JP6483359B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池システムの一形式として、特許文献１に示されているものが知られている。特許文献１の図１に示されているように、燃料電池システムは、燃料ガス供給流路１４を通して供給される燃料ガス中の硫黄成分を除去するための脱硫器２２と、脱硫された燃料ガスを改質するための改質器４と、改質燃料ガス及び酸化剤の酸化及び還元によって発電を行う燃料電池セルスタック６とを備えている。この燃料電池システムは、脱硫器２２による燃料ガスの脱硫反応を水素を含む条件下で行うため、改質器４で改質された改質燃料ガスの一部を脱硫器２２に戻すためのリサイクル流路４８が設けられている。このリサイクル流路４８にはオリフィス部材５０が設けられており、オリフィス部材５０によって改質器４に戻される改質燃料ガスの流量が調整されている。   As one type of fuel cell system, one shown in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 1 of Patent Document 1, the fuel cell system includes a desulfurizer 22 for removing sulfur components in the fuel gas supplied through the fuel gas supply flow path 14, and the desulfurized fuel gas. And a fuel cell stack 6 that generates power by oxidizing and reducing the reformed fuel gas and oxidant. In this fuel cell system, since the desulfurization reaction of the fuel gas by the desulfurizer 22 is performed under a condition containing hydrogen, recycling for returning a part of the reformed fuel gas reformed by the reformer 4 to the desulfurizer 22 is performed. A flow path 48 is provided. The recycle flow path 48 is provided with an orifice member 50, and the flow rate of the reformed fuel gas returned to the reformer 4 by the orifice member 50 is adjusted.

特開２０１１−１５９４８５号公報JP 2011-159485 A

上述した特許文献１に記載されている燃料電池システムにおいては、燃料ガス供給流路１４を通して供給される燃料ガス中に酸素が含まれるおそれがある。この場合、リサイクル流路４８から供給されている水素と燃料ガス中の酸素とが、脱硫器２２や改質器４にて反応することによる発熱、また酸素による直接的な酸化によって脱硫器２２の触媒や改質器４の触媒が劣化するという問題があった。   In the fuel cell system described in Patent Document 1 described above, the fuel gas supplied through the fuel gas supply channel 14 may contain oxygen. In this case, hydrogen supplied from the recycle channel 48 and oxygen in the fuel gas react with each other in the desulfurizer 22 and the reformer 4, and the desulfurizer 22 is directly oxidized by oxygen. There was a problem that the catalyst and the catalyst of the reformer 4 deteriorated.

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、燃料電池システムにおいて、酸素による脱硫器や改質器の劣化を抑制することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to suppress deterioration of a desulfurizer and a reformer due to oxygen in a fuel cell system.

上記の課題を解決するため、請求項１に係る燃料電池システムは、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質用原料と改質水とから記燃料を生成して燃料電池に供給する改質部と、改質用原料に含まれる硫黄成分を除去して改質部に供給する脱硫器と、改質部から燃料電池に燃料を供給する燃料供給管と脱硫器に改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、燃料の一部をリサイクル燃料として脱硫器に戻すリサイクル燃料管と、リサイクル燃料管にリサイクル燃料を流通させるためのリサイクル燃料供給装置と、改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素検知装置と、制御装置と、を備え、酸素検知装置は、改質用原料供給管に設けられ、改質用原料に含まれる酸素の状態である酸素濃度を検出する酸素濃度センサであり、制御装置は、酸素濃度センサによって検知された酸素濃度が判定用酸素濃度以上であると判定すると、改質用原料の流量に対するリサイクル燃料の流量の比であるリサイクルガス比率が増大または減少するように、燃料電池の発電出力量を制御する。 In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to claim 1 is a fuel cell that generates fuel from a fuel cell that generates power using fuel and an oxidant gas, a reforming raw material, and reformed water. A reforming unit to be supplied, a desulfurizer for removing sulfur components contained in the reforming raw material and supplying the reforming unit, a fuel supply pipe for supplying fuel from the reforming unit to the fuel cell, and a desulfurizer A recycle fuel pipe for connecting a reforming raw material supply pipe for supplying a raw material for recycling, returning a part of the fuel as a recycle fuel to the desulfurizer, a recycle fuel supply device for circulating the recycle fuel through the recycle fuel pipe, An oxygen detector for detecting the state of oxygen contained in the reforming raw material, and a control device, the oxygen detecting device being provided in the reforming raw material supply pipe and included in the reforming raw material Oxygen to detect the oxygen concentration, which is the state of oxygen A degree sensor, the controller, when the oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor is determined to be the determination of oxygen concentration or more, recycle gas ratio is a ratio of the flow rate of the recycled fuel to the flow rate of the source material is increased Alternatively, the power generation output amount of the fuel cell is controlled so as to decrease .

これによれば、改質用原料供給管を通して供給される改質用原料中に酸素が含まれていても、酸素検知装置としての酸素濃度センサが改質用原料に含まれている酸素の状態を確実に検知する。よって、酸素が含まれている状態を検知した場合には、酸素によって脱硫器や改質部を劣化させないような対処をすることが可能となる。その結果、燃料電池システムにおいて、酸素による脱硫器や改質部の劣化を抑制することができる。
さらに、積極的にリサイクル燃料の流量を制御する機構がない場合であっても、燃料電池の発電出力量を制御することで、リサイクル燃料の流量を制御することが可能となる。その結果、燃料電池システムにおいて、酸素による脱硫器や改質部の劣化をより適切に抑制することができる。
また請求項２に係る発明は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質用原料と改質水とから燃料を生成して燃料電池に供給する改質部と、改質用原料に含まれる硫黄成分を除去して改質部に供給する脱硫器と、改質部から燃料電池に燃料を供給する燃料供給管と脱硫器に改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、燃料の一部をリサイクル燃料として脱硫器に戻すリサイクル燃料管と、リサイクル燃料管にリサイクル燃料を流通させるためのリサイクル燃料供給装置と、改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素検知装置と、制御装置と、を備え、酸素検知装置は、改質用原料供給管に設けられ、改質用原料に含まれる酸素の状態である酸素濃度を検出する酸素濃度センサであり、制御装置は、酸素濃度センサによって検知された酸素濃度が判定用酸素濃度以上であると判定すると、改質用原料の流量に対するリサイクル燃料の流量の比であるリサイクルガス比率が増大または減少するように、改質用原料の供給量を制御する。
これによれば、改質用原料供給管を通して供給される改質用原料中に酸素が含まれていても、酸素検知装置としての酸素濃度センサが改質用原料に含まれている酸素の状態を確実に検知する。よって、酸素が含まれている状態を検知した場合には、酸素によって脱硫器や改質部を劣化させないような対処をすることが可能となる。その結果、燃料電池システムにおいて、酸素による脱硫器や改質部の劣化を抑制することができる。
さらに、積極的にリサイクル燃料の流量を制御する機構がない場合であっても、改質用原料の供給量を制御することで、リサイクル燃料の流量を制御することが可能となる。その結果、燃料電池システムにおいて、酸素による脱硫器や改質部の劣化をより適切に抑制することができる。
また請求項３に係る発明は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質用原料と改質水とから前記燃料を生成して前記燃料電池に供給する改質部と、改質用原料に含まれる硫黄成分を除去して改質部に供給する脱硫器と、改質部から燃料電池に燃料を供給する燃料供給管と脱硫器に改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、燃料の一部をリサイクル燃料として脱硫器に戻すリサイクル燃料管と、リサイクル燃料管にリサイクル燃料を流通させるためのリサイクル燃料供給装置と、改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素検知装置と、制御装置と、を備え、酸素検知装置は、脱硫器内に設けられ、脱硫器内の触媒の温度を検出する第一温度センサであり、制御装置は、第一温度センサによって検知された温度が判定用温度以上であると判定すると、改質用原料の流量に対するリサイクル燃料の流量の比であるリサイクルガス比率が増大または減少するように、燃料電池の発電出力量を制御する。
これによれば、改質用原料供給管を通して供給される改質用原料中に酸素が含まれていても、酸素検知装置としての脱硫器内の触媒の温度を検出する第一温度センサが改質用原料に含まれている酸素の状態を確実に検知する。よって、酸素が含まれている状態を検知した場合には、酸素によって脱硫器や改質部を劣化させないような対処をすることが可能となる。その結果、燃料電池システムにおいて、酸素による脱硫器や改質部の劣化を抑制することができる。
さらに、積極的にリサイクル燃料の流量を制御する機構がない場合であっても、燃料電池の発電出力量を制御することで、リサイクル燃料の流量を制御することが可能となる。その結果、燃料電池システムにおいて、酸素による脱硫器や改質部の劣化をより適切に抑制することができる。
さらに、酸素濃度センサと比較して一般的に安価かつ信頼性が高いセンサである温度センサを使用して、改質用原料中の酸素濃度を検出することができる。 According to this, even if oxygen is contained in the reforming raw material supplied through the reforming raw material supply pipe , the oxygen concentration sensor as the oxygen detecting device is in a state of oxygen contained in the reforming raw material. Is reliably detected. Therefore, when a state in which oxygen is contained is detected, it is possible to take measures so that the desulfurizer and the reforming unit are not deteriorated by oxygen. As a result, in the fuel cell system, it is possible to suppress deterioration of the desulfurizer and the reforming unit due to oxygen.
Furthermore, even if there is no mechanism for actively controlling the flow rate of the recycled fuel, it is possible to control the flow rate of the recycled fuel by controlling the power generation output amount of the fuel cell. As a result, in the fuel cell system, deterioration of the desulfurizer and reforming unit due to oxygen can be more appropriately suppressed.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a fuel cell that generates electric power using fuel and an oxidant gas, a reforming unit that generates fuel from a reforming raw material and reforming water, and supplies the fuel cell to the fuel cell. A desulfurizer that removes the sulfur component contained in the raw material and supplies it to the reforming unit, a fuel supply pipe that supplies fuel from the reforming unit to the fuel cell, and a reforming material supply that supplies the reforming raw material to the desulfurizer A recycle fuel pipe that connects the pipe and returns a part of the fuel to the desulfurizer as a recycle fuel, a recycle fuel supply device for circulating the recycle fuel through the recycle fuel pipe, and oxygen contained in the reforming raw material The oxygen detector is provided in the reforming raw material supply pipe and detects the oxygen concentration that is the state of oxygen contained in the reforming raw material. an oxygen concentration sensor for the control device, oxygen concentration If it is determined that the oxygen concentration detected by the sensor is equal to or higher than the determination oxygen concentration, the ratio of the recycle gas, which is the ratio of the flow rate of the recycle fuel to the flow rate of the reform material, is increased or decreased. Control the supply amount .
According to this, even if oxygen is contained in the reforming raw material supplied through the reforming raw material supply pipe, the oxygen concentration sensor as the oxygen detecting device is in a state of oxygen contained in the reforming raw material. Is reliably detected. Therefore, when a state in which oxygen is contained is detected, it is possible to take measures so that the desulfurizer and the reforming unit are not deteriorated by oxygen. As a result, in the fuel cell system, it is possible to suppress deterioration of the desulfurizer and the reforming unit due to oxygen.
Furthermore, even if there is no mechanism for actively controlling the flow rate of the recycled fuel, the flow rate of the recycled fuel can be controlled by controlling the supply amount of the reforming raw material. As a result, in the fuel cell system, deterioration of the desulfurizer and reforming unit due to oxygen can be more appropriately suppressed.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a fuel cell that generates power using fuel and an oxidant gas, a reforming unit that generates the fuel from a reforming material and reforming water and supplies the fuel to the fuel cell, A desulfurizer that removes sulfur components from the quality material and supplies it to the reforming unit; a fuel supply pipe that supplies fuel to the fuel cell from the reforming unit; and a reformer that supplies the reforming material to the desulfurizer Included in the reforming raw material, the recycle fuel pipe that connects the raw material supply pipe and returns a part of the fuel to the desulfurizer as the recycle fuel, the recycle fuel supply device for distributing the recycle fuel to the recycle fuel pipe, and the reforming raw material An oxygen detection device for detecting the state of oxygen being present, and a control device, the oxygen detection device being a first temperature sensor that is provided in the desulfurizer and detects the temperature of the catalyst in the desulfurizer, control device is detected by the first temperature sensor When the temperature is determined to be determined for the temperature above, as recycle gas ratio is a ratio of the flow rate of the recycled fuel to the flow rate of the source material is increased or decreased to control the power output of the fuel cell.
According to this, even if oxygen is contained in the reforming raw material supplied through the reforming raw material supply pipe, the first temperature sensor that detects the temperature of the catalyst in the desulfurizer as the oxygen detector is modified. The state of oxygen contained in the quality material is reliably detected. Therefore, when a state in which oxygen is contained is detected, it is possible to take measures so that the desulfurizer and the reforming unit are not deteriorated by oxygen. As a result, in the fuel cell system, it is possible to suppress deterioration of the desulfurizer and the reforming unit due to oxygen.
Furthermore, even if there is no mechanism for actively controlling the flow rate of the recycled fuel, it is possible to control the flow rate of the recycled fuel by controlling the power generation output amount of the fuel cell . As a result, in the fuel cell system, deterioration of the desulfurizer and reforming unit due to oxygen can be more appropriately suppressed.
Furthermore, it is possible to detect the oxygen concentration in the reforming raw material by using a temperature sensor which is generally a cheaper and more reliable sensor than the oxygen concentration sensor.

また請求項４に係る発明は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質用原料と改質水とから燃料を生成して燃料電池に供給する改質部と、改質用原料に含まれる硫黄成分を除去して改質部に供給する脱硫器と、改質部から燃料電池に燃料を供給する燃料供給管と脱硫器に改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、燃料の一部をリサイクル燃料として脱硫器に戻すリサイクル燃料管と、リサイクル燃料管にリサイクル燃料を流通させるためのリサイクル燃料供給装置と、改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素検知装置と、制御装置と、を備え、酸素検知装置は、脱硫器内に設けられ、脱硫器内の触媒の温度を検出する第一温度センサであり、制御装置は、第一温度センサによって検知された温度が判定用温度以上であると判定すると、改質用原料の流量に対するリサイクル燃料の流量の比であるリサイクルガス比率が増大または減少するように、改質用原料の供給量を制御する。
これによれば、改質用原料供給管を通して供給される改質用原料中に酸素が含まれていても、酸素検知装置としての脱硫器内の触媒の温度を検出する第一温度センサが改質用原料に含まれている酸素の状態を確実に検知する。よって、酸素が含まれている状態を検知した場合には、酸素によって脱硫器や改質部を劣化させないような対処をすることが可能となる。その結果、燃料電池システムにおいて、酸素による脱硫器や改質部の劣化を抑制することができる。
さらに、積極的にリサイクル燃料の流量を制御する機構がない場合であっても、改質用原料の供給量を制御することで、リサイクル燃料の流量を制御することが可能となる。その結果、燃料電池システムにおいて、酸素による脱硫器や改質部の劣化をより適切に抑制することができる。
さらに、酸素濃度センサと比較して一般的に安価かつ信頼性が高いセンサである温度センサを使用して、改質用原料中の酸素濃度を検出することができる。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell that generates power using fuel and an oxidant gas, a reforming unit that generates fuel from a reforming raw material and reforming water and supplies the fuel to the fuel cell, and a reforming unit A desulfurizer that removes the sulfur component contained in the raw material and supplies it to the reforming unit, a fuel supply pipe that supplies fuel from the reforming unit to the fuel cell, and a reforming material supply that supplies the reforming raw material to the desulfurizer A recycle fuel pipe that connects the pipe and returns a part of the fuel to the desulfurizer as a recycle fuel, a recycle fuel supply device for circulating the recycle fuel through the recycle fuel pipe, and oxygen contained in the reforming raw material An oxygen detector for detecting the state of the engine and a control device, the oxygen detector is a first temperature sensor that is provided in the desulfurizer and detects the temperature of the catalyst in the desulfurizer, the control device Is the temperature detected by the first temperature sensor. If it is determined that the titration, temperature or higher, as recycle gas ratio is a ratio of the flow rate of the recycled fuel to the flow rate of the source material is increased or decreased to control the supply amount of the source material.
According to this, even if oxygen is contained in the reforming raw material supplied through the reforming raw material supply pipe, the first temperature sensor that detects the temperature of the catalyst in the desulfurizer as the oxygen detector is modified. The state of oxygen contained in the quality material is reliably detected. Therefore, when a state in which oxygen is contained is detected, it is possible to take measures so that the desulfurizer and the reforming unit are not deteriorated by oxygen. As a result, in the fuel cell system, it is possible to suppress deterioration of the desulfurizer and the reforming unit due to oxygen.
Furthermore, even if there is no mechanism for actively controlling the flow rate of the recycled fuel, the flow rate of the recycled fuel can be controlled by controlling the supply amount of the reforming raw material. As a result, in the fuel cell system, deterioration of the desulfurizer and reforming unit due to oxygen can be more appropriately suppressed.
Furthermore, it is possible to detect the oxygen concentration in the reforming raw material by using a temperature sensor which is generally a cheaper and more reliable sensor than the oxygen concentration sensor.

また請求項５に係る発明は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質用原料と改質水とから燃料を生成して燃料電池に供給する改質部と、改質用原料に含まれる硫黄成分を除去して改質部に供給する脱硫器と、改質部から燃料電池に燃料を供給する燃料供給管と脱硫器に改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、燃料の一部をリサイクル燃料として脱硫器に戻すリサイクル燃料管と、リサイクル燃料管にリサイクル燃料を流通させるためのリサイクル燃料供給装置と、改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素検知装置と、改質用原料に含まれる酸素を燃焼触媒にて燃焼して脱硫器に供給する燃焼触媒装置と、制御装置と、を備え、酸素検知装置は、燃焼触媒装置内に設けられ、燃焼触媒装置内の燃焼触媒の温度を検出する第二温度センサであり、制御装置は、第二温度センサによって検知された温度が判定用温度以上であると判定すると、改質用原料の流量に対するリサイクル燃料の流量の比であるリサイクルガス比率が増大または減少するように、燃料電池の発電出力量を制御する。
これによれば、改質用原料供給管を通して供給される改質用原料中に酸素が含まれていても、酸素検知装置としての燃焼触媒装置内の燃焼触媒の温度を検出する第二温度センサが改質用原料に含まれている酸素の状態を確実に検知する。よって、酸素が含まれている状態を検知した場合には、酸素によって脱硫器や改質部を劣化させないような対処をすることが可能となる。その結果、燃料電池システムにおいて、酸素による脱硫器や改質部の劣化を抑制することができる。
さらに、積極的にリサイクル燃料の流量を制御する機構がない場合であっても、燃料電池の発電出力量を制御することで、リサイクル燃料の流量を制御することが可能となる。その結果、燃料電池システムにおいて、酸素による脱硫器や改質部の劣化をより適切に抑制することができる。
さらに、酸素濃度センサと比較して一般的に安価かつ信頼性が高いセンサである温度センサを使用して、改質用原料中の酸素濃度を検出することができる。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell that generates power using fuel and an oxidant gas, a reforming unit that generates fuel from a reforming raw material and reforming water, and supplies the fuel cell to the fuel cell. A desulfurizer that removes the sulfur component contained in the raw material and supplies it to the reforming unit, a fuel supply pipe that supplies fuel from the reforming unit to the fuel cell, and a reforming material supply that supplies the reforming raw material to the desulfurizer A recycle fuel pipe that connects the pipe and returns a part of the fuel to the desulfurizer as a recycle fuel, a recycle fuel supply device for circulating the recycle fuel through the recycle fuel pipe, and oxygen contained in the reforming raw material An oxygen detector for detecting the state of the above, a combustion catalyst device that burns oxygen contained in the reforming raw material with a combustion catalyst and supplies the desulfurizer, and a control device, It is installed in the combustion catalyst device and the fuel in the combustion catalyst device A second temperature sensor that detects the temperature of the catalyst. When the control device determines that the temperature detected by the second temperature sensor is equal to or higher than the determination temperature, the ratio of the flow rate of the recycled fuel to the flow rate of the reforming raw material The power generation output amount of the fuel cell is controlled so that the recycle gas ratio is increased or decreased .
According to this, even if oxygen is contained in the reforming raw material supplied through the reforming raw material supply pipe, the second temperature sensor detects the temperature of the combustion catalyst in the combustion catalyst device as the oxygen detection device. Reliably detects the state of oxygen contained in the reforming raw material. Therefore, when a state in which oxygen is contained is detected, it is possible to take measures so that the desulfurizer and the reforming unit are not deteriorated by oxygen. As a result, in the fuel cell system, it is possible to suppress deterioration of the desulfurizer and the reforming unit due to oxygen.
Furthermore, even if there is no mechanism for actively controlling the flow rate of the recycled fuel, it is possible to control the flow rate of the recycled fuel by controlling the power generation output amount of the fuel cell. As a result, in the fuel cell system, deterioration of the desulfurizer and reforming unit due to oxygen can be more appropriately suppressed.
Furthermore, it is possible to detect the oxygen concentration in the reforming raw material by using a temperature sensor which is generally a cheaper and more reliable sensor than the oxygen concentration sensor.

また請求項６に係る発明は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、改質用原料と改質水とから燃料を生成して燃料電池に供給する改質部と、改質用原料に含まれる硫黄成分を除去して改質部に供給する脱硫器と、改質部から燃料電池に燃料を供給する燃料供給管と脱硫器に改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、燃料の一部をリサイクル燃料として脱硫器に戻すリサイクル燃料管と、リサイクル燃料管にリサイクル燃料を流通させるためのリサイクル燃料供給装置と、改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素検知装置と、改質用原料に含まれる酸素を燃焼触媒にて燃焼して脱硫器に供給する燃焼触媒装置と、制御装置と、を備え、酸素検知装置は、燃焼触媒装置内に設けられ、燃焼触媒装置内の燃焼触媒の温度を検出する第二温度センサであり、制御装置は、第二温度センサによって検知された温度が判定用温度以上であると判定すると、改質用原料の流量に対するリサイクル燃料の流量の比であるリサイクルガス比率が増大または減少するように、改質用原料の供給量を制御する。
これによれば、改質用原料供給管を通して供給される改質用原料中に酸素が含まれていても、酸素検知装置としての燃焼触媒装置内の燃焼触媒の温度を検出する第二温度センサが改質用原料に含まれている酸素の状態を確実に検知する。よって、酸素が含まれている状態を検知した場合には、酸素によって脱硫器や改質部を劣化させないような対処をすることが可能となる。その結果、燃料電池システムにおいて、酸素による脱硫器や改質部の劣化を抑制することができる。
さらに、積極的にリサイクル燃料の流量を制御する機構がない場合であっても、改質用原料の供給量を制御することで、リサイクル燃料の流量を制御することが可能となる。その結果、燃料電池システムにおいて、酸素による脱硫器や改質部の劣化をより適切に抑制することができる。
さらに、酸素濃度センサと比較して一般的に安価かつ信頼性が高いセンサである温度センサを使用して、改質用原料中の酸素濃度を検出することができる。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell that generates power using fuel and an oxidant gas, a reforming unit that generates fuel from a reforming raw material and reforming water and supplies the fuel to the fuel cell, and a reforming unit A desulfurizer that removes the sulfur component contained in the raw material and supplies it to the reforming unit, a fuel supply pipe that supplies fuel from the reforming unit to the fuel cell, and a reforming material supply that supplies the reforming raw material to the desulfurizer A recycle fuel pipe that connects the pipe and returns a part of the fuel to the desulfurizer as a recycle fuel, a recycle fuel supply device for circulating the recycle fuel through the recycle fuel pipe, and oxygen contained in the reforming raw material An oxygen detector for detecting the state of the above, a combustion catalyst device that burns oxygen contained in the reforming raw material with a combustion catalyst and supplies the desulfurizer, and a control device, It is installed in the combustion catalyst device and the fuel in the combustion catalyst device A second temperature sensor that detects the temperature of the catalyst. When the control device determines that the temperature detected by the second temperature sensor is equal to or higher than the determination temperature, the ratio of the flow rate of the recycled fuel to the flow rate of the reforming raw material The supply amount of the reforming raw material is controlled so that the recycle gas ratio is increased or decreased .
According to this, even if oxygen is contained in the reforming raw material supplied through the reforming raw material supply pipe, the second temperature sensor detects the temperature of the combustion catalyst in the combustion catalyst device as the oxygen detection device. Reliably detects the state of oxygen contained in the reforming raw material. Therefore, when a state in which oxygen is contained is detected, it is possible to take measures so that the desulfurizer and the reforming unit are not deteriorated by oxygen. As a result, in the fuel cell system, it is possible to suppress deterioration of the desulfurizer and the reforming unit due to oxygen.
Furthermore, even if there is no mechanism for actively controlling the flow rate of the recycled fuel, the flow rate of the recycled fuel can be controlled by controlling the supply amount of the reforming raw material. As a result, in the fuel cell system, deterioration of the desulfurizer and reforming unit due to oxygen can be more appropriately suppressed.
Furthermore, it is possible to detect the oxygen concentration in the reforming raw material by using a temperature sensor which is generally a cheaper and more reliable sensor than the oxygen concentration sensor.

本発明による燃料電池システムの第一実施形態の概要を示す概要図である。It is a schematic diagram showing an outline of a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention. 図１に示す燃料電池システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the fuel cell system shown in FIG. 図２に示す制御装置で実行されるプログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the program run with the control apparatus shown in FIG. 燃料電池の発電量（発電負荷）または改質用原料の供給量とリサイクルガス比率率との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between the electric power generation amount (electric power generation load) of a fuel cell, or the supply amount of a raw material for reforming, and a recycle gas ratio rate. 本発明による燃料電池システムの第二実施形態の概要を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary of 2nd embodiment of the fuel cell system by this invention. 本発明による燃料電池システムの第二実施形態の第一変形例の概要を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary of the 1st modification of 2nd embodiment of the fuel cell system by this invention. 本発明による燃料電池システムの第三実施形態の概要を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary of 3rd embodiment of the fuel cell system by this invention. 本発明による燃料電池システムの第三実施形態の第一変形例の概要を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the outline | summary of the 1st modification of 3rd embodiment of the fuel cell system by this invention.

（第一実施形態）
以下、本発明による燃料電池システムの第一実施形態について説明する。図１に示すように、燃料電池システムは、発電ユニット１０および貯湯槽２１を備えている。発電ユニット１０は、筐体１０ａ、燃料電池モジュール１１、熱交換器１２、インバータ装置１３、水タンク１４、および制御装置１５を備えている。 (First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the fuel cell system includes a power generation unit 10 and a hot water storage tank 21. The power generation unit 10 includes a housing 10a, a fuel cell module 11, a heat exchanger 12, an inverter device 13, a water tank 14, and a control device 15.

燃料電池モジュール１１は、後述するように燃料電池３４を少なくとも含んで構成されるものである。燃料電池モジュール１１は、改質用原料、改質水およびカソードエアが供給されている。具体的には、燃料電池モジュール１１は、一端が供給源Ｇｓに接続されて改質用原料が供給される改質用原料供給管１１ａの他端が接続されている。さらに、燃料電池モジュール１１は、一端が水タンク１４に接続されて改質水が供給される水供給管１１ｂの他端が接続されている。水供給管１１ｂは、改質水ポンプ１１ｂ１が設けられている。さらに、燃料電池モジュール１１は、一端がカソードエアブロワ１１ｃ１に接続されてカソードエアが供給されるカソードエア供給管１１ｃの他端が接続されている。   As will be described later, the fuel cell module 11 includes at least a fuel cell 34. The fuel cell module 11 is supplied with reforming raw material, reforming water, and cathode air. Specifically, the fuel cell module 11 has one end connected to the supply source Gs and the other end of the reforming material supply pipe 11a to which the reforming material is supplied. Furthermore, the fuel cell module 11 has one end connected to the water tank 14 and the other end of the water supply pipe 11b to which the reforming water is supplied. The water supply pipe 11b is provided with a reforming water pump 11b1. Further, the fuel cell module 11 has one end connected to the cathode air blower 11c1 and the other end of the cathode air supply pipe 11c to which the cathode air is supplied.

改質用原料供給管１１ａに関して詳述する。改質用原料供給管１１ａには、上流から順番に遮断弁１１ａ１、圧力センサ１１ａ３、流量センサ１１ａ２、酸素濃度センサ１１ａ７、圧力調整装置１１ａ４、原料ポンプ１１ａ５および脱硫器１１ａ６が設けられている。遮断弁１１ａ１、流量センサ１１ａ２、圧力センサ１１ａ３、圧力調整装置１１ａ４、原料ポンプ１１ａ５および脱硫器１１ａ６は、筺体１０ａ内に収納されている。   The reforming raw material supply pipe 11a will be described in detail. The reforming raw material supply pipe 11a is provided with a shut-off valve 11a1, a pressure sensor 11a3, a flow rate sensor 11a2, an oxygen concentration sensor 11a7, a pressure regulator 11a4, a raw material pump 11a5, and a desulfurizer 11a6 in order from the upstream. The shut-off valve 11a1, the flow sensor 11a2, the pressure sensor 11a3, the pressure regulator 11a4, the raw material pump 11a5 and the desulfurizer 11a6 are accommodated in the housing 10a.

遮断弁１１ａ１は改質用原料供給管１１ａを制御装置１５の指令によって開閉自在に遮断する弁（２連弁）である。流量センサ１１ａ２は、燃料電池３４に供給されている燃料（改質用原料）の流量すなわち単位時間あたりの流量を検出するものであり、その検出結果を制御装置１５に送信している。酸素濃度センサ１１ａ７は、改質用原料供給管１１ａを流れる改質用原料中の酸素濃度を検出するものであり、その検出結果を制御装置１５に送信している。酸素濃度センサ１１ａ７は、改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素検知装置である。圧力センサ１１ａ３は、燃料電池３４に供給されている燃料（改質用原料）の圧力（特に圧力センサ１１ａ３の設置場所の圧力）を検出するものであり、その検出結果を制御装置１５に送信している。   The shut-off valve 11a1 is a valve (double valve) that shuts off the reforming raw material supply pipe 11a in accordance with a command from the control device 15 so as to be freely opened and closed. The flow sensor 11 a 2 detects the flow rate of the fuel (reforming raw material) supplied to the fuel cell 34, that is, the flow rate per unit time, and transmits the detection result to the control device 15. The oxygen concentration sensor 11a7 detects the oxygen concentration in the reforming raw material flowing through the reforming raw material supply pipe 11a, and transmits the detection result to the control device 15. The oxygen concentration sensor 11a7 is an oxygen detection device for detecting the state of oxygen contained in the reforming raw material. The pressure sensor 11a3 detects the pressure of the fuel (reforming raw material) supplied to the fuel cell 34 (particularly the pressure at the installation location of the pressure sensor 11a3), and transmits the detection result to the control device 15. ing.

圧力調整装置１１ａ４は、入力した燃料を所定の圧力に調整して出力する。例えば、圧力調整装置１１ａ４は、入力した燃料を大気圧にて出力するゼロガバナで構成されている。原料ポンプ１１ａ５は、燃料電池３４に燃料（改質用原料）を供給する原料供給装置であり、制御装置１５からの制御指令値にしたがって供給源Ｇｓからの燃料供給量（供給流量（単位時間あたりの流量））を調整するものである。この原料ポンプ１１ａ５は、改質用原料を吸入し改質部３３に圧送する圧送装置である。   The pressure adjusting device 11a4 adjusts the input fuel to a predetermined pressure and outputs it. For example, the pressure adjusting device 11a4 is configured by a zero governor that outputs input fuel at atmospheric pressure. The raw material pump 11 a 5 is a raw material supply device that supplies fuel (reforming raw material) to the fuel cell 34, and in accordance with a control command value from the control device 15, the fuel supply amount (supply flow rate (per unit time) The flow rate)) is adjusted. The raw material pump 11 a 5 is a pumping device that sucks in the raw material for reforming and pumps it to the reforming unit 33.

脱硫器１１ａ６は、改質用原料中の硫黄分（例えば、硫黄化合物）を除去して改質部３３に供給するものである。脱硫器１１ａ６内には、触媒および超高次脱硫剤が収容されている。触媒においては、硫黄化合物と水素とが反応して硫化水素が発生する。例えば、触媒は、ニッケル−モリブデン系、コバルト−モリブデン系である。超高次脱硫剤としては、例えば銅−亜鉛系脱硫剤、銅−亜鉛−アルミニウム系脱硫剤などを用いることができる。超高次脱硫剤は、触媒にて硫黄化合物から変換された硫化水素を取り込んで除去する。このような超高次脱硫剤は、２００〜３００℃（例えば２５０〜３００℃）の高温状態で優れた脱硫作用を発揮する。したがって、脱硫器１１ａ６は、内部が２００〜３００℃（例えば２５０〜３００℃）の高温状態となる箇所に配置されている。例えば、脱硫器１１ａ６は、ケーシング３１内（断熱材層内）、またはケーシング３１外面に配置されている。   The desulfurizer 11a6 removes a sulfur content (for example, a sulfur compound) in the reforming raw material and supplies it to the reforming unit 33. In the desulfurizer 11a6, a catalyst and a super high-order desulfurizing agent are accommodated. In the catalyst, a sulfur compound and hydrogen react to generate hydrogen sulfide. For example, the catalyst is nickel-molybdenum or cobalt-molybdenum. As the ultra-high order desulfurizing agent, for example, a copper-zinc-based desulfurizing agent, a copper-zinc-aluminum-based desulfurizing agent, or the like can be used. The ultra-high order desulfurizing agent takes in and removes hydrogen sulfide converted from the sulfur compound by the catalyst. Such an ultra-high order desulfurization agent exhibits an excellent desulfurization action at a high temperature of 200 to 300 ° C. (for example, 250 to 300 ° C.). Therefore, the desulfurizer 11a6 is disposed at a location where the inside is in a high temperature state of 200 to 300 ° C. (for example, 250 to 300 ° C.). For example, the desulfurizer 11a6 is disposed in the casing 31 (in the heat insulating material layer) or on the outer surface of the casing 31.

燃料電池システムは、脱硫剤として超高次脱硫剤を用いることに関連して、改質部３３にて改質された改質ガスの一部が改質用原料供給管１１ａに戻されるように構成されている。具体的には、改質ガスを戻すためのリサイクルガス管３９（リサイクル燃料管に相当する）が設けられている。リサイクルガス管３９の一端が改質ガス供給管（燃料供給管）３８に接続され、リサイクルガス管３９の他端が改質用原料供給管１１ａの脱硫器１１ａ６の上流位置に接続されている。すなわち、リサイクルガス管３９の他端は、原料ポンプ１１ａ５の配設部位と圧力調整装置１１ａ４の配設部位との間の部位に接続されている。これにより、圧力調整装置１１ａ４の二次側圧力は大気圧に調整されており、改質部３３の導出部の圧力より十分低いため、改質部３３から改質ガス供給管３８を通して流れる改質ガスの一部（リサイクルガスである（リサイクル燃料に相当する））がリサイクルガス管３９を通して改質用原料供給管１１ａに戻される。このように、燃料電池システムは、リサイクルガス管３９にリサイクルガスを流通させるためのリサイクル燃料供給装置Ｄａである圧力調整装置１１ａ４を備えている。   In the fuel cell system, a part of the reformed gas reformed in the reforming unit 33 is returned to the reforming raw material supply pipe 11a in connection with the use of the super high-order desulfurizing agent as the desulfurizing agent. It is configured. Specifically, a recycle gas pipe 39 (corresponding to a recycle fuel pipe) for returning the reformed gas is provided. One end of the recycle gas pipe 39 is connected to a reformed gas supply pipe (fuel supply pipe) 38, and the other end of the recycle gas pipe 39 is connected to the upstream position of the desulfurizer 11a6 of the reforming raw material supply pipe 11a. That is, the other end of the recycle gas pipe 39 is connected to a part between the part where the raw material pump 11a5 is disposed and the part where the pressure adjusting device 11a4 is disposed. Thereby, the secondary pressure of the pressure adjusting device 11a4 is adjusted to the atmospheric pressure, and is sufficiently lower than the pressure of the outlet of the reforming unit 33, so that the reforming flowing from the reforming unit 33 through the reformed gas supply pipe 38. Part of the gas (recycled gas (corresponding to recycled fuel)) is returned to the reforming material supply pipe 11a through the recycled gas pipe 39. As described above, the fuel cell system includes the pressure adjusting device 11a4 that is the recycled fuel supply device Da for circulating the recycled gas through the recycled gas pipe 39.

このように、水素が含まれている改質ガス（リサイクルガス）がリサイクルされることにより、改質ガス中の水素が改質用原料に混合されて改質用原料供給管１１ａを通して脱硫器１１ａ６内の超高次脱硫剤に送給される。その結果、改質用原料中の硫黄化合物が水素と反応して硫化水素が発生し、その硫化水素が超高次脱硫剤によって除去される。   In this way, by reforming the reformed gas (recycle gas) containing hydrogen, the hydrogen in the reformed gas is mixed with the reforming raw material, and the desulfurizer 11a6 is passed through the reforming raw material supply pipe 11a. It is sent to the super high-order desulfurization agent. As a result, the sulfur compound in the reforming raw material reacts with hydrogen to generate hydrogen sulfide, and the hydrogen sulfide is removed by the superhigh-order desulfurization agent.

リサイクルガス管３９には、オリフィス３９ｂが設けられている。オリフィス３９ｂには流路孔が設けられ、流路孔によってリサイクルガス管３９を通して戻される改質ガスの流量を調整する。   The recycle gas pipe 39 is provided with an orifice 39b. A flow path hole is provided in the orifice 39b, and the flow rate of the reformed gas returned through the recycle gas pipe 39 is adjusted by the flow path hole.

熱交換器１２は、燃料電池モジュール１１から排気される燃焼排ガスが供給されるとともに貯湯槽２１からの貯湯水が供給され、燃焼排ガスと貯湯水とが熱交換する熱交換器である。具体的には、貯湯槽２１は、貯湯水を貯湯するものであり、貯湯水が循環する（図にて矢印の方向に循環する）貯湯水循環ライン２２が接続されている。貯湯水循環ライン２２上には、貯湯槽２１の下端から上端に向かって順番に貯湯水循環ポンプ２２ａおよび熱交換器１２が配設されている。熱交換器１２は、燃料電池モジュール１１からの排気管１１ｄが接続（貫設）されている。熱交換器１２は、水タンク１４に接続されている凝縮水供給管１２ａが接続されている。   The heat exchanger 12 is a heat exchanger in which combustion exhaust gas exhausted from the fuel cell module 11 is supplied and hot water stored in the hot water storage tank 21 is supplied to exchange heat between the combustion exhaust gas and hot water. Specifically, the hot water storage tank 21 stores hot water, and is connected to a hot water circulation line 22 through which the hot water circulates (circulates in the direction of the arrow in the figure). On the hot water circulation line 22, a hot water circulation pump 22 a and the heat exchanger 12 are arranged in order from the lower end to the upper end of the hot water tank 21. The heat exchanger 12 is connected (penetrated) with an exhaust pipe 11 d from the fuel cell module 11. The heat exchanger 12 is connected to a condensed water supply pipe 12 a connected to the water tank 14.

熱交換器１２において、燃料電池モジュール１１からの燃焼排ガスは、排気管１１ｄを通って熱交換器１２内に導入され、貯湯水との間で熱交換が行われ凝縮されるとともに冷却される。凝縮後の燃焼排ガスは排気管１１ｄを通って外部に排出される。また、凝縮された凝縮水は、凝縮水供給管１２ａを通って水タンク１４に供給される。なお、水タンク１４は、凝縮水をイオン交換樹脂によって純水化するようになっている。   In the heat exchanger 12, the combustion exhaust gas from the fuel cell module 11 is introduced into the heat exchanger 12 through the exhaust pipe 11d, exchanged with the hot water, condensed and cooled. The condensed combustion exhaust gas is discharged to the outside through the exhaust pipe 11d. Moreover, the condensed condensed water is supplied to the water tank 14 through the condensed water supply pipe 12a. The water tank 14 purifies the condensed water with ion exchange resin.

上述した熱交換器１２、貯湯槽２１および貯湯水循環ライン２２から、排熱回収システム２０が構成されている。排熱回収システム２０は、燃料電池モジュール１１の排熱を貯湯水に回収して蓄える。   The heat exchanger 12, the hot water tank 21, and the hot water circulation line 22 described above constitute an exhaust heat recovery system 20. The exhaust heat recovery system 20 recovers and stores the exhaust heat of the fuel cell module 11 in hot water storage.

さらに、インバータ装置１３は、燃料電池３４から出力される直流電圧を入力し所定の交流電圧に変換して、交流の系統電源１６ａおよび外部電力負荷１６ｃ（例えば電化製品）に接続されている電源ライン１６ｂに出力する。また、インバータ装置１３は、系統電源１６ａからの交流電圧を電源ライン１６ｂを介して入力し所定の直流電圧に変換して補機（各ポンプ、ブロワなど）や制御装置１５に出力する。なお、制御装置１５は、補機を駆動して燃料電池システムの運転を制御する。   Further, the inverter device 13 receives the DC voltage output from the fuel cell 34, converts it to a predetermined AC voltage, and is connected to an AC system power supply 16a and an external power load 16c (for example, an electrical appliance). To 16b. Further, the inverter device 13 receives an AC voltage from the system power supply 16 a via the power supply line 16 b, converts it to a predetermined DC voltage, and outputs it to the auxiliary machines (each pump, blower, etc.) and the control device 15. The control device 15 controls the operation of the fuel cell system by driving an auxiliary machine.

燃料電池モジュール１１（３０）は、ケーシング３１、蒸発部３２、改質部３３および燃料電池３４を備えている。ケーシング３１は、断熱性材料で箱状に形成されている。   The fuel cell module 11 (30) includes a casing 31, an evaporation unit 32, a reforming unit 33, and a fuel cell 34. The casing 31 is formed in a box shape with a heat insulating material.

蒸発部３２は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部３２は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して改質部３３に供給するものである。改質用原料としては天然ガス、ＬＰガスなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料があり、本実施形態においては天然ガスにて説明する。   The evaporating unit 32 is heated by a combustion gas to be described later, evaporates the supplied reforming water to generate water vapor, and preheats the supplied reforming raw material. The evaporation section 32 mixes the steam generated in this way and the preheated reforming raw material and supplies the mixture to the reforming section 33. The reforming raw materials include gas fuels for reforming such as natural gas and LP gas, and liquid fuels for reforming such as kerosene, gasoline, and methanol. In this embodiment, natural gas will be described.

蒸発部３２には、一端（下端）が水タンク１４に接続された水供給管１１ｂの他端が接続されている。また、蒸発部３２には、一端が供給源Ｇｓに接続された改質用原料供給管１１ａが接続されている。供給源Ｇｓは、例えば都市ガスのガス供給管、ＬＰガスのガスボンベである。   The other end of the water supply pipe 11 b whose one end (lower end) is connected to the water tank 14 is connected to the evaporation unit 32. The evaporating section 32 is connected to a reforming material supply pipe 11a having one end connected to the supply source Gs. The supply source Gs is, for example, a gas supply pipe for city gas or a gas cylinder for LP gas.

改質部３３は、上述した燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部３２から供給された混合ガス（改質用原料、水蒸気）から改質ガスを生成して導出するものである。改質部３３内には、触媒（例えば、ＲｕまたはＮｉ系の触媒）が充填されており、混合ガスが触媒によって反応し改質されて水素ガスと一酸化炭素などを含んだガスが生成されている（いわゆる水蒸気改質反応）。改質ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の天然ガス（メタンガス）、改質に使用されなかった改質水（水蒸気）を含んでいる。このように、改質部３３は改質用原料（原燃料）と改質水とから改質ガス（燃料）を生成して燃料電池３４に供給する。なお、水蒸気改質反応は吸熱反応である。   The reforming unit 33 is heated by the combustion gas described above and supplied with heat necessary for the steam reforming reaction, so that the reformed gas is generated from the mixed gas (reforming raw material, steam) supplied from the evaporation unit 32. Is generated and derived. The reforming unit 33 is filled with a catalyst (for example, Ru or Ni-based catalyst), and the mixed gas reacts with the catalyst to be reformed to generate a gas containing hydrogen gas and carbon monoxide. (So-called steam reforming reaction). The reformed gas contains hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, steam, unreformed natural gas (methane gas), and reformed water (steam) that has not been used for reforming. As described above, the reforming unit 33 generates reformed gas (fuel) from the reforming raw material (raw fuel) and the reformed water and supplies the reformed gas (fuel) to the fuel cell 34. The steam reforming reaction is an endothermic reaction.

燃料電池３４は、燃料極、空気極（酸化剤極）、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル３４ａが積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であり、電解質として固体酸化物の一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池３４の燃料極には、燃料として水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。水素だけではなく天然ガスや石炭ガスなども直接燃料として用いることが可能である。この場合、改質部３３は省略することができる。   The fuel cell 34 is configured by laminating a fuel electrode, an air electrode (oxidant electrode), and a plurality of cells 34a made of an electrolyte interposed between the two electrodes. The fuel cell of this embodiment is a solid oxide fuel cell, and uses zirconium oxide, which is a kind of solid oxide, as an electrolyte. Hydrogen, carbon monoxide, methane gas, etc. are supplied to the fuel electrode of the fuel cell 34 as fuel. Not only hydrogen but also natural gas and coal gas can be used directly as fuel. In this case, the reforming unit 33 can be omitted.

セル３４ａの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路３４ｂが形成されている。セル３４ａの空気極側には、酸化剤ガスである空気（カソードエア）が流通する空気流路３４ｃが形成されている。燃料電池３４は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する。   On the fuel electrode side of the cell 34a, a fuel flow path 34b through which the reformed gas as the fuel flows is formed. An air flow path 34c through which air (cathode air) that is an oxidant gas flows is formed on the air electrode side of the cell 34a. The fuel cell 34 generates electricity using fuel and oxidant gas.

燃料電池３４は、マニホールド３５上に設けられている。マニホールド３５には、改質部３３からの改質ガスが改質ガス供給管３８を介して供給される。燃料流路３４ｂは、その下端（一端）がマニホールド３５の燃料導出口に接続されており、その燃料導出口から導出される改質ガスが下端から導入され上端から導出されるようになっている。カソードエアブロワ１１ｃ１によって送出されたカソードエアはカソードエア供給管１１ｃを介して供給され、空気流路３４ｃの下端から導入され上端から導出されるようになっている。   The fuel cell 34 is provided on the manifold 35. The reformed gas from the reforming unit 33 is supplied to the manifold 35 via the reformed gas supply pipe 38. The lower end (one end) of the fuel flow path 34b is connected to the fuel outlet of the manifold 35, and the reformed gas led out from the fuel outlet is introduced from the lower end and led out from the upper end. . The cathode air sent out by the cathode air blower 11c1 is supplied via the cathode air supply pipe 11c, introduced from the lower end of the air flow path 34c, and led out from the upper end.

燃焼部３６は、燃料電池３４と蒸発部３２および改質部３３との間に設けられている。燃焼部３６は、燃料電池３４からのアノードオフガス（燃料オフガス）と燃料電池３４からのカソードオフガス（酸化剤オフガス）とが燃焼されて改質部３３を加熱する。燃焼部３６では、アノードオフガスが燃焼されて火炎３７が発生している。燃焼部３６では、アノードオフガスが燃焼されてその燃焼排ガスが発生している。   The combustion unit 36 is provided between the fuel cell 34, the evaporation unit 32, and the reforming unit 33. The combustion unit 36 heats the reforming unit 33 by burning the anode offgas (fuel offgas) from the fuel cell 34 and the cathode offgas (oxidant offgas) from the fuel cell 34. In the combustion unit 36, the anode off gas is burned and a flame 37 is generated. In the combustion section 36, the anode off gas is burned and the combustion exhaust gas is generated.

さらに燃料電池システムは、制御装置１５を備えている。制御装置１５には上述した流量センサ１１ａ２、圧力センサ１１ａ３、酸素濃度センサ１１ａ７、遮断弁１１ａ１、各ポンプ１１ａ５，１１ｂ１，２２ａ、カソードエアブロワ１１ｃ１が接続されている（図２参照）。制御装置１５はマイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（何れも図示省略）を備えている。ＣＰＵは燃料電池システムの運転に必要な各種プログラムを実施している。ＲＡＭは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭはプログラムを記憶するものである。   The fuel cell system further includes a control device 15. The control device 15 is connected to the flow rate sensor 11a2, the pressure sensor 11a3, the oxygen concentration sensor 11a7, the shutoff valve 11a1, the pumps 11a5, 11b1, 22a, and the cathode air blower 11c1 (see FIG. 2). The control device 15 includes a microcomputer (not shown), and the microcomputer includes an input / output interface, a CPU, a RAM, and a ROM (all not shown) connected via a bus. The CPU executes various programs necessary for the operation of the fuel cell system. The RAM temporarily stores variables necessary for executing the program, and the ROM stores the program.

次に上述した燃料電池システムの作動について説明する。燃料電池システムの運転中（暖機運転中、発電運転中）において、制御装置１５は、図３に示すフローチャートに沿ったプログラムを実行し、改質用原料に含まれている酸素の状態を監視し、監視結果に応じた適切な制御を行う。   Next, the operation of the above-described fuel cell system will be described. During operation of the fuel cell system (during warm-up operation, during power generation operation), the control device 15 executes a program according to the flowchart shown in FIG. 3 and monitors the state of oxygen contained in the reforming raw material. Then, appropriate control according to the monitoring result is performed.

具体的には、制御装置１５は、酸素濃度センサ１１ａ７によって改質用原料中の酸素濃度Ｄを検出（取得）し（ステップＳ１０２）、検出した酸素濃度Ｄが判定用濃度Ｄａ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。なお、判定用濃度Ｄａは、想定される酸素を含んだガス（例えば、バイオガスなど）が流入している改質用原料の酸素濃度より小さい値、かつ、酸素を含んだガスが流入していない正規の改質用原料の酸素濃度より大きい値に設定されている。   Specifically, the control device 15 detects (acquires) the oxygen concentration D in the reforming raw material by the oxygen concentration sensor 11a7 (step S102), and whether or not the detected oxygen concentration D is equal to or higher than the determination concentration Da. Is determined (step S104). The determination concentration Da is smaller than the oxygen concentration of the reforming raw material into which an assumed oxygen-containing gas (for example, biogas) flows, and a gas containing oxygen is flowing in. Not set to a value larger than the oxygen concentration of the regular reforming raw material.

正規の改質用原料が供給されている場合、改質用原料中の酸素濃度Ｄは判定用濃度Ｄａ未満であるので、制御装置１５は、ステップＳ１０４にて「ＮＯ」と判定し、供給されている改質用原料（ひいては燃料）の流量をそのまま維持する（ステップＳ１０６）。この場合、脱硫器１１ａ６や改質部３３に供給される酸素は比較的少なく（例えばほとんど０％であり）、脱硫器１１ａ６の触媒や改質部３３の触媒が劣化することはない。   When the regular reforming raw material is supplied, the oxygen concentration D in the reforming raw material is less than the determination concentration Da. Therefore, the control device 15 determines “NO” in step S104 and is supplied. The flow rate of the reforming raw material (and thus fuel) is maintained as it is (step S106). In this case, oxygen supplied to the desulfurizer 11a6 and the reforming unit 33 is relatively small (for example, almost 0%), and the catalyst of the desulfurizer 11a6 and the catalyst of the reforming unit 33 are not deteriorated.

一方、酸素を含んだガスが流入している改質用原料が供給されている場合、その改質用原料中の酸素濃度Ｄが判定用濃度Ｄａ以上であるので、制御装置１５は、ステップＳ１０４にて「ＹＥＳ」と判定し、供給されている燃料の流量を増大または減少させる。この場合、脱硫器１１ａ６や改質部３３に供給される酸素は比較的多く、脱硫器１１ａ６の触媒や改質部３３の触媒が劣化するおそれがあるため、供給されている改質用原料（ひいては燃料）の流量を増大または減少させて、リサイクルガス比率を増大させたり、減少させたりする。リサイクルガス比率は、リサイクルガス比率＝リサイクルガス流量／改質用原料流量で定義されている。   On the other hand, when the reforming raw material into which the gas containing oxygen flows is supplied, the oxygen concentration D in the reforming raw material is equal to or higher than the determination concentration Da. Is determined as “YES”, and the flow rate of the supplied fuel is increased or decreased. In this case, the oxygen supplied to the desulfurizer 11a6 and the reforming unit 33 is relatively large, and the catalyst of the desulfurizer 11a6 and the catalyst of the reforming unit 33 may be deteriorated. As a result, the flow rate of the fuel) is increased or decreased to increase or decrease the recycle gas ratio. The recycle gas ratio is defined as recycle gas ratio = recycle gas flow rate / reforming raw material flow rate.

リサイクルガス比率の増大・減少について詳述する。制御装置１５は、ステップＳ１０８において、リサイクルガス比率を増大させるかまたは減少させるかを選択（判定）する。いずれを選択するかは、予め設定・記憶されている選択モード（増大モードまたは減少モード）によって決定される。増大モードは、脱硫器１１ａ６において改質用原料中の酸素とリサイクルガス中の水素を積極的に燃焼させたい場合に選択される。具体的には、改質触媒が酸素に弱い場合、もしくは改質部３３において酸素が反応せずに燃料電池３４に流入するのを抑制したい場合である。一方、減少モードは、改質用原料中の酸素を脱硫器１１ａ６では燃焼させずに改質部３３に供給させたい場合に選択される。具体的には、脱硫触媒が酸素に弱い、もしくは酸素と水素の反応熱で劣化するような場合で、改質触媒に酸素を供給させＡＴＲ反応をさせたほうが良い場合である。なお、ＡＴＲ反応とは、水蒸気改質と部分酸化改質を組み合わせた併用改質（オートサーマル改質）である。   The increase / decrease in the recycled gas ratio will be described in detail. In step S108, the control device 15 selects (determines) whether to increase or decrease the recycle gas ratio. Which one to select is determined by a selection mode (increase mode or decrease mode) that is set and stored in advance. The increase mode is selected when it is desired to actively burn oxygen in the reforming raw material and hydrogen in the recycle gas in the desulfurizer 11a6. Specifically, this is a case where the reforming catalyst is weak to oxygen, or a case where it is desired to suppress the oxygen from reacting in the reforming unit 33 without flowing into the fuel cell 34. On the other hand, the reduction mode is selected when oxygen in the reforming raw material is desired to be supplied to the reforming unit 33 without being burned in the desulfurizer 11a6. Specifically, this is the case where the desulfurization catalyst is weak to oxygen or deteriorates due to the reaction heat of oxygen and hydrogen, and it is better to supply oxygen to the reforming catalyst and perform the ATR reaction. The ATR reaction is a combined reforming (autothermal reforming) that combines steam reforming and partial oxidation reforming.

制御装置１５は、増大モードが設定されている場合には、リサイクルガス比率を増大させる増大制御を行う（ステップＳ１１０）。上述したように、燃料電池システムの構成においては、リサイクルガス管３９のリサイクルガス比率はオリフィス３９ｂによって規定される。すなわち、図４に示すように、リサイクルガス比率は改質用原料の供給量（発電量）と相関がある。リサイクルガス比率は、改質用原料の供給量（発電量）が小さいほど増大し、大きいほど低下するという相関がある。   When the increase mode is set, the control device 15 performs an increase control for increasing the recycle gas ratio (step S110). As described above, in the configuration of the fuel cell system, the recycle gas ratio of the recycle gas pipe 39 is defined by the orifice 39b. That is, as shown in FIG. 4, the recycle gas ratio has a correlation with the supply amount (power generation amount) of the reforming raw material. There is a correlation that the recycle gas ratio increases as the supply amount (power generation amount) of the raw material for reforming decreases and decreases as it increases.

制御装置１５は、ステップＳ１１０において、リサイクルガス中の酸素濃度が増大した場合、改質用原料の供給量、もしくは燃料電池３６の発電量を減少させる。その結果、リサイクルガス比率を増大させ、リサイクルガス流量ひいては水素流量を増大させることが可能となる。増大している酸素流量以上の水素流量を確保することで、脱硫器１１ａ６にて脱硫剤で酸素を完全に燃焼させ、改質部３３、燃料電池３４への酸素の流入を抑制することが可能となる。   When the oxygen concentration in the recycle gas increases in step S110, the control device 15 decreases the supply amount of the reforming raw material or the power generation amount of the fuel cell 36. As a result, it is possible to increase the recycle gas ratio and increase the recycle gas flow rate and thus the hydrogen flow rate. By securing a hydrogen flow rate higher than the increasing oxygen flow rate, it is possible to completely burn oxygen with the desulfurization agent in the desulfurizer 11a6 and to suppress the inflow of oxygen into the reforming unit 33 and the fuel cell 34. It becomes.

一方、制御装置１５は、減少モードが設定されている場合には、リサイクルガス比率を減少させる減少制御を行う（ステップＳ１１２）。制御装置１５は、ステップＳ１１２において、リサイクルガス中の酸素濃度が増大した場合、改質用原料の供給量、もしくは燃料電池３６の発電量を増大させる。その結果、リサイクルガス比率が減少し、リサイクルガス流量ひいては水素流量が減少することが可能となる。したがって、脱硫器１１ａ６での水素と酸素の反応量を減少させることで、脱硫器１１ａ６へのダメージを低減させ改質部３３に酸素を流入させることが可能となる。そして、改質部３３内で酸化反応を行わせることでその熱を燃料電池モジュール１１へ与えることが可能となり、効率低下も低減することが可能となる。なお、脱硫器１１ａ６は、水素がなくとも短時間であれば物理吸着で硫黄化合物を除去できるため、脱硫機能を確保することが可能である。   On the other hand, when the reduction mode is set, the control device 15 performs reduction control for reducing the recycle gas ratio (step S112). When the oxygen concentration in the recycle gas increases in step S112, the control device 15 increases the supply amount of the reforming raw material or the power generation amount of the fuel cell 36. As a result, the recycle gas ratio is reduced, and the recycle gas flow rate and hence the hydrogen flow rate can be reduced. Therefore, by reducing the reaction amount of hydrogen and oxygen in the desulfurizer 11a6, it is possible to reduce damage to the desulfurizer 11a6 and allow oxygen to flow into the reforming unit 33. And it becomes possible to give the heat to the fuel cell module 11 by performing an oxidation reaction in the reforming part 33, and it becomes possible to also reduce a reduction in efficiency. Note that the desulfurizer 11a6 can secure a desulfurization function because it can remove sulfur compounds by physical adsorption for a short time even without hydrogen.

上述した説明から明らかなように、第一実施形態に係る燃料電池システムは、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池３４と、改質用原料と改質水とから燃料を生成して燃料電池３４に供給する改質部３３と、改質用原料に含まれる硫黄成分を除去して改質部３３に供給する脱硫器１１ａ６と、改質部３３から燃料電池３４に燃料を供給する改質ガス供給管３８（燃料供給管）と脱硫器１１ａ６に改質用原料を供給する改質用原料供給管１１ａとを接続し、燃料の一部をリサイクル燃料として脱硫器１１ａ６に戻すリサイクルガス管３９と、リサイクルガス管３９にリサイクル燃料を流通させるための圧力調整装置１１ａ４（リサイクル燃料供給装置）と、改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素濃度センサ１１ａ７（酸素検知装置）と、を備えている。   As is clear from the above description, the fuel cell system according to the first embodiment generates fuel from a fuel cell 34 that generates power using fuel and an oxidant gas, a reforming raw material, and reformed water. A reforming unit 33 that supplies the battery 34, a desulfurizer 11a6 that removes sulfur components contained in the reforming raw material and supplies the reforming unit 33, and a reformer that supplies fuel from the reforming unit 33 to the fuel cell 34. A recycle gas pipe for connecting a quality gas supply pipe 38 (fuel supply pipe) and a reforming raw material supply pipe 11a for supplying a reforming raw material to the desulfurizer 11a6 and returning a part of the fuel to the desulfurizer 11a6 as a recycled fuel 39, a pressure adjusting device 11a4 (recycled fuel supply device) for circulating the recycled fuel through the recycled gas pipe 39, and an oxygen concentration sensor 11a7 for detecting the state of oxygen contained in the reforming raw material The oxygen sensing device), and a.

これによれば、改質用原料供給管１１ａを通して供給される改質用原料中に酸素が含まれていても、酸素濃度センサ１１ａ７（酸素検知装置）が改質用原料に含まれている酸素の状態を確実に検知する。よって、酸素が含まれている状態を検知した場合には、酸素によって脱硫器１１ａ６や改質部３３を劣化させないような対処をすることが可能となる。その結果、燃料電池システムにおいて、酸素による脱硫器１１ａ６や改質部３３の劣化を抑制することができる。   According to this, even if oxygen is contained in the reforming raw material supplied through the reforming raw material supply pipe 11a, the oxygen concentration sensor 11a7 (oxygen detection device) contains oxygen contained in the reforming raw material. The state of is reliably detected. Therefore, when the state containing oxygen is detected, it is possible to take measures so that the desulfurizer 11a6 and the reforming unit 33 are not deteriorated by oxygen. As a result, in the fuel cell system, deterioration of the desulfurizer 11a6 and the reforming unit 33 due to oxygen can be suppressed.

また、酸素検知装置は、改質用原料供給管１１ａに設けられ、改質用原料供給管１１ａを流れる改質用原料中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１１ａ７である。
これによれば、改質用原料中の酸素濃度を酸素濃度センサ１１ａ７によって直接検出することができる。 The oxygen detector is an oxygen concentration sensor 11a7 that is provided in the reforming material supply pipe 11a and detects the oxygen concentration in the reforming material flowing through the reforming material supply pipe 11a.
According to this, the oxygen concentration in the reforming raw material can be directly detected by the oxygen concentration sensor 11a7.

また、制御装置１５は、改質用原料の流量に対するリサイクルガスの流量の比であるリサイクルガス比率が目標リサイクルガス比率となるように、燃料電池３４の発電出力量または改質用原料の供給量を制御するようにしてもよい。
これによれば、リサイクルガス比率を積極的に制御する機構がない場合であっても、燃料電池３６の発電出力量または改質用原料の供給量を制御することで、リサイクルガス比率を制御することが可能となる。その結果、燃料電池システムにおいて、酸素による脱硫器１１ａ６や改質部３３の劣化をより適切に抑制することができる。 Further, the control device 15 sets the power generation output amount of the fuel cell 34 or the supply amount of the reforming raw material so that the recycle gas ratio that is the ratio of the recycle gas flow rate to the reforming raw material flow rate becomes the target recycle gas ratio. May be controlled.
According to this, even if there is no mechanism for actively controlling the recycle gas ratio, the recycle gas ratio is controlled by controlling the power generation output amount of the fuel cell 36 or the supply amount of the reforming raw material. It becomes possible. As a result, in the fuel cell system, deterioration of the desulfurizer 11a6 and the reforming unit 33 due to oxygen can be more appropriately suppressed.

また、制御装置１５は、酸素検知装置によって検知された酸素の状態に基づいて、燃料電池３６の発電出力量または改質用原料の供給量を制御する（ステップＳ１０４−１１２）。
これによれば、改質用原料中の酸素濃度に応じて、リサイクルガス比率を適切に調整することが可能となる。その結果、燃料電池システムにおいて、酸素による脱硫器１１ａ６や改質部３３の劣化をより適切に抑制することができる。 Further, the control device 15 controls the power generation output amount of the fuel cell 36 or the supply amount of the reforming raw material based on the state of oxygen detected by the oxygen detection device (steps S104-112).
According to this, it becomes possible to adjust a recycle gas ratio appropriately according to the oxygen concentration in the raw material for reforming. As a result, in the fuel cell system, deterioration of the desulfurizer 11a6 and the reforming unit 33 due to oxygen can be more appropriately suppressed.

（第二実施形態）
上述した第一実施形態の燃料電池システムにおいては、リサイクルガス管３９に改質ガス（リサイクルガス）を流通させるためのリサイクル燃料供給装置として、改質用原料供給管１１ａに圧力調整装置１１ａ４を設けたが、本第二実施形態においては、図５に示すように、リサイクルガス管３９に改質ガス（リサイクルガス）を流通させるためのリサイクル燃料供給装置として、二次側の圧力を所定圧力に調整する圧力調整装置１１ａ４と、リサイクルガス管３９に設けられリサイクルガスの流量を調整可能である流量制御弁３９ｃと、により構成されるものであってもよい。流量制御弁３９ｃは、例えば電動ニードルバルブで構成されている。制御装置１５は、流量制御弁３９ｃを制御してリサイクルガス比率を調整する。
また、流量制御弁３９ｃに代えて、電動の三方弁３９ｄを設けるようにしてもよい。制御装置１５は、三方弁３９ｄを制御してリサイクルガス比率を調整する。
本第二実施形態によれば、燃料電池３４の発電量や改質用原料の供給量を制御することなく、リサイクルガス比率を直接かつ適切に調整することが可能となる。その結果、燃料電池システムにおいて、酸素による脱硫器１１ａ６や改質部３３の劣化をより適切に抑制することができる。 (Second embodiment)
In the fuel cell system of the first embodiment described above, a pressure regulator 11a4 is provided in the reforming material supply pipe 11a as a recycled fuel supply apparatus for circulating the reformed gas (recycle gas) through the recycle gas pipe 39. However, in the second embodiment, as shown in FIG. 5, as a recycled fuel supply device for circulating the reformed gas (recycled gas) through the recycled gas pipe 39, the secondary side pressure is set to a predetermined pressure. The pressure adjusting device 11a4 to be adjusted and a flow rate control valve 39c provided in the recycle gas pipe 39 and capable of adjusting the flow rate of the recycle gas may be used. The flow control valve 39c is constituted by, for example, an electric needle valve. The control device 15 controls the flow rate control valve 39c to adjust the recycle gas ratio.
Further, an electric three-way valve 39d may be provided instead of the flow rate control valve 39c. The control device 15 controls the three-way valve 39d to adjust the recycle gas ratio.
According to the second embodiment, it is possible to directly and appropriately adjust the recycle gas ratio without controlling the power generation amount of the fuel cell 34 and the supply amount of the reforming raw material. As a result, in the fuel cell system, deterioration of the desulfurizer 11a6 and the reforming unit 33 due to oxygen can be more appropriately suppressed.

（第二実施形態の第一変形例）
本第二実施形態の第一変形例は、図６に示すように、リサイクルガス管３９に改質ガス（リサイクルガス）を流通させるためのリサイクル燃料供給装置として、リサイクルガス管３９に設けられリサイクルガスの吐出量を調整可能であるポンプ３９ｅにより構成されたものであってもよい。この場合、圧力調整装置１１ａ４は省略される。制御装置１５は、ポンプ３９ｅを制御してリサイクルガスの流量を調整する。
これによれば、燃料電池３４の発電量や改質用原料の供給量を制御することなく、リサイクルガスの流量を直接かつ適切に調整することが可能となる。その結果、燃料電池システムにおいて、酸素による脱硫器１１ａ６や改質部３３の劣化をより適切に抑制することができる。 (First modification of the second embodiment)
As shown in FIG. 6, the first modification of the second embodiment is a recycle gas pipe 39 provided as a recycle fuel supply device for circulating reformed gas (recycle gas) through the recycle gas pipe 39. It may be configured by a pump 39e capable of adjusting the gas discharge amount. In this case, the pressure adjusting device 11a4 is omitted. The control device 15 controls the pump 39e to adjust the flow rate of the recycle gas.
This makes it possible to adjust the flow rate of the recycle gas directly and appropriately without controlling the power generation amount of the fuel cell 34 and the supply amount of the reforming raw material. As a result, in the fuel cell system, deterioration of the desulfurizer 11a6 and the reforming unit 33 due to oxygen can be more appropriately suppressed.

（第三実施形態）
上述した第一実施形態の燃料電池システムにおいては、改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素検知装置として、改質用原料供給管１１ａに酸素濃度センサ１１ａ７を設けたが、本第三実施形態においては、図７に示すように、改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素検知装置として、脱硫器１１ａ６内に設けられ脱硫器１１ａ６内の触媒の温度を検出する第一温度センサ１１ａ６ａを採用してもよい。 (Third embodiment)
In the fuel cell system according to the first embodiment described above, the oxygen concentration sensor 11a7 is provided in the reforming material supply pipe 11a as an oxygen detector for detecting the state of oxygen contained in the reforming material. However, in the present third embodiment, as shown in FIG. 7, the oxygen detector for detecting the state of oxygen contained in the reforming raw material is provided in the desulfurizer 11a6 and is installed in the desulfurizer 11a6. A first temperature sensor 11a6a that detects the temperature of the catalyst may be employed.

この場合、脱硫器１１ａ６に酸素が流入した場合、リサイクルガス中の水素と酸素が反応し温度が上昇することを利用して、第一温度センサ１１ａ６ａによって検出された温度に基づいて酸素の流入量を検知することができる。その結果、脱硫器１１ａ６内の温度に基づいてリサイクルガス流量を制御する。制御装置１５は、図３のステップＳ１０２に代えて、第一温度センサ１１ａ６ａによって検出された温度を取得し、ステップＳ１０４に代えて、取得した温度と判定温度とを比較する。
これによれば、酸素濃度センサと比較して一般的に安価かつ信頼性が高いセンサである温度センサを使用して、改質用原料中の酸素濃度を検出することができる。 In this case, when oxygen flows into the desulfurizer 11a6, the amount of inflow of oxygen based on the temperature detected by the first temperature sensor 11a6a by utilizing the fact that hydrogen and oxygen in the recycle gas react to increase the temperature. Can be detected. As a result, the recycle gas flow rate is controlled based on the temperature in the desulfurizer 11a6. The control device 15 acquires the temperature detected by the first temperature sensor 11a6a instead of step S102 in FIG. 3, and compares the acquired temperature with the determination temperature instead of step S104.
According to this, it is possible to detect the oxygen concentration in the reforming raw material by using a temperature sensor that is generally a cheaper and more reliable sensor than the oxygen concentration sensor.

（第三実施形態の第一変形例）
上述した第一実施形態の燃料電池システムにおいては、改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素検知装置として、改質用原料供給管１１ａに酸素濃度センサ１１ａ７を設けたが、本第三実施形態の第一変形例においては、図８に示すように、改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素検知装置として、燃焼触媒装置１１ａ８内に設けられ燃焼触媒装置１１ａ８内の燃焼触媒の温度を検出する第二温度センサ１１ａ８ａを採用してもよい。燃焼触媒装置１１ａ８は、改質用原料供給管１１ａに設けられ改質用原料に含まれる酸素を燃焼触媒にて燃焼して改質用原料を脱硫器１１ａ６に供給するものである。 (First modification of the third embodiment)
In the fuel cell system according to the first embodiment described above, the oxygen concentration sensor 11a7 is provided in the reforming material supply pipe 11a as an oxygen detector for detecting the state of oxygen contained in the reforming material. However, in the first modified example of the third embodiment, as shown in FIG. 8, as an oxygen detection device for detecting the state of oxygen contained in the reforming raw material, the combustion catalyst device 11 a 8 is provided. You may employ | adopt the 2nd temperature sensor 11a8a which is provided and detects the temperature of the combustion catalyst in the combustion catalyst apparatus 11a8. The combustion catalyst device 11a8 is provided in the reforming material supply pipe 11a and burns oxygen contained in the reforming material with the combustion catalyst and supplies the reforming material to the desulfurizer 11a6.

この場合も、前述した第三実施形態と同様に、燃焼触媒装置１１ａ８に酸素が流入した場合、リサイクルガス中の水素と酸素が反応し温度が上昇することを利用して、第二温度センサ１１ａ８ａによって検出された温度に基づいて酸素の流入量を検知することができる。その結果、燃焼触媒装置１１ａ８内の温度に基づいてリサイクルガス流量を制御する。
これによれば、酸素濃度センサと比較して一般的に安価かつ信頼性が高いセンサである温度センサを使用して、改質用原料中の酸素濃度を検出することができる。 Also in this case, similarly to the third embodiment described above, the second temperature sensor 11a8a is utilized by utilizing the fact that when oxygen flows into the combustion catalyst device 11a8, the hydrogen and oxygen in the recycle gas react to increase the temperature. The inflow amount of oxygen can be detected on the basis of the temperature detected by. As a result, the recycle gas flow rate is controlled based on the temperature in the combustion catalyst device 11a8.
According to this, it is possible to detect the oxygen concentration in the reforming raw material by using a temperature sensor that is generally a cheaper and more reliable sensor than the oxygen concentration sensor.

なお、上述した実施形態においては、制御装置１５は、ステップＳ１１０，１１２において、改質用原料の供給量を減少、増大するように制御したが、これに代えて、燃料電池３４の発電量を減少、増大するように制御してもよい。
また、上述した実施形態の燃料電池システムの燃料電池３４は固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）であるが、本発明はこれに限られるものでなく、燃料電池として固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）にも適用されるものである。 In the above-described embodiment, the control device 15 controls the supply amount of the reforming raw material to decrease or increase in steps S110 and S112, but instead, the power generation amount of the fuel cell 34 is reduced. It may be controlled to decrease or increase.
The fuel cell 34 of the fuel cell system according to the above-described embodiment is a solid oxide fuel cell (SOFC). However, the present invention is not limited to this, and a solid polymer fuel cell (PEFC) is used as the fuel cell. ).

また、本発明は、脱硫剤として超高次脱硫剤が収容されている脱硫器１１ａ６に、改質部３３にて改質された改質ガスの一部をリサイクルガス管３９を介して戻すように構成されたリサイクル方式の超高次脱硫方式に適用したが、脱硫器１１ａ６の前に改質部３３とは別に改質部を設けてその改質部にて改質された改質ガスの一部を脱硫器１１ａ６に供給するように構成したプレ改質部方式の超高次脱硫方式に適用してもよい。すなわち、改質用原料と水素を混合して脱硫器にて脱硫するシステムにおいて、前記改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素検知装置を備えている燃料電池システムにも、本発明は適用される。   In the present invention, a part of the reformed gas reformed by the reforming unit 33 is returned to the desulfurizer 11a6 in which the super high-order desulfurizing agent is accommodated as the desulfurizing agent via the recycle gas pipe 39. Applied to the recycle type ultra-high order desulfurization system configured as described above, but a reforming unit is provided separately from the reforming unit 33 in front of the desulfurizer 11a6, and the reformed gas reformed in the reforming unit You may apply to the ultra high-order desulfurization system of the pre-modification part system comprised so that a part might be supplied to the desulfurizer 11a6. That is, in a system in which a reforming raw material and hydrogen are mixed and desulfurized by a desulfurizer, a fuel cell system provided with an oxygen detector for detecting the state of oxygen contained in the reforming raw material. The present invention also applies.

１１…筐体、１１ａ…改質用原料供給管、１１ａ４…圧力調整装置（リサイクル燃料供給装置）、１１ａ６…脱硫器、１１ａ６ａ…第一温度センサ（酸素検知装置）、１１ａ７…酸素濃度センサ（酸素検知装置）、１１ａ８…燃焼触媒装置、１１ａ８ａ…第二温度センサ（酸素検知装置）、１５…制御装置、３３…改質部、３４…燃料電池、３８…改質ガス供給管（燃料供給管）、３９…リサイクルガス管（リサイクル燃料管）。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Housing, 11a ... Reforming raw material supply pipe, 11a4 ... Pressure regulator (recycled fuel supply device), 11a6 ... Desulfurizer, 11a6a ... First temperature sensor (oxygen detector), 11a7 ... Oxygen concentration sensor (oxygen) Detection device), 11a8 ... combustion catalyst device, 11a8a ... second temperature sensor (oxygen detection device), 15 ... control device, 33 ... reforming unit, 34 ... fuel cell, 38 ... reformed gas supply pipe (fuel supply pipe) 39 ... Recycle gas pipe (recycle fuel pipe).

Claims (6)

燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
改質用原料と改質水とから前記燃料を生成して前記燃料電池に供給する改質部と、
前記改質用原料に含まれる硫黄成分を除去して前記改質部に供給する脱硫器と、
前記改質部から前記燃料電池に前記燃料を供給する燃料供給管と前記脱硫器に前記改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、前記燃料の一部をリサイクル燃料として前記脱硫器に戻すリサイクル燃料管と、
前記リサイクル燃料管に前記リサイクル燃料を流通させるためのリサイクル燃料供給装置と、
前記改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素検知装置と、
制御装置と、を備え、
前記酸素検知装置は、前記改質用原料供給管に設けられ、前記改質用原料に含まれる酸素の状態である酸素濃度を検出する酸素濃度センサであり、
前記制御装置は、前記酸素濃度センサによって検知された酸素濃度が判定用酸素濃度以上であると判定すると、前記改質用原料の流量に対する前記リサイクル燃料の流量の比であるリサイクルガス比率が増大または減少するように、前記燃料電池の発電出力量を制御する燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity using fuel and oxidant gas;
A reforming unit that generates the fuel from the reforming raw material and reforming water and supplies the fuel to the fuel cell;
A desulfurizer that removes a sulfur component contained in the reforming raw material and supplies the reformed portion;
A fuel supply pipe for supplying the fuel to the fuel cell from the reforming section and a reforming raw material supply pipe for supplying the reforming raw material to the desulfurizer are connected, and a part of the fuel is used as a recycled fuel. A recycled fuel pipe returned to the desulfurizer;
A recycled fuel supply device for circulating the recycled fuel through the recycled fuel pipe;
An oxygen detector for detecting the state of oxygen contained in the reforming raw material;
A control device,
The oxygen detector is an oxygen concentration sensor that is provided in the reforming raw material supply pipe and detects an oxygen concentration that is a state of oxygen contained in the reforming raw material.
When the control device determines that the oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor is equal to or higher than the determination oxygen concentration, a recycle gas ratio that is a ratio of the flow rate of the recycled fuel to the flow rate of the reforming raw material increases or A fuel cell system for controlling a power generation output amount of the fuel cell so as to decrease . 燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
改質用原料と改質水とから前記燃料を生成して前記燃料電池に供給する改質部と、
前記改質用原料に含まれる硫黄成分を除去して前記改質部に供給する脱硫器と、
前記改質部から前記燃料電池に前記燃料を供給する燃料供給管と前記脱硫器に前記改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、前記燃料の一部をリサイクル燃料として前記脱硫器に戻すリサイクル燃料管と、
前記リサイクル燃料管に前記リサイクル燃料を流通させるためのリサイクル燃料供給装置と、
前記改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素検知装置と、
制御装置と、を備え、
前記酸素検知装置は、前記改質用原料供給管に設けられ、前記改質用原料に含まれる酸素の状態である酸素濃度を検出する酸素濃度センサであり、
前記制御装置は、前記酸素濃度センサによって検知された酸素濃度が判定用酸素濃度以上であると判定すると、前記改質用原料の流量に対する前記リサイクル燃料の流量の比であるリサイクルガス比率が増大または減少するように、前記改質用原料の供給量を制御する燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity using fuel and oxidant gas;
A reforming unit that generates the fuel from the reforming raw material and reforming water and supplies the fuel to the fuel cell;
A desulfurizer that removes a sulfur component contained in the reforming raw material and supplies the reformed portion;
A fuel supply pipe for supplying the fuel to the fuel cell from the reforming section and a reforming raw material supply pipe for supplying the reforming raw material to the desulfurizer are connected, and a part of the fuel is used as a recycled fuel. A recycled fuel pipe returned to the desulfurizer;
A recycled fuel supply device for circulating the recycled fuel through the recycled fuel pipe;
An oxygen detector for detecting the state of oxygen contained in the reforming raw material;
A control device,
The oxygen detector is an oxygen concentration sensor that is provided in the reforming raw material supply pipe and detects an oxygen concentration that is a state of oxygen contained in the reforming raw material.
When the control device determines that the oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor is equal to or higher than the determination oxygen concentration, a recycle gas ratio that is a ratio of the flow rate of the recycled fuel to the flow rate of the reforming raw material increases or A fuel cell system for controlling a supply amount of the reforming raw material so as to decrease . 燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
改質用原料と改質水とから前記燃料を生成して前記燃料電池に供給する改質部と、
前記改質用原料に含まれる硫黄成分を除去して前記改質部に供給する脱硫器と、
前記改質部から前記燃料電池に前記燃料を供給する燃料供給管と前記脱硫器に前記改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、前記燃料の一部をリサイクル燃料として前記脱硫器に戻すリサイクル燃料管と、
前記リサイクル燃料管に前記リサイクル燃料を流通させるためのリサイクル燃料供給装置と、
前記改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素検知装置と、
制御装置と、を備え、
前記酸素検知装置は、前記脱硫器内に設けられ、前記脱硫器内の触媒の温度を検出する第一温度センサであり、
前記制御装置は、前記第一温度センサによって検知された温度が判定用温度以上であると判定すると、前記改質用原料の流量に対する前記リサイクル燃料の流量の比であるリサイクルガス比率が増大または減少するように、前記燃料電池の発電出力量を制御する燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity using fuel and oxidant gas;
A reforming unit that generates the fuel from the reforming raw material and reforming water and supplies the fuel to the fuel cell;
A desulfurizer that removes a sulfur component contained in the reforming raw material and supplies the reformed portion;
A fuel supply pipe for supplying the fuel to the fuel cell from the reforming section and a reforming raw material supply pipe for supplying the reforming raw material to the desulfurizer are connected, and a part of the fuel is used as a recycled fuel. A recycled fuel pipe returned to the desulfurizer;
A recycled fuel supply device for circulating the recycled fuel through the recycled fuel pipe;
An oxygen detector for detecting the state of oxygen contained in the reforming raw material;
A control device,
The oxygen detector is a first temperature sensor that is provided in the desulfurizer and detects the temperature of the catalyst in the desulfurizer.
When the control device determines that the temperature detected by the first temperature sensor is equal to or higher than the determination temperature, a recycle gas ratio that is a ratio of the flow rate of the recycled fuel to the flow rate of the reforming raw material is increased or decreased. A fuel cell system for controlling the power generation output amount of the fuel cell. 燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
改質用原料と改質水とから前記燃料を生成して前記燃料電池に供給する改質部と、
前記改質用原料に含まれる硫黄成分を除去して前記改質部に供給する脱硫器と、
前記改質部から前記燃料電池に前記燃料を供給する燃料供給管と前記脱硫器に前記改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、前記燃料の一部をリサイクル燃料として前記脱硫器に戻すリサイクル燃料管と、
前記リサイクル燃料管に前記リサイクル燃料を流通させるためのリサイクル燃料供給装置と、
前記改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素検知装置と、
制御装置と、を備え、
前記酸素検知装置は、前記脱硫器内に設けられ、前記脱硫器内の触媒の温度を検出する第一温度センサであり、
前記制御装置は、前記第一温度センサによって検知された温度が判定用温度以上であると判定すると、前記改質用原料の流量に対する前記リサイクル燃料の流量の比であるリサイクルガス比率が増大または減少するように、前記改質用原料の供給量を制御する燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity using fuel and oxidant gas;
A reforming unit that generates the fuel from the reforming raw material and reforming water and supplies the fuel to the fuel cell;
A desulfurizer that removes a sulfur component contained in the reforming raw material and supplies the reformed portion;
A fuel supply pipe for supplying the fuel to the fuel cell from the reforming section and a reforming raw material supply pipe for supplying the reforming raw material to the desulfurizer are connected, and a part of the fuel is used as a recycled fuel. A recycled fuel pipe returned to the desulfurizer;
A recycled fuel supply device for circulating the recycled fuel through the recycled fuel pipe;
An oxygen detector for detecting the state of oxygen contained in the reforming raw material;
A control device,
The oxygen detector is a first temperature sensor that is provided in the desulfurizer and detects the temperature of the catalyst in the desulfurizer.
When the control device determines that the temperature detected by the first temperature sensor is equal to or higher than the determination temperature, a recycle gas ratio that is a ratio of the flow rate of the recycled fuel to the flow rate of the reforming raw material is increased or decreased. A fuel cell system for controlling a supply amount of the reforming raw material . 燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
改質用原料と改質水とから前記燃料を生成して前記燃料電池に供給する改質部と、
前記改質用原料に含まれる硫黄成分を除去して前記改質部に供給する脱硫器と、
前記改質部から前記燃料電池に前記燃料を供給する燃料供給管と前記脱硫器に前記改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、前記燃料の一部をリサイクル燃料として前記脱硫器に戻すリサイクル燃料管と、
前記リサイクル燃料管に前記リサイクル燃料を流通させるためのリサイクル燃料供給装置と、
前記改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素検知装置と、
前記改質用原料に含まれる酸素を燃焼触媒にて燃焼して前記脱硫器に供給する燃焼触媒装置と、
制御装置と、を備え、
前記酸素検知装置は、前記燃焼触媒装置内に設けられ、前記燃焼触媒装置内の燃焼触媒の温度を検出する第二温度センサであり、
前記制御装置は、前記第二温度センサによって検知された温度が判定用温度以上であると判定すると、前記改質用原料の流量に対する前記リサイクル燃料の流量の比であるリサイクルガス比率が増大または減少するように、前記燃料電池の発電出力量を制御する燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity using fuel and oxidant gas;
A reforming unit that generates the fuel from the reforming raw material and reforming water and supplies the fuel to the fuel cell;
A desulfurizer that removes a sulfur component contained in the reforming raw material and supplies the reformed portion;
A fuel supply pipe for supplying the fuel to the fuel cell from the reforming section and a reforming raw material supply pipe for supplying the reforming raw material to the desulfurizer are connected, and a part of the fuel is used as a recycled fuel. A recycled fuel pipe returned to the desulfurizer;
A recycled fuel supply device for circulating the recycled fuel through the recycled fuel pipe;
An oxygen detector for detecting the state of oxygen contained in the reforming raw material;
A combustion catalyst device for supplying oxygen to the desulfurizer by burning oxygen contained in the reforming raw material with a combustion catalyst;
A control device,
The oxygen detector is a second temperature sensor that is provided in the combustion catalyst device and detects the temperature of the combustion catalyst in the combustion catalyst device,
When the control device determines that the temperature detected by the second temperature sensor is equal to or higher than the determination temperature, the recycle gas ratio that is the ratio of the flow rate of the recycled fuel to the flow rate of the reforming raw material is increased or decreased. A fuel cell system for controlling the power generation output amount of the fuel cell. 燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池と、
改質用原料と改質水とから前記燃料を生成して前記燃料電池に供給する改質部と、
前記改質用原料に含まれる硫黄成分を除去して前記改質部に供給する脱硫器と、
前記改質部から前記燃料電池に前記燃料を供給する燃料供給管と前記脱硫器に前記改質用原料を供給する改質用原料供給管とを接続し、前記燃料の一部をリサイクル燃料として前記脱硫器に戻すリサイクル燃料管と、
前記リサイクル燃料管に前記リサイクル燃料を流通させるためのリサイクル燃料供給装置と、
前記改質用原料に含まれている酸素の状態を検知するための酸素検知装置と、
前記改質用原料に含まれる酸素を燃焼触媒にて燃焼して前記脱硫器に供給する燃焼触媒装置と、
制御装置と、を備え、
前記酸素検知装置は、前記燃焼触媒装置内に設けられ、前記燃焼触媒装置内の燃焼触媒の温度を検出する第二温度センサであり、
前記制御装置は、前記第二温度センサによって検知された温度が判定用温度以上であると判定すると、前記改質用原料の流量に対する前記リサイクル燃料の流量の比であるリサイクルガス比率が増大または減少するように、前記改質用原料の供給量を制御する燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity using fuel and oxidant gas;
A reforming unit that generates the fuel from the reforming raw material and reforming water and supplies the fuel to the fuel cell;
A desulfurizer that removes a sulfur component contained in the reforming raw material and supplies the reformed portion;
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A combustion catalyst device for supplying oxygen to the desulfurizer by burning oxygen contained in the reforming raw material with a combustion catalyst;
A control device,
The oxygen detector is a second temperature sensor that is provided in the combustion catalyst device and detects the temperature of the combustion catalyst in the combustion catalyst device,
When the control device determines that the temperature detected by the second temperature sensor is equal to or higher than the determination temperature, the recycle gas ratio that is the ratio of the flow rate of the recycled fuel to the flow rate of the reforming raw material is increased or decreased. to way, the fuel cell system that controls the supply amount of the raw material for the reformer.
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