JP5309799B2 - Reformer and fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress emission to be low or blowing out by stabilizing combustion at a burner during a starting operation in a reforming apparatus and a fuel cell system. <P>SOLUTION: The reforming apparatus includes: a reforming portion to generate a reformed gas by supplying a reforming fuel and reforming water; an evaporating portion to supply steam produced by evaporating the supplied reforming water to the reforming portion; a burner to burn at least the reformed gas supplied from the reforming portion with an oxidizer gas for combustion during the starting operation; and a burning portion to heat the reforming portion by a combustion gas exhausted from the burner. Combustion at the burner is stopped (step 110) by a control unit in the reforming apparatus when the generation of steam is detected at the evaporating portion (step 106) during the combustion at the burner in the starting operation. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、改質装置および燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a reformer and a fuel cell system.

改質装置の一形式として、特許文献1に示されているものが知られている。特許文献1の図1に示されているように、改質装置は、改質用燃料と改質水が供給されて改質ガスを生成する改質部と、改質水が供給されて該改質水を蒸発させて改質部に供給する蒸発部と、起動運転中において少なくとも改質ガスが改質部から供給されて該改質ガスを燃焼用酸化剤ガスで燃焼するバーナを有し該バーナから排出される燃焼ガスで改質部を加熱する燃焼部と、を備えている。この改質装置においては、起動運転が開始されると、バーナが着火され、バーナからの燃焼ガスにより改質部、蒸発部が加熱される。バーナ着火後所定時間経過後に蒸発部に改質水の供給が開始される。蒸発部で水蒸気の生成が検知されると、改質部に改質用燃料が供給され、改質ガスが生成され、その改質ガスがバーナに供給されて燃焼される。改質装置の暖機が完了すると起動運転が終了され、改質ガスが燃料電池に供給されて発電運転が開始される。
特開2008−91094号公報
As one type of reformer, the one shown in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 1 of Patent Document 1, the reformer includes a reforming unit that is supplied with reforming fuel and reforming water to generate reformed gas, is supplied with reforming water, and An evaporation section for evaporating the reformed water and supplying it to the reforming section; and a burner for supplying at least the reformed gas from the reforming section during the start-up operation and combusting the reformed gas with the oxidizing gas for combustion. And a combustion section that heats the reforming section with the combustion gas discharged from the burner. In this reformer, when the start-up operation is started, the burner is ignited, and the reforming section and the evaporation section are heated by the combustion gas from the burner. After a predetermined time has elapsed after the burner ignition, supply of reforming water to the evaporation section is started. When the generation of water vapor is detected in the evaporation section, reforming fuel is supplied to the reforming section, reformed gas is generated, and the reformed gas is supplied to the burner and burned. When the warming-up of the reformer is completed, the start-up operation is terminated, the reformed gas is supplied to the fuel cell, and the power generation operation is started.
JP 2008-91094 A

上述した特許文献1に記載の改質装置の起動運転中においては、蒸発部で水蒸気が発生すると、その水蒸気は改質部を通ってバーナに供給される。このとき、改質部内、改質部とバーナの間の配管および部材内に存在する気体が水蒸気に圧されてバーナに流入する。存在する気体が可燃ガスであれば、可燃ガスが燃焼中のバーナに流入することになるため燃焼λが低下し、燃焼が不安定となりエミッション(NO濃度、CO濃度)が増大したり、吹き消えたりするおそれがある。また、存在する気体が不活性ガス(N他)の場合は燃焼λが上昇し、同様に燃焼が不安定となりエミッションの増大,吹き消えのおそれがある。なお、燃焼λは空気比(実際の燃焼用空気の投入量/理想の燃焼用空気の投入量)であり、(実際の空燃比/理論空燃比)である。空燃比は、投入される空気の質量を投入される可燃ガスの質量で割ったものである。理論空燃比は、空気中の酸素と可燃ガスが過不足なく反応するときの空燃比である。 During the start-up operation of the reformer described in Patent Document 1 described above, when steam is generated in the evaporation section, the steam is supplied to the burner through the reforming section. At this time, the gas existing in the reforming section, the piping between the reforming section and the burner and the member is pressed by the water vapor and flows into the burner. If the gas present is combustible gas, the combustible gas is decreased combustion λ to become flow into the burner during combustion, emissions (NO X concentration, CO concentration) becomes unstable combustion or increased, blown May disappear. In addition, when the gas present is an inert gas (N 2 or the like), the combustion λ increases, and similarly, the combustion becomes unstable and there is a risk of increasing emission or blowing off. Combustion λ is an air ratio (actual amount of combustion air input / ideal amount of combustion air input) and is (actual air / fuel ratio / theoretical air / fuel ratio). The air-fuel ratio is obtained by dividing the mass of input air by the mass of combustible gas input. The stoichiometric air-fuel ratio is the air-fuel ratio when oxygen in the air and the combustible gas react without excess or deficiency.

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、改質装置および燃料電池システムにおいて、起動運転中におけるバーナの燃焼を安定させてエミッションを低く抑制し、また吹き消えを抑制することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and in a reformer and a fuel cell system, combustion of a burner during start-up operation is stabilized, emission is suppressed to a low level, and blow-off is suppressed. With the goal.

上記の課題を解決するため、請求項1に係る改質装置の発明の構成上の特徴は、改質用燃料と改質水が供給されて改質ガスを生成する改質部と、改質水が供給されて該改質水を蒸発させて改質部に供給する蒸発部と、起動運転中において少なくとも改質ガスが改質部から供給されて該改質ガスを燃焼用酸化剤ガスで燃焼するバーナを有し該バーナから排出される燃焼ガスで改質部を加熱する燃焼部と、を備え、起動運転中であってバーナの最初の着火以降の該バーナの燃焼中において、蒸発部での水蒸気の発生が検知された場合には、バーナの燃焼が停止され、水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過するまでは、改質水の供給を継続し、水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過した時点から、改質用燃料の供給を開始してバーナの再着火が行われることである。 In order to solve the above-mentioned problem, the structural feature of the reformer according to claim 1 is that a reforming unit that generates reformed gas by being supplied with reforming fuel and reforming water, and reforming An evaporating unit that supplies water to evaporate the reformed water and supplies the reformed water to the reforming unit; and at least a reformed gas is supplied from the reforming unit during start-up operation, and the reformed gas is used as a combustion oxidizing gas A combustion section that has a burning burner and that heats the reforming section with combustion gas discharged from the burner, and during the start-up operation and combustion of the burner after the first ignition of the burner, the evaporation section When the generation of water vapor is detected, combustion of the burner is stopped, and the supply of reforming water is continued until a predetermined time has elapsed from the time when water vapor generation is detected. From the point of time, supply of reforming fuel is started and the burner It is that the ignition is performed.

また請求項2に係る改質装置の発明の構成上の特徴は、改質用燃料と改質水が供給されて改質ガスを生成する改質部と、改質水が供給されて該改質水を蒸発させて改質部に供給する蒸発部と、起動運転中において少なくとも改質ガスが供給されて該改質ガスを燃焼用酸化剤ガスで燃焼するバーナを有し該バーナから排出される燃焼ガスで改質部を加熱する燃焼部と、を備え、起動運転中であってバーナの最初の着火以降の該バーナの燃焼停止中において、蒸発部での水蒸気の発生が検知された場合には、水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過するまでは、改質水の供給を継続し、かつ、バーナの着火が禁止され、水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過した時点から改質用燃料の供給を開始してバーナの着火が行われることである。 Further, the feature in construction of the invention of the reforming apparatus according to claim 2 includes a reformer for reforming fuel and reforming water to generate is supplied reformed gas, reforming water is supplied該改An evaporation section that evaporates the quality water and supplies it to the reforming section; and a burner that is supplied with at least the reformed gas during the start-up operation and burns the reformed gas with the combustion oxidant gas. A combustion section that heats the reforming section with a combustion gas, and during the start-up operation, when the combustion of the burner is stopped after the first ignition of the burner, the generation of water vapor in the evaporation section is detected the, from the occurrence detection time of steam until a predetermined time has elapsed to continue the supply of the reforming water, and re-ignition of the burner is prohibited, from the point of elapse of a predetermined time after occurrence detection time of the steam, the re-ignition of the burner is performed by starting the supply of the reforming fuel A.

また請求項3に係る改質装置の発明の構成上の特徴は、請求項1または請求項2記載の改質装置において、燃焼部は燃焼ガスが改質部と熱交換した後に蒸発部と熱交換を行うものであり、水蒸気の発生検知時点からバーナが着火(再着火も含む)されるまでは、バーナへ燃焼用酸化剤ガスのみが供給されることである。
また請求項4に係る改質装置の発明の構成上の特徴は、請求項3記載の改質装置において、バーナへ供給される燃焼用酸化剤ガスの供給量は、水蒸気の発生検知の直前より増大されることである。
The structural feature of the invention the reforming apparatus according to claim 3, in the reforming apparatus according to claim 1 or claim 2, wherein the evaporation unit and heat combustion section after the combustion gas is reformer and heat exchanger The replacement is performed, and only the oxidizing gas for combustion is supplied to the burner from the time when the generation of water vapor is detected until the burner is ignited (including re-ignition).
Further, the structural feature of the invention of the reformer according to claim 4 is that, in the reformer according to claim 3, the supply amount of the combustion oxidant gas supplied to the burner is from immediately before the detection of the generation of water vapor. Is to be increased.

また請求項5に係る燃料電池システムの発明の構成上の特徴は、燃料ガスが燃料極に供給され、酸化剤ガスが酸化剤極に供給されて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の改質装置で生成された改質ガスを燃料ガスとして使用することである。   The fuel cell system according to claim 5 is characterized in that the fuel cell system includes a fuel cell in which fuel gas is supplied to the fuel electrode and oxidant gas is supplied to the oxidant electrode to generate electric power. The reformed gas generated by the reformer according to any one of claims 1 to 4 is used as a fuel gas.

上記のように構成した請求項1に係る改質装置の発明においては、起動運転中であってバーナの燃焼中において、蒸発部での水蒸気の発生が検知された場合には、バーナの燃焼が停止される。これによれば、起動運転中において、蒸発部で水蒸気が発生してその水蒸気が改質部を通ってバーナに供給される際に、改質部内、改質部とバーナの間の配管および部材内に存在する気体が水蒸気に圧されてバーナに流入しても、バーナの燃焼は停止されている。したがって、存在する気体が可燃ガスであっても、その気体は燃焼停止中のバーナに流入する。換言すると、燃焼中に、改質部内、改質部とバーナの間の配管および部材内に存在する気体がバーナに流入することを抑制することができる。これにより、バーナの燃焼が不安定になることはなくエミッション(NO濃度、CO濃度)が増大したり、吹き消えを抑制することができる。
これに加えて、水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過すれば、バーナの再着火が行われる。これにより、蒸発部での水蒸気検知から、改質部内、改質部とバーナの間の配管および部材内に存在する気体が水蒸気に圧されるのに十分な時間(所定時間)が経過した後にバーナの再着火が行われることで、再着火の際の燃焼不安定をより抑制することができる。
In the invention of the reformer according to claim 1 configured as described above, if the generation of water vapor is detected in the evaporation section during start-up operation and combustion of the burner, combustion of the burner is performed. Stopped. According to this, during start-up operation, when steam is generated in the evaporation section and the steam is supplied to the burner through the reforming section, the piping and members in the reforming section and between the reforming section and the burner Even if the gas present inside is compressed by water vapor and flows into the burner, the combustion of the burner is stopped. Therefore, even if the gas present is a combustible gas, the gas flows into the burner during which combustion is stopped. In other words, the gas existing in the reforming section, the piping between the reforming section and the burner and the member during combustion can be prevented from flowing into the burner. Thereby, the combustion of the burner does not become unstable, and the emission (NO X concentration, CO concentration) can be increased, or blow-off can be suppressed.
In addition to this, the burner is re-ignited after a predetermined time has elapsed since the detection of the generation of water vapor. Thus, after a sufficient time (predetermined time) has passed from the detection of water vapor in the evaporation section, the gas present in the reforming section, the piping between the reforming section and the burner and the member is pressed by the steam. By performing reignition of the burner, instability of combustion during reignition can be further suppressed.

上記のように構成した請求項2に係る改質装置の発明においては、起動運転中であってバーナの最初の着火以降の該バーナの燃焼停止中において、蒸発部での水蒸気の発生が検知された場合には、水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過するまでは、改質水の供給を継続し、かつ、バーナの着火が禁止され、水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過した時点から改質用燃料の供給を開始してバーナの着火が行われる。これによれば、起動運転中において、バーナの燃焼停止中に蒸発部で水蒸気が発生してその水蒸気が改質部を通ってバーナに供給される際に、改質部内、改質部とバーナの間の配管および部材内に存在する気体が水蒸気に圧されてバーナに流入しても、バーナの燃焼は停止されている。したがって、存在する気体が可燃ガスであっても、その気体が燃焼停止中のバーナに流入しても燃焼されないため、燃焼が不安定になることはなくエミッション(NO濃度、CO濃度)が増大したり、吹き消えを抑制することができる。さらに、蒸発部での水蒸気検知から、改質部内、改質部とバーナの間の配管および部材内に存在する気体が水蒸気に圧されるのに十分な時間(所定時間)が経過した後にバーナの着火が行われることで、着火の際の燃焼不安定をより抑制することができる。 In the invention of the reformer according to claim 2 configured as described above, the generation of water vapor in the evaporation section is detected during the start-up operation and during the combustion stop of the burner after the first ignition of the burner. time when the can, from occurrence detection time of steam until a predetermined time has elapsed, which continues to supply the reforming water, and re-ignition of the burner is prohibited, and predetermined time has elapsed from the occurrence detection point of the water vapor Then , the supply of reforming fuel is started and the burner is re- ignited. According to this, during the start-up operation, when steam is generated in the evaporation section while the combustion of the burner is stopped and the steam is supplied to the burner through the reforming section, the reforming section, the reforming section and the burner are Combustion of the burner is stopped even if the gas existing in the pipes and members between them is compressed by water vapor and flows into the burner. Therefore, even if the gas present is a flammable gas, it will not be burned even if the gas flows into the burner where combustion is stopped, so combustion will not become unstable and emissions (NO X concentration, CO concentration) will increase. Or blow out. Furthermore, the burner after a sufficient time (predetermined time) for the gas existing in the reforming unit, the piping between the reforming unit and the burner and the gas present in the member to be pressed by the steam is detected from the steam detection in the evaporation unit. By performing this ignition, combustion instability upon ignition can be further suppressed.

上記のように構成した請求項3に係る発明においては、請求項1または請求項2において、燃焼部は燃焼ガスが改質部と熱交換した後に蒸発部と熱交換を行うものであり、水蒸気の発生検知時点からバーナが着火(再着火も含む)されるまでは、バーナへ燃焼用酸化剤ガスのみが供給される。これにより、バーナの燃焼が停止されていても、加熱されある程度高温となっている改質部の熱が、バーナから排出される燃焼用酸化剤ガスによって蒸発部に付与されるため、蒸発部での水蒸気の生成を促進することができる。これに加えて、燃焼停止中にバーナに供給される気体(改質部内、改質部とバーナの間の配管および部材内に存在する気体)を燃焼用酸化剤ガスで希釈して排出することができる。
上記のように構成した請求項4に係る発明においては、請求項3において、バーナへ供給される燃焼用酸化剤ガスの供給量は、水蒸気の発生検知の直前より増大される。

In the invention according to claim 3 configured as described above, in claim 1 or claim 2 , the combustion section exchanges heat with the evaporation section after the combustion gas exchanges heat with the reforming section. Until the burner is ignited (including re-ignition) from the time of occurrence detection, only the oxidant gas for combustion is supplied to the burner. As a result, even if the combustion of the burner is stopped, the heat of the reformed portion that has been heated and heated to a certain degree is applied to the evaporation portion by the combustion oxidant gas discharged from the burner. Generation of water vapor can be promoted. In addition to this, the gas supplied to the burner while the combustion is stopped (the gas existing in the reforming part, the piping between the reforming part and the burner and the member) is diluted with the oxidizing gas for combustion and discharged. Can do.
In the invention according to claim 4 configured as described above, in claim 3, the supply amount of the combustion oxidant gas supplied to the burner is increased from immediately before the detection of the generation of water vapor.

上記のように構成した請求項5に係る燃料電池システムの発明においては、燃料ガスが燃料極に供給され、酸化剤ガスが酸化剤極に供給されて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の改質装置で生成された改質ガスを燃料ガスとして使用する。これにより、上述した作用効果を発揮する改質装置を備えた燃料電池システムを提供することができる。   In the invention of the fuel cell system according to claim 5 configured as described above, in the fuel cell system including the fuel cell in which the fuel gas is supplied to the fuel electrode and the oxidant gas is supplied to the oxidant electrode to generate electric power. The reformed gas generated by the reformer according to any one of claims 1 to 4 is used as a fuel gas. Thereby, the fuel cell system provided with the reformer which exhibits the effect mentioned above can be provided.

以下、本発明による改質装置を適用した燃料電池システムの一実施形態について説明する。図1はこの燃料電池システムの概要を示す概要図である。この燃料電池システムは燃料電池10とこの燃料電池10に必要な水素ガスを含む改質ガス(燃料ガス)を生成する改質装置20を備えている。   Hereinafter, an embodiment of a fuel cell system to which a reformer according to the present invention is applied will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of this fuel cell system. The fuel cell system includes a fuel cell 10 and a reformer 20 that generates a reformed gas (fuel gas) containing hydrogen gas necessary for the fuel cell 10.

燃料電池10は、燃料極11と酸化剤極である空気極12と両極11,12間に介在された電解質13を備えており、燃料極11に供給された改質ガスおよび空気極12に供給された酸化剤ガスである空気(カソードエア)を用いて発電するものである。なお、空気の代わりに空気の酸素富化したガスを供給するようにしてもよい。   The fuel cell 10 includes a fuel electrode 11, an air electrode 12 that is an oxidant electrode, and an electrolyte 13 interposed between the electrodes 11 and 12, and supplies the reformed gas supplied to the fuel electrode 11 and the air electrode 12. Electric power is generated using air (cathode air), which is the oxidant gas. Note that air-enriched gas may be supplied instead of air.

改質装置20は、改質用燃料を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池10に供給するものであり、改質部21、冷却部22、一酸化炭素シフト反応部(以下、COシフト部という)23および一酸化炭素浄化部(以下、CO浄化部という)24、燃焼部27、および蒸発部28から構成されている。改質用燃料としては天然ガス、LPGなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。   The reformer 20 steam reforms the reforming fuel and supplies a hydrogen-rich reformed gas to the fuel cell 10. The reformer 20 includes a reforming unit 21, a cooling unit 22, a carbon monoxide shift reaction unit (hereinafter referred to as a “carbon monoxide shift reaction unit”). , A CO shift unit) 23, a carbon monoxide purification unit (hereinafter referred to as a CO purification unit) 24, a combustion unit 27, and an evaporation unit 28. Examples of the reforming fuel include natural gas, gas fuel for reforming such as LPG, and liquid fuel for reforming such as kerosene, gasoline, and methanol. In the present embodiment, description will be made on natural gas.

改質部21は、改質用燃料に改質水が混合された改質用原料である混合ガスから改質ガスを生成して導出するものである。この改質部21は有底円筒状に形成されており、環状筒部内に軸線に沿って延在する環状の折り返し流路21aを備えている。   The reforming unit 21 generates and derives a reformed gas from a mixed gas that is a reforming raw material in which reforming water is mixed with the reforming fuel. The reforming portion 21 is formed in a bottomed cylindrical shape, and includes an annular folded channel 21a extending along the axis in the annular cylindrical portion.

改質部21の折り返し流路21a内には、触媒21b(例えば、RuまたはNi系の触媒)が充填されており、冷却部22から導入された改質用燃料と水蒸気供給管51から導入された水蒸気との混合ガスが触媒21bによって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素ガスが生成されている(いわゆる水蒸気改質反応)。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス(いわゆる改質ガス)は冷却部(熱交換部)22に導出されるようになっている。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。   The return channel 21 a of the reforming unit 21 is filled with a catalyst 21 b (for example, a Ru or Ni-based catalyst) and introduced from the reforming fuel introduced from the cooling unit 22 and the steam supply pipe 51. The gas mixture with the steam reacts and is reformed by the catalyst 21b to generate hydrogen gas and carbon monoxide gas (so-called steam reforming reaction). At the same time, a so-called carbon monoxide shift reaction occurs in which carbon monoxide generated in the steam reforming reaction reacts with steam to transform into hydrogen gas and carbon dioxide. These generated gases (so-called reformed gas) are led to a cooling unit (heat exchange unit) 22. The steam reforming reaction is an endothermic reaction, and the carbon monoxide shift reaction is an exothermic reaction.

温度センサ21cは改質部21内の壁面付近(燃焼ガス流路26に接する壁の面付近)に設けられており、改質部21の壁面温度を検出している。温度センサ21cは改質部21の温度を検出するものであるが、バーナ25からの燃焼ガスがあたる場所に設置されているので、温度センサ21cが検出する温度は燃焼ガス(燃焼部)の温度をよく反映している。さらに、温度センサ21dは改質部21の出口に設けられており、改質部21の出口温度を検出している。具体的には、温度センサ21dは触媒21bの充填部の出口(改質部21の出口)からガス流れ方向に所定距離だけ離れた位置に設けられている。温度センサ21dの温度は、改質部21の出口の流体温度と同等である。なお温度センサ21c、21dの検出結果は、制御装置30に送信されるようになっている。   The temperature sensor 21 c is provided near the wall surface in the reforming unit 21 (near the wall surface in contact with the combustion gas flow path 26), and detects the wall surface temperature of the reforming unit 21. Although the temperature sensor 21c detects the temperature of the reforming part 21, since it is installed in the place where the combustion gas from the burner 25 hits, the temperature detected by the temperature sensor 21c is the temperature of the combustion gas (combustion part). Is well reflected. Furthermore, the temperature sensor 21 d is provided at the outlet of the reforming unit 21 and detects the outlet temperature of the reforming unit 21. Specifically, the temperature sensor 21d is provided at a position away from the outlet of the filling portion of the catalyst 21b (the outlet of the reforming portion 21) by a predetermined distance in the gas flow direction. The temperature of the temperature sensor 21d is equal to the fluid temperature at the outlet of the reforming unit 21. The detection results of the temperature sensors 21c and 21d are transmitted to the control device 30.

冷却部22は、改質部21から導出された改質ガスと、改質用燃料と改質水(水蒸気)との混合ガスとの間で熱交換が行われる熱交換器(熱交換部)であって、高温である改質ガスを低温である混合ガスによって降温してCOシフト部23に導出するとともに混合ガスを改質ガスによって昇温して改質部21に導出するようになっている。   The cooling unit 22 is a heat exchanger (heat exchange unit) in which heat exchange is performed between the reformed gas derived from the reforming unit 21 and a mixed gas of reforming fuel and reformed water (steam). The temperature of the reformed gas having a high temperature is lowered by the mixed gas having a low temperature and led to the CO shift unit 23, and the temperature of the mixed gas is raised by the reformed gas and led to the reforming unit 21. Yes.

具体的には、冷却部22には図示しない燃料供給源(例えば都市ガス管)に接続された改質用燃料供給管41が接続されている。改質用燃料供給管41には、上流から順番に燃料ポンプ42、脱硫器46および改質用燃料バルブ43が設けられている。改質用燃料バルブ43は改質用燃料供給管41を開閉するものである。燃料ポンプ42は改質用燃料を供給しその供給量を調整する改質用燃料供給手段である。脱硫器46は燃料中の硫黄分(例えば、硫黄化合物)を低減するものである。燃料供給源から供給される燃料のうち改質部21に供給されて改質されるものを改質用燃料といい、バーナ25に供給されて燃焼されるものを燃焼用燃料という。   Specifically, a reforming fuel supply pipe 41 connected to a fuel supply source (not shown) (for example, a city gas pipe) is connected to the cooling unit 22. The reforming fuel supply pipe 41 is provided with a fuel pump 42, a desulfurizer 46, and a reforming fuel valve 43 in order from the upstream. The reforming fuel valve 43 opens and closes the reforming fuel supply pipe 41. The fuel pump 42 is reforming fuel supply means for supplying reforming fuel and adjusting the supply amount. The desulfurizer 46 reduces the sulfur content (for example, sulfur compound) in the fuel. Of the fuel supplied from the fuel supply source, the fuel supplied to the reforming unit 21 and reformed is called reforming fuel, and the fuel supplied to the burner 25 and combusted is called combustion fuel.

また、改質用燃料供給管41の脱硫器46と改質用燃料バルブ43との間にはバーナ25に接続された燃焼用空気供給管64に接続された燃焼用燃料供給管44が接続されている。燃焼用燃料供給管44には燃焼用燃料バルブ45が設けられている。燃焼用燃料バルブ45は燃焼用燃料供給管44を開閉するものである。燃料ポンプ42が駆動され改質用燃料バルブ43が閉じられ燃焼用燃料バルブ45が開かれている場合、バーナ25に燃焼用燃料が供給され、また、燃料ポンプ42が駆動され改質用燃料バルブ43が開かれ燃焼用燃料バルブ45が閉じられている場合、改質部21に改質用燃料が供給される。   A combustion fuel supply pipe 44 connected to a combustion air supply pipe 64 connected to the burner 25 is connected between the desulfurizer 46 and the reforming fuel valve 43 of the reforming fuel supply pipe 41. ing. A combustion fuel valve 45 is provided in the combustion fuel supply pipe 44. The combustion fuel valve 45 opens and closes the combustion fuel supply pipe 44. When the fuel pump 42 is driven and the reforming fuel valve 43 is closed and the combustion fuel valve 45 is opened, combustion fuel is supplied to the burner 25, and the fuel pump 42 is driven and the reforming fuel valve. When 43 is opened and the combustion fuel valve 45 is closed, the reforming fuel is supplied to the reforming unit 21.

さらに、改質用燃料供給管41の改質用燃料バルブ43と冷却部22との間には蒸発部28に接続された水蒸気供給管51が接続されている。蒸発部28から供給された水蒸気が改質用燃料に混合され、その混合ガスが冷却部22を通って改質部21に供給されている。   Further, a steam supply pipe 51 connected to the evaporation section 28 is connected between the reforming fuel valve 43 and the cooling section 22 of the reforming fuel supply pipe 41. The steam supplied from the evaporation unit 28 is mixed with the reforming fuel, and the mixed gas is supplied to the reforming unit 21 through the cooling unit 22.

COシフト部23は、改質部21から冷却部22を通って供給された改質ガス中の一酸化炭素を低減するものすなわち一酸化炭素低減部である。COシフト部23は、内部に上下方向に沿って延在する折り返し流路23aを備えている。折り返し流路23a内には触媒23b(例えば、Cu−Zn系の触媒)が充填されている。COシフト部23においては、冷却部22から導入された改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気は、触媒23bにより反応して水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。この一酸化炭素シフト反応は発熱反応である。   The CO shift unit 23 is a unit that reduces carbon monoxide in the reformed gas supplied from the reforming unit 21 through the cooling unit 22, that is, a carbon monoxide reducing unit. The CO shift unit 23 includes a folded channel 23a extending along the vertical direction. The return channel 23a is filled with a catalyst 23b (for example, a Cu—Zn-based catalyst). In the CO shift unit 23, a so-called carbon monoxide shift reaction in which carbon monoxide and water vapor contained in the reformed gas introduced from the cooling unit 22 react with the catalyst 23b to be converted into hydrogen gas and carbon dioxide gas. Has occurred. This carbon monoxide shift reaction is an exothermic reaction.

また、COシフト部23内には、COシフト部23内の温度を測定する温度センサ23cが設けられている。温度センサ23cの検出結果は制御装置30に送信されている。   In the CO shift unit 23, a temperature sensor 23c that measures the temperature in the CO shift unit 23 is provided. The detection result of the temperature sensor 23 c is transmitted to the control device 30.

CO浄化部24は、COシフト部23から供給された改質ガス中の一酸化炭素をさらに低減して燃料電池10に供給するものでありすなわち一酸化炭素低減部である。CO浄化部24は、円筒状に形成されて、蒸発部28の外周壁を覆って当接して設けられている。CO浄化部24の内部には、触媒24a(例えば、RuまたはPt系の触媒)が充填されている。   The CO purifying unit 24 further reduces the carbon monoxide in the reformed gas supplied from the CO shift unit 23 and supplies it to the fuel cell 10, that is, a carbon monoxide reducing unit. The CO purification unit 24 is formed in a cylindrical shape, and is provided so as to cover the outer peripheral wall of the evaporation unit 28. The inside of the CO purification unit 24 is filled with a catalyst 24a (for example, a Ru or Pt catalyst).

また、CO浄化部24内には、CO浄化部24内の温度を測定する温度センサ24bが設けられている。温度センサ24bの検出結果は制御装置30に送信されている。   Further, a temperature sensor 24 b that measures the temperature in the CO purification unit 24 is provided in the CO purification unit 24. The detection result of the temperature sensor 24 b is transmitted to the control device 30.

このCO浄化部24の側壁面下部および側壁面上部には、COシフト部23に接続された接続管89および燃料電池10の燃料極11に接続された改質ガス供給管71がそれぞれ接続されている。接続管89には、酸化用空気供給管61が接続されている。これにより、CO浄化部24には、COシフト部23からの改質ガスと大気からの酸化用空気が導入されるようになっている。なお、酸化用空気供給管61には、上流から順番に酸化用空気ポンプ62および酸化用空気バルブ63が設けられている。酸化用空気ポンプ62は酸化用空気を供給しその供給量を調整するものである。酸化用空気バルブ63は酸化用空気供給管61を開閉するものである。   A connecting pipe 89 connected to the CO shift unit 23 and a reformed gas supply pipe 71 connected to the fuel electrode 11 of the fuel cell 10 are connected to the lower side wall surface and the upper side wall surface of the CO purification unit 24, respectively. Yes. An oxidation air supply pipe 61 is connected to the connection pipe 89. As a result, the reforming gas from the CO shift unit 23 and the oxidizing air from the atmosphere are introduced into the CO purification unit 24. The oxidizing air supply pipe 61 is provided with an oxidizing air pump 62 and an oxidizing air valve 63 in order from the upstream. The oxidizing air pump 62 supplies oxidizing air and adjusts the supply amount. The oxidation air valve 63 opens and closes the oxidation air supply pipe 61.

したがって、CO浄化部24内に導入された改質ガス中の一酸化炭素は、酸化用空気中の酸素と反応(酸化)して二酸化炭素になる。この反応は発熱反応であり、触媒24aによって促進される。これにより、改質ガスは酸化反応によって一酸化炭素濃度がさらに低減されて(10ppm以下)導出され、燃料電池10の燃料極11に供給されるようになっている。   Therefore, carbon monoxide in the reformed gas introduced into the CO purification unit 24 reacts (oxidizes) with oxygen in the oxidizing air to become carbon dioxide. This reaction is an exothermic reaction and is promoted by the catalyst 24a. Thereby, the reformed gas is derived by further reducing the carbon monoxide concentration (10 ppm or less) by the oxidation reaction, and is supplied to the fuel electrode 11 of the fuel cell 10.

燃料電池10の燃料極11の導入口には改質ガス供給管71を介してCO浄化部24が接続されるとともに、燃料極11の導出口にはオフガス供給管72を介してバーナ25が接続されている。バイパス管73は燃料電池10をバイパスして改質ガス供給管71およびオフガス供給管72を直結するものである。改質ガス供給管71にはバイパス管73との分岐点と燃料電池10との間に第1改質ガスバルブ74が設けられている。オフガス供給管72にはバイパス管73との合流点と燃料電池10との間にオフガスバルブ75が設けられている。バイパス管73には第2改質ガスバルブ76が設けられている。   The CO purification unit 24 is connected to the inlet of the fuel electrode 11 of the fuel cell 10 via a reformed gas supply pipe 71, and the burner 25 is connected to the outlet of the fuel electrode 11 via an offgas supply pipe 72. Has been. The bypass pipe 73 bypasses the fuel cell 10 and directly connects the reformed gas supply pipe 71 and the offgas supply pipe 72. The reformed gas supply pipe 71 is provided with a first reformed gas valve 74 between the branch point of the bypass pipe 73 and the fuel cell 10. The off gas supply pipe 72 is provided with an off gas valve 75 between the junction with the bypass pipe 73 and the fuel cell 10. A second reformed gas valve 76 is provided in the bypass pipe 73.

起動運転中には、改質装置20から一酸化炭素濃度の高い改質ガスを燃料電池10に供給するのを回避するため、第1改質ガスバルブ74およびオフガスバルブ75を閉じ第2改質ガスバルブ76を開き、定常運転(発電運転)中には、改質装置20からの改質ガスを燃料電池10に供給するため、第1改質ガスバルブ74およびオフガスバルブ75を開き第2改質ガスバルブ76を閉じている。   During the start-up operation, the first reformed gas valve 74 and the offgas valve 75 are closed to avoid the supply of the reformed gas having a high carbon monoxide concentration from the reformer 20 to the fuel cell 10. During the steady operation (power generation operation), the first reformed gas valve 74 and the offgas valve 75 are opened to supply the reformed gas from the reformer 20 to the fuel cell 10 during the steady operation (power generation operation). Is closed.

また、燃料電池10の空気極12の導入口には、カソード用空気供給管67が接続されるとともに、空気極12の導出口には、排気管82が接続されている。空気極12に空気が供給され、オフガスが排気されるようになっている。なお、カソード用空気供給管67には上流から順にカソード用空気ポンプ68およびカソード用空気バルブ69が設けられている。カソード用空気ポンプ68はカソード用空気を供給しその供給量を調整するものである。カソード用空気バルブ69はカソード用空気供給管67を開閉するものである。   A cathode air supply pipe 67 is connected to the inlet of the air electrode 12 of the fuel cell 10, and an exhaust pipe 82 is connected to the outlet of the air electrode 12. Air is supplied to the air electrode 12, and off-gas is exhausted. The cathode air supply pipe 67 is provided with a cathode air pump 68 and a cathode air valve 69 in order from the upstream. The cathode air pump 68 supplies cathode air and adjusts the supply amount. The cathode air valve 69 opens and closes the cathode air supply pipe 67.

バーナ25は、改質部21を加熱して水蒸気改質反応に必要な熱を供給するための燃焼ガスを生成するものであり、改質部21の内周壁内に下端部が挿入されて空間をおいて配置されている。このバーナ25は、図2に示すように、基部25aと、基部25aに設けられて基部25aと連通する筒状の燃焼筒25bと、オフガスノズル25cと、温度センサ25eと、点火用電極(イグナイタ)25gと、を備えている。   The burner 25 generates combustion gas for heating the reforming unit 21 and supplying heat necessary for the steam reforming reaction, and a lower end portion is inserted into the inner peripheral wall of the reforming unit 21 to form a space. Is placed. As shown in FIG. 2, the burner 25 includes a base 25a, a cylindrical combustion cylinder 25b provided on the base 25a and communicating with the base 25a, an off-gas nozzle 25c, a temperature sensor 25e, an ignition electrode (igniter). ) 25g.

基部25aの側面部には、燃焼用空気供給管64が連結され、燃焼用空気が基部25a内の空間25a1に導入される。燃焼筒25bは、上端(一端)が基部25aの下板部と接続され連通し下方(他端)が開放されている。燃焼筒25bの長手方向の途中(例えば中間より下端側)に円盤状の仕切り板25b1が設けられており、燃焼筒25bを長手方向に仕切っている。   A combustion air supply pipe 64 is connected to the side surface of the base 25a, and combustion air is introduced into the space 25a1 in the base 25a. The upper end (one end) of the combustion cylinder 25b is connected to the lower plate portion of the base portion 25a, and the lower side (the other end) is opened. A disc-shaped partition plate 25b1 is provided in the middle of the combustion cylinder 25b in the longitudinal direction (for example, the lower end side from the middle), and partitions the combustion cylinder 25b in the longitudinal direction.

オフガスノズル25cの基端部は、基部25aの上板部内壁面に接続され接続路25a2と連通している。接続路25a2はオフガス供給管72と連通している。オフガスノズル25cの先端部分は、仕切り板25b1の中央を貫通し、燃焼空間25dまで延びている。オフガスノズル25cの先端部分は閉じられており、先端から少し離れた側面部分に第1噴射口25c1が設けられている。第1噴射口25c1は断面略円形であり、複数設けられている。   The base end portion of the off-gas nozzle 25c is connected to the inner wall surface of the upper plate portion of the base portion 25a and communicates with the connection path 25a2. The connection path 25a2 communicates with the off gas supply pipe 72. The tip portion of the off-gas nozzle 25c passes through the center of the partition plate 25b1 and extends to the combustion space 25d. The tip portion of the off-gas nozzle 25c is closed, and a first injection port 25c1 is provided on a side surface portion slightly away from the tip. The first injection port 25c1 has a substantially circular cross section, and a plurality of the first injection ports 25c1 are provided.

温度センサ25eは、バーナ25の燃焼空間25d内で生じる火炎25fの輻射温度を検出して、その検出結果を制御装置30に送信するもの(例えば輻射温度計)である。温度センサ25eは、シース熱電対であり、基部25aの上板部を貫通し仕切り板25b1を貫通して燃焼空間25d内に挿入されている。その先端部分(先端25e1からやや後方)が温度計測部である。温度センサ25eの先端25e1は、第1噴射口25c1の仕切り板25b1側の端25c2より仕切り板25b1側となるように設けられているが、これに限定されない。温度センサ25eの温度計測部が火炎25fの輻射温度を計測できる位置であればよい。具体的には、燃焼空間25dの内部で火炎25fの火炎面25f1の外部であればよい。ここで火炎面とは、バーナ用燃料ガス(例えばアノードオフガス)の燃焼反応(酸化反応)が起こっている部分とそれ以外の部分の境界面をいう。また、燃焼空間25dは、バーナ用燃料ガスを燃焼させるために設けた部分であり、燃焼筒25b内で仕切り板25b1のオフガスノズル25cの先端が突出した側の空間のことである。なお、本実施の形態では、温度センサ25eとして熱電対を用いているが、サーミスタを用いてもよい。   The temperature sensor 25e detects the radiation temperature of the flame 25f generated in the combustion space 25d of the burner 25 and transmits the detection result to the control device 30 (for example, a radiation thermometer). The temperature sensor 25e is a sheath thermocouple, and is inserted into the combustion space 25d through the upper plate portion of the base portion 25a and through the partition plate 25b1. The tip portion (slightly behind the tip 25e1) is a temperature measurement unit. The tip 25e1 of the temperature sensor 25e is provided so as to be closer to the partition plate 25b1 than the end 25c2 of the first injection port 25c1 on the partition plate 25b1 side, but is not limited thereto. Any position where the temperature measuring unit of the temperature sensor 25e can measure the radiation temperature of the flame 25f may be used. Specifically, it suffices if it is outside the flame surface 25f1 of the flame 25f inside the combustion space 25d. Here, the flame surface refers to a boundary surface between a portion where the combustion reaction (oxidation reaction) of the burner fuel gas (for example, anode off gas) occurs and the other portion. The combustion space 25d is a portion provided for burning the burner fuel gas, and is a space on the side where the tip of the off-gas nozzle 25c of the partition plate 25b1 protrudes in the combustion cylinder 25b. In the present embodiment, a thermocouple is used as the temperature sensor 25e, but a thermistor may be used.

仕切り板25b1のオフガスノズル25cの周りには複数の第2噴射口25b2(実施の形態では20個)が設けられている。アノードオフガスおよび改質ガスはオフガス供給管72から接続路25a2を通ってオフガスノズル25cに供給され、第1噴射口25c1から燃焼空間25dに投入される。燃焼用空気は、燃焼用空気供給管64から基部25a内の空間25a1に供給され、燃焼筒25bとオフガスノズル25cとの間を通って、第2噴射口25b2から燃焼空間25dに投入される。燃焼空間25dに投入されたアノードオフガス(または改質ガス)は燃焼用空気によって燃焼し火炎25fを形成する。なお、オフガスノズル25cはオフガス用とともに燃料電池10をバイパスした改質ガス用としても使用される。一方、燃焼用燃料は空気と予混合されて燃焼用空気供給管64から供給される。   A plurality of second injection ports 25b2 (20 in the embodiment) are provided around the off-gas nozzle 25c of the partition plate 25b1. The anode off-gas and the reformed gas are supplied from the off-gas supply pipe 72 through the connection path 25a2 to the off-gas nozzle 25c, and are introduced into the combustion space 25d from the first injection port 25c1. Combustion air is supplied from the combustion air supply pipe 64 to the space 25a1 in the base 25a, passes between the combustion cylinder 25b and the off-gas nozzle 25c, and is introduced into the combustion space 25d from the second injection port 25b2. The anode off gas (or reformed gas) introduced into the combustion space 25d is burned by the combustion air to form a flame 25f. The off-gas nozzle 25c is used not only for off-gas but also for reformed gas that bypasses the fuel cell 10. On the other hand, the combustion fuel is premixed with air and supplied from the combustion air supply pipe 64.

このような構成のバーナ25によれば、第1噴射口25a1から投入されたアノードオフガスまたは改質ガスを、第2噴射口25a2から投入された燃焼用空気で燃焼させる拡散燃焼を行うことができる。さらに、燃焼用燃料を燃焼用空気と予め混合して第2噴射口25a2から投入させて燃焼させる予混合燃焼を行うことができる。   According to the burner 25 having such a configuration, it is possible to perform diffusion combustion in which the anode off-gas or the reformed gas introduced from the first injection port 25a1 is burned by the combustion air input from the second injection port 25a2. . Further, it is possible to perform premixed combustion in which combustion fuel is mixed with combustion air in advance and injected from the second injection port 25a2 for combustion.

点火用電極25gは、基部25aの上板部を貫通し仕切り板25b1を貫通している。点火用電極25gの先端部分は燃焼空間25dまで延びており、オフガスノズル25cの先端部分に火花が飛ぶ距離をおいて配置されている。点火用電力25gは基部25aの上板部および仕切り板25b1の貫通部分にて絶縁して固定されており、点火用電極25gの先端部分からオフガスノズル25cに火花が飛ぶようになっている。点火用電極25gは制御装置30の指令によって火花が飛ぶように制御されている。バーナ25は、制御装置30の指令に応じて点火用電極25gにより着火されるものである。   The ignition electrode 25g penetrates the upper plate portion of the base portion 25a and penetrates the partition plate 25b1. The front end portion of the ignition electrode 25g extends to the combustion space 25d, and is arranged at a distance where sparks fly to the front end portion of the off-gas nozzle 25c. The ignition power 25g is insulated and fixed at the upper plate portion of the base portion 25a and the penetrating portion of the partition plate 25b1, and sparks fly from the tip portion of the ignition electrode 25g to the off-gas nozzle 25c. The ignition electrode 25g is controlled by a command from the control device 30 so that a spark can fly. The burner 25 is ignited by the ignition electrode 25g in accordance with a command from the control device 30.

バーナ25に供給された燃焼用燃料、改質ガスまたはアノードオフガス(これらは可燃ガスであり、バーナ用燃料ガスである。)は、バーナ25に供給された燃焼用空気によって燃焼されて、高温の燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスは、図1に示すように、バーナ25と改質部21との間、改質部21と断熱部29との間および断熱部29と蒸発部28との間に形成されて改質部21や蒸発部28を加熱するように配設された燃焼ガス流路26を流通し、排気管81を通って燃焼排ガスとして外部に排出される。燃焼ガス流路26は折り返し流路である。燃焼ガスは改質部21の改質触媒21aを活性温度域となるように加熱し、蒸発部22を水蒸気生成するために加熱する。   Combustion fuel, reformed gas, or anode off-gas supplied to the burner 25 (these are combustible gas and burner fuel gas) are combusted by the combustion air supplied to the burner 25 and are heated to a high temperature. Combustion gas is generated. As shown in FIG. 1, this combustion gas is formed between the burner 25 and the reforming unit 21, between the reforming unit 21 and the heat insulating unit 29, and between the heat insulating unit 29 and the evaporation unit 28. The gas flows through the combustion gas passage 26 disposed so as to heat the mass portion 21 and the evaporation portion 28, and is discharged to the outside through the exhaust pipe 81 as combustion exhaust gas. The combustion gas channel 26 is a folded channel. The combustion gas heats the reforming catalyst 21a of the reforming unit 21 so as to be in the activation temperature range, and heats the evaporation unit 22 to generate water vapor.

上述したバーナ25と燃焼ガス流路26から燃焼部27が構成されている。燃焼部27は、起動運転中において少なくとも改質ガスが改質部21から供給されて該改質ガスを燃焼用空気(燃焼用酸化剤ガス)で燃焼するバーナ25を有し該バーナ25から排出される燃焼ガスで改質部21を加熱するものである。   A combustion section 27 is configured by the burner 25 and the combustion gas flow path 26 described above. The combustion unit 27 includes a burner 25 that is supplied with at least the reformed gas from the reforming unit 21 during the start-up operation and burns the reformed gas with combustion air (combustion oxidant gas), and is discharged from the burner 25. The reforming section 21 is heated with the combustion gas generated.

なお、燃焼用空気供給管64には、図1に示すように、燃焼用空気ポンプ(燃焼用酸化剤ガス供給手段)65および燃焼用空気バルブ66が設けられている。燃焼用空気ポンプ65は大気から燃焼用空気を吸い込みバーナ25に吐出するものであり、制御装置30の指令に応じてバーナ25に供給する燃焼用空気供給量を調整するものである。燃焼用空気バルブ66は、制御装置30の指令に応じて燃焼用空気供給管64を開閉するものである。   The combustion air supply pipe 64 is provided with a combustion air pump (combustion oxidant gas supply means) 65 and a combustion air valve 66, as shown in FIG. The combustion air pump 65 sucks combustion air from the atmosphere and discharges it to the burner 25, and adjusts the amount of combustion air supplied to the burner 25 in accordance with a command from the control device 30. The combustion air valve 66 opens and closes the combustion air supply pipe 64 in accordance with a command from the control device 30.

蒸発部28は、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成して冷却部22を介して改質部21に供給するものである。蒸発部28は、円筒状に形成されて燃焼ガス流路26(最外側の燃焼ガス流路)の外周壁を覆って当接して設けられている。   The evaporation unit 28 evaporates the supplied reforming water to generate water vapor, and supplies it to the reforming unit 21 via the cooling unit 22. The evaporating section 28 is formed in a cylindrical shape so as to cover and contact the outer peripheral wall of the combustion gas passage 26 (outermost combustion gas passage).

この蒸発部28の下部(例えば側壁面下部、底面)には改質水タンク(図示省略)に接続された給水管52が接続されている。蒸発部28の上部(例えば側壁面上部)には水蒸気供給管51が接続されている。改質水タンクから導入された改質水は、蒸発部28内を流通する途中にて燃焼ガスからの熱およびCO浄化部24からの熱によって加熱されて、水蒸気となって水蒸気供給管51および冷却部22を介して改質部21へ導出するようになっている。なお、給水管52には、上流から順番に改質水ポンプ53および改質水バルブ54が設けられている。改質水ポンプ53は、蒸発部28に改質水を供給するとともにその改質水供給量を調整するものである。改質水バルブ54は給水管52を開閉するものである。   A water supply pipe 52 connected to a reforming water tank (not shown) is connected to a lower portion (for example, a lower portion of the side wall surface and a bottom surface) of the evaporation section 28. A steam supply pipe 51 is connected to the upper part of the evaporation unit 28 (for example, the upper part of the side wall surface). The reformed water introduced from the reformed water tank is heated by the heat from the combustion gas and the heat from the CO purifying unit 24 in the course of flowing through the evaporation unit 28 to become water vapor and the steam supply pipe 51 and It is led out to the reforming unit 21 via the cooling unit 22. The water supply pipe 52 is provided with a reforming water pump 53 and a reforming water valve 54 in order from the upstream. The reforming water pump 53 supplies reforming water to the evaporation unit 28 and adjusts the reforming water supply amount. The reforming water valve 54 opens and closes the water supply pipe 52.

また、蒸発部28には、蒸発部28内の温度を検出する温度センサ28aが設けられている。温度センサ28aは蒸発部28内の下流部(出口側)に設けることが好ましい。温度センサ28aは蒸発部28の液体の水が存在する部分よりも出口側に設ける必要がある。具体的には、温度センサ28aは蒸発部28内の水面より上部の部分に設けられている。温度センサ28aは、蒸発部28内の水面より上部に設けられた蒸発部出口や蒸発部出口に近い水蒸気供給管51に設けるようにしてもよい。温度センサ28aの検出結果は制御装置30に送信されている。   In addition, the evaporation unit 28 is provided with a temperature sensor 28 a that detects the temperature in the evaporation unit 28. The temperature sensor 28a is preferably provided at the downstream portion (exit side) in the evaporation portion 28. The temperature sensor 28a needs to be provided on the outlet side of the portion of the evaporation unit 28 where liquid water is present. Specifically, the temperature sensor 28 a is provided in a portion above the water surface in the evaporation unit 28. The temperature sensor 28a may be provided in the vaporizer outlet provided above the water surface in the evaporator 28 or in the steam supply pipe 51 near the evaporator outlet. The detection result of the temperature sensor 28 a is transmitted to the control device 30.

また、燃料電池システムは制御装置30を備えており、この制御装置30には、上述した温度センサ21c,21d,23c,24b,25e,28a、各ポンプ42,53,62,65,68、各バルブ43,45,54,63,66,69,74,75,76、および点火用電極25gが接続されている(図3参照)。制御装置30はマイクロコンピュータ(図示省略)を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、CPU、RAMおよびROM(いずれも図示省略)を備えている。CPUは、温度センサ21c,21d,23c,24b,25e,28aからの温度などに基づいて、各ポンプ42,53,62,65,68、各バルブ43,45,54,63,66,69,74,75,76、および点火用電極25gを制御することにより、燃料電池システムの運転を制御している。RAMは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ROMは前記プログラムを記憶するものである。   The fuel cell system also includes a control device 30. The control device 30 includes the temperature sensors 21c, 21d, 23c, 24b, 25e, 28a, the pumps 42, 53, 62, 65, 68, and the like. The valves 43, 45, 54, 63, 66, 69, 74, 75, and 76 and the ignition electrode 25g are connected (see FIG. 3). The control device 30 includes a microcomputer (not shown), and the microcomputer includes an input / output interface, a CPU, a RAM, and a ROM (all not shown) connected through a bus. Based on the temperature from the temperature sensors 21c, 21d, 23c, 24b, 25e, 28a, etc., the CPU is responsible for the pumps 42, 53, 62, 65, 68, the valves 43, 45, 54, 63, 66, 69, The operation of the fuel cell system is controlled by controlling 74, 75, 76 and the ignition electrode 25g. The RAM temporarily stores variables necessary for executing the program, and the ROM stores the program.

次に、上述した燃料電池システムの作動の概要について図4にて説明する。制御装置30は、図示しない主電源が投入されると、ステップ100にてプログラムを起動しプログラムをステップ102に進める。制御装置30は、ステップ102において、システムの運転を開始するか否かを判定する。制御装置30は、図示しないスタートスイッチが押されて運転が開始される場合や、運転計画にしたがって運転が開始される場合には、システムの起動指示があったとして、ステップ102で「YES」と判定し、改質装置20の暖機(起動シーケンス)を開始する(ステップ104)。そうでなければ、ステップ102で「NO」の判定を繰り返し実行する。   Next, an outline of the operation of the above-described fuel cell system will be described with reference to FIG. When main power (not shown) is turned on, control device 30 starts the program at step 100 and advances the program to step 102. In step 102, the control device 30 determines whether or not to start operation of the system. When the start switch (not shown) is pressed and the operation is started, or when the operation is started according to the operation plan, the control device 30 determines “YES” in step 102 as an instruction to start the system. The warming-up (startup sequence) of the reformer 20 is started (step 104). Otherwise, the determination of “NO” is repeatedly executed at step 102.

起動シーケンスは、燃料電池システム、改質装置20の運転を開始させて起動運転(暖機運転)を行う起動制御である。起動運転(暖機運転)は、改質装置20を暖機する運転、すなわち改質部21、COシフト部23およびCO浄化部24の各触媒21b,23b,24aを活性温度域まで暖機する運転であり、改質装置20から導出される改質ガス中の一酸化炭素濃度を所定濃度以下まで低減してその改質ガスを燃料電池10に供給可能(発電運転)になるまで行う運転である。   The start-up sequence is start-up control in which the start-up operation (warm-up operation) is performed by starting the operation of the fuel cell system and the reformer 20. The start-up operation (warm-up operation) is an operation for warming up the reformer 20, that is, warms up the catalysts 21b, 23b, and 24a of the reforming unit 21, the CO shift unit 23, and the CO purification unit 24 to the active temperature range. The operation is performed until the carbon monoxide concentration in the reformed gas derived from the reformer 20 is reduced to a predetermined concentration or less and the reformed gas can be supplied to the fuel cell 10 (power generation operation). is there.

起動シーケンスは、バーナ25の着火から改質装置20の暖機完了までの処理が行われるようになっている。この起動シーケンスは、i)燃焼用燃料によってバーナ25を着火し、ii)燃焼部27が所定温度(300℃)に達したら改質水を投入し、iii)蒸発部28で水蒸気が生成開始したら改質用燃料を投入して燃焼用燃料によるバーナ25の燃焼を改質ガスによる燃焼に切り替え、iv)COシフト部23以降を暖機する。   In the startup sequence, processing from ignition of the burner 25 to completion of warming up of the reformer 20 is performed. In this starting sequence, i) the burner 25 is ignited by the fuel for combustion, ii) the reforming water is introduced when the combustion unit 27 reaches a predetermined temperature (300 ° C.), and iii) when the vaporization unit 28 starts generating steam. The reforming fuel is introduced to switch the combustion of the burner 25 by the combustion fuel to the combustion by the reformed gas. Iv) The CO shift unit 23 and the subsequent parts are warmed up.

制御装置30は、起動指示があると、ステップ104において、起動シーケンスを開始する。すなわち、制御装置30は、燃焼用空気バルブ66を開いて燃焼用空気ポンプ65を駆動して、燃焼用空気をバーナ25に供給する。そして、制御装置30は、バーナ25の点火用電極25gに通電する。さらに、制御装置30は、燃焼用燃料バルブ45を開いて燃料ポンプ42を駆動して、燃焼用燃料をバーナ25に供給する。これにより、バーナ25が着火する。その後、制御装置30は、上述した起動シーケンスのii)以降の処理を実行する。   When there is an activation instruction, the control device 30 starts an activation sequence in step 104. That is, the control device 30 opens the combustion air valve 66 and drives the combustion air pump 65 to supply the combustion air to the burner 25. Then, the control device 30 energizes the ignition electrode 25g of the burner 25. Further, the control device 30 opens the combustion fuel valve 45 and drives the fuel pump 42 to supply the combustion fuel to the burner 25. Thereby, the burner 25 is ignited. Thereafter, the control device 30 executes the processes after ii) of the above-described activation sequence.

制御装置30は、バーナ25が着火すると、ステップ106において、蒸発部28で水蒸気の発生の有無を検知(判定)する。制御装置30は、蒸発部28の温度を検出しその温度(蒸発部温度T1)が所定温度T1−a(例えば100℃)より大きければ水蒸気が発生したことを検知し、そうでなければ検知しない。水蒸気が生成前は、蒸発部温度T1は所定温度T1−a以下であるため、水蒸気は発生していないので、制御装置30は、ステップ106で「YES」と判定し、起動シーケンスを継続する(ステップ108)。   When the burner 25 ignites, the control device 30 detects (determines) whether or not water vapor is generated in the evaporation unit 28 in step 106. The control device 30 detects the temperature of the evaporation unit 28, and detects that water vapor is generated if the temperature (evaporation unit temperature T1) is higher than a predetermined temperature T1-a (for example, 100 ° C.). . Before the water vapor is generated, the evaporation unit temperature T1 is equal to or lower than the predetermined temperature T1-a, and therefore no water vapor is generated. Therefore, the control device 30 determines “YES” in step 106 and continues the activation sequence ( Step 108).

制御装置30は、ステップ108において、燃焼部27の温度T3が所定温度(例えば300℃)に達したら改質水の投入を開始する。このとき、制御装置30は、改質水バルブ54を開いて改質水ポンプ53を駆動させる。さらに制御装置30は、第2改質ガスバルブ76も開いて改質装置20(CO浄化部24)をバーナ25と連通させひいては大気に連通させる。これにより、蒸発部28から改質部21に水蒸気が供給され始めると、その水蒸気は、冷却部22、COシフト部23、CO浄化部24を通って、バイパス管73を経由してバーナ25に供給され、燃焼ガス流路26および排気管81を通って外部に排出される。   In step 108, the control device 30 starts to add reforming water when the temperature T3 of the combustion unit 27 reaches a predetermined temperature (for example, 300 ° C.). At this time, the control device 30 opens the reforming water valve 54 and drives the reforming water pump 53. Further, the control device 30 also opens the second reformed gas valve 76 to allow the reforming device 20 (CO purification unit 24) to communicate with the burner 25 and thus communicate with the atmosphere. As a result, when water vapor starts to be supplied from the evaporation unit 28 to the reforming unit 21, the water vapor passes through the cooling unit 22, the CO shift unit 23, and the CO purification unit 24 to the burner 25 via the bypass pipe 73. The gas is supplied and discharged to the outside through the combustion gas flow path 26 and the exhaust pipe 81.

制御装置30は、改質水の投入開始後、蒸発部28での水蒸気発生を検知するまで(ステップ106で「YES」の判定を繰り返し)、燃焼用燃料によるバーナ25の燃焼を継続し(断続的に継続する場合もある。)、改質水の投入を継続して、起動シーケンスを継続する(ステップ108)。なお、改質水の投入開始はステップ108でなくステップ104で行うようにしてもよい。ステップ108においては、燃焼用燃料によるバーナ25の燃焼、および改質水の投入を継続する。   The control device 30 continues the combustion of the burner 25 by the fuel for combustion until the generation of water vapor in the evaporation unit 28 is detected after the start of the reforming water (the determination of “YES” is repeated in step 106) (intermittent). The start-up sequence is continued (step 108). It should be noted that the start of charging the reforming water may be performed in step 104 instead of step 108. In step 108, the combustion of the burner 25 by the combustion fuel and the introduction of reforming water are continued.

バーナ25が着火されると、その燃焼ガスは燃焼ガス流路26を通過中に改質部21および蒸発部28を加熱している。したがって、蒸発部温度T1も上昇する。起動シーケンス継続中において、蒸発部温度T1が所定温度T1−aより大きくなれば、制御装置30は、水蒸気が発生したことを検知し、プログラムをステップ110に進める。すなわち制御装置30は、改質水の投入開始後、蒸発部28での水蒸気発生を検知すると(ステップ106で「NO」と判定し)、プログラムをステップ110に進める。   When the burner 25 is ignited, the combustion gas heats the reforming section 21 and the evaporation section 28 while passing through the combustion gas passage 26. Therefore, the evaporator temperature T1 also increases. If the evaporation part temperature T1 becomes higher than the predetermined temperature T1-a during the startup sequence, the control device 30 detects that water vapor has been generated and advances the program to step 110. That is, when the controller 30 detects the generation of water vapor in the evaporating unit 28 after starting the introduction of the reforming water (determined “NO” in step 106), the control device 30 advances the program to step 110.

制御装置30は、ステップ110において、バーナ25での燃焼を停止するとともに燃焼部27を燃焼用空気でパージする(燃焼用空気パージモード)。具体的には、制御装置30は、燃料ポンプ42の駆動を停止し燃焼用燃料バルブ45を閉じてバーナ25への燃焼用燃料の供給を停止するとともに、燃焼用空気バルブ66を開いたままに維持し燃焼用空気ポンプ65の駆動を継続してバーナ25への燃焼用空気の供給を継続する。本実施の形態の場合、燃焼用空気の供給量はそれまでの供給量(供給量A−0)より多い値(供給量はA−1である)に設定してある。供給量を多くすることで、燃焼部27を効率的にパージするとともに改質部21の熱を蒸発部28に効率よく移動させることができる。なお、このときの改質水の供給量は供給量W−1に維持されている。また、改質部21はバーナ25を通って大気に連通している(開放されている)。   In step 110, the control device 30 stops combustion in the burner 25 and purges the combustion unit 27 with combustion air (combustion air purge mode). Specifically, the control device 30 stops driving the fuel pump 42, closes the combustion fuel valve 45, stops the supply of the fuel for combustion to the burner 25, and keeps the combustion air valve 66 open. The combustion air pump 65 is continuously driven and the combustion air supply to the burner 25 is continued. In the present embodiment, the supply amount of combustion air is set to a value (the supply amount is A-1) larger than the supply amount (supply amount A-0). By increasing the supply amount, the combustion unit 27 can be efficiently purged and the heat of the reforming unit 21 can be efficiently transferred to the evaporation unit 28. In addition, the supply amount of the reforming water at this time is maintained at the supply amount W-1. The reforming unit 21 communicates with the atmosphere through the burner 25 (opened).

制御装置30は、水蒸気発生を検知した時点から所定時間ΔTM−aが経過するまで前述した燃焼用空気パージモードを継続する(ステップ112で「NO」の判定を繰り返す。)。所定時間ΔTM−aは、蒸発部28で生成された水蒸気の最初(先端)の部分が、少なくともバーナ25を通過するまでの時間に相当する値に設定されている。これによれば、水蒸気の発生検知時点から所定時間ΔTM−aだけ経過すれば、生成された水蒸気が、燃料電池システムの運転停止中に改質装置20内に存在する気体(本実施の形態においては、停止運転で封入されもしくはパージに使用された改質用燃料を主成分とする気体)、すなわち蒸発部28内からバイパス管73の第2改質ガスバルブ76までに残存(残留)する改質用燃料を主成分とする気体を、バーナ25から燃焼ガス流路26に排出しひいては外部に排出する。   The control device 30 continues the combustion air purge mode described above until the predetermined time ΔTM-a has elapsed from the time when the generation of water vapor is detected (the determination of “NO” is repeated in step 112). The predetermined time ΔTM-a is set to a value corresponding to the time until the first (tip) portion of the water vapor generated in the evaporation section 28 passes through the burner 25 at least. According to this, when a predetermined time ΔTM-a has elapsed from the time point when the generation of water vapor is detected, the generated water vapor is a gas (in the present embodiment) that is present in the reformer 20 during the shutdown of the fuel cell system. Is a gas mainly composed of reforming fuel enclosed or purged in the stop operation), that is, reforming that remains (residual) from the inside of the evaporation section 28 to the second reformed gas valve 76 of the bypass pipe 73. The gas containing the main fuel as a main component is discharged from the burner 25 to the combustion gas passage 26 and then discharged to the outside.

なお、制御装置30は、ステップ112において、燃焼用空気パージモードが開始された時点すなわち蒸発部28での水蒸気発生を検知した時点からの経過時間ΔTMが所定時間ΔTM−a以上であるか否かを判定する。   In step 112, the control device 30 determines whether or not the elapsed time ΔTM from the time when the combustion air purge mode is started, that is, when the generation of water vapor in the evaporator 28 is detected is equal to or longer than the predetermined time ΔTM-a. Determine.

制御装置30は、水蒸気発生を検知した時点から所定時間ΔTM−aが経過すると(ステップ112で「YES」と判定する。)、燃焼用空気パージモードを終了し起動シーケンスを再開しバーナ25の再着火を開始する(ステップ114)。具体的には、制御装置30は、改質水の供給(供給量W−1)を継続し燃焼用空気の供給量を供給量A−1から減少させ、所定時間ΔTM−aが経過した時点から改質用燃料の投入を開始するとともに点火用電極25gへの通電を開始する。   When a predetermined time ΔTM-a has elapsed from the time when the generation of water vapor is detected (determined as “YES” in step 112), the control device 30 ends the combustion air purge mode, restarts the start-up sequence, and restarts the burner 25. Ignition is started (step 114). Specifically, the control device 30 continues to supply the reforming water (supply amount W-1) to decrease the supply amount of combustion air from the supply amount A-1, and when a predetermined time ΔTM-a has elapsed. Then, the charging of the reforming fuel is started and energization to the ignition electrode 25g is started.

改質用燃料の改質部21への投入が開始されると、改質部21では上述した改質反応により改質ガスの生成が開始され、生成された改質ガスはバイパス管76経由でバーナ25に供給される。なお、改質用燃料の投入開始から改質ガスが燃焼空間25dに流入するまでには、改質用燃料が改質部21に流入するのに必要な時間と、改質部21で生成された改質ガスがバーナ25の燃焼空間25dに流入するのに必要な時間との合計時間が少なくともかかる。したがって、バーナ25で再着火するのは、改質用燃料の投入開始時点から前述した合計時間だけ少なくとも経過した時点である。   When charging of the reforming fuel into the reforming unit 21 is started, generation of reformed gas is started in the reforming unit 21 by the reforming reaction described above, and the generated reformed gas passes through the bypass pipe 76. It is supplied to the burner 25. Note that the time required for the reforming fuel to flow into the reforming unit 21 and the reformed gas generated in the reforming unit 21 from when the reforming fuel is started to flow into the combustion space 25d. It takes at least the total time with the time required for the reformed gas to flow into the combustion space 25d of the burner 25. Therefore, the ignition by the burner 25 is performed at least when the above-mentioned total time has elapsed since the start of the charging of the reforming fuel.

このように、改質用燃料の投入によって改質ガスの生成と、その改質ガスによるバーナ25の再着火による燃焼とによって改質装置20、すなわち改質部21、COシフト部23、CO浄化部24の暖機が行われる。   As described above, the reformer 20, that is, the reforming unit 21, the CO shift unit 23, and the CO purifier is generated by generating the reformed gas by supplying the reforming fuel and burning by reignition of the burner 25 by the reformed gas. The part 24 is warmed up.

制御装置30は、起動シーケンスの完了(暖機運転の完了)を、COシフト部23、CO浄化部24の各温度(いずれかの温度でもよい。)に基づいて判断する。制御装置30は、COシフト部23、CO浄化部24の各温度(いずれかの温度でもよい。)が所定温度以上となれば、改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定の濃度以下となったとして、起動シーケンスが完了したと判定する。   The control device 30 determines completion of the start-up sequence (completion of warm-up operation) based on the temperatures (any temperature) of the CO shift unit 23 and the CO purification unit 24. When the temperature of each of the CO shift unit 23 and the CO purification unit 24 (any temperature) is equal to or higher than a predetermined temperature, the control device 30 causes the carbon monoxide concentration in the reformed gas to be equal to or lower than the predetermined concentration. It is determined that the activation sequence has been completed.

制御装置30は、起動シーケンスが完了したと判定すると(ステップ116で「YES」と判定する)、発電運転を開始する(ステップ118)。具体的には、制御装置30は、第1改質ガスバルブ74およびオフガスバルブ75を開き第2改質ガスバルブ76を閉じてCO浄化部24を燃料電池10の燃料極11の導入口に接続するとともに燃料極11の導出口をバーナ25に接続する。発電運転中には、制御装置30は、最大出力以下の範囲でユーザー負荷に追従するように発電を行うようになっている。   If control device 30 determines that the startup sequence has been completed (determined as “YES” in step 116), it starts power generation operation (step 118). Specifically, the control device 30 opens the first reformed gas valve 74 and the off-gas valve 75 and closes the second reformed gas valve 76 to connect the CO purification unit 24 to the inlet of the fuel electrode 11 of the fuel cell 10. The outlet of the fuel electrode 11 is connected to the burner 25. During the power generation operation, the control device 30 generates power so as to follow the user load within a range of the maximum output or less.

発電運転中の燃料電池システムにおいて、図示しないストップスイッチが押されて運転が停止される場合や、運転計画にしたがって運転が停止される場合には、システムの停止指示があったとして、制御装置30は、ステップ120で「YES」と判定し、停止運転を行う(ステップ122)。制御装置30は、燃料ポンプ42の駆動を停止し改質用燃料の供給を停止し、改質用燃料バルブ43を閉じる。制御装置30は、改質水ポンプ53の駆動を停止し改質水の供給を停止し、改質水バルブ54を閉じる。制御装置30は、酸化用空気ポンプ62の駆動を停止し酸化用空気の供給を停止し、酸化用空気バルブ63を閉じる。制御装置30は、燃焼用空気パージにて改質部21等の温度を所定温度に冷却後に燃焼用空気ポンプ65の駆動を停止し燃焼用空気の供給を停止し、燃焼用空気バルブ66を閉じる。そして、制御装置30は、第1改質ガスバルブ74、オフガスバルブ75、第2改質ガスバルブ76を閉じる。これにより、燃料電池10の発電が停止される。   In a fuel cell system during power generation operation, when a stop switch (not shown) is pressed and the operation is stopped, or when the operation is stopped according to the operation plan, it is determined that there is an instruction to stop the system, and the control device 30 Determines “YES” in step 120 and performs a stop operation (step 122). The control device 30 stops driving the fuel pump 42, stops the supply of reforming fuel, and closes the reforming fuel valve 43. The control device 30 stops the driving of the reforming water pump 53, stops the supply of the reforming water, and closes the reforming water valve 54. The control device 30 stops the driving of the oxidizing air pump 62, stops the supply of the oxidizing air, and closes the oxidizing air valve 63. The control device 30 stops the driving of the combustion air pump 65 after cooling the temperature of the reforming unit 21 and the like to a predetermined temperature by the combustion air purge, stops the supply of the combustion air, and closes the combustion air valve 66. . Then, the control device 30 closes the first reformed gas valve 74, the offgas valve 75, and the second reformed gas valve 76. Thereby, the power generation of the fuel cell 10 is stopped.

その後、改質装置20が降温して内部が負圧になったところで、改質用燃料バルブ43を開いて燃料ポンプ42を駆動して、改質用燃料を改質装置20に供給する。これにより、改質装置20内は改質用燃料で封入される。また、この封入の代わりに改質装置20を改質用燃料でパージするようにしてもよい。何れの場合も燃料電池システムの停止中において改質装置20内は改質用燃料で満たされるので触媒などを酸化雰囲気状態から保護することができる。   Thereafter, when the temperature of the reforming apparatus 20 is lowered and the inside becomes a negative pressure, the reforming fuel valve 43 is opened and the fuel pump 42 is driven to supply the reforming fuel to the reforming apparatus 20. Thereby, the inside of the reformer 20 is sealed with the reforming fuel. Further, instead of this sealing, the reformer 20 may be purged with reforming fuel. In any case, since the inside of the reformer 20 is filled with the reforming fuel while the fuel cell system is stopped, the catalyst and the like can be protected from the oxidizing atmosphere.

さらに、バーナ25の燃焼中または燃焼停止中に水蒸気の発生を検知した場合について詳述する。最初にバーナ25の燃焼中に水蒸気の発生を検知した場合について図5,6を参照して説明する。図4〜図6に係る形態を第1実施形態とする。なお、図5において図4と同じ処理は同一符号を付してその説明を省略する。また、図6の上段は、蒸発部温度T1および燃焼部温度T3を示し、次の段はオフガス供給管72からバーナ25へ流入する気体のガス流量およびその成分を示し、次の段は燃焼用空気の流量を示し、次の段は改質装置20に供給される可燃ガスの種類および流量を示し、下段は点火用電極(イグナイタ)25gのオン・オフを示している。   Furthermore, the case where generation | occurrence | production of water vapor | steam is detected during the combustion of the burner 25 or a combustion stop is explained in full detail. First, the case where the generation of water vapor is detected during combustion of the burner 25 will be described with reference to FIGS. A form according to FIGS. 4 to 6 is a first embodiment. In FIG. 5, the same processes as those in FIG. Moreover, the upper stage of FIG. 6 shows the evaporation part temperature T1 and the combustion part temperature T3, the next stage shows the gas flow rate of gas flowing into the burner 25 from the off-gas supply pipe 72 and its components, and the next stage is for combustion. The flow rate of air is shown, the next stage shows the type and flow rate of the combustible gas supplied to the reformer 20, and the lower stage shows on / off of the ignition electrode (igniter) 25g.

制御装置30は、図示しない主電源が投入されると、ステップ200にてプログラムを起動しプログラムをステップ102に進める。制御装置30は、ステップ102において、システムの運転を開始するか否かを判定する。   When main power (not shown) is turned on, control device 30 starts the program at step 200 and advances the program to step 102. In step 102, the control device 30 determines whether or not to start operation of the system.

本ケースの起動シーケンスは、i)燃焼用燃料によってバーナ25を着火し、ii)燃焼部27が所定温度(300℃)に達したら改質水を投入し、iii)蒸発部28で水蒸気が生成開始したら改質用燃料を投入して燃焼用燃料によるバーナ25の燃焼を改質ガスによる燃焼に切り替え、iv)COシフト部23以降を暖機する。である。   The start-up sequence in this case is: i) igniting the burner 25 with combustion fuel, ii) charging the reforming water when the combustion section 27 reaches a predetermined temperature (300 ° C.), and iii) generating steam in the evaporation section 28 When started, the reforming fuel is introduced to switch the combustion of the burner 25 by the combustion fuel to the combustion by the reformed gas, and iv) warm up the CO shift section 23 and thereafter. It is.

制御装置30は、起動指示があると、起動シーケンスを開始する(図6の時刻TM0)。すなわち、制御装置30は、燃焼用空気バルブ66を開いて燃焼用空気ポンプ65を駆動して、燃焼用空気をバーナ25に供給する(燃焼用空気でパージ。ステップ202)。このとき、燃焼用空気は標準量(供給量A−0)だけ投入されている。そして、制御装置30は、図示しない着火装置の駆動を開始してバーナ25の点火用電極25gに通電する(ステップ204)。さらに、制御装置30は、燃焼用燃料バルブ45を開いて燃料ポンプ42を駆動して、燃焼用燃料をバーナ25に供給する(ステップ206)。これにより、バーナ25が着火する。なお、本実施の形態では、点火用電極25gへの通電は、時刻TM0から所定時間だけ継続される。   When there is a start instruction, control device 30 starts a start sequence (time TM0 in FIG. 6). That is, the control device 30 opens the combustion air valve 66 and drives the combustion air pump 65 to supply combustion air to the burner 25 (purging with combustion air, step 202). At this time, the combustion air is supplied by a standard amount (supply amount A-0). Then, the control device 30 starts driving an ignition device (not shown) and energizes the ignition electrode 25g of the burner 25 (step 204). Further, the control device 30 opens the combustion fuel valve 45 and drives the fuel pump 42 to supply the combustion fuel to the burner 25 (step 206). Thereby, the burner 25 is ignited. In the present embodiment, energization of the ignition electrode 25g is continued for a predetermined time from the time TM0.

制御装置30は、バーナ25が着火した後においては、燃焼部27の温度T3が所定温度(例えば300℃)に達したら(ステップ208で「YES」と判定し)改質水の投入を開始する(ステップ210。図6の時刻TM1)。ステップ208では、燃焼部温度T3が所定温度(例えば300℃)より大きいか否かを判定している。   After the burner 25 has ignited, the control device 30 starts to supply reforming water when the temperature T3 of the combustion section 27 reaches a predetermined temperature (for example, 300 ° C.) (determined as “YES” in step 208). (Step 210. Time TM1 in FIG. 6). In step 208, it is determined whether or not the combustion section temperature T3 is higher than a predetermined temperature (for example, 300 ° C.).

制御装置30は、ステップ210において、改質水バルブ54を開いて改質水ポンプ53を駆動させる。さらに制御装置30は、第2改質ガスバルブ76も開いて改質装置20(CO浄化部24)をバーナ25と連通させひいては大気に連通させる。これにより、蒸発部28から改質部21に水蒸気が供給され始めると、その水蒸気は、冷却部22、COシフト部23、CO浄化部24を通って、バイパス管73を経由してバーナ25に供給され、燃焼ガス流路26および排気管81を通って外部に排出される。   In step 210, the control device 30 opens the reforming water valve 54 and drives the reforming water pump 53. Further, the control device 30 also opens the second reformed gas valve 76 to allow the reforming device 20 (CO purification unit 24) to communicate with the burner 25 and thus communicate with the atmosphere. As a result, when water vapor starts to be supplied from the evaporation unit 28 to the reforming unit 21, the water vapor passes through the cooling unit 22, the CO shift unit 23, and the CO purification unit 24 to the burner 25 via the bypass pipe 73. The gas is supplied and discharged to the outside through the combustion gas flow path 26 and the exhaust pipe 81.

制御装置30は、バーナ25に着火し改質水を投入した後、ステップ106において、蒸発部28で水蒸気の発生の有無を検知(判定)する。制御装置30は、蒸発部28の温度を検出しその温度(蒸発部温度T1)が所定温度T1−a(例えば100℃)以上であれば水蒸気が発生したことを検知し、そうでなければ蒸発部28は暖機しておらず水蒸気が発生したことを検知しない。   After igniting the burner 25 and introducing the reforming water, the control device 30 detects (determines) the presence or absence of the generation of water vapor in the evaporation unit 28 in step 106. The control device 30 detects the temperature of the evaporation unit 28 and detects that water vapor is generated if the temperature (evaporation unit temperature T1) is equal to or higher than a predetermined temperature T1-a (for example, 100 ° C.). The unit 28 is not warmed up and does not detect the generation of water vapor.

改質装置20では、バーナ25の燃焼が継続しており、バーナ25から排出される燃焼ガスによって改質部21、蒸発部28は加熱されている。蒸発部28が昇温して蒸発部温度T1が所定温度T1−aに達するまでは、制御装置30は、ステップ106で「NO」と判定し、起動シーケンスを継続する。   In the reformer 20, the combustion of the burner 25 continues, and the reforming unit 21 and the evaporation unit 28 are heated by the combustion gas discharged from the burner 25. Until the temperature of the evaporator 28 rises and the evaporator temperature T1 reaches the predetermined temperature T1-a, the control device 30 determines “NO” in step 106 and continues the activation sequence.

起動シーケンス継続中において、蒸発部温度T1が所定温度T1−a以上になれば、制御装置30は、水蒸気が発生したことを検知し(図6の時刻TM2)、プログラムをステップ110に進める。すなわち制御装置30は、改質水の投入開始後、蒸発部28での水蒸気発生を検知すると(ステップ106で「YES」と判定し)、プログラムをステップ110に進める。   If the evaporation section temperature T1 becomes equal to or higher than the predetermined temperature T1-a during the start-up sequence, the control device 30 detects that water vapor has been generated (time TM2 in FIG. 6), and advances the program to step 110. That is, when the controller 30 detects the generation of water vapor in the evaporation unit 28 after starting the introduction of the reforming water (determined as “YES” in step 106), the control device 30 advances the program to step 110.

制御装置30は、バーナ25の燃焼中に蒸発部28での水蒸気の発生を検知すると、ステップ110において、バーナ25での燃焼を停止するとともに燃焼部27を燃焼用空気でパージする(燃焼用空気パージモード)。具体的には、制御装置30は、燃料ポンプ42の駆動を停止し燃焼用燃料バルブ45を閉じてバーナ25への燃焼用燃料の供給を停止するとともに、燃焼用空気バルブ66を開いたままに維持し燃焼用空気ポンプ65の駆動を継続してバーナ25への燃焼用空気の供給を継続する。本実施の形態の場合、このときの燃焼用空気の供給量はそれまでの供給量(供給量A−0)より多い値(供給量はA−1である)に設定してある。供給量を多くすることで、燃焼部27を効率的にパージするとともに改質部21の熱を蒸発部28に効率よく移動させることができる。なお、このときの改質水の供給量は供給量W−1に維持されている。また、改質部21はバーナ25を通って大気に連通している(開放されている)。   When the controller 30 detects the generation of water vapor in the evaporation section 28 during the combustion of the burner 25, in step 110, the control apparatus 30 stops combustion in the burner 25 and purges the combustion section 27 with combustion air (combustion air). Purge mode). Specifically, the control device 30 stops driving the fuel pump 42, closes the combustion fuel valve 45, stops the supply of the fuel for combustion to the burner 25, and keeps the combustion air valve 66 open. The combustion air pump 65 is continuously driven and the combustion air supply to the burner 25 is continued. In the present embodiment, the supply amount of combustion air at this time is set to a value (the supply amount is A-1) larger than the supply amount (supply amount A-0). By increasing the supply amount, the combustion unit 27 can be efficiently purged and the heat of the reforming unit 21 can be efficiently transferred to the evaporation unit 28. In addition, the supply amount of the reforming water at this time is maintained at the supply amount W-1. The reforming unit 21 communicates with the atmosphere through the burner 25 (opened).

制御装置30は、水蒸気発生を検知した時点から所定時間ΔTM−aが経過するまで(図6の時刻TM3)前述した燃焼用空気パージモードを継続する(ステップ112で「NO」の判定を繰り返す。)。所定時間ΔTM−aは、蒸発部28で生成された水蒸気の最初(先端)の部分が、少なくともバーナ25を通過するまでの時間に相当する値に設定されている。これによれば、水蒸気の発生検知時点から所定時間ΔTM−aだけ経過すれば、生成された水蒸気が、燃料電池システムの運転停止中に改質装置20内に存在する気体(本実施の形態においては、停止運転で封入されもしくはパージに使用された改質用燃料を主成分とする気体)、すなわち蒸発部28内からバイパス管73の第2改質ガスバルブ76までに残存(残留)する改質用燃料を主成分とする気体を掃気して(押して)バーナ25に流入させ、バーナ25から燃焼ガス流路26に排出しひいては外部に排出する。   Control device 30 continues the combustion air purge mode described above until a predetermined time ΔTM-a elapses from the time when the generation of water vapor is detected (time TM3 in FIG. 6) (in step 112, the determination of “NO” is repeated). ). The predetermined time ΔTM-a is set to a value corresponding to the time until the first (tip) portion of the water vapor generated in the evaporation section 28 passes through the burner 25 at least. According to this, when a predetermined time ΔTM-a has elapsed from the time point when the generation of water vapor is detected, the generated water vapor is a gas (in the present embodiment) that is present in the reformer 20 during the shutdown of the fuel cell system. Is a gas mainly composed of reforming fuel enclosed or purged in the stop operation), that is, reforming that remains (residual) from the inside of the evaporation section 28 to the second reformed gas valve 76 of the bypass pipe 73. A gas containing the main fuel as a main component is scavenged (pushed) to flow into the burner 25, discharged from the burner 25 to the combustion gas passage 26, and then discharged to the outside.

制御装置30は、水蒸気発生を検知した時点から所定時間ΔTM−aが経過すると(ステップ112で「YES」と判定する。図6の時刻TM3)、燃焼用空気パージモードを終了し起動シーケンスを再開しバーナ25の再着火を開始する。具体的には、制御装置30は、改質水の供給(供給量W−1)を継続しつつ、時刻TM3から点火用電極25gへの通電を開始する(ステップ212)。この通電は時刻TM4より長めに設定された時間継続される。バーナ25の燃焼空間25dに改質ガスが少なくとも到達するのに必要な時間は継続される。   When a predetermined time ΔTM-a has elapsed from the time when the generation of water vapor is detected (“YES” in step 112, time TM3 in FIG. 6), control device 30 ends the combustion air purge mode and restarts the startup sequence. The re-ignition of the burner 25 is started. Specifically, the control device 30 starts energization to the ignition electrode 25g from time TM3 while continuing to supply the reforming water (supply amount W-1) (step 212). This energization is continued for a time set longer than time TM4. The time required for at least the reformed gas to reach the combustion space 25d of the burner 25 is continued.

さらに制御装置30は、時刻TM3に改質用燃料の投入を開始する。具体的には、制御装置30は、改質用燃料バルブ43を開き燃焼用燃料バルブ45を閉じたままにするとともに燃料ポンプ42の駆動を開始する(ステップ214)。なお、燃焼用空気の供給量は、改質用燃料の投入開始時点(時刻TM3)にA−1からA−2に変更される。供給量A−2は、供給量A−1より小さい値であり、供給量A−0に近い値である。A−0およびA−2は、燃焼用燃料および改質用燃料を燃焼させるのに最適な流量に設定されている。   Further, the control device 30 starts to supply the reforming fuel at time TM3. Specifically, the control device 30 opens the reforming fuel valve 43 and keeps the combustion fuel valve 45 closed, and starts driving the fuel pump 42 (step 214). Note that the supply amount of combustion air is changed from A-1 to A-2 at the start of charging of the reforming fuel (time TM3). The supply amount A-2 is a value smaller than the supply amount A-1, and a value close to the supply amount A-0. A-0 and A-2 are set to optimum flow rates for burning the combustion fuel and the reforming fuel.

改質用燃料の改質部21への投入が開始されると、改質部21では上述した改質反応により改質ガスの生成が開始され、生成された改質ガスはバイパス管76経由でバーナ25に供給される。なお、時刻TM3から時刻TM4までは、バーナ25には主として水蒸気が供給されている。また、改質用燃料の投入開始から改質ガスが燃焼空間25dに流入するまでには、改質用燃料が改質部21に流入するのに必要な時間と、改質部21で生成された改質ガスがバーナ25の燃焼空間25dに流入するのに必要な時間との合計時間がかかる。したがって、バーナ25が再着火するのは、改質用燃料の投入開始時点から前述した合計時間だけ少なくとも経過した時点(図6の時刻TM4)である。   When charging of the reforming fuel into the reforming unit 21 is started, generation of reformed gas is started in the reforming unit 21 by the reforming reaction described above, and the generated reformed gas passes through the bypass pipe 76. It is supplied to the burner 25. Note that water vapor is mainly supplied to the burner 25 from time TM3 to time TM4. In addition, the time required for the reforming fuel to flow into the reforming section 21 and the reformed gas generated in the reforming section 21 from when the reforming fuel is supplied until the reformed gas flows into the combustion space 25d. It takes a total time with the time required for the reformed gas to flow into the combustion space 25d of the burner 25. Accordingly, the burner 25 is re-ignited at the time (at time TM4 in FIG. 6) when at least the total time described above has elapsed since the start of the charging of the reforming fuel.

このように、改質用燃料の投入によって改質ガスの生成と、その改質ガスによるバーナ25の再着火による燃焼とによって改質装置20、すなわち改質部21、COシフト部23、CO浄化部24の暖機が行われる。また、バーナ25の再着火(時刻TM4)以降においては、バーナ25に流入するのは、改質用燃料、改質ガスを含む可燃ガスと、水蒸気、二酸化炭素などの不燃ガスである。この段階(改質部21の暖機が十分でない段階)では改質が十分進んでおらず改質用燃料が改質されずにそのままバーナ25に流入する。したがって、この段階の可燃ガスの主成分は改質用燃料である。改質用燃料の一部は改質されており改質ガスもバーナ25に流入する。なお、改質部21が加熱され、改質が進むようになると、改質用燃料が改質され流入する改質ガスが増大するとともに改質されずにそのままバーナ25に流入する改質用燃料が減少する。   As described above, the reformer 20, that is, the reforming unit 21, the CO shift unit 23, and the CO purifier is generated by generating the reformed gas by supplying the reforming fuel and burning by reignition of the burner 25 by the reformed gas. The part 24 is warmed up. In addition, after the re-ignition of the burner 25 (time TM4), what flows into the burner 25 is a reforming fuel, a combustible gas containing a reformed gas, and an incombustible gas such as water vapor or carbon dioxide. At this stage (stage where the warming-up of the reforming unit 21 is not sufficient), the reforming is not sufficiently advanced, and the reforming fuel flows into the burner 25 as it is without being reformed. Therefore, the main component of the combustible gas at this stage is the reforming fuel. A part of the reforming fuel is reformed, and the reformed gas also flows into the burner 25. When the reforming unit 21 is heated and reforming progresses, the reforming fuel is reformed, the reformed gas flowing in increases, and the reforming fuel that flows into the burner 25 without being reformed. Decrease.

図6の2段目に実線で示すように、時刻TM2から水蒸気の発生により改質装置20、配管内に残留する気体が掃気されてバーナ25に流入する。その気体が全て掃気されると、その気体と入れ替わるように水蒸気がバーナ25に流入する。時刻TM3においては、水蒸気のみがバーナ25に流入するようになっている。時刻TM3から改質用燃料の投入が開始されると、改質部21で水蒸気と改質用燃料が改質反応によって改質ガス(水素、水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素を含む)が生成され、その改質ガスにより改質装置20や配管内に残留する水蒸気を掃気する。これにより、残留する水蒸気がバーナ25に流入する。残留する水蒸気が全て掃気されると、時刻TM4以降においては、改質ガスがバーナ25に流入する。改質ガスは、水素ガスを主とする可燃ガスと、水蒸気、二酸化炭素などの不燃ガスである。図6の2段目の破線は、改質装置20、配管内に残留する気体が全て掃気された後に流入するガス(気体)の総流量を示し、1点破線は、その総流量のうち改質ガスが流入し始めたときの可燃ガスの流量を示している。流入ガスの流量は、改質用燃料投入後は総流量が増大するようになっている。なお、改質部21の温度上昇につれて改質の転換率が上昇し、それに従って総流量、可燃ガスと不活性ガスの比率が変化する。再着火直後では転換率が低く、その後、高くなる。   As indicated by the solid line in the second stage of FIG. 6, the gas remaining in the reformer 20 and the piping is scavenged and flows into the burner 25 due to the generation of water vapor from time TM2. When all of the gas is scavenged, water vapor flows into the burner 25 so that the gas is replaced. At time TM3, only water vapor flows into the burner 25. When the introduction of the reforming fuel is started from time TM3, the reforming unit 21 generates reformed gas (including hydrogen, steam, carbon monoxide, carbon dioxide) by the reforming reaction in the reforming unit 21. Then, the reformed gas scavenges water vapor remaining in the reformer 20 and the piping. Thereby, the remaining water vapor flows into the burner 25. When all the remaining water vapor is scavenged, the reformed gas flows into the burner 25 after time TM4. The reformed gas is a combustible gas mainly composed of hydrogen gas and an incombustible gas such as water vapor or carbon dioxide. The broken line in the second stage in FIG. 6 indicates the total flow rate of the gas (gas) that flows after all the gas remaining in the reformer 20 and the piping has been scavenged, and the one-dot broken line indicates a change in the total flow rate. The flow of combustible gas when the quality gas starts to flow is shown. As for the flow rate of the inflowing gas, the total flow rate increases after the reforming fuel is input. Note that the conversion rate of reforming increases as the temperature of the reforming unit 21 increases, and the total flow rate and the ratio of combustible gas to inert gas change accordingly. The conversion rate is low immediately after reignition, and then increases.

制御装置30は、改質用燃料の投入によってバーナ25を再着火した後、起動シーケンスの完了(暖機運転の完了)を、COシフト部23、CO浄化部24の各温度(いずれかの温度でもよい。)に基づいて判断する。制御装置30は、COシフト部23、CO浄化部24の各温度(いずれかの温度でもよい。)が所定温度以上となれば、改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定の濃度以下となったとして、起動シーケンスが完了したと判定する(ステップ216)。   After re-igniting the burner 25 by the introduction of the reforming fuel, the controller 30 completes the start-up sequence (completion of the warm-up operation), and determines each temperature (any temperature) of the CO shift unit 23 and the CO purification unit 24. But it can be determined. When the temperature of each of the CO shift unit 23 and the CO purification unit 24 (any temperature) is equal to or higher than a predetermined temperature, the control device 30 causes the carbon monoxide concentration in the reformed gas to be equal to or lower than the predetermined concentration. As a result, it is determined that the activation sequence has been completed (step 216).

制御装置30は、起動シーケンスが完了したと判定すると発電運転を開始する。具体的には、制御装置30は、第1改質ガスバルブ74およびオフガスバルブ75を開き第2改質ガスバルブ76を閉じてCO浄化部24を燃料電池10の燃料極11の導入口に接続するとともに燃料極11の導出口をバーナ25に接続する。発電運転中には、制御装置30は、最大出力以下の範囲でユーザー負荷に追従するように発電を行うようになっている(ステップ216)。   If control device 30 determines that the activation sequence has been completed, it starts the power generation operation. Specifically, the control device 30 opens the first reformed gas valve 74 and the off-gas valve 75 and closes the second reformed gas valve 76 to connect the CO purification unit 24 to the inlet of the fuel electrode 11 of the fuel cell 10. The outlet of the fuel electrode 11 is connected to the burner 25. During the power generation operation, the control device 30 generates power so as to follow the user load within a range of the maximum output or less (step 216).

上述した実施形態から明らかなように、燃料電池システム(改質装置20)の起動運転中であってバーナ25の燃焼中において、蒸発部28での水蒸気の発生が検知された場合には、バーナ25の燃焼が停止される。これによれば、起動運転中において、蒸発部28で水蒸気が発生してその水蒸気が改質部21を通ってバーナ25に供給される際に、改質部21内、改質部21とバーナ25の間の配管および部材内に存在(残留)する気体が水蒸気に圧されてバーナ25に流入しても、バーナ25の燃焼は停止されている。したがって、存在(残留)する気体が可燃ガスであっても、その気体は燃焼停止中のバーナ25に流入する。換言すると、バーナ25の燃焼中に、改質部21内、改質部21とバーナ25の間の配管および部材内に存在する気体がバーナ25に流入することを抑制することができる。これにより、バーナ25の燃焼が不安定になることはなくエミッション(NO濃度、CO濃度)が増大したり、吹き消えを抑制することができる。 As is clear from the above-described embodiment, if the generation of water vapor in the evaporator 28 is detected during the start-up operation of the fuel cell system (reformer 20) and the burner 25 is burning, the burner is detected. The combustion of 25 is stopped. According to this, during the start-up operation, when steam is generated in the evaporation section 28 and the steam is supplied to the burner 25 through the reforming section 21, the reforming section 21 and the burner Even if the gas existing (residual) in the pipes and members between 25 is compressed by water vapor and flows into the burner 25, the combustion of the burner 25 is stopped. Therefore, even if the existing (residual) gas is a combustible gas, the gas flows into the burner 25 in which combustion is stopped. In other words, during combustion of the burner 25, it is possible to suppress the gas existing in the reforming unit 21, the piping between the reforming unit 21 and the burner 25 and the members from flowing into the burner 25. Thereby, the combustion of the burner 25 does not become unstable, and the emission (NO X concentration, CO concentration) can be increased, or blow-off can be suppressed.

また、水蒸気の発生検知時点(図6の時刻TM2)から所定時間(ΔTM−a)だけ経過すれば、バーナ25の再着火が行われる。これにより、蒸発部28での水蒸気発生検知から、改質部21内、改質部21とバーナ25の間の配管および部材内に存在する気体が水蒸気に圧されるのに十分な時間(所定時間)が経過した後にバーナ25の再着火が行われることで、再着火の際の燃焼不安定をより抑制することができる。   Further, when a predetermined time (ΔTM-a) has elapsed from the time point when the generation of water vapor is detected (time TM2 in FIG. 6), the burner 25 is re-ignited. Thereby, from the detection of the generation of water vapor in the evaporation unit 28, a sufficient time (predetermined) for the gas existing in the reforming unit 21, the piping between the reforming unit 21 and the burner 25, and the member to be compressed by the water vapor. When the burner 25 is re-ignited after a lapse of time, combustion instability during re-ignition can be further suppressed.

また、燃料ガスが燃料極11に供給され、酸化剤ガスが酸化剤極12に供給されて発電する燃料電池10を備えた燃料電池システムにおいて、改質装置20で生成された改質ガスを燃料ガスとして使用する。これにより、上述した作用効果を発揮する改質装置20を備えた燃料電池システムを提供することができる。   Further, in the fuel cell system including the fuel cell 10 that generates power by supplying the fuel gas to the fuel electrode 11 and supplying the oxidant gas to the oxidant electrode 12, the reformed gas generated by the reformer 20 is used as the fuel. Use as gas. Thereby, the fuel cell system provided with the reformer 20 which exhibits the effect mentioned above can be provided.

次に、バーナ25の燃焼停止中に水蒸気の発生を検知した場合について図7−9を参照して説明する。図7〜図9に係る形態を第2実施形態とする。なお、図7,8において図4,5と同じ処理は同一符号を付してその説明を省略する。また、図9の上段は、蒸発部温度T1および燃焼部温度T3を示し、次の段はオフガス供給管72からバーナ25へ流入する気体のガス流量およびその成分を示し、次の段は燃焼用空気の流量を示し、次の段は改質装置20に供給される可燃ガスの種類および流量を示し、下段は点火用電極(イグナイタ)25gのオン・オフを示している。   Next, a case where the generation of water vapor is detected while combustion of the burner 25 is stopped will be described with reference to FIGS. A form according to FIGS. 7 to 9 is a second embodiment. 7 and 8, the same processes as those in FIGS. 4 and 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Moreover, the upper stage of FIG. 9 shows the evaporation part temperature T1 and the combustion part temperature T3, the next stage shows the gas flow rate of the gas flowing into the burner 25 from the off-gas supply pipe 72 and its components, and the next stage is for combustion. The flow rate of air is shown, the next stage shows the type and flow rate of the combustible gas supplied to the reformer 20, and the lower stage shows on / off of the ignition electrode (igniter) 25g.

制御装置30は、図示しない主電源が投入されると、ステップ300にてプログラムを起動しプログラムをステップ102に進める。制御装置30は、ステップ102において、システムの運転を開始するか否かを判定する。制御装置30は、システム運転を開始すると判定した場合には、起動シーケンスを開始する。   When main power (not shown) is turned on, control device 30 starts the program at step 300 and advances the program to step 102. In step 102, the control device 30 determines whether or not to start operation of the system. When it is determined that the system operation is to be started, the control device 30 starts the activation sequence.

これと並行に、制御装置30は、図示しない主電源が投入されると、ステップ400にてプログラムを起動しプログラムをステップ402に進める。制御装置30は、ステップ402において、起動シーケンスを開始するか否かを判定する。制御装置30は、起動シーケンスを開始すると判定した場合には、ステップ404以下の処理を実行して起動運転を開始する。   In parallel with this, when the main power supply (not shown) is turned on, the control device 30 starts the program in step 400 and advances the program to step 402. In step 402, the control device 30 determines whether or not to start the activation sequence. When it is determined that the activation sequence is to be started, the control device 30 executes the processing from step 404 and starts the activation operation.

制御装置30は、起動シーケンス開始指示があると、起動シーケンスを開始する(図9の時刻TM0)。すなわち、制御装置30は、燃焼用空気バルブ66を開いて燃焼用空気ポンプ65を駆動して、燃焼用空気をバーナ25に供給する(燃焼用空気でパージ。ステップ404)。このとき、燃焼用空気は標準量(供給量A−0)だけ投入されている。そして、制御装置30は、図示しない着火装置の駆動を開始してバーナ25の点火用電極25gに通電する(ステップ406)。さらに、制御装置30は、燃焼用燃料バルブ45を開いて燃料ポンプ42を駆動して、燃焼用燃料をバーナ25に供給する(ステップ408)。これにより、バーナ25が着火する。なお、本実施の形態では、点火用電極25gへの通電は、時刻TM0から所定時間だけ継続される。   When there is an instruction to start the activation sequence, the control device 30 starts the activation sequence (time TM0 in FIG. 9). That is, the control device 30 opens the combustion air valve 66 and drives the combustion air pump 65 to supply combustion air to the burner 25 (purging with combustion air; step 404). At this time, the combustion air is supplied by a standard amount (supply amount A-0). Then, the control device 30 starts driving an ignition device (not shown) and energizes the ignition electrode 25g of the burner 25 (step 406). Further, the control device 30 opens the combustion fuel valve 45 and drives the fuel pump 42 to supply the combustion fuel to the burner 25 (step 408). Thereby, the burner 25 is ignited. In the present embodiment, energization of the ignition electrode 25g is continued for a predetermined time from the time TM0.

制御装置30は、バーナ25が着火した後においては、燃焼部27の温度T3が所定温度(例えば300℃)に達したら(ステップ410で「YES」と判定し)改質水の投入を開始する(ステップ412。図9の時刻TM1)。ステップ410では、燃焼部温度T3が所定温度(例えば300℃)より大きいか否かを判定している。   After the burner 25 has ignited, the control device 30 starts to add reforming water when the temperature T3 of the combustion section 27 reaches a predetermined temperature (for example, 300 ° C.) (determined as “YES” in step 410). (Step 412. Time TM1 in FIG. 9). In step 410, it is determined whether or not the combustion section temperature T3 is higher than a predetermined temperature (for example, 300 ° C.).

制御装置30は、ステップ412において、ステップ210と同様に改質水バルブ54を開いて改質水ポンプ53を駆動させる。さらに制御装置30は、第2改質ガスバルブ76も開いて改質装置20(CO浄化部24)をバーナ25と連通させひいては大気に連通させる。   In step 412, the control device 30 opens the reforming water valve 54 and drives the reforming water pump 53 as in step 210. Further, the control device 30 also opens the second reformed gas valve 76 to allow the reforming device 20 (CO purification unit 24) to communicate with the burner 25 and thus communicate with the atmosphere.

制御装置30は、バーナ25に着火し改質水を投入した後、燃焼部27の温度T3が所定温度T3−a(例えば600℃)に達したら(ステップ414で「YES」と判定し)、バーナ25の燃焼を停止する(ステップ416。図9の時刻TM2)。制御装置30は、燃料ポンプ42の駆動を停止し燃焼用燃料バルブ45を閉じてバーナ25への燃焼用燃料の供給を停止するとともに、燃焼用空気バルブ66を開いたままに維持し燃焼用空気ポンプ65の駆動を継続してバーナ25への燃焼用空気の供給を継続する。本実施の形態の場合、燃焼用空気の供給量はそれまでの供給量(供給量A−0)より多い値(供給量はA−1である)に設定してある。供給量を多くすることで、燃焼部27を効率的にパージするとともに改質部21の熱を蒸発部28に効率よく移動させることができる。なお、このときの改質水の供給量は供給量W−1に維持されている。また、改質部21はバーナ25を通って大気に連通している(開放されている)。   The control device 30 ignites the burner 25 and feeds the reformed water. When the temperature T3 of the combustion unit 27 reaches a predetermined temperature T3-a (for example, 600 ° C.) (determined as “YES” in step 414), Combustion of the burner 25 is stopped (step 416, time TM2 in FIG. 9). The control device 30 stops driving the fuel pump 42, closes the combustion fuel valve 45, stops the supply of combustion fuel to the burner 25, and keeps the combustion air valve 66 open to maintain combustion air. The driving of the pump 65 is continued and the supply of combustion air to the burner 25 is continued. In the present embodiment, the supply amount of combustion air is set to a value (the supply amount is A-1) larger than the supply amount (supply amount A-0). By increasing the supply amount, the combustion unit 27 can be efficiently purged and the heat of the reforming unit 21 can be efficiently transferred to the evaporation unit 28. In addition, the supply amount of the reforming water at this time is maintained at the supply amount W-1. The reforming unit 21 communicates with the atmosphere through the burner 25 (opened).

バーナ25の燃焼が停止されると、燃焼部27の温度も降下する。燃焼部温度T3が所定温度T3−aより低温である所定温度T3−b(例えば400℃)より低くなると、制御装置30は、プログラムをステップ406に戻してバーナ25を燃焼用燃料で再着火する。このとき、燃焼用空気は供給量A−0に戻される。なお、ステップ406から418の処理を繰り返すことにより、燃焼部27を適切な温度範囲に維持することにより、改質部21の触媒のコーキング、改質部材料や触媒等の高温劣化を抑制することができる。   When combustion of the burner 25 is stopped, the temperature of the combustion part 27 also falls. When the combustion section temperature T3 becomes lower than a predetermined temperature T3-b (for example, 400 ° C.) that is lower than the predetermined temperature T3-a, the control device 30 returns the program to step 406 and reignites the burner 25 with the combustion fuel. . At this time, the combustion air is returned to the supply amount A-0. It should be noted that by repeating the processing of steps 406 to 418, the combustion section 27 is maintained in an appropriate temperature range, thereby suppressing the caulking of the catalyst of the reforming section 21 and the high-temperature deterioration of the reforming section material, the catalyst, and the like. Can do.

制御装置30は、蒸発部28での水蒸気の発生を検知するまでは、図8に示す起動シーケンスを実行する。なお、図8に示す起動シーケンスは図7に示すステップ302とステップ304の間のシーケンスである。   The control device 30 executes the startup sequence shown in FIG. 8 until the generation of water vapor in the evaporation unit 28 is detected. 8 is a sequence between step 302 and step 304 shown in FIG.

この起動シーケンスと並行して、制御装置30は、バーナ25に着火し改質水を投入した後(起動シーケンスを開始した後(時刻TM0以降))、ステップ106において、蒸発部28で水蒸気の発生の有無を検知(判定)する。制御装置30は、蒸発部28の温度を検出しその温度(蒸発部温度T1)が所定温度T1−a(例えば100℃)以上であれば水蒸気が発生したことを検知し、そうでなければ蒸発部28は暖機しておらず水蒸気が発生したことを検知しない。   In parallel with this activation sequence, the control device 30 ignites the burner 25 and introduces reformed water (after starting the activation sequence (after time TM0)), in step 106, the evaporation unit 28 generates steam. Detect (determine) the presence or absence of. The control device 30 detects the temperature of the evaporation unit 28 and detects that water vapor is generated if the temperature (evaporation unit temperature T1) is equal to or higher than a predetermined temperature T1-a (for example, 100 ° C.). The unit 28 is not warmed up and does not detect the generation of water vapor.

蒸発部28が昇温して蒸発部温度T1が所定温度T1−aに達するまでは、制御装置30は、ステップ106で「NO」と判定し、起動シーケンスを継続する(ステップ304)。起動シーケンス継続中において、蒸発部温度T1が所定温度T1−a以上になれば、制御装置30は、水蒸気が発生したことを検知し、プログラムをステップ110に進める。すなわち制御装置30は、起動シーケンス中に、蒸発部28での水蒸気発生を検知すると(ステップ106で「YES」と判定し)、プログラムをステップ110に進める。   Until the temperature of the evaporator 28 rises and the evaporator temperature T1 reaches the predetermined temperature T1-a, the control device 30 determines “NO” in step 106 and continues the activation sequence (step 304). If the evaporation part temperature T1 becomes equal to or higher than the predetermined temperature T1-a during the start-up sequence, the control device 30 detects that water vapor has been generated and advances the program to step 110. That is, when the controller 30 detects the generation of water vapor in the evaporation unit 28 during the startup sequence (determined as “YES” in step 106), the control device 30 advances the program to step 110.

ここで、起動シーケンス継続中であってバーナ25の燃焼停止中において、図9の時刻TM3に水蒸気が発生したことを検知したとする。制御装置30は、バーナ25の燃焼停止中に蒸発部28での水蒸気の発生を検知すると、ステップ110において、バーナ25での燃焼を停止するとともに燃焼部27を燃焼用空気でパージする(燃焼用空気パージモード)。このとき、すでに燃焼は停止されているので、燃焼停止を維持する。   Here, it is assumed that it is detected that water vapor is generated at time TM3 in FIG. 9 while the start-up sequence is continuing and combustion of the burner 25 is stopped. When the controller 30 detects the generation of water vapor in the evaporation section 28 while the combustion of the burner 25 is stopped, in step 110, the control apparatus 30 stops the combustion in the burner 25 and purges the combustion section 27 with combustion air (for combustion). Air purge mode). At this time, since the combustion has already been stopped, the combustion stop is maintained.

制御装置30は、燃料ポンプ42の駆動停止および燃焼用燃料バルブ45の閉状態を維持するとともに、燃焼用空気バルブ66を開いたままに維持し燃焼用空気ポンプ65の駆動を継続してバーナ25への燃焼用空気の供給を継続する。本実施の形態の場合、このときの燃焼用空気の供給量はそれまでの供給量(供給量A−0)より多い値(供給量はA−1である)に設定してある。供給量を多くすることで、燃焼部27を効率的にパージするとともに改質部21の熱を蒸発部28に効率よく移動させることができる。なお、このときの改質水の供給量は供給量W−1に維持されている。また、改質部21はバーナ25を通って大気に連通している(開放されている)。   The control device 30 stops driving the fuel pump 42 and keeps the combustion fuel valve 45 closed, and keeps the combustion air valve 66 open and continues to drive the combustion air pump 65 to burner 25. Continue to supply combustion air to In the present embodiment, the supply amount of combustion air at this time is set to a value (the supply amount is A-1) larger than the supply amount (supply amount A-0). By increasing the supply amount, the combustion unit 27 can be efficiently purged and the heat of the reforming unit 21 can be efficiently transferred to the evaporation unit 28. In addition, the supply amount of the reforming water at this time is maintained at the supply amount W-1. The reforming unit 21 communicates with the atmosphere through the burner 25 (opened).

制御装置30は、水蒸気発生を検知した時点から所定時間ΔTM−aが経過するまで(図9の時刻TM5)前述した燃焼用空気パージモードを継続する(ステップ112で「NO」の判定を繰り返す。)。時刻TM4から時刻TM5までの間は、図7のフローチャートの処理が優先して実行されるので、図8のフローチャートの処理によれば、燃焼部温度T3が所定温度T3−b以下となれば(図9の時刻TM4)バーナ25は再着火されるはずであるが、その再着火は禁止される。   Control device 30 continues the combustion air purge mode described above until a predetermined time ΔTM-a elapses from the time when the generation of water vapor is detected (time TM5 in FIG. 9) (the determination of “NO” is repeated in step 112). ). Since the process of the flowchart of FIG. 7 is preferentially executed from time TM4 to time TM5, according to the process of the flowchart of FIG. 8, if the combustion section temperature T3 is equal to or lower than the predetermined temperature T3-b ( Time TM4 in FIG. 9) The burner 25 should be re-ignited, but its re-ignition is prohibited.

制御装置30は、水蒸気発生を検知した時点から所定時間ΔTM−aが経過すると(ステップ112で「YES」と判定する。図9の時刻TM5)、燃焼用空気パージモードを終了し起動シーケンスを再開しバーナ25の再着火を開始する。具体的には、制御装置30は、改質水の供給(供給量W−1)を継続しつつ、時刻TM5から点火用電極25gへの通電を開始する(ステップ212)。この通電は時刻TM6より長めに設定された時間継続される。バーナ25の燃焼空間25dに改質ガスが少なくとも到達するのに必要な時間は継続される。   When a predetermined time ΔTM-a has elapsed since the detection of water vapor generation (determined as “YES” in step 112, time TM5 in FIG. 9), control device 30 ends the combustion air purge mode and restarts the startup sequence. The re-ignition of the burner 25 is started. Specifically, the control device 30 starts energization to the ignition electrode 25g from time TM5 while continuing to supply the reforming water (supply amount W-1) (step 212). This energization is continued for a time set longer than time TM6. The time required for at least the reformed gas to reach the combustion space 25d of the burner 25 is continued.

さらに制御装置30は、図9の時刻TM5に改質用燃料の投入を開始する(ステップ214)。なお、燃焼用空気の供給量は、改質用燃料の投入開始時点(時刻TM5)にA−1からA−2に変更される。供給量A−2は、供給量A−1より小さい値であり、供給量A−0に近い値である。A−0およびA−2は、燃焼用燃料および改質用燃料を燃焼させるのに最適な流量に設定されている。   Furthermore, the control device 30 starts to supply the reforming fuel at time TM5 in FIG. 9 (step 214). Note that the supply amount of combustion air is changed from A-1 to A-2 at the start of charging the reforming fuel (time TM5). The supply amount A-2 is a value smaller than the supply amount A-1, and a value close to the supply amount A-0. A-0 and A-2 are set to optimum flow rates for burning the combustion fuel and the reforming fuel.

改質用燃料の改質部21への投入が開始されると、改質部21では上述した改質反応により改質ガスの生成が開始され、生成された改質ガスはバイパス管76経由でバーナ25に供給される。なお、時刻TM5から時刻TM6までは、バーナ25には主として水蒸気が供給されている。また、改質用燃料の投入開始から改質ガスが燃焼空間25dに流入するまでには、改質用燃料が改質部21に流入するのに必要な時間と、改質部21で生成された改質ガスがバーナ25の燃焼空間25dに流入するのに必要な時間との合計時間がかかる。したがって、バーナ25が再着火するのは、改質用燃料の投入開始時点から前述した合計時間だけ少なくとも経過した時点(図9の時刻TM6)である。なお、バーナ25で再着火したことを確認すると、燃焼用空気の供給量はA−1からA−0に戻される。   When charging of the reforming fuel into the reforming unit 21 is started, generation of reformed gas is started in the reforming unit 21 by the reforming reaction described above, and the generated reformed gas passes through the bypass pipe 76. It is supplied to the burner 25. Note that water vapor is mainly supplied to the burner 25 from time TM5 to time TM6. In addition, the time required for the reforming fuel to flow into the reforming section 21 and the reformed gas generated in the reforming section 21 from when the reforming fuel is supplied until the reformed gas flows into the combustion space 25d. It takes a total time with the time required for the reformed gas to flow into the combustion space 25d of the burner 25. Therefore, the burner 25 is re-ignited at the time (at time TM6 in FIG. 9) when at least the total time described above has elapsed from the time when the reforming fuel is started. When it is confirmed that the burner 25 has re-ignited, the supply amount of combustion air is returned from A-1 to A-0.

このように、改質用燃料の投入によって改質ガスの生成と、その改質ガスによるバーナ25の再着火による燃焼とによって改質装置20、すなわち改質部21、COシフト部23、CO浄化部24の暖機が行われる。また、バーナ25の再着火(時刻TM6)以降においては、バーナ25に流入するのは、改質用燃料、改質ガスを含む可燃ガスと、水蒸気、二酸化炭素などの不燃ガスである。この段階(改質部21の暖機が十分でない段階)では改質が十分進んでおらず改質用燃料が改質されずにそのままバーナ25に流入する。したがって、この段階の可燃ガスの主成分は改質用燃料である。改質用燃料の一部は改質されており改質ガスもバーナ25に流入する。なお、改質部21が加熱され、改質が進むようになると、改質用燃料が改質され流入する改質ガスが増大するとともに改質されずにそのままバーナ25に流入する改質用燃料が減少する。   As described above, the reformer 20, that is, the reforming unit 21, the CO shift unit 23, and the CO purifier is generated by generating the reformed gas by supplying the reforming fuel and burning by reignition of the burner 25 by the reformed gas. The part 24 is warmed up. Further, after the reignition of the burner 25 (time TM6), what flows into the burner 25 is a reforming fuel, a combustible gas containing a reformed gas, and an incombustible gas such as water vapor or carbon dioxide. At this stage (stage where the warming-up of the reforming unit 21 is not sufficient), the reforming is not sufficiently advanced, and the reforming fuel flows into the burner 25 as it is without being reformed. Therefore, the main component of the combustible gas at this stage is the reforming fuel. A part of the reforming fuel is reformed, and the reformed gas also flows into the burner 25. When the reforming unit 21 is heated and reforming progresses, the reforming fuel is reformed, the reformed gas flowing in increases, and the reforming fuel that flows into the burner 25 without being reformed. Decrease.

図9の2段目に実線で示すように、時刻TM3から水蒸気の発生により改質装置20、配管内に残留する気体が掃気されてバーナ25に流入する。その気体が全て掃気されると、その気体と入れ替わるように水蒸気がバーナ25に流入する。時刻TM5においては、水蒸気のみがバーナ25に流入するようになっている。時刻TM5から改質用燃料の投入が開始されると、改質部21で水蒸気と改質用燃料が改質反応によって改質ガス(水素、水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素を含む)が生成され、その改質ガスにより改質装置20や配管内に残留する水蒸気を掃気する。これにより、残留する水蒸気がバーナ25に流入する。残留する水蒸気が全て掃気されると、時刻TM6以降においては、改質ガスがバーナ25に流入する。改質ガスは、水素ガスを主とする可燃ガスと、水蒸気、二酸化炭素などの不燃ガスである。図6の2段目の破線は、改質装置20、配管内に残留する気体が全て掃気された後に流入するガス(気体)の総流量を示し、1点破線は、その総流量のうち改質ガスが流入し始めたときの可燃ガスの流量を示している。流入ガスの流量は、改質用燃料投入後は総流量が増大するようになっている。なお、改質部21の温度上昇につれて改質の転換率が上昇し、それに従って総流量、可燃ガスと不活性ガスの比率が変化する。再着火直後では転換率が低く、その後、高くなる。   As indicated by the solid line in the second stage of FIG. 9, the gas remaining in the reformer 20 and the piping is scavenged and flows into the burner 25 due to the generation of water vapor from time TM3. When all of the gas is scavenged, water vapor flows into the burner 25 so that the gas is replaced. At time TM5, only water vapor flows into the burner 25. When the introduction of the reforming fuel is started from time TM5, the reforming unit 21 generates reformed gas (including hydrogen, steam, carbon monoxide, carbon dioxide) by the reforming reaction in the reforming unit 21. Then, the reformed gas scavenges water vapor remaining in the reformer 20 and the piping. Thereby, the remaining water vapor flows into the burner 25. When all the remaining water vapor is scavenged, the reformed gas flows into the burner 25 after time TM6. The reformed gas is a combustible gas mainly composed of hydrogen gas and an incombustible gas such as water vapor or carbon dioxide. The broken line in the second stage in FIG. 6 indicates the total flow rate of the gas (gas) that flows after all the gas remaining in the reformer 20 and the piping has been scavenged, and the one-dot broken line indicates a change in the total flow rate. The flow of combustible gas when the quality gas starts to flow is shown. As for the flow rate of the inflowing gas, the total flow rate increases after the reforming fuel is input. Note that the conversion rate of reforming increases as the temperature of the reforming unit 21 increases, and the total flow rate and the ratio of combustible gas to inert gas change accordingly. The conversion rate is low immediately after reignition, and then increases.

制御装置30は、改質用燃料の投入によってバーナ25を再着火した後、起動シーケンスの完了(暖機運転の完了)を、COシフト部23、CO浄化部24の各温度(いずれかの温度でもよい。)に基づいて判断する。制御装置30は、COシフト部23、CO浄化部24の各温度(いずれかの温度でもよい。)が所定温度以上となれば、改質ガス中の一酸化炭素濃度が所定の濃度以下となったとして、起動シーケンスが完了したと判定する(ステップ216)。   After re-igniting the burner 25 by the introduction of the reforming fuel, the controller 30 completes the start-up sequence (completion of the warm-up operation), and determines each temperature (any temperature) of the CO shift unit 23 and the CO purification unit 24. But it can be determined. When the temperature of each of the CO shift unit 23 and the CO purification unit 24 (any temperature) is equal to or higher than a predetermined temperature, the control device 30 causes the carbon monoxide concentration in the reformed gas to be equal to or lower than the predetermined concentration. As a result, it is determined that the activation sequence has been completed (step 216).

制御装置30は、起動シーケンスが完了したと判定すると発電運転を開始する。具体的には、制御装置30は、第1改質ガスバルブ74およびオフガスバルブ75を開き第2改質ガスバルブ76を閉じてCO浄化部24を燃料電池10の燃料極11の導入口に接続するとともに燃料極11の導出口をバーナ25に接続する。発電運転中には、制御装置30は、最大出力以下の範囲でユーザー負荷に追従するように発電を行うようになっている(ステップ216)。   If control device 30 determines that the activation sequence has been completed, it starts the power generation operation. Specifically, the control device 30 opens the first reformed gas valve 74 and the off-gas valve 75 and closes the second reformed gas valve 76 to connect the CO purification unit 24 to the inlet of the fuel electrode 11 of the fuel cell 10. The outlet of the fuel electrode 11 is connected to the burner 25. During the power generation operation, the control device 30 generates power so as to follow the user load within a range of the maximum output or less (step 216).

上述した実施形態から明らかなように、燃料電池システム(改質装置20)の起動運転中であってバーナ25の燃焼停止中において、蒸発部28での水蒸気の発生が検知された場合には、水蒸気の発生検知時点(図9の時刻TM3)から所定時間ΔTM−aだけ経過するまではバーナ25の再着火が禁止され、水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過すれば、バーナ25の再着火が行われる。これによれば、起動運転中において、バーナ25の燃焼停止中に蒸発部28で水蒸気が発生してその水蒸気が改質部21を通ってバーナ25に供給される際に、改質部21内、改質部21とバーナ25の間の配管および部材内に存在(残留)する気体が水蒸気に圧されてバーナ25に流入しても、バーナ25の燃焼は停止されている。したがって、存在(残留)する気体が可燃ガスであっても、その気体が燃焼停止中のバーナ25に流入しても燃焼されないため、燃焼が不安定になることはなくエミッション(NO濃度、CO濃度)が増大したり、吹き消えを抑制することができる。さらに、蒸発部28での水蒸気検知から、改質部21内、改質部21とバーナ25の間の配管および部材内に存在する気体が水蒸気に圧されるのに十分な時間(所定時間)が経過した後にバーナ25の再着火が行われることで、再着火の際の燃焼不安定をより抑制することができる。 As is clear from the above-described embodiment, when the generation of water vapor is detected in the evaporation unit 28 during the start-up operation of the fuel cell system (reformer 20) and the combustion of the burner 25 being stopped, The reignition of the burner 25 is prohibited until the predetermined time ΔTM-a has elapsed from the time point when the generation of water vapor is detected (time TM3 in FIG. 9). Is done. According to this, during the start-up operation, when the steam is generated in the evaporation section 28 while the combustion of the burner 25 is stopped, and the steam is supplied to the burner 25 through the reforming section 21, Even if the gas existing in (remaining in) the piping and members between the reforming section 21 and the burner 25 is compressed by the water vapor and flows into the burner 25, the combustion of the burner 25 is stopped. Therefore, even if the existing (residual) gas is a flammable gas, it will not be burned even if the gas flows into the burner 25 where combustion is stopped, so that the combustion does not become unstable and the emission (NO X concentration, CO 2 Density) can be increased, and blowout can be suppressed. Furthermore, from the detection of water vapor in the evaporation unit 28, a sufficient time (predetermined time) for the gas present in the reforming unit 21, the piping between the reforming unit 21 and the burner 25 and the member to be compressed by the water vapor. When the burner 25 is re-ignited after the elapse of time, instability of combustion during re-ignition can be further suppressed.

また、燃焼部27は燃焼ガスが改質部21と熱交換した後に蒸発部28と熱交換を行うものであり、水蒸気の発生検知時点からバーナ25が再着火されるまでは、バーナ25へ燃焼用酸化剤ガスのみが供給される。これにより、バーナ25の燃焼が停止されていても、加熱されある程度高温となっている改質部21の熱が、バーナ25から排出される燃焼用酸化剤ガスによって蒸発部28に付与されるため、蒸発部28での水蒸気の生成を促進することができる。これに加えて、燃焼停止中にバーナ25に供給される気体(改質部内、改質部とバーナの間の配管および部材内に存在する気体)を燃焼用酸化剤ガスで希釈して排出することができる。   The combustion unit 27 exchanges heat with the evaporation unit 28 after the combustion gas exchanges heat with the reforming unit 21, and burns to the burner 25 until the burner 25 is re-ignited from the time when the steam is detected. Only the oxidant gas is supplied. Thereby, even if the combustion of the burner 25 is stopped, the heat of the reforming unit 21 that is heated to a certain high temperature is applied to the evaporation unit 28 by the combustion oxidant gas discharged from the burner 25. The generation of water vapor in the evaporation unit 28 can be promoted. In addition to this, the gas supplied to the burner 25 during combustion stop (gas in the reforming section, piping between the reforming section and the burner and the member) is diluted with the oxidant gas for combustion and discharged. be able to.

また、燃料ガスが燃料極11に供給され、酸化剤ガスが酸化剤極12に供給されて発電する燃料電池10を備えた燃料電池システムにおいて、改質装置20で生成された改質ガスを燃料ガスとして使用する。これにより、上述した作用効果を発揮する改質装置20を備えた燃料電池システムを提供することができる。   Further, in the fuel cell system including the fuel cell 10 that generates power by supplying the fuel gas to the fuel electrode 11 and supplying the oxidant gas to the oxidant electrode 12, the reformed gas generated by the reformer 20 is used as the fuel. Use as gas. Thereby, the fuel cell system provided with the reformer 20 which exhibits the effect mentioned above can be provided.

また、起動シーケンス中においてバーナ25の燃焼、燃焼停止を繰り返す場合であって、バーナ25の燃焼停止中に水蒸気の発生を検知した場合にも、本発明を適用することができる。   The present invention can also be applied to the case where the combustion and stop of combustion of the burner 25 are repeated during the startup sequence, and the generation of water vapor is detected while the combustion of the burner 25 is stopped.

また、上述した実施の形態では、燃焼ガスを用いて蒸発部28で水蒸気を生成するようにしたが、ヒータ等別の熱源を用いて水蒸気を生成する構成にも本発明を適用することができる。この場合(別熱源で水蒸気を生成する場合)には、バーナ25の着火は再着火でなく、最初の着火である場合もある。すなわち、改質水の投入開始後、蒸発部温度T1が別熱源で所定温度T1−a以上に加熱された後に、バーナ25が着火されるように制御されればよい。   In the above-described embodiment, the vapor is generated in the evaporation unit 28 using the combustion gas. However, the present invention can be applied to a configuration in which the water vapor is generated using another heat source such as a heater. . In this case (when steam is generated by a separate heat source), the burner 25 may be ignited for the first time, not for reignition. That is, after the start of the reforming water, it is only necessary to control the burner 25 to be ignited after the evaporation section temperature T1 is heated to a predetermined temperature T1-a or higher by another heat source.

この場合、制御装置30は、起動運転中であってバーナ25の燃焼停止中において、蒸発部28での水蒸気の発生が検知された場合(蒸発部温度T1が別熱源で所定温度T1−a以上となった場合)には、水蒸気の発生検知時点から所定時間ΔTM−aだけ経過するまではバーナ25の着火(最初の着火)を禁止し、水蒸気の発生検知時点から所定時間ΔTM−aだけ経過すれば、バーナ25の着火を行うようにすればよい。このとき、水蒸気の発生検知時点からバーナ25を着火するまでは、バーナ25へ燃焼用空気(燃焼用酸化剤ガス)のみを供給するようにすればよい。なお、この場合の起動運転中は、起動指示を受けた時点以降の起動運転期間をいい、バーナ25の着火・未着火は関係ない。   In this case, the control device 30 is in the start-up operation and the combustion of the burner 25 is stopped, and when the generation of water vapor in the evaporation unit 28 is detected (the evaporation unit temperature T1 is a separate heat source and is equal to or higher than the predetermined temperature T1-a). In this case, ignition of the burner 25 (first ignition) is prohibited until a predetermined time ΔTM-a has elapsed from the time when the occurrence of water vapor is detected, and a predetermined time ΔTM-a has elapsed since the time when the occurrence of water vapor was detected. Then, the burner 25 may be ignited. At this time, only the combustion air (combustion oxidant gas) may be supplied to the burner 25 from the time when the generation of water vapor is detected until the burner 25 is ignited. The start-up operation in this case refers to the start-up operation period after the time when the start instruction is received, and the ignition / non-ignition of the burner 25 is not relevant.

また、蒸発部28での水蒸気の発生の検知は、上述したように蒸発部28の温度を測定し蒸発部温度T1を使用して行うようにしたが、これに代えて、改質部21の出口温度を測定しその出口温度を使用して行うようにしてもよい。この場合、制御装置30は、改質部21の出口部の温度上昇率が所定値以上になったとき、水蒸気の生成が開始されたと判定するようにすればよい。さらに、燃焼ガス流路26の温度を測定しその燃焼部温度を使用して行うようにしてもよい。この場合、制御装置30は、燃焼ガス流路26の温度低下率が所定値以上になったとき、水蒸気の生成が開始されたと判定するようにすればよい。   In addition, the detection of the generation of water vapor in the evaporation unit 28 is performed by measuring the temperature of the evaporation unit 28 and using the evaporation unit temperature T1 as described above. The outlet temperature may be measured and the outlet temperature may be used. In this case, the control device 30 may determine that the generation of water vapor has started when the rate of temperature increase at the outlet of the reforming unit 21 has reached a predetermined value or more. Further, the temperature of the combustion gas passage 26 may be measured and the temperature of the combustion part may be used. In this case, the control device 30 may determine that the generation of water vapor has been started when the temperature decrease rate of the combustion gas flow path 26 becomes equal to or higher than a predetermined value.

本発明による改質装置を適用した燃料電池システムの一実施の形態の概要を示す概要図である。1 is a schematic diagram showing an outline of an embodiment of a fuel cell system to which a reformer according to the present invention is applied. 図1に示すバーナを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the burner shown in FIG. 図1に示す燃料電池システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the fuel cell system shown in FIG. 図3に示す制御装置で実行される制御プログラムの概要を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline | summary of the control program performed with the control apparatus shown in FIG. 図3に示す制御装置で実行される制御プログラムの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the control program performed with the control apparatus shown in FIG. バーナの燃焼中に蒸発部での水蒸気発生を検知した場合の燃料電池システムの動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows operation | movement of a fuel cell system when the water vapor | steam generation | occurrence | production in an evaporation part is detected during combustion of a burner. 図3に示す制御装置で実行される制御プログラムの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the control program performed with the control apparatus shown in FIG. 図3に示す制御装置で実行される制御プログラムの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the control program performed with the control apparatus shown in FIG. バーナの燃焼停止中に蒸発部での水蒸気発生を検知した場合の燃料電池システムの動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows operation | movement of a fuel cell system when the water vapor | steam generation | occurrence | production in an evaporation part is detected during the combustion stop of a burner.

符号の説明Explanation of symbols

10…燃料電池、11…燃料極、12…空気極、20…改質装置、21…改質部、22…冷却部(熱交換部)、23…一酸化炭素シフト反応部(COシフト部)、24…一酸化炭素浄化部(CO浄化部)、25…バーナ、25a…基部、25b…燃焼筒、25b1…仕切り板、25b2…第2噴出口、25c…オフガスノズル、25c1…第1噴出口、25e…温度センサ、25g…点火用電極、26…燃焼ガス流路、27…燃焼部、28…蒸発部、29…断熱部、30…制御装置、41…燃料供給管、42…燃料ポンプ、43…改質用燃料バルブ、44…燃焼用燃料供給管、45…燃焼用燃料バルブ、46…脱硫器、51…水蒸気供給管、52…給水管、53…改質水ポンプ、54…改質水バルブ、61…酸化用空気供給管、62…酸化用空気ポンプ、63…酸化用空気バルブ、64…燃焼用空気供給管、65…燃焼用空気ポンプ、66…燃焼用空気バルブ、67…カソード用空気供給管、68…カソード用空気ポンプ、69…カソード用空気バルブ、71…改質ガス供給管、72…オフガス供給管、73…バイパス管、74…第1改質ガスバルブ、75…オフガスバルブ、76…第2改質ガスバルブ、81,82…排気管、89…接続管。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell, 11 ... Fuel electrode, 12 ... Air electrode, 20 ... Reformer, 21 ... Reformer, 22 ... Cooling part (heat exchange part), 23 ... Carbon monoxide shift reaction part (CO shift part) 24 ... carbon monoxide purification unit (CO purification unit), 25 ... burner, 25a ... base, 25b ... combustion cylinder, 25b1 ... partition plate, 25b2 ... second outlet, 25c ... off-gas nozzle, 25c1 ... first outlet 25e ... temperature sensor, 25g ... ignition electrode, 26 ... combustion gas flow path, 27 ... combustion part, 28 ... evaporation part, 29 ... heat insulation part, 30 ... control device, 41 ... fuel supply pipe, 42 ... fuel pump, 43 ... Reforming fuel valve, 44 ... Combustion fuel supply pipe, 45 ... Combustion fuel valve, 46 ... Desulfurizer, 51 ... Steam supply pipe, 52 ... Feed water pipe, 53 ... Reforming water pump, 54 ... Reforming Water valve, 61 ... oxidation air supply pipe, 62 ... oxidation Air pump, 63 ... Oxidation air valve, 64 ... Combustion air supply pipe, 65 ... Combustion air pump, 66 ... Combustion air valve, 67 ... Cathode air supply pipe, 68 ... Cathode air pump, 69 ... Cathode Air valve, 71 ... reformed gas supply pipe, 72 ... off gas supply pipe, 73 ... bypass pipe, 74 ... first reformed gas valve, 75 ... off gas valve, 76 ... second reformed gas valve, 81, 82 ... exhaust pipe 89 ... Connection pipe.

Claims (5)

改質用燃料と改質水が供給されて改質ガスを生成する改質部と、
前記改質水が供給されて該改質水を蒸発させて前記改質部に供給する蒸発部と、
起動運転中において少なくとも前記改質ガスが前記改質部から供給されて該改質ガスを燃焼用酸化剤ガスで燃焼するバーナを有し該バーナから排出される燃焼ガスで前記改質部を加熱する燃焼部と、を備え、
前記起動運転中であって前記バーナの最初の着火以降の該バーナの燃焼中において、前記蒸発部での水蒸気の発生が検知された場合には、前記バーナの燃焼が停止され
前記水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過するまでは、前記改質水の供給を継続し、
前記水蒸気の発生検知時点から前記所定時間だけ経過した時点から、前記改質用燃料の供給を開始して前記バーナの再着火が行われることを特徴とした改質装置。
A reforming unit that is supplied with reforming fuel and reforming water to generate reformed gas;
An evaporating unit that is supplied with the reforming water, evaporates the reforming water, and supplies the reforming unit to the reforming unit;
During the start-up operation, at least the reformed gas is supplied from the reforming section, and the reforming section is heated by the combustion gas discharged from the burner having a burner that burns the reformed gas with a combustion oxidant gas. And a combustion section that
During the start-up operation and during the combustion of the burner after the first ignition of the burner, when the generation of water vapor in the evaporation section is detected, the combustion of the burner is stopped ,
Until the elapse of a predetermined time from the generation detection time of the steam, the supply of the reforming water is continued,
A reformer characterized in that supply of the reforming fuel is started and the burner is re-ignited from the time when the predetermined time has elapsed from the time when the generation of steam is detected .
改質用燃料と改質水が供給されて改質ガスを生成する改質部と、
前記改質水が供給されて該改質水を蒸発させて前記改質部に供給する蒸発部と、
起動運転中において少なくとも前記改質ガスが供給されて該改質ガスを燃焼用酸化剤ガスで燃焼するバーナを有し該バーナから排出される燃焼ガスで前記改質部を加熱する燃焼部と、を備え、
前記起動運転中であって前記バーナの最初の着火以降の該バーナの燃焼停止中において、前記蒸発部での水蒸気の発生が検知された場合には、前記水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過するまでは、前記改質水の供給を継続し、かつ、前記バーナの着火が禁止され、前記水蒸気の発生検知時点から所定時間だけ経過した時点から前記改質用燃料の供給を開始して前記バーナの着火が行われることを特徴とした改質装置。
A reforming unit that is supplied with reforming fuel and reforming water to generate reformed gas;
An evaporating unit that is supplied with the reforming water, evaporates the reforming water, and supplies the reforming unit to the reforming unit;
A combustion section that has a burner that is supplied with at least the reformed gas during start-up operation and burns the reformed gas with a combustion oxidant gas, and that heats the reformed section with the combustion gas discharged from the burner; With
During the start-up operation and when the combustion of the burner after the first ignition of the burner is stopped, when the generation of water vapor in the evaporation section is detected, a predetermined time has elapsed from the time when the water vapor generation was detected. until the continued supply of the reforming water, and re-ignition of the burner is prohibited, from the point of elapse of a predetermined time after occurrence detection point of the water vapor, starting the supply of fuel for the reformer reforming apparatus characterized in that the re-ignition takes place in the burner Te.
記燃焼部は前記燃焼ガスが前記改質部と熱交換した後に前記蒸発部と熱交換を行うものであり、
前記水蒸気の発生検知時点から前記バーナが着火されるまでは、前記バーナへ前記燃焼用酸化剤ガスのみが供給されることを特徴とした請求項1または請求項2記載の改質装置。
Before SL combustion unit is to carry out the evaporation section and the heat exchanger after the combustion gas is heat-exchanged the reforming section,
3. The reformer according to claim 1 , wherein only the combustion oxidant gas is supplied to the burner from the time when the generation of the water vapor is detected until the burner is ignited.
前記バーナへ供給される燃焼用酸化剤ガスの供給量は、前記水蒸気の発生検知の直前より増大されることを特徴とした請求項3記載の改質装置。  The reformer according to claim 3, wherein the supply amount of the combustion oxidant gas supplied to the burner is increased immediately before the detection of the generation of the water vapor. 燃料ガスが燃料極に供給され、酸化剤ガスが酸化剤極に供給されて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、
請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の改質装置で生成された前記改質ガスを前記燃料ガスとして使用することを特徴とする燃料電池システム。
In a fuel cell system including a fuel cell in which fuel gas is supplied to the fuel electrode and oxidant gas is supplied to the oxidant electrode to generate electric power,
A fuel cell system using the reformed gas generated by the reformer according to any one of claims 1 to 4 as the fuel gas.
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