakage diagnostic fluid and an enclosing fluid without reforming the raw fuel, and the reformer and / or the Supplying to a fluid passage, and diagnosing leakage of the raw fuel in at least a region downstream of the reforming portion of the reformer and the fluid passage, and if there is no leakage, feed raw fuel to at least the reformer. Fuel characterized by being sealed Pond system.
[Additional Item 2] A reformer having a reforming unit that generates a reformed fluid containing an active material by reforming raw fuel, and a reformed fluid and an oxidant fluid reformed by the reformer A fuel cell that performs a power generation reaction based on the above, a fluid passage that communicates the reforming unit of the reformer with the fuel cell, and supplies the reformed fluid to the fuel cell, and diagnoses leakage of raw fuel The diagnostic means supplies the fuel cell to the fuel cell as a leakage diagnosis fluid and an enclosure fluid without reforming the raw fuel, and the raw fuel in the fuel cell is not modified. A fuel cell system characterized by diagnosing a fuel leak and enclosing the raw fuel in the fuel cell if there is no leak.

本発明は例えば車両用、定置用、電子機器用、電気機器用、携帯用等の燃料電池システムに利用することができる。   The present invention can be used in, for example, fuel cell systems for vehicles, stationary devices, electronic devices, electric devices, and portable devices.

実施例1に係り、改質装置および燃料電池を有する燃料電池システムのシステム図である。1 is a system diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1 having a reformer and a fuel cell. FIG. 実施例1に係り、改質装置付近の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of the vicinity of the reformer according to the first embodiment. 制御部の関係を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the relationship of a control part. 実施例1に係り、燃料電池システムの通路関係を模式化した図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a passage relationship of the fuel cell system according to the first embodiment. 実施例2に係り、制御部が実行するフローチャートである。10 is a flowchart executed by a control unit according to the second embodiment. 実施例2に係り、制御部が実行する別のフローチャートである。10 is another flowchart according to the second embodiment and executed by the control unit. 実施例6に係り、改質装置および燃料電池を有する燃料電池システムのシステム図である。FIG. 10 is a system diagram of a fuel cell system according to Embodiment 6 and including a reformer and a fuel cell. 実施例7に係り、改質装置および燃料電池を有する燃料電池システムのシステム図である。FIG. 10 is a system diagram of a fuel cell system according to Embodiment 7 and including a reformer and a fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

1は燃料電池、2は改質装置、30は燃焼部、31は断熱部、34は改質部、36は蒸発部、37はCO酸化除去部(CO低減部)、4は熱交換部、5はCOシフト部、62は燃料通路、72は空気通路(酸素供給部)、81は水タンク、82は改質水通路(改質水供給部)、100はアノードガス通路、200はカソードガス通路、300は水蒸気通路、400は浄化通路、500は制御部(診断手段)、31tは改質部温度検知器、38はCO酸化除去部温度検知器、55はCOシフト部温度検知器、65は温度検知器、100xは圧力センサ(圧力検知手段)を示す。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 is a fuel cell, 2 is a reformer, 30 is a combustion part, 31 is a heat insulation part, 34 is a reforming part, 36 is an evaporation part, 37 is a CO oxidation removal part (CO reduction part), 4 is a heat exchange part, 5 is a CO shift section, 62 is a fuel path, 72 is an air path (oxygen supply section), 81 is a water tank, 82 is a reforming water path (reforming water supply section), 100 is an anode gas path, and 200 is a cathode gas. Passage, 300 is a water vapor passage, 400 is a purification passage, 500 is a control section (diagnostic means), 31t is a reforming section temperature detector, 38 is a CO oxidation removal section temperature detector, 55 is a CO shift section temperature detector, 65 Indicates a temperature detector, and 100x indicates a pressure sensor (pressure detection means).

Claims (10)

原燃料を改質させることにより、活物質を含む改質流体を生成する改質部を有する改質装置と、
前記改質装置の前記改質部で改質された前記改質流体と酸化剤流体とに基づいて発電反応を行う燃料電池と、
前記改質装置の前記改質部と前記燃料電池とを連通させ前記改質流体または前記原燃料を前記燃料電池に供給する流体通路と、
前記原燃料の漏れを診断する診断手段とを具備しており、
前記流体通路は、前記改質装置と前記燃料電池との間に設けられ前記原燃料を前記燃料電池のアノード極の入口に供給するアノードガス通路と、前記燃料電池の前記アノード極の出口から延設されたオフガス通路と、前記アノードガス通路から前記燃料電池の前記アノード極の入口に向かう前記原燃料を遮断可能な第1遮断弁と、前記燃料電池の前記アノード極の出口から前記オフガス通路に向かう前記原燃料を遮断可能な第2遮断弁とを備えており、
前記診断手段は、前記原燃料を改質させることなく、前記改質装置および前記流体通路に供給し、(i)前記原燃料が前記燃料電池に供給されないように前記第1遮断弁を閉鎖した状態で、前記改質装置の改質部の下流の領域における漏れの第1診断を行い、且つ、(ii)前記第2遮断弁を閉鎖すると共に前記第1遮断弁を開放することにより、前記原燃料を前記燃料電池の前記アノード極に供給し、前記燃料電池の前記アノード極の漏れの診断を行うことを特徴とする燃料電池システム
A reformer having a reforming unit that generates a reformed fluid containing an active material by reforming raw fuel; and
A fuel cell that performs a power generation reaction based on the reformed fluid and the oxidant fluid reformed in the reforming unit of the reformer;
A fluid passage for communicating the reforming unit of the reformer with the fuel cell and supplying the reformed fluid or the raw fuel to the fuel cell;
Diagnostic means for diagnosing leakage of the raw fuel,
The fluid passage is provided between the reformer and the fuel cell and extends from an anode gas passage for supplying the raw fuel to an inlet of the anode of the fuel cell, and an outlet of the anode of the fuel cell. An off gas passage provided; a first shut-off valve capable of shutting off the raw fuel from the anode gas passage toward the inlet of the anode electrode of the fuel cell; and an outlet of the anode electrode of the fuel cell to the off gas passage. A second shut-off valve capable of shutting off the raw fuel to go;
The diagnostic means supplies the raw fuel to the reformer and the fluid passage without reforming the raw fuel, and (i) closes the first shut-off valve so that the raw fuel is not supplied to the fuel cell. A first diagnosis of leakage in a region downstream of the reforming unit of the reformer, and (ii) closing the second shut-off valve and opening the first shut-off valve, A fuel cell system characterized by supplying raw fuel to the anode electrode of the fuel cell and diagnosing leakage of the anode electrode of the fuel cell.
原燃料を改質させることにより、活物質を含む改質流体を生成する改質部を有する改質装置と、
前記改質装置の前記改質部で改質された前記改質流体と酸化剤流体とに基づいて発電反応を行う燃料電池と、
前記改質装置の前記改質部と前記燃料電池とを連通させ前記改質流体または前記原燃料を前記燃料電池に供給する流体通路と、
前記原燃料の漏れを診断する診断手段とを具備しており、
前記流体通路は、前記改質装置と前記燃料電池との間に設けられ前記原燃料を前記燃料電池の前記アノード極の入口に供給するアノードガス通路と、前記燃料電池の前記アノード極の出口から延設されたオフガス通路と、前記燃料電池を迂回して前記アノードガス通路と前記オフガス通路とを繋ぐバイパス通路と、前記アノードガス通路から前記燃料電池の前記アノード極の入口に向かう前記原燃料を遮断可能な第1遮断弁と、前記燃料電池の前記アノード極の出口から前記オフガス通路に向かう前記原燃料を遮断可能な第2遮断弁と、前記燃料電池を迂回して前記アノードガス通路から前記オフガス通路に向かう前記原燃料を遮断可能な第3遮断弁とを備えており、
前記診断手段は、前記原燃料を改質させることなく、前記改質装置および前記流体通路に供給し、(i)前記原燃料が前記燃料電池に供給されないように前記第1遮断弁および前記第3遮断弁を閉鎖した状態で、前記改質装置および前記流体通路のうちの少なくとも改質部の下流の領域における漏れの第1診断を行い、且つ、(ii)前記第2遮断弁および前記第3遮断弁を閉鎖すると共に前記第1遮断弁を開放することにより、前記原燃料を前記燃料電池の前記アノード極に供給し、前記燃料電池の漏れの診断を行うことを特徴とする燃料電池システム。
A reformer having a reforming unit that generates a reformed fluid containing an active material by reforming raw fuel; and
A fuel cell that performs a power generation reaction based on the reformed fluid and the oxidant fluid reformed in the reforming unit of the reformer;
A fluid passage for communicating the reforming unit of the reformer with the fuel cell and supplying the reformed fluid or the raw fuel to the fuel cell;
Diagnostic means for diagnosing leakage of the raw fuel,
The fluid passage is provided between the reformer and the fuel cell, and supplies an anode gas passage for supplying the raw fuel to an inlet of the anode electrode of the fuel cell, and an outlet of the anode electrode of the fuel cell. An extended off-gas passage, a bypass passage that bypasses the fuel cell and connects the anode gas passage and the off-gas passage, and the raw fuel that travels from the anode gas passage toward the inlet of the anode of the fuel cell. A first shut-off valve capable of shutting off; a second shut-off valve capable of shutting off the raw fuel from the outlet of the anode of the fuel cell toward the off-gas passage; and bypassing the fuel cell from the anode gas passage. A third shut-off valve capable of shutting off the raw fuel going to the off-gas passage,
The diagnostic means supplies the raw fuel to the reforming device and the fluid passage without reforming the raw fuel, and (i) the first shut-off valve and the first valve so that the raw fuel is not supplied to the fuel cell. A first diagnosis of leakage in at least a region downstream of the reforming unit of the reformer and the fluid passage in a state where the three shut-off valves are closed; and (ii) the second shut-off valve and the first shut-off valve 3. A fuel cell system characterized by closing the three shutoff valves and opening the first shutoff valve to supply the raw fuel to the anode electrode of the fuel cell to diagnose leakage of the fuel cell. .
請求項1または2において、前記改質部の下流または上流の領域において圧力検知手段が設けられており、前記診断手段は、前記圧力検知手段による圧力低下に基づいて前記原燃料の漏れの診断を行うことを特徴とする燃料電池システム。 The pressure detection means is provided in a region downstream or upstream of the reforming unit according to claim 1 or 2 , and the diagnosis means diagnoses leakage of the raw fuel based on a pressure drop by the pressure detection means. A fuel cell system comprising: 請求項1〜3のうちの一項において、前記改質装置および前記流体通路の外方に原燃料検知手段が設けられており、前記診断手段は、前記原燃料検知手段による原燃料に含まれる物質の検知に基づいて前記原燃料の漏れの診断を行うことを特徴とする燃料電池システム。 The raw fuel detection means is provided outside the reformer and the fluid passage according to claim 1, and the diagnosis means is included in the raw fuel by the raw fuel detection means. A fuel cell system characterized by diagnosing leakage of the raw fuel based on detection of a substance. 請求項1〜4のうちの一項において、前記原燃料を脱硫する脱硫器が前記燃料電池システムに設けられており、前記脱硫器を通過した前記原燃料を漏れ診断に用いることを特徴とする燃料電池システム。   5. The desulfurizer for desulfurizing the raw fuel is provided in the fuel cell system according to claim 1, and the raw fuel that has passed through the desulfurizer is used for leak diagnosis. Fuel cell system. 請求項1〜5のうちの一項において、前記流体通路は、前記改質流体に含まれている一酸化炭素を低減させるCO低減部を備えていることを特徴とする燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the fluid passage includes a CO reduction unit that reduces carbon monoxide contained in the reformed fluid. 請求項1〜6のうちの一項において、燃焼により前記改質部を加熱させる燃焼部が設けられており、前記燃焼部は、前記改質装置の前記改質部の下流の領域および前記燃料電池の前記アノード極の出口に連通可能とされており、
前記診断手段は、前記原燃料の漏れの診断の終了後において、前記改質装置の下流の領域または前記燃料電池の前記アノード極の出口から排出された前記原燃料を前記燃焼部に供給することにより前記燃焼部で燃焼させることを特徴とする燃料電池システム。
7. The combustion part according to claim 1, wherein a combustion part that heats the reforming part by combustion is provided, and the combustion part includes a region downstream of the reforming part of the reformer and the fuel. It is possible to communicate with the outlet of the anode of the battery,
The diagnostic means supplies the raw fuel discharged from the region downstream of the reformer or the outlet of the anode electrode of the fuel cell to the combustion section after completion of the diagnosis of the raw fuel leakage. The fuel cell system is characterized in that it is burned in the combustion section.
請求項1〜7のうちの一項において、前記漏れ診断後に前記燃料電池システムの前記改質装置を初めて起動させるとき、前記診断手段は、前記改質装置の通常の起動時よりも、前記改質装置に関するS/Cの値を高く設定することを特徴とする燃料電池システム。
ここで、S/Cの値は、(前記改質装置に供給される改質水に含まれるH2Oのモル数)/(前記改質装置に供給される原燃料に含まれる炭素成分のモル数)を意味する。
8. The fuel cell system according to claim 1 , wherein when the reforming device of the fuel cell system is started for the first time after the leakage diagnosis, the diagnostic means is more effective than the normal start-up of the reforming device. A fuel cell system characterized by setting a high S / C value for the quality device.
Here, the value of S / C is (number of moles of H 2 O contained in the reformed water supplied to the reformer) / (of carbon component contained in the raw fuel supplied to the reformer) Number of moles).
請求項1〜8のうちの一項において、前記改質装置の前回の運転終了から所定時間経過しているとき、あるいは、前記改質部の温度が所定温度未満のときには、前記診断手段は、前記漏れ診断を実行し、且つ、
前記改質装置の前回の運転終了から所定時間経過していないとき、あるいは、前記改質部の温度が所定温度以上のときには、前記診断手段は、前記漏れ診断を実行しないことを特徴とする燃料電池システム。
In one of claims 1 to 8, when a predetermined time has elapsed since the end of the previous operation of the reforming device, or when the temperature of the reforming unit is lower than a predetermined temperature, the diagnostic means includes: Performing the leak diagnosis; and
When the predetermined time has not elapsed since the end of the previous operation of the reformer, or when the temperature of the reforming unit is equal to or higher than a predetermined temperature, the diagnosis unit does not execute the leakage diagnosis. Battery system.
請求項1〜9のうちの一項において、前記診断手段は、漏れを検知しなければ、前記原燃料をパージ用流体または封入用流体として前記改質装置および/または前記燃料電池に封入させておく封入操作を行うことを特徴とする燃料電池システム。 10. The diagnostic device according to claim 1 , wherein if the leakage is not detected, the diagnostic unit seals the raw fuel in the reformer and / or the fuel cell as a purge fluid or a sealing fluid. A fuel cell system characterized by performing an enclosing operation.
JP2006287527A 2006-10-23 2006-10-23 Fuel cell system Expired - Fee Related JP5019353B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006287527A JP5019353B2 (en) 2006-10-23 2006-10-23 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006287527A JP5019353B2 (en) 2006-10-23 2006-10-23 Fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008108446A JP2008108446A (en) 2008-05-08
JP5019353B2 true JP5019353B2 (en) 2012-09-05

Family

ID=39441646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006287527A Expired - Fee Related JP5019353B2 (en) 2006-10-23 2006-10-23 Fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5019353B2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5248337B2 (en) * 2009-01-08 2013-07-31 株式会社東芝 Fuel cell power generation system and inspection method thereof
US8658320B2 (en) 2009-05-08 2014-02-25 Panasonic Corporation Method of operating a fuel cell
JP5607951B2 (en) * 2010-02-26 2014-10-15 大阪瓦斯株式会社 Method for maintaining a stopped state of a fuel cell system
JP5513209B2 (en) * 2010-03-30 2014-06-04 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM
JP5638822B2 (en) * 2010-03-30 2014-12-10 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM
JP2011210643A (en) * 2010-03-30 2011-10-20 Jx Nippon Oil & Energy Corp Fuel cell system, and control method of the fuel cell system
JP5877292B2 (en) * 2010-10-05 2016-03-08 パナソニックIpマネジメント株式会社 Fuel cell system
JP5851946B2 (en) * 2012-06-29 2016-02-03 Jx日鉱日石エネルギー株式会社 Fuel cell system

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4028787B2 (en) * 2001-11-30 2007-12-26 松下電器産業株式会社 Fuel cell power generation system and operation method thereof
JP4128792B2 (en) * 2002-03-28 2008-07-30 荏原バラード株式会社 Fuel processor
JP4238572B2 (en) * 2002-12-10 2009-03-18 トヨタ自動車株式会社 Fuel reformer and fuel cell system
JP2007265669A (en) * 2006-03-27 2007-10-11 Osaka Gas Co Ltd Leak detecting method in fuel cell power generation system
JP2008081369A (en) * 2006-09-28 2008-04-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Apparatus for producing hydrogen, its operating method and fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008108446A (en) 2008-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5019353B2 (en) Fuel cell system
JP4724029B2 (en) Method for shutting down reformer
EP2518012B1 (en) Method for operating a hydrogen generation device
US9023542B2 (en) Fuel cell system including an ammonia remover and method of operating the same
JP4887048B2 (en) Fuel cell starting method and fuel cell system
WO2008035776A1 (en) Hydrogen generator, method of operating hydrogen generator, and fuel cell system
JP5138324B2 (en) Reformer and fuel cell system
EP2172420B1 (en) Method for operation of a hydrogen generation system
JP2006066244A (en) Fuel cell system and control method
JP2005174745A (en) Operation method of fuel cell system and fuel cell system
US10096851B2 (en) Solid oxide fuel cell system and method of stopping the same
JP5291915B2 (en) Indirect internal reforming type solid oxide fuel cell and operation method thereof
JP5002220B2 (en) Fuel cell system
JP4917756B2 (en) Fuel cell system startup method, reformer, and fuel cell system
JP2010238520A (en) Fuel cell system
JP5851946B2 (en) Fuel cell system
JP2009283278A (en) Fuel cell system
JP5045045B2 (en) Hydrogen generator and fuel cell system
JP2006278119A (en) Fuel cell power generating system and its starting method
JP5307592B2 (en) Operation method of indirect internal reforming type solid oxide fuel cell system
JP2008081331A (en) Reformer
JP2010086949A (en) Shutdown and storing method of fuel cell system
WO2012091120A1 (en) Fuel cell system
JP4713547B2 (en) Fuel cell power generation system and operation method thereof
JP4377648B2 (en) Fuel cell power generator and method of operating the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090828

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120308

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120427

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120522

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120606

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5019353

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150622

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees