JP7190945B2

JP7190945B2 - fuel cell system

Info

Publication number: JP7190945B2
Application number: JP2019053291A
Authority: JP
Inventors: 哲朗大西; 潤岩見; 貴則稻葉; 浩二日名子
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2022-12-16
Anticipated expiration: 2039-03-20
Also published as: JP2020155333A

Description

本発明は、改質水ポンプにより供給される改質水を蒸発させる蒸発器と、原燃料ポンプにより供給される原燃料と蒸発器から供給される水蒸気とを改質反応させて水素含有ガスを生成する改質器と、改質器から水素含有ガスが燃料極に供給され且つ空気ブロアにより空気が酸素極に供給されて発電する複数のセルを積層状態に有するセルスタックと、燃料極から排出される燃料極排ガス中の可燃成分を酸素極から排出される酸素極排ガス中の酸素にて燃焼させて、その燃焼熱により改質器及び蒸発器を加熱する燃焼部と、蒸発器、改質器、セルスタック及び燃焼部を内部空間に収容する収納容器と、運転を制御する制御部とを備え、セルスタックが、改質器から水素含有ガス路を通して供給される水素含有ガスを各セルの燃料極に分配供給可能なマニホールドを備え、収納容器には、空気ブロアからの空気を収納容器の内部空間に供給可能な空気供給路が接続され、収納容器の内部空間において、セルスタックの複数のセルが、各セルの周縁部の一部のガス排出縁部を介して、各セルの燃料極からの燃料極排ガス及び各セルの酸素極からの酸素極排ガスを周囲空間に排出可能で、且つ、各セルにおけるガス排出縁部から離れた空気導入部を介して、周囲空間からの空気を各セルの酸素極に導入可能に構成された燃料電池システムに関する。 The present invention comprises an evaporator that evaporates reforming water supplied by a reforming water pump, and a reforming reaction between raw fuel supplied by the raw fuel pump and steam supplied from the evaporator to produce a hydrogen-containing gas. a reformer to generate, a cell stack having a plurality of stacked cells for generating electricity by supplying a hydrogen-containing gas from the reformer to the fuel electrode and supplying air to the oxygen electrode by an air blower, and discharging from the fuel electrode a combustible component in the fuel electrode exhaust gas discharged from the oxygen electrode is burned with oxygen in the oxygen electrode exhaust gas discharged from the oxygen electrode, and the combustion heat heats the reformer and the evaporator; and a control unit for controlling operation. A manifold capable of distributing supply to the fuel electrode is provided, and the storage container is connected to an air supply path capable of supplying air from an air blower to the internal space of the storage container. The cells are capable of discharging the fuel electrode exhaust gas from the fuel electrode of each cell and the oxygen electrode exhaust gas from the oxygen electrode of each cell to the surrounding space through a gas discharge edge portion that is part of the peripheral edge portion of each cell, and , relates to a fuel cell system configured such that air from the surrounding space can be introduced to the oxygen electrode of each cell via an air introduction portion remote from the gas discharge edge of each cell.

かかる燃料電池システムは、セルスタックに備えられた複数のセルにおいて、改質器から供給される水素含有ガスと空気ブロアから供給される空気とを発電反応させて発電するものである。
燃焼部において、各セルのガス排出縁部を介して排出される燃料極排ガス中の可燃成分を、同じく各セルのガス排出縁部を介して排出される酸素極排ガス中の酸素にて燃焼させて、その燃焼熱により、改質部及び蒸発器を加熱する。
原燃料を水素含有ガスに改質処理する改質器、供給される改質水を蒸発させて、改質処理用の水蒸気を生成する蒸発器、改質部及び蒸発器を加熱する燃焼部、及び、セルスタックは、収納容器の内部空間に収容されている。 Such a fuel cell system generates electricity by causing a power generation reaction between a hydrogen-containing gas supplied from a reformer and air supplied from an air blower in a plurality of cells provided in a cell stack.
In the combustion section, combustible components in the fuel electrode exhaust gas discharged through the gas discharge edge of each cell are combusted with oxygen in the oxygen electrode exhaust gas also discharged through the gas discharge edge of each cell. The heat of combustion heats the reforming section and the evaporator.
A reformer that reforms the raw fuel into a hydrogen-containing gas, an evaporator that evaporates the supplied reforming water to generate steam for reforming, a reforming section and a combustion section that heats the evaporator, And the cell stack is accommodated in the internal space of the storage container.

改質器で生成された水素含有ガスは、水素含有ガス路を通してマニホールドに供給され、そのマニホールドからセルスタックの複数のセルの燃料極に分配供給される。
一方、空気は、空気ブロアにより空気供給路を通して収納容器の内部空間に供給され、収納容器の内部空間に供給された空気は、セルスタックの複数のセル夫々の空気導入部を介して、各セルの酸素極に供給される（例えば、特許文献１参照。）。 The hydrogen-containing gas produced by the reformer is supplied to the manifold through the hydrogen-containing gas passage, and distributed from the manifold to the fuel electrodes of the cells of the cell stack.
On the other hand, air is supplied to the internal space of the storage container through the air supply path by the air blower, and the air supplied to the internal space of the storage container is supplied to each cell via the air introduction part of each of the plurality of cells of the cell stack. is supplied to the oxygen electrode (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１７－１９１７１０号公報JP 2017-191710 A

ところで、空気ブロアにより空気供給路を通して収納容器の内部空間に供給される外気には、塵埃、ＰＭ２．５、黄砂等の微粒子状物質が含まれている。そこで、空気ブロア及び空気供給路を含む空気供給系統には、空気ブロアにより送出する空気を清浄化する空気フィルターも含まれている。
そして、燃料電池システムを運転するのに伴って、空気供給系統、例えば、空気フィルターに微粒子状物質が付着するので、燃料電池システムの運転時間の経過に伴って、空気供給系統の圧損が大きくなって空気供給系統の空気通流状態が悪化する。 By the way, the outside air supplied to the internal space of the storage container through the air supply path by the air blower contains particulate matter such as dust, PM2.5, yellow sand, and the like. Therefore, an air supply system including an air blower and an air supply path also includes an air filter for cleaning the air delivered by the air blower.
As the fuel cell system is operated, particulate matter adheres to the air supply system, for example, the air filter, so the pressure loss in the air supply system increases as the operating time of the fuel cell system elapses. As a result, the air flow condition of the air supply system deteriorates.

従来では、空気供給系統の空気通流状態を改善するために、メンテナンス作業者を燃料電池システムの設置場所に派遣して、空気フィルター等から付着物を除去する作業を行っていた。
しかしながら、空気供給系統の空気通流状態改善のためのメンテナンス作業者の派遣は、燃料電池システムの運転経費の上昇に繋がるので、そのようなメンテナンス作業者の派遣を抑制したいという課題があった。 Conventionally, in order to improve the air circulation state of the air supply system, maintenance workers have been dispatched to the installation site of the fuel cell system to remove deposits from the air filter or the like.
However, the dispatch of maintenance workers to improve the air circulation state of the air supply system leads to an increase in operating costs of the fuel cell system, so there has been a problem of suppressing the dispatch of such maintenance workers.

又、メンテナンス作業者の派遣は、例えば、定期的、あるいは、燃料電池システムの累積運転時間に応じて行うことになるが、大気中の微粒子状物質の含有度は地域によって様々である。従って、空気供給系統の空気通流状態の改善作業が、空気通流状態の悪化程度が軽度で未だ必要でないのに不必要に行われたり、空気通流状態が過度に悪化してから行われたりして、空気供給系統の空気通流状態の改善作業をタイムリーに行うことができないという問題もあった。 In addition, maintenance workers are dispatched, for example, periodically or according to the accumulated operating time of the fuel cell system, and the content of particulate matter in the air varies from region to region. Therefore, the work to improve the air circulation condition of the air supply system is unnecessarily performed even though the deterioration of the air circulation condition is slight and not yet necessary, or it is not carried out after the air circulation condition has deteriorated excessively. As a result, there is also the problem that the work for improving the air circulation state of the air supply system cannot be performed in a timely manner.

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、空気供給系統の空気通流状態の改善をタイムリーに且つ自動的に行い得る燃料電池システムを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and its object is to provide a fuel cell system capable of timely and automatically improving the air circulation state of an air supply system.

上記目的を達成するための本発明に係る燃料電池システムは、改質水ポンプにより供給される改質水を蒸発させる蒸発器と、原燃料ポンプにより供給される原燃料と前記蒸発器から供給される水蒸気とを改質反応させて水素含有ガスを生成する改質器と、前記改質器から水素含有ガスが燃料極に供給され且つ空気ブロアにより空気が酸素極に供給されて発電する複数のセルを積層状態に有するセルスタックと、前記燃料極から排出される燃料極排ガス中の可燃成分を前記酸素極から排出される酸素極排ガス中の酸素にて燃焼させて、その燃焼熱により前記改質器及び前記蒸発器を加熱する燃焼部と、前記蒸発器、前記改質器、前記セルスタック及び前記燃焼部を内部空間に収容する収納容器と、運転を制御する制御部とを備え、
前記セルスタックが、前記改質器から水素含有ガス路を通して供給される水素含有ガスを各セルの燃料極に分配供給可能なマニホールドを備え、
前記収納容器には、前記空気ブロアからの空気を前記収納容器の内部空間に供給可能な空気供給路が接続され、
前記収納容器の内部空間において、前記セルスタックの複数のセルが、各セルの周縁部の一部のガス排出縁部を介して、各セルの燃料極からの燃料極排ガス及び各セルの酸素極からの酸素極排ガスを周囲空間に排出可能で、且つ、各セルにおける前記ガス排出縁部から離れた空気導入部を介して、周囲空間からの空気を各セルの酸素極に導入可能に構成された燃料電池システムであって、その特徴構成は、
前記空気ブロアにより送出する空気を清浄化する空気フィルター、前記空気ブロア及び前記空気供給路を含む空気供給系統における空気通流状態を改善すべき改善必要タイミングを検知するタイミング検知手段が設けられ、
前記制御部が、前記タイミング検知手段により前記改善必要タイミングが検知されると、前記改質水ポンプ、前記原燃料ポンプ及び前記空気ブロアを作動させる通常運転を終了して、前記改質水ポンプを作動させ、且つ、前記原燃料ポンプ及び前記空気ブロアを停止させる空気通流改善運転を実行するように構成されている点にある。 A fuel cell system according to the present invention for achieving the above object comprises an evaporator for evaporating reforming water supplied by a reforming water pump, and a raw fuel supplied by a raw fuel pump and supplied from the evaporator. a reformer for generating a hydrogen-containing gas by a reforming reaction with water vapor, and a plurality of generators for generating power by supplying the hydrogen-containing gas from the reformer to the fuel electrode and supplying air to the oxygen electrode by an air blower. A cell stack having cells in a stacked state, and combustible components in the fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel electrode are burned with oxygen in the oxygen electrode exhaust gas discharged from the oxygen electrode, and the combustion heat is used for the reforming. A combustion unit that heats the reformer and the evaporator, a storage container that houses the evaporator, the reformer, the cell stack, and the combustion unit in an internal space, and a control unit that controls operation,
The cell stack includes a manifold capable of distributing and supplying the hydrogen-containing gas supplied from the reformer through the hydrogen-containing gas passage to the fuel electrode of each cell,
An air supply path capable of supplying air from the air blower to the internal space of the storage container is connected to the storage container,
In the interior space of the storage container, the plurality of cells of the cell stack are fed through the gas discharge edge part of the peripheral edge of each cell. The exhaust gas from the oxygen electrode can be discharged to the surrounding space, and the air from the surrounding space can be introduced to the oxygen electrode of each cell through the air introduction part separated from the gas discharge edge of each cell. A fuel cell system characterized by:
An air filter for purifying the air sent out by the air blower, an air supply system including the air blower and the air supply path, an air supply system including timing detection means for detecting an improvement necessary timing for improving the air circulation state is provided,
When the timing detecting means detects the timing requiring improvement, the control unit terminates the normal operation of operating the reforming water pump, the raw fuel pump, and the air blower, and operates the reforming water pump. It is configured to perform an air circulation improving operation for activating and stopping the raw fuel pump and the air blower.

上記特徴構成によれば、改質水ポンプ、原燃料ポンプ及び空気ブロアを作動させる通常運転の実行中に、タイミング検知手段により、空気供給系統の空気通流状態を改善すべき改善必要タイミングが検知されると、通常運転が自動的に終了して、改質水ポンプを作動させ、且つ、原燃料ポンプ及び空気ブロアを停止させる空気通流改善運転が自動的に実行される。
空気通流改善運転では、改質水ポンプにより改質水が改質水供給路を通して蒸発器に供給され、蒸発器において、蒸発器そのものの残熱、燃焼部の残熱及び収納容器内の残熱により改質水が蒸発して、高温の水蒸気が生成される。その水蒸気は、改質器に供給され、更に、水素含有ガス路を通してマニホールドに供給される。
マニホールドに供給された高温の水蒸気は、セルスタックの複数のセル夫々の燃料極に分配供給され、各セルの燃料極を通流して、各セルのガス排出縁部から、収納容器の内部空間に排出されるので、収納容器の内部空間には、高温の水蒸気が充満する。 According to the above characteristic configuration, the timing detection means detects the timing at which improvement is required to improve the air circulation state of the air supply system during normal operation in which the reforming water pump, the raw fuel pump and the air blower are operated. Then, the normal operation is automatically terminated, the reforming water pump is activated, and the air circulation improvement operation is automatically performed to stop the raw fuel pump and the air blower.
In the air circulation improvement operation, the reforming water pump supplies the reforming water to the evaporator through the reforming water supply channel. The heat causes the reforming water to evaporate, producing hot steam. The steam is fed to the reformer and then to the manifold through the hydrogen-containing gas line.
The high-temperature steam supplied to the manifold is distributed to the fuel electrodes of each of the plurality of cells in the cell stack, flows through the fuel electrodes of each cell, and flows from the gas discharge edge of each cell into the inner space of the container. Since it is discharged, the internal space of the storage container is filled with high-temperature steam.

収納容器の内部空間に充満した高温の水蒸気は、空気供給路を逆流して、収納容器外に排出される。
そして、高温の水蒸気が空気供給路を逆流することにより、空気フィルター等、空気供給系統に付着した付着物が水蒸気により溶解して除去されるので、空気供給系統の空気通流状態が改善する。
そのような空気供給系統の空気通流状態を改善するための空気通流改善運転は、タイミング検知手段により改善必要タイミングが検知されるのに伴って実行されるので、空気通流改善運転は、空気供給系統の空気通流状態の改善が早過ぎたり遅過ぎたりするのが抑制されて、タイムリーに実行される。
従って、空気供給系統の空気通流状態の改善をタイムリーに且つ自動的に行い得る燃料電池システムを提供することができる。 The high-temperature water vapor filling the internal space of the storage container flows back through the air supply path and is discharged outside the storage container.
Then, the high-temperature water vapor flows back through the air supply path, so that the water vapor dissolves and removes deposits adhering to the air supply system, such as the air filter, so that the air flow condition of the air supply system is improved.
Since the air circulation improving operation for improving the air circulation state of the air supply system is executed in accordance with the detection of the improvement required timing by the timing detecting means, the air circulation improving operation is performed as follows: To improve the air circulation state of an air supply system in a timely manner by suppressing the improvement from being too early or too late.
Therefore, it is possible to provide a fuel cell system capable of timely and automatically improving the air circulation state of the air supply system.

本発明に係る燃料電池システムの更なる特徴構成は、前記空気供給系統に、前記空気供給路を通して供給される空気の流量を検出する空気流量計が含まれ、
前記制御部が、前記空気流量計にて検出される流量が所定の通常流量になるように、前記空気ブロアの出力を制御するように構成され、
前記タイミング検知手段が、前記空気ブロアの出力が所定の設定上位出力に達することに基づいて、前記改善必要タイミングを検知するように構成されている点にある。 A further characteristic configuration of the fuel cell system according to the present invention is that the air supply system includes an air flow meter for detecting the flow rate of the air supplied through the air supply path,
The control unit is configured to control the output of the air blower so that the flow rate detected by the air flow meter becomes a predetermined normal flow rate,
The timing detection means is configured to detect the improvement-required timing based on the output of the air blower reaching a predetermined upper output.

上記特徴構成によれば、通常運転中は、空気流量計にて検出される流量が所定の通常流量になるように、空気ブロアの出力が制御され、そのように制御される空気ブロアの出力が設定上位出力に達することに基づいて、タイミング検知手段により改善必要タイミングが検知される。
つまり、空気供給系統の空気通流状態の悪化の度合いに応じて、空気ブロアの出力が上昇することになるので、空気ブロアの出力により、空気供給系統の空気通流状態の悪化の度合いを適切に把握することができる。
そこで、空気ブロアの出力に基づいて改善必要タイミングを検知することにより、改善必要タイミングを、空気供給系統の空気通流状態の改善が早過ぎたり遅過ぎたりすることなく、適切に検知することができるので、空気通流改善運転が一層タイムリーに実行される。
従って、空気供給系統の空気通流状態の改善を一層タイムリーに行うことができる。 According to the above characteristic configuration, during normal operation, the output of the air blower is controlled so that the flow rate detected by the air flow meter becomes a predetermined normal flow rate, and the output of the air blower thus controlled is Based on reaching the set upper-level output, the timing detecting means detects timing requiring improvement.
In other words, the output of the air blower increases according to the degree of deterioration of the air circulation state of the air supply system. can be grasped.
Therefore, by detecting the timing at which improvement is required based on the output of the air blower, it is possible to appropriately detect the timing at which improvement is required without improving the air circulation state of the air supply system too early or too late. Therefore, the air flow improvement operation is executed more timely.
Therefore, it is possible to improve the air circulation state of the air supply system in a more timely manner.

本発明に係る燃料電池地ステムの更なる特徴構成は、前記制御部は、
前記空気通流改善運転の開始後、所定の設定改善運転時間が経過すると、前記空気ブロアを作動させ、且つ、前記改質水ポンプ及び前記原燃料ポンプを停止させると共に、前記空気流量計にて検出される流量が前記通常流量になるように前記空気ブロアの出力を制御する改善確認運転に切り換えるように構成され、並びに、
前記改善確認運転中の前記空気ブロアの出力が、前記設定上位出力よりも低い設定下位出力以下の場合は、前記通常運転に切り換えるように構成されている点にある。 A further characteristic configuration of the fuel cell system according to the present invention is that the control unit
After the start of the air flow improvement operation, when a predetermined set improvement operation time has elapsed, the air blower is operated, the reforming water pump and the raw fuel pump are stopped, and the air flow meter indicates configured to switch to an improvement confirmation operation for controlling the output of the air blower so that the detected flow rate becomes the normal flow rate;
The configuration is such that, when the output of the air blower during the improvement check operation is equal to or lower than the set lower output that is lower than the set upper output, the operation is switched to the normal operation.

上記特徴構成によれば、空気通流改善運転の開始後、設定改善運転時間が経過すると、空気ブロアを作動させ、且つ、改質水ポンプ及び原燃料ポンプを停止させると共に、空気流量計にて検出される流量が通常流量になるように空気ブロアの出力を制御する改善確認運転に自動的に切り換わり、更に、改善確認運転中の空気ブロアの出力が、設定上位出力よりも低い設定下位出力以下の場合は、通常運転に自動的に切り換わる。
つまり、空気通流改善運転の後に実行される改善確認運転中の空気ブロアの出力に基づいて、空気供給系統の空気通流状態の改善度合いを適切に判断することが可能である。
そして、空気通流改善運転により空気供給系統の空気通流状態が適切に改善されたときには、通常運転に自動的に復帰させることが可能となるのである。
ちなみに、空気供給系統の空気通流状態が低下した状態で、通常運転を実行すると、空気ブロアの出力が高くなるので、燃料電池システムのエネルギー効率が低下する。
従って、燃料電池システムを、エネルギー効率の低下を抑制した状態で自動的に継続して運転することができる。 According to the above characteristic configuration, when the set improvement operation time elapses after the start of the air circulation improvement operation, the air blower is operated, the reforming water pump and the raw fuel pump are stopped, and the air flow meter The output of the air blower is automatically switched to control the air blower output so that the detected flow rate becomes the normal flow rate, and the output of the air blower during the improvement confirmation operation is lower than the set upper output. In the following cases, it automatically switches to normal operation.
That is, it is possible to appropriately determine the degree of improvement in the air circulation state of the air supply system based on the output of the air blower during the improvement confirmation operation that is performed after the air circulation improvement operation.
Then, when the air circulation state of the air supply system is appropriately improved by the air circulation improvement operation, it is possible to automatically return to the normal operation.
Incidentally, if normal operation is executed in a state in which the air circulation state of the air supply system is lowered, the output of the air blower will increase, so the energy efficiency of the fuel cell system will decrease.
Therefore, the fuel cell system can be automatically operated continuously while suppressing a decrease in energy efficiency.

本発明に係る燃料電池システムの更なる特徴構成は、前記制御部は、前記改善確認運転中の前記空気ブロアの出力が前記設定下位出力よりも高い場合は、前記改善確認運転を終了するように構成され、
前記改善確認運転中の前記空気ブロアの出力が前記設定下位出力よりも高い場合に、警報出力を出力する警報手段が設けられている点にある。 A further characteristic configuration of the fuel cell system according to the present invention is that the control unit terminates the improvement confirmation operation when the output of the air blower during the improvement confirmation operation is higher than the set lower output. configured,
A warning means is provided for outputting a warning output when the output of the air blower during the improvement confirmation operation is higher than the set lower output.

上記特徴構成によれば、改善確認運転中の空気ブロアの出力が設定下位出力よりも高い場合は、改善確認運転が自動的に終了して、警報手段により、警報出力が出力される。
そして、警報手段により警報出力が出力されると、空気フィルターの清掃等、空気供給系統の空気通流状態の改善作業を行うために、メンテナンス作業者を派遣することができる。
従って、空気供給系統の空気通流状態が過度に悪化していて、自動的に実行される空気通流改善運転では、空気通流状態を適切に改善できない時には、迅速にメンテナンス作業者を派遣して、空気供給系統の空気通流状態を適切な状態に復帰させることができる。 According to the above characteristic configuration, when the output of the air blower during the improvement check operation is higher than the set lower output, the improvement check operation is automatically terminated, and the alarm means outputs an alarm output.
Then, when an alarm output is output by the alarm means, a maintenance worker can be dispatched to perform work to improve the air circulation state of the air supply system, such as cleaning the air filter.
Therefore, when the air circulation condition of the air supply system is excessively deteriorated and the air circulation improvement operation, which is automatically executed, cannot appropriately improve the air circulation condition, a maintenance worker is promptly dispatched. By doing so, the air circulation state of the air supply system can be restored to an appropriate state.

実施形態に係る燃料電池システムを通常運転での流体の通流状態にて示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the fuel cell system according to the embodiment in a fluid flow state during normal operation; 実施形態に係る燃料電池システムを空気通流改善運転での流体の通流状態にて示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the fuel cell system according to the embodiment in a fluid circulation state in an air circulation improvement operation; 制御動作のフローチャートを示す図である。It is a figure which shows the flowchart of a control action.

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
図１に示すように、燃料電池システムは、改質水ポンプ１により供給される改質水を蒸発させる蒸発器２と、原燃料ポンプ３により供給される原燃料ガス（例えば、１３Ａ等の天然ガスベースの都市ガス）と蒸発器２から供給される水蒸気とを改質反応させて水素含有ガスを生成する改質器４と、改質器４から水素含有ガスが燃料極５ａに供給され且つ空気ブロア７により空気が酸素極５ｃに供給されて発電する複数のセル５を積層状態に有するセルスタック６と、燃料極５ａから排出される燃料極排ガス中の可燃成分を酸素極５ｃから排出される酸素極排ガス中の酸素にて燃焼させて、その燃焼熱により改質器４及び蒸発器２を加熱する燃焼部８と、蒸発器２、改質器４、セルスタック６及び燃焼部８を内部空間９ｓに収容する収納容器９と、運転を制御する制御部１０等を備えて構成されている。 An embodiment of the present invention will be described below based on the drawings.
As shown in FIG. 1, the fuel cell system includes an evaporator 2 for evaporating reforming water supplied by a reforming water pump 1 and a raw fuel gas (for example, natural gas such as 13A) supplied by a raw fuel pump 3. gas-based city gas) and steam supplied from the evaporator 2 are reformed to produce a hydrogen-containing gas; and the hydrogen-containing gas is supplied from the reformer 4 to the fuel electrode 5a A cell stack 6 having a plurality of stacked cells 5 for generating electricity by supplying air to an oxygen electrode 5c by an air blower 7, and a combustible component in fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel electrode 5a is discharged from the oxygen electrode 5c. Combustion section 8 that heats reformer 4 and evaporator 2 by the combustion heat of combustion with oxygen in the oxygen pole exhaust gas, evaporator 2, reformer 4, cell stack 6 and combustion section 8 It is composed of a storage container 9 to be housed in an internal space 9s, a control unit 10 for controlling operation, and the like.

セルスタック６には、改質器４から水素含有ガス路１１を通して供給される水素含有ガスを各セル５の燃料極５ａに分配供給可能なマニホールド１２が備えられている。
又、収納容器９には、空気ブロア７からの空気を収納容器９の内部空間９ｓに供給可能な空気供給路１３が接続されている。
更に、収納容器９の内部空間９ｓにおいて、セルスタック６の複数のセル５が、各セル５の周縁部の一部のガス排出縁部５ｅを介して、各セル５の燃料極５ａからの燃料極排ガス及び各セル５の酸素極５ｃからの酸素極排ガスを周囲空間に排出可能で、且つ、各セル５におけるガス排出縁部５ｅから離れた空気導入部５ｉを介して、周囲空間からの空気を各セル５の酸素極５ｃに導入可能に構成されている。 The cell stack 6 is equipped with a manifold 12 capable of distributing and supplying the hydrogen-containing gas supplied from the reformer 4 through the hydrogen-containing gas passage 11 to the fuel electrodes 5a of the respective cells 5 .
Further, the storage container 9 is connected to an air supply path 13 capable of supplying air from the air blower 7 to the internal space 9s of the storage container 9 .
Furthermore, in the internal space 9 s of the storage container 9 , the plurality of cells 5 of the cell stack 6 allow the fuel from the fuel electrode 5 a of each cell 5 to flow through the gas discharge edge 5 e that is part of the peripheral edge of each cell 5 . The air from the surrounding space can be discharged to the surrounding space through the air introduction portion 5 i separated from the gas discharge edge 5 e in each cell 5, which can discharge the electrode exhaust gas and the oxygen electrode exhaust gas from the oxygen electrode 5 c of each cell 5 to the surrounding space. can be introduced into the oxygen electrode 5 c of each cell 5 .

次に、燃料電池システムの各部について、説明を加える。
セル５及びセルスタック６は周知であるので、詳細な説明及び図示を省略して、簡単に説明する。
セル５は、燃料極５ａと酸素極５ｃとの間に固体電解質層（図示省略）を備えた固体酸化物形に構成されている。ちなみに、固体電解質層としては、例えば酸化ジルコニウムが用いられる。
セルスタック６の各セル５は、概略矩形板状に構成され、燃料極５ａの面方向に沿って水素含有ガスを通流させ、酸素極５ｃの面方向に沿って空気を通流させることが可能に構成されている。
又、各セル５の互いに対向する一対の端縁部の一方が、燃料極５ａからの燃料極排ガス及び酸素極５ｃからの酸素極排ガスを排出するガス排出縁部５ｅに構成され、他方の端縁部の近傍が、空気を酸素極５ｃに導入可能な空気導入部５ｉに構成されている。
又、図示を省略するが、各セル５における近傍に空気導入部５ｉが構成された端縁部には、燃料極５ａに水素含有ガスを導入可能な水素含有ガス導入口が設けられている。 Next, each part of the fuel cell system will be explained.
Since the cells 5 and cell stacks 6 are well known, they will be briefly described without detailed description and illustration.
The cell 5 is of solid oxide type with a solid electrolyte layer (not shown) between a fuel electrode 5a and an oxygen electrode 5c. Zirconium oxide, for example, is used as the solid electrolyte layer.
Each cell 5 of the cell stack 6 is configured in a substantially rectangular plate shape, and allows a hydrogen-containing gas to flow along the surface direction of the fuel electrode 5a and air to flow along the surface direction of the oxygen electrode 5c. configured as possible.
One of the pair of end edges facing each other of each cell 5 is configured as a gas discharge edge 5e for discharging the fuel electrode exhaust gas from the fuel electrode 5a and the oxygen electrode exhaust gas from the oxygen electrode 5c. The vicinity of the edge constitutes an air introduction portion 5i capable of introducing air into the oxygen electrode 5c.
Although not shown, each cell 5 is provided with a hydrogen-containing gas inlet through which a hydrogen-containing gas can be introduced into the fuel electrode 5a at the edge of each cell 5 near which the air inlet 5i is formed.

そして、複数のセル５が、夫々のガス排出縁部５ｅを同一方向に向け且つ夫々の水素含有ガス導入口が設けられた端縁部を同一方向に向けた姿勢にて、電気的に直列接続された状態で積層状態に組み付けられることにより、セルスタック６が構成される。 The plurality of cells 5 are electrically connected in series with the gas discharge edge portions 5e directed in the same direction and the edge portions provided with the hydrogen-containing gas inlets directed in the same direction. A cell stack 6 is constructed by assembling the cells in a stacked state.

マニホールド１２は、セルスタック６における各セル５の水素含有ガス導入口が設けられた端縁部が存在する側面部に、各セル５の水素含有ガス導入口がマニホールド１２に連通する状態で配設されている。
このように、マニホールド１２を備えたセルスタック６において、各セル５の空気導入部５ｉは周囲空間に露呈する状態であり、各セル５の空気導入部５ｉに周囲空間からの空気を受け入れ可能に構成されている。 The manifold 12 is disposed on the side surface of the cell stack 6 where the end edge provided with the hydrogen-containing gas introduction port of each cell 5 exists, in a state where the hydrogen-containing gas introduction port of each cell 5 communicates with the manifold 12. It is
Thus, in the cell stack 6 having the manifold 12, the air introduction portion 5i of each cell 5 is exposed to the surrounding space, so that the air introduction portion 5i of each cell 5 can receive air from the surrounding space. It is configured.

このように構成されたセルスタック６が、マニホールド１２が下方に位置し、且つ、各セル５のガス排出縁部５ｅが上向きになって、複数のセル５の積層方向が横向きになる姿勢で、収納容器９内に配設される。
収納容器９の内部空間９ｓにおいて、セルスタック６の上方には、セルスタック６と間隔を隔てて、蒸発器２と改質器４が横方向に並べて配設される。 The cell stack 6 configured as described above is in a posture in which the manifold 12 is positioned downward, the gas discharge edge 5e of each cell 5 is directed upward, and the stacking direction of the plurality of cells 5 is horizontal. It is arranged in the storage container 9 .
In the internal space 9 s of the storage container 9 , the evaporator 2 and the reformer 4 are horizontally arranged above the cell stack 6 with a space therebetween.

収納容器９の内部空間９ｓにおけるセルスタック６と蒸発器２及び改質器４との間の空間１４は、各セル５のガス排出縁部５ｅから燃料極排ガス及び酸素極排ガスが排出されて、燃料極排ガス中の可燃成分を酸素極排ガス中の酸素にて燃焼させることが可能な燃焼空間１４に構成されて、この燃焼空間１４が燃焼部８として用いられる。
燃焼部８には、燃料極排ガス中の可燃成分を着火させる着火ヒータ１５が設けられている。
そして、燃焼空間１４にて構成される燃焼部８にて、燃料極排ガス中の可燃成分を酸素極排ガス中の酸素にて燃焼させて、その燃焼により発生する燃焼熱により、収納容器９の内部空間９ｓに配設された蒸発器２及び改質器４、並びに、セルスタック６を加熱することが可能に構成されている。 The space 14 between the cell stack 6 and the evaporator 2 and the reformer 4 in the internal space 9s of the storage container 9 is filled with fuel electrode exhaust gas and oxygen electrode exhaust gas discharged from the gas discharge edge 5e of each cell 5. The combustion space 14 is used as the combustion section 8 so that the combustible components in the fuel electrode exhaust gas can be burned with the oxygen in the oxygen electrode exhaust gas.
The combustion unit 8 is provided with an ignition heater 15 that ignites combustible components in the fuel electrode exhaust gas.
Then, in the combustion section 8 constituted by the combustion space 14, the combustible components in the fuel electrode exhaust gas are burned with the oxygen in the oxygen electrode exhaust gas, and the combustion heat generated by the combustion heats the inside of the storage container 9. It is configured to be able to heat the evaporator 2 and the reformer 4, and the cell stack 6, which are arranged in the space 9s.

蒸発器２には、改質水ポンプ１により改質水が圧送される改質水供給路１６が、収納容器９の外部から引き込まれて接続され、更に、原燃料ポンプ３により原燃料ガスが圧送される原燃料ガス供給路１７も、収納容器９の外部から引き込まれて接続されている。この原燃料ガス供給路１７には、原燃料ガスの流量を調節する原燃料調整弁１８が設けられている。 The evaporator 2 is connected to a reforming water supply line 16 through which the reforming water is pressure-fed by the reforming water pump 1 and drawn from the outside of the storage container 9, and the raw fuel gas is supplied by the raw fuel pump 3. The raw fuel gas supply path 17 to be pumped is also pulled in from the outside of the storage container 9 and connected. The raw fuel gas supply path 17 is provided with a raw fuel control valve 18 for adjusting the flow rate of the raw fuel gas.

そして、蒸発器２は、改質水供給路１６を通して供給される改質水を、燃焼部８から伝えられる燃焼熱を用いて加熱して蒸発させると共に、改質水の蒸発によって生成された水蒸気を、原燃料ガス供給路１７を通して供給される原燃料ガスに混合させるように構成される。 The evaporator 2 heats and evaporates the reformed water supplied through the reformed water supply passage 16 using the combustion heat transmitted from the combustion unit 8, and also vaporizes the reformed water. is mixed with the raw fuel gas supplied through the raw fuel gas supply passage 17 .

改質器４の内部には、改質触媒（図示省略）が充填されている。その改質器４の内部に、蒸発器２において水蒸気が混合された状態の原燃料ガスが導入されるように、蒸発器２と改質器４とが中継路１９にて接続されている。
そして、改質器４において、蒸発器２から水蒸気が混合された状態で供給される原燃料ガスを、燃焼部８から伝えられる燃焼熱を用いて水蒸気により改質処理して、水素を含む改質ガス、即ち水素含有ガスに改質処理するように構成されている。 The reformer 4 is filled with a reforming catalyst (not shown). The evaporator 2 and the reformer 4 are connected by a relay passage 19 so that the raw fuel gas mixed with steam in the evaporator 2 is introduced into the reformer 4 .
Then, in the reformer 4, the raw fuel gas supplied from the evaporator 2 in a state of being mixed with steam is reformed by steam using the combustion heat transferred from the combustion unit 8, and the reformer containing hydrogen is processed. configured to reform to a pure gas, i.e., a hydrogen-containing gas.

改質器４とマニホールド１２とは、改質器４で生成された水素含有ガスをマニホールド１２に供給すべく、水素含有ガス路１１にて接続されている。そして、マニホールド１２に供給された水素含有ガスは、セルスタック６の複数のセル５夫々の水素含有ガス導入口から各セル５の燃料極５ａに分配供給され、各セル５の燃料極５ａを上方に通流して発電反応に供された後、各セル５のガス排出縁部５ｅから、燃料極排ガスとして、燃焼部８として用いられる燃焼空間１４に排出される。 The reformer 4 and the manifold 12 are connected by a hydrogen-containing gas passage 11 to supply the hydrogen-containing gas produced by the reformer 4 to the manifold 12 . The hydrogen-containing gas supplied to the manifold 12 is distributed to the fuel electrodes 5a of the cells 5 from the hydrogen-containing gas inlets of the cells 5 of the cell stack 6, and the fuel electrodes 5a of the cells 5 move upward. After being supplied to the power generation reaction by flowing through the , it is discharged from the gas discharge edge portion 5e of each cell 5 to the combustion space 14 used as the combustion section 8 as fuel electrode exhaust gas.

収納容器９の底部には、空気受け入れ口２０が設けられ、その空気受け入れ口２０には、空気ブロア７により空気を送出する空気供給路１３が接続されている。
空気供給路１３における空気ブロア７よりも上流側の部分には、空気ブロア７により送出する空気を清浄化する空気フィルター２１が設けられている。
又、空気供給路１３における空気ブロア７よりも下流側の部分には、空気供給路１３を通して供給される空気の流量を検出する空気流量計２２が設けられている。
つまり、空気供給路１３、空気ブロア７、空気フィルター２１及び空気流量計２２により、セルスタック６の複数のセル５夫々の酸素極５ｃに空気を供給する空気供給系統２３が構成される。 An air receiving port 20 is provided at the bottom of the storage container 9 , and an air supply path 13 through which air is delivered by an air blower 7 is connected to the air receiving port 20 .
An air filter 21 for purifying the air sent out by the air blower 7 is provided in a portion of the air supply path 13 upstream of the air blower 7 .
Further, an air flow meter 22 for detecting the flow rate of air supplied through the air supply path 13 is provided in a portion of the air supply path 13 downstream of the air blower 7 .
That is, the air supply path 13 , the air blower 7 , the air filter 21 and the air flow meter 22 constitute an air supply system 23 that supplies air to the oxygen electrodes 5 c of the cells 5 of the cell stack 6 .

そして、空気ブロア７によって、空気が、空気フィルター２１により清浄化された後、空気供給路１３を通して収納容器９の内部空間９ｓに供給される。そのように収納容器９の内部空間９ｓに供給された空気は、セルスタック６の複数のセル５夫々の空気導入部５ｉから各セル５の酸素極５ｃに供給され、各セル５の酸素極５ｃを上方に通流して発電反応に供された後、各セル５のガス排出縁部５ｅから、酸素極排ガスとして、燃焼部８として用いられる燃焼空間１４に排出される。
そして、燃焼部８において、燃料極排ガス中の可燃成分が酸素極排ガス中の酸素にて燃焼する。 After the air is purified by the air filter 21 by the air blower 7 , it is supplied to the internal space 9 s of the storage container 9 through the air supply path 13 . The air supplied to the internal space 9s of the storage container 9 in this way is supplied from the air introduction portion 5i of each of the plurality of cells 5 of the cell stack 6 to the oxygen electrode 5c of each cell 5, and the oxygen electrode 5c of each cell 5 , and then discharged from the gas discharge edge 5e of each cell 5 as oxygen electrode exhaust gas into the combustion space 14 used as the combustion section 8.
Then, in the combustion section 8, combustible components in the fuel electrode exhaust gas are combusted by oxygen in the oxygen electrode exhaust gas.

更に、収納容器９には、燃焼部８にて発生した燃焼排ガスを外部に排出させる燃焼排ガス排出口２４が底部等に形成され、その燃焼排ガス排出口２４における収納容器９の内面の開口部付近には、燃焼排ガス排出口２４から外部に排出される燃焼排ガス中の一酸化炭素ガスを除去する燃焼触媒（例えば、白金系触媒）を収納した一酸化炭素除去部２５が設けられている。 Furthermore, in the storage container 9, a combustion exhaust gas discharge port 24 for discharging the combustion exhaust gas generated in the combustion part 8 to the outside is formed at the bottom or the like. is provided with a carbon monoxide removal section 25 containing a combustion catalyst (for example, a platinum-based catalyst) for removing carbon monoxide gas in the combustion exhaust gas discharged from the combustion exhaust gas outlet 24 to the outside.

次に、制御部１０の制御動作について説明する。
この燃料電池システムの操作指令等、各種情報を制御部１０に送信する操作部２６が設けられ、この操作部２６には、各種情報を表示出力するディスプレイ２７が備えられている。ちなみに、ディスプレイ２７は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）にて構成されている。 Next, the control operation of the control section 10 will be described.
An operation unit 26 is provided for transmitting various information such as an operation command for the fuel cell system to the control unit 10. The operation unit 26 is provided with a display 27 for displaying and outputting various information. Incidentally, the display 27 is configured by an LCD (liquid crystal display).

制御部１０には、インターネット等の通信ネットワーク２８を介して、管理センター（図示省略）のホストコンピュータ２９と通信する通信手段３０が備えられている。ちなみに、管理センターは、都市ガスの供給会社等に設置され、ホストコンピュータ２９は、複数の燃料電池システムの通信手段３０と通信可能に構成されている。 The control unit 10 is provided with communication means 30 for communicating with a host computer 29 of a management center (not shown) via a communication network 28 such as the Internet. Incidentally, the management center is installed in a city gas supply company or the like, and the host computer 29 is configured to be able to communicate with communication means 30 of a plurality of fuel cell systems.

制御部１０は、操作部２６からの操作指令、及び、空気流量計２２の検出情報等に基づいて、改質水ポンプ１、原燃料ポンプ３、原燃料調整弁１８、空気ブロア７及び着火ヒータ１５等の作動を制御するように構成されている。
又、制御部１０は、通信手段３０により、原燃料ガスの消費量、発電量及び異常情報等の燃料電池システムの運転情報を、通信ネットワーク２８を介してホストコンピュータ２９に通信するように構成されている。 The control unit 10 operates the reforming water pump 1, the raw fuel pump 3, the raw fuel control valve 18, the air blower 7, and the ignition heater based on the operation command from the operation unit 26, the detection information of the air flow meter 22, and the like. 15 and the like.
Further, the control unit 10 is configured to communicate operating information of the fuel cell system, such as raw fuel gas consumption, power generation and abnormality information, to the host computer 29 via the communication network 28 by the communication means 30 . ing.

本発明では、空気供給系統２３における空気通流状態を改善すべき改善必要タイミングを検知するタイミング検知手段３１が設けられ、制御部１０が、タイミング検知手段３１により改善必要タイミングが検知されると、改質水ポンプ１、原燃料ポンプ３及び空気ブロア７を作動させる通常運転を終了して、改質水ポンプ１を作動させ、且つ、原燃料ポンプ３及び空気ブロア７を停止させる空気通流改善運転を実行するように構成されている。 In the present invention, a timing detection means 31 is provided for detecting the timing at which improvement is required to improve the air circulation state in the air supply system 23, and when the timing detection means 31 detects the timing at which improvement is required, the control section 10 End the normal operation in which the reforming water pump 1, the raw fuel pump 3 and the air blower 7 are operated, operate the reforming water pump 1, and stop the raw fuel pump 3 and the air blower 7 to improve the air circulation. configured to carry out driving.

空気の供給量を調整するための空気ブロア７の出力の制御について説明を加える。
制御部１０は、デューティ制御により空気ブロア７への通電を制御するＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により、空気ブロア７の出力を制御する。 The control of the output of the air blower 7 for adjusting the air supply amount will be explained.
The control unit 10 controls the output of the air blower 7 by PWM (Pulse Width Modulation) control that controls the energization of the air blower 7 by duty control.

通常運転及び空気通流改善運転について、説明を加える。
制御部１０は、通常運転では、原燃料ポンプ３、改質水ポンプ１及び空気ブロア７を作動させると共に、原燃料ガスの流量がセルスタック６からの出力電力に応じた流量になるように、原燃料調整弁１８を作動させ、改質水の流量が原燃料ガスの流量に応じた流量になるように、改質水ポンプ１の出力を制御し、並びに、空気流量計２２にて検出される空気の流量が原燃料ガスの流量に応じた流量になるように、空気ブロア７のデューティを制御する。 A description of normal operation and air flow improvement operation is added.
In normal operation, the control unit 10 operates the raw fuel pump 3, the reforming water pump 1, and the air blower 7, and controls the flow rate of the raw fuel gas to correspond to the power output from the cell stack 6. The raw fuel control valve 18 is operated, the output of the reforming water pump 1 is controlled so that the flow rate of the reforming water corresponds to the flow rate of the raw fuel gas, and the air flow meter 22 detects The duty of the air blower 7 is controlled so that the flow rate of the air to be drawn becomes the flow rate corresponding to the flow rate of the raw fuel gas.

ここで、セルスタック６からの出力電力が定格出力のときの、セルスタック６からの出力電力に応じた原燃料ガスの流量を、原燃料定格流量とし、原燃料定格流量に応じた改質水の流量を、改質水定格流量とし、原燃料定格流量に応じた空気の流量を、空気定格流量とする。
そして、制御部１０は、通常運転において、セルスタック６からの出力電力を定格出力に調整するときは、原燃料ガスの流量が原燃料定格流量になるように、原燃料調整弁１８を作動させ、改質水の流量が改質水定格流量になるように、改質水ポンプ１の出力を制御し、並びに、空気流量計２２にて検出される空気の流量が空気定格流量になるように、空気ブロア７のデューティを制御する。 Here, when the output power from the cell stack 6 is the rated output, the flow rate of the raw fuel gas corresponding to the output power from the cell stack 6 is defined as the raw fuel rated flow rate, and the reformed water corresponding to the raw fuel rated flow rate is the rated flow rate of reforming water, and the flow rate of air corresponding to the rated flow rate of raw fuel is the rated flow rate of air.
In normal operation, when the output power from the cell stack 6 is adjusted to the rated output, the control unit 10 operates the raw fuel control valve 18 so that the raw fuel gas flow rate becomes the raw fuel rated flow rate. , the output of the reforming water pump 1 is controlled so that the flow rate of the reforming water becomes the rated flow rate of the reforming water, and the flow rate of the air detected by the air flow meter 22 becomes the rated air flow rate. , controls the duty of the air blower 7 .

又、制御部１０は、空気通流改善運転においては、原燃料ポンプ３及び空気ブロア７を停止させた状態で、改質水の流量が改質水定格流量になるように、改質水ポンプ１の出力を制御する。 In the air circulation improvement operation, the control unit 10 controls the reforming water pump so that the flow rate of the reforming water reaches the reforming water rated flow rate while the raw fuel pump 3 and the air blower 7 are stopped. 1 output.

この実施形態では、タイミング検知手段３１は、制御部１０を用いて構成されている。
そして、制御部１０が、通常運転において、空気流量計２２にて検出される流量が空気定格流量（所定の通常流量の一例）になるように、空気ブロア７のデューティ（空気ブロア７の出力の一例）を制御している状態で、タイミング検知手段３１は、空気ブロア７のデューティを監視し、空気ブロア７のデューティが所定の設定上位デューティ（設定上位出力の一例）に達することに基づいて、改善必要タイミングを検知するように構成されている。 In this embodiment, the timing detection means 31 is configured using the control section 10 .
Then, the controller 10 controls the duty of the air blower 7 (the output of the air blower 7) so that the flow rate detected by the air flow meter 22 becomes the air rated flow rate (an example of a predetermined normal flow rate) during normal operation. example), the timing detection means 31 monitors the duty of the air blower 7, and when the duty of the air blower 7 reaches a predetermined set upper duty (an example of a set upper output), It is configured to detect when improvement is required.

ここで、空気供給系統２３の空気通流状態が正常な場合に、空気流量計２２にて検出される流量が空気定格流量になるように制御される空気ブロア７のデューティを、標準デューティとする。
そして、設定上位デューティは、標準デューティよりも所定量大きい値に設定される。 Here, the duty of the air blower 7, which is controlled so that the flow rate detected by the air flow meter 22 becomes the air rated flow rate when the air flow state of the air supply system 23 is normal, is defined as the standard duty. .
Then, the set upper duty is set to a value that is larger than the standard duty by a predetermined amount.

制御部１０は、空気通流改善運転の開始後、所定の設定改善運転時間が経過すると、空気ブロア７を作動させ、且つ、改質水ポンプ１及び原燃料ポンプ３を停止させると共に、空気流量計２２にて検出される流量が空気定格流量になるように空気ブロア７のデューティを制御する改善確認運転に切り換えるように構成されている。
並びに、制御部１０は、改善確認運転中の空気ブロア７のデューティが、設定上位デューティよりも低い設定下位デューティ（設定下位出力の一例）以下の場合は、通常運転に切り換えるように構成されている。
ちなみに、設定改善運転時間は、例えば１分間に設定され、設定下位デューティは、標準デューティに等しい値か、設定上位デューティよりも低くなる条件で、標準デューティよりも所定量高い値に設定される。 After the air flow improvement operation is started, the control unit 10 operates the air blower 7, stops the reforming water pump 1 and the raw fuel pump 3, and adjusts the air flow rate when a predetermined improvement operation time elapses. It is configured to switch to an improvement confirmation operation in which the duty of the air blower 7 is controlled so that the flow rate detected by the total 22 becomes the air rated flow rate.
In addition, the control unit 10 is configured to switch to normal operation when the duty of the air blower 7 during the improvement check operation is equal to or lower than the set lower duty (an example of set lower output) lower than the set upper duty. .
Incidentally, the set improvement operation time is set to, for example, one minute, and the set lower duty is set to a value higher than the standard duty by a predetermined amount under the condition that it is equal to the standard duty or lower than the set upper duty.

又、制御部１０は、改善確認運転中の空気ブロア７のデューティが設定下位デューティよりも高い場合は、空気ブロア７を停止させて、改善確認運転を終了するように構成されている。
そして、改善確認運転中の空気ブロア７の出力が設定下位デューティよりも高い場合に、警報出力を出力する警報手段３２が設けられている。 Further, the control unit 10 is configured to stop the air blower 7 and terminate the improvement confirmation operation when the duty of the air blower 7 during the improvement confirmation operation is higher than the set lower duty.
A warning means 32 is provided for outputting a warning output when the output of the air blower 7 during the improvement confirmation operation is higher than the set lower duty.

この実施形態では、制御部１０は、改善確認運転中の空気ブロア７のデューティが設定下位デューティよりも高い場合は、ディスプレイ２７に、空気供給系統２３の異常を示す空気供給異常情報を表示すると共に、通信手段３０により、空気供給異常情報を通信ネットワーク２８を介してホストコンピュータ２９に送信するように構成されている。
ちなみに、図示を省略するが、ホストコンピュータ２９にはディスプレイが備えられ、通信ネットワーク２８を介して送信されてきた空気供給異常情報が、ホストコンピュータ２９のディスプレイに表示される。
つまり、空気供給異常情報が警報出力に相当し、警報手段３２が、ディスプレイ２７やホストコンピュータ２９により構成されている。 In this embodiment, when the duty of the air blower 7 during the improvement confirmation operation is higher than the set lower duty, the control unit 10 displays air supply abnormality information indicating an abnormality in the air supply system 23 on the display 27. , the communication means 30 is configured to transmit air supply abnormality information to the host computer 29 via the communication network 28 .
Incidentally, although illustration is omitted, the host computer 29 is provided with a display, and air supply abnormality information transmitted via the communication network 28 is displayed on the display of the host computer 29 .
In other words, the air supply abnormality information corresponds to an alarm output, and the alarm means 32 is composed of the display 27 and the host computer 29 .

次に、図３に示すフローチャートに基づいて、通常運転、空気通流改善運転及び改善確認運転における制御部１０の制御動作を説明する。
尚、図３に示すフローチャートでは図示を省略するが、操作部２６等から燃料電池システムの運転開始の指令が送信されると、制御部１０は、所定の手順で改質水ポンプ１、原燃料ポンプ３及び空気ブロア７を作動させる起動制御を実行して、通常運転を開始するように構成されている。 Next, based on the flowchart shown in FIG. 3, the control operation of the control unit 10 in the normal operation, the air circulation improvement operation, and the improvement confirmation operation will be described.
Although not shown in the flowchart shown in FIG. 3, when a command to start operation of the fuel cell system is transmitted from the operation unit 26 or the like, the control unit 10 controls the reforming water pump 1, raw fuel It is configured to execute startup control for operating the pump 3 and the air blower 7 to start normal operation.

制御部１０が通常運転を実行中は、タイミング検知手段３１は、空気ブロア７のデューティを監視し、空気ブロア７のデューティが設定上位デューティよりも低くて、タイミング検知手段３１が改善必要タイミングを検知しない間は、制御部１０は通常運転を継続し、空気ブロア７のデューティが設定上位デューティ以上になることに基づいて、タイミング検知手段３１が改善必要タイミングを検知すると、制御部１０は、通常運転を終了して、空気通流改善運転を開始する（ステップ＃１～３）。 While the control unit 10 is executing normal operation, the timing detection means 31 monitors the duty of the air blower 7, and when the duty of the air blower 7 is lower than the set upper duty, the timing detection means 31 detects the timing at which improvement is required. During this period, the control unit 10 continues normal operation, and when the timing detection means 31 detects the timing requiring improvement based on the fact that the duty of the air blower 7 becomes equal to or higher than the set upper duty, the control unit 10 resumes normal operation. is terminated, and the air flow improvement operation is started (steps #1 to #3).

制御部１０は、空気通流改善運転の開始後、設定改善運転時間が経過すると、改善確認運転に切り換える（ステップ＃３～５）。
制御部１０は、改善確認運転中の空気ブロア７のデューティが設定下位デューティ以下の場合は、通常運転に切り換え、改善確認運転中の空気ブロア７のデューティが設定下位デューティよりも高い場合は、空気ブロア７を停止させて、改善確認運転を終了し、空気供給異常情報をディスプレイ２７に表示すると共に、通信ネットワーク２８を介してホストコンピュータ２９に送信する（ステップ＃５～８）。 When the set improvement operation time elapses after the start of the air flow improvement operation, the control unit 10 switches to the improvement confirmation operation (steps #3 to #5).
When the duty of the air blower 7 during the improvement confirmation operation is lower than the set lower duty, the control unit 10 switches to normal operation, and when the duty of the air blower 7 during the improvement confirmation operation is higher than the lower duty The blower 7 is stopped to end the improvement confirmation operation, and the air supply abnormality information is displayed on the display 27 and transmitted to the host computer 29 via the communication network 28 (steps #5-8).

尚、図３に示すフローチャートでは図示を省略するが、通常運転の実行中に、操作部２６等から燃料電池システムの運転停止の指令が送信されると、制御部１０は、所定の手順で改質水ポンプ１、原燃料ポンプ３及び空気ブロア７を停止させる停止制御を実行して、燃料電池システムの運転を停止するように構成されている。 Although not shown in the flowchart shown in FIG. 3, when a command to stop the operation of the fuel cell system is transmitted from the operation unit 26 or the like during normal operation, the control unit 10 corrects itself according to a predetermined procedure. It is configured to stop the operation of the fuel cell system by executing stop control to stop the quality water pump 1, the raw fuel pump 3 and the air blower 7.

次に、通常運転及び空気通流改善運転夫々における流体の通流状態について、説明する。
図１において矢印にて示すように、通常運転では、改質水ポンプ１及び原燃料ポンプ３が作動して、改質水が改質水供給路１６を通して蒸発器２に供給されると共に、原燃料ガスが原燃料ガス供給路１７を通して蒸発器２に供給される。
そして、蒸発器２において、燃焼部８から伝えられる燃焼熱により、改質水が蒸発すると共に、改質水の蒸発によって生成された水蒸気が原燃料ガスと混合される。
改質器４には、中継路１９を通して、水蒸気が混合された状態で原燃料ガスが供給され、改質器４において、水素含有ガスに改質処理される。 Next, the flow states of fluid in normal operation and air flow improved operation will be described.
As indicated by arrows in FIG. Fuel gas is supplied to the evaporator 2 through the raw fuel gas supply passage 17 .
In the evaporator 2, the reforming water is evaporated by the combustion heat transferred from the combustion section 8, and the steam generated by the evaporation of the reforming water is mixed with the raw fuel gas.
The raw fuel gas mixed with steam is supplied to the reformer 4 through the relay passage 19 , and reformed into a hydrogen-containing gas in the reformer 4 .

改質器４で生成された水素含有ガスは、水素含有ガス路１１を通してマニホールド１２に供給され、マニホールド１２に供給された水素含有ガスは、セルスタック６の複数のセル５夫々の燃料極５ａに分配供給され、各セル５の燃料極５ａを上方に通流して、各セル５のガス排出縁部５ｅから、燃料極排ガスとして燃焼部８に排出される。 The hydrogen-containing gas produced by the reformer 4 is supplied to the manifold 12 through the hydrogen-containing gas passage 11, and the hydrogen-containing gas supplied to the manifold 12 is supplied to the fuel electrodes 5a of the plurality of cells 5 of the cell stack 6. It is distributed and supplied, flows upward through the fuel electrode 5a of each cell 5, and is discharged from the gas discharge edge 5e of each cell 5 to the combustion section 8 as fuel electrode exhaust gas.

並びに、空気ブロア７が作動して、空気が空気フィルター２１を通過して清浄化されながら、空気供給路１３を通して収納容器９の内部空間９ｓに供給される。
そして、収納容器９の内部空間９ｓに供給された空気は、セルスタック６の複数のセル５夫々の空気導入部５ｉから各セル５の酸素極５ｃに供給され、各セル５の酸素極５ｃを上方に通流して、各セル５のガス排出縁部５ｅから、酸素極排ガスとして燃焼部８に排出される。 At the same time, the air blower 7 operates, and the air passes through the air filter 21 and is purified while being supplied to the internal space 9 s of the storage container 9 through the air supply path 13 .
Then, the air supplied to the internal space 9s of the storage container 9 is supplied from the air introduction portion 5i of each of the plurality of cells 5 of the cell stack 6 to the oxygen electrode 5c of each cell 5, and the oxygen electrode 5c of each cell 5 is It flows upward and is discharged from the gas discharge edge 5e of each cell 5 to the combustion section 8 as the oxygen electrode exhaust gas.

燃焼部８においては、燃料極排ガス中の可燃成分が酸素極排ガス中の酸素にて燃焼して、その燃焼熱により、蒸発器２及び改質器４、並びに、セルスタック６が加熱される。
燃焼部８で発生した燃焼排ガスは、燃焼排ガス排出口２４から収納容器９外に排出される。 In the combustion section 8 , combustible components in the fuel electrode exhaust gas are combusted by oxygen in the oxygen electrode exhaust gas, and the combustion heat heats the evaporator 2 , the reformer 4 , and the cell stack 6 .
The flue gas generated in the combustion section 8 is discharged out of the storage container 9 through the flue gas discharge port 24 .

図２において矢印にて示すように、空気通流改善運転では、原燃料ポンプ３及び空気ブロア７が停止した状態で、改質水ポンプ１が作動して、改質水が改質水供給路１６を通して蒸発器２に供給される。
そして、蒸発器２において、蒸発器２そのものの残熱、燃焼部８の残熱及び収納容器９内の残熱により、改質水が蒸発し、改質水の蒸発によって生成された高温の水蒸気は、中継路１９を通して改質器４に供給されて、その改質器４の残熱により加熱され、更に、水素含有ガス路１１を通してマニホールド１２に供給される。
マニホールド１２に供給された高温の水蒸気は、セルスタック６の複数のセル５夫々の燃料極５ａに分配供給され、各セル５の燃料極５ａを上方に通流して、各セル５のガス排出縁部５ｅから、燃焼部８に構成される燃焼空間１４に排出される。 As indicated by the arrows in FIG. 2, in the air flow improvement operation, the reforming water pump 1 operates while the raw fuel pump 3 and the air blower 7 are stopped, and the reforming water flows into the reforming water supply path. 16 to the evaporator 2.
Then, in the evaporator 2, the reforming water evaporates due to the residual heat of the evaporator 2 itself, the residual heat of the combustion unit 8, and the residual heat in the storage container 9, and high-temperature steam generated by the evaporation of the reforming water. is supplied to the reformer 4 through the relay passage 19 , heated by the residual heat of the reformer 4 , and further supplied to the manifold 12 through the hydrogen-containing gas passage 11 .
The high-temperature steam supplied to the manifold 12 is distributed to the fuel electrodes 5a of the plurality of cells 5 of the cell stack 6, flows upward through the fuel electrodes 5a of each cell 5, and reaches the gas discharge edge of each cell 5. From the section 5 e , it is discharged into the combustion space 14 formed in the combustion section 8 .

燃焼空間１４に排出された高温の水蒸気は、収納容器９の内部空間９ｓに充満し、内部空間９ｓに充満した高温の水蒸気の大部分は、空気受け入れ口２０から空気供給路１３に流入し、空気流量計２２及び空気フィルター２１を通過しながら空気供給路１３を逆流して、収納容器９外に排出され、残部は、燃焼排ガス排出口２４から収納容器９外に排出される。
ちなみに、燃焼排ガス排出口２４から収納容器９外に排出される水蒸気は、一酸化炭素除去部２５を通過するので、燃焼排ガス排出口２４を通過する水蒸気の圧損は、空気供給路１３を逆流する水蒸気の圧損に比べてかなり大きい。
従って、内部空間９ｓに充満した水蒸気は、優先的に空気供給路１３を逆流して排出される。 The high-temperature steam discharged into the combustion space 14 fills the internal space 9s of the storage container 9, and most of the high-temperature steam filling the internal space 9s flows from the air receiving port 20 into the air supply path 13, While passing through the air flow meter 22 and the air filter 21 , it flows backward through the air supply path 13 and is discharged out of the storage container 9 , and the remainder is discharged out of the storage container 9 through the combustion exhaust gas outlet 24 .
Incidentally, since the steam discharged from the flue gas discharge port 24 to the outside of the container 9 passes through the carbon monoxide removal section 25, the pressure loss of the steam passing through the flue gas discharge port 24 causes a reverse flow through the air supply passage 13. It is considerably larger than the pressure loss of water vapor.
Therefore, the water vapor filling the internal space 9s preferentially flows back through the air supply passage 13 and is discharged.

そして、高温の水蒸気が空気流量計２２及び空気フィルター２１を通過しながら空気供給路１３を逆流することにより、空気フィルター２１及び空気流量計２２等に付着した付着物（例えば、硫酸アンモニウムを含む付着物等）が水蒸気により溶解して除去されることになり、空気供給系統２３の空気通流状態が改善される。
従って、空気供給系統２３の空気通流状態の改善をタイムリーに且つ自動的に行うことができる。 Then, the high-temperature steam flows back through the air supply path 13 while passing through the air flow meter 22 and the air filter 21, and deposits (for example, deposits containing ammonium sulfate) adhering to the air filter 21 and the air flow meter 22 etc. etc.) are dissolved and removed by the water vapor, and the air circulation state of the air supply system 23 is improved.
Therefore, the air circulation state of the air supply system 23 can be improved in a timely and automatic manner.

空気通流改善運転の後に実行される改善確認運転において、空気ブロア７のデューティが設定下位デューティ以下の場合は、空気供給系統２３の空気通流状態が適切に改善されたと考えられるので、自動的に通常運転に切り換わる。 If the duty of the air blower 7 is equal to or lower than the set lower duty in the improvement confirmation operation that is performed after the air circulation improvement operation, it is considered that the air circulation state of the air supply system 23 has been appropriately improved. to normal operation.

一方、改善確認運転において、空気ブロア７のデューティが設定下位デューティよりも高い場合は、空気供給系統２３の空気通流状態が適切に改善されていないと考えられるので、空気供給異常情報がディスプレイ２７に表示されると共に、通信ネットワーク２８を介してホストコンピュータ２９に送信されて、ホストコンピュータ２９のディスプレイに表示される。 On the other hand, if the duty of the air blower 7 is higher than the set lower duty in the improvement confirmation operation, it is considered that the air circulation state of the air supply system 23 has not been appropriately improved. , is transmitted to the host computer 29 via the communication network 28, and displayed on the display of the host computer 29. FIG.

〔別実施形態〕
（Ａ）タイミング検知手段３１が改善必要タイミングを検知するための構成は、上記の実施形態で例示した構成、即ち、通常運転における空気ブロア７のデューティ（空気ブロア７の出力の一例）が設定上位デューティ以上になることに基づいて、改善必要タイミングを検知する構成に限定されるものではない。
例えば、空気ブロア７の出力の具体例として、上記の実施形態では、空気ブロア７のデューティを用いたが、空気ブロア７の回転速度を用いても良い。
この場合は、空気ブロア７の回転速度を検出して、検出した空気ブロア７の回転速度が予め設定した設定回転速度に達することに基づいて、改善必要タイミングを検知するように構成しても良い。 [Another embodiment]
(A) The configuration for the timing detection means 31 to detect the timing requiring improvement is the configuration illustrated in the above embodiment, that is, the duty of the air blower 7 in normal operation (an example of the output of the air blower 7) is set higher. The configuration is not limited to detecting the timing requiring improvement based on the duty or more.
For example, as a specific example of the output of the air blower 7, the duty of the air blower 7 is used in the above embodiment, but the rotational speed of the air blower 7 may be used.
In this case, the rotational speed of the air blower 7 may be detected, and the improvement required timing may be detected based on when the detected rotational speed of the air blower 7 reaches a preset rotational speed. .

又、通常運転の累積運転時間を計時して、計時した累積運転時間が予め設定した運転時間に達することに基づいて、改善必要タイミングを検知するように構成しても良い。
又、ＰＭ２．５、黄砂等の微粒子状物質が付着することにより、空気供給系統２３の空気通流状態を悪化させると考えられる。そこで、気象庁等から発信される黄砂、ＰＭ２．５等の、空気供給系統２３の空気通流状態を悪化させると考えられる外気情報を入手するように構成して、そのような外気情報に基づいて、改善必要タイミングを検知するように構成しても良い。 Further, it is also possible to measure the accumulated operating time of normal operation and detect the improvement required timing based on when the measured accumulated operating time reaches a preset operating time.
In addition, it is considered that the air circulation state of the air supply system 23 is deteriorated due to the adherence of particulate matter such as PM2.5 and yellow sand. Therefore, it is configured to obtain outside air information such as yellow sand, PM2.5, etc. sent from the Meteorological Agency etc., which is considered to deteriorate the air flow state of the air supply system 23, and based on such outside air information , and may be configured to detect the timing at which improvement is required.

（Ｂ）上記の実施形態では、空気通流改善運転の実行後、改善確認運転を実行するように構成したが、空気通流改善運転の実行後、直ちに、通常運転に復帰するように構成しても良い。
この場合は、復帰した通常運転において、空気ブロアの出力が設定下位出力よりも高い場合は、通常運転を終了するように構成し、更に、警報手段により警報出力を出力するように構成する。 (B) In the above embodiment, the improvement confirmation operation is performed after the air circulation improving operation is performed. can be
In this case, when the output of the air blower is higher than the set lower-order output in normal operation after the normal operation is resumed, the normal operation is terminated, and the alarm means outputs an alarm output.

尚、上記の実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、又、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。 The configurations disclosed in the above embodiments (including other embodiments, the same shall apply hereinafter) can be applied in combination with configurations disclosed in other embodiments unless there is a contradiction. The embodiments disclosed in this specification are examples, and the embodiments of the present invention are not limited thereto, and can be modified as appropriate without departing from the scope of the present invention.

以上説明したように、空気供給系統の空気通流状態の改善をタイムリーに且つ自動的に行い得る燃料電池システムを提供することができる。 As described above, it is possible to provide a fuel cell system capable of timely and automatically improving the air circulation state of the air supply system.

１改質水ポンプ
２蒸発器
３原燃料ポンプ
４改質器
５セル
５ａ燃料極
５ｃ酸素極
５ｅガス排出縁部
５ｉ空気導入部
６セルスタック
７空気ブロア
８燃焼部
９収納容器
９ｓ内部空間
１０制御部
１１水素含有ガス路
１２マニホールド
１３空気供給路
２１空気フィルター
２２空気流量計
２３空気供給系統
３１タイミング検知手段
３２警報手段 1 Reformed water pump 2 Evaporator 3 Raw fuel pump 4 Reformer 5 Cell 5a Fuel electrode 5c Oxygen electrode 5e Gas discharge edge 5i Air introduction part 6 Cell stack 7 Air blower 8 Combustion part 9 Storage container 9s Internal space 10 Control Part 11 Hydrogen-containing gas path 12 Manifold 13 Air supply path 21 Air filter 22 Air flow meter 23 Air supply system 31 Timing detection means 32 Alarm means

Claims

An evaporator for evaporating the reforming water supplied by the reforming water pump, and a reformer for generating a hydrogen-containing gas by reforming the raw fuel supplied by the raw fuel pump and the steam supplied from the evaporator. a cell stack having a plurality of stacked cells for generating electricity by supplying a hydrogen-containing gas from the reformer to the fuel electrode and supplying air to the oxygen electrode by an air blower; a combustible component in the fuel electrode exhaust gas is burned with oxygen in the oxygen electrode exhaust gas discharged from the oxygen electrode, and the combustion heat heats the reformer and the evaporator; , a storage container for housing the reformer, the cell stack and the combustion unit in an internal space, and a control unit for controlling operation,
The cell stack includes a manifold capable of distributing and supplying the hydrogen-containing gas supplied from the reformer through the hydrogen-containing gas passage to the fuel electrode of each cell,
An air supply path capable of supplying air from the air blower to the internal space of the storage container is connected to the storage container,
In the interior space of the storage container, the plurality of cells of the cell stack are fed through the gas discharge edge part of the peripheral edge of each cell. The exhaust gas from the oxygen electrode can be discharged to the surrounding space, and the air from the surrounding space can be introduced to the oxygen electrode of each cell through the air introduction part separated from the gas discharge edge of each cell. a fuel cell system comprising:
An air filter for purifying the air sent out by the air blower, an air supply system including the air blower and the air supply path, an air supply system including timing detection means for detecting an improvement necessary timing for improving the air circulation state is provided,
When the timing detection means detects the timing requiring improvement, the control unit terminates the normal operation of operating the reforming water pump, the raw fuel pump, and the air blower, and operates the reforming water pump. a fuel cell system configured to perform an air flow improvement operation that activates and deactivates the raw fuel pump and the air blower;

The air supply system includes an air flow meter that detects the flow rate of the air supplied through the air supply path,
The control unit is configured to control the output of the air blower so that the flow rate detected by the air flow meter becomes a predetermined normal flow rate,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein said timing detection means is configured to detect said improvement required timing based on the output of said air blower reaching a predetermined upper output.

The control unit
After the start of the air flow improvement operation, when a predetermined set improvement operation time has elapsed, the air blower is operated, the reforming water pump and the raw fuel pump are stopped, and the air flow meter indicates configured to switch to an improvement confirmation operation for controlling the output of the air blower so that the detected flow rate becomes the normal flow rate;
3. The fuel cell system according to claim 2, wherein when the output of said air blower during said improvement check operation is equal to or lower than a set lower output lower than said set upper output, said fuel cell system is configured to switch to said normal operation.

The control unit is configured to end the improvement confirmation operation when the output of the air blower during the improvement confirmation operation is higher than the set lower output,
4. The fuel cell system according to claim 3, further comprising warning means for outputting a warning output when the output of said air blower during said improvement confirmation operation is higher than said lower set output.