JP7396176B2 - 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.

従来、この種の燃料電池システムとしては、水素を含む改質ガスと空気とにより発電する燃料電池と、改質用原料を水蒸気改質して改質ガスを生成する改質部と、原燃料ガスに含まれる硫黄成分を水素によって除去して改質部へ供給する脱硫器と、脱硫器に改質用原料を供給する改質用原料供給管に設けられた原料ポンプと、改質用原料供給管と改質部から燃料電池へ改質ガスを供給する改質ガス供給管とを接続して改質ガス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ガス管と、エア供給管を介して燃料電池にエアを供給するエアブロワと、燃料電池からのオフガスを燃焼させて改質部を加熱する燃焼部と、を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, this type of fuel cell system includes a fuel cell that generates electricity using reformed gas containing hydrogen and air, a reforming section that generates reformed gas by steam reforming raw material for reforming, and a reforming section that generates reformed gas by steam reforming the reforming raw material. A desulfurizer that removes the sulfur component contained in the gas with hydrogen and supplies it to the reforming section, a raw material pump installed in the reforming raw material supply pipe that supplies the reforming raw material to the desulfurizer, and a reforming raw material The supply pipe is connected to the reformed gas supply pipe that supplies reformed gas from the reformer to the fuel cell, and a part of the reformed gas is returned to the desulfurizer as recycled fuel via the recycled gas pipe and the air supply pipe. A system has been proposed that includes an air blower that supplies air to the fuel cell using a fuel cell, and a combustion section that heats a reforming section by burning off gas from the fuel cell (for example, see Patent Document 1).

特開2017-62973号公報JP2017-62973A

改質部から流出した燃料の一部を還流(リサイクル)する燃料電池システムにおいては、脱硫器への燃料の供給量を変化させた場合に、燃料電池や燃焼部の状態が悪化するおそれがある。例えばシステム起動に際して燃焼部の空気と燃料とが着火に適した空燃比(狙い値)となるように予め定められた供給量に従って脱硫器への燃料の供給を開始した場合(燃料の供給量を増加させた場合)、供給した燃料のうちの一部が還流されるため、供給した燃料流量に対して燃焼部へ流れる燃料流量が一時的に少なくなる。この場合、燃焼部において空燃比が狙い値よりも大きくなり、燃焼性(着火性)が悪化してしまう。 In a fuel cell system that recirculates (recycles) a portion of the fuel that flows out of the reforming section, there is a risk that the condition of the fuel cell or combustion section may deteriorate if the amount of fuel supplied to the desulfurizer is changed. . For example, when starting the system, the supply of fuel to the desulfurizer is started according to a predetermined supply amount so that the air and fuel in the combustion section have an air-fuel ratio (target value) suitable for ignition (the amount of fuel supplied is (increased), part of the supplied fuel is recirculated, so the fuel flow rate flowing to the combustion section becomes temporarily smaller than the supplied fuel flow rate. In this case, the air-fuel ratio in the combustion section becomes larger than the target value, resulting in poor combustibility (ignitability).

本発明の燃料電池システムは、改質部から流出した燃料の一部を還流させるものにおいて、改質部への燃料の供給量を変化させるものとしても、燃料電池や燃焼部の状態を良好にすることができる燃料電池システムを提供することを主目的とする。 The fuel cell system of the present invention recirculates a portion of the fuel that has flowed out from the reforming section, and even when changing the amount of fuel supplied to the reforming section, it maintains the condition of the fuel cell and the combustion section in good condition. The main objective is to provide a fuel cell system that can.

本発明の燃料電池システムは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The fuel cell system of the present invention employs the following means to achieve the above-mentioned main purpose.

本発明の燃料電池システムは、
水素を含む燃料ガスと空気とにより発電する燃料電池と、
原燃料ガスを改質して前記燃料ガスを生成すると共に生成した燃料ガスを前記燃料電池へ供給する改質部と、
水素を用いて前記原燃料ガスに含まれる硫黄成分を脱硫して前記改質部へ供給する脱硫器と、
前記脱硫器へ前記原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池へ前記空気を供給する空気供給装置と、
前記燃料電池からのオフガスを燃焼させる燃焼部と、
前記脱硫器へ前記原燃料ガスが流れる原燃料ガス流路と前記改質部から前記燃料電池へ前記燃料ガスが流れる燃料ガス供給路とを接続して前記改質部から流出した燃料の一部を前記脱硫器へ還流させる還流路と、
前記改質部から前記還流路を介して前記脱硫器へ還流される還流ガスの流量である還流量が変化した場合に、前記燃料電池または前記燃焼部における空燃比が適正範囲から外れないよう前記原燃料ガスまたは前記空気の供給量を補正する制御装置と、
を備えることを要旨とする。
The fuel cell system of the present invention includes:
A fuel cell that generates electricity using fuel gas containing hydrogen and air;
a reforming unit that reforms raw fuel gas to generate the fuel gas and supplies the generated fuel gas to the fuel cell;
a desulfurizer that desulfurizes sulfur components contained in the raw fuel gas using hydrogen and supplies it to the reforming section;
a raw fuel gas supply device that supplies the raw fuel gas to the desulfurizer;
an air supply device that supplies the air to the fuel cell;
a combustion section that burns off gas from the fuel cell;
A portion of the fuel flowing out from the reforming section by connecting a raw fuel gas flow path through which the raw fuel gas flows to the desulfurizer and a fuel gas supply path through which the fuel gas flows from the reforming section to the fuel cell. a reflux path for refluxing the water to the desulfurizer;
When the reflux amount, which is the flow rate of reflux gas returned from the reforming section to the desulfurizer via the reflux path, changes, the air-fuel ratio in the fuel cell or the combustion section does not deviate from the appropriate range. a control device that corrects the supply amount of the raw fuel gas or the air;
The main point is to have the following.

この本発明の燃料電池システムでは、改質部から還流路を介して脱硫器へ還流される還流ガスの流量である還流量が変化した場合に、燃料電池または燃焼部における空燃比が適正範囲から外れないよう原燃料ガスまたは酸化剤ガスの供給量を補正する。これにより、改質部への燃料の供給量を変化させるものとしても、燃料電池または燃焼部における空燃比を適正にして、燃料電池や燃焼部の状態を良好にすることができる。 In the fuel cell system of the present invention, when the reflux amount, which is the flow rate of reflux gas returned from the reforming section to the desulfurizer via the reflux path, changes, the air-fuel ratio in the fuel cell or the combustion section deviates from the appropriate range. Correct the supply amount of raw fuel gas or oxidizer gas so that it does not come off. Thereby, even if the amount of fuel supplied to the reforming section is changed, the air-fuel ratio in the fuel cell or the combustion section can be made appropriate, and the conditions of the fuel cell or the combustion section can be improved.

こうした本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記供給量を補正するための流量補正値を設定するに際して、前記還流量の変化量が大きいほど前記流量補正値を大きくするものとしてもよい。こうすれば、燃料電池や燃焼部における空燃比をより適正な状態とすることができ、燃料電池や燃焼部の状態を良好な状態に保持することができる。 In such a fuel cell system of the present invention, when setting the flow rate correction value for correcting the supply amount, the control device may increase the flow rate correction value as the amount of change in the recirculation amount increases. . In this way, the air-fuel ratio in the fuel cell and the combustion section can be brought to a more appropriate state, and the conditions of the fuel cell and the combustion section can be maintained in a good state.

また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記供給量を補正するための流量補正値を設定するに際して、前記還流量が変化した場合に、前記流量補正値に初期値を設定し、時間の経過と共に前記流量補正値を値0に向けて漸減させるものとしてもよい。こうすれば、簡易な処理により還流量の変化の収束と共に流量補正値を値0にすることができる。 Further, in the fuel cell system of the present invention, when setting the flow rate correction value for correcting the supply amount, the control device sets an initial value to the flow rate correction value when the recirculation amount changes. The flow rate correction value may be gradually decreased toward a value of 0 with the passage of time. In this way, the flow rate correction value can be set to zero with the convergence of the change in the reflux amount through simple processing.

さらに、本発明の燃料電池システムにおいて、前記還流路を流れる前記還流ガスの温度を検出する温度センサを備え、前記制御装置は、前記還流量が変化した場合として、前記温度センサにより検出される温度の変化量が所定量以上である場合に、前記供給量を補正するものとしてもよい。こうすれば、流量計を用いることなく燃料ガスの還流量が変化したか否かを判定することができる。 Furthermore, the fuel cell system of the present invention includes a temperature sensor that detects the temperature of the reflux gas flowing through the reflux path, and the control device controls the temperature detected by the temperature sensor when the reflux amount changes. The amount of supply may be corrected when the amount of change in is equal to or greater than a predetermined amount. In this way, it is possible to determine whether or not the amount of recirculation of fuel gas has changed without using a flow meter.

燃料電池システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system. 流量補正処理の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of a flow rate correction process. エア流量補正値設定用マップの一例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a map for setting an air flow rate correction value. システム起動時における温度THT10と目標エア流量Qatagとエア流量補正値δaと目標ガス流量Qgtagの時間変化の様子を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing how the temperature THT10, target air flow rate Qatag, air flow rate correction value δa, and target gas flow rate Qgtag change over time at the time of system startup. 他の実施形態に係る流量補正処理の一例を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows an example of flow rate correction processing concerning other embodiments. ガス流量補正値設定用マップの一例を示す説明図である。It is an explanatory view showing an example of a map for setting a gas flow rate correction value. システム起動時における温度THT10と目標エア流量Qatagと目標ガス流量Qgtagとガス流量補正値δgとの時間変化の様子を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing how the temperature THT10, target air flow rate Qatag, target gas flow rate Qgtag, and gas flow rate correction value δg change over time at the time of system startup.

本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。 Embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、燃料電池システムの概略構成図である。本実施形態の燃料電池システム10は、図1に示すように、アノードガス(燃料ガス)中の水素とカソードガス(酸化剤ガス)中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池スタック21を含む発電モジュール20と、発電モジュール20にアノードガスの原料となる原燃料ガス(例えば天然ガスやLPガス)を供給する原燃料ガス供給装置30と、発電モジュール20に原燃料ガスからアノードガスへの水蒸気改質に必要な改質水を供給する改質水供給装置40と、発電モジュール20(燃料電池スタック21)にカソードガスとしてのエアを供給するエア供給装置50と、発電モジュール20で発生した排熱を回収するための排熱回収装置60と、燃料電池スタック21の出力端子に接続されると共にリレーを介して電力系統2から負荷4への電力ライン3に接続されるパワーコンディショナ70と、を備える。これらは、筐体12に収容されている。筐体12には、吸気口12aと排気口12bとが形成されており、吸気口12aの近傍には、外気を取り込んで筐体12の内部を換気するための換気ファン14が設置されている。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 10 of this embodiment includes a fuel cell stack 21 that generates electricity through an electrochemical reaction between hydrogen in an anode gas (fuel gas) and oxygen in a cathode gas (oxidant gas). a power generation module 20 including a power generation module 20; a raw fuel gas supply device 30 that supplies raw fuel gas (for example, natural gas or LP gas) that is a raw material for anode gas to the power generation module 20; The reformed water supply device 40 supplies reformed water necessary for steam reforming, the air supply device 50 supplies air as cathode gas to the power generation module 20 (fuel cell stack 21), and the power generation module 20 An exhaust heat recovery device 60 for recovering exhaust heat, and a power conditioner 70 connected to the output terminal of the fuel cell stack 21 and connected to the power line 3 from the power system 2 to the load 4 via a relay. , is provided. These are housed in a housing 12. The housing 12 is formed with an intake port 12a and an exhaust port 12b, and a ventilation fan 14 is installed near the intake port 12a to take in outside air and ventilate the inside of the housing 12. .

発電モジュール20は、燃料電池スタック21や、気化器22、2つの改質器23を含み、これらは、本実施形態の燃料電池ケースとしてのモジュールケース29に収容されている。本実施形態では、発電モジュール20は、2つの燃料電池スタック21を有し、2つの燃料電池スタック21は、間隔をおいて互いに対向するようにモジュールケース29内に配置されたマニホールド24上に設置される。 The power generation module 20 includes a fuel cell stack 21, a vaporizer 22, and two reformers 23, which are housed in a module case 29 that serves as the fuel cell case of this embodiment. In this embodiment, the power generation module 20 has two fuel cell stacks 21, and the two fuel cell stacks 21 are installed on a manifold 24 arranged in a module case 29 so as to face each other with a gap between them. be done.

各燃料電池スタック21は、酸化ジルコニウム等の電解質と当該電解質を挟持するアノード電極およびカソード電極とをそれぞれ有すると共に図1中、左右方向(水平方向)に配列された複数の固体酸化物形の単セルを有する。各単セルのアノード電極内には、図示しないアノードガス通路が単セルの配列方向と直交する方向すなわち上下方向に延在するように形成されている。また、各単セルのカソード電極の周囲には、カソードガスを流通させる図示しないカソードガス通路が単セルの配列方向に直交する方向すなわち上下方向に延在するように形成されている。各単セルのアノードガス通路は、マニホールド24に接続され、各単セルのカソードガス通路は、モジュールケース29内のエア通路に接続される。更に、2つの燃料電池スタック21の間(近傍)には、両者との距離が同一となるように温度センサ94が設置されている。温度センサ94は、各燃料電池スタック21の温度に相関する温度T4を検出する。 Each fuel cell stack 21 includes an electrolyte such as zirconium oxide, an anode electrode and a cathode electrode that sandwich the electrolyte, and a plurality of solid oxide monomers arranged in the left-right direction (horizontal direction) in FIG. It has a cell. An anode gas passage (not shown) is formed in the anode electrode of each unit cell so as to extend in a direction perpendicular to the arrangement direction of the unit cells, that is, in a vertical direction. Further, around the cathode electrode of each unit cell, a cathode gas passage (not shown) through which cathode gas flows is formed so as to extend in a direction perpendicular to the arrangement direction of the unit cells, that is, in a vertical direction. The anode gas passage of each single cell is connected to the manifold 24, and the cathode gas passage of each single cell is connected to an air passage within the module case 29. Further, a temperature sensor 94 is installed between (near) the two fuel cell stacks 21 so that the distance therebetween is the same. Temperature sensor 94 detects temperature T4 that correlates with the temperature of each fuel cell stack 21.

発電モジュール20の気化器22および改質器23は、モジュールケース29内の2つの燃料電池スタック21の上方に両者と間隔をおいて配設される。本実施形態では、一方の燃料電池スタック21の上方に気化器22および一方の改質器23が配置され、他方の燃料電池スタック21の上方に他方の改質器23が配置される。更に、一方の燃料電池スタック21と気化器22および一方の改質器23との間、並びに他方の燃料電池スタック21と他方の改質器23との間には、燃料電池スタック21の作動や、気化器22および改質器23での反応に必要な熱を発生させる燃焼部25が画成されている。各燃焼部25には、着火ヒータ26が設置されている。 The vaporizer 22 and reformer 23 of the power generation module 20 are arranged above the two fuel cell stacks 21 in the module case 29 with a space therebetween. In this embodiment, a vaporizer 22 and one reformer 23 are arranged above one fuel cell stack 21, and the other reformer 23 is arranged above the other fuel cell stack 21. Further, between the fuel cell stack 21 on one side and the vaporizer 22 and the reformer 23 on the other hand, and between the other fuel cell stack 21 and the other reformer 23, there are , a combustion section 25 that generates the heat necessary for the reaction in the vaporizer 22 and reformer 23 is defined. An ignition heater 26 is installed in each combustion section 25.

気化器22は、燃焼部25からの熱により原燃料ガス供給装置30からの原燃料ガスと改質水供給装置40からの改質水とを加熱し、原燃料ガスを予熱すると共に改質水を蒸発させて水蒸気を生成する。気化器22により予熱された原燃料ガスは、水蒸気と混合され、その混合ガスは、当該気化器22から改質器23に流入する。また、改質器23には、当該改質器23に流入する混合ガスの温度T1を検出する温度センサ91が設置されている。 The vaporizer 22 heats the raw fuel gas from the raw fuel gas supply device 30 and the reformed water from the reformed water supply device 40 using heat from the combustion section 25, preheats the raw fuel gas, and converts the reformed water into evaporates to produce water vapor. The raw fuel gas preheated by the vaporizer 22 is mixed with water vapor, and the mixed gas flows from the vaporizer 22 into the reformer 23 . Furthermore, a temperature sensor 91 is installed in the reformer 23 to detect the temperature T1 of the mixed gas flowing into the reformer 23.

改質器23は、その内部に充填された例えばRu系またはNi系の改質触媒を有し、燃焼部25からの熱の存在下で、改質触媒による気化器22からの混合ガスの反応(水蒸気改質反応)によって水素ガスと一酸化炭素とを生成する。更に、改質器23は、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気との反応(一酸化炭素シフト反応)によって水素ガスと二酸化炭素とを生成する。これにより、改質器23によって、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気、未改質の原燃料ガス等を含むアノードガスが生成されることになる。改質器23により生成されたアノードガスは、改質器23とマニホールド24とを接続する配管23pを介してマニホールド24に流入し、マニホールド24から各単セルのアノードガス通路へ分配されることで、各単セルのアノード電極に供給される。 The reformer 23 has, for example, a Ru-based or Ni-based reforming catalyst filled therein, and in the presence of heat from the combustion section 25, the reforming catalyst reacts the mixed gas from the vaporizer 22. Hydrogen gas and carbon monoxide are generated by (steam reforming reaction). Furthermore, the reformer 23 generates hydrogen gas and carbon dioxide by a reaction between carbon monoxide generated in the steam reforming reaction and steam (carbon monoxide shift reaction). As a result, the reformer 23 generates an anode gas containing hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, unreformed raw fuel gas, and the like. The anode gas generated by the reformer 23 flows into the manifold 24 through a pipe 23p connecting the reformer 23 and the manifold 24, and is distributed from the manifold 24 to the anode gas passage of each unit cell. , is supplied to the anode electrode of each single cell.

また、燃料電池スタック21の各単セルのカソード電極には、モジュールケース29内に形成されたエア通路を介してカソードガスとしてのエアが供給される。各単セルのカソード電極では、酸化物イオン(O2 -)が生成され、当該酸化物イオンが電解質を透過してアノード電極で水素や一酸化炭素と反応することにより電気エネルギが得られる。各単セルにおいて電気化学反応(発電)に使用されなかったアノードガス(以下、「アノードオフガス」という)およびカソードガス(以下、「カソードオフガス」という)は、各単セルのアノードガス通路やカソードガス通路から上方の燃焼部25へと流出する。 Furthermore, air as a cathode gas is supplied to the cathode electrode of each single cell of the fuel cell stack 21 through an air passage formed in the module case 29 . Oxide ions (O 2 ) are generated at the cathode electrode of each unit cell, and the oxide ions pass through the electrolyte and react with hydrogen and carbon monoxide at the anode electrode, thereby obtaining electrical energy. The anode gas (hereinafter referred to as "anode off gas") and cathode gas (hereinafter referred to as "cathode off gas") that are not used for electrochemical reactions (power generation) in each single cell are stored in the anode gas passage and cathode gas of each single cell. It flows out from the passage to the combustion section 25 above.

各単セルから燃焼部25に流入したアノードオフガスは、水素や一酸化炭素等の燃料成分を含む可燃性ガスであり、各単セルから燃焼部25に流入した酸素を含むカソードオフガスと混合される。以下、アノードオフガスとカソードオフガスとの混合ガスを「オフガス」という。そして、着火ヒータ26により点火させられて燃焼部25でオフガス(アノードオフガス)が着火すると、当該オフガスの燃焼により、燃料電池スタック21の作動や、気化器22での原燃料ガスの予熱や水蒸気の生成、改質器23での水蒸気改質反応等に必要な熱が発生することになる。また、燃焼部25では、未燃燃料や水蒸気を含む燃焼排ガスが生成され、当該燃焼排ガスは、燃焼触媒27を介して熱交換器62へ供給される。燃焼触媒27は、燃焼排ガス中の未燃燃料を再燃焼させるための酸化触媒である。更に、燃焼触媒27が設けられたガス通路には、燃焼触媒27を暖機するための触媒ヒータ28や、燃焼排ガスの温度T8を検出する温度センサ98が設置されている。 The anode off-gas that has flowed into the combustion section 25 from each single cell is a flammable gas containing fuel components such as hydrogen and carbon monoxide, and is mixed with the cathode off-gas containing oxygen that has flowed into the combustion section 25 from each single cell. . Hereinafter, the mixed gas of anode offgas and cathode offgas will be referred to as "offgas." Then, when the off-gas (anode off-gas) is ignited by the ignition heater 26 and ignited in the combustion section 25, the combustion of the off-gas causes the operation of the fuel cell stack 21, the preheating of raw fuel gas in the vaporizer 22, and the generation of water vapor. Heat necessary for generation, steam reforming reaction in the reformer 23, etc. will be generated. Further, in the combustion section 25 , combustion exhaust gas containing unburned fuel and water vapor is generated, and the combustion exhaust gas is supplied to the heat exchanger 62 via the combustion catalyst 27 . The combustion catalyst 27 is an oxidation catalyst for reburning unburned fuel in the combustion exhaust gas. Further, in the gas passage where the combustion catalyst 27 is provided, a catalyst heater 28 for warming up the combustion catalyst 27 and a temperature sensor 98 for detecting the temperature T8 of the combustion exhaust gas are installed.

原燃料ガス供給装置30は、原燃料ガスを供給する原燃料供給源1と気化器22とを接続する原燃料ガス供給管31と、当該原燃料ガス供給管31に組み込まれた開閉弁(2連弁)32,33、オリフィス34、ガスポンプ35および脱硫器36とを有する。原燃料ガスは、ガスポンプ35を作動させることで、原燃料供給源1から脱硫器36を介して気化器22へと圧送(供給)される。また、原燃料ガス供給管31の開閉弁33とオリフィス34との間には、原燃料ガス供給管31内の圧力を検出する圧力センサ37aや原燃料ガス供給管31を流れる原燃料ガスの単位時間当りの流量(ガス流量Qg)を検出する流量センサ37bが設置されている。 The raw fuel gas supply device 30 includes a raw fuel gas supply pipe 31 that connects the raw fuel supply source 1 that supplies raw fuel gas and the vaporizer 22, and an on-off valve (2) built into the raw fuel gas supply pipe 31. (connection valves) 32, 33, an orifice 34, a gas pump 35, and a desulfurizer 36. The raw fuel gas is pumped (supplied) from the raw fuel supply source 1 to the vaporizer 22 via the desulfurizer 36 by operating the gas pump 35 . Further, between the on-off valve 33 and the orifice 34 of the raw fuel gas supply pipe 31, there is a pressure sensor 37a that detects the pressure inside the raw fuel gas supply pipe 31, and a unit of raw fuel gas flowing through the raw fuel gas supply pipe 31. A flow rate sensor 37b is installed to detect the flow rate per hour (gas flow rate Qg).

脱硫器36は、本実施形態では、水添脱硫剤が充填されて構成され、硫黄化合物を水素と反応させて硫化水素に変換し、変換した硫化水素を吸着除去する水添脱硫器が用いられる。脱硫反応に必要な水素は、改質器23に生成された燃料ガスをリサイクルガス管38を介して脱硫器36へリサイクル(還流)させることによって賄われる。すなわち、リサイクルガス管38は改質器23とマニホールド24とを接続する配管23pから分岐し、原燃料ガス供給管31のオリフィス34とガスポンプ35との間に接続されるように設置されており、改質器23から流出した燃料の一部は、リサイクルガス(還流ガス)としてリサイクルガス管38を介してガスポンプ35に吸引され、当該ガスポンプ35によって脱硫器36へと圧送(供給)される。リサイクルガス管38には、オリフィス39が組み込まれている。更に、リサイクルガス管38の入口付近には、リサイクルガス管38内のリサイクルガスの温度THT10を検出する温度センサ99が設置されている。 In this embodiment, the desulfurizer 36 is configured to be filled with a hydrodesulfurization agent, reacts a sulfur compound with hydrogen to convert it into hydrogen sulfide, and removes the converted hydrogen sulfide by adsorption. . Hydrogen required for the desulfurization reaction is provided by recycling (refluxing) the fuel gas generated in the reformer 23 to the desulfurizer 36 via the recycle gas pipe 38. That is, the recycled gas pipe 38 branches from the pipe 23p connecting the reformer 23 and the manifold 24, and is installed so as to be connected between the orifice 34 of the raw fuel gas supply pipe 31 and the gas pump 35, A part of the fuel that has flowed out of the reformer 23 is sucked into the gas pump 35 via the recycle gas pipe 38 as recycle gas (reflux gas), and is pressure-fed (supplied) to the desulfurizer 36 by the gas pump 35 . An orifice 39 is incorporated into the recycle gas pipe 38. Furthermore, a temperature sensor 99 is installed near the entrance of the recycle gas pipe 38 to detect the temperature THT10 of the recycle gas within the recycle gas pipe 38.

改質水供給装置40は、改質水を貯留する改質水タンク42と、改質水タンク42と気化器22とを接続する改質水供給管41と、改質水供給管41に組み込まれた改質水ポンプ43とを有する。改質水タンク42内の改質水は、改質水ポンプ43を作動させることで、当該改質水ポンプ43により気化器22へと圧送(供給)される。 The reformed water supply device 40 is assembled into a reformed water tank 42 that stores reformed water, a reformed water supply pipe 41 that connects the reformed water tank 42 and the vaporizer 22, and the reformed water supply pipe 41. and a reforming water pump 43. The reformed water in the reformed water tank 42 is pumped (supplied) to the vaporizer 22 by the reformed water pump 43 by operating the reformed water pump 43 .

エア供給装置50は、モジュールケース29内に形成されたエア通路に接続されるエア供給管51と、エア供給管51の入口に設けられたエアフィルタ52と、エア供給管51に組み込まれたエアポンプ53とを有する。エアポンプ53を作動させることで、カソードガスとしてのエアは、エアフィルタ52を介してエア供給管51に吸引され、モジュールケース29内のエア通路を経て各燃料電池スタック21へと圧送(供給)される。 The air supply device 50 includes an air supply pipe 51 connected to an air passage formed in the module case 29, an air filter 52 provided at the entrance of the air supply pipe 51, and an air pump incorporated in the air supply pipe 51. 53. By operating the air pump 53, air as a cathode gas is sucked into the air supply pipe 51 via the air filter 52, and is forcefully sent (supplied) to each fuel cell stack 21 through the air passage in the module case 29. Ru.

排熱回収装置60は、湯水を貯留する貯湯タンク63と、発電モジュール20の燃焼部25で生成された燃焼排ガスと湯水とを熱交換する熱交換器62と、貯湯タンク63と熱交換器62とを接続する循環配管61と、循環配管61に組み込まれた循環ポンプ64とを有する。貯湯タンク63内に貯留されている湯水は、循環ポンプ64を作動させることで、熱交換器62へと導入され、熱交換器62で燃焼排ガスとの熱交換によって昇温させられた後、貯湯タンク63へと返送される。熱交換器62で湯水との熱交換によって燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮し、これにより凝縮水が得られる。 The exhaust heat recovery device 60 includes a hot water storage tank 63 that stores hot water, a heat exchanger 62 that exchanges heat between the combustion exhaust gas generated in the combustion section 25 of the power generation module 20 and the hot water, and the hot water storage tank 63 and the heat exchanger 62. and a circulation pump 64 built into the circulation pipe 61. The hot water stored in the hot water storage tank 63 is introduced into the heat exchanger 62 by operating the circulation pump 64, and after being raised in temperature by heat exchange with combustion exhaust gas in the heat exchanger 62, the hot water is stored in the hot water storage tank 63. It is returned to tank 63. Water vapor in the combustion exhaust gas is condensed by heat exchange with hot water in the heat exchanger 62, thereby obtaining condensed water.

また、排熱回収装置60の熱交換器62は、配管66を介して改質水タンク42と接続されており、燃焼排ガス中の水蒸気が凝縮することにより得られた凝縮水は、当該配管66を介して改質水タンク42内へと導入される。更に、熱交換器62の燃焼排ガスの通路は、燃焼排ガス排出管67に接続されている。これにより、発電モジュール20の燃焼部25から排出されて熱交換器62で水分が除去された排ガスは、燃焼排ガス排出管67を介して大気中に排出される。 Further, the heat exchanger 62 of the exhaust heat recovery device 60 is connected to the reformed water tank 42 via a pipe 66, and the condensed water obtained by condensing water vapor in the combustion exhaust gas is The reformed water is introduced into the reformed water tank 42 via. Further, the combustion exhaust gas passage of the heat exchanger 62 is connected to a combustion exhaust gas exhaust pipe 67. As a result, the exhaust gas discharged from the combustion section 25 of the power generation module 20 and from which moisture has been removed by the heat exchanger 62 is discharged into the atmosphere via the combustion exhaust gas discharge pipe 67.

パワーコンディショナ70は、燃料電池スタック21から出力された直流電圧を所定電圧(例えば、DC250V~300V)に変換するDC/DCコンバータや、変換された直流電圧を電力系統2と連系可能な交流電圧(例えば、AC200V)に変換するインバータを有する。燃料電池スタック21の出力端子には、当該燃料電池スタック21から出力される電流Iを検出する図示しない電流センサが設けられ、燃料電池スタック21の出力端子間には、燃料電池スタック21の端子間電圧を検出する図示しない電圧センサが設けられている。パワーコンディショナ70は、システムに要求される要求発電電力に応じた電流が燃料電池スタック21から出力されるようDC/DCコンバータやインバータが備えるスイッチング素子をスイッチング制御する。 The power conditioner 70 includes a DC/DC converter that converts the DC voltage output from the fuel cell stack 21 into a predetermined voltage (for example, DC 250V to 300V), and an AC converter that can connect the converted DC voltage to the power system 2. It has an inverter that converts the voltage (for example, AC 200V). The output terminal of the fuel cell stack 21 is provided with a current sensor (not shown) that detects the current I output from the fuel cell stack 21. A voltage sensor (not shown) is provided to detect voltage. The power conditioner 70 performs switching control on switching elements included in the DC/DC converter and the inverter so that the fuel cell stack 21 outputs a current corresponding to the required generated power required by the system.

パワーコンディショナ70から分岐した電力ラインには電源基板72が接続されている。電源基板72は、燃料電池スタック21からの直流電圧や電力系統2からの交流電圧を補機類の作動に適した直流電圧に変換して当該補機類に供給するものである。実施形態では、補機類としては、換気ファン14や開閉弁32,33、ガスポンプ35、改質水ポンプ43、エアポンプ53、循環ポンプ64などを挙げることができる。 A power supply board 72 is connected to a power line branched from the power conditioner 70. The power supply board 72 converts the DC voltage from the fuel cell stack 21 and the AC voltage from the power system 2 into a DC voltage suitable for the operation of the auxiliary equipment, and supplies the DC voltage to the auxiliary equipment. In the embodiment, examples of auxiliary equipment include the ventilation fan 14, the on-off valves 32 and 33, the gas pump 35, the reformed water pump 43, the air pump 53, and the circulation pump 64.

制御装置80は、CPU81を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、CPU81の他に処理プログラムを記憶するROM82と、データを一時的に記憶するRAM83と、計時を行なうタイマ84と、図示しない不揮発性メモリと、図示しない入出力ポートと、を備える。制御装置80には、圧力センサ37aや流量センサ37b、温度センサ91,94,98,99などからの各種検出信号が入力ポートを介して入力されている。また、制御装置80からは、換気ファン14のファンモータや開閉弁32,33のソレノイド、ガスポンプ35のポンプモータ、改質水ポンプ43のポンプモータ、エアポンプ53のポンプモータ、循環ポンプ64のポンプモータ、パワーコンディショナ70のDC/DCコンバータやインバータ、電源基板72、着火ヒータ26、触媒ヒータ28などへの各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。 The control device 80 is configured as a microprocessor centered around a CPU 81, and includes, in addition to the CPU 81, a ROM 82 for storing processing programs, a RAM 83 for temporarily storing data, a timer 84 for measuring time, and a non-volatile memory (not shown). It includes a digital memory and an input/output port (not shown). Various detection signals from the pressure sensor 37a, flow rate sensor 37b, temperature sensors 91, 94, 98, 99, etc. are input to the control device 80 via input ports. The control device 80 also controls the fan motor of the ventilation fan 14, the solenoids of the on-off valves 32 and 33, the pump motor of the gas pump 35, the pump motor of the reformed water pump 43, the pump motor of the air pump 53, and the pump motor of the circulation pump 64. , various control signals to the DC/DC converter and inverter of the power conditioner 70, the power supply board 72, the ignition heater 26, the catalyst heater 28, etc. are outputted via the output port.

次に、こうして構成された本実施形態の燃料電池システム10の動作について説明する。制御装置80のCPU81は、システム起動が要求されると、脱硫器36に燃料成分を吸着させる燃料吸着処理、燃焼部25内をエアの供給によってパージするパージ処理、燃焼部25に燃料とエアとを供給してその混合ガスを着火させる着火処理、気化器22に原燃料ガスと改質水とを供給して改質器23において水蒸気改質反応を生起させる水蒸気改質処理を順次実行してシステムを起動する。ここで、着火処理は、燃焼部25における混合ガスの空燃比が予め定められた目標比となるよう目標ガス流量Qgtagと目標エア流量Qatagとに設定してガスポンプ35およびエアポンプ53を制御すると共に燃焼部25における混合ガスに着火するよう着火ヒータ26を制御することにより行なわれる。着火処理における目標比は、着火初期においては着火性を高めるために理論空燃比よりも小さな空燃比とされ、着火後は、時間の経過と共に理論空燃比に近づくよう徐々に大きくされる。 Next, the operation of the fuel cell system 10 of this embodiment configured in this manner will be described. When system startup is requested, the CPU 81 of the control device 80 performs a fuel adsorption process to adsorb fuel components to the desulfurizer 36, a purge process to purge the inside of the combustion section 25 by supplying air, and a process to supply fuel and air to the combustion section 25. and a steam reforming process in which raw fuel gas and reformed water are supplied to the vaporizer 22 and a steam reforming reaction is caused in the reformer 23. Boot the system. Here, the ignition process is performed by controlling the gas pump 35 and the air pump 53 by setting the target gas flow rate Qgtag and the target air flow rate Qatag so that the air-fuel ratio of the mixed gas in the combustion section 25 becomes a predetermined target ratio. This is done by controlling the ignition heater 26 to ignite the mixed gas in the section 25. The target ratio in the ignition process is set to an air-fuel ratio smaller than the stoichiometric air-fuel ratio in the initial stage of ignition in order to improve ignitability, and after ignition is gradually increased so as to approach the stoichiometric air-fuel ratio as time passes.

システム起動が完了すると、CPU81は、システムに要求される要求発電出力に応じた目標電流Itagが燃料電池スタック21から出力されるよう原燃料ガス、改質水およびエア(空気)の供給量を制御して発電を開始する。原燃料ガスの供給量の制御は、目標電流Itagに応じたガス流量を燃料利用率Ufに基づいて増加側に補正した目標ガス流量Qgtagを設定し、流量センサ37bにより検出されるガス流量Qgが設定した目標ガス流量Qgtagに一致するようガスポンプ35を制御することにより行なわれる。改質水の供給量の制御は、改質器23におけるスチームカーボン比SC(原燃料ガス中の炭化水素に含まれる炭素と水蒸気改質のために添加される水蒸気とのモル比)が予め定められた目標比SCtagに一致するよう目標ガス流量Qgtagに基づいて目標改質水流量Qwtagを設定し、設定した目標改質水流量Qwtagの改質水が供給されるよう改質水ポンプ43を制御することにより行なわれる。エアの供給量の制御は、温度センサ94により検出される温度T4が予め定められた目標温度T4tagに一致するようフィードバック制御により目標エア流量Qatagを設定し、設定した目標エア流量Qatagのエアが供給されるようエアポンプ53を制御することにより行なわれる。 When the system startup is completed, the CPU 81 controls the supply amount of raw fuel gas, reformed water, and air so that the target current Itag corresponding to the required power generation output required by the system is output from the fuel cell stack 21. and start generating electricity. The supply amount of the raw fuel gas is controlled by setting a target gas flow rate Qgtag, which is the gas flow rate corresponding to the target current Itag corrected to the increasing side based on the fuel utilization rate Uf, so that the gas flow rate Qg detected by the flow rate sensor 37b is This is done by controlling the gas pump 35 to match the set target gas flow rate Qgtag. The supply amount of reformed water is controlled by predetermining the steam carbon ratio SC (molar ratio of carbon contained in hydrocarbons in raw fuel gas to steam added for steam reforming) in the reformer 23. The target reforming water flow rate Qwtag is set based on the target gas flow rate Qgtag so as to match the target ratio SCtag, and the reforming water pump 43 is controlled so that the reformed water of the set target reforming water flow rate Qwtag is supplied. It is done by doing. To control the air supply amount, a target air flow rate Qatag is set by feedback control so that the temperature T4 detected by the temperature sensor 94 matches a predetermined target temperature T4tag, and air of the set target air flow rate Qatag is supplied. This is done by controlling the air pump 53 so that the

そして、発電中にシステム停止が要求されると、CPU81は、温度センサ94により検出される温度T4が停止許可温度以下になるまで、高温雰囲気下において燃料電池スタック21(電極)が酸化劣化しない程度の流量(一定流量)を目標ガス流量Qgtagに設定してガスポンプ35を制御すると共に燃料電池スタック21を冷却するのに必要な流量(一定流量)を目標エア流量Qatagに設定してエアポンプ53を制御する。そして、温度T4が停止許可温度以下になると、ガスポンプ35やエアポンプ53を停止して、システムを停止させる。 When a system stop is requested during power generation, the CPU 81 determines the extent to which the fuel cell stack 21 (electrodes) will not deteriorate due to oxidation in a high temperature atmosphere until the temperature T4 detected by the temperature sensor 94 becomes equal to or lower than the stop permission temperature. The gas pump 35 is controlled by setting the flow rate (constant flow rate) as the target gas flow rate Qgtag, and the air pump 53 is controlled by setting the flow rate (constant flow rate) necessary for cooling the fuel cell stack 21 as the target air flow rate Qatag. do. Then, when the temperature T4 becomes lower than the stop permission temperature, the gas pump 35 and the air pump 53 are stopped to stop the system.

次に、リサイクルガス管38を流れる燃焼ガスの流量が変化した際の動作について説明する。図2は、制御装置80のCPU81により実行される流量補正処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、例えばシステム起動時(着火時)や発電時、システム停止時において、所定時間毎に繰り返し実行される。 Next, the operation when the flow rate of combustion gas flowing through the recycle gas pipe 38 changes will be explained. FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of a flow rate correction process executed by the CPU 81 of the control device 80. This process is repeatedly executed at predetermined time intervals, for example, when the system is started (ignited), when power is generated, and when the system is stopped.

流量補正処理が実行されると、制御装置80のCPU81は、まず、温度センサ99からの温度THT10(リサイクルガス管38を流れるリサイクルガスの温度)を入力する(ステップS100)。続いて、今回入力した温度THT10から前回入力した温度(前回THT10)を減じることにより温度変化量ΔTHT10を計算する(ステップS110)。 When the flow rate correction process is executed, the CPU 81 of the control device 80 first inputs the temperature THT10 (the temperature of the recycle gas flowing through the recycle gas pipe 38) from the temperature sensor 99 (step S100). Subsequently, the temperature change amount ΔTHT10 is calculated by subtracting the previously input temperature (previous THT10) from the currently input temperature THT10 (step S110).

次に、実行フラグFが値0であるか否かを判定する(ステップS120)。実行フラグFは、後述するエア(空気)の流量補正を実行中であるか否かを示すフラグであり、値0は実行中でないことを示し、値1は実行中であることを示す。実行フラグFが値0であると判定すると、温度変化量ΔTHT10が所定変化量ΔTref以上であるか否かを判定する(ステップS130)。所定変化量ΔTrefは、リサイクルガス管38を流れるリサイクルガスの流量が増量側に変化したか否かを判定するための閾値である。本実施形態では、改質器23は燃焼部25によるオフガスの燃焼により生じた熱によって加熱され、リサイクルガス管38には、改質器23からの高温のガス(リサイクルガス)が流れ込むため、リサイクルガスの温度と流量(リサイクル量)との間には相関を有する。したがって、リサイクルガス管38に設置された温度センサ99により検出される温度THT10の変化量(温度変化量ΔTHT10)に基づいてリサイクルガスの流量が増量側に変化したか否かを判定することができる。 Next, it is determined whether the execution flag F is 0 (step S120). The execution flag F is a flag indicating whether or not air flow rate correction, which will be described later, is being executed; a value of 0 indicates that it is not being executed, and a value of 1 indicates that it is being executed. If it is determined that the execution flag F is 0, it is determined whether the temperature change amount ΔTHT10 is greater than or equal to the predetermined change amount ΔTref (step S130). The predetermined amount of change ΔTref is a threshold value for determining whether the flow rate of the recycle gas flowing through the recycle gas pipe 38 has changed to the increase side. In this embodiment, the reformer 23 is heated by heat generated by combustion of off-gas in the combustion section 25, and high-temperature gas (recycle gas) from the reformer 23 flows into the recycle gas pipe 38, so that the reformer 23 is recycled. There is a correlation between gas temperature and flow rate (recycle amount). Therefore, it is possible to determine whether the flow rate of the recycle gas has changed to the increase side based on the amount of change in the temperature THT10 (amount of temperature change ΔTHT10) detected by the temperature sensor 99 installed in the recycle gas pipe 38. .

ステップS130において温度変化量ΔTHT10が所定変化量ΔTref以上でないと判定すると、流量補正は必要ないと判断して、流量補正処理を終了する。一方、温度変化量ΔTHT10が所定変化量ΔTref以上であると判定すると、実行フラグFに値1を設定する(ステップS140)。そして、温度変化量ΔTHT10に基づいてエア流量補正値δaを設定すると共に(ステップS150)、目標エア流量Qatagから設定したエア流量補正値δaを減算することにより目標エア流量Qatagを補正して(ステップS160)、流量補正処理を終了する。 If it is determined in step S130 that the temperature change amount ΔTHT10 is not equal to or greater than the predetermined change amount ΔTref, it is determined that flow rate correction is not necessary, and the flow rate correction process is ended. On the other hand, if it is determined that the temperature change amount ΔTHT10 is greater than or equal to the predetermined change amount ΔTref, the execution flag F is set to a value of 1 (step S140). Then, the air flow rate correction value δa is set based on the temperature change amount ΔTHT10 (step S150), and the target air flow rate Qatag is corrected by subtracting the set air flow rate correction value δa from the target air flow rate Qatag (step S150). S160), the flow rate correction process ends.

ここで、エア流量補正値δaの設定は、本実施形態では、温度変化量ΔTHT10とエア流量補正値δaとの関係を予め求めてエア流量補正値設定用マップとしてROM82に記憶しておき、温度変化量ΔTHT10が与えられると、マップから対応するエア流量補正値δaを導出することにより行なうものとした。エア流量補正値設定用マップの一例を図3に示す。図示するように、エア流量補正値δaは、温度変化量ΔTHT10が大きいほど大きくなるように設定される。すなわち、目標エア流量Qatagは、温度変化量ΔTHT10が大きいほど(リサイクルガスの流量の変化量が増量側に大きいほど)、大きく減量されるように補正される。 In this embodiment, the air flow rate correction value δa is set by determining the relationship between the temperature change amount ΔTHT10 and the air flow rate correction value δa in advance and storing it in the ROM 82 as a map for setting the air flow rate correction value. When the amount of change ΔTHT10 is given, this is done by deriving the corresponding air flow rate correction value δa from the map. An example of the air flow rate correction value setting map is shown in FIG. As shown in the figure, the air flow rate correction value δa is set to increase as the temperature change amount ΔTHT10 increases. That is, the target air flow rate Qatag is corrected so that the larger the temperature change amount ΔTHT10 is (the larger the change amount in the recycle gas flow rate is toward the increase side), the larger the target air flow rate Qatag is reduced.

上述したように、リサイクルガス管38は改質器23とマニホールド24とを接続する配管23pから分岐して原燃料ガス供給管31に接続されるものであり、改質器23から流出した燃料の流量のうちリサイクルガス管38を介してリサイクルされる燃料の流量(リサイクル量)の割合r[%]は、配管23pとリサイクルガス管38との圧損差によって決まる。こうしたシステムにおいて、発電モジュール20(気化器22)へ供給する燃料の供給量を所定量a増量すると、リサイクル量は上述した割合rに応じた量(a×r/100)増量するため、配管23pから燃料電池スタック21側へ向かう燃料の流量は、発電モジュール20へ供給した燃料の増量分aに対して、瞬間的には、a×(1-r/100)しか増量しない。このため、システム起動時(着火時)において、燃焼部25における空燃比が狙い値となるように発電モジュール20への燃料の供給量を制御しても、燃料の供給量が増量(燃料の供給が開始)される際に空燃比が狙い値から外れ、燃焼性(着火性)が悪化してしまう。また、発電時においては、燃焼部25において空燃比が狙い値から外れるのに加えて、燃料電池スタック21における燃料利用率が変化し、燃料電池スタック21から出力される電圧(スタック電圧)が低下するおそれもある。本実施形態では、リサイクル量が増量側に変化すると、空燃比が適正範囲から外れないよう減量側に補正した目標エア流量Qatagを設定することで、上述した不具合の発生を抑制することができる。 As mentioned above, the recycle gas pipe 38 branches from the pipe 23p connecting the reformer 23 and the manifold 24 and is connected to the raw fuel gas supply pipe 31, and is used to collect the fuel that has flowed out from the reformer 23. The ratio r [%] of the flow rate (recycled amount) of fuel recycled via the recycle gas pipe 38 in the flow rate is determined by the pressure drop difference between the pipe 23p and the recycle gas pipe 38. In such a system, when the amount of fuel supplied to the power generation module 20 (vaporizer 22) is increased by a predetermined amount a, the recycled amount increases by an amount (a×r/100) according to the above-mentioned ratio r. The flow rate of fuel from the fuel cell stack 21 toward the fuel cell stack 21 momentarily increases by only a×(1−r/100) with respect to the increased amount a of fuel supplied to the power generation module 20. Therefore, even if the amount of fuel supplied to the power generation module 20 is controlled so that the air-fuel ratio in the combustion section 25 reaches the target value at the time of system startup (at the time of ignition), the amount of fuel supplied increases (the amount of fuel supplied (starting), the air-fuel ratio deviates from the target value, resulting in poor combustibility (ignitability). Furthermore, during power generation, in addition to the air-fuel ratio in the combustion section 25 deviating from the target value, the fuel utilization rate in the fuel cell stack 21 changes, and the voltage output from the fuel cell stack 21 (stack voltage) decreases. There is also a possibility that In this embodiment, when the recycle amount changes to the increase side, the occurrence of the above-described problem can be suppressed by setting the target air flow rate Qatag corrected to the decrease side so that the air-fuel ratio does not deviate from the appropriate range.

実行フラグFを値1に設定した後、流量補正処理が実行されると、ステップS120において、否定的な判定(「NO」)がなされるため、次に、前回に流量補正処理で設定したエア流量補正値δaから所定値αを減じたものを新たなエア流量補正値δaに設定し(ステップS170)、設定したエア流量補正値δaが値0よりも大きいか否かを判定する(ステップS180)。エア流量補正値δaが値0よりも大きいと判定すると、ステップS160に進み、目標エア流量Qatagからエア流量補正値δaを減算することにより目標エア流量Qatagを補正して、流量補正処理を終了する。本実施形態では、流量補正処理は所定時間毎に繰り返し実行されるため、エア流量補正値δaは、値0に向けて所定値αずつ漸減されることになる。リサイクルガス管38を介して原燃料ガス供給管31にリサイクルされたリサイクルガスは再びガスポンプ35により脱硫器36へ圧送(供給)されるため、リサイクル量が増量することで燃料電池スタック21や燃焼部25において生じる燃料流量の不足は、一時的なものであり、時間の経過と共に収束していく。エア流量補正値δaを値0に向けて漸減させるのは、燃料流量の不足が収束するのに合わせてエア流量を調整するためである。こうしてエア流量補正値δaを所定値αずつ漸減させた結果、ステップS180でエア流量補正値δaが値0以下となると、流量補正の実行を終了させるために実行フラグFに値0を設定して(ステップS190)、流量補正処理を終了する。 When the flow rate correction process is executed after setting the execution flag F to the value 1, a negative determination ("NO") is made in step S120. A new air flow rate correction value δa is set by subtracting a predetermined value α from the flow rate correction value δa (step S170), and it is determined whether the set air flow rate correction value δa is larger than the value 0 (step S180). ). If it is determined that the air flow rate correction value δa is larger than the value 0, the process proceeds to step S160, where the target air flow rate Qatag is corrected by subtracting the air flow rate correction value δa from the target air flow rate Qatag, and the flow rate correction process is ended. . In this embodiment, since the flow rate correction process is repeatedly executed at predetermined time intervals, the air flow rate correction value δa is gradually decreased by the predetermined value α toward the value 0. The recycle gas recycled to the raw fuel gas supply pipe 31 via the recycle gas pipe 38 is again pressure-fed (supplied) to the desulfurizer 36 by the gas pump 35, so the increased amount of recycling increases the fuel cell stack 21 and the combustion section. The shortage of fuel flow rate that occurs at 25 is temporary and will subside over time. The reason why the air flow rate correction value δa is gradually decreased toward the value 0 is to adjust the air flow rate in accordance with the end of the fuel flow shortage. As a result of gradually decreasing the air flow rate correction value δa by the predetermined value α in this way, when the air flow rate correction value δa becomes 0 or less in step S180, the execution flag F is set to 0 in order to end the execution of the flow rate correction. (Step S190), the flow rate correction process ends.

図4は、システム起動時(着火時)における温度THT10と目標エア流量Qatagとエア流量補正値δaと目標ガス流量Qgtagの時間変化の様子を示す説明図である。着火時において、燃焼部25における空燃比が狙い値となるように目標ガス流量Qgtagと目標エア流量Qatagとをそれぞれ予め定められた一定量に設定してガスポンプ35とエアポンプ53とを制御する。目標ガス流量Qgtag(一定量)で燃料(原燃料ガス)の供給が開始されると(時刻t11)、改質器23から流出した燃料の一部が原燃料ガス供給管31へリサイクル(還流)されるため、リサイクル量が増加し、温度THT10が上昇する。このとき、温度THT10の変化量(温度変化量ΔTHT10)に応じたエア流量補正値δaが設定され、目標エア流量Qatagは、エア流量補正値δaだけ減量される(時刻t12)。これにより、燃焼部25における空燃比が狙い値に維持される。その後、リサイクル量の増加が収束するにつれて、エア流量補正値δaは値0に向けて漸減し、目標エア流量Qatagは、本来の目標エア流量Qatagに戻される(時刻t13)。なお、図中において、目標エア流量Qatagの収束後の値が初期値よりも大きいのは、上述したように、着火処理においては、着火性を高めるために着火初期の空燃比を比較的小さくし、着火が進行するにつれて一酸化炭素の発生を抑制するために空燃比を徐々に理論空燃比に近づけるためである。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing how the temperature THT10, the target air flow rate Qatag, the air flow rate correction value δa, and the target gas flow rate Qgtag change over time at the time of system startup (at the time of ignition). At the time of ignition, the gas pump 35 and the air pump 53 are controlled by setting the target gas flow rate Qgtag and the target air flow rate Qatag to predetermined constant amounts, respectively, so that the air-fuel ratio in the combustion section 25 reaches a target value. When the supply of fuel (raw fuel gas) is started at the target gas flow rate Qgtag (fixed amount) (time t11), a part of the fuel flowing out from the reformer 23 is recycled (refluxed) to the raw fuel gas supply pipe 31. Therefore, the amount of recycling increases and the temperature THT10 rises. At this time, an air flow rate correction value δa is set according to the amount of change in temperature THT10 (temperature change amount ΔTHT10), and the target air flow rate Qatag is reduced by the air flow rate correction value δa (time t12). Thereby, the air-fuel ratio in the combustion section 25 is maintained at the target value. Thereafter, as the increase in the recycle amount converges, the air flow rate correction value δa gradually decreases toward the value 0, and the target air flow rate Qatag is returned to the original target air flow rate Qatag (time t13). Note that in the figure, the value of the target air flow rate Qatag after convergence is larger than the initial value because, as mentioned above, in the ignition process, the air-fuel ratio at the initial stage of ignition is kept relatively small in order to improve ignition performance. This is to gradually bring the air-fuel ratio closer to the stoichiometric air-fuel ratio in order to suppress the generation of carbon monoxide as ignition progresses.

以上説明した本実施形態の燃料電池システム10では、水素を用いて原燃料ガスに含まれる硫黄成分を脱硫して改質器23へ供給する脱硫器36と、脱硫器36へ原燃料ガスが流れる原燃料ガス供給管31と改質器23から燃料電池スタック21へ燃料ガスが流れる配管23pとを接続して改質器23からの燃焼の一部を脱硫器36へ還流させるリサイクルガス管38と、を備えるものにおいて、改質器23からリサイクルガス管38を介して脱硫器36へ還流される燃料の流量(リサイクル量)が変化した場合に、燃料電池スタック21または燃焼部25における空燃比が適正範囲から外れないようエア流量補正値δaを設定して目標エア流量Qatagを補正する。これにより、改質器23への燃料の供給量を変化させるものとしても、燃料電池スタック21や燃焼部25における空燃比を適正にして、燃料電池スタック21や燃焼部25の状態を良好にすることができる。 In the fuel cell system 10 of this embodiment described above, the desulfurizer 36 desulfurizes the sulfur component contained in the raw fuel gas using hydrogen and supplies it to the reformer 23, and the raw fuel gas flows to the desulfurizer 36. A recycle gas pipe 38 connects the raw fuel gas supply pipe 31 and a pipe 23p through which fuel gas flows from the reformer 23 to the fuel cell stack 21 and recirculates a part of the combustion from the reformer 23 to the desulfurizer 36. , when the flow rate (recycled amount) of fuel returned from the reformer 23 to the desulfurizer 36 via the recycled gas pipe 38 changes, the air-fuel ratio in the fuel cell stack 21 or the combustion section 25 changes. The target air flow rate Qatag is corrected by setting the air flow rate correction value δa so as not to deviate from the appropriate range. As a result, even if the amount of fuel supplied to the reformer 23 is changed, the air-fuel ratio in the fuel cell stack 21 and the combustion section 25 is made appropriate, and the conditions of the fuel cell stack 21 and the combustion section 25 are improved. be able to.

また、本実施形態の燃料電池システム10では、リサイクル量が変化した場合に、リサイクル量の変化量に基づいてエア流量補正値δaの初期値を設定し、時間の経過と共にエア流量補正値δaを値0に向けて漸減させる。これにより、簡易な処理によりリサイクル量の変化の収束と共にエア流量補正値δaを値0にすることができる。 Furthermore, in the fuel cell system 10 of this embodiment, when the recycle amount changes, the initial value of the air flow rate correction value δa is set based on the amount of change in the recycle amount, and the air flow rate correction value δa is adjusted as time passes. Gradually decrease toward the value 0. As a result, the air flow rate correction value δa can be set to 0 with a simple process as the change in the recycle amount converges.

さらに、本実施形態の燃料電池システム10では、リサイクルガス管38に設置された温度センサ99により検出される温度THT10の変化量(温度変化量ΔTHT10)が所定変化量ΔTref以上となったときに目標エア流量Qatagを補正する。これにより、リサイクルガス管38に高精度な流量計を設置する必要をなくし、コストの低減を図ることができる。 Furthermore, in the fuel cell system 10 of the present embodiment, when the amount of change in the temperature THT10 (amount of temperature change ΔTHT10) detected by the temperature sensor 99 installed in the recycled gas pipe 38 exceeds the predetermined amount of change ΔTref, the target Correct the air flow rate Qatag. Thereby, it is not necessary to install a highly accurate flow meter in the recycled gas pipe 38, and it is possible to reduce costs.

上述した実施形態では、リサイクル量が変化した場合に燃料電池スタック21へのエアの供給量(目標エア流量Qatag)を補正するものとしたが、原燃料ガスの供給量(目標ガス流量Qgtag)を補正するものとしてもよい。図5は、他の実施形態に係る流量補正処理の一例を示すフローチャートである。なお、図5の流量補正処理の各処理のうち図2と同一の処理については同一のステップ番号を付し、その説明は重複するから省略する。この他の実施形態に係る流量補正処理では、ステップS120において実行フラグFが値0であると判定し、続くステップS130において温度変化量ΔTHT10が所定変化量ΔTref以上であると判定すると、ステップS140で実行フラグFに値1を設定した後、温度変化量ΔTHT10に基づいてガス流量補正値δgを設定すると共に(ステップS200)、目標ガス流量Qgtagに設定したガス流量補正値δgを加算することにより目標ガス流量Qgtagを補正する(ステップS210)。更に、改質器23におけるスチームカーボン比SCが目標比SCtagとなるよう補正した目標ガス流量Qgtagに基づいて目標改質水流量Qwtagを設定して(ステップS220)、流量補正処理を終了する。 In the embodiment described above, the amount of air supplied to the fuel cell stack 21 (target air flow rate Qatag) is corrected when the recycling amount changes, but the amount of raw fuel gas supplied (target gas flow rate Qgtag) is corrected. It may be corrected. FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of flow rate correction processing according to another embodiment. Note that among the flow rate correction processing in FIG. 5, the same steps as those in FIG. 2 are given the same step numbers, and the explanation thereof will be omitted since it is redundant. In the flow rate correction process according to this other embodiment, when it is determined in step S120 that the execution flag F is 0, and in the subsequent step S130 it is determined that the temperature change amount ΔTHT10 is greater than or equal to the predetermined change amount ΔTref, in step S140 After setting the execution flag F to a value of 1, the gas flow rate correction value δg is set based on the temperature change amount ΔTHT10 (step S200), and the target gas flow rate correction value δg is added to the target gas flow rate Qgtag. The gas flow rate Qgtag is corrected (step S210). Further, a target reforming water flow rate Qwtag is set based on the target gas flow rate Qgtag corrected so that the steam carbon ratio SC in the reformer 23 becomes the target ratio SCtag (step S220), and the flow rate correction process is ended.

ここで、ガス流量補正値δgの設定は、本実施形態では、温度変化量ΔTHT10とガス流量補正値δgとの関係を予め求めてガス流量補正値設定用マップとしてROM82に記憶しておき、温度変化量ΔTHT10が与えられると、マップから対応するガス流量補正値δgを導出することにより行なうものとした。ガス流量補正値設定用マップの一例を図6に示す。図示するように、ガス流量補正値δgは、温度変化量ΔTHT10が大きいほど大きくなるように設定される。すなわち、目標ガス流量Qgtagは、温度変化量ΔTHT10が大きいほど大きく増量されるように補正される。このように、リサイクル量が増量すると、空燃比が適正範囲を外れないように増量側に補正した目標ガス流量Qgtagを設定することで、燃焼部25における燃焼性の悪化や燃料電池スタック21の燃料利用率の変動を抑制することができる。 In this embodiment, the gas flow rate correction value δg is set by determining the relationship between the temperature change amount ΔTHT10 and the gas flow rate correction value δg in advance and storing it in the ROM 82 as a map for setting the gas flow rate correction value. When the amount of change ΔTHT10 is given, this is done by deriving the corresponding gas flow rate correction value δg from the map. An example of the gas flow rate correction value setting map is shown in FIG. As shown in the figure, the gas flow rate correction value δg is set to increase as the temperature change amount ΔTHT10 increases. That is, the target gas flow rate Qgtag is corrected so that the larger the temperature change amount ΔTHT10 is, the larger the target gas flow rate Qgtag is increased. In this way, when the recycled amount increases, setting the corrected target gas flow rate Qgtag to the increasing side so that the air-fuel ratio does not go out of the appropriate range reduces the deterioration of combustibility in the combustion section 25 and the fuel cell stack 21. Fluctuations in usage rates can be suppressed.

実行フラグFを値1に設定した後、流量補正処理が実行されると、ステップS120において、否定的な判定(「NO」)がなされるため、次に、前回に流量補正処理で設定したガス流量補正値δgから所定値βを減じたものを新たなガス流量補正値δgに設定し(ステップS230)、設定したガス流量補正値δgが値0よりも大きいか否かを判定する(ステップS240)。ガス流量補正値δgが値0よりも大きいと判定すると、ステップS210に進み、目標ガス流量Qgtagにガス流量補正値δgを加算することにより目標ガス流量Qgtagを補正すると共にスチームカーボン比SCが目標比SCtagとなるよう補正した目標ガス流量Qgtagに基づいて目標改質水流量Qwtagを設定して(ステップS210,S220)、流量補正処理を終了する。流量補正処理は所定時間毎に繰り返し実行されるため、ガス流量補正値δgは、値0に向けて所定値βずつ漸減されることになる。こうしてガス流量補正値δgを所定値βずつ漸減させた結果、ステップS240でガス流量補正値δgが値0以下となると、流量補正の実行を終了させるために実行フラグFに値0を設定して(ステップS190)、流量補正処理を終了する。 When the flow rate correction process is executed after setting the execution flag F to the value 1, a negative determination ("NO") is made in step S120, so next, the gas set in the previous flow rate correction process is The value obtained by subtracting the predetermined value β from the flow rate correction value δg is set as a new gas flow rate correction value δg (step S230), and it is determined whether the set gas flow rate correction value δg is larger than the value 0 (step S240). ). If it is determined that the gas flow rate correction value δg is larger than the value 0, the process proceeds to step S210, where the target gas flow rate Qgtag is corrected by adding the gas flow rate correction value δg to the target gas flow rate Qgtag, and the steam carbon ratio SC is set to the target ratio. The target reforming water flow rate Qwtag is set based on the target gas flow rate Qgtag corrected to be SCtag (steps S210, S220), and the flow rate correction process is ended. Since the flow rate correction process is repeatedly executed at predetermined time intervals, the gas flow rate correction value δg is gradually decreased by the predetermined value β toward the value 0. As a result of gradually decreasing the gas flow rate correction value δg by the predetermined value β in this way, when the gas flow rate correction value δg becomes less than or equal to 0 in step S240, the execution flag F is set to 0 in order to end the execution of the flow rate correction. (Step S190), the flow rate correction process ends.

図7は、システム起動時における温度THT10と目標エア流量Qatagと目標ガス流量Qgtagとガス流量補正値δgとの時間変化の様子を示す説明図である。着火時において、燃焼部25における空燃比が狙い値となるように目標ガス流量Qgtagと目標エア流量Qatagとをそれぞれ予め定められた一定量に設定してガスポンプ35とエアポンプ53とを制御する。目標ガス流量Qgtag(一定量)で燃料(原燃料ガス)の供給が開始されると(時刻t21)、改質器23から流出した燃料の一部が原燃料ガス供給管31へリサイクル(還流)されるため、リサイクル量が増加し、温度THT10が上昇する。このとき、温度THT10の変化量(温度変化量ΔTHT10)に応じたガス流量補正値δgが設定され、目標ガス流量Qgtagは、ガス流量補正値δgだけ増量される(時刻t22)。これにより、燃焼部25における空燃比が狙い値に維持される。その後、リサイクル量の増加が収束するにつれて、ガス流量補正値δgは値0に向けて漸減し、目標ガス流量Qgtagは、本来の目標ガス流量Qgtagに戻される(時刻t23)。 FIG. 7 is an explanatory diagram showing how the temperature THT10, target air flow rate Qatag, target gas flow rate Qgtag, and gas flow rate correction value δg change over time at the time of system startup. At the time of ignition, the gas pump 35 and the air pump 53 are controlled by setting the target gas flow rate Qgtag and the target air flow rate Qatag to predetermined constant amounts, respectively, so that the air-fuel ratio in the combustion section 25 reaches a target value. When the supply of fuel (raw fuel gas) is started at the target gas flow rate Qgtag (fixed amount) (time t21), a part of the fuel flowing out from the reformer 23 is recycled (refluxed) to the raw fuel gas supply pipe 31. Therefore, the amount of recycling increases and the temperature THT10 rises. At this time, a gas flow rate correction value δg is set according to the amount of change in temperature THT10 (temperature change amount ΔTHT10), and the target gas flow rate Qgtag is increased by the gas flow rate correction value δg (time t22). Thereby, the air-fuel ratio in the combustion section 25 is maintained at the target value. Thereafter, as the increase in the recycle amount converges, the gas flow rate correction value δg gradually decreases toward the value 0, and the target gas flow rate Qgtag is returned to the original target gas flow rate Qgtag (time t23).

上述した実施形態では、リサイクル量が増量側に変化した場合に目標エア流量Qatagや目標ガス流量Qgtagを補正するものとした。しかし、リサイクル量が減量側に変化した場合も目標エア流量Qatagや目標ガス流量Qgtagを補正してもよい。目標エア流量Qatagを補正する場合、リサイクル量の変化量が減量側に大きいほど(温度変化量ΔTHT10が値0未満で且つ絶対値として大きいほど)大きくなるようにエア流量補正値δaを設定すると共に目標エア流量Qatagにエア流量補正値δaを加算することにより新たな目標エア流量Qatagを設定すればよい。また、目標ガス流量Qgtagを補正する場合、リサイクル量の変化量が減量側に大きいほど(温度変化量ΔTHT10が値0未満で且つ絶対値として大きいほど)大きくなるようにガス流量補正値δgを設定すると共に目標ガス流量Qgtagからガス流量補正値δgを減算することにより新たな目標ガス流量Qgtagを設定すればよい。 In the embodiment described above, the target air flow rate Qatag and the target gas flow rate Qgtag are corrected when the recycle amount changes to the increase side. However, the target air flow rate Qatag and the target gas flow rate Qgtag may be corrected even when the recycle amount changes to the reduction side. When correcting the target air flow rate Qatag, the air flow rate correction value δa is set so as to increase as the amount of change in the recycle amount increases toward the reduction side (the more the temperature change amount ΔTHT10 is less than the value 0 and is larger as an absolute value). A new target air flow rate Qatag may be set by adding the air flow rate correction value δa to the target air flow rate Qatag. In addition, when correcting the target gas flow rate Qgtag, the gas flow rate correction value δg is set so that it becomes larger as the amount of change in the recycle amount increases toward the reduction side (the more the temperature change amount ΔTHT10 is less than the value 0 and is larger as an absolute value). At the same time, a new target gas flow rate Qgtag may be set by subtracting the gas flow rate correction value δg from the target gas flow rate Qgtag.

上述した実施形態では、エア流量補正値δaやガス流量補正値δgは、初期値が設定された後、時間の経過と共に値0に向けて漸減されるものとしたが、リサイクル量の変化量に基づいて初期値から値0まで変化するように設定されてもよい。すなわち、エア流量補正値δaやガス流量補正値δgは、初期値が設定された後、リサイクル量の変化量が値0に近づくにつれて値0に近づくように設定されてもよい。 In the embodiment described above, the air flow rate correction value δa and the gas flow rate correction value δg are assumed to be gradually decreased toward the value 0 with the passage of time after the initial values are set. The value may be set to vary from the initial value to the value 0 based on the value. That is, the air flow rate correction value δa and the gas flow rate correction value δg may be set so that, after the initial values are set, they approach the value 0 as the amount of change in the recycling amount approaches the value 0.

上述した実施形態では、リサイクル量に相関するパラメータとして、リサイクルガス管38に設置された温度センサ99により検出される温度THT10を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、リサイクルガス管38に圧力センサを設置することで、当該圧力センサにより検出される圧力(リサイクルガスの圧力)を用いてもよいし、リサイクルガス管38の温度を用いてもよい。勿論、リサイクルガス管38に流量センサを設置し、当該流量センサによりリサイクル量を直接検出するようにしてもよい。 In the embodiment described above, the temperature THT10 detected by the temperature sensor 99 installed in the recycle gas pipe 38 was used as a parameter correlated to the amount of recycle, but the temperature THT10 is not limited to this. By installing a pressure sensor in 38, the pressure detected by the pressure sensor (recycle gas pressure) may be used, or the temperature of the recycle gas pipe 38 may be used. Of course, a flow rate sensor may be installed in the recycled gas pipe 38, and the recycled amount may be directly detected by the flow rate sensor.

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、燃料電池スタック21が「燃料電池」に相当し、改質器23が「改質部」に相当し、脱硫器36が「脱硫器」に相当し、原燃料ガス供給装置30が「原燃料ガス供給装置」に相当し、エア供給装置50が「空気供給装置」に相当し、燃焼部25が「燃焼部」に相当し、リサイクルガス管38が「還流路」に相当し、制御装置80が「制御装置」に相当する。また、温度センサ99が「温度センサ」に相当する。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the section of means for solving the problems will be explained. In the embodiment, the fuel cell stack 21 corresponds to a "fuel cell," the reformer 23 corresponds to a "reforming section," the desulfurizer 36 corresponds to a "desulfurizer," and the raw fuel gas supply device 30 corresponds to a "reformer". It corresponds to a "raw fuel gas supply device", the air supply device 50 corresponds to an "air supply device", the combustion section 25 corresponds to a "combustion section", the recycled gas pipe 38 corresponds to a "reflux path", The control device 80 corresponds to a "control device." Further, the temperature sensor 99 corresponds to a "temperature sensor".

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 The correspondence relationship between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem is that the embodiment implements the invention described in the column of means for solving the problem. Since this is an example for specifically explaining a form for solving the problem, it is not intended to limit the elements of the invention described in the column of means for solving the problems. In other words, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problem should be made based on the description in that column, and the embodiments should be based on the description of the invention described in the column of means for solving the problem. This is just one specific example.

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 Although the mode for implementing the present invention has been described above using the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments in any way, and may be modified in various forms without departing from the gist of the present invention. Of course, it can be implemented.

本発明は、燃料電池システムの製造産業などに利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized for the manufacturing industry of a fuel cell system, etc.

1 原燃料供給源、2 電力系統、3 電力ライン、4 負荷、10 燃料電池システム、12 筐体、12a 吸気口、12b 排気口、14 換気ファン、20 発電モジュール、21 燃料電池スタック、22 気化器、23 改質器、23p 配管、24 マニホールド、25 燃焼部、26 着火ヒータ、27 燃焼触媒、28 触媒ヒータ、29 モジュールケース、30 原燃料ガス供給装置、31 原燃料ガス供給管、32,33 開閉弁、34 オリフィス、35 ガスポンプ、36 脱硫器、37a 圧力センサ、37b 流量センサ、38 リサイクルガス管、39 オリフィス、40 改質水供給装置、41 改質水供給管、42 改質水タンク、43 改質水ポンプ、50 エア供給装置、51 エア供給管、52 エアフィルタ、53 エアポンプ、60 排熱回収装置、61 循環配管、62 熱交換器、63 貯湯タンク、64 循環ポンプ、66 配管、67 燃焼排ガス排出管、70 パワーコンディショナ、72 電源基板、80 制御装置、81 CPU、82 ROM、83 RAM、84 タイマ、91,94,98 温度センサ。 1 raw fuel supply source, 2 power system, 3 power line, 4 load, 10 fuel cell system, 12 housing, 12a intake port, 12b exhaust port, 14 ventilation fan, 20 power generation module, 21 fuel cell stack, 22 vaporizer , 23 reformer, 23p piping, 24 manifold, 25 combustion section, 26 ignition heater, 27 combustion catalyst, 28 catalyst heater, 29 module case, 30 raw fuel gas supply device, 31 raw fuel gas supply pipe, 32, 33 opening/closing Valve, 34 Orifice, 35 Gas pump, 36 Desulfurizer, 37a Pressure sensor, 37b Flow rate sensor, 38 Recycling gas pipe, 39 Orifice, 40 Reformed water supply device, 41 Reformed water supply pipe, 42 Reformed water tank, 43 Reform Quality water pump, 50 Air supply device, 51 Air supply pipe, 52 Air filter, 53 Air pump, 60 Exhaust heat recovery device, 61 Circulation piping, 62 Heat exchanger, 63 Hot water storage tank, 64 Circulation pump, 66 Piping, 67 Combustion exhaust gas Discharge pipe, 70 power conditioner, 72 power supply board, 80 control device, 81 CPU, 82 ROM, 83 RAM, 84 timer, 91, 94, 98 temperature sensor.

Claims (4)

水素を含む燃料ガスと空気とにより発電する燃料電池と、
原燃料ガスを改質して前記燃料ガスを生成すると共に生成した燃料ガスを前記燃料電池へ供給する改質部と、
水素を用いて前記原燃料ガスに含まれる硫黄成分を脱硫して前記改質部へ供給する脱硫器と、
前記脱硫器へ前記原燃料ガスを供給する原燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池へ前記空気を供給する空気供給装置と、
前記燃料電池からのオフガスを燃焼させる燃焼部と、
前記脱硫器へ前記原燃料ガスが流れる原燃料ガス流路と前記改質部から前記燃料電池へ前記燃料ガスが流れる燃料ガス供給路とを接続して前記改質部から流出した燃料の一部を前記脱硫器へ還流させる還流路と、
前記改質部から前記還流路を介して前記脱硫器へ還流される還流ガスの流量である還流量が変化した場合に、前記燃料電池または前記燃焼部における空燃比が適正範囲から外れないよう前記原燃料ガスまたは前記空気の供給量を補正する制御装置と、
を備える燃料電池システム。
A fuel cell that generates electricity using fuel gas containing hydrogen and air;
a reforming unit that reforms raw fuel gas to generate the fuel gas and supplies the generated fuel gas to the fuel cell;
a desulfurizer that desulfurizes sulfur components contained in the raw fuel gas using hydrogen and supplies it to the reforming section;
a raw fuel gas supply device that supplies the raw fuel gas to the desulfurizer;
an air supply device that supplies the air to the fuel cell;
a combustion section that burns off gas from the fuel cell;
A portion of the fuel flowing out from the reforming section by connecting a raw fuel gas flow path through which the raw fuel gas flows to the desulfurizer and a fuel gas supply path through which the fuel gas flows from the reforming section to the fuel cell. a reflux path for refluxing the water to the desulfurizer;
When the reflux amount, which is the flow rate of reflux gas returned from the reforming section to the desulfurizer via the reflux path, changes, the air-fuel ratio in the fuel cell or the combustion section does not deviate from the appropriate range. a control device that corrects the supply amount of the raw fuel gas or the air;
A fuel cell system equipped with
請求項1に記載の燃料電池システムであって、
前記制御装置は、前記供給量を補正するための流量補正値を設定するに際して、前記還流量の変化量が大きいほど前記流量補正値を大きくする、
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1,
When setting the flow rate correction value for correcting the supply amount, the control device increases the flow rate correction value as the amount of change in the reflux amount increases;
fuel cell system.
請求項1または2に記載の燃料電池システムであって、
前記制御装置は、前記供給量を補正するための流量補正値を設定するに際して、前記還流量が変化した場合に、前記流量補正値に初期値を設定し、時間の経過と共に前記流量補正値を値0に向けて漸減させる、
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1 or 2,
When setting the flow rate correction value for correcting the supply amount, the control device sets an initial value to the flow rate correction value when the reflux amount changes, and adjusts the flow rate correction value as time passes. gradually decrease toward the value 0,
fuel cell system.
請求項1ないし3いずれか1項に記載の燃料電池システムであって、
前記還流路を流れる前記還流ガスの温度を検出する温度センサを備え、
前記制御装置は、前記還流量が変化した場合として、前記温度センサにより検出される温度の変化量が所定量以上である場合に、前記供給量を補正する、
燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
comprising a temperature sensor that detects the temperature of the reflux gas flowing through the reflux path,
The control device corrects the supply amount when the amount of change in temperature detected by the temperature sensor is equal to or greater than a predetermined amount when the amount of recirculation changes.
fuel cell system.
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