JP5505381B2 - FUEL CELL TYPE POWER GENERATOR AND FUEL TREATMENT METHOD - Google Patents

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Description

本発明は、燃料を発電セル（燃料電池本体）で電気化学反応させることで電力を取り出す燃料電池型発電装置に関するとともに、発電セルから排出される未反応の燃料の処理方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell power generation apparatus that extracts electric power by causing a fuel to electrochemically react in a power generation cell (fuel cell body), and also relates to a method for treating unreacted fuel discharged from the power generation cell.

燃料電池は燃料の電気化学反応により電力を取り出すものであり、燃料電池の研究・開発が広く行われている。燃料電池に用いる燃料は水素ガスであり、メタノール等の原燃料を改質器で改質することでその水素ガスを生成している（特許文献１、特許文献２参照。）。また、エネルギーの利用効率を高めるために、発電セル（燃料電池本体）から排出される未反応の水素ガスをバーナー等の燃焼器で燃焼させ、その燃焼熱によって改質器を加熱することが行われている（特許文献１、特許文献２参照。）。また、発電セルから排出される燃料を分岐させて別の燃焼器に送り、その別の燃焼器への燃料の供給量を制御することによって、改質器加熱用の燃焼器の燃焼量を制御することで改質器の温度制御を行っている（特許文献１、特許文献２参照）。   A fuel cell takes out electric power by the electrochemical reaction of a fuel, and research and development of a fuel cell are widely performed. The fuel used for the fuel cell is hydrogen gas, and the hydrogen gas is generated by reforming raw fuel such as methanol with a reformer (see Patent Document 1 and Patent Document 2). In order to increase the efficiency of energy use, unreacted hydrogen gas discharged from the power generation cell (fuel cell body) is burned in a combustor such as a burner, and the reformer is heated by the combustion heat. (See Patent Document 1 and Patent Document 2). In addition, the amount of fuel discharged from the power generation cell is branched and sent to another combustor, and the amount of fuel supplied to the other combustor is controlled to control the combustion amount of the combustor for reformer heating. Thus, the temperature of the reformer is controlled (see Patent Document 1 and Patent Document 2).

特開平９−４５３４９号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-45349 特開平７−１９２７４２号公報JP-A-7-192742

しかしながら、発電セル（燃料電池本体）から別の燃焼器への燃料の供給量を制御したものとしても、その別の燃焼器や改質器加熱用燃焼器から未燃焼の燃料が排出されてしまうことがある。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、燃焼器から未燃焼の燃料が排出されないようにすることを目的とする。 However, even if the amount of fuel supplied from the power generation cell (fuel cell body) to another combustor is controlled, unburned fuel is discharged from the other combustor or the reformer heating combustor. Sometimes.
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to prevent unburned fuel from being discharged from a combustor.

以上の課題を解決するために、本発明では、燃料電池型発電装置が、原燃料を改質することで燃料を生成する改質器と、生成された燃料が送られ、当該燃料の電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、前記発電セルから排出される未反応の燃料を燃焼させる第１の燃焼器と、前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を燃焼させる第２の燃焼器と、酸化剤を含む気体を前記第１の燃焼器に供給するポンプと、前記ポンプにより供給される酸化剤を含む気体の供給量を制御するコントローラと、前記改質器の上流に設けられた蒸発器と、前記第１の燃焼器と前記第２の燃焼器との流路間に設けられ、前記蒸発器を加熱する第３の燃焼器と、を備え、
前記コントローラは、前記第１の燃焼器に前記未反応の燃料を完全燃焼する量よりも少ない量の酸化剤を含む気体を供給するように前記ポンプを制御するという構成を採った。
また、本発明では、燃料電池型発電装置が、原燃料を改質することで燃料を生成する改質器と、生成された燃料が送られ、当該燃料の電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、前記発電セルから排出される未反応の燃料を燃焼させる第１の燃焼器と、前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を燃焼させる第２の燃焼器と、酸化剤を含む気体を前記第２の燃焼器に供給するポンプと、前記ポンプにより供給される酸化剤を含む気体の供給量を制御するコントローラと、前記改質器の上流に設けられた蒸発器と、前記第１の燃焼器と前記第２の燃焼器との流路間に設けられ、前記蒸発器を加熱する第３の燃焼器と、を備え、
前記コントローラは、前記第２の燃焼器に前記未燃焼の燃料を全て燃焼するために十分な量の酸化剤を含む気体を供給するように前記ポンプを制御するという構成を採った。
上記発明において、好ましくは、前記改質器及び前記第１の燃焼器を収容する断熱パッケージと、を更に備えている。
上記発明において、好ましくは、前記第２の燃焼器が前記第２の燃焼器が前記断熱パッケージの外に設けられている。
上記発明において、好ましくは、前記第３の燃焼器が前記断熱パッケージの内に設けられている。
上記発明において、好ましくは、前記第３の燃焼器の温度を測定する温度センサと、
酸化剤を含む気体を前記第３の燃焼器に供給する第２のポンプと、前記温度センサの測定温度に応じて前記第３の燃焼器に供給される酸化剤を含む気体の供給量を制御するように前記第２のポンプを制御する第２のコントローラと、を更に備え、前記第２のコントローラは、前記測定温度が所定値未満である場合に前記第２のポンプによる酸化剤を含む気体の供給量を所定の量よりも増やし、前記測定温度が前記所定値より高い場合に前記第２のポンプによる酸化剤を含む気体の供給量を前記所定の量よりも減らす。 In order to solve the above problems, the present invention, a fuel cell type power generation device, a reformer fuel to generate, was generated fuel sent by reforming a raw fuel, electricity of the fuel A power generation cell for extracting electric power by a chemical reaction, a first combustor for burning unreacted fuel discharged from the power generation cell, and a second for burning unburned fuel discharged from the first combustor A combustor, a pump for supplying a gas containing an oxidant to the first combustor, a controller for controlling a supply amount of a gas containing the oxidant supplied by the pump, and upstream of the reformer An evaporator provided, and a third combustor that is provided between flow paths of the first combustor and the second combustor and that heats the evaporator,
The controller is configured to control the pump so that the first combustor is supplied with a gas containing an amount of oxidant that is smaller than the amount that completely burns the unreacted fuel.
In the present invention, a fuel cell power generating device takes out a reformer fuel to generate fuel by reforming a raw, was generated fuel is fed, a power by an electrochemical reaction of the fuel power A first combustor for burning unreacted fuel discharged from the power generation cell, a second combustor for burning unburned fuel discharged from the first combustor, and an oxidizer A pump for supplying a gas containing a gas to the second combustor, a controller for controlling a supply amount of a gas containing an oxidant supplied by the pump, an evaporator provided upstream of the reformer, A third combustor that is provided between flow paths between the first combustor and the second combustor and that heats the evaporator;
The controller is configured to control the pump so that the second combustor is supplied with a gas containing a sufficient amount of oxidant to burn all the unburned fuel.
In the above invention, it is preferable to further include a heat insulating package that houses the reformer and the first combustor.
In the above invention, preferably, the second combustor is provided outside the heat insulating package.
In the above invention, preferably, the third combustor is provided in the heat insulating package.
In the above invention, preferably, a temperature sensor that measures the temperature of the third combustor;
A second pump for supplying a gas containing an oxidant to the third combustor, and a supply amount of the gas containing the oxidant supplied to the third combustor according to the temperature measured by the temperature sensor is controlled. And a second controller for controlling the second pump, wherein the second controller includes a gas containing an oxidant from the second pump when the measured temperature is lower than a predetermined value. When the measured temperature is higher than the predetermined value, the supply amount of the gas containing the oxidizing agent by the second pump is decreased from the predetermined amount.

本発明では、燃料の処理方法は、燃料の電気化学反応により電力を取り出す発電セルから排出される未反応の燃料の処理方法であって、原燃料を改質することで燃料を生成して、生成した燃料を前記発電セルに送り、前記発電セルから排出される未反応の燃料を第１の燃焼器で燃焼させ、前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を第２の燃焼器で燃焼させ、前記第１の燃焼器に前記未反応の燃料を完全燃焼する量よりも少ない量の酸化剤を含む気体を供給するとともに、前記第１の燃焼器と前記第２の燃焼器との流路間に設けられた第３の燃焼器で、前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を燃焼させ、前記原燃料を蒸発させる蒸発器を加熱するように制御するという構成を採った。
また、燃料の処理方法は、燃料の電気化学反応により電力を取り出す発電セルから排出される未反応の燃料の処理方法であって、原燃料を改質することで燃料を生成して、生成した燃料を前記発電セルに送り、前記発電セルから排出される未反応の燃料を第１の燃焼器で燃焼させ、前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を第２の燃焼器で燃焼させ、前記第２の燃焼器に前記未燃焼の燃料を全て燃焼するために十分な量の酸化剤を含む気体を供給するとともに、前記第１の燃焼器と前記第２の燃焼器との流路間に設けられた第３の燃焼器で、前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を燃焼させ、前記原燃料を蒸発させる蒸発器を加熱するように制御するという構成を採った。 In the present invention, the fuel processing method is a method for processing unreacted fuel discharged from a power generation cell that extracts electric power by an electrochemical reaction of fuel, and generates fuel by reforming raw fuel, The generated fuel is sent to the power generation cell, unreacted fuel discharged from the power generation cell is burned by the first combustor, and unburned fuel discharged from the first combustor is secondly burned. And the first combustor and the second combustor are supplied with a gas containing an oxidizer in an amount smaller than the amount that completely burns the unreacted fuel. And a third combustor provided between the flow path and the unburned fuel discharged from the first combustor and controlling the evaporator to evaporate the raw fuel to be heated. Adopted composition.
The fuel processing method is a method for processing unreacted fuel discharged from a power generation cell that extracts electric power through an electrochemical reaction of the fuel, and is generated by reforming raw fuel to generate fuel. Fuel is sent to the power generation cell, unreacted fuel discharged from the power generation cell is burned in a first combustor, and unburned fuel discharged from the first combustor is burned in a second combustor. A gas containing a sufficient amount of oxidant to burn and to burn all of the unburned fuel to the second combustor, and between the first combustor and the second combustor A configuration in which the third combustor provided between the flow paths is controlled so as to burn the unburned fuel discharged from the first combustor and to heat the evaporator that evaporates the raw fuel. I took it.

本発明によれば、第１の燃焼器で未燃焼だった燃料が第２の燃焼器で燃焼されるので、第２の燃焼器から可燃性の排ガスが排出しないようにすることができる。   According to the present invention, since the fuel that has not been burned in the first combustor is burned in the second combustor, it is possible to prevent the combustible exhaust gas from being discharged from the second combustor.

第１実施形態の燃料電池型発電装置のブロック図である。It is a block diagram of the fuel cell type power generator of a 1st embodiment. 上記燃料電池型発電装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the said fuel cell type electric power generating apparatus. 第２実施形態の燃料電池型発電装置のブロック図である。It is a block diagram of the fuel cell type power generator of a 2nd embodiment.

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.

〔第１の実施の形態〕
図１は、燃料電池型発電装置１のブロック図であり、図２は、燃料電池型発電装置１の概略断面図である。この燃料電池型発電装置１は、カートリッジ２、ポンプ３、蒸発器４、改質器５、一酸化炭素除去器６、発電セル（燃料電池本体）８、第１の触媒燃焼器９、第２の触媒燃焼器１０、コントローラ３０、エアポンプ３１及びエアポンプ３２を備える。この燃料電池型発電装置１はノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、電子手帳、デジタルカメラ、携帯電話機、腕時計、レジスタ及びプロジェクタ等といった電子機器に搭載されている。ポンプ３、蒸発器４、改質器５、一酸化炭素除去器６、発電セル８、第１の触媒燃焼器９、第２の触媒燃焼器１０、コントローラ３０、第１のエアポンプ３１及び第２のエアポンプ３２が電子機器本体に内蔵され、カートリッジ２が電子機器本体に対して着脱可能とされ、カートリッジ２が電子機器本体に装着されるとカートリッジ２とポンプ３が接続される。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram of the fuel cell type power generator 1, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the fuel cell type power generator 1. This fuel cell type power generator 1 includes a cartridge 2, a pump 3, an evaporator 4, a reformer 5, a carbon monoxide remover 6, a power generation cell (fuel cell body) 8, a first catalytic combustor 9, a second Catalyst combustor 10, controller 30, air pump 31, and air pump 32. The fuel cell type power generation device 1 is mounted on electronic devices such as a notebook personal computer, a PDA, an electronic notebook, a digital camera, a mobile phone, a wristwatch, a register, and a projector. Pump 3, evaporator 4, reformer 5, carbon monoxide remover 6, power generation cell 8, first catalytic combustor 9, second catalytic combustor 10, controller 30, first air pump 31 and second The air pump 32 is built in the electronic device main body, the cartridge 2 can be attached to and detached from the electronic device main body, and the cartridge 2 and the pump 3 are connected when the cartridge 2 is mounted on the electronic device main body.

カートリッジ２は、液体の原燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル）と水が混合した状態又は別々に貯留されている。   The cartridge 2 is stored in a state where liquid raw fuel (for example, methanol, ethanol, dimethyl ether) and water are mixed or separately.

ポンプ３は、カートリッジ２内の原燃料と水を吸引して、原燃料と水の混合液を蒸発器４に送液するものである。   The pump 3 sucks the raw fuel and water in the cartridge 2 and sends a mixed liquid of the raw fuel and water to the evaporator 4.

蒸発器４には電熱材からなる電気ヒータ兼温度センサ４１が設けられている。電気ヒータ兼温度センサ４１は、電気抵抗値が温度に依存するものであり、温度センサとしても機能する。ポンプ３から蒸発器４に送られた混合液は電気ヒータ兼温度センサ４１の熱や第１の触媒燃焼器９の熱により蒸発される。蒸発器４で気化した混合気は改質器５へ送られる。   The evaporator 4 is provided with an electric heater / temperature sensor 41 made of an electrothermal material. The electric heater / temperature sensor 41 has an electrical resistance value that depends on temperature, and also functions as a temperature sensor. The liquid mixture sent from the pump 3 to the evaporator 4 is evaporated by the heat of the electric heater / temperature sensor 41 and the heat of the first catalytic combustor 9. The air-fuel mixture vaporized by the evaporator 4 is sent to the reformer 5.

改質器５には、電気抵抗値が温度に依存する電熱材からなる電気ヒータ兼温度センサ５１が設けられている。改質器５の内部には流路が形成され、その流路の壁面に触媒が担持されている。蒸発器４から改質器５に送られる混合気は、改質器５の流路を流れ、電気ヒータ兼温度センサ５１や第１の触媒燃焼器９により加熱されて、触媒により反応を起こす。原燃料と水の触媒反応によって燃料としての水素、二酸化炭素（及び、後述の副生成物である微量な一酸化炭素等）が生成される。なお、原燃料がメタノールの場合、改質器５では主に次式（１）に示すような反応が起こる。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（１） The reformer 5 is provided with an electric heater / temperature sensor 51 made of an electric heating material whose electric resistance value depends on temperature. A flow path is formed inside the reformer 5, and a catalyst is supported on the wall surface of the flow path. The air-fuel mixture sent from the evaporator 4 to the reformer 5 flows through the flow path of the reformer 5, is heated by the electric heater / temperature sensor 51 and the first catalytic combustor 9, and causes a reaction by the catalyst. Hydrogen and carbon dioxide (and a small amount of carbon monoxide, which is a by-product described later) as a fuel are generated by a catalytic reaction between the raw fuel and water. When the raw fuel is methanol, the reformer 5 mainly undergoes a reaction represented by the following formula (1).
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)

一酸化炭素は化学反応式（１）についで逐次的に起こる次式（２）のような式によって微量に副生される。
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ …（２）
一酸化炭素除去器６には、電気抵抗値が温度に依存する電熱材からなる電気ヒータ兼温度センサ６１が設けられている。一酸化炭素除去器６の内部には流路が形成され、その流路の壁面に触媒が担持されている。改質器５で生成された改質ガスは一酸化炭素除去器６へ送られる。更に、外部の空気が一酸化炭素除去器６へ送られる。改質器５から一酸化炭素除去器６に送られた改質ガスが空気と混合して一酸化炭素除去器６の流路を流れ、電気ヒータ兼温度センサ６１や第１の触媒燃焼器９により加熱される。そして、改質ガスのうち一酸化炭素が触媒により次式（３）のように優先的に酸化される。これにより二酸化炭素が生成され、改質ガスから一酸化炭素が除去される。例えば、改質ガス中の一酸化炭素の濃度が１０ｐｐｍ以下になる。
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 …（３） Carbon monoxide is by-produced in a trace amount by an equation such as the following equation (2) that occurs sequentially following the chemical reaction equation (1).
H 2 + CO 2 → H 2 O + CO (2)
The carbon monoxide remover 6 is provided with an electric heater / temperature sensor 61 made of an electric heating material whose electric resistance value depends on temperature. A channel is formed inside the carbon monoxide remover 6, and a catalyst is supported on the wall surface of the channel. The reformed gas generated in the reformer 5 is sent to the carbon monoxide remover 6. Further, external air is sent to the carbon monoxide remover 6. The reformed gas sent from the reformer 5 to the carbon monoxide remover 6 is mixed with air and flows through the flow path of the carbon monoxide remover 6, and the electric heater / temperature sensor 61 and the first catalytic combustor 9. Is heated by. Then, carbon monoxide in the reformed gas is preferentially oxidized by the catalyst as shown in the following formula (3). As a result, carbon dioxide is generated, and carbon monoxide is removed from the reformed gas. For example, the concentration of carbon monoxide in the reformed gas is 10 ppm or less.
2CO + O 2 → 2CO 2 (3)

上記蒸発器４、改質器５及び一酸化炭素除去器６は箱状の断熱パッケージ２０内に収容されている。断熱パッケージ２０内の気圧は真空圧（例えば、１０Ｐａ以下）に保たれている。   The evaporator 4, the reformer 5 and the carbon monoxide remover 6 are accommodated in a box-shaped heat insulation package 20. The atmospheric pressure in the heat insulation package 20 is kept at a vacuum pressure (for example, 10 Pa or less).

発電セル８は、電解質膜８２と、電解質膜８２の一方の面に接合された燃料極膜８１と、電解質膜８２の他方の面に接合された酸素極膜８３と、燃料極膜８１に接合してその接合面に流路を形成した燃料極セパレータ８５と、酸素極膜８３に接合してその接合面に流路を形成した酸素極セパレータ８６とを備える。電解質膜８２、燃料極膜８１、酸素極膜８３を接合したものが膜電極接合体８４である。   The power generation cell 8 is joined to the electrolyte membrane 82, the fuel electrode membrane 81 joined to one surface of the electrolyte membrane 82, the oxygen electrode membrane 83 joined to the other surface of the electrolyte membrane 82, and the fuel electrode membrane 81. Then, a fuel electrode separator 85 having a flow path formed on the bonding surface and an oxygen electrode separator 86 bonded to the oxygen electrode film 83 and having a flow path formed on the bonding surface are provided. A membrane electrode assembly 84 is formed by joining the electrolyte membrane 82, the fuel electrode membrane 81, and the oxygen electrode membrane 83.

一酸化炭素除去器６から排出された改質ガスは発電セル８の燃料極セパレータ８５の流路に送られる。もう一方の酸素極セパレータ８６の流路には空気が送られる。そして、燃料極膜８１に供給された改質ガス中の水素が、酸素極膜８３を介して、酸素極膜８３に供給された空気中の酸素と電気化学反応することによって、燃料極膜８１と酸素極膜８３との間で電力が生じる。なお、電解質膜８２が水素イオン透過性の電解質膜（例えば、固体高分子電解質膜）の場合には、燃料極膜８１では次式（４）のような反応が起き、燃料極膜８１で生成された水素イオンが電解質膜８２を透過し、酸素極膜８３では次式（５）のような反応が起こる。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- …（４）
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ …（５） The reformed gas discharged from the carbon monoxide remover 6 is sent to the flow path of the fuel electrode separator 85 of the power generation cell 8. Air is sent to the flow path of the other oxygen electrode separator 86. Then, hydrogen in the reformed gas supplied to the fuel electrode film 81 undergoes an electrochemical reaction with oxygen in the air supplied to the oxygen electrode film 83 via the oxygen electrode film 83, whereby the fuel electrode film 81. Electric power is generated between the oxygen electrode film 83 and the oxygen electrode film 83. When the electrolyte membrane 82 is a hydrogen ion permeable electrolyte membrane (for example, a solid polymer electrolyte membrane), a reaction of the following formula (4) occurs in the fuel electrode membrane 81 and is generated in the fuel electrode membrane 81. The hydrogen ions thus transmitted permeate the electrolyte membrane 82, and a reaction represented by the following formula (5) occurs in the oxygen electrode membrane 83.
H 2 → 2H + + 2e − (4)
2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O (5)

燃料極膜８１と酸素極膜８３は負荷（例えば、モータ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、二次電池等）７に接続され、発電セル８で取り出された電力により負荷７が動作する。   The fuel electrode film 81 and the oxygen electrode film 83 are connected to a load (for example, a motor, a DC-DC converter, a secondary battery, etc.) 7, and the load 7 is operated by the electric power extracted by the power generation cell 8.

燃料極セパレータ８５の流路を通過した改質ガスには、未反応の水素も含まれている。そして、燃料極セパレータ８５の流路を通過して排出される排改質ガスは、第１の触媒燃焼器９に供給される。更に、外部の空気がエアポンプ３１によって吸引されて第１の触媒燃焼器９に供給される。エアポンプ３１としては電動ファン等が用いられる。   The reformed gas that has passed through the flow path of the fuel electrode separator 85 also contains unreacted hydrogen. Then, the exhaust reformed gas discharged through the flow path of the fuel electrode separator 85 is supplied to the first catalytic combustor 9. Further, external air is sucked by the air pump 31 and supplied to the first catalytic combustor 9. An electric fan or the like is used as the air pump 31.

第１の触媒燃焼器９には、電熱材からなる電気ヒータ兼温度センサ９１が設けられている。電気ヒータ兼温度センサ９１の電気抵抗値が温度に依存するので、この電気ヒータ兼温度センサ９１が第１の触媒燃焼器９の温度を測定する温度センサとしても機能し、その電気ヒータ兼温度センサ９１による測定温度が電気信号としてコントローラ３０に入力される。   The first catalytic combustor 9 is provided with an electric heater / temperature sensor 91 made of an electric heating material. Since the electric resistance value of the electric heater / temperature sensor 91 depends on the temperature, the electric heater / temperature sensor 91 also functions as a temperature sensor for measuring the temperature of the first catalytic combustor 9, and the electric heater / temperature sensor The temperature measured by 91 is input to the controller 30 as an electrical signal.

また、第１の触媒燃焼器９の内部には流路が形成され、その流路の壁面に触媒が担持されている。燃料極セパレータ８５から第１の触媒燃焼器９に送られた排改質ガスが空気と混合して第１の触媒燃焼器９の流路を流れ、電気ヒータ兼温度センサ９１により加熱される。第１の触媒燃焼器９の流路を流れている排改質ガスのうち水素が触媒により燃焼され、これにより燃焼熱が発生する。この第１の触媒燃焼器９が断熱パッケージ２０内に収容され、第１の触媒燃焼器９で発生した燃焼熱は蒸発器４における蒸発、改質器５における改質反応、一酸化炭素除去器６における選択酸化反応に用いられる。また、断熱パッケージ２０内では、蒸発器４、改質器５、一酸化炭素除去器６及び第１の触媒燃焼器９が熱伝導材２１に接するように搭載され、第１の触媒燃焼器９の燃焼熱が熱伝導材２１によって蒸発器４、改質器５、一酸化炭素除去器６に伝導される。   Further, a flow path is formed inside the first catalytic combustor 9, and a catalyst is supported on the wall surface of the flow path. The exhaust reformed gas sent from the fuel electrode separator 85 to the first catalytic combustor 9 is mixed with air, flows through the flow path of the first catalytic combustor 9, and is heated by the electric heater / temperature sensor 91. Of the exhaust reformed gas flowing through the flow path of the first catalytic combustor 9, hydrogen is burned by the catalyst, thereby generating combustion heat. The first catalytic combustor 9 is accommodated in the heat insulating package 20, and the combustion heat generated in the first catalytic combustor 9 is evaporated in the evaporator 4, reforming reaction in the reformer 5, and carbon monoxide remover. 6 for the selective oxidation reaction. In the heat insulating package 20, the evaporator 4, the reformer 5, the carbon monoxide remover 6, and the first catalytic combustor 9 are mounted so as to be in contact with the heat conducting material 21, and the first catalytic combustor 9. Is transferred to the evaporator 4, the reformer 5, and the carbon monoxide remover 6 by the heat conducting material 21.

第１の触媒燃焼器９から第２の触媒燃焼器１０に排改質ガスが供給され、更に外部の空気がエアポンプ３２によって第２の触媒燃焼器１０に供給される。エアポンプ３２としては電動ファン等が用いられる。第２の触媒燃焼器１０には、電気抵抗値が温度に依存する電熱材からなる電気ヒータ兼温度センサ１１が設けられ、この電気ヒータ兼温度センサ１１が温度センサとしても機能する。第２の触媒燃焼器１０の内部には流路が形成され、その流路の壁面に触媒が担持されている。また、この第２の触媒燃焼器１０は、断熱パッケージ２０の外にある。   Exhaust reformed gas is supplied from the first catalytic combustor 9 to the second catalytic combustor 10, and external air is supplied to the second catalytic combustor 10 by the air pump 32. An electric fan or the like is used as the air pump 32. The second catalytic combustor 10 is provided with an electric heater / temperature sensor 11 made of an electric heating material whose electric resistance value depends on temperature, and the electric heater / temperature sensor 11 also functions as a temperature sensor. A flow path is formed inside the second catalytic combustor 10, and a catalyst is supported on the wall surface of the flow path. The second catalytic combustor 10 is outside the heat insulating package 20.

第１の触媒燃焼器９から第２の触媒燃焼器１０に送られた排改質ガスが空気と混合して第２の触媒燃焼器１０の流路を流れ、電気ヒータ兼温度センサ１１により加熱される。第２の触媒燃焼器１０の流路を流れている排改質ガスのうち水素が触媒により燃焼される。これにより、第１の触媒燃焼器９から送られてきた排改質ガス中に含まれる微量な水素が除去され、第２の触媒燃焼器１０の流路を流れた排改質ガスは外部に放出される。   The exhaust reformed gas sent from the first catalytic combustor 9 to the second catalytic combustor 10 is mixed with air and flows through the flow path of the second catalytic combustor 10, and is heated by the electric heater / temperature sensor 11. Is done. Of the exhaust reformed gas flowing through the flow path of the second catalytic combustor 10, hydrogen is combusted by the catalyst. As a result, a small amount of hydrogen contained in the exhaust reformed gas sent from the first catalytic combustor 9 is removed, and the exhaust reformed gas flowing through the flow path of the second catalytic combustor 10 is discharged to the outside. Released.

コントローラ３０は、電気ヒータ兼温度センサ９１の測定温度を表す電気信号を電気ヒータ兼温度センサ９１から入力する機能と、電気ヒータ兼温度センサ９１から入力した測定温度に応じてエアポンプ３１の空気の供給量を制御する制御機能とを有する。コントローラ３０の制御機能は、電気ヒータ兼温度センサ９１の測定温度を所定値と比較する比較機能と、その比較の結果、電気ヒータ兼温度センサ９１の測定温度が所定値未満である場合にはエアポンプ３１の空気の供給量を所定の一定量よりも増やす機能と、比較の結果、電気ヒータ兼温度センサ９１の測定温度が所定値より高い場合にはエアポンプ３１の空気の供給量をその一定量より低くする機能とを有する。なお、コントローラ３０がコンピュータである場合には、コントローラ３０の各機能は、記憶媒体に記憶されたプログラムをコントローラ３０が読み込むことで実現される。各種の論理回路を組み合わせてコントローラ３０の各機能を実現しても良い。   The controller 30 inputs an electric signal representing the measured temperature of the electric heater / temperature sensor 91 from the electric heater / temperature sensor 91 and supplies air from the air pump 31 according to the measured temperature input from the electric heater / temperature sensor 91. And a control function for controlling the amount. The control function of the controller 30 includes a comparison function for comparing the measured temperature of the electric heater / temperature sensor 91 with a predetermined value, and an air pump when the measured temperature of the electric heater / temperature sensor 91 is less than the predetermined value as a result of the comparison. When the measured temperature of the electric heater / temperature sensor 91 is higher than a predetermined value as a result of comparison with the function of increasing the air supply amount of the air pump 31 over a predetermined amount, the air supply amount of the air pump 31 is made higher than the predetermined amount. It has a function to lower. When the controller 30 is a computer, each function of the controller 30 is realized by the controller 30 reading a program stored in a storage medium. Various functions of the controller 30 may be realized by combining various logic circuits.

次に、燃料電池型発電装置１の動作について説明するとともに、発電セル８の燃料極から排出された排改質ガス中の水素の処理方法について説明する。
電気ヒータ兼温度センサ４１、電気ヒータ兼温度センサ５１、電気ヒータ兼温度センサ６１、電気ヒータ兼温度センサ９１及び電気ヒータ兼温度センサ１１に電力が供給されて、電気ヒータ兼温度センサ４１、電気ヒータ兼温度センサ５１、電気ヒータ兼温度センサ６１、電気ヒータ兼温度センサ９１及び電気ヒータ兼温度センサ１１が発熱した状態で、ポンプ３が作動し、更にエアポンプ３２が作動し、更にコントローラ３０によってエアポンプ３１が作動する。ポンプ３によって原燃料と水が送液され、蒸発器４から改質器５、一酸化炭素除去器６、発電セル８の燃料極（燃料極セパレータ８５）及び第１の触媒燃焼器９を経由して第２の触媒燃焼器１０への流れが生じる。蒸発器４においては原燃料と水が蒸発し、改質器５では原燃料と水から改質ガスが生成され、一酸化炭素除去器６では改質ガス中の一酸化炭素が除去され、発電セル８では改質ガス中の水素の電気化学反応により電力が取り出され、第１の触媒燃焼器９では排改質ガス中の発電に使われずに残った水素が燃焼され、第１の触媒燃焼器９で燃焼されずに残った微量の水素が第２の触媒燃焼器１０で燃焼される。 Next, the operation of the fuel cell type power generation apparatus 1 will be described, and a method for treating hydrogen in the exhaust reformed gas discharged from the fuel electrode of the power generation cell 8 will be described.
Electric heater / temperature sensor 41, electric heater / temperature sensor 51, electric heater / temperature sensor 61, electric heater / temperature sensor 91, and electric heater / temperature sensor 11 are supplied with electric power, and electric heater / temperature sensor 41, electric heater In the state where the temperature sensor 51, the electric heater / temperature sensor 61, the electric heater / temperature sensor 91, and the electric heater / temperature sensor 11 generate heat, the pump 3 operates, the air pump 32 further operates, and the controller 30 further operates the air pump 31. Operates. The raw fuel and water are sent by the pump 3, and pass from the evaporator 4 through the reformer 5, the carbon monoxide remover 6, the fuel electrode (fuel electrode separator 85) of the power generation cell 8, and the first catalytic combustor 9. Thus, a flow to the second catalytic combustor 10 occurs. The evaporator 4 evaporates the raw fuel and water, the reformer 5 generates reformed gas from the raw fuel and water, the carbon monoxide remover 6 removes carbon monoxide from the reformed gas, and generates electricity. In the cell 8, electric power is taken out by the electrochemical reaction of hydrogen in the reformed gas, and in the first catalytic combustor 9, the remaining hydrogen that is not used for power generation in the exhaust reformed gas is burned, and the first catalytic combustion. A small amount of hydrogen remaining without being combusted in the combustor 9 is combusted in the second catalytic combustor 10.

そして、蒸発器４、改質器５、一酸化炭素除去器６、発電セル８、第１の触媒燃焼器９及び第２の触媒燃焼器１０の動作状態が安定し、改質ガス等の流れも安定し、発電セル８が定常発電状態で動作する。この定常発電状態では、電気ヒータ兼温度センサ４１、電気ヒータ兼温度センサ５１、電気ヒータ兼温度センサ６１、電気ヒータ兼温度センサ９１及び電気ヒータ兼温度センサ１１にヒータとして動作させるための電力供給を止めることができる。このような安定状態では電気ヒータ兼温度センサ９１の測定温度は所定値（設計値）であり、その測定温度を入力したコントローラ３０がエアポンプ３１の空気の供給量を所定の一定量に保つ。その一定量は、発電セル８から第１の触媒燃焼器９に送られる排改質ガス中の水素を全て燃焼させる量よりも少ないものとしておく。そのため、エアポンプ３１によって供給される空気中の酸素がほぼ１００％水素の燃焼に用いられても、第１の触媒燃焼器９では排改質ガス中の一部の水素が燃焼されずに残る。例えば、発電セル８がある発電状態で動作している場合に水素の消費率を８０％で行うとすると、２０％の未反応の水素が第１の触媒燃焼器９に送られる。そして、例えば１８％の水素が第１の触媒燃焼器９で燃焼されるように一定量の空気を送り、残りの２％の水素が第２の触媒燃焼器１０に送られる。   And the operation state of the evaporator 4, the reformer 5, the carbon monoxide remover 6, the power generation cell 8, the first catalytic combustor 9 and the second catalytic combustor 10 is stabilized, and the flow of reformed gas or the like The power generation cell 8 operates in a steady power generation state. In this steady power generation state, the electric heater / temperature sensor 41, the electric heater / temperature sensor 51, the electric heater / temperature sensor 61, the electric heater / temperature sensor 91, and the electric heater / temperature sensor 11 are supplied with power to operate as a heater. Can be stopped. In such a stable state, the measured temperature of the electric heater / temperature sensor 91 is a predetermined value (design value), and the controller 30 receiving the measured temperature keeps the air supply amount of the air pump 31 at a predetermined fixed amount. The fixed amount is set to be smaller than the amount of burning all the hydrogen in the exhaust reformed gas sent from the power generation cell 8 to the first catalytic combustor 9. Therefore, even if oxygen in the air supplied by the air pump 31 is used for combustion of almost 100% hydrogen, in the first catalytic combustor 9, a part of hydrogen in the exhaust reformed gas remains without being burned. For example, when the power generation cell 8 is operating in a certain power generation state, assuming that the consumption rate of hydrogen is 80%, 20% of unreacted hydrogen is sent to the first catalytic combustor 9. Then, for example, a certain amount of air is sent so that 18% of hydrogen is combusted in the first catalytic combustor 9, and the remaining 2% of hydrogen is sent to the second catalytic combustor 10.

以上のように、コントローラ３０によって定常発電状態で、エアポンプ３１の空気供給量が一定量に制御されることで、第１の触媒燃焼器９における水素の燃焼量が制御され、断熱パッケージ２０内の温度制御を容易に行うことができる。また、その安定状態では、第２の触媒燃焼器１０に送られる排改質ガス中の水素を全て燃焼するために、十分な量の空気がエアポンプ３２によって第２の触媒燃焼器１０に供給される。そのため、外部に排出される混合気に水素は含まれず、不燃性ガスとなる。   As described above, the amount of hydrogen combustion in the first catalytic combustor 9 is controlled by controlling the air supply amount of the air pump 31 to a constant amount in the steady power generation state by the controller 30, so Temperature control can be easily performed. In the stable state, a sufficient amount of air is supplied to the second catalytic combustor 10 by the air pump 32 in order to combust all the hydrogen in the exhaust reformed gas sent to the second catalytic combustor 10. The Therefore, hydrogen is not contained in the air-fuel mixture discharged to the outside and becomes a nonflammable gas.

また、発電セル８が定常発電量で動作して系が安定している時に、負荷７の消費電力量が低下すると、発電セル８の発電量が低下し、発電セル８で消費される水素の割合（消費率）が減る。そのため、発電セル８から第１の触媒燃焼器９に送られる排改質ガス中の水素の濃度が高まる。しかし、エアポンプ３１によって第１の触媒燃焼器９に供給される空気は一定量（定常発電時分）しか供給されないので、第１の触媒燃焼器９に送られる水素濃度が高まっても、その水素の燃焼量は変わらず、第１の触媒燃焼器９が昇温することがない。そして、第１の触媒燃焼器９から第２の触媒燃焼器１０に供給される排改質ガス中の水素濃度は高まる。例えば、発電セル８の水素の消費率が８０％から６０％に低下すると、４０％の未反応の水素が第１の触媒燃焼器９に送られ、１８％の水素が第１の触媒燃焼器９で燃焼され、残りの２２％の水素が第２の触媒燃焼器１０に送られるが、第２の触媒燃焼器１０には十分な量の空気が供給されているので、水素は第２の触媒燃焼器１０で全て燃焼される。   Further, when the power generation cell 8 operates at a steady power generation amount and the system is stable, if the power consumption amount of the load 7 decreases, the power generation amount of the power generation cell 8 decreases, and the hydrogen consumed in the power generation cell 8 decreases. The ratio (consumption rate) decreases. Therefore, the concentration of hydrogen in the exhaust reformed gas sent from the power generation cell 8 to the first catalytic combustor 9 increases. However, since the air supplied to the first catalytic combustor 9 by the air pump 31 is supplied only in a certain amount (for steady power generation), even if the hydrogen concentration sent to the first catalytic combustor 9 increases, the hydrogen The amount of combustion does not change, and the temperature of the first catalytic combustor 9 does not rise. Then, the hydrogen concentration in the exhaust reformed gas supplied from the first catalytic combustor 9 to the second catalytic combustor 10 increases. For example, when the hydrogen consumption rate of the power generation cell 8 is reduced from 80% to 60%, 40% of unreacted hydrogen is sent to the first catalytic combustor 9 and 18% of hydrogen is supplied to the first catalytic combustor. 9 and the remaining 22% of hydrogen is sent to the second catalytic combustor 10, but since the second catalytic combustor 10 is supplied with a sufficient amount of air, the hydrogen is All are combusted in the catalytic combustor 10.

逆に、発電セル８がある発電量で動作して系が安定している時に、負荷７の消費電力量が増加すると、発電セル８の発電量が増加し、発電セル８で消費される水素の割合（消費率）が増える。そのため、発電セル８から第１の触媒燃焼器９に送られる排改質ガス中の水素の濃度が下がる。しかし、その水素の濃度が許容範囲内（エアポンプ３１によって第１の触媒燃焼器９に供給される一定量の空気を消費できる分以上）であれば、水素の燃焼量を変えないようにでき、第１の触媒燃焼器９の温度が変わることはない。そして、第１の触媒燃焼器９で燃焼されずに残った水素は第２の触媒燃焼器１０に送られ、第２の触媒燃焼器１０には十分な量の空気が供給されているので、水素は第２の触媒燃焼器１０で全て燃焼される。   On the contrary, when the power generation cell 8 operates at a certain power generation amount and the system is stable, if the power consumption amount of the load 7 increases, the power generation amount of the power generation cell 8 increases, and hydrogen consumed in the power generation cell 8 The ratio (consumption rate) increases. Therefore, the concentration of hydrogen in the exhaust reformed gas sent from the power generation cell 8 to the first catalytic combustor 9 decreases. However, if the hydrogen concentration is within an allowable range (more than can be consumed by a certain amount of air supplied to the first catalytic combustor 9 by the air pump 31), the amount of hydrogen combustion can be kept unchanged, The temperature of the first catalytic combustor 9 does not change. Then, the hydrogen remaining without being burned in the first catalytic combustor 9 is sent to the second catalytic combustor 10, and a sufficient amount of air is supplied to the second catalytic combustor 10. All of the hydrogen is combusted in the second catalytic combustor 10.

以上のように、第１の触媒燃焼器９及び第２の触媒燃焼器１０に送られる水素濃度が変化しても、コントローラ３０によってエアポンプ３１の空気供給量が一定量に制御されることで、第１の触媒燃焼器９における水素の燃焼量が制御され、断熱パッケージ２０内の温度制御を容易に行うことができる。また、第１の触媒燃焼器９及び第２の触媒燃焼器１０に送られる水素濃度が高くなっても、第２の触媒燃焼器１０には十分な量の空気が供給されているので、水素は第２の触媒燃焼器１０で全て燃焼される。このとき、第２の触媒燃焼器１０は断熱パッケージ２０の外にあるので、改質器を含む改質部の温度制御に影響を及ぼさない。   As described above, even if the hydrogen concentration sent to the first catalytic combustor 9 and the second catalytic combustor 10 changes, the air supply amount of the air pump 31 is controlled by the controller 30 to a constant amount. The amount of hydrogen combustion in the first catalytic combustor 9 is controlled, and the temperature in the heat insulating package 20 can be easily controlled. In addition, even if the hydrogen concentration sent to the first catalytic combustor 9 and the second catalytic combustor 10 is increased, a sufficient amount of air is supplied to the second catalytic combustor 10. Are all burned in the second catalytic combustor 10. At this time, since the second catalytic combustor 10 is outside the heat insulation package 20, it does not affect the temperature control of the reforming unit including the reformer.

また、発電セル８がある発電量で動作して系が安定している時に、ポンプ３の送液量を低下させる場合を考えると、蒸発器４、改質器５、一酸化炭素除去器６全体では吸熱反応なので、断熱パッケージ２０内の温度が上昇する。その結果、電気ヒータ兼温度センサ９１の測定温度が所定値より高くなり、その測定温度を入力したコントローラ３０がエアポンプ３１の空気の供給量を一定量よりも低くする。すると、燃焼による熱量を減らすことができ、断熱パッケージ２０内の温度上昇を抑えることができる。また、第１の触媒燃焼器９で燃焼される水素が減り、第１の触媒燃焼器９から第２の触媒燃焼器１０に供給される水素濃度が高くなるが、第２の触媒燃焼器１０に送られる水素濃度が高くなっても、第２の触媒燃焼器１０には十分な量の空気が供給されているので、第２の触媒燃焼器１０に送られる水素は第２の触媒燃焼器１０で全て燃焼される。また、水素の生成量が少なくなって断熱パッケージ２０内の温度が上昇しても、上記のようにコントローラ３０によってエアポンプ３１の空気供給量が一定量よりも低く制御されるので、第１の触媒燃焼器９における水素の燃焼量が制御され、断熱パッケージ２０内の温度上昇を抑え、温度制御を容易に行うことができる。   Considering the case where the amount of liquid fed from the pump 3 is reduced when the power generation cell 8 operates at a certain power generation amount and the system is stable, the evaporator 4, the reformer 5, and the carbon monoxide remover 6. Since the whole is an endothermic reaction, the temperature in the heat insulating package 20 rises. As a result, the measured temperature of the electric heater / temperature sensor 91 becomes higher than a predetermined value, and the controller 30 that has input the measured temperature lowers the air supply amount of the air pump 31 below a certain amount. Then, the heat quantity by combustion can be reduced and the temperature rise in the heat insulation package 20 can be suppressed. Further, the hydrogen burned in the first catalytic combustor 9 is reduced, and the hydrogen concentration supplied from the first catalytic combustor 9 to the second catalytic combustor 10 is increased, but the second catalytic combustor 10 is increased. Even if the hydrogen concentration sent to the second catalyst combustor increases, a sufficient amount of air is supplied to the second catalytic combustor 10, so that the hydrogen sent to the second catalytic combustor 10 becomes the second catalytic combustor. 10 is all burned. Even if the amount of hydrogen generated decreases and the temperature in the heat insulation package 20 rises, the air supply amount of the air pump 31 is controlled to be lower than a predetermined amount by the controller 30 as described above. The amount of hydrogen combustion in the combustor 9 is controlled, temperature rise in the heat insulation package 20 is suppressed, and temperature control can be easily performed.

逆に、発電セル８がある発電量で動作して系が安定している時に、ポンプ３の送液量を増加させる場合を考えると、蒸発器４、改質器５、一酸化炭素除去器６全体では吸熱反応なので、断熱パッケージ２０内の温度が低下する。その結果、電気ヒータ兼温度センサ９１の測定温度が所定値未満となり、その測定温度を入力したコントローラ３０がエアポンプ３１の空気の供給量を一定量よりも多くする。すると、燃焼による熱量を増やすことができ、断熱パッケージ２０内の温度低下を抑えることができる。そして、第１の触媒燃焼器９で燃焼されずに残った水素は第２の触媒燃焼器１０に送られ、第２の触媒燃焼器１０には十分な量の空気が供給されているので、水素は第２の触媒燃焼器１０で全て燃焼される。   On the contrary, when considering the case where the liquid feed amount of the pump 3 is increased when the power generation cell 8 operates at a certain power generation amount and the system is stable, the evaporator 4, the reformer 5, and the carbon monoxide remover. Since the entire 6 is an endothermic reaction, the temperature in the heat insulation package 20 decreases. As a result, the measured temperature of the electric heater / temperature sensor 91 becomes less than a predetermined value, and the controller 30 that has input the measured temperature increases the air supply amount of the air pump 31 beyond a certain amount. Then, the heat quantity by combustion can be increased and the temperature fall in the heat insulation package 20 can be suppressed. Then, the hydrogen remaining without being burned in the first catalytic combustor 9 is sent to the second catalytic combustor 10, and a sufficient amount of air is supplied to the second catalytic combustor 10. All of the hydrogen is combusted in the second catalytic combustor 10.

本実施形態においては、第１の触媒燃焼器９で未燃焼だった水素が第２の触媒燃焼器１０で全て燃焼されるので、第２の触媒燃焼器１０から可燃性の排ガスが排出しないようにすることができ、安全性が向上する。また、第２の触媒燃焼器１０は断熱パッケージ２０の外にあるので、改質器を含む改質部の温度制御に影響がないようにでき、安定した発電を行うことができる。   In the present embodiment, all the unburned hydrogen in the first catalytic combustor 9 is combusted in the second catalytic combustor 10, so that combustible exhaust gas is not discharged from the second catalytic combustor 10. Can improve safety. Further, since the second catalytic combustor 10 is outside the heat insulation package 20, it is possible to prevent the temperature control of the reforming section including the reformer from being affected, and stable power generation can be performed.

また、発電セル８から第１の触媒燃焼器９に送られる排改質ガスの流量を制御することなく、エアポンプ３１の空気供給量を制御することによって第１の触媒燃焼器９における水素の燃焼量を制御したので、簡単な仕組みにて断熱パッケージ２０内の温度制御を行うことができる。   Further, the combustion of hydrogen in the first catalytic combustor 9 is controlled by controlling the air supply amount of the air pump 31 without controlling the flow rate of the exhaust reformed gas sent from the power generation cell 8 to the first catalytic combustor 9. Since the amount is controlled, the temperature in the heat insulation package 20 can be controlled with a simple mechanism.

また、発電セル８における発電量に合わせて、必要に応じてポンプ３の送液量を変更すると、水素の生成量が変動し、発電セル８の燃料極から第１の触媒燃焼器９に送られる水素濃度も変動するが、発電セル８の燃料極から第１の触媒燃焼器９に送られる水素濃度の変動とは無関係に、エアポンプ３１の空気供給量の制御だけで第１の触媒燃焼器９における水素の燃焼量を制御することができるので、断熱パッケージ２０内の温度制御の制御性が良く、ポンプ３による原燃料・水の供給量を短時間に変更することができる。   Further, if the amount of liquid supplied to the pump 3 is changed as necessary in accordance with the amount of power generated in the power generation cell 8, the amount of hydrogen generated fluctuates and is sent from the fuel electrode of the power generation cell 8 to the first catalytic combustor 9. Although the hydrogen concentration to be changed also varies, the first catalytic combustor is controlled only by controlling the air supply amount of the air pump 31 regardless of the fluctuation of the hydrogen concentration sent from the fuel electrode of the power generation cell 8 to the first catalytic combustor 9. 9 can be controlled, the controllability of temperature control in the heat insulation package 20 is good, and the supply amount of raw fuel and water by the pump 3 can be changed in a short time.

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計の変更をおこなっても良い。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.

〔第２の実施の形態〕
上記第１実施形態では、断熱パッケージ２０内に設けられる触媒燃焼器は第１の触媒燃焼器の１つである場合の例で説明したが、例えば、蒸発器４用、改質器５用、一酸化炭素除去器６用といったように別々に設けられるような構成であっても良い。
図３に断熱パッケージ２０内に設けられる触媒燃焼器が２つある場合の構成例を示す。なお、図３において、図１と共通する構成要素については、同一の符号を付し、その説明を簡略化する。
第１の触媒燃焼器は改質器５、一酸化炭素除去器６専用のものとし、もうひとつ蒸発器４用の第３の触媒燃焼器１２が断熱パッケージ２０内に設けられ、熱伝導材は２１ａ、２１ｂのように別々となっている。 [Second Embodiment]
In the first embodiment, the example in which the catalytic combustor provided in the heat insulating package 20 is one of the first catalytic combustors has been described. For example, for the evaporator 4, the reformer 5, It may be configured to be provided separately, such as for the carbon monoxide remover 6.
FIG. 3 shows a configuration example when there are two catalytic combustors provided in the heat insulation package 20. In FIG. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified.
The first catalytic combustor is dedicated to the reformer 5 and the carbon monoxide remover 6, and another third catalytic combustor 12 for the evaporator 4 is provided in the heat insulating package 20, and the heat conducting material is 21a and 21b are separate.

第３の触媒燃焼器１２には、他の触媒燃焼器と同様に、電熱材からなる電気ヒータ兼温度センサ１３が設けられている。電気ヒータ兼温度センサ１３の電気抵抗値が温度に依存するので、この電気ヒータ兼温度センサ１３が第３の触媒燃焼器１２の温度を測定する温度センサとしても機能し、その電気ヒータ兼温度センサ１３による測定温度が電気信号としてコントローラ３３に入力される。   As with the other catalytic combustors, the third catalytic combustor 12 is provided with an electric heater / temperature sensor 13 made of an electric heating material. Since the electric resistance value of the electric heater / temperature sensor 13 depends on the temperature, the electric heater / temperature sensor 13 also functions as a temperature sensor for measuring the temperature of the third catalytic combustor 12, and the electric heater / temperature sensor The temperature measured by 13 is input to the controller 33 as an electrical signal.

燃料極セパレータ８５の流路を通過して排出される排改質ガスは、第１の触媒燃焼器９に供給されるが、排改質ガスのうち、第１の触媒燃焼器９では改質器５、一酸化炭素除去器６のための熱量を供給する分の水素が、コントローラ３０の制御により、適量の空気と混合されることで、燃焼される。
そして、そこからの排改質ガスは未燃焼の水素を残し、第３の触媒燃焼器１２に供給される。第３の触媒燃焼器１２には、更に、外部の空気がエアポンプ３４によって吸引されて供給される。 Exhaust reformed gas discharged through the flow path of the fuel electrode separator 85 is supplied to the first catalytic combustor 9. Of the exhaust reformed gas, the first catalytic combustor 9 reforms the exhaust reformed gas. Hydrogen for supplying the heat for the carbon monoxide remover 5 and the carbon monoxide remover 6 is mixed with an appropriate amount of air under the control of the controller 30 and burned.
The exhaust reformed gas from there remains unburned hydrogen and is supplied to the third catalytic combustor 12. The third catalytic combustor 12, Furthermore, the external air is subjected fed is sucked by the air pump 34.

コントローラ３３は、第１の触媒燃焼器の場合と同様に、電気ヒータ兼温度センサ１３の測定温度を表す電気信号を電気ヒータ兼温度センサ１３から入力する機能と、電気ヒータ兼温度センサ１３から入力した測定温度に応じてエアポンプ３４の空気の供給量を制御する制御機能とを有する。コントローラ３３の制御機能は、電気ヒータ兼温度センサ１３の測定温度を所定値と比較する比較機能と、その比較の結果、電気ヒータ兼温度センサ１３の測定温度が所定値未満である場合にはエアポンプ３４の空気の供給量を所定の一定量よりも増やす機能と、比較の結果、電気ヒータ兼温度センサ１３の測定温度が所定値より高い場合にはエアポンプ３４の空気の供給量をその一定量より低くする機能とを有する。   As in the case of the first catalytic combustor, the controller 33 has a function of inputting an electric signal representing the measured temperature of the electric heater / temperature sensor 13 from the electric heater / temperature sensor 13 and an input from the electric heater / temperature sensor 13. And a control function for controlling the air supply amount of the air pump 34 in accordance with the measured temperature. The control function of the controller 33 includes a comparison function for comparing the measured temperature of the electric heater / temperature sensor 13 with a predetermined value, and an air pump when the measured temperature of the electric heater / temperature sensor 13 is less than the predetermined value as a result of the comparison. When the measured temperature of the electric heater / temperature sensor 13 is higher than a predetermined value as a result of comparison with the function of increasing the air supply amount of 34 from a predetermined amount, the air supply amount of the air pump 34 is made to be higher than the predetermined amount. It has a function to lower.

第３の触媒燃焼器１２では、第１の触媒燃焼器から供給された未燃焼の水素が残った状況の排改質ガスが蒸発器４のための熱量を供給する分だけ、コントローラ３３の制御により、適量の空気と混合されることで、燃焼される。   In the third catalytic combustor 12, the controller 33 controls the exhaust gas so that unburned hydrogen supplied from the first catalytic combustor supplies heat for the evaporator 4. By being mixed with an appropriate amount of air, it is burned.

第１実施形態ではひとつの第１の触媒燃焼器９で蒸発器、改質器、ＣＯ除去器の熱量を制御していたが、第２実施形態では、第１の触媒燃焼器９と第３の触媒燃焼器１２を直列に配置し、個別に熱量を制御できるようにしている。
このような構成にすれば、蒸発器４の温度と、改質器５、一酸化炭素除去器６の温度をより精度よく管理できるようになる。 In the first embodiment, the heat amount of the evaporator, the reformer, and the CO remover is controlled by one first catalytic combustor 9, but in the second embodiment, the first catalytic combustor 9 and the third catalytic combustor 9 are the same. The catalyst combustors 12 are arranged in series so that the amount of heat can be individually controlled.
With this configuration, the temperature of the evaporator 4 and the temperatures of the reformer 5 and the carbon monoxide remover 6 can be managed with higher accuracy.

そして、上記２つの触媒燃焼器でも燃焼されずに残った余剰の水素を含む排改質ガスが断熱パッケージ２０の外に設けられる第２の触媒燃焼器１０に送られるようにしている。
第２の触媒燃焼器１０には十分な量の空気が供給されているので、水素は第２の触媒燃焼器１０で全て燃焼される。
したがって、第１実施形態と同様に、第２の触媒燃焼器１０から可燃性の排ガスが排出しないようにすることができ、安全性が向上する。 The exhaust reformed gas containing surplus hydrogen remaining without being burned in the two catalytic combustors is sent to the second catalytic combustor 10 provided outside the heat insulation package 20.
Since a sufficient amount of air is supplied to the second catalytic combustor 10, all of the hydrogen is combusted in the second catalytic combustor 10.
Therefore, similarly to the first embodiment, combustible exhaust gas can be prevented from being discharged from the second catalytic combustor 10, and safety is improved.

なお、上記各実施形態では、触媒燃焼器には簡単のために空気を供給する場合について説明したが、空気に限らず酸素等の酸化剤を含む気体であればよい。   In each of the above embodiments, the case where air is supplied to the catalytic combustor has been described for the sake of simplicity. However, the gas is not limited to air but may be a gas containing an oxidant such as oxygen.

８ 発電セル（燃料電池本体）
９ 第１の触媒燃焼器
１０ 第２の触媒燃焼器
１２ 第３の触媒燃焼器
２０ 断熱パッケージ
３０、３３ コントローラ
３１、３２、３４ エアポンプ
５１ 改質器
９１ 電気ヒータ兼温度センサ 8 Power generation cell (fuel cell body)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 1st catalyst combustor 10 2nd catalyst combustor 12 3rd catalyst combustor 20 Thermal insulation package 30, 33 Controller 31, 32, 34 Air pump 51 Reformer 91 Electric heater and temperature sensor

Claims (8)

原燃料を改質することで燃料を生成する改質器と、
生成された燃料が送られ、当該燃料の電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、
前記発電セルから排出される未反応の燃料を燃焼させる第１の燃焼器と、
前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を燃焼させる第２の燃焼器と、
酸化剤を含む気体を前記第１の燃焼器に供給するポンプと、
前記ポンプにより供給される酸化剤を含む気体の供給量を制御するコントローラと、
前記改質器の上流に設けられた蒸発器と、
前記第１の燃焼器と前記第２の燃焼器との流路間に設けられ、前記蒸発器を加熱する第３の燃焼器と、
を備え、
前記コントローラは、前記第１の燃焼器に前記未反応の燃料を完全燃焼する量よりも少ない量の酸化剤を含む気体を供給するように前記ポンプを制御することを特徴とする燃料電池型発電装置。 A reformer a fuel to generate by reforming the raw fuel,
A power generation cell in which the generated fuel is sent and takes out electric power by an electrochemical reaction of the fuel;
A first combustor for burning unreacted fuel discharged from the power generation cell;
A second combustor for combusting unburned fuel discharged from the first combustor;
A pump for supplying a gas containing an oxidant to the first combustor;
A controller for controlling a supply amount of a gas containing an oxidant supplied by the pump;
An evaporator provided upstream of the reformer;
A third combustor provided between the first combustor and the second combustor for heating the evaporator;
With
The controller controls the pump so as to supply the first combustor with a gas containing an oxidizer in an amount smaller than an amount for completely burning the unreacted fuel. apparatus. 原燃料を改質することで燃料を生成する改質器と、
生成された燃料が送られ、当該燃料の電気化学反応により電力を取り出す発電セルと、
前記発電セルから排出される未反応の燃料を燃焼させる第１の燃焼器と、
前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を燃焼させる第２の燃焼器と、
酸化剤を含む気体を前記第２の燃焼器に供給するポンプと、
前記ポンプにより供給される酸化剤を含む気体の供給量を制御するコントローラと、
前記改質器の上流に設けられた蒸発器と、
前記第１の燃焼器と前記第２の燃焼器との流路間に設けられ、前記蒸発器を加熱する第３の燃焼器と、
を備え、
前記コントローラは、前記第２の燃焼器に前記未燃焼の燃料を全て燃焼するために十分な量の酸化剤を含む気体を供給するように前記ポンプを制御することを特徴とする燃料電池型発電装置。 A reformer a fuel to generate by reforming the raw fuel,
A power generation cell in which the generated fuel is sent and takes out electric power by an electrochemical reaction of the fuel;
A first combustor for burning unreacted fuel discharged from the power generation cell;
A second combustor for combusting unburned fuel discharged from the first combustor;
A pump for supplying a gas containing an oxidant to the second combustor;
A controller for controlling a supply amount of a gas containing an oxidant supplied by the pump;
An evaporator provided upstream of the reformer;
A third combustor provided between the first combustor and the second combustor for heating the evaporator;
With
The controller controls the pump to supply the second combustor with a gas containing a sufficient amount of oxidant to burn all the unburned fuel. apparatus. 前記改質器及び前記第１の燃焼器を収容する断熱パッケージを更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池型発電装置。 The reformer and the fuel cell power generating device according to claim 1 or 2, further comprising a heat insulating package which accommodates the first combustor. 前記第２の燃焼器が前記断熱パッケージの外に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池型発電装置。 The fuel cell type power generator according to claim 3 , wherein the second combustor is provided outside the heat insulation package. 前記第３の燃焼器が前記断熱パッケージの内に設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料電池型発電装置。 The fuel cell type power generator according to claim 3 or 4 , wherein the third combustor is provided in the heat insulation package. 前記第３の燃焼器の温度を測定する温度センサと、
酸化剤を含む気体を前記第３の燃焼器に供給する第２のポンプと、
前記温度センサの測定温度に応じて前記第３の燃焼器に供給される酸化剤を含む気体の供給量を制御するように前記第２のポンプを制御する第２のコントローラと、
を更に備え、
前記第２のコントローラは、前記測定温度が所定値未満である場合に前記第２のポンプによる酸化剤を含む気体の供給量を所定の量よりも増やし、前記測定温度が前記所定値より高い場合に前記第２のポンプによる酸化剤を含む気体の供給量を前記所定の量よりも減らす、
ことを特徴とする請求項１〜５何れか一項に記載の燃料電池型発電装置。 A temperature sensor for measuring the temperature of the third combustor;
A second pump for supplying a gas containing an oxidant to the third combustor;
A second controller for controlling the second pump so as to control a supply amount of a gas containing an oxidant supplied to the third combustor according to a measured temperature of the temperature sensor;
Further comprising
When the measured temperature is lower than a predetermined value, the second controller increases the supply amount of the gas containing the oxidizing agent by the second pump from a predetermined amount, and the measured temperature is higher than the predetermined value. Reducing the supply amount of the gas containing the oxidizing agent by the second pump from the predetermined amount,
The fuel cell type power generator according to any one of claims 1 to 5, wherein 燃料の電気化学反応により電力を取り出す発電セルから排出される未反応の燃料の処理方法であって、
原燃料を改質することで燃料を生成して、生成した燃料を前記発電セルに送り、
前記発電セルから排出される未反応の燃料を第１の燃焼器で燃焼させ、
前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を第２の燃焼器で燃焼させ、
前記第１の燃焼器に前記未反応の燃料を完全燃焼する量よりも少ない量の酸化剤を含む気体を供給するとともに、前記第１の燃焼器と前記第２の燃焼器との流路間に設けられた第３の燃焼器で、前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を燃焼させ、前記原燃料を蒸発させる蒸発器を加熱するように制御することを特徴とする燃料の処理方法。 A method for treating unreacted fuel discharged from a power generation cell for taking out electric power by electrochemical reaction of fuel,
Fuel is generated by reforming the raw fuel, and the generated fuel is sent to the power generation cell.
Burning unreacted fuel discharged from the power generation cell in a first combustor;
Burning unburned fuel discharged from the first combustor in a second combustor;
The first combustor is supplied with a gas containing an oxidizer in an amount smaller than the amount for completely burning the unreacted fuel, and between the flow paths of the first combustor and the second combustor. The third combustor provided in the fuel is controlled so as to burn the unburned fuel discharged from the first combustor and to heat the evaporator that evaporates the raw fuel. Processing method. 燃料の電気化学反応により電力を取り出す発電セルから排出される未反応の燃料の処理方法であって、
原燃料を改質することで燃料を生成して、生成した燃料を前記発電セルに送り、
前記発電セルから排出される未反応の燃料を第１の燃焼器で燃焼させ、
前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を第２の燃焼器で燃焼させ、
前記第２の燃焼器に前記未燃焼の燃料を全て燃焼するために十分な量の酸化剤を含む気体を供給するとともに、前記第１の燃焼器と前記第２の燃焼器との流路間に設けられた第３の燃焼器で、前記第１の燃焼器から排出される未燃焼の燃料を燃焼させ、前記原燃料を蒸発させる蒸発器を加熱するように制御することを特徴とする燃料の処理方法。 A method for treating unreacted fuel discharged from a power generation cell for taking out electric power by electrochemical reaction of fuel,
Fuel is generated by reforming the raw fuel, and the generated fuel is sent to the power generation cell.
Burning unreacted fuel discharged from the power generation cell in a first combustor;
Burning unburned fuel discharged from the first combustor in a second combustor;
A gas containing a sufficient amount of oxidant to burn all the unburned fuel is supplied to the second combustor, and between the flow paths of the first combustor and the second combustor. The third combustor provided in the fuel is controlled so as to burn the unburned fuel discharged from the first combustor and to heat the evaporator that evaporates the raw fuel. Processing method.
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