JP5511419B2 - Hydrogen generator and fuel cell system - Google Patents

Hydrogen generator and fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP5511419B2
JP5511419B2 JP2010023199A JP2010023199A JP5511419B2 JP 5511419 B2 JP5511419 B2 JP 5511419B2 JP 2010023199 A JP2010023199 A JP 2010023199A JP 2010023199 A JP2010023199 A JP 2010023199A JP 5511419 B2 JP5511419 B2 JP 5511419B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel gas
gas
hydrogen generator
combustor
raw material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010023199A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010150134A5 (en
JP2010150134A (en
Inventor
繁樹 保田
清 田口
佳央 田村
良和 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2010023199A priority Critical patent/JP5511419B2/en
Publication of JP2010150134A publication Critical patent/JP2010150134A/en
Publication of JP2010150134A5 publication Critical patent/JP2010150134A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5511419B2 publication Critical patent/JP5511419B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

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

Description

本発明は、原料ガスと水蒸気とから水蒸気改質反応により水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成装置、及びその水素生成装置を備える燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a hydrogen generator that generates hydrogen-rich fuel gas from a raw material gas and steam by a steam reforming reaction, and a fuel cell system including the hydrogen generator.

燃料電池システムは、都市ガスやLPガス等の原料ガスを水蒸気改質して水素リッチな燃料ガスを生成する水素生成装置と、水素生成装置で生成された水素リッチな燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池とを備える。そのような水素生成装置は、原料ガスと水蒸気とから水蒸気改質反応によって改質ガスを生成する改質器と、この生成された改質ガスを変成する変成器と、変成された改質ガスの一酸化炭素濃度を低減するCO除去器と、を内蔵している。   The fuel cell system includes a hydrogen generation device that generates steam-reformed raw gas such as city gas and LP gas to generate a hydrogen-rich fuel gas, a hydrogen-rich fuel gas and an oxidant gas that are generated by the hydrogen generation device. And a fuel cell that generates electric power using. Such a hydrogen generator includes a reformer that generates a reformed gas from a raw material gas and steam by a steam reforming reaction, a transformer that converts the generated reformed gas, and a reformed reformed gas. And a CO remover for reducing the carbon monoxide concentration.

このような水素生成装置においては、原料ガスはまず改質器に供給される。そして、そこで、原料ガスあるいは水素生成装置で生成される水素リッチな燃料ガスを燃焼させる燃焼器の燃焼熱によって加熱される。また、水蒸気改質反応に必要な水が改質器に供給される。供給された水は、燃焼器の燃焼熱によって水蒸気となり、原料ガスと水蒸気改質反応する。それにより水素リッチな燃料ガスが生成される。ここで、改質器の温度は、供給される原料ガスのうち85〜90%程度が水蒸気改質可能となる温度、例えば700℃程度となるように制御される。この改質器の温度制御は燃焼器の燃焼量を制御することにより行われる。生成された水素リッチな燃料ガスには、一酸化炭素ガスが10%程度含まれる。この一酸化炭素ガスが、燃料電池に供給されると、燃料電池の白金触媒が劣化し、電圧が低下するので、一酸化炭素ガスを低減する必要がある。そこで、水素リッチな燃料ガスは、変成器に供給され、その含有する一酸化炭素ガス及び水蒸気が、両者のシフト反応により、水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成される。この反応に必要な水蒸気にも、改質器に供給される水蒸気が用いられる。このシフト反応により、変成後の燃料ガス中の一酸化炭素ガスの濃度は約5000ppmに低減される。   In such a hydrogen generator, the raw material gas is first supplied to the reformer. Then, it is heated by the combustion heat of the combustor that combusts the raw material gas or the hydrogen-rich fuel gas generated by the hydrogen generator. Further, water necessary for the steam reforming reaction is supplied to the reformer. The supplied water becomes steam by the combustion heat of the combustor and undergoes a steam reforming reaction with the raw material gas. Thereby, hydrogen-rich fuel gas is generated. Here, the temperature of the reformer is controlled so that about 85 to 90% of the supplied raw material gas can be steam reformed, for example, about 700 ° C. The temperature control of the reformer is performed by controlling the combustion amount of the combustor. The produced hydrogen-rich fuel gas contains about 10% of carbon monoxide gas. When this carbon monoxide gas is supplied to the fuel cell, the platinum catalyst of the fuel cell deteriorates and the voltage decreases, so it is necessary to reduce the carbon monoxide gas. Accordingly, the hydrogen-rich fuel gas is supplied to the transformer, and the carbon monoxide gas and water vapor contained therein are transformed into hydrogen gas and carbon dioxide gas by a shift reaction of both. The steam supplied to the reformer is also used for the steam necessary for this reaction. By this shift reaction, the concentration of carbon monoxide gas in the fuel gas after the modification is reduced to about 5000 ppm.

この変成された燃料ガスは、CO除去器に供給され、そこで、酸化反応によりその残留一酸化炭素が二酸化炭素ガスに変えられる。その結果、CO除去器から送出される水素リッチな燃料ガスの一酸化炭素濃度は約10ppm以下に低下される。   This transformed fuel gas is supplied to a CO remover, where the residual carbon monoxide is converted to carbon dioxide gas by an oxidation reaction. As a result, the carbon monoxide concentration of the hydrogen-rich fuel gas delivered from the CO remover is reduced to about 10 ppm or less.

このように水素生成装置で生成された水素リッチな燃料ガスは、燃料電池に供給され、そこで酸化剤ガスと電気化学反応して電気と熱とが発生する。   The hydrogen-rich fuel gas thus generated by the hydrogen generator is supplied to the fuel cell, where it undergoes an electrochemical reaction with the oxidant gas to generate electricity and heat.

このような水素生成装置において、水素リッチな燃料ガスを生成する反応の鍵を握るのが改質器、変成器、及びCO除去器の各々に使われている触媒であり、触媒性能が、水素生成装置及び燃料電池システムの性能及び信頼性を大きく左右する。改質触媒及び変成触媒は、その雰囲気に酸素があると酸化され、触媒が劣化する。また、高温の水蒸気に曝されると、水蒸気による酸化により劣化する。触媒が劣化すると、改質器での水蒸気改質反応により生成される水素量が低下するとともに、変成器での変成反応により低減される一酸化炭素量も減ることとなる。その結果、燃料電池での電気化学反応に必要な水素量を確保することができなくなるので、燃料電池での発電ができなくなることに加えて、一酸化炭素により燃料電池の白金触媒が被毒して劣化し、燃料電池の性能及び寿命が著しく損なわれることが想定される。このため、改質触媒及び変成触媒の酸化を防ぐことが燃料電池システム全体にとって非常に重要となる。   In such a hydrogen generator, the key to the reaction for generating hydrogen-rich fuel gas is the catalyst used in each of the reformer, the shifter, and the CO remover. It greatly affects the performance and reliability of the generator and the fuel cell system. The reforming catalyst and the shift catalyst are oxidized when oxygen is present in the atmosphere, and the catalyst deteriorates. Further, when exposed to high temperature water vapor, it deteriorates due to oxidation by water vapor. When the catalyst deteriorates, the amount of hydrogen produced by the steam reforming reaction in the reformer decreases, and the amount of carbon monoxide reduced by the shift reaction in the shifter also decreases. As a result, the amount of hydrogen necessary for the electrochemical reaction in the fuel cell cannot be secured, and in addition to the inability to generate power in the fuel cell, the platinum catalyst of the fuel cell is poisoned by carbon monoxide. It is assumed that the performance and life of the fuel cell are significantly impaired. For this reason, it is very important for the whole fuel cell system to prevent oxidation of the reforming catalyst and the shift catalyst.

そこで、改質触媒及び変成触媒の酸化を防ぐために、水素生成装置の運転停止時に、まず改質器への原料ガス及び水の供給を停止し、その後、改質器内部が所定温度以下になった時点で原料ガスを供給することで水素生成装置内を還元雰囲気の状態に保つようにした水素生成装置が知られている。(例えば、特許文献1参照)
図5は、上記特許文献1に記載された従来の水素生成装置の構成を示すブロック図である。
Therefore, in order to prevent oxidation of the reforming catalyst and the shift catalyst, when the hydrogen generator is shut down, first, the supply of the raw material gas and water to the reformer is stopped, and then the inside of the reformer becomes below a predetermined temperature. There has been known a hydrogen generation apparatus in which the inside of the hydrogen generation apparatus is maintained in a reducing atmosphere by supplying a raw material gas at that time. (For example, see Patent Document 1)
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a conventional hydrogen generator described in Patent Document 1.

図5に示すように、従来の水素生成装置は、原料ガスと水蒸気とから水蒸気改質反応によって改質ガスを生成する改質器28と、改質器28を加熱する燃焼器29と、水蒸気と一酸化炭素ガスとを水素ガスと二酸化炭素ガスにシフト反応させる変成器30と、一酸化炭素選択酸化で一酸化炭素濃度を低下させるCO除去器31と、改質器28への原料ガスの供給を遮断する原料弁32と、CO除去器31の出口部に設けられた燃料ガス弁33と、改質器28の内部の温度を検知する改質温度検知器34と、変成器30の内部の温度を検知する変成温度検知器35と、水素生成装置内の圧力を検知できるように原料ガスの改質器28の入口部に設けられた圧力検知器36とを備える。   As shown in FIG. 5, the conventional hydrogen generator includes a reformer 28 that generates a reformed gas from a raw material gas and steam by a steam reforming reaction, a combustor 29 that heats the reformer 28, and steam. And carbon monoxide gas to shift reaction of hydrogen gas and carbon dioxide gas, a CO remover 31 for reducing the carbon monoxide concentration by carbon monoxide selective oxidation, and a raw material gas to the reformer 28 A raw material valve 32 that cuts off the supply, a fuel gas valve 33 provided at the outlet of the CO remover 31, a reforming temperature detector 34 that detects the temperature inside the reformer 28, and the inside of the transformer 30 And a pressure detector 36 provided at the inlet of the raw material gas reformer 28 so that the pressure in the hydrogen generator can be detected.

この特許文献1に記載された水素生成装置は、運転停止時において、原料弁32を閉じることで原料ガスの供給を停止すると共に、水の供給も停止し、さらに燃料ガス弁33も閉じる。これにより、改質器28及び変成器30を還元性ガスである水素リッチな燃料ガスで満たす。その後、改質温度検知器34又は変成温度検知器35が所定温度以下になった時、原料弁32と燃料ガス弁33とを開放し、改質器28及び変成器30の内部のガスを原料ガスでパージする。原料ガスは炭化水素であるので、水素生成装置30の内は還元雰囲気に保たれる。ここで、所定温度とは、原料ガス中に含まれる炭素が分解析出しない温度である。   In the hydrogen generator described in Patent Document 1, when the operation is stopped, the supply of the raw material gas is stopped by closing the raw material valve 32, the supply of water is stopped, and the fuel gas valve 33 is also closed. As a result, the reformer 28 and the transformer 30 are filled with hydrogen-rich fuel gas that is a reducing gas. Thereafter, when the reforming temperature detector 34 or the shift temperature detector 35 is below a predetermined temperature, the raw material valve 32 and the fuel gas valve 33 are opened, and the gas inside the reformer 28 and the shifter 30 is used as the raw material. Purge with gas. Since the source gas is a hydrocarbon, the inside of the hydrogen generator 30 is maintained in a reducing atmosphere. Here, the predetermined temperature is a temperature at which carbon contained in the source gas does not decompose and precipitate.

そして、改質器28及び変成器30の温度がさらに低下すると、これらの内部圧力が低下し、そのままの状態では負圧状態になる。そこで、圧力検知器36の検知圧力が所定の圧力以下になった時に、原料弁32を開放し、原料ガスを改質器28及び変成器30に供給することでこれらの内部を正圧に維持する。   And if the temperature of the reformer 28 and the transformer 30 further falls, these internal pressures will fall, and it will be in a negative pressure state in the state as it is. Therefore, when the detected pressure of the pressure detector 36 becomes a predetermined pressure or less, the raw material valve 32 is opened and the raw material gas is supplied to the reformer 28 and the transformer 30 so that the inside thereof is maintained at a positive pressure. To do.

このように、上記従来の水素生成装置では、改質器28及び変成器30の内部を還元雰囲気に保つことで、改質触媒及び変成触媒の劣化を抑制しようとしていた。   As described above, in the conventional hydrogen generator, the inside of the reformer 28 and the shifter 30 is maintained in a reducing atmosphere to suppress the deterioration of the reforming catalyst and the shift catalyst.

特開2004−307236号公報JP 2004-307236 A

しかしながら、上記従来の水素生成装置では、上述のように運転停止時に、原料ガスと共に水の供給をも停止するとともに、CO除去器31の出口部に設けられた燃料ガス弁33も閉じるよう構成されているが、水の供給を停止しても即座に蒸発反応が停止することはなく、改質器28が有する余熱により、改質器28内に残留する水が完全に蒸発するまでは蒸発反応が継続する。その結果、水素生成装置内の圧力が水蒸気発生により上昇するため、水素生成装置の耐圧設計、例えば筐体の材質の高耐圧化や肉厚増加等の設計対応が必要となり、低コスト化及びコンパクト化に不利になる。   However, the conventional hydrogen generator is configured to stop the supply of water together with the raw material gas and also close the fuel gas valve 33 provided at the outlet of the CO remover 31 as described above when the operation is stopped. However, even if the supply of water is stopped, the evaporation reaction does not stop immediately, and the evaporation reaction is continued until the water remaining in the reformer 28 is completely evaporated by the residual heat of the reformer 28. Will continue. As a result, the pressure inside the hydrogen generator rises due to the generation of water vapor, so that it is necessary to design the hydrogen generator withstand pressure, for example, to increase the pressure resistance of the housing material and increase the wall thickness. Disadvantageous.

また、停止後の温度低下により改質器28内のガスは収縮するが、上述のように運転停止時に燃料ガス弁33も閉じるよう構成されている場合、パージ、保圧または再起動を行うために原料弁32を開放する際に改質器28の温度によっては原料経路側の圧力よりも改質器28の内圧が高く、改質器内部から水蒸気が原料供給側に逆流し、原料供給路の流路閉塞により原料が適切に供給されない可能性がある。   Further, although the gas in the reformer 28 contracts due to the temperature drop after the stop, if the fuel gas valve 33 is also closed when the operation is stopped as described above, purging, pressure holding or restarting is performed. When the raw material valve 32 is opened, depending on the temperature of the reformer 28, the internal pressure of the reformer 28 is higher than the pressure on the raw material path side, and steam flows back from the inside of the reformer to the raw material supply side. There is a possibility that the raw material is not properly supplied due to the blockage of the flow path.

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、運転停止時における内部圧力の上昇による上記弊害を抑制することが可能な水素生成装置及びこれを用いた燃料電池システムを提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve such a problem, and provides a hydrogen generator capable of suppressing the above-described adverse effects caused by an increase in internal pressure when operation is stopped, and a fuel cell system using the hydrogen generator. It is an object.

上記課題を解決するために、本発明の水素生成装置は、原料ガスと水蒸気との水蒸気改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する水素生成装置本体と、前記原料ガスを前記水素生成装置本体に供給する原料供給器と、前記水蒸気改質反応のための水を前記水素生成装置本体に供給する水供給器と、前記水素生成装置本体の前記燃料ガスの出口に燃料ガス経路を通じて接続され、前記燃料ガスの出口から送出されたガスを燃焼することによって前記水素生成装置本体に前記水蒸気改質反応に必要な熱を供給する燃焼器と、前記燃焼器に燃焼空気を供給する空気供給器と、前記原料供給器、前記水供給器、及び前記空気供給器の動作を制御する制御器と、を備え、前記燃焼器が、前記燃料ガス経路を通じて流入したガスを燃焼している状態において停止処理が開始された場合、前記制御器は、前記原料供給器による前記原料ガスの供給及び前記水供給器による前記水の供給を停止し、その後、前記燃焼器において前記燃焼が継続するよう前記空気供給器による前記燃焼空気の供給を継続するように構成されている。   In order to solve the above problems, a hydrogen generator of the present invention includes a hydrogen generator main body that generates a fuel gas containing hydrogen by a steam reforming reaction between a raw material gas and steam, and the raw material gas is converted into the hydrogen generator main body. A raw material supply device to be supplied to, a water supply device for supplying water for the steam reforming reaction to the hydrogen generator main body, and an outlet for the fuel gas of the hydrogen generator main body through a fuel gas path, A combustor for supplying heat necessary for the steam reforming reaction to the hydrogen generator main body by burning the gas delivered from the fuel gas outlet; and an air supply for supplying combustion air to the combustor. A controller for controlling operations of the raw material supplier, the water supplier, and the air supplier, and the combustor is in a state of burning the gas flowing in through the fuel gas path. When the stop process is started, the controller stops the supply of the raw material gas by the raw material supply device and the water supply by the water supply device, and then the combustion is continued in the combustor. The supply of the combustion air by the air supply unit is continued.

この構成によれば、改質器への原料ガス及び水の供給停止後も、水素生成装置本体の燃料ガスの出口が燃料ガス経路を通じて燃焼器と連通しているので、水素生成装置本体内の圧力が残留する水の蒸発により上昇することが防止される。また、その際に、水素生成装置本体の燃料ガスの出口が燃料ガス経路を通じて燃焼器と連通した状態で燃焼器の燃焼が継続するよう空気供給器の操作量が制御されるので、水素生成装置本体内で生成した水蒸気により押し出された可燃ガスが未燃焼の状態で排出されることを抑制することができる。   According to this configuration, even after the supply of the raw material gas and water to the reformer is stopped, the fuel gas outlet of the hydrogen generator main body communicates with the combustor through the fuel gas path. The pressure is prevented from rising due to evaporation of the remaining water. Further, at that time, the operation amount of the air supply device is controlled so that the combustion of the combustor is continued in a state in which the fuel gas outlet of the hydrogen generating device main body communicates with the combustor through the fuel gas path. It can suppress that the combustible gas extruded with the water vapor | steam produced | generated within the main body is discharged | emitted in an unburned state.

前記水素生成装置は、前記燃料ガス経路に設けられた燃料ガス弁を備え、前記制御器は、前記燃焼が継続している期間において、前記水素生成装置本体の前記燃料ガスの出口が前記燃料ガス経路を通じて前記燃焼器に連通されるよう前記燃料ガス弁を開くように構成されていてもよい。   The hydrogen generation device includes a fuel gas valve provided in the fuel gas path, and the controller is configured such that an outlet of the fuel gas of the hydrogen generation device main body is the fuel gas during a period in which the combustion continues. The fuel gas valve may be configured to open so as to communicate with the combustor through a path.

前記水素生成装置は、前記燃焼器に設けられた着火器を備え、前記原料供給器による前記原料ガスの供給及び前記水供給器による前記水の供給を停止後において、前記着火器を着火動作させるよう構成されていてもよい。ここで、「原料ガス及び水の供給の停止後において着火器を着火動作させる」とは、少なくとも原料ガス及び水の供給の停止後の燃焼継続期間内において、所定時間着火器を着火動作させることを意味する。従って、原料ガス及び水の供給の停止後の燃焼継続期間全体に亘って継続して着火器を着火動作させなくてもよい。また、これは、着火器の着火動作の開始時期が原料ガス及び水の供給の停止後であることを意味するものではなく、着火動作の開始は、原料ガス及び水の供給の停止前に予め開始してもよい。   The hydrogen generator includes an igniter provided in the combustor, and after the supply of the raw material gas by the raw material supply device and the supply of water by the water supply device are stopped, the ignition device is ignited. It may be configured as follows. Here, “igniting the igniter after stopping the supply of source gas and water” means igniting the igniter for a predetermined time at least within the combustion continuation period after stopping the supply of source gas and water. Means. Therefore, the igniter need not be ignited continuously over the entire combustion continuation period after the supply of the raw material gas and water is stopped. In addition, this does not mean that the start timing of the ignition operation of the igniter is after the supply of the raw material gas and water is stopped, and the start of the ignition operation is performed in advance before the supply of the raw material gas and water is stopped. You may start.

前記水素生成装置は、前記燃焼器における失火を検知する失火検知器を備え、前記制御器は、前記失火検知器により前記失火を検知すると、前記着火器の着火動作を停止するよう構成されていてもよい。   The hydrogen generation device includes a misfire detector that detects misfire in the combustor, and the controller is configured to stop the ignition operation of the igniter when the misfire is detected by the misfire detector. Also good.

前記制御器は、前記着火器の前記着火動作が開始してから所定時間経過したら前記着火動作を停止するよう構成されていてもよい。   The controller may be configured to stop the ignition operation when a predetermined time has elapsed since the start of the ignition operation of the igniter.

前記水素生成装置は、前記燃焼器における失火を検知する失火検知器を備え、前記制御器は、前記失火検知器により前記失火を検知すると、前記燃料ガス弁を閉じるよう構成されていてもよい。この構成によれば、水素生成装置本体内が外気と遮断されるため、その後、水素生成装置の温度が低下した場合に、水素生成装置内のガス経路への外気の侵入が遮断され、改質触媒等の酸化による劣化を抑制することができる。   The hydrogen generation device may include a misfire detector that detects misfire in the combustor, and the controller may be configured to close the fuel gas valve when the misfire is detected by the misfire detector. According to this configuration, since the inside of the hydrogen generator main body is shut off from the outside air, when the temperature of the hydrogen generator drops thereafter, the intrusion of the outside air into the gas path in the hydrogen generator is shut off and reforming is performed. Deterioration due to oxidation of the catalyst or the like can be suppressed.

前記制御器は、前記燃料ガス弁を閉じた後、前記空気供給器による前記燃焼空気の供給を継続するよう構成されていてもよい。この構成によれば、燃焼器が失火する直前は、燃焼状態が不安定になっているため、不完全燃焼の燃焼排ガスが大気へ排出される可能性があるが、燃料ガス弁を閉じた後も空気供給器から継続して空気が供給されるので不完全燃焼の燃焼排ガス中に含まれる未燃焼の可燃ガスや一酸化炭素が希釈されて排出され、安全性を確保することができる。   The controller may be configured to continue supplying the combustion air by the air supplier after closing the fuel gas valve. According to this configuration, the combustion state is unstable immediately before the combustor misfires, so that incomplete combustion combustion exhaust gas may be discharged to the atmosphere, but after closing the fuel gas valve Since air is continuously supplied from the air supply device, unburned combustible gas and carbon monoxide contained in incompletely combusted exhaust gas are diluted and discharged, and safety can be ensured.

また、前記制御器は、前記燃料ガス弁を閉じた後、前記空気供給器の操作量を増加させるよう構成されていてもよい。この構成によれば、不完全燃焼の燃焼排ガスがより希釈されて排出されるので、より安全性を確保することができる。   The controller may be configured to increase an operation amount of the air supply unit after closing the fuel gas valve. According to this configuration, incompletely combusted exhaust gas is further diluted and discharged, so that safety can be further ensured.

また、本発明の燃料電池システムは、上記水素生成装置と、前記水素生成装置から供給された前記燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える。   A fuel cell system according to the present invention includes the hydrogen generation device and a fuel cell that generates electric power using the fuel gas supplied from the hydrogen generation device.

前記燃料電池システムは、前記水素生成装置本体内の温度を検知する温度検知器をさらに備え、前記燃料電池システムは、前記水素生成装置の前記停止処理を含むその停止処理において、前記制御器が前記温度検知器により閾値以下の温度を検知すると、前記原料供給器により前記原料ガスを前記燃料電池のカソードに供給するカソードパージを行うよう構成されており、前記制御器は、前記燃料ガス弁を閉じた後、少なくとも前記カソードパージを開始するまでの間、前記空気供給器による前記燃焼空気の供給を継続するよう構成されていてもよい。   The fuel cell system further includes a temperature detector that detects a temperature inside the hydrogen generator main body, and the fuel cell system includes a stop process including the stop process of the hydrogen generator, wherein the controller When the temperature detector detects a temperature below a threshold value, the raw material supplier is configured to perform cathode purge for supplying the raw material gas to the cathode of the fuel cell, and the controller closes the fuel gas valve. After that, the combustion air supply by the air supply device may be continued at least until the cathode purge is started.

この構成によれば、カソードパージを行うまでの間、空気供給器が動作し続けるので、燃焼器を介して水素生成装置本体内部の温度を早く低下させることができる。それにより、カソードパージを行うまでの時間を短縮することできる。その結果、燃料電池の劣化を抑制でき、かつ燃料電池システムの停止処理時間を短縮することができる。   According to this configuration, since the air supply device continues to operate until the cathode purge is performed, the temperature inside the hydrogen generator main body can be quickly reduced via the combustor. Thereby, the time until the cathode purge is performed can be shortened. As a result, deterioration of the fuel cell can be suppressed, and the stop processing time of the fuel cell system can be shortened.

本発明は上記のように構成され、水素生成装置及びこれを用いた燃料電池システムにおいて、水素生成装置の運転停止時における内部圧力の上昇による弊害が起きる可能性を低減することができるという効果を奏する。   The present invention is configured as described above, and in the hydrogen generator and the fuel cell system using the same, it is possible to reduce the possibility of adverse effects caused by an increase in internal pressure when the hydrogen generator is shut down. Play.

本発明の実施の形態1に係る水素生成装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the hydrogen generator which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図1の水素生成装置の停止処理の内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the stop process of the hydrogen generator of FIG. 本発明の実施の形態2に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 図3の燃料電池システムの停止処理の内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the content of the stop process of the fuel cell system of FIG. 従来の水素生成装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional hydrogen generator.

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the element which is the same or it corresponds through all the figures, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

(実施の形態1)
[構成]
図1は本発明の実施の形態1に係る水素生成装置の構成を示すブロック図である。
(Embodiment 1)
[Constitution]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the hydrogen generator according to Embodiment 1 of the present invention.

図1に示すように、本実施の形態の水素生成装置101は、水素生成装置本体1と、原料供給器2と、水供給器3と、燃焼器4と、燃料ガス経路5と、燃料ガス弁6と、燃焼空気供給器7と、失火検知器8と、制御器9とを主な構成要素として備えている。   As shown in FIG. 1, the hydrogen generator 101 of this embodiment includes a hydrogen generator main body 1, a raw material supplier 2, a water supplier 3, a combustor 4, a fuel gas path 5, and a fuel gas. A valve 6, a combustion air supplier 7, a misfire detector 8, and a controller 9 are provided as main components.

原料供給器2は、原料経路13上に配設され、原料経路13を通じて原料ガスを後述する水素生成装置本体1の改質器10に供給する。原料供給器2は、例えばプランジャーポンプで構成されている。原料ガスは、水蒸気改質反応により水素リッチなガスに改質できるガスであることが必要である。原料ガスとして、一般的には炭化水素系のガスが用いられる。炭化水素系のガスとして、例えば、天然ガス、都市ガス等が挙げられる。   The raw material supplier 2 is disposed on the raw material path 13 and supplies the raw material gas to the reformer 10 of the hydrogen generator main body 1 described later through the raw material path 13. The raw material supplier 2 is constituted by, for example, a plunger pump. The source gas needs to be a gas that can be reformed into a hydrogen-rich gas by a steam reforming reaction. Generally, a hydrocarbon gas is used as the source gas. Examples of the hydrocarbon gas include natural gas and city gas.

原料経路13には原料供給器2より下流側に原料弁52が設けられている。原料弁52は例えば開閉弁で構成される。   A raw material valve 52 is provided in the raw material path 13 on the downstream side of the raw material supplier 2. The raw material valve 52 is constituted by, for example, an on-off valve.

水供給器3は水供給経路14を通じて水を水素生成装置本体1の改質器10に供給する。水供給器4は、例えば、貯水槽、市水等の水源の水を圧送するポンプで構成される。   The water supplier 3 supplies water to the reformer 10 of the hydrogen generator main body 1 through the water supply path 14. The water supply device 4 is configured by a pump that pumps water from a water source such as a water storage tank or city water.

水素生成装置本体1は、改質器10と、変成器11と、CO除去器12とを備えている。水素生成装置本体1は、例えば、容器状に形成されており、その容器の内部空間を区画するようにして、改質器10と変成器11とCO除去器12とが形成されている。   The hydrogen generator main body 1 includes a reformer 10, a transformer 11, and a CO remover 12. The hydrogen generator main body 1 is formed in a container shape, for example, and a reformer 10, a transformer 11 and a CO remover 12 are formed so as to partition the internal space of the container.

改質器10は、改質触媒(図示せず)を備えている。改質触媒として、例えば、RuまたはNiを触媒金属として改質触媒が用いられる。改質器10は、水供給器3から供給される水を燃料器4から供給される熱で加熱して水蒸気を生成する。そして、この水蒸気と原料供給器2から供給される原料ガスとを改質触媒の作用により水蒸気改質反応させて、水素リッチな燃料ガス(改質ガス)を生成する。この水蒸気改質反応には燃焼器4から供給される熱が用いられる。改質器10の温度は、供給される原料ガスのうち85〜90%程度が水蒸気改質可能となる温度、例えば700℃程度となるように制御される。改質器10には、当該改質器10の温度を検出する温度検知器27が設けられている。温度検知器27は、白金測温抵抗体、サーミスタ等の温度センサで構成されている。この温度検知器27で検出される改質器10の温度は制御器9に入力される。   The reformer 10 includes a reforming catalyst (not shown). As the reforming catalyst, for example, a reforming catalyst using Ru or Ni as a catalyst metal is used. The reformer 10 heats the water supplied from the water supply device 3 with the heat supplied from the fuel device 4 to generate water vapor. The steam and the raw material gas supplied from the raw material supplier 2 are subjected to a steam reforming reaction by the action of the reforming catalyst to generate a hydrogen-rich fuel gas (reformed gas). For this steam reforming reaction, heat supplied from the combustor 4 is used. The temperature of the reformer 10 is controlled so that about 85 to 90% of the supplied raw material gas can be steam reformed, for example, about 700 ° C. The reformer 10 is provided with a temperature detector 27 that detects the temperature of the reformer 10. The temperature detector 27 is composed of a temperature sensor such as a platinum resistance thermometer or a thermistor. The temperature of the reformer 10 detected by the temperature detector 27 is input to the controller 9.

変成器11は、変成触媒を備えている。変成触媒として、例えば、Cu−Zn系触媒が用いられる。変成器11は、改質器10で生成された水素リッチな燃料ガスを、変成触媒の作用により変成する。具体的には、水素リッチな燃料ガスが含有する一酸化炭素ガス及び水蒸気が、両者のシフト反応により、水素ガスと二酸化炭素ガスとに変成される。このシフト反応により、水素リッチな燃料ガス中の一酸化炭素ガスの濃度が約5000ppmに低減される。   The transformer 11 includes a shift catalyst. For example, a Cu—Zn-based catalyst is used as the shift catalyst. The transformer 11 transforms the hydrogen-rich fuel gas generated by the reformer 10 by the action of the shift catalyst. Specifically, the carbon monoxide gas and water vapor contained in the hydrogen-rich fuel gas are transformed into hydrogen gas and carbon dioxide gas by the shift reaction of both. This shift reaction reduces the concentration of carbon monoxide gas in the hydrogen-rich fuel gas to about 5000 ppm.

CO除去器12は、酸化触媒を備えている。酸化触媒として、例えば、Ptを含む触媒が用いられる。CO除去器12は、変成器11で変成された水素リッチな燃料ガスに酸化空気供給源(図示せず)から供給される空気を混合し、酸化触媒の作用により当該水素リッチな燃料ガス中の一酸化炭素を当該空気中の酸素と酸化反応させる。それにより、当該水素リッチな燃料ガス中の一酸化炭素が二酸化炭素ガスに変わる。その結果、CO除去器12から送出される水素リッチな燃料ガスの一酸化炭素濃度が約10ppm以下に低下される。   The CO remover 12 includes an oxidation catalyst. As the oxidation catalyst, for example, a catalyst containing Pt is used. The CO remover 12 mixes air supplied from an oxidizing air supply source (not shown) with the hydrogen-rich fuel gas transformed by the transformer 11, and in the hydrogen-rich fuel gas by the action of the oxidation catalyst. Carbon monoxide is reacted with oxygen in the air. Thereby, carbon monoxide in the hydrogen-rich fuel gas is changed to carbon dioxide gas. As a result, the carbon monoxide concentration of the hydrogen-rich fuel gas delivered from the CO remover 12 is reduced to about 10 ppm or less.

燃料ガス経路5は、水素生成装置本体1のCO除去器12から送出される水素リッチな燃料ガス(以下、単に燃料ガスという場合がある)を、当該燃料ガスを消費する機器(ここでは燃料電池)を経由して燃焼器4に導く経路である。燃料ガス経路は、一般的には、水素生成装置本体1から燃料電池の内部燃料ガス経路へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路と、燃料電池の内部に形成された上述の内部燃料ガス経路(図1に点線で示す)と、この内部燃料ガス経路から排出される未消費(未反応)の燃料ガス(アノードオフガス)を燃焼器4へ導く燃料ガス排出経路とで構成される。なお、水素生成装置本体1の起動時に燃料電池をバイパスして水素生成装置本体1から燃焼器4へ燃料ガスを導くバイパス路が設けられる場合があり(図3参照)、この場合には、当該バイパス路も燃料ガス経路5を構成する。   The fuel gas path 5 is a device (here, a fuel cell) that consumes the fuel gas rich in hydrogen (hereinafter, simply referred to as “fuel gas”) delivered from the CO remover 12 of the hydrogen generator main body 1. ) Through the combustor 4. In general, the fuel gas path includes a fuel gas supply path that supplies fuel gas from the hydrogen generator main body 1 to the internal fuel gas path of the fuel cell, and the above-described internal fuel gas path ( 1, and a fuel gas discharge path that guides unconsumed (unreacted) fuel gas (anode offgas) discharged from the internal fuel gas path to the combustor 4. In some cases, a bypass path is provided for bypassing the fuel cell and starting the fuel gas from the hydrogen generator main body 1 to the combustor 4 when the hydrogen generator main body 1 is started (see FIG. 3). The bypass path also constitutes the fuel gas path 5.

燃料ガス経路5の燃焼器4に近い側の部分には燃料ガス弁6が配設されている。燃料ガス弁は、例えば開閉弁で構成され、その開閉により、燃料ガス経路5を導通(開放)及び遮断(閉鎖)する。   A fuel gas valve 6 is disposed in a portion of the fuel gas path 5 near the combustor 4. The fuel gas valve is composed of, for example, an on-off valve, and opens and closes to open (close) and shut off (close) the fuel gas path 5.

燃焼器4は、燃料ガス経路5から供給される燃焼ガスとしての燃料ガスを燃焼空気供給器7から供給される空気と混合して燃焼させる。この燃焼による燃焼排ガスは燃焼排ガス経路(図示せず)を通ってその排気口から水素生成装置101の外部に排出される。この燃焼排ガス経路は、これを通流する燃焼排ガスが水素生成装置本体1の改質器10と熱交換するよう構成されている(図示せず)。この構成により、燃焼器4で燃料ガスを燃焼させると、発生した燃焼排ガスにより改質器10が加熱される。なお、この構成により、後述するように、燃焼器4の失火後、燃焼器4に燃焼空気を供給すると、燃焼空気が改質器10と熱交換して改質器10が冷却される。燃焼器4は、例えば、火炎バーナで構成されている。燃焼器4は、着火器51を備えていて、制御器9からの着火指令により、着火器51が動作して燃焼器4が着火する。   The combustor 4 mixes the fuel gas as the combustion gas supplied from the fuel gas path 5 with the air supplied from the combustion air supply device 7 and burns it. The combustion exhaust gas by this combustion is discharged from the exhaust port to the outside of the hydrogen generator 101 through a combustion exhaust gas path (not shown). This combustion exhaust gas path is configured so that the combustion exhaust gas flowing through it exchanges heat with the reformer 10 of the hydrogen generator main body 1 (not shown). With this configuration, when the fuel gas is burned in the combustor 4, the reformer 10 is heated by the generated combustion exhaust gas. With this configuration, as will be described later, when combustion air is supplied to the combustor 4 after the misfire of the combustor 4, the combustion air exchanges heat with the reformer 10 to cool the reformer 10. The combustor 4 is composed of, for example, a flame burner. The combustor 4 includes an igniter 51, and the igniter 51 is operated by the ignition command from the controller 9 to ignite the combustor 4.

燃焼器4には、燃焼器4が失火したことを検知する失火検知器8が設置されている。失火検知8の検知信号は制御器9に入力される。失火検知器4は、例えば、フレームロッドで構成されている。   The combustor 4 is provided with a misfire detector 8 that detects that the combustor 4 has misfired. A detection signal of the misfire detection 8 is input to the controller 9. The misfire detector 4 is composed of, for example, a frame rod.

燃焼空気供給器7は、燃焼器4に燃焼空気を供給する。燃焼空気供給器7は、例えば、シロッコファンで構成されている。   The combustion air supplier 7 supplies combustion air to the combustor 4. The combustion air supply device 7 is composed of, for example, a sirocco fan.

制御器9は、本実施の形態では、水素生成装置101の全体の動作を制御する。具体的には、制御器9には水素生成装置101の所要の検知器(図示せず)からの検知信号及び入力装置(図示せず)からの入力情報(指令、入力データ等)が入力され、制御器9はこれらの入力に基づいて所要の処理を行う。そして、その処理に基づいて、所要の構成要素に制御信号を出力してこれを制御するとともに出力装置(図示せず)に所要の情報を出力する。特に、制御器9は、原料供給器2、水供給器3、燃料ガス弁6、燃焼空気供給器7、及び着火器51を制御して停止処理を行う。この停止処理において、失火検知器8から入力される検知信号と温度検知器27から入力される改質器10の温度とが用いられる。   In the present embodiment, the controller 9 controls the overall operation of the hydrogen generator 101. Specifically, the controller 9 receives a detection signal from a required detector (not shown) of the hydrogen generator 101 and input information (command, input data, etc.) from an input device (not shown). The controller 9 performs a required process based on these inputs. And based on the process, a control signal is output to a required component, this is controlled, and required information is output to an output device (not shown). In particular, the controller 9 performs a stop process by controlling the raw material supplier 2, the water supplier 3, the fuel gas valve 6, the combustion air supplier 7, and the igniter 51. In this stop process, the detection signal input from the misfire detector 8 and the temperature of the reformer 10 input from the temperature detector 27 are used.

制御器9は、演算部(図示せず)と記憶部(図示せず)と計時器53とを備えていて、演算部が記憶部に記憶された所定のプログラムを読み出して実行することにより、上述の制御が遂行される。制御器9は、例えば、マイクロコンピュータによって構成され、演算部がそのCPUにより構成され、記憶部がその内部メモリにより構成される。計時器53は、記憶部に格納されたプログラムにより実現される機能である。   The controller 9 includes a calculation unit (not shown), a storage unit (not shown), and a timer 53, and the calculation unit reads and executes a predetermined program stored in the storage unit. The above control is performed. The controller 9 is composed of, for example, a microcomputer, the arithmetic unit is composed of its CPU, and the storage unit is composed of its internal memory. The timer 53 is a function realized by a program stored in the storage unit.

ここで、本発明において、制御器とは、単独の制御器だけでなく、複数の制御器が協働して制御する制御器群をも意味する。それ故、制御器9は、必ずしも単独の制御器で構成される必要はなく、複数の制御器が分散配置され、それらが協働して水素生成装置101を制御するように構成されていてもよい。   Here, in the present invention, the controller means not only a single controller but also a group of controllers controlled by a plurality of controllers in cooperation. Therefore, the controller 9 is not necessarily configured by a single controller, and a plurality of controllers may be arranged in a distributed manner so that the hydrogen generator 101 is controlled in cooperation with each other. Good.

[動作]
次に、以上のように構成された水素生成装置101の動作を説明する。この動作は制御器9の制御により遂行される。水素生成装置101は、水素生成装置101を停止状態から水素生成装置101を暖機し、安全かつ円滑に一酸化炭素濃度の低い水素リッチな燃料ガスを生成する燃料ガス生成運転に移行させる起動処理と、燃料ガス生成を行う燃料ガス生成運転と、水素生成装置101を燃料ガス生成運転から安全かつ円滑に停止させる停止処理との少なくとも3つの動作モードを有する。
[Operation]
Next, the operation of the hydrogen generator 101 configured as described above will be described. This operation is performed under the control of the controller 9. The hydrogen generation apparatus 101 warms up the hydrogen generation apparatus 101 from a stopped state and shifts to a fuel gas generation operation for safely and smoothly generating a hydrogen-rich fuel gas with a low carbon monoxide concentration. And at least three operation modes: a fuel gas generation operation for generating fuel gas, and a stop process for safely and smoothly stopping the hydrogen generator 101 from the fuel gas generation operation.

まず、起動処理及び燃料ガス生成運転を簡略化して説明する。水素生成装置101は、制御器9からの起動開始の制御信号により起動する。具体的には、制御器9は、燃料ガス弁6に開指令を出す。これにより、燃料ガス弁6が開いて燃料ガス経路5が導通する(開放される)。その後、制御器9は、原料供給器2、水供給器3、燃焼空気供給器7に作動指令を出すとともに燃焼器4の着火器51に着火指令を出す。また、原料弁52を開放する。これにより、原料供給器2は原料経路13を通じて水素生成装置本体1に原料ガスを供給する。また、水供給器3は水供給経路14を介して水素生成装置1に水を供給する。また、燃焼器4は着火する。これにより、水素生成装置本体1は水蒸気改質反応により水素リッチな燃料ガスを生成する。そして、この燃料ガスが燃料ガス経路5を通じて、燃料ガスを消費する機器(ここでは燃料電池)に供給され、そこで消費されなかった燃料ガス(アノードオフガス)が燃焼器4に導かれる。そして、燃焼器4でこのアノードオフガスが燃焼空気供給器7から供給される燃焼空気と混合されて燃焼する。そして、この燃焼により発生した燃焼排ガスが改質器10と熱交換してこれを加熱する。これにより、改質器10における水蒸気改質反応が進行する。   First, the startup process and the fuel gas generation operation will be described in a simplified manner. The hydrogen generator 101 is activated by the activation start control signal from the controller 9. Specifically, the controller 9 issues an open command to the fuel gas valve 6. As a result, the fuel gas valve 6 is opened and the fuel gas path 5 is conducted (opened). Thereafter, the controller 9 issues an operation command to the raw material supplier 2, the water supplier 3, and the combustion air supplier 7 and issues an ignition command to the igniter 51 of the combustor 4. Further, the material valve 52 is opened. As a result, the raw material supplier 2 supplies the raw material gas to the hydrogen generator main body 1 through the raw material path 13. The water supplier 3 supplies water to the hydrogen generator 1 via the water supply path 14. The combustor 4 is ignited. Thereby, the hydrogen generator main body 1 generates hydrogen-rich fuel gas by the steam reforming reaction. Then, this fuel gas is supplied to the device (here, the fuel cell) that consumes the fuel gas through the fuel gas path 5, and the fuel gas (anode off gas) that has not been consumed there is led to the combustor 4. In the combustor 4, the anode off gas is mixed with the combustion air supplied from the combustion air supplier 7 and burned. The combustion exhaust gas generated by this combustion exchanges heat with the reformer 10 to heat it. Thereby, the steam reforming reaction in the reformer 10 proceeds.

次に、本発明を特徴付ける停止処理を説明する。   Next, stop processing that characterizes the present invention will be described.

図2は図1の水素生成装置の停止処理の内容を示すフローチャートである。この停止処理は、制御器9の記憶部に格納された停止処理プログラムを制御器9の演算部が読み出して実行することにより、遂行される。   FIG. 2 is a flowchart showing the contents of the stop process of the hydrogen generator of FIG. This stop process is performed by the calculation unit of the controller 9 reading and executing the stop process program stored in the storage unit of the controller 9.

図2において、水素生成装置101は、制御器9からの停止処理開始の制御信号により停止処理を開始する。   In FIG. 2, the hydrogen generator 101 starts the stop process in response to a stop process start control signal from the controller 9.

まず、制御器9は、原料供給器2を制御して原料ガスの供給を停止する(ステップS1)。このとき、制御器9は、原料ガスの供給を停止した後、原料弁52を閉じる。次いで、制御器9は、水供給器3を制御して水の供給を停止する(ステップS2)。この原料ガスの供給停止及び水の供給停止は、逆の順序でもよく、同時でもよい。   First, the controller 9 controls the raw material supplier 2 to stop the supply of the raw material gas (step S1). At this time, the controller 9 closes the raw material valve 52 after stopping the supply of the raw material gas. Next, the controller 9 controls the water supplier 3 to stop the water supply (step S2). The supply gas supply stop and the water supply stop may be performed in the reverse order or simultaneously.

次いで、制御器9は、着火器51を動作させる(ステップS3)。   Next, the controller 9 operates the igniter 51 (step S3).

次いで、制御器9は、失火検知器8が失火を検知するのを監視する(ステップS4でNO)。   Next, the controller 9 monitors whether the misfire detector 8 detects misfire (NO in step S4).

ここで、水の供給を停止しても即座に蒸発反応が停止することはなく、改質器10内に残留する水が完全に蒸発するまでは蒸発反応が継続する。それにより、改質器10内のガスの体積の増加が継続する。一方、従来例と異なり、本実施の形態では、原料ガス及び水の供給停止から失火検知器8による失火検知までの間、燃料ガス弁6は運転時と同様に開いたままであり、燃料ガス経路5を通じて水蒸気を含む水素リッチな燃料ガスが燃焼器4に供給される。ここで、原料ガス及び水の供給が停止された後においては、改質器10内で生成されるガスは必ずしも燃料ガスとしての所定の組成を有しないので、以下、これを「可燃ガス」と称する場合がある。また、燃焼空気供給器7は燃焼器4への燃焼用空気の供給を継続する。これにより、燃焼器4は燃焼を継続する。ところで、上記原料及び水の供給停止後においては、改質器10内の水蒸発により押し出されて燃焼器4に供給されるガス中に含まれる可燃ガスの量が次第に低下する等して燃焼器4が失火しやすくなる。しかし、本実施の形態では、その間、着火器51が着火動作を継続するので、燃焼器4が失火しても直ぐ着火する。このため、この改質器10から押し出されてくるガス中の可燃ガスの燃焼の継続が延長される。このように、ステップS4は、本発明を特徴付ける燃焼継続ステップである。その結果、水素生成装置本体1内の圧力が残留する水の蒸発により上昇することが防止される。また、水素生成装置本体1の耐圧設計が容易になり、例えば、水素生成装置本体1の筐体に低コストの材料を用いることや、筐体の肉厚を低減することも可能となり、低コスト化及びコンパクト化を実現できる。また、水蒸気を含む水素リッチな燃料ガスをそのまま大気に排出すると、燃焼排ガスの排出口付近に着火源がある場合、発火や爆発等の恐れがあるが、本実施の形態ではそれらを燃焼させることで上記問題の発生を抑制することができる。   Here, even if the supply of water is stopped, the evaporation reaction does not stop immediately, and the evaporation reaction continues until the water remaining in the reformer 10 is completely evaporated. Thereby, the increase in the volume of the gas in the reformer 10 continues. On the other hand, unlike the conventional example, in the present embodiment, the fuel gas valve 6 remains open in the same manner as during operation from the stop of the supply of the raw material gas and water until the misfire detection by the misfire detector 8, and the fuel gas path Through 5, hydrogen-rich fuel gas containing water vapor is supplied to the combustor 4. Here, after the supply of the raw material gas and water is stopped, the gas generated in the reformer 10 does not necessarily have a predetermined composition as a fuel gas. Therefore, this is hereinafter referred to as “combustible gas”. Sometimes called. Further, the combustion air supply device 7 continues to supply combustion air to the combustor 4. Thereby, the combustor 4 continues combustion. By the way, after the supply of the raw material and water is stopped, the amount of combustible gas contained in the gas pushed out by water evaporation in the reformer 10 and supplied to the combustor 4 gradually decreases. 4 becomes easy to misfire. However, in the present embodiment, the igniter 51 continues the igniting operation during that period, so that even if the combustor 4 misfires, it ignites immediately. For this reason, the continuation of combustion of the combustible gas in the gas extruded from the reformer 10 is extended. Thus, step S4 is a combustion continuation step that characterizes the present invention. As a result, the pressure in the hydrogen generator main body 1 is prevented from rising due to evaporation of the remaining water. Moreover, the pressure resistance design of the hydrogen generator main body 1 is facilitated. For example, it is possible to use a low-cost material for the casing of the hydrogen generator main body 1 and to reduce the wall thickness of the casing. And compactness can be realized. Also, if hydrogen-rich fuel gas containing water vapor is discharged to the atmosphere as it is, if there is an ignition source near the exhaust port of the combustion exhaust gas, there is a risk of ignition or explosion, but in the present embodiment, they are burned Therefore, occurrence of the above problem can be suppressed.

やがて、改質器10内の全ての残留水が蒸発し終わると、改質器10内のガスの体積増加が止んで燃料ガス経路5から燃焼器4への可燃ガス(水素生成装置本体1で生成されたガス)の供給が止む。これにより、燃焼器4が失火する。すると、失火検知器8がこの失火を検知して、失火検知信号を制御器9に出力する。制御器9はこの失火検知信号を受けて燃焼器4の失火を検知する(ステップS4でYES)。   Eventually, when all the residual water in the reformer 10 has been evaporated, the volume of gas in the reformer 10 stops increasing, and the combustible gas (from the hydrogen generator main body 1 to the combustor 4) from the fuel gas path 5 stops. The supply of generated gas) stops. Thereby, the combustor 4 misfires. Then, the misfire detector 8 detects this misfire and outputs a misfire detection signal to the controller 9. The controller 9 receives this misfire detection signal and detects misfire of the combustor 4 (YES in step S4).

制御器9は、失火を検知すると、着火器51の着火動作を停止させる(ステップS5)。   When detecting the misfire, the controller 9 stops the ignition operation of the igniter 51 (step S5).

次に、制御器9は、燃料ガス弁6を閉じる(ステップS6)。これにより、水素生成装置本体1の内部のガス経路が外気と遮断されて、その後、水素生成装置の温度が低下した場合に、水素生成装置内のガス経路への外気の侵入が遮断され、改質触媒及び変成触媒の酸化による劣化が防止される。   Next, the controller 9 closes the fuel gas valve 6 (step S6). As a result, the gas path inside the hydrogen generator main body 1 is shut off from the outside air, and when the temperature of the hydrogen generator drops thereafter, the intrusion of outside air into the gas path inside the hydrogen generator is shut off, and The deterioration of the quality catalyst and the shift catalyst due to oxidation is prevented.

次に、制御器9は、燃焼空気供給器7の操作量(空気供給器の出力)を増加させる(ステップS7)。本実施の形態では、燃焼空気供給器7の操作量(出力)が最大になるように制御する。なお、燃焼空気供給器7の上記増加後の操作量は、必ずしも最大にする必要はなく、少なくとも燃料電池システム102が最大電力で発電運転している際における操作量よりも大きければ構わない。この操作量の増加により、燃焼空気供給器7が供給する燃焼空気の量が増加する。ここで、燃焼器4が失火する直前は、燃焼状態が不安定になっているため、不完全燃焼の燃焼排ガスが大気へ排出される可能性があるが、このように燃料ガス弁6を閉止した後も燃焼空気の供給を継続し、かつその燃焼空気も供給量を増加させることにより、この不完全燃焼の燃焼排ガスを希釈して排出することができる。   Next, the controller 9 increases the operation amount (output of the air supply device) of the combustion air supply device 7 (step S7). In the present embodiment, control is performed so that the operation amount (output) of the combustion air supply device 7 is maximized. The operation amount after the increase of the combustion air supply device 7 does not necessarily need to be maximized, and may be at least larger than the operation amount when the fuel cell system 102 is performing the power generation operation with the maximum power. Due to the increase in the operation amount, the amount of combustion air supplied by the combustion air supplier 7 increases. Here, immediately before the combustor 4 is misfired, the combustion state is unstable, and therefore, incomplete combustion combustion exhaust gas may be discharged to the atmosphere. In this way, the fuel gas valve 6 is closed. By continuing the supply of the combustion air and increasing the supply amount of the combustion air, the incomplete combustion combustion exhaust gas can be diluted and discharged.

次に、制御器9は、燃焼空気供給器7の操作量を増加させてからの経過時間の計測を開始する(ステップS8)。当該経過時間の計測は計時器53を用いて行われる。   Next, the controller 9 starts measuring the elapsed time after increasing the operation amount of the combustion air supplier 7 (step S8). The elapsed time is measured using a timer 53.

次に、制御器9は、燃焼用空気供給器7の操作量を増加させてからの経過時間が第1の停止閾値以上になるのを待機する(ステップS9でNO)。具体的には、制御器9(正確には記憶部)には、燃焼用空気供給器7の操作量を増加させてからの経過時間に対する第1の停止閾値が記憶されていて、制御器9は計時器53から入力される時間に基づき算出された燃焼空気供給器7の操作量を増加させてからの経過時間をこの第1の停止閾値と対比して、上記経過時間が第1の停止閾値以上であるか否か判定する(ステップS9)。そして、上記経過時間が第1の停止閾値未満の場合には、上記経過時間が第1の停止閾値以上になるのを待機する(ステップS9でNO)。   Next, the controller 9 waits until the elapsed time after increasing the operation amount of the combustion air supplier 7 becomes equal to or greater than the first stop threshold (NO in step S9). Specifically, the controller 9 (more precisely, the storage unit) stores a first stop threshold value with respect to the elapsed time since the operation amount of the combustion air supply device 7 is increased. The elapsed time after increasing the operation amount of the combustion air supply unit 7 calculated based on the time input from the timer 53 is compared with the first stop threshold value, and the elapsed time is the first stop time. It is determined whether or not the threshold value is exceeded (step S9). If the elapsed time is less than the first stop threshold, the CPU waits for the elapsed time to be equal to or greater than the first stop threshold (NO in step S9).

そして、上記経過時間が第1の停止閾値以上になると(ステップS9でYES)、燃焼用空気供給器15を停止する(ステップS10)。なお、第1の停止閾値は、燃料ガス弁6を閉止した後に、燃焼器4内部に残存するガスを大気中にパージ可能な時間として定義される。つまり、ステップS9においては、燃料ガス弁6を閉止した後に供給した燃焼用空気の量が、燃焼器4内部に残存するガスを大気中にパージ可能な供給量(閾値供給量)以上になったか否かを判断することを目的としており、経過時間により判断する上記ステップS9は、その一例である。   When the elapsed time is equal to or greater than the first stop threshold (YES in step S9), the combustion air supply unit 15 is stopped (step S10). The first stop threshold is defined as a time during which the gas remaining in the combustor 4 can be purged into the atmosphere after the fuel gas valve 6 is closed. That is, in step S9, whether the amount of combustion air supplied after the fuel gas valve 6 is closed is equal to or greater than the supply amount (threshold supply amount) that can purge the gas remaining in the combustor 4 into the atmosphere. The above-described step S9, which is intended to determine whether or not, is determined by the elapsed time, is an example.

これより、停止処理が終了する。この停止処理の終了により、水素生成装置101が完全に停止した状態になる。   Thus, the stop process ends. By the end of this stop process, the hydrogen generator 101 is completely stopped.

以上に説明したように、本実施の形態の水素生成装置101によれば、水素生成装置101の運転停止時における水素生成装置本体1の内部圧力の上昇による弊害を生じる可能性を低減することができる。なお、本実施の形態では、水素生成装置本体1内の圧力上昇を抑制することができるので、燃料ガス弁6を閉止後に水素生成装置本体1内に残存する水蒸気を含むガスのパージや燃料ガス弁6を閉止後に水素生成装置本体1内の温度低下により内圧が低下した際の水素生成装置本体1への保圧(補圧)や水素生成装置101の再起動のために原料ガスを供給するように構成しても、原料供給器2の下流の原料弁52を開放した際に、改質器10の内部から原料経路13側へ水蒸気が逆流して、原料ガスを供給する経路上に配置された原料供給器2が水蒸気に曝され、故障が発生することを抑制することができる。   As described above, according to the hydrogen generator 101 of the present embodiment, it is possible to reduce the possibility of adverse effects due to an increase in the internal pressure of the hydrogen generator main body 1 when the operation of the hydrogen generator 101 is stopped. it can. In this embodiment, since the pressure increase in the hydrogen generator main body 1 can be suppressed, purging of gas including water vapor or fuel gas remaining in the hydrogen generator main body 1 after the fuel gas valve 6 is closed is performed. The raw material gas is supplied for holding pressure (complementary pressure) to the hydrogen generator main body 1 or restarting the hydrogen generator 101 when the internal pressure decreases due to a temperature drop in the hydrogen generator main body 1 after the valve 6 is closed. Even when configured in this way, when the raw material valve 52 downstream of the raw material supplier 2 is opened, the steam flows backward from the inside of the reformer 10 to the raw material path 13 side, and is disposed on the path for supplying the raw material gas. It can suppress that the made raw material supply device 2 is exposed to water vapor | steam, and a failure generate | occur | produces.

[着火動作に関する変形例]
<着火動作の省略>
上記では、原料及び水の供給停止後に着火動作を行っている。この着火動作は、原料及び水の供給停止後に改質器10から押し出される可燃ガスの燃焼を安定して継続させることを目的として行うものである。それ故、着火動作を行うことが好ましいが、停止処理制御を簡略化する場合には、これを省略してもよい。
[Modifications related to ignition operation]
<Omission of ignition operation>
In the above, the ignition operation is performed after the supply of raw materials and water is stopped. This ignition operation is performed for the purpose of stably continuing the combustion of the combustible gas pushed out from the reformer 10 after the supply of raw materials and water is stopped. Therefore, it is preferable to perform the ignition operation, but this may be omitted when the stop process control is simplified.

<着火動作の開始タイミング>
上記では、原料及び水の供給停止後に着火動作を開始しているが、着火動作は上記目的に鑑みると、原料及び水の供給停止後に行っていればよい。それ故、原料及び水の供給停止と同時又はその前に着火動作を開始してもよい。
<Start timing of ignition operation>
In the above, the ignition operation is started after the supply of the raw materials and water is stopped. However, in view of the above-described purpose, the ignition operation may be performed after the supply of the raw materials and water is stopped. Therefore, the ignition operation may be started simultaneously with or before the supply of raw materials and water is stopped.

<着火動作の停止タイミング>
着火器51の着火動作は、換言すると、改質器10から押し出されてくるガス中の可燃ガスの燃焼継続時間を延長するために行うものである。それ故、着火器51の着火動作は、改質器10からの可燃ガスの押し出しが止むまで継続することが好ましい。それ故、上記では、着火器51の着火動作を、失火を検知した後に停止している。しかし、例え、僅かであっても燃焼器4の燃焼継続時間の延長効果が得られるという意味では、失火を検知するまで着火動作を継続する必要はなく、燃焼器4の失火を検知する前に、着火動作を停止してもよい。つまり、原料及び水の供給を停止後の燃焼継続期間内において所定時間、着火器51を動作させれば上記延長効果が得られる。また、上記所定時間は、着火動作により燃焼器4の燃焼を継続することが可能であると推定される時間とすることが好ましい。このような推定時間は、実験、シミュレーション、演算等によって求めることができる。
<Ignition stop timing>
In other words, the ignition operation of the igniter 51 is performed in order to extend the combustion duration time of the combustible gas in the gas pushed out from the reformer 10. Therefore, it is preferable that the ignition operation of the igniter 51 is continued until the extrusion of the combustible gas from the reformer 10 stops. Therefore, in the above, the ignition operation of the igniter 51 is stopped after detecting misfire. However, in the sense that even if a small amount is obtained, the effect of extending the combustion duration of the combustor 4 is obtained, it is not necessary to continue the ignition operation until the misfire is detected, before the misfire of the combustor 4 is detected. The ignition operation may be stopped. That is, the extension effect can be obtained by operating the igniter 51 for a predetermined time within the combustion continuation period after the supply of the raw material and water is stopped. Moreover, it is preferable that the predetermined time is a time estimated that the combustion of the combustor 4 can be continued by the ignition operation. Such an estimated time can be obtained by experiment, simulation, calculation, or the like.

なお、上記では、燃料ガス弁6を閉止した後に供給した燃焼用空気の量が、燃焼器4内部に残存するガスを大気中にパージ可能な供給量(閾値供給量)以上になったか否かを、燃焼空気供給器7の操作量を増加させてからの経過時間で判断しているが、これ以外のパラメータで判断してもよい。そのようなパラメータとして、例えば、燃料ガス弁6の閉止からの経過時間等が挙げられる。
(実施の形態2)
図2は、本発明の実施の形態2に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。図2に示すように、本実施の形態の燃料電池システム102は、実施の形態1の水素生成装置101と、燃料電池17と、酸化剤ガス供給器19とを主な構成要素として備えている。
In the above description, whether or not the amount of combustion air supplied after closing the fuel gas valve 6 is equal to or greater than the supply amount (threshold supply amount) that allows the gas remaining in the combustor 4 to be purged into the atmosphere. Is determined based on the elapsed time since the amount of operation of the combustion air supplier 7 is increased, but may be determined using parameters other than this. As such a parameter, for example, an elapsed time from the closing of the fuel gas valve 6 can be cited.
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in FIG. 2, the fuel cell system 102 of the present embodiment includes the hydrogen generator 101, the fuel cell 17, and the oxidant gas supplier 19 of the first embodiment as main components. .

燃料電池1は、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを電気化学反応させて電気と熱とを発生するものである。燃料電池1として、例えば、固体高分子電解質形燃料電池、燐酸形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、溶融炭酸塩形燃料電池等を用いることができる。   The fuel cell 1 generates electricity and heat by causing an electrochemical reaction between a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen. As the fuel cell 1, for example, a solid polymer electrolyte fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, a solid oxide fuel cell, a molten carbonate fuel cell, or the like can be used.

燃料電池17の内部には、アノードに燃料ガスを供給しそこから未消費の燃料ガスを排出する内部燃料ガス経路43と、カソードに酸化剤ガスを供給しそこから未消費の酸化剤ガスを排出する内部酸化剤ガス経路44とが形成されている。内部燃料ガス経路43の上流端は、燃料ガス供給経路16を通じて水素生成装置本体1のCO除去器12の燃料ガス出口に接続されている。燃料ガス供給経路16にはその開閉により燃料ガス供給経路16を導通(開放)及び遮断(閉鎖)する燃料ガス入口弁21が配設されている。燃料ガス入口弁21は例えば開閉弁で構成されている。燃料ガス経路43の下流端は、燃料ガス排出経路41を通じて燃焼器4に接続されている。燃料ガス排出経路41にはその開閉により燃料ガス供給経路41を導通(開放)及び遮断(閉鎖)する燃料ガス出口弁23が配設されている。燃料ガス出口弁23は例えば開閉弁で構成されている。   Inside the fuel cell 17, an internal fuel gas passage 43 for supplying fuel gas to the anode and discharging unconsumed fuel gas therefrom, and an oxidant gas to the cathode and discharging unconsumed oxidant gas therefrom. And an internal oxidant gas path 44 is formed. The upstream end of the internal fuel gas path 43 is connected to the fuel gas outlet of the CO remover 12 of the hydrogen generator main body 1 through the fuel gas supply path 16. The fuel gas supply path 16 is provided with a fuel gas inlet valve 21 that opens and closes the fuel gas supply path 16 by opening and closing the fuel gas supply path 16. The fuel gas inlet valve 21 is constituted by an on-off valve, for example. The downstream end of the fuel gas path 43 is connected to the combustor 4 through the fuel gas discharge path 41. The fuel gas discharge path 41 is provided with a fuel gas outlet valve 23 that opens and closes the fuel gas supply path 41 by opening and closing the fuel gas discharge path 41. The fuel gas outlet valve 23 is constituted by, for example, an on-off valve.

そして、燃料ガス供給経路16の燃料ガス入口弁21より上流側の部分と燃料ガス排出経路41の燃料ガス出口弁23より下流側の部分とを接続するように燃料電池バイパス経路20が設けられている。燃料電池バイパス経路20には、その開閉により燃料電池バイパス経路20を導通(開放)及び遮断(閉鎖)する燃料電池バイパス弁22が配設されている。燃料電池バイパス弁22は例えば開閉弁で構成されている。   A fuel cell bypass path 20 is provided so as to connect a portion upstream of the fuel gas inlet valve 21 in the fuel gas supply path 16 and a portion downstream of the fuel gas outlet valve 23 in the fuel gas discharge path 41. Yes. The fuel cell bypass path 20 is provided with a fuel cell bypass valve 22 that opens (closes) and shuts off (closes) the fuel cell bypass path 20 by opening and closing the fuel cell bypass path 20. The fuel cell bypass valve 22 is constituted by an on-off valve, for example.

この構成により、燃料ガス入口弁21と燃料ガス出口弁23とを開き、燃料電池バイパス弁22を閉じると、水素生成装置本体1から供給される燃料ガスは、燃料ガス供給経路16と燃料電池17の内部燃料ガス経路43と燃料ガス排出経路41とを通って燃焼器4へと流れる。一方、燃料ガス入口弁21と燃料ガス出口弁23とを閉じ、燃料電池バイパス弁22を開くと、水素生成装置本体1から供給される燃料ガスは、燃料ガス供給経路16と燃料電池バイパス経路20と燃料ガス排出経路41とを通って燃焼器4へと流れる。   With this configuration, when the fuel gas inlet valve 21 and the fuel gas outlet valve 23 are opened and the fuel cell bypass valve 22 is closed, the fuel gas supplied from the hydrogen generator main body 1 is supplied to the fuel gas supply path 16 and the fuel cell 17. The internal fuel gas passage 43 and the fuel gas discharge passage 41 flow to the combustor 4. On the other hand, when the fuel gas inlet valve 21 and the fuel gas outlet valve 23 are closed and the fuel cell bypass valve 22 is opened, the fuel gas supplied from the hydrogen generator main body 1 is supplied to the fuel gas supply path 16 and the fuel cell bypass path 20. And the fuel gas discharge path 41 to the combustor 4.

それ故、燃料ガス供給経路16と燃料電池17の内部燃料ガス経路43と燃料ガス排出経路41とを通って燃焼器4へと流れる燃料ガスの経路と、燃料ガス供給経路16と燃料電池バイパス経路20と燃料ガス排出経路41とを通って燃焼器4へと流れる燃料ガスの経路との双方が、燃料ガス経路5を構成している。   Therefore, the path of the fuel gas flowing to the combustor 4 through the fuel gas supply path 16, the internal fuel gas path 43 of the fuel cell 17 and the fuel gas discharge path 41, the fuel gas supply path 16 and the fuel cell bypass path. 20 and the fuel gas path that flows to the combustor 4 through the fuel gas discharge path 41 constitute the fuel gas path 5.

一方、燃料電池17の内部酸化剤ガス経路44の上流端は、酸化剤ガス供給経路18を通じて酸化剤ガス供給器19に接続されている。酸化剤ガス供給器19は、ここでは、酸化剤ガスとしての空気を内部酸化剤ガス経路44に供給する。酸化剤ガス供給器19は、例えば、ブロアで構成されている。酸化剤ガス供給経路18にはその開閉により酸化剤ガス供給経路18を導通(開放)及び遮断(閉鎖)する酸化剤ガス弁42が配設されている。酸化剤ガス弁42は、例えば開閉弁で構成されている。   On the other hand, the upstream end of the internal oxidant gas path 44 of the fuel cell 17 is connected to the oxidant gas supply unit 19 through the oxidant gas supply path 18. Here, the oxidant gas supply unit 19 supplies air as the oxidant gas to the internal oxidant gas passage 44. The oxidant gas supply device 19 is composed of, for example, a blower. The oxidant gas supply path 18 is provided with an oxidant gas valve 42 that opens (closes) and shuts off (closes) the oxidant gas supply path 18 by opening and closing thereof. The oxidant gas valve 42 is constituted by an on-off valve, for example.

また、内部酸化剤ガス経路44の下流端は、酸化剤ガス排出経路24を通じて燃焼器4に接続されている。酸化剤ガス排出経路24にはその開閉により酸化剤ガス排出経路24を導通(開放)及び遮断(閉鎖)するカソードパージガス出口弁26が配設されている。カソードパージガス出口弁26は例えば開閉弁で構成されている。   The downstream end of the internal oxidant gas path 44 is connected to the combustor 4 through the oxidant gas discharge path 24. The oxidant gas discharge path 24 is provided with a cathode purge gas outlet valve 26 that opens (closes) and shuts off (closes) the oxidant gas discharge path 24 by opening and closing the oxidant gas discharge path 24. The cathode purge gas outlet valve 26 is constituted by, for example, an on-off valve.

そして、原料経路13の原料供給器2より下流側の部分と酸化剤ガス供給経路18の酸化剤ガス弁42より下流側の部分とを接続するようにカソードパージガス経路45が設けられている。カソードパージガス経路45にはその開閉によりカソードパージガス経路45を導通(開放)及び遮断(閉鎖)するカソードパージガス入口弁25が配設されている。カソードパージガス入口弁25は、例えば開閉弁で構成されている。   A cathode purge gas passage 45 is provided so as to connect a portion of the raw material passage 13 downstream of the raw material supplier 2 and a portion of the oxidant gas supply passage 18 downstream of the oxidant gas valve 42. The cathode purge gas passage 45 is provided with a cathode purge gas inlet valve 25 that opens (closes) and shuts off (closes) the cathode purge gas passage 45 by opening and closing thereof. The cathode purge gas inlet valve 25 is constituted by, for example, an on-off valve.

制御器9は、本実施の形態では、酸化剤ガス供給器19、燃料ガス入口弁21、燃料電池バイパス弁22、燃料ガス出口弁23、カソードパージガス入口弁25、カソードパージガス出口弁26、及び酸化剤ガス弁42の動作を制御する。なお、これらの構成要素19,21〜23,25,26,42を制御する別の制御器を設け、その制御器と制御器9とが協働して燃料電池システムを制御するよう構成してもよい。   In this embodiment, the controller 9 includes an oxidant gas supply device 19, a fuel gas inlet valve 21, a fuel cell bypass valve 22, a fuel gas outlet valve 23, a cathode purge gas inlet valve 25, a cathode purge gas outlet valve 26, and an oxidizer. The operation of the agent gas valve 42 is controlled. In addition, another controller that controls these components 19, 21 to 23, 25, 26, and 42 is provided, and the controller and the controller 9 cooperate to control the fuel cell system. Also good.

次に、以上のように構成された燃料電池システム102の運転動作を説明する。この動作は制御器9の制御により遂行される。燃料電池システム102は、燃料電池システム102を停止状態から水素生成装置本体1を暖機し、燃料電池システム102を安全かつ円滑に発電動作に移行させる起動処理と、燃料電池17の発電を行う発電運転と、燃料電池システム102を発電運転から安全かつ円滑に停止させる停止処理との少なくとも3つの動作モードを有する。   Next, the operation of the fuel cell system 102 configured as described above will be described. This operation is performed under the control of the controller 9. The fuel cell system 102 warms up the hydrogen generator main body 1 from a state where the fuel cell system 102 is stopped, and starts up the fuel cell system 102 so that the fuel cell system 102 can be safely and smoothly shifted to a power generation operation. It has at least three operation modes of operation and stop processing for safely and smoothly stopping the fuel cell system 102 from the power generation operation.

まず、起動処理及び発電運転を簡略化して説明する。燃料電池システム102は、制御器9からの起動開始の制御信号により起動する。   First, the startup process and the power generation operation will be described in a simplified manner. The fuel cell system 102 is activated by the activation start control signal from the controller 9.

燃料電池システム102では、停止状態(待機状態)において、燃料ガス入口弁21、燃料電池バイパス弁20、及び燃料ガス出口弁23が閉じられており、後述するように、燃料電池1のアノード(正確には内部燃料ガス経路43)には原料ガスが封止されている。また、本実施の形態では、燃料電池バイパス弁22が、実施の形態1の燃料ガス弁6に代わってその役割を果たしており、水素生成装置本体1の内部には、実施の形態1で説明したように、原料ガスが封止されている。さらに、カソードパージガス入口弁25、カソードパージガス出口弁26、及び酸化剤ガス弁42が閉じられており、後述するように、カソード(正確には内部酸化剤ガス経路44)には原料ガスが封止されている。   In the fuel cell system 102, in the stop state (standby state), the fuel gas inlet valve 21, the fuel cell bypass valve 20, and the fuel gas outlet valve 23 are closed. In the internal fuel gas path 43), the raw material gas is sealed. Further, in the present embodiment, the fuel cell bypass valve 22 plays the role in place of the fuel gas valve 6 of the first embodiment, and the hydrogen generator main body 1 is described in the first embodiment. Thus, the source gas is sealed. Further, the cathode purge gas inlet valve 25, the cathode purge gas outlet valve 26, and the oxidant gas valve 42 are closed. As will be described later, the source gas is sealed in the cathode (more precisely, the internal oxidant gas path 44). Has been.

この状態で制御器9から起動開始の制御信号が出力されると、燃料電池バイパス弁22が開き、その後、水素生成装置101が起動する。この起動の動作は実施の形態1において詳述したので、ここではその重複する説明を省略する。但し、水素生成装置本体1で生成された燃料ガスは、燃料ガス供給経路26、燃料電池バイパス経路20、及び燃料ガス排出経路41を通じて燃焼器4に供給される。   In this state, when a start control signal is output from the controller 9, the fuel cell bypass valve 22 is opened, and then the hydrogen generator 101 is started. Since this starting operation has been described in detail in the first embodiment, the redundant description thereof is omitted here. However, the fuel gas generated in the hydrogen generator main body 1 is supplied to the combustor 4 through the fuel gas supply path 26, the fuel cell bypass path 20, and the fuel gas discharge path 41.

そして、制御器9の記憶部には改質器10の所定の燃料ガス供給閾値温度(第2の所定温度)が記憶されていて、制御器9は、温度検知器27により検出される改質器10の温度がこの燃料ガス供給閾値温度に到達すると、燃料ガス入口弁21及び燃料ガス出口弁23を開いて燃料電池バイパス弁22を閉じる。これにより、水素生成装置本体1から燃料ガスが燃料電池17のアノードに供給される。この際、アノード(内部燃料ガス経路43)に封止されていた原料ガスは燃料ガス排出経路41を通じて燃焼器4に排出され、そこで燃焼される。   A predetermined fuel gas supply threshold temperature (second predetermined temperature) of the reformer 10 is stored in the storage unit of the controller 9, and the controller 9 detects the reforming detected by the temperature detector 27. When the temperature of the vessel 10 reaches this fuel gas supply threshold temperature, the fuel gas inlet valve 21 and the fuel gas outlet valve 23 are opened and the fuel cell bypass valve 22 is closed. As a result, the fuel gas is supplied from the hydrogen generator main body 1 to the anode of the fuel cell 17. At this time, the raw material gas sealed in the anode (internal fuel gas path 43) is discharged to the combustor 4 through the fuel gas discharge path 41 and burned there.

また、制御器9は、酸化剤ガス弁42及びカソードパージガス出口弁26を開き、酸化剤ガス供給器19から酸化剤ガス(空気)を燃料電池17のカソードに供給する。この際、カソード(内部酸化剤ガス経路44)に封止されていた原料ガスは酸化剤ガス排出経路24を通じて燃焼器4に排出され、そこで燃焼される。   Further, the controller 9 opens the oxidant gas valve 42 and the cathode purge gas outlet valve 26 and supplies the oxidant gas (air) from the oxidant gas supply unit 19 to the cathode of the fuel cell 17. At this time, the raw material gas sealed in the cathode (internal oxidant gas path 44) is discharged to the combustor 4 through the oxidant gas discharge path 24 and burned there.

このようにして、燃料電池システム102は、発電動作に移行し、発電動作においては、燃料電池17において、水素生成装置本体1から供給される燃料ガスと酸化剤ガス供給器19から供給される酸化剤ガスとが電気化学反応して電気と熱とが発生する。発生した電気は、図示されない出力端子を通じて負荷に供給される。また、発生した熱は図示されない排熱回収システムにより回収されて、ユーザの利用に供される。   In this way, the fuel cell system 102 shifts to the power generation operation, and in the power generation operation, the fuel cell 17 supplies the fuel gas supplied from the hydrogen generator main body 1 and the oxidation gas supplied from the oxidant gas supply device 19. Electrochemical reaction with the agent gas generates electricity and heat. The generated electricity is supplied to the load through an output terminal (not shown). The generated heat is recovered by an exhaust heat recovery system (not shown) and used for the user.

燃料電池17で消費されなかった燃料ガス(アノードオフガス:燃焼ガス)は、燃焼器4に供給されてそこで燃焼される。また、燃料電池17で消費されなかった酸化剤ガス(カソードオフガス)は、燃焼器4に供給され、そこで燃焼空気供給器7から供給される燃焼空気とともに燃焼ガスの燃焼に用いられる。   The fuel gas (anode off gas: combustion gas) that has not been consumed in the fuel cell 17 is supplied to the combustor 4 and burned there. Further, the oxidant gas (cathode off gas) that has not been consumed in the fuel cell 17 is supplied to the combustor 4 where it is used for combustion of the combustion gas together with the combustion air supplied from the combustion air supply device 7.

次に、停止処理について説明する。   Next, the stop process will be described.

図4は図3の燃料電池システム102の停止処理の内容を示すフローチャートである。この停止処理は、制御器9の記憶部に格納された停止処理プログラムを制御器9の演算部が読み出して実行することにより、遂行される。   FIG. 4 is a flowchart showing the contents of the stop process of the fuel cell system 102 of FIG. This stop process is performed by the calculation unit of the controller 9 reading and executing the stop process program stored in the storage unit of the controller 9.

図3、において燃料電池システム102は、制御器9からの停止処理開始の制御信号により停止処理を開始する。   In FIG. 3, the fuel cell system 102 starts the stop process in response to a stop process start control signal from the controller 9.

制御器9は、まず、酸化剤ガスの供給を停止し、かつ水素生成装置101における可燃ガス燃焼処理を行う。具体的には、制御器9は、酸化剤ガス供給器19による酸化剤ガスの供給を停止し、ガス酸化剤ガス弁42を閉じる。可燃ガス燃焼処理は、実施の形態1の図2のステップS1〜S6をこの燃料電池システム102に適合するよう変形したものである。ステップS1〜S6については、実施の形態1において詳述したので、ここではその重複する説明を省略し、相違点を説明する。本実施の形態では、燃料電池システムの停止処理開始時には、燃料ガスは水素生成本体1から燃料電池17の内部燃料ガス経路43を経由して燃焼器4へと流れている。水素生成装置101の可燃ガス燃焼処理において、制御器9は、まず、原料ガス及び水の供給を停止する(図2のステップS1及びS2)とともに、燃料電池バイパス弁22を開き、かつ燃料ガス入口弁21及び燃料ガス出口弁23を閉じる。これにより、燃料ガスが燃料電池17のアノード(正確には内部燃料ガス経路43)に封止される。一方、水素生成装置本体1内部の水蒸発により水素生成装置本体1から送出された可燃ガスが燃料電池バイパス経路20を経由して燃焼器4に流れ続け、この可燃ガスについて実施の形態1と同様に燃焼処理する。   The controller 9 first stops the supply of the oxidant gas and performs a combustible gas combustion process in the hydrogen generator 101. Specifically, the controller 9 stops the supply of the oxidant gas by the oxidant gas supply unit 19 and closes the gas oxidant gas valve 42. The combustible gas combustion process is a modification of steps S1 to S6 of FIG. Since Steps S1 to S6 have been described in detail in the first embodiment, the overlapping description will be omitted here, and differences will be described. In the present embodiment, at the start of the stop process of the fuel cell system, the fuel gas flows from the hydrogen generating body 1 to the combustor 4 via the internal fuel gas path 43 of the fuel cell 17. In the combustible gas combustion process of the hydrogen generator 101, the controller 9 first stops the supply of the raw material gas and water (steps S1 and S2 in FIG. 2), opens the fuel cell bypass valve 22, and opens the fuel gas inlet. The valve 21 and the fuel gas outlet valve 23 are closed. As a result, the fuel gas is sealed in the anode of the fuel cell 17 (more precisely, the internal fuel gas path 43). On the other hand, the combustible gas sent out from the hydrogen generator main body 1 by water evaporation inside the hydrogen generator main body 1 continues to flow to the combustor 4 via the fuel cell bypass path 20, and this combustible gas is the same as in the first embodiment. To burn.

その後、制御器9は、失火検知器8により失火を検知すると、燃料ガス弁6に代わる燃料電池バイパス弁22を閉じる(図2のステップS6参照)。これにより、原料ガスが水素生成装置本体1に封止される。   Thereafter, when the misfire is detected by the misfire detector 8, the controller 9 closes the fuel cell bypass valve 22 instead of the fuel gas valve 6 (see step S6 in FIG. 2). Thereby, the source gas is sealed in the hydrogen generator main body 1.

その後、制御器9は、燃焼空気供給器7の操作量を増加させて燃焼空気の供給を継続する(ステップS22)。これは、改質器10の温度低下を促進するためである。   Thereafter, the controller 9 increases the operation amount of the combustion air supplier 7 and continues the supply of the combustion air (step S22). This is to promote the temperature drop of the reformer 10.

次に、制御器9は、温度検知器27により検知される改質器10の温度が所定の閾値温度以下になるのを待機する(ステップS22でNO)。この所定の温度閾値は、以下のように定めることが好ましい。改質器10の温度は、燃焼器4の失火後、放熱により低下する。一方、後述するカソードパージにおいては、燃料電池17の内部酸化剤ガス流路44より送出されたガスを燃焼器4で燃焼させるので、この燃焼により改質器10の温度は上昇する。それ故、所定の閾値温度は、カソードパージによる改質器10の温度上昇を加算しても改質触媒の耐熱温度以下になる温度に定めることが好ましい。換言すると、所定の閾値温度は、改質触媒の耐熱温度からカソードパージによる改質器10の温度上昇を減算した温度以下に定めることが好ましい。   Next, the controller 9 waits for the temperature of the reformer 10 detected by the temperature detector 27 to fall below a predetermined threshold temperature (NO in step S22). This predetermined temperature threshold is preferably determined as follows. The temperature of the reformer 10 decreases due to heat dissipation after the misfire of the combustor 4. On the other hand, in the cathode purge described later, the gas sent from the internal oxidant gas flow path 44 of the fuel cell 17 is combusted in the combustor 4, so that the temperature of the reformer 10 rises due to this combustion. Therefore, the predetermined threshold temperature is preferably set to a temperature that is equal to or lower than the heat resistance temperature of the reforming catalyst even when the temperature rise of the reformer 10 due to cathode purge is added. In other words, the predetermined threshold temperature is preferably set to be equal to or lower than a temperature obtained by subtracting the temperature rise of the reformer 10 due to cathode purge from the heat resistance temperature of the reforming catalyst.

そして、制御器9は、温度検知器27による検知される改質器10の温度が所定の閾値温度以下になると、燃焼空気供給器7の操作量を次ステップ以降で実施されるカソードパージ処理時の燃焼器8での燃焼に最適な空気量を供給可能なレベルにまで低下させ(ステップS24)、燃料電池17のカソードのパージを開始する(ステップS25)。その後、制御器9は、カソードパージの継続時間(以下、パージ時間という)の計測を開始する(ステップS26)。このカソードパージにおいて、制御器9は、カソードパージガス入口弁25及びカソードパージガス出口弁26を開く。そして、原料供給器2を動作させる。これにより、カソードパージガス経路45を通じて燃料電池17のカソード(内部酸化剤ガス経路44)に原料ガスが供給され、カソードに存在していた酸化剤ガスがパージされる。   Then, when the temperature of the reformer 10 detected by the temperature detector 27 becomes equal to or lower than a predetermined threshold temperature, the controller 9 changes the operation amount of the combustion air supply device 7 at the time of the cathode purge process that is performed after the next step. The amount of air that is optimal for combustion in the combustor 8 is reduced to a level at which it can be supplied (step S24), and the purge of the cathode of the fuel cell 17 is started (step S25). Thereafter, the controller 9 starts measuring the duration of cathode purge (hereinafter referred to as purge time) (step S26). In this cathode purge, the controller 9 opens the cathode purge gas inlet valve 25 and the cathode purge gas outlet valve 26. Then, the raw material supplier 2 is operated. As a result, the source gas is supplied to the cathode (internal oxidant gas path 44) of the fuel cell 17 through the cathode purge gas path 45, and the oxidant gas present at the cathode is purged.

次に、制御器9は、パージ時間が第2の停止閾値以上になるのを待機する(ステップS27でNO)。第2の停止閾値は、内部酸化剤ガス経路44中の酸化剤ガスを少なくとも内部酸化剤ガス経路44から排出可能な時間に定めることが好ましい。   Next, the controller 9 waits for the purge time to become equal to or longer than the second stop threshold (NO in step S27). The second stop threshold is preferably set to a time during which at least the oxidant gas in the internal oxidant gas passage 44 can be discharged from the internal oxidant gas passage 44.

そして、パージ時間が第2の停止閾値以上になると、制御器9は、カソードパージを停止する(ステップS28)。具体的には、制御器9は、原料供給器2を停止させ、かつカソードパージガス入口弁25及びカソードパージガス出口弁26を閉じる。これにより、燃料電池17のカソード(正確には内部酸化剤ガス経路44)に原料ガスが封止され、カソードパージ処理が停止される。   When the purge time becomes equal to or longer than the second stop threshold, the controller 9 stops the cathode purge (step S28). Specifically, the controller 9 stops the raw material supplier 2 and closes the cathode purge gas inlet valve 25 and the cathode purge gas outlet valve 26. As a result, the source gas is sealed in the cathode (more precisely, the internal oxidant gas path 44) of the fuel cell 17, and the cathode purge process is stopped.

なお、上記カソードパージ処理においては、燃料電池17の酸化剤ガス経路に原料ガスが供給されるように構成したが、制御器9が原料ガス弁52及び燃料電池バイパス弁22を開放して、水素生成装置101内にも原料ガスを供給して、カソードパージ処理時に燃焼器4に供給される可燃性ガス量を増加させることで、燃焼器4の燃焼安定性を向上させるよう構成しても構わない。   In the cathode purge process, the raw material gas is supplied to the oxidant gas path of the fuel cell 17. However, the controller 9 opens the raw material gas valve 52 and the fuel cell bypass valve 22 to supply hydrogen gas. It may be configured to improve the combustion stability of the combustor 4 by supplying the raw material gas also into the generator 101 and increasing the amount of combustible gas supplied to the combustor 4 during the cathode purge process. Absent.

次に、制御器9は、上記カソードパージ処理の停止後、燃焼空気供給器7の操作量(空気供給器の出力)を増加させる(ステップS29)。本実施の形態では、燃焼空気供給器7の操作量(出力)が最大になるように制御する。なお、燃焼空気供給器7の上記増加後の操作量は、必ずしも最大にする必要はなく、少なくとも燃料電池システム102が最大電力で発電運転している際における操作量よりも大きければ構わない。この操作量の増加により、燃焼空気供給器7が供給する燃焼空気の量が増加する。ここで、燃焼器4が失火する直前は、燃焼状態が不安定になっているため、不完全燃焼の燃焼排ガスが大気へ排出される可能性があるが、このように燃料ガス弁としての燃料電池バイパス弁22を閉止した後も燃焼空気の供給を継続し、かつその燃焼空気も供給量を増加させることにより、この不完全燃焼の燃焼排ガスを希釈して排出することができる。   Next, after stopping the cathode purge process, the controller 9 increases the operation amount of the combustion air supplier 7 (output of the air supplier) (step S29). In the present embodiment, control is performed so that the operation amount (output) of the combustion air supply device 7 is maximized. The operation amount after the increase of the combustion air supply device 7 does not necessarily need to be maximized, and may be at least larger than the operation amount when the fuel cell system 102 is performing the power generation operation with the maximum power. Due to the increase in the operation amount, the amount of combustion air supplied by the combustion air supplier 7 increases. Here, immediately before the combustor 4 is misfired, the combustion state is unstable, so that incomplete combustion combustion exhaust gas may be discharged to the atmosphere. Even after the battery bypass valve 22 is closed, the supply of combustion air is continued and the supply amount of the combustion air is also increased, so that the combustion exhaust gas of incomplete combustion can be diluted and discharged.

次に、制御器9は、燃焼空気供給器7の操作量を増加させてからの経過時間の計測を開始する(ステップS30)。当該経過時間の計測は計時器53を用いて行われる。   Next, the controller 9 starts measuring the elapsed time after increasing the operation amount of the combustion air supplier 7 (step S30). The elapsed time is measured using a timer 53.

次に、制御器9は、燃焼用空気供給器7の操作量を増加させてからの経過時間が第3の停止閾値以上になるのを待機する(ステップS31でNO)。具体的には、制御器9(正確には記憶部)には、燃焼用空気供給器7の操作量を増加させてからの経過時間に対する第3の停止閾値が記憶されていて、制御器9は計時器53から入力される時間に基づき算出された燃焼空気供給器7の操作量を増加させてからの経過時間をこの第3の停止閾値と対比して、上記経過時間が第3の停止閾値以上であるか否か判定する(ステップS31)。そして、上記経過時間が第3の停止閾値未満の場合には、上記経過時間が第3の停止閾値以上になるのを待機する(ステップS31でNO)。   Next, the controller 9 waits for the elapsed time after increasing the operation amount of the combustion air supply device 7 to be equal to or greater than the third stop threshold (NO in step S31). Specifically, the controller 9 (more precisely, the storage unit) stores a third stop threshold value with respect to the elapsed time since the operation amount of the combustion air supply device 7 is increased. The elapsed time after increasing the operation amount of the combustion air supply unit 7 calculated based on the time input from the timer 53 is compared with the third stop threshold value, and the elapsed time is the third stop time. It is determined whether or not the threshold value is exceeded (step S31). If the elapsed time is less than the third stop threshold, the CPU waits for the elapsed time to be equal to or greater than the third stop threshold (NO in step S31).

そして、上記経過時間が第3の停止閾値以上になると(ステップS31でYES)、燃焼空気供給器7を停止する(ステップS32)。なお、第3の停止閾値は、燃料ガス弁としての燃料電池バイパス弁22を閉止した後に、燃焼器4内部に残存するガスを大気中にパージ可能な時間として定義される。つまり、ステップS31においては、燃料電池バイパス弁22を閉止した後に供給した燃焼用空気の量が、燃焼器4内部に残存するガスを大気中にパージ可能な供給量(閾値供給量)以上になったか否かを判断することを目的としており、経過時間により判断する上記ステップS31は、その一例である。
かくして、燃料電池システム102の停止処理が完了する。
When the elapsed time becomes equal to or greater than the third stop threshold value (YES in step S31), the combustion air supply device 7 is stopped (step S32). The third stop threshold is defined as a time during which the gas remaining in the combustor 4 can be purged into the atmosphere after the fuel cell bypass valve 22 as the fuel gas valve is closed. That is, in step S31, the amount of combustion air supplied after the fuel cell bypass valve 22 is closed is equal to or greater than the supply amount (threshold supply amount) that allows the gas remaining in the combustor 4 to be purged into the atmosphere. The above-described step S31, which is for the purpose of determining whether or not, has been determined based on the elapsed time, is an example.
Thus, the stop process of the fuel cell system 102 is completed.

以上に説明した本実施の形態の燃料電池システムによれば、カソードパージにおいて水素生成装置101にも原料ガスを供給するよう構成した場合に、原料及び水の供給停止後の燃焼継続動作により、水蒸発により膨張した体積の大部分を大気中に排出しているので、原料供給器2の下流の原料弁52を開放しても、改質器10の内部から原料経路13側への水蒸気の逆流が生じる可能性が低減される、もしくは逆流が生じてもその量を低減することが可能になる。それ故、原料経路13に水蒸気が閉塞して、原料ガスが適切に供給できなくなる可能性を低減することができる。また、カソードパージを行うまでの間、燃焼空気供給器7が動作し続けるので、燃焼器4(正確に燃焼排ガス経路)を介して改質器10内部の温度を早く低下させることができる。それにより、カソードパージを行うまでの時間を短縮することできる。その結果、燃料電池17のアノードが水素雰囲気中に置かれるとともにカソードが酸素雰囲気中に置かれる時間が短縮され、燃料電池17の劣化を抑制できるとともに、燃料電池システム102の停止処理時間を短縮することができる。   According to the fuel cell system of the present embodiment described above, when the source gas is also supplied to the hydrogen generator 101 in the cathode purge, the water continues to be burned by the combustion continuation operation after the supply of the source and water is stopped. Since most of the volume expanded by the evaporation is discharged into the atmosphere, even if the raw material valve 52 downstream of the raw material supplier 2 is opened, the reverse flow of water vapor from the inside of the reformer 10 to the raw material path 13 side. It is possible to reduce the amount of occurrence of backflow or the amount of backflow. Therefore, the possibility that water vapor is blocked in the raw material path 13 and the raw material gas cannot be supplied properly can be reduced. Further, since the combustion air supply device 7 continues to operate until the cathode purge is performed, the temperature inside the reformer 10 can be quickly lowered via the combustor 4 (exactly the combustion exhaust gas path). Thereby, the time until the cathode purge is performed can be shortened. As a result, the time during which the anode of the fuel cell 17 is placed in a hydrogen atmosphere and the cathode is placed in an oxygen atmosphere is shortened, deterioration of the fuel cell 17 can be suppressed, and the stop processing time of the fuel cell system 102 is shortened. be able to.

[変形例1]
上記では、水素生成装置本体1から送出されるガス(燃料ガス又は可燃ガス)の供給先を燃料電池17と燃料ガス排出経路41と切り替えるガス経路切替手段として、燃料ガス入口弁21及び燃料電池バイパス弁22を用いたが、本変形例では、これに代えて、水素生成装置本体1から送出されるガスの供給先を燃料電池17と燃料ガス排出経路41と切り替える三方弁が、燃料ガス供給経路16と燃料電池バイパス経路20との接続部に配設されるとともに、燃料電池排出経路41の燃料電池バイパス経路20との接続部より下流側の部分に、実施の形態1の燃料ガス弁6に相当する開閉弁(以下、燃料ガス弁という)が配設される。なお、上記燃料ガス弁6として機能する燃料ガス弁は、水素生成装置本体1の出口から燃料電池バイパス弁を経由して燃焼器4に至る経路に設けられればよく上記配置に限定されない。
この構成においては、燃料電池システム102の起動時には、三方弁が、水素生成装置本体1から送出されるガスを燃料ガス排出経路41に供給するよう切り替えられるとともに、燃料ガス弁が開かれる。燃料ガス出口弁23は閉じられたままである。また、燃料電池システム102の発電動作時には、その状態から、三方弁が、水素生成装置本体1から送出されるガスを燃料電池17に供給するよう切り替えられるとともに燃料ガス出口弁23が開かれる。さらに、燃料電池システム102の停止処理時には、その状態から、三方弁が、水素生成装置本体1から送出されるガスを燃料電池バイパス経路20に供給するよう切り替えられるとともに燃料ガス出口弁23が閉じられる。そして、燃焼器4の失火が検知された後、燃料ガス弁が閉じられる。このような構成としても、上記と同様の効果が得られる。
[Modification 1]
In the above, the fuel gas inlet valve 21 and the fuel cell bypass are used as the gas path switching means for switching the supply destination of the gas (fuel gas or combustible gas) sent from the hydrogen generator main body 1 between the fuel cell 17 and the fuel gas discharge path 41. Although the valve 22 is used, in this modification, instead of this, a three-way valve that switches the supply destination of the gas delivered from the hydrogen generator main body 1 between the fuel cell 17 and the fuel gas discharge path 41 is a fuel gas supply path. 16 and the fuel cell bypass path 20, and the fuel gas valve 6 according to the first embodiment is connected to the fuel cell discharge path 41 on the downstream side of the connection part with the fuel cell bypass path 20. A corresponding on-off valve (hereinafter referred to as a fuel gas valve) is provided. The fuel gas valve functioning as the fuel gas valve 6 is not limited to the above arrangement as long as it is provided in a path from the outlet of the hydrogen generator main body 1 to the combustor 4 via the fuel cell bypass valve.
In this configuration, when the fuel cell system 102 is activated, the three-way valve is switched to supply the gas delivered from the hydrogen generator main body 1 to the fuel gas discharge path 41 and the fuel gas valve is opened. The fuel gas outlet valve 23 remains closed. Further, during the power generation operation of the fuel cell system 102, the three-way valve is switched from that state so as to supply the gas sent from the hydrogen generator main body 1 to the fuel cell 17, and the fuel gas outlet valve 23 is opened. Further, during the stop process of the fuel cell system 102, the three-way valve is switched from that state to supply the gas sent from the hydrogen generator main body 1 to the fuel cell bypass path 20 and the fuel gas outlet valve 23 is closed. . Then, after the misfire of the combustor 4 is detected, the fuel gas valve is closed. Even with such a configuration, the same effect as described above can be obtained.

[変形例2]
本変形例では、ガス経路切替手段として、燃料電池バイパス弁22及び燃料ガス出口弁23に代えて、燃焼器4へ供給するガス(燃料ガス又は可燃ガス)の送出元を燃料電池バイパス経路20と燃料電池17との間で切り替える三方弁が燃料電池バイパス経路20と燃料ガス排出経路41との接続部に配設されるとともに、燃料電池排出経路41の燃料電池バイパス経路20との接続部より下流側の部分に、上記燃料ガス弁が配設される。なお、上記燃料ガス弁は、水素生成装置本体1の出口から燃料電池バイパス弁を経由して燃焼器4に至る経路に設けられればよく上記配置に限定されない。
この構成においては、燃料電池システム102の起動時には、三方弁が、燃焼器4に供給されるガスの送出元が燃料電池バイパス経路20になるよう切り替えられるとともに、燃料ガス弁が開かれる。燃料ガス入口弁21は閉じられたままである。これにより、水素生成装置本体1から送出されるガス(不完全な燃料ガス)が燃料電池バイパス経路20を経由して燃焼器4に供給される。また、燃料電池システム102の発電動作時には、その状態から、三方弁が、燃焼器4に供給されるガスの送出元が燃料電池17になるよう切り替えられるとともに燃料ガス入口弁21が開かれる。これにより、水素生成装置本体1から送出される燃料ガスが燃料電池17を経由して燃焼器4に供給される。さらに、燃料電池システム102の停止処理時には、その状態から、三方弁が、燃焼器4に供給されるガスの送出元が燃料電池バイパス経路20になるよう切り替えられるとともに燃料ガス入口弁21が閉じられる。これにより、水素生成装置本体1から送出される可燃ガスが燃料電池バイパス経路20を経由して燃焼器4に供給される。そして、燃焼器4の失火が検知された後、燃料ガス弁が閉じられる。このような構成としても、上記と同様の効果が得られる。
[Modification 2]
In this modified example, instead of the fuel cell bypass valve 22 and the fuel gas outlet valve 23, the gas path switching means uses a fuel cell bypass path 20 as a source of gas (fuel gas or combustible gas) supplied to the combustor 4. A three-way valve that switches between the fuel cell 17 and the fuel cell bypass path 20 and the fuel gas discharge path 41 is disposed at the downstream of the fuel cell discharge path 41 and the fuel cell bypass path 20. The fuel gas valve is disposed on the side portion. The fuel gas valve is not limited to the above arrangement as long as it is provided in a path from the outlet of the hydrogen generator main body 1 to the combustor 4 via the fuel cell bypass valve.
In this configuration, when the fuel cell system 102 is activated, the three-way valve is switched so that the gas source supplied to the combustor 4 is the fuel cell bypass path 20 and the fuel gas valve is opened. The fuel gas inlet valve 21 remains closed. As a result, gas (incomplete fuel gas) delivered from the hydrogen generator main body 1 is supplied to the combustor 4 via the fuel cell bypass path 20. Further, during the power generation operation of the fuel cell system 102, the three-way valve is switched from that state so that the source of the gas supplied to the combustor 4 is the fuel cell 17, and the fuel gas inlet valve 21 is opened. As a result, the fuel gas delivered from the hydrogen generator main body 1 is supplied to the combustor 4 via the fuel cell 17. Furthermore, during the stop process of the fuel cell system 102, the three-way valve is switched from that state so that the gas supply source of the gas supplied to the combustor 4 becomes the fuel cell bypass path 20, and the fuel gas inlet valve 21 is closed. . As a result, the combustible gas delivered from the hydrogen generator main body 1 is supplied to the combustor 4 via the fuel cell bypass path 20. Then, after the misfire of the combustor 4 is detected, the fuel gas valve is closed. Even with such a configuration, the same effect as described above can be obtained.

[変形例3]
上記では、水素生成装置101における可燃ガス燃焼処理(ステップS21)において、燃料電池バイパス弁22が開かれ、燃料電池バイパス経路20を通じて、改質器10から押し出される可燃ガスが燃焼器4に供給される。これに対し、本変形例では、水素生成装置101における可燃ガス燃焼処理(ステップS21)において、燃料電池バイパス弁22が閉じられ、燃料ガス入口弁21及び燃料ガス出口弁23開かれる。これにより、燃料ガス供給経路16、燃料電池17の内部燃料ガス経路43、及び燃料ガス排出経路41を通じて、改質器10から押し出される可燃ガスが燃焼器4に供給され、燃焼器4において可燃ガスの燃焼が継続される。この場合、燃料ガス入口弁21及び燃料ガス出口弁23が燃料ガス弁として機能する。そこで、失火検知器8により失火が検知されると、燃料ガス弁として燃料ガス入口弁21及び燃料ガス出口弁23のいずれか又は双方が閉じられる。これ以外の点は上記と同様である。このような構成としても、上記と同様の効果が得られる。
[Modification 3]
In the above, in the combustible gas combustion process (step S21) in the hydrogen generator 101, the fuel cell bypass valve 22 is opened, and the combustible gas pushed out from the reformer 10 is supplied to the combustor 4 through the fuel cell bypass path 20. The On the other hand, in this modification, in the combustible gas combustion process (step S21) in the hydrogen generator 101, the fuel cell bypass valve 22 is closed and the fuel gas inlet valve 21 and the fuel gas outlet valve 23 are opened. As a result, the combustible gas pushed out from the reformer 10 is supplied to the combustor 4 through the fuel gas supply path 16, the internal fuel gas path 43 of the fuel cell 17, and the fuel gas discharge path 41. Will continue to burn. In this case, the fuel gas inlet valve 21 and the fuel gas outlet valve 23 function as fuel gas valves. Therefore, when misfire is detected by the misfire detector 8, either or both of the fuel gas inlet valve 21 and the fuel gas outlet valve 23 are closed as the fuel gas valve. Other points are the same as above. Even with such a configuration, the same effect as described above can be obtained.

なお、上記では、燃料ガス弁としての燃料ガス入口弁21及び燃料ガス出口弁22の少なくともいずれかを閉止した後に供給した燃焼用空気の量が、燃焼器4内部に残存するガスを大気中にパージ可能な供給量(閾値供給量)以上になったか否かを、燃焼空気供給器7の操作量を増加させてからの経過時間で判断しているが、これ以外のパラメータで判断してもよい。そのようなパラメータとして、例えば、燃料ガス弁としての燃料ガス入口弁21及び燃料ガス出口弁22の少なくともいずれかを閉止してからの経過時間等が挙げられる。   In the above description, the amount of combustion air supplied after closing at least one of the fuel gas inlet valve 21 and the fuel gas outlet valve 22 as the fuel gas valve causes the gas remaining in the combustor 4 to enter the atmosphere. Whether or not the supply amount (threshold supply amount) that can be purged has been exceeded is determined by the elapsed time since the operation amount of the combustion air supply device 7 is increased. Good. Examples of such parameters include the elapsed time after closing at least one of the fuel gas inlet valve 21 and the fuel gas outlet valve 22 as a fuel gas valve.

本発明に係る水素生成装置は、燃料電池システムに用いられる水素生成装置等として有用である。   The hydrogen generator according to the present invention is useful as a hydrogen generator used in a fuel cell system.

本発明に係る燃料電池システムは、家庭用等の用途において用いられる燃料電池システムとして有用である。   The fuel cell system according to the present invention is useful as a fuel cell system used in household applications.

1 水素生成装置本体
2 原料供給器
3 水供給器
4 燃焼器
5 燃料ガス経路
6 燃料ガス弁
7 空気供給器
8 失火検知器
9 制御器
10 改質器
11 変成器
12 CO除去器
13 原料経路
14 水供給経路
15 燃焼空気供給経路
16 燃料ガス供給経路
17 燃料電池
18 酸化剤ガス供給経路
19 酸化剤ガス供給器
20 燃料電池バイパス経路
21 燃料ガス入口弁
22 燃料電池バイパス弁
23 燃料ガス出口弁
24 酸化剤ガス排出経路
25 カソードパージガス入口弁
26 カソードパージガス出口弁
27 温度検知器
28 改質器
29 燃焼器
32 原料弁
33 燃料ガス弁
34 改質温度検知器
35 変成温度検知器
36 圧力検知器
41 燃料ガス排出経路
42 酸化剤ガス弁
43 内部燃料ガス経路
44 内部酸化剤ガス経路
45 カソードパージガス経路
51 着火器
52 原料弁
53 計時器
101 水素生成装置
102 燃料電池システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrogen generator main body 2 Raw material supply device 3 Water supply device 4 Combustor 5 Fuel gas path 6 Fuel gas valve 7 Air supply device 8 Misfire detector 9 Controller 10 Reformer 11 Transformer 12 CO remover 13 Raw material route 14 Water supply path 15 Combustion air supply path 16 Fuel gas supply path 17 Fuel cell 18 Oxidant gas supply path 19 Oxidant gas supplier 20 Fuel cell bypass path 21 Fuel gas inlet valve 22 Fuel cell bypass valve 23 Fuel gas outlet valve 24 Oxidation Agent gas discharge path 25 Cathode purge gas inlet valve 26 Cathode purge gas outlet valve 27 Temperature detector 28 Reformer 29 Combustor 32 Raw material valve 33 Fuel gas valve 34 Reforming temperature detector 35 Transformation temperature detector 36 Pressure detector 41 Fuel gas Discharge path 42 Oxidant gas valve 43 Internal fuel gas path 44 Internal oxidant gas path 45 Cathode purge gas path 51 Ignition 52 Raw material valve 53 Timer 101 Hydrogen generator 102 Fuel cell system

Claims (8)

原料ガスと水蒸気との水蒸気改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する水素生成装置本体と、
前記原料ガスを前記水素生成装置本体に供給する原料供給器と、
前記水蒸気改質反応のための水を前記水素生成装置本体に供給する水供給器と、
前記水素生成装置本体の前記燃料ガスの出口に燃料ガス経路を通じて接続され、前記燃料ガスの出口から送出されたガスを燃焼することによって前記水素生成装置本体に前記水蒸気改質反応に必要な熱を供給する燃焼器と、
前記燃焼器に燃焼空気を供給する空気供給器と、
前記原料供給器、前記水供給器、及び前記空気供給器の動作を制御する制御器と、
前記燃料ガス経路に設けられた燃料ガス弁と、
前記燃焼器における失火を検知する失火検知器と、を備え、
前記燃焼器が、前記燃料ガス経路を通じて流入したガスを燃焼している状態において停止処理が開始された場合、前記制御器は、前記原料供給器による前記原料ガスの供給及び前記水供給器による前記水の供給を停止し、その後、前記燃焼器において前記燃焼が継続するよう前記空気供給器による前記燃焼空気の供給を継続し、前記失火検知器により前記失火を検知すると、前記燃料ガス弁を閉じるように構成されている、水素生成装置。
A hydrogen generator main body for generating a fuel gas containing hydrogen by a steam reforming reaction between a raw material gas and steam;
A raw material supplier for supplying the raw material gas to the hydrogen generator main body;
A water supply for supplying water for the steam reforming reaction to the hydrogen generator main body;
The fuel generator is connected to the fuel gas outlet of the hydrogen generator main body through a fuel gas path, and the heat required for the steam reforming reaction is supplied to the hydrogen generator main body by burning the gas sent from the fuel gas outlet. A combustor to supply,
An air supply for supplying combustion air to the combustor;
A controller for controlling operations of the raw material supplier, the water supplier, and the air supplier;
A fuel gas valve provided in the fuel gas path;
A misfire detector for detecting misfire in the combustor, and
When the stop process is started in a state where the combustor is burning the gas flowing in through the fuel gas path, the controller supplies the raw material gas by the raw material supplier and the water supplier. The supply of water is stopped, and then the supply of the combustion air by the air supply device is continued so that the combustion continues in the combustor. When the misfire is detected by the misfire detector, the fuel gas valve is closed. A hydrogen generator configured as described above.
前記制御器は、前記燃焼が継続している期間において、前記水素生成装置本体の前記燃料ガスの出口が前記燃料ガス経路を通じて前記燃焼器に連通されるよう前記燃料ガス弁を開くように構成されている、請求項1に記載の水素生成装置。   The controller is configured to open the fuel gas valve so that an outlet of the fuel gas of the hydrogen generator main body communicates with the combustor through the fuel gas path during a period in which the combustion continues. The hydrogen generator according to claim 1. 前記制御器は、前記燃料ガス弁を閉じた後、前記空気供給器による前記燃焼空気の供給を継続するよう構成されている、請求項1または2に記載の水素生成装置。   The hydrogen generator according to claim 1, wherein the controller is configured to continue supplying the combustion air by the air supply unit after closing the fuel gas valve. 前記制御器は、前記燃料ガス弁を閉じた後、前記空気供給器の操作量を増加させるよう構成されている、請求項1乃至3のいずれかに記載の水素生成装置。   The hydrogen generator according to claim 1, wherein the controller is configured to increase an operation amount of the air supply unit after closing the fuel gas valve. 原料ガスと水蒸気との水蒸気改質反応により水素を含む燃料ガスを生成する水素生成装置本体と、
前記原料ガスを前記水素生成装置本体に供給する原料供給器と、
前記水蒸気改質反応のための水を前記水素生成装置本体に供給する水供給器と、
前記水素生成装置本体の前記燃料ガスの出口に燃料ガス経路を通じて接続され、前記燃料ガスの出口から送出されたガスを燃焼することによって前記水素生成装置本体に前記水蒸気改質反応に必要な熱を供給する燃焼器と、
前記燃焼器に燃焼空気を供給する空気供給器と、
前記原料供給器、前記水供給器、及び前記空気供給器の動作を制御する制御器と、
前記燃焼器に設けられた着火器と、を備え、
前記燃焼器が、前記燃料ガス経路を通じて流入したガスを燃焼している状態において停止処理が開始された場合、前記制御器は、前記原料供給器による前記原料ガスの供給及び前記水供給器による前記水の供給を停止し、その後、前記燃焼器において前記燃焼が継続するよう前記空気供給器による前記燃焼空気の供給を継続するように構成され、
前記原料供給器による前記原料ガスの供給及び前記水供給器による前記水の供給を停止後において、前記着火器を着火動作させるように構成されている、水素生成装置。
A hydrogen generator main body for generating a fuel gas containing hydrogen by a steam reforming reaction between a raw material gas and steam;
A raw material supplier for supplying the raw material gas to the hydrogen generator main body;
A water supply for supplying water for the steam reforming reaction to the hydrogen generator main body;
The fuel generator is connected to the fuel gas outlet of the hydrogen generator main body through a fuel gas path, and the heat required for the steam reforming reaction is supplied to the hydrogen generator main body by burning the gas sent from the fuel gas outlet. A combustor to supply,
An air supply for supplying combustion air to the combustor;
A controller for controlling operations of the raw material supplier, the water supplier, and the air supplier;
An igniter provided in the combustor,
When the stop process is started in a state where the combustor is burning the gas flowing in through the fuel gas path, the controller supplies the raw material gas by the raw material supplier and the water supplier. The supply of water is stopped, and then the supply of combustion air by the air supply is continued so that the combustion continues in the combustor,
A hydrogen generator configured to ignite the igniter after the supply of the raw material gas by the raw material supplier and the supply of water by the water supplier are stopped.
前記燃焼器における失火を検知する失火検知器を備え、前記制御器は、前記失火検知器により前記失火を検知すると、前記着火器の着火動作を停止するよう構成されている、請求項5に記載の水素生成装置。   6. The apparatus according to claim 5, further comprising a misfire detector that detects misfire in the combustor, wherein the controller is configured to stop the ignition operation of the igniter when the misfire is detected by the misfire detector. Hydrogen generator. 前記燃料ガス経路に設けられた燃料ガス弁を備え、前記制御器は、前記燃焼が継続している期間において、前記水素生成装置本体の前記燃料ガスの出口が前記燃料ガス経路を通じて前記燃焼器に連通されるよう前記燃料ガス弁を開くように構成されている、請求項5または6に記載の水素生成装置。   A fuel gas valve provided in the fuel gas path, wherein the controller is configured so that the fuel gas outlet of the hydrogen generator main body is connected to the combustor through the fuel gas path during a period in which the combustion continues. The hydrogen generator according to claim 5 or 6, wherein the fuel gas valve is configured to open so as to be communicated. 請求項1乃至のいずれかに記載の水素生成装置と、前記水素生成装置から供給された前記燃料ガスを用いて発電する燃料電池と、を備える燃料電池システム。 Fuel cell system comprising a hydrogen generator according to any one of claims 1 to 7, and a fuel cell for generating electric power using the fuel gas supplied from the hydrogen generator.
JP2010023199A 2010-02-04 2010-02-04 Hydrogen generator and fuel cell system Expired - Fee Related JP5511419B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010023199A JP5511419B2 (en) 2010-02-04 2010-02-04 Hydrogen generator and fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010023199A JP5511419B2 (en) 2010-02-04 2010-02-04 Hydrogen generator and fuel cell system

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008282809 Division 2008-11-04 2008-11-04

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2010150134A JP2010150134A (en) 2010-07-08
JP2010150134A5 JP2010150134A5 (en) 2011-12-22
JP5511419B2 true JP5511419B2 (en) 2014-06-04

Family

ID=42569642

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010023199A Expired - Fee Related JP5511419B2 (en) 2010-02-04 2010-02-04 Hydrogen generator and fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5511419B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010135287A (en) * 2008-11-04 2010-06-17 Panasonic Corp Fuel cell system
JP6138378B2 (en) * 2014-11-27 2017-05-31 パナソニック株式会社 Fuel cell system

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3588197B2 (en) * 1996-08-08 2004-11-10 三洋電機株式会社 Water heater
JP4201605B2 (en) * 2003-01-09 2008-12-24 大阪瓦斯株式会社 Method for stopping hydrogen-containing gas generator and hydrogen-containing gas generator
JP4404559B2 (en) * 2003-02-13 2010-01-27 株式会社荏原製作所 Fuel cell power generation system
JP4703409B2 (en) * 2006-01-16 2011-06-15 株式会社荏原製作所 Combustion device, reformer, fuel cell power generation system, and operation method of reformer
JP4724029B2 (en) * 2006-03-27 2011-07-13 アイシン精機株式会社 Method for shutting down reformer
JP2008186701A (en) * 2007-01-30 2008-08-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell power generation system and its operation method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010150134A (en) 2010-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5230958B2 (en) Control method of reformer, reformer, and fuel cell system
JP5334034B2 (en) Reformer and fuel cell system
JP2007254251A (en) Operation stopping method of reforming device
US10629926B2 (en) Solid oxide fuel cell system
JP5847617B2 (en) Fuel cell system
JP5204757B2 (en) Hydrogen generator, operating method thereof, and fuel cell system,
JP2008108546A (en) Fuel cell system
JP4130681B2 (en) Fuel cell system
JP5121080B2 (en) Fuel cell system
JP2015135735A (en) Fuel cell system
JP5173019B2 (en) Fuel cell system
JP5511419B2 (en) Hydrogen generator and fuel cell system
JP2010238520A (en) Fuel cell system
JP2008269887A (en) Fuel cell system
JP5769125B2 (en) Solid electrolyte fuel cell system
JP5309799B2 (en) Reformer and fuel cell system
JP2008105861A (en) Reforming apparatus
JP6511650B2 (en) Fuel cell system
JP5537218B2 (en) Fuel cell system and method for starting fuel cell system
JP6424494B2 (en) Fuel cell system
JP6348413B2 (en) Fuel cell system
JP7182263B2 (en) Solid oxide fuel cell system
JP7003655B2 (en) Fuel cell system
JP2008105900A (en) Reforming apparatus
JP2009087673A (en) Fuel cell system, its operating method, and its control method

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111102

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20111102

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130322

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130625

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130731

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131001

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140304

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140325

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5511419

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees