JP7445416B2 - Control method for fuel cell system and fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムの制御方法、及び、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a method for controlling a fuel cell system and a fuel cell system.

燃料電池システムが備える燃料電池は、燃料を改質することにより得られるアノードガスと、空気などのカソードガスとの反応により発電を行う。このような燃料電池システムにおいて、燃料電池から排出されるアノードオフガスに含まれる未反応のアノードガスを再利用するために、アノードオフガスを燃料の改質を行う改質器に還流させる技術が知られている（例えば、特許文献１）。このようにアノードオフガスを改質器に還流させることにより、燃料の利用効率の向上を図ることができる。 A fuel cell included in a fuel cell system generates electricity through a reaction between an anode gas obtained by reforming fuel and a cathode gas such as air. In such a fuel cell system, in order to reuse unreacted anode gas contained in the anode off gas discharged from the fuel cell, a technology is known in which the anode off gas is returned to a reformer that reforms the fuel. (For example, Patent Document 1). By circulating the anode off-gas to the reformer in this manner, it is possible to improve fuel utilization efficiency.

特開２００５－２０３３２８号公報JP2005-203328A

固体酸化物型の燃料電池（ＳＯＦＣ）においては、燃料を改質してアノードガスを生成する際に水が必要とされる。そのため、改質器に十分に水分が供給されない場合には、改質が適切に進行せず、アノードガスの生成量が低下するおそれがある。一方、燃料電池から排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス中の未使用のアノードガスが排気燃焼器において酸化された後に、排出ガスとして燃料電池システム外へと排出される。排気燃焼器においてアノードガスが酸化される際に、副生成物として水分が発生するため、燃料電池システムからの排出ガスには、水分が含まれることになる。 In solid oxide fuel cells (SOFC), water is required when reforming fuel to generate anode gas. Therefore, if sufficient water is not supplied to the reformer, reforming may not proceed appropriately and the amount of anode gas produced may decrease. On the other hand, the anode off-gas discharged from the fuel cell is discharged to the outside of the fuel cell system as exhaust gas after unused anode gas in the anode off-gas is oxidized in the exhaust combustor. When the anode gas is oxidized in the exhaust combustor, moisture is generated as a byproduct, so the exhaust gas from the fuel cell system will contain moisture.

そこで、特許文献１に開示された技術を適用して、水分が含まれる排出ガスを改質器に還流することにより、アノードガスの生成量の低下を抑制することが考えられる。しかしながら、排出ガスの水分比率が低ければ、燃料の改質が適切に進行せず、アノードガスの生成量の低下を抑制できないという課題がある。 Therefore, it is possible to apply the technique disclosed in Patent Document 1 to suppress the decrease in the amount of anode gas produced by circulating the exhaust gas containing moisture to the reformer. However, if the water content of the exhaust gas is low, reforming of the fuel will not proceed appropriately, resulting in a problem that a decrease in the amount of anode gas produced cannot be suppressed.

このような上記課題を解決するために、本発明は、改質器に還流される排出ガスの水分比率を高めることにより、燃料の改質を適切に進行させ、アノードガスの生成量の低下の抑制を図る燃料電池システムの制御方法、及び、燃料電池システムを提供することを目的とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention increases the water content of the exhaust gas that is returned to the reformer, thereby properly promoting fuel reforming and suppressing the decrease in the amount of anode gas produced. It is an object of the present invention to provide a control method for a fuel cell system and a fuel cell system that aim to suppress the fuel cell system.

本発明のある態様によれば、燃料電池システムの制御方法は、燃料供給流路に設けられ、燃料ガスを改質してアノードガスを生成する改質器と、改質器において生成されたアノードガスと、外部から取り込まれるカソードガスとを反応させることで発電可能な燃料電池と、燃料電池の排気流路に設けられ、アノードオフガスに含まれる未反応のアノードガスを、カソードオフガスによって燃焼させる排気燃焼器と、排気燃焼器の下流にて排気流路から分岐し、改質器の上流の燃料供給流路へと合流し、排出ガスを改質器へと循環させる循環流路と、を備える燃料電池システムに関し、排気燃焼器において、前記循環流路を用いて排出ガスを循環させる場合には、前記循環流路を用いて排出ガスを循環させない場合よりも、アノードガスに対するカソードオフガスに含まれる酸素の比率である空燃比が小さくなるように、アノードオフガス及びカソードオフガスの流入量を制御する。 According to an aspect of the present invention, a method for controlling a fuel cell system includes a reformer that is provided in a fuel supply flow path and that reformes fuel gas to generate an anode gas, and an anode that is generated in the reformer. A fuel cell that can generate electricity by reacting gas with cathode gas taken in from the outside, and an exhaust system that is installed in the exhaust flow path of the fuel cell and uses the cathode off gas to burn unreacted anode gas contained in the anode off gas. It includes a combustor, and a circulation flow path that branches from the exhaust flow path downstream of the exhaust combustor, joins the fuel supply flow path upstream of the reformer, and circulates the exhaust gas to the reformer. Regarding the fuel cell system, in the exhaust combustor, when the exhaust gas is circulated using the circulation flow path, the content of the cathode off gas relative to the anode gas is higher than when the exhaust gas is not circulated using the circulation flow path. The inflow amounts of anode off-gas and cathode off-gas are controlled so that the air-fuel ratio, which is the ratio of oxygen, is reduced.

本発明によれば、改質器に還流される排出ガスの水分比率を高めることにより、燃料の改質を適切に進行させ、アノードガスの生成量の低下の抑制を図ることができる。 According to the present invention, by increasing the water content of the exhaust gas that is returned to the reformer, it is possible to properly promote fuel reform and suppress a decrease in the amount of anode gas produced.

図１は、第１実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system in a first embodiment. 図２は、空気過剰率λと、排出ガス中の水分比率、酸素比率、及び、燃焼温度との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the excess air ratio λ, the moisture ratio in exhaust gas, the oxygen ratio, and the combustion temperature. 図３は、排出ガスの循環率と、空気過剰率λ、水分比率、及び、酸素分率との関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the circulation rate of exhaust gas, the excess air ratio λ, the moisture ratio, and the oxygen fraction. 図４は、第２実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system in a second embodiment. 図５は、第３実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system in a third embodiment. 図６は、第４実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system in a fourth embodiment.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による燃料電池システム１００の構成の概略を示す図である。 (First embodiment)
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a fuel cell system 100 according to the first embodiment.

燃料電池システム１００は、例えば車両に搭載可能に構成されたシステムであって、図示されるように、燃料電池スタック１と、燃料電池スタック１の発電に用いられる液体燃料を蓄える燃料タンク２とを備える。 The fuel cell system 100 is a system configured to be mounted on, for example, a vehicle, and as shown in the figure, includes a fuel cell stack 1 and a fuel tank 2 that stores liquid fuel used for power generation by the fuel cell stack 1. Be prepared.

燃料電池スタック１は、燃料タンク２に貯蔵される燃料を改質することにより生成されるアノードガスと、空気などの酸化剤ガスであるカソードガスとの供給を受けて発電する。燃料電池スタック１は、複数の燃料電池又は燃料電池単位セルを積層して構成され、発電源である個々の燃料電池は、例えば固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）である。 The fuel cell stack 1 generates electricity by receiving an anode gas generated by reforming fuel stored in a fuel tank 2 and a cathode gas, which is an oxidizing gas such as air. The fuel cell stack 1 is configured by stacking a plurality of fuel cells or fuel cell unit cells, and each fuel cell serving as a power generation source is, for example, a solid oxide fuel cell (SOFC).

燃料電池スタック１には、燃料電池のアノード極にアノードガスを供給する燃料供給流路１１と、アノード極から排出される電気化学反応後のアノードオフガスが流れるアノードオフガス流路１２とが接続されている。なお、燃料供給流路１１とアノードオフガス流路１２とは、燃料電池スタック１内のアノード極通路（不図示）を介して連通する。また、アノードオフガス流路１２は、途中で分岐し、燃料電池スタック１に対して反対側において２つの分岐路が構成される。 The fuel cell stack 1 is connected to a fuel supply flow path 11 that supplies anode gas to the anode electrode of the fuel cell, and an anode off-gas flow path 12 through which anode off-gas discharged from the anode electrode after an electrochemical reaction flows. There is. Note that the fuel supply flow path 11 and the anode off-gas flow path 12 communicate with each other via an anode electrode passage (not shown) within the fuel cell stack 1. Further, the anode off-gas flow path 12 branches in the middle, and two branch paths are formed on the opposite side to the fuel cell stack 1.

さらに、燃料電池スタック１には、燃料電池のカソード極にカソードガスを供給する空気供給流路１３と、カソード極から排出される空気を含むカソードオフガスが流れるカソードオフガス流路１４とが接続されている。空気供給流路１３とカソードオフガス流路１４とは、燃料電池スタック１内のカソード極通路（不図示）を介して連通する。 Further, the fuel cell stack 1 is connected to an air supply passage 13 that supplies cathode gas to the cathode of the fuel cell, and a cathode off-gas passage 14 through which cathode off-gas containing air discharged from the cathode flows. There is. The air supply passage 13 and the cathode off-gas passage 14 communicate with each other via a cathode passage (not shown) within the fuel cell stack 1 .

燃料電池システム１００には、燃料電池スタック１よりも下流に、触媒燃焼器である第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２が設けられている。アノードオフガス流路１２の一方の分岐路、及び、カソードオフガス流路１４は、第１排気燃焼器４１と接続される。第１排気燃焼器４１においては、アノードオフガスに含まれる未反応のアノードガスがカソードオフガスを用いて酸化される。第１排気燃焼器４１の後段に設けられる第２排気燃焼器４２には、アノードオフガス流路１２の他方の分岐路が接続され、第１排気燃焼器４１で燃焼されなかったアノードガスと、他方の分岐路から新たに供給されるアノードオフガスとが酸化される。 The fuel cell system 100 is provided downstream of the fuel cell stack 1 with a first exhaust combustor 41 and a second exhaust combustor 42 which are catalytic combustors. One branch of the anode off-gas flow path 12 and the cathode off-gas flow path 14 are connected to the first exhaust combustor 41 . In the first exhaust combustor 41, unreacted anode gas contained in the anode offgas is oxidized using the cathode offgas. The other branch of the anode off-gas flow path 12 is connected to the second exhaust combustor 42 provided after the first exhaust combustor 41, and the anode gas not combusted in the first exhaust combustor 41 and the other The anode off-gas newly supplied from the branch path is oxidized.

第２排気燃焼器４２から排出される排出ガスは、排出ガス流路１５を経て、燃料電池システム１００外へと排出される。さらに、本実施形態においては、排出ガス流路１５から燃料供給流路１１へと排出ガスを循環させる循環流路１６が設けられている。 The exhaust gas discharged from the second exhaust combustor 42 is discharged to the outside of the fuel cell system 100 through the exhaust gas flow path 15. Furthermore, in this embodiment, a circulation flow path 16 is provided that circulates exhaust gas from the exhaust gas flow path 15 to the fuel supply flow path 11.

以下においては、まず、燃料電池システム１００における燃料供給流路１１に係る構成の詳細について説明する。 In the following, first, details of the configuration related to the fuel supply channel 11 in the fuel cell system 100 will be described.

燃料タンク２は、原燃料である液体燃料を貯蔵する。液体燃料は、例えば、水と炭化水素系アルコール（メタノール、エタノール等）からなる燃料である。なお、液体燃料は、含水エタノールに限られず、ガソリン又はメタノール等を含む液体燃料であってもよい。 The fuel tank 2 stores liquid fuel, which is raw fuel. The liquid fuel is, for example, a fuel consisting of water and hydrocarbon alcohol (methanol, ethanol, etc.). Note that the liquid fuel is not limited to hydrous ethanol, and may be a liquid fuel containing gasoline, methanol, or the like.

そして、燃料電池スタック１と燃料タンク２とは、燃料供給流路１１を介して接続されている。燃料供給流路１１には、流れの方向に関して上流側から順に、蒸発器２１、燃料熱交換器２２、及び、改質器２３が設けられている。 The fuel cell stack 1 and the fuel tank 2 are connected via a fuel supply channel 11. The fuel supply channel 11 is provided with an evaporator 21, a fuel heat exchanger 22, and a reformer 23 in this order from the upstream side with respect to the flow direction.

燃料タンク２と蒸発器２１との間には、蒸発器２１への液体燃料の供給量を調節する燃料噴射装置２Ａが設けられている。燃料噴射装置２Ａはコントローラ５０により制御可能に構成されており、燃料電池システム１００へ投入される燃料を制御することができる。 A fuel injection device 2A that adjusts the amount of liquid fuel supplied to the evaporator 21 is provided between the fuel tank 2 and the evaporator 21. The fuel injection device 2A is configured to be controllable by a controller 50, and can control the fuel injected into the fuel cell system 100.

蒸発器２１は、燃料噴射装置２Ａから供給された液体燃料を加熱により蒸発させて、燃料ガスを生成する。蒸発器２１は、排出ガス流路１５を通じて排出される高温の排出ガスとの熱交換により、液体燃料を加熱する。なお、蒸発器２１の下流には、燃料供給流路１１内のガス圧を測定する圧力センサ２１Ｐが設けられている。 The evaporator 21 evaporates the liquid fuel supplied from the fuel injection device 2A by heating to generate fuel gas. The evaporator 21 heats the liquid fuel by heat exchange with high temperature exhaust gas discharged through the exhaust gas flow path 15. Note that a pressure sensor 21P is provided downstream of the evaporator 21 to measure the gas pressure within the fuel supply channel 11.

燃料熱交換器２２は、第２排気燃焼器４２から排出される高温の排出ガスとの熱交換により、蒸発器２１から供給される燃料ガスをさらに加熱する。 The fuel heat exchanger 22 further heats the fuel gas supplied from the evaporator 21 by exchanging heat with high-temperature exhaust gas discharged from the second exhaust combustor 42 .

改質器２３は、改質用触媒を内蔵し、第１排気燃焼器４１から排出される高温の排出ガスとの熱交換により加熱される。加熱された改質用触媒においては、燃料熱交換器２２で加熱された燃料ガスが改質されることによりアノードガスが生成され、生成されたアノードガスが燃料電池スタック１に供給される。なお、改質器２３の下流には、燃料電池スタック１へと供給されるアノードガスの温度を測定する温度センサ２３Ｔが設けられている。 The reformer 23 contains a reforming catalyst and is heated by heat exchange with the high temperature exhaust gas discharged from the first exhaust combustor 41. In the heated reforming catalyst, anode gas is generated by reforming the fuel gas heated by the fuel heat exchanger 22, and the generated anode gas is supplied to the fuel cell stack 1. Note that a temperature sensor 23T that measures the temperature of the anode gas supplied to the fuel cell stack 1 is provided downstream of the reformer 23.

次に、燃料電池システム１００における空気供給流路１３に係る構成について説明する。 Next, a configuration related to the air supply channel 13 in the fuel cell system 100 will be explained.

空気供給流路１３の燃料電池スタック１に対して反対側の端部には、エアブロワ３１が設置されている。エアブロワ３１は、コントローラ５０により制御可能に構成されており、エアクリーナー３１Ａを介して、外部からカソードガスを空気供給流路１３に吸入する。またエアブロワ３１の下流側には流量センサ３１Ｂが設けられており、燃料電池システム１００に取り込まれるカソードガスの流量を取得することができる。コントローラ５０は、流量センサ３１Ｂの取得値に基づいてエアブロワ３１を制御することで、燃料電池システム１００に取り込まれるカソードガスの流量を制御できる。 An air blower 31 is installed at the end of the air supply channel 13 on the opposite side to the fuel cell stack 1. The air blower 31 is configured to be controllable by the controller 50, and sucks cathode gas from the outside into the air supply channel 13 via the air cleaner 31A. Further, a flow rate sensor 31B is provided downstream of the air blower 31, and can obtain the flow rate of the cathode gas taken into the fuel cell system 100. The controller 50 can control the flow rate of the cathode gas taken into the fuel cell system 100 by controlling the air blower 31 based on the acquired value of the flow rate sensor 31B.

また、空気供給流路１３には、エアブロワ３１と燃料電池スタック１との間に、空気熱交換器３２が設けられている。空気熱交換器３２は、排出ガス流路１５を通じて供給される排出ガスとの熱交換により、空気供給流路１３を流れるカソードガスを加熱する。このように構成されることで、加熱されたカソードガスが燃料電池スタック１に供給される。 Furthermore, an air heat exchanger 32 is provided in the air supply channel 13 between the air blower 31 and the fuel cell stack 1 . The air heat exchanger 32 heats the cathode gas flowing through the air supply passage 13 by exchanging heat with the exhaust gas supplied through the exhaust gas passage 15 . With this configuration, heated cathode gas is supplied to the fuel cell stack 1.

次に、燃料電池システム１００におけるアノードオフガス流路１２、カソードオフガス流路１４、及び、排出ガス流路１５に係る構成について説明する。 Next, the configuration of the anode off-gas flow path 12, cathode off-gas flow path 14, and exhaust gas flow path 15 in the fuel cell system 100 will be described.

燃料電池スタック１のアノード極出口には、アノードオフガス流路１２の一端が接続され、カソード極出口にはカソードオフガス流路１４の一端が接続されている。 One end of an anode off-gas passage 12 is connected to the anode outlet of the fuel cell stack 1, and one end of a cathode off-gas passage 14 is connected to the cathode outlet.

また、アノードオフガス流路１２の他端側の２つの分岐路のうち、一方の分岐路が第１排気燃焼器４１と接続され、他方の分岐路が第２排気燃焼器４２と接続される。なお、第１排気燃焼器４１と接続される一方の分岐路には、弁１２Ａが設けられ、第２排気燃焼器４２と接続される他方の分岐路には、弁１２Ｂが設けられている。弁１２Ａ、１２Ｂをコントローラ５０により制御することで、第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２へ流入されるアノードオフガスの流量を制御することができる。 Furthermore, among the two branch passages on the other end side of the anode off-gas flow path 12 , one branch passage is connected to the first exhaust combustor 41 , and the other branch passage is connected to the second exhaust combustor 42 . Note that one branch path connected to the first exhaust combustor 41 is provided with a valve 12A, and the other branch path connected to the second exhaust combustor 42 is provided with a valve 12B. By controlling the valves 12A and 12B with the controller 50, the flow rate of the anode off gas flowing into the first exhaust combustor 41 and the second exhaust combustor 42 can be controlled.

カソードオフガス流路１４の燃料電池スタック１に対して反対側に位置する他端は、第１排気燃焼器４１と接続されている。燃料電池スタック１から排出されたカソードオフガスは、第１排気燃焼器４１を経て、第２排気燃焼器４２へと供給される。また、カソードオフガス流路１４には、燃料電池スタック１から排出されるカソードオフガスの温度を測定する温度センサ１４Ｔが設けられている。 The other end of the cathode off-gas flow path 14 located on the opposite side to the fuel cell stack 1 is connected to the first exhaust combustor 41 . The cathode off gas discharged from the fuel cell stack 1 is supplied to the second exhaust combustor 42 via the first exhaust combustor 41 . Further, the cathode off-gas flow path 14 is provided with a temperature sensor 14T that measures the temperature of the cathode off-gas discharged from the fuel cell stack 1.

第１排気燃焼器４１、及び、第２排気燃焼器４２は、アノードオフガス流路１２を流れるアノードオフガスに含まれる未反応のアノードガスと、カソードオフガス流路１４を流れるカソードオフガス（空気）とを触媒燃焼により酸化させる。 The first exhaust combustor 41 and the second exhaust combustor 42 convert unreacted anode gas contained in the anode off gas flowing through the anode off gas flow path 12 and cathode off gas (air) flowing through the cathode off gas flow path 14. Oxidize by catalytic combustion.

なお、第１排気燃焼器４１と第２排気燃焼器４２との間のアノードオフガス流路１２には、改質器２３が設けられる。改質器２３は、第１排気燃焼器４１から排出される高温の排出ガスとの熱交換により、改質器２３内に設けられた改質用触媒を加熱することができる。 Note that a reformer 23 is provided in the anode off-gas flow path 12 between the first exhaust combustor 41 and the second exhaust combustor 42 . The reformer 23 can heat a reforming catalyst provided within the reformer 23 by heat exchange with the high temperature exhaust gas discharged from the first exhaust combustor 41.

そして、第２排気燃焼器４２の下流には、排出ガス流路１５が設けられる。この排出ガス流路１５を介して、第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２において未使用のアノードガスが燃焼された排出ガスが、燃料電池システム１００の外へと排出される。 An exhaust gas passage 15 is provided downstream of the second exhaust combustor 42 . Exhaust gas produced by burning unused anode gas in the first exhaust combustor 41 and the second exhaust combustor 42 is exhausted to the outside of the fuel cell system 100 through this exhaust gas flow path 15 .

排出ガス流路１５には、燃料熱交換器２２、蒸発器２１、及び、空気熱交換器３２が、排出ガスと熱交換可能に設けられている。燃料熱交換器２２と蒸発器２１との間には、排出ガスの温度を測定する温度センサ２２Ｔが設けられている。 A fuel heat exchanger 22, an evaporator 21, and an air heat exchanger 32 are provided in the exhaust gas passage 15 so as to be able to exchange heat with the exhaust gas. A temperature sensor 22T is provided between the fuel heat exchanger 22 and the evaporator 21 to measure the temperature of exhaust gas.

さらに、排出ガス流路１５において空気熱交換器３２の下流から分岐する循環流路１６が設けられている。循環流路１６は、排出ガスの一部を、燃料供給流路１１の燃料熱交換器２２の上流側へと還流させることができる。循環流路１６には弁１６Ａ、流量センサ１６Ｂ、及び、ブロア１６Ｃが設けられており、燃料供給流路１１へと還流される排出ガスは、弁１６Ａ、及び、ブロア１６Ｃにより流量を制御できる。なお、弁１６Ａ、流量センサ１６Ｂ、及び、ブロア１６Ｃの順は、任意に設計できる。 Further, in the exhaust gas flow path 15, a circulation flow path 16 is provided that branches from the downstream side of the air heat exchanger 32. The circulation flow path 16 can recirculate a portion of the exhaust gas to the upstream side of the fuel heat exchanger 22 in the fuel supply flow path 11 . The circulation flow path 16 is provided with a valve 16A, a flow rate sensor 16B, and a blower 16C, and the flow rate of the exhaust gas returned to the fuel supply flow path 11 can be controlled by the valve 16A and the blower 16C. Note that the order of the valve 16A, flow rate sensor 16B, and blower 16C can be arbitrarily designed.

ここで、燃料電池システム１００における燃料についての化学反応について説明する。なお、以下においては、炭化水素系燃料の一例として、メタンに関する反応を説明する。 Here, chemical reactions regarding fuel in the fuel cell system 100 will be explained. Note that, below, a reaction regarding methane will be explained as an example of a hydrocarbon fuel.

改質器２３においては、燃料熱交換器２２において加熱された燃料ガスが改質されることで、アノードガスが生成される。改質器２３における改質には、水蒸気改質（ＳＲ：Steam Reforming）と部分酸化改質（ＰＯＸ：Partial OXidation）との２通りの改質があり、それぞれの改質反応は以下に示す式により表される。
ＳＲ ：ＣＨ4＋ ２Ｈ2Ｏ→４Ｈ2＋ＣＯ2
ＰＯＸ：ＣＨ4＋１／２Ｏ2 →２Ｈ2＋ＣＯ
これらの式に示されるように、水（Ｈ2Ｏ）が十分にある場合には水蒸気改質（ＳＲ）が進行する。また、水素ガス（Ｈ2）の生成効率は、水蒸気改質の方が部分酸化改質（ＰＯＸ）よりも高い。そのため、改質器２３へ供給される水分量を多くすることで、水蒸気改質が進行しやすくなり、より効率よくアノードガスを生成することができる。 In the reformer 23, the fuel gas heated in the fuel heat exchanger 22 is reformed to generate anode gas. There are two types of reforming in the reformer 23: steam reforming (SR) and partial oxidation reforming (POX), and each reforming reaction is expressed by the formula shown below. Represented by
SR: CH 4 + 2H 2 O → 4H 2 + CO 2
POX: CH 4 +1/2O 2 →2H 2 +CO
As shown in these equations, steam reforming (SR) proceeds when there is sufficient water (H 2 O). Furthermore, the production efficiency of hydrogen gas (H 2 ) is higher in steam reforming than in partial oxidation reforming (POX). Therefore, by increasing the amount of water supplied to the reformer 23, steam reforming can proceed more easily and anode gas can be generated more efficiently.

一方で、改質器２３において改質により生成されたアノードガスは、燃料電池スタック１において電気化学反応により消費される。そして、燃料電池スタック１から排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス流路１２を介して、第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２に供給される。 On the other hand, the anode gas generated by reforming in the reformer 23 is consumed by an electrochemical reaction in the fuel cell stack 1. The anode off-gas discharged from the fuel cell stack 1 is then supplied to the first exhaust combustor 41 and the second exhaust combustor 42 via the anode off-gas flow path 12.

燃料電池スタック１、第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２においては、酸化反応が進行する。そのため、燃料電池システム１００に供給される燃料ガスは、最終的には以下の酸化反応を経て、排出ガス流路１５から排出される。なお、以下の式においては、燃料ガスの改質工程が省略されており、燃料ガス（ＣＨ4）が直接的に酸化反応される場合の反応式が示されている。
ＣＨ4＋ ２Ｏ2→ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ
この式に示されるように、排出ガス流路１５から排出される排出ガスには水（Ｈ2Ｏ）が含まれる。そこで、循環流路１６を用いて排気を燃料供給流路１１の燃料熱交換器２２の上流側へと還流させることにより、改質器２３へより多くの水分を供給することができる。その結果、水蒸気改質（ＳＲ）によって、効率よく水素ガス（Ｈ2）を生成することができる。 An oxidation reaction progresses in the fuel cell stack 1, the first exhaust combustor 41, and the second exhaust combustor 42. Therefore, the fuel gas supplied to the fuel cell system 100 is finally discharged from the exhaust gas passage 15 after undergoing the following oxidation reaction. In addition, in the following equation, the reforming process of the fuel gas is omitted, and a reaction equation is shown in which the fuel gas (CH 4 ) is directly oxidized.
CH 4 + 2O 2 →CO 2 + 2H 2 O
As shown in this equation, the exhaust gas discharged from the exhaust gas flow path 15 contains water (H 2 O). Therefore, by circulating the exhaust gas to the upstream side of the fuel heat exchanger 22 in the fuel supply channel 11 using the circulation channel 16, more water can be supplied to the reformer 23. As a result, hydrogen gas (H 2 ) can be efficiently generated by steam reforming (SR).

以下においては、排出ガスの燃料供給流路１１への還流量を決定する方法について説明する。 In the following, a method for determining the amount of exhaust gas returned to the fuel supply channel 11 will be described.

燃料電池システム１００の全体において、燃料電池スタック１が発電をしていない場合には、単位時間あたりに投入される燃料ガス（ＣＨ4）の量は、燃料噴射装置２Ａからの燃料の噴射量から算出できる。また、燃料電池システム１００に取り込まれるカソードガスの量は、エアブロワ３１の下流側に設けられる流量センサ３１Ｂによって求めることができる。なお、燃料電池スタック１が発電している場合には、発電量に応じた燃料とカソードガスの消費量をさらに控除することで、２つの触媒燃焼器（第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２）における酸化反応に用いられる燃料量とカソードガス量とが求められる。 In the entire fuel cell system 100, when the fuel cell stack 1 is not generating power, the amount of fuel gas (CH 4 ) injected per unit time is determined by the amount of fuel injected from the fuel injection device 2A. It can be calculated. Further, the amount of cathode gas taken into the fuel cell system 100 can be determined by a flow rate sensor 31B provided downstream of the air blower 31. Note that when the fuel cell stack 1 is generating power, by further deducting the consumption of fuel and cathode gas according to the amount of power generation, two catalytic combustors (the first exhaust combustor 41 and the second exhaust The amount of fuel and the amount of cathode gas used for the oxidation reaction in the combustor 42) are determined.

ここで、投入される燃料とカソード（空気）とが、いずれか一方を余すことなく完全に反応する完全燃焼が進行する場合における燃焼反応は、以下の式で示される。なお、空気中の酸素と窒素の比率は、約２１％：７９％であるものとする。なお、アノードガスに対するカソードガスの比率は空燃比と称される。完全燃焼の場合における空燃比を完全空燃比と称し、ある条件で燃焼する場合の空燃比を完全空燃比で除したものを、空気過剰率λと称するものとし、完全燃焼が進行する場合にはλ＝１となる。また、以下の式においては、空気中において、酸素量を２とした場合には窒素量は７．５となることを前提とされている。
ＣＨ4＋２Ｏ2＋７．５Ｎ2→ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ＋７．５Ｎ2 （λ＝１）
すなわち、λ＝１の場合には、燃料と酸素とが完全燃焼するため、排出ガスには酸素は含まれておらず、酸素比率は０％である。一方で、水分比率は、生成物における水のモル比である約１９．０％となる。また、λ＝１で完全燃焼が進行する場合の触媒燃焼器（第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２）における燃焼温度は、約２０００度であるものとする。 Here, the combustion reaction in the case where complete combustion progresses in which the input fuel and the cathode (air) completely react without leaving any one of them is expressed by the following equation. Note that the ratio of oxygen and nitrogen in the air is approximately 21%:79%. Note that the ratio of cathode gas to anode gas is called an air-fuel ratio. The air-fuel ratio in the case of complete combustion is called the complete air-fuel ratio, and the air-fuel ratio when combustion occurs under certain conditions divided by the complete air-fuel ratio is called the excess air ratio λ. λ=1. Further, in the following formula, it is assumed that in air, when the oxygen amount is 2, the nitrogen amount is 7.5.
CH 4 +2O 2 +7.5N 2 →CO 2 +2H 2 O+7.5N 2 (λ=1)
That is, when λ=1, the fuel and oxygen are completely combusted, so the exhaust gas does not contain oxygen and the oxygen ratio is 0%. On the other hand, the water ratio is approximately 19.0%, which is the molar ratio of water in the product. Further, it is assumed that the combustion temperature in the catalytic combustor (the first exhaust combustor 41 and the second exhaust combustor 42) when complete combustion proceeds with λ=1 is about 2000 degrees.

一方で、カソードガスが過剰であり、燃料ガスがその２倍のモル量の酸素と反応する場合にはλ＝２となり、その燃焼反応は、以下の式で示される。
ＣＨ4＋４Ｏ2＋１５Ｎ2→ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ＋２Ｏ2＋１５Ｎ2 （λ＝２）
すなわち、λ＝２の場合には、排出ガスにおいて、酸素比率は約１０％であり、水分比率は約１０％となる。また、λ＝２で燃焼反応が進行する場合の触媒燃焼器（第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２）における燃焼温度は、約１２００度であるものとする。 On the other hand, when the cathode gas is in excess and the fuel gas reacts with twice the molar amount of oxygen, λ=2, and the combustion reaction is expressed by the following equation.
CH 4 +4O 2 +15N 2 →CO 2 +2H 2 O+2O 2 +15N 2 (λ=2)
That is, in the case of λ=2, in the exhaust gas, the oxygen ratio is about 10% and the moisture ratio is about 10%. Further, it is assumed that the combustion temperature in the catalytic combustor (the first exhaust combustor 41 and the second exhaust combustor 42) when the combustion reaction proceeds with λ=2 is about 1200 degrees.

このように、燃料噴射装置２Ａ、及び、エアブロワ３１を制御することで、触媒燃焼器（第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２）における空気過剰率λ及び燃焼温度を制御する。そして、このような制御を行った場合において、λ＝１～５の場合のそれぞれにおける燃焼温度、排出ガス中の酸素比率、及び、水分比率は、図２に示される値となる。すなわち、排出ガス流路１５及び循環流路１６を流れる排出ガスの水分比率は、λ＝１の場合には１９％となり、λ＝５の場合には５％となる。 In this way, by controlling the fuel injection device 2A and the air blower 31, the excess air ratio λ and combustion temperature in the catalytic combustors (first exhaust combustor 41 and second exhaust combustor 42) are controlled. When such control is performed, the combustion temperature, oxygen ratio, and moisture ratio in the exhaust gas in each case of λ=1 to 5 have the values shown in FIG. 2. That is, the moisture ratio of the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path 15 and the circulation flow path 16 is 19% when λ=1, and 5% when λ=5.

このような水分を含む排出ガスの一部を燃料供給流路１１に循環させることにより、改質器２３において水蒸気改質が進行しやすくなる。そこで、触媒燃焼器（第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２）における燃焼温度が８００℃となるとともに、燃料電池スタック１における発電量が１０ＫＷとなるように燃料を安定的に投入するという条件で、排出ガスの循環量を変化させた場合の、排出ガス中の水分比率及び酸素比率の変化をシミュレーションにより求めた。 By circulating a portion of the exhaust gas containing such water into the fuel supply flow path 11, steam reforming can proceed more easily in the reformer 23. Therefore, fuel is stably supplied so that the combustion temperature in the catalytic combustor (first exhaust combustor 41 and second exhaust combustor 42) becomes 800°C and the power generation amount in the fuel cell stack 1 becomes 10 KW. Under these conditions, changes in the moisture ratio and oxygen ratio in the exhaust gas were determined by simulation when the circulation amount of the exhaust gas was changed.

このシミュレーションにおいては、λ＝５である状態において、循環率を０％から３０％へと増加させた場合の、排出ガス中の水分比率及び酸素比率を算出した。その結果、排出ガスの循環率と、空気過剰率λ、水分比率、及び、酸素分率の関係は、図３に示されるような関係となった。なお、循環率は、第２排気燃焼器４２から排出される排出ガスに対する、循環流路１６へと還流させる排出ガスの占める割合である。 In this simulation, the moisture ratio and oxygen ratio in the exhaust gas were calculated when the circulation rate was increased from 0% to 30% in a state where λ=5. As a result, the relationship between the circulation rate of exhaust gas, excess air ratio λ, moisture ratio, and oxygen fraction was as shown in FIG. 3. Note that the circulation rate is the ratio of the exhaust gas that is recirculated to the circulation flow path 16 to the exhaust gas that is discharged from the second exhaust combustor 42 .

この図によれば、循環率が０％である場合には水分比率は約４％であり、循環率が３０％である場合には水分比率は約６％となる。このようにして、排出ガスの循環率を制御することによっても、所望の水分比率となるように制御することができる。すなわち、弁１６Ａ、及び、ブロア１６Ｃの操作により排出ガスの循環率を大きくすることで、改質器２３へと還流される水分量を増大させることができる。 According to this figure, when the circulation rate is 0%, the moisture ratio is approximately 4%, and when the circulation rate is 30%, the moisture ratio is approximately 6%. In this way, by controlling the circulation rate of the exhaust gas, it is also possible to control the moisture ratio to a desired level. That is, by increasing the circulation rate of exhaust gas by operating the valve 16A and the blower 16C, the amount of water returned to the reformer 23 can be increased.

このように、改質器２３へと流入する水分量を増加させることにより、改質器２３において水蒸気改質が進行しやすくなり、アノードガスの生成効率を向上させることができる。 In this way, by increasing the amount of water flowing into the reformer 23, steam reforming progresses more easily in the reformer 23, making it possible to improve the production efficiency of anode gas.

なお、２つの触媒燃焼器（第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２）のうち、前段の第１排気燃焼器４１は、後段の第２排気燃焼器４２よりも、空気過剰率λが大きくなるとともに、全体としてはλ＝２に近づくように制御される。これは、第１排気燃焼器４１において空気過剰率λが小さい場合には、第１排気燃焼器４１からの排出ガスが高温となってしまい、改質器２３を必要以上に加熱してしまい、触媒の劣化温度まで到達するおそれがある。そのため、第１排気燃焼器４１における空気過剰率λを大きくすることで、改質器２３の劣化を抑制することができる。 Note that among the two catalytic combustors (the first exhaust combustor 41 and the second exhaust combustor 42), the first exhaust combustor 41 at the front stage has a higher excess air ratio λ than the second exhaust combustor 42 at the rear stage. As λ becomes larger, control is performed so that λ approaches 2 as a whole. This is because when the excess air ratio λ is small in the first exhaust combustor 41, the exhaust gas from the first exhaust combustor 41 becomes high temperature, and the reformer 23 is heated more than necessary. There is a risk that the temperature will reach the deterioration temperature of the catalyst. Therefore, by increasing the excess air ratio λ in the first exhaust combustor 41, deterioration of the reformer 23 can be suppressed.

ここで、燃料電池システム１００における発熱量について説明する。 Here, the amount of heat generated in the fuel cell system 100 will be explained.

まず、改質器２３における水蒸気改質と部分酸化改質とのそれぞれが進行する場合における発熱量は、以下のように示される。
ＳＲ ：ＣＨ4＋ ２Ｈ2Ｏ→４Ｈ2＋ＣＯ2－１６５［ｋＪ／ｍｏｌ］
ＰＯＸ：ＣＨ4＋１／Ｏ2 →２Ｈ2＋ＣＯ＋３５．９［ｋＪ／ｍｏｌ］
ここで、燃料電池スタック１が発電を行っていないと仮定して、改質器２３における水蒸気改質と部分酸化改質の比率をα、βとすると、水蒸気改質が吸熱反応であり、部分酸化改質が発熱反応であるため、α、βに応じて発熱量を制御することができる。 First, the amount of heat generated when steam reforming and partial oxidation reforming proceed in the reformer 23 is shown as follows.
SR: CH 4 + 2H 2 O → 4H 2 + CO 2 -165 [kJ/mol]
POX: CH 4 +1/O 2 →2H 2 +CO+35.9 [kJ/mol]
Here, assuming that the fuel cell stack 1 is not generating electricity, and assuming that the ratio of steam reforming and partial oxidation reforming in the reformer 23 is α and β, steam reforming is an endothermic reaction and partial Since oxidative modification is an exothermic reaction, the amount of heat generated can be controlled according to α and β.

具体的には、第１排気燃焼器４１の後段に設けられる温度センサ２２Ｔにより、排出ガスの温度を取得することができるため、第１排気燃焼器４１の後段に設けられる温度センサ２２Ｔにより取得される排出ガスの温度が、改質器２３の温度が改質用触媒の劣化温度を下回るように、α、βを制御する。 Specifically, since the temperature of the exhaust gas can be obtained by the temperature sensor 22T provided after the first exhaust combustor 41, the temperature sensor 22T provided after the first exhaust combustor 41 can obtain the temperature of the exhaust gas. α and β are controlled so that the temperature of the reformer 23 is lower than the deterioration temperature of the reforming catalyst.

最終的に、循環流路１６を介して循環流路１６から燃料供給流路１１へと還流される排出ガスの流量は、弁１６Ａ、及び、ブロア１６Ｃを用いて、改質器２３の温度が改質用触媒の劣化温度を下回るように制御される。また、改質器２３においては、水分が多いと炭素析出が生じてしまう。そのため、炭素析出を抑制するために、循環される排出ガスにおける水分比率が大きくならないように、また、排出ガスの循環量が大きくならないように制御してもよい。 Finally, the flow rate of the exhaust gas recirculated from the circulation passage 16 to the fuel supply passage 11 via the circulation passage 16 is controlled by controlling the temperature of the reformer 23 using the valve 16A and the blower 16C. The temperature is controlled to be below the deterioration temperature of the reforming catalyst. Further, in the reformer 23, if there is a large amount of moisture, carbon precipitation will occur. Therefore, in order to suppress carbon deposition, control may be performed so that the moisture ratio in the circulated exhaust gas does not increase, and the amount of circulating exhaust gas does not increase.

第１実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。 According to the first embodiment, the following effects can be obtained.

第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、排出ガス流路１５の第１排気燃焼器４１の下流にて分岐し、燃料供給流路１１の改質器２３の上流に合流する循環流路１６を備える。この循環流路１６により、触媒燃焼器（第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２）からの排出ガスを循環させることができる。さらに、触媒燃焼器において、循環流路１６を用いて排出ガスを循環させる場合には、排出ガスを循環させない場合よりも、アノードガスに対するカソードガスの比率を示す空燃比が小さくなるように、アノードオフガス及びカソードオフガスの流入量を制御する。 According to the fuel cell system 100 of the first embodiment, the circulation flow path branches off downstream of the first exhaust combustor 41 in the exhaust gas flow path 15 and joins upstream of the reformer 23 in the fuel supply flow path 11. 16. This circulation flow path 16 allows exhaust gas from the catalytic combustors (first exhaust combustor 41 and second exhaust combustor 42) to be circulated. Furthermore, in the catalytic combustor, when the exhaust gas is circulated using the circulation flow path 16, the air-fuel ratio indicating the ratio of the cathode gas to the anode gas is smaller than when the exhaust gas is not circulated. Controls the inflow amount of off gas and cathode off gas.

そこで、図２、３に示されるように、燃料噴射装置２Ａ、及び、エアブロワ３１を制御することで空気過剰率λを制御し、同時に、弁１６Ａ、及び、ブロア１６Ｃを制御することで排出ガスの循環量を制御することにより、最終的に循環される排出ガスにおける水分比率を制御できる。そして、改質器２３へと循環させる排出ガス中の水分量を増加させることにより、改質器２３において水蒸気改質が進行しやすくなるので、アノードガスの生成効率を向上させることができる。 Therefore, as shown in FIGS. 2 and 3, the excess air ratio λ is controlled by controlling the fuel injection device 2A and the air blower 31, and at the same time, the exhaust gas is controlled by controlling the valve 16A and the blower 16C. By controlling the amount of circulation, the moisture ratio in the exhaust gas that is finally circulated can be controlled. By increasing the amount of water in the exhaust gas that is circulated to the reformer 23, steam reforming progresses more easily in the reformer 23, so that the generation efficiency of anode gas can be improved.

第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、２つの触媒燃焼器（第１排気燃焼器４１及び第１排気燃焼器４１）が設けられており、前段の第１排気燃焼器４１の空燃比は、後段の第２排気燃焼器４２の空燃比よりも大きくなるように、アノードオフガス及びカソードオフガスの流入量を制御する。 According to the fuel cell system 100 of the first embodiment, two catalytic combustors (the first exhaust combustor 41 and the first exhaust combustor 41) are provided, and the air-fuel ratio of the first exhaust combustor 41 in the preceding stage is controls the inflow amounts of anode off-gas and cathode off-gas so that the air-fuel ratio becomes larger than the air-fuel ratio of the second exhaust combustor 42 at the subsequent stage.

第１排気燃焼器４１は、空気過剰率λが大きくなることで燃焼温度が低くなるので、第１排気燃焼器４１からの排出ガスの温度上昇を抑制することができる。そのため、第１排気燃焼器４１からの排出ガスとの熱交換により加熱される改質器２３の温度上昇が抑制され、改質用触媒の高温による劣化を抑制できる。 Since the first exhaust combustor 41 has a lower combustion temperature as the excess air ratio λ increases, it is possible to suppress a rise in temperature of the exhaust gas from the first exhaust combustor 41. Therefore, the temperature increase in the reformer 23, which is heated by heat exchange with the exhaust gas from the first exhaust combustor 41, is suppressed, and deterioration of the reforming catalyst due to high temperature can be suppressed.

さらに、第１排気燃焼器４１からの排出ガスは、第２排気燃焼器４２に流入する前に、改質器２３における熱交換によって温度が低下する。そのため、第２排気燃焼器４２に流入する排出ガスの温度の上昇が抑制されるので、第２排気燃焼器４２の高温による劣化を抑制できる。このように、全体的な温度上昇を抑制しながら、第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２の制御を安定的に行うことができる。 Further, the temperature of the exhaust gas from the first exhaust combustor 41 is lowered by heat exchange in the reformer 23 before flowing into the second exhaust combustor 42 . Therefore, an increase in the temperature of the exhaust gas flowing into the second exhaust combustor 42 is suppressed, so that deterioration of the second exhaust combustor 42 due to high temperatures can be suppressed. In this way, the first exhaust combustor 41 and the second exhaust combustor 42 can be controlled stably while suppressing the overall temperature rise.

第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、燃料供給流路１１に設けられる改質器２３、及び、燃料熱交換器２２は、排出ガス流路１５を流れる排出ガスと熱交換可能に構成される。このように構成されることにより、排出ガス流路１５を流れる排出ガスの温度の低下が促進されるので、循環流路１６を経由して改質器２３に流入するガスの温度上昇が抑制され、改質器２３の備える改質触媒の高温による劣化を抑制できる。また、燃料電池システム１００からの排出ガスの温度が低くなるので、周囲部品への熱害を緩和することができる。 According to the fuel cell system 100 of the first embodiment, the reformer 23 and the fuel heat exchanger 22 provided in the fuel supply flow path 11 are configured to be able to exchange heat with the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path 15. be done. With this configuration, the temperature of the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path 15 is promoted to decrease, so that the temperature rise of the gas flowing into the reformer 23 via the circulation flow path 16 is suppressed. , deterioration of the reforming catalyst provided in the reformer 23 due to high temperatures can be suppressed. Furthermore, since the temperature of the exhaust gas from the fuel cell system 100 is lowered, heat damage to surrounding components can be alleviated.

第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、さらに、改質器２３の温度が改質用触媒の劣化温度を下回るように、循環流路１６を介した排出ガスの循環量を制御する。このように、燃料供給流路１１へと還流される排出ガスの流量を制御することで、改質器２３の備える改質触媒の高温による劣化を抑制することができる。 According to the fuel cell system 100 of the first embodiment, the amount of exhaust gas circulated through the circulation flow path 16 is further controlled so that the temperature of the reformer 23 is lower than the deterioration temperature of the reforming catalyst. In this way, by controlling the flow rate of the exhaust gas returned to the fuel supply flow path 11, it is possible to suppress deterioration of the reforming catalyst included in the reformer 23 due to high temperatures.

第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、さらに、改質器２３においては、循環流路１６を経由して供給される排出ガスに含まれる水分が流入する。また、改質器２３においては、水分の比率が高くなると、燃料ガスの改質過程において炭素析出をするおそれがある。そこで、水分比率が過度に高くならないように、排出ガスの循環率を制御することで改質器２３における炭素析出の発生を抑制することができる。なお、排出ガスの循環率に替えて、燃料電池システム１００へ投入される燃料を減少させる制御を行ってもよい。 According to the fuel cell system 100 of the first embodiment, the water contained in the exhaust gas supplied via the circulation flow path 16 further flows into the reformer 23 . Furthermore, in the reformer 23, if the moisture ratio becomes high, there is a risk that carbon will be deposited during the reforming process of the fuel gas. Therefore, the occurrence of carbon precipitation in the reformer 23 can be suppressed by controlling the circulation rate of the exhaust gas so that the water ratio does not become excessively high. Note that instead of controlling the exhaust gas circulation rate, control may be performed to reduce the amount of fuel input to the fuel cell system 100.

第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、２つの触媒燃焼器（第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２）における空燃比は、燃料供給流路１１に供給される燃料と、燃料電池システム１００にエアブロワ３１を介して取り込まれるカソードガスとの比率により求められる。そこで、燃料噴射装置２Ａからの燃料の噴射量と、流量センサ３１Ｂにより取得されるカソードガスの流量とに基づいて空燃比を制御することにより、改質器２３へと還流させる排出ガスにおける水分比率を適切に制御することができる。 According to the fuel cell system 100 of the first embodiment, the air-fuel ratio in the two catalytic combustors (the first exhaust combustor 41 and the second exhaust combustor 42) is the same as that of the fuel supplied to the fuel supply flow path 11. It is determined by the ratio to the cathode gas taken into the fuel cell system 100 via the air blower 31. Therefore, by controlling the air-fuel ratio based on the amount of fuel injected from the fuel injection device 2A and the flow rate of the cathode gas acquired by the flow rate sensor 31B, the moisture ratio in the exhaust gas returned to the reformer 23 is controlled. can be controlled appropriately.

第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、燃料電池スタック１が発電を行っている場合には、燃料電池スタック１においてアノードガスとカソードガスとの反応が進行する。この燃料電池スタック１における燃料とカソードの消費量は、燃料電池スタック１の発電量により推定することができる。 According to the fuel cell system 100 of the first embodiment, when the fuel cell stack 1 is generating electricity, the reaction between the anode gas and the cathode gas progresses in the fuel cell stack 1. The amount of fuel and cathode consumed in this fuel cell stack 1 can be estimated based on the amount of power generated by the fuel cell stack 1.

そこで、燃料電池スタック１の発電中においては、燃料噴射装置２Ａ、及び、流量センサ３１Ｂから得られる燃料電池システム１００に取り込まれる燃料とカソード量から、発電量に応じて発電に使用された燃料及びカソードの量を控除することにより、触媒燃焼器（第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２）に流入する燃料及びカソードの量を求めることができる。その結果、燃料電池スタック１の発電中であっても、求められた燃料及びカソードの量を用いて、触媒燃焼器における空燃比を精度よく推定することができる。その結果、空燃比の制御精度が向上し、改質器２３におけるアノードガスの生成効率をさらに向上させることができる。 Therefore, during power generation in the fuel cell stack 1, the amount of fuel used for power generation and By subtracting the amount of cathode, the amount of fuel and cathode flowing into the catalytic combustor (first exhaust combustor 41 and second exhaust combustor 42) can be determined. As a result, even when the fuel cell stack 1 is generating power, the air-fuel ratio in the catalytic combustor can be estimated with high accuracy using the determined amounts of fuel and cathode. As a result, the control accuracy of the air-fuel ratio is improved, and the production efficiency of anode gas in the reformer 23 can be further improved.

（第２実施形態）
第１実施形態においては、２つの触媒燃焼器（第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２）が別体として設けられている例について説明したが、これに限らない。第２実施形態においては、２つの触媒燃焼器が一体となって構成されている例について説明する。 (Second embodiment)
In the first embodiment, an example in which two catalytic combustors (the first exhaust combustor 41 and the second exhaust combustor 42) are provided separately has been described, but the present invention is not limited to this. In the second embodiment, an example in which two catalytic combustors are integrated will be described.

図４は、第２実施形態における燃料電池システム１００の概略構成図である。 FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 100 in the second embodiment.

この図によれば、第１実施形態の燃料電池システム１００と比較すると、第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２に替えて、排気燃焼器４３が設けられている。 According to this figure, compared to the fuel cell system 100 of the first embodiment, an exhaust combustor 43 is provided in place of the first exhaust combustor 41 and the second exhaust combustor 42 .

排気燃焼器４３は、流れ方向において上流側の側面の一部において熱交換板を備え、この接触部において改質器２３と熱交換を行う。一方、下流側の側面においては、改質器２３と接触されていない。 The exhaust combustor 43 includes a heat exchange plate on a part of the side surface on the upstream side in the flow direction, and exchanges heat with the reformer 23 at this contact portion. On the other hand, the downstream side surface is not in contact with the reformer 23.

そして、排気燃焼器４３においては、上流側の熱交換板との接触部においてアノードオフガス流路１２の一方の他端が接続されるとともに、下流側の非接触部に、アノードオフガス流路１２の他方の他端が接続されている。すなわち、流れ方向に沿って２つのアノードオフガスの供給口が、上流側と下流側とに設けられ、その結果、２つの燃焼箇所が設けられる。 In the exhaust combustor 43, one end of the anode off-gas flow path 12 is connected to the contact portion with the heat exchange plate on the upstream side, and the other end of the anode off-gas flow path 12 is connected to the non-contact portion on the downstream side. The other end is connected. That is, two anode off-gas supply ports are provided along the flow direction, one on the upstream side and one on the downstream side, and as a result, two combustion locations are provided.

このような排気燃焼器４３においては、排気燃焼器４３の上流部分においては、下流部分よりも、空燃比が大きくなるように、弁１２Ａ、１２Ｂが制御される。そのため、排気燃焼器４３には、上流部と下流部とのそれぞれの燃焼箇所において、個々に空燃比を制御することができる。なお、排気燃焼器４３は、改質器２３との接触部と非接触部との境界に、マニホールドが構成されていてもよい。 In such an exhaust combustor 43, the valves 12A and 12B are controlled so that the air-fuel ratio is greater in the upstream portion of the exhaust combustor 43 than in the downstream portion. Therefore, in the exhaust combustor 43, the air-fuel ratio can be individually controlled at each of the upstream and downstream combustion locations. Note that in the exhaust combustor 43, a manifold may be configured at the boundary between a contact portion and a non-contact portion with the reformer 23.

このような第２実施形態の燃料電池システム１００によれば、１つの排気燃焼器４３において、改質器２３との接触部の近傍と非接触部の近傍とに２つの燃焼箇所が設けられ、それぞれにおいて、異なる空燃比で燃焼反応を制御することができる。このような１つの排気燃焼器４３を用いることにより、２つの触媒燃焼器を用いる場合と比較すると、製造コストの低減を図ることができる。 According to the fuel cell system 100 of the second embodiment, two combustion locations are provided in one exhaust combustor 43, one in the vicinity of the contact part with the reformer 23 and the other in the vicinity of the non-contact part, In each, the combustion reaction can be controlled with different air-fuel ratios. By using such one exhaust combustor 43, manufacturing costs can be reduced compared to the case where two catalytic combustors are used.

（第３実施形態）
第３実施形態においては、さらに、第１排気燃焼器４１の下流に設けられる蒸発器２１、及び、空気熱交換器３２において、その排出ガス流路１５の側において酸化触媒を備えるとともに、それらの酸化触媒に対して、燃料タンク２から燃料が供給可能に構成されている例について説明する。 (Third embodiment)
In the third embodiment, the evaporator 21 and the air heat exchanger 32 provided downstream of the first exhaust combustor 41 are further provided with an oxidation catalyst on the side of the exhaust gas flow path 15. An example in which fuel can be supplied from the fuel tank 2 to the oxidation catalyst will be described.

図５は、第３実施形態における燃料電池システム１００の概略構成図である。 FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 100 in the third embodiment.

蒸発器２１は、燃料供給流路１１と排出ガス流路１５との間で熱交換可能に構成され、空気熱交換器３２は、空気供給流路１３と排出ガス流路１５との間で熱交換可能に構成されている。蒸発器２１、及び、空気熱交換器３２は、排出ガス流路１５の側において酸化触媒を備えることで、排出ガス中の未反応のアノードガスを酸化することができる。さらに、蒸発器２１、及び、空気熱交換器３２において、排出ガス流路１５の一部となる箇所に燃料弁が設けられており、排出ガスに燃料タンク２から燃料を供給可能に構成されている。なお、蒸発器２１、及び、空気熱交換器３２は、熱交換デバイスの一例である。 The evaporator 21 is configured to exchange heat between the fuel supply channel 11 and the exhaust gas channel 15, and the air heat exchanger 32 is configured to exchange heat between the air supply channel 13 and the exhaust gas channel 15. Configured to be replaceable. The evaporator 21 and the air heat exchanger 32 can oxidize unreacted anode gas in the exhaust gas by providing an oxidation catalyst on the exhaust gas flow path 15 side. Further, in the evaporator 21 and the air heat exchanger 32, a fuel valve is provided at a location that becomes a part of the exhaust gas flow path 15, and is configured to be able to supply fuel from the fuel tank 2 to the exhaust gas. There is. Note that the evaporator 21 and the air heat exchanger 32 are examples of heat exchange devices.

このような第３実施形態の燃料電池システム１００によれば、排出ガス流路１５を流れる排出ガスとの熱交換により燃料ガスを加熱する蒸発器２１や、カソードガスを加熱する空気熱交換器３２が設けられている。そして、これらの蒸発器２１や空気熱交換器３２において、酸化用触媒が設けられるとともに、排出ガス流路１５の一部となる箇所に燃料タンク２から燃料を供給可能に構成する。 According to the fuel cell system 100 of the third embodiment, the evaporator 21 heats the fuel gas by heat exchange with the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path 15, and the air heat exchanger 32 heats the cathode gas. is provided. The evaporator 21 and the air heat exchanger 32 are provided with an oxidation catalyst, and are configured such that fuel can be supplied from the fuel tank 2 to a portion that becomes a part of the exhaust gas flow path 15.

このように構成されることで、燃料タンク２から燃料を供給し、その燃料が酸化用触媒によって酸化されることで、循環流路１６を介して循環される排出ガスにおける水分比率や酸素比率を変化させることが可能になる。その結果、改質器２３における改質効率を向上させるための制御手段が増えるので、制御制度の向上を図ることができる。 With this configuration, fuel is supplied from the fuel tank 2 and the fuel is oxidized by the oxidation catalyst, thereby controlling the moisture ratio and oxygen ratio in the exhaust gas circulated through the circulation flow path 16. It becomes possible to change. As a result, the number of control means for improving the reforming efficiency in the reformer 23 increases, so it is possible to improve the control system.

例えば、燃料電池システム１００の起動直後などにおいては、触媒燃焼部（第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２）に対して、未反応のアノードガスの供給が十分でない場合がある。このような場合には、排出ガス流路１５を流れる排出ガスにおける水分量が低いので、循環流路１６を介して燃料供給流路１１へと還流される水分量が少なくなり、改質器２３における改質が進行しにくい。 For example, immediately after the fuel cell system 100 is started, unreacted anode gas may not be sufficiently supplied to the catalytic combustion section (first exhaust combustor 41 and second exhaust combustor 42). In such a case, since the amount of water in the exhaust gas flowing through the exhaust gas flow path 15 is low, the amount of water returned to the fuel supply flow path 11 via the circulation flow path 16 is reduced, and the amount of water returned to the fuel supply flow path 11 through the circulation flow path 16 is reduced. modification is difficult to proceed.

ここで蒸発器２１、及び、空気熱交換器３２の排出ガス流路１５に燃料を供給することにより、排出ガスにおける水分比率や酸素比率などの組成を変化させることができる。その結果、燃料電池システム１００の起動直後であっても、改質器２３に対して水分を含む排出ガスを還流させることができるので、改質器２３における燃料の改質効率の向上を図ることができる。 By supplying fuel to the evaporator 21 and the exhaust gas passage 15 of the air heat exchanger 32, the composition of the exhaust gas, such as the moisture ratio and oxygen ratio, can be changed. As a result, even immediately after starting up the fuel cell system 100, the exhaust gas containing moisture can be recirculated to the reformer 23, thereby improving the fuel reforming efficiency in the reformer 23. Can be done.

（第４実施形態）
第１実施形態においては、改質器２３に対して、排出ガス流路１５からの排出ガスを還流させる例について説明した。本実施形態においては、さらに、燃料電池スタック１から排出されるアノードオフガスを改質器２３へと還流させる例について説明する。 (Fourth embodiment)
In the first embodiment, an example has been described in which exhaust gas from the exhaust gas passage 15 is recirculated to the reformer 23. In this embodiment, an example will be further described in which anode off-gas discharged from the fuel cell stack 1 is recirculated to the reformer 23.

図６は、第３実施形態における燃料電池システム１００の概略構成図である。 FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 100 in the third embodiment.

この図によれば、第１実施形態の燃料電池システム１００と比較すると、第１排気燃焼器４１へと接続されるアノードオフガス流路１２の一方の分岐路において、さらに分岐し、循環流路１６へと合流する分岐流路１７が設けられている。また、分岐流路１７には、バルブ１７Ａが設けられる。 According to this figure, when compared with the fuel cell system 100 of the first embodiment, one branch of the anode off-gas flow path 12 connected to the first exhaust combustor 41 further branches, and the circulation flow path 16 A branch flow path 17 is provided which merges into the flow path. Further, the branch flow path 17 is provided with a valve 17A.

ここで、燃料電池スタック１が運転している場合には、燃料電池スタック１においてアノードガスの電気化学反応が進行しているので、アノードオフガスにおいて未反応のアノードガスが少なく、水分比率が高い。そこで、この水分比率の高いアノードオフガスを改質器２３へと還流させるために、触媒燃焼部（第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２）の上流から分岐し、循環流路１６を介して燃料供給流路１１へと接続される分岐流路１７が設けられている。 Here, when the fuel cell stack 1 is operating, the electrochemical reaction of the anode gas is progressing in the fuel cell stack 1, so there is little unreacted anode gas in the anode off-gas, and the moisture ratio is high. Therefore, in order to recirculate this anode off gas with a high water content to the reformer 23, it is branched from the upstream of the catalytic combustion section (the first exhaust combustor 41 and the second exhaust combustor 42), and the circulation flow path 16 is opened. A branch channel 17 is provided which is connected to the fuel supply channel 11 via the fuel supply channel 11 .

このような構成において、弁１６Ａ、及び、ブロア１６Ｃの操作による排出ガスの循環流量の制御に加えて、バルブ１７Ａの操作によるアノードオフガスの循環流量の制御を行う。その結果、燃料電池システム１００の起動直後において改質器２３への水分の供給が可能になるので、燃料ガスの改質を効率よく行うことができる。 In such a configuration, in addition to controlling the circulating flow rate of exhaust gas by operating the valve 16A and the blower 16C, the circulating flow rate of the anode off gas is controlled by operating the valve 17A. As a result, water can be supplied to the reformer 23 immediately after the fuel cell system 100 is started, so that fuel gas can be reformed efficiently.

なお、燃料電池スタック１の運転中においては、燃料噴射装置２Ａからの燃料の噴射量と、流量センサ３１Ｂにより取得されるカソードガスの流量とから求められる燃料電池システム１００に取り込まれる燃料及びカソードガスの量から、燃料電池スタック１における発電量に応じて消費される燃料及びカソードガスの量が控除された値を用いて、触媒燃焼器（第１排気燃焼器４１及び第２排気燃焼器４２）における空燃比の制御が行われる。 Note that while the fuel cell stack 1 is in operation, the fuel and cathode gas taken into the fuel cell system 100 are calculated from the amount of fuel injected from the fuel injection device 2A and the flow rate of the cathode gas acquired by the flow rate sensor 31B. The amount of fuel and cathode gas consumed according to the amount of power generation in the fuel cell stack 1 is subtracted from the amount of the catalytic combustor (first exhaust combustor 41 and second exhaust combustor 42). The air-fuel ratio is controlled.

このような第４実施形態の燃料電池システム１００によれば、燃料電池スタック１の発電中において、改質器２３に対して、燃料ガスの改質に必要な水分を、排出ガスに加えてアノードオフガスからも供給することができるので、アノードガスの生成効率の向上を図ることができる。 According to the fuel cell system 100 of the fourth embodiment, during power generation in the fuel cell stack 1, water necessary for reforming the fuel gas is added to the exhaust gas and added to the anode in the reformer 23. Since it can also be supplied from off-gas, it is possible to improve the production efficiency of anode gas.

また、上記各実施形態及び各変形例は、当業者が想定し得る範囲で適宜、組み合わせが可能である。 Furthermore, the above embodiments and modifications can be combined as appropriate within the range that can be imagined by those skilled in the art.

１ 燃料電池スタック
２ 燃料タンク
１１ 燃料供給流路
１２ アノードオフガス流路
１３ 空気供給流路
１４ カソードオフガス流路
１５ 排出流路
１６ 循環流路
１７ 分岐流路
２１ 蒸発器
２２ 燃料熱交換器
２３ 改質器
３２ エアブロワ
４１ 第１排気燃焼器
４２ 第２排気燃焼器
４３ 排気燃焼器
５０ コントローラ
１００ 燃料電池システム 1 Fuel cell stack 2 Fuel tank 11 Fuel supply channel 12 Anode off-gas channel 13 Air supply channel 14 Cathode off-gas channel 15 Discharge channel 16 Circulation channel 17 Branch channel 21 Evaporator 22 Fuel heat exchanger 23 Reformer device 32 air blower 41 first exhaust combustor 42 second exhaust combustor 43 exhaust combustor 50 controller 100 fuel cell system

Claims (10)

燃料供給流路に設けられ、燃料ガスを改質してアノードガスを生成する改質器と、
前記改質器において生成された前記アノードガスと、外部から取り込まれるカソードガスとを反応させることで発電可能な燃料電池と、
前記燃料電池の排気流路に設けられ、アノードオフガスに含まれる未反応の前記アノードガスを、カソードオフガスによって燃焼させる排気燃焼器と、
前記排気燃焼器の下流にて前記排気流路から分岐し、前記改質器の上流の前記燃料供給流路へと合流する循環流路と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記排気燃焼器において、前記循環流路を用いて排出ガスを前記改質器へと循環させる場合には、前記循環流路を用いて前記排出ガスを循環させない場合よりも、前記アノードガスに対する前記カソードオフガスに含まれる前記カソードガスの比率である空燃比が小さくなるように、前記アノードオフガス及び前記カソードオフガスの流入量を制御する、燃料電池システムの制御方法。 a reformer that is provided in the fuel supply flow path and that reformes fuel gas to generate anode gas;
a fuel cell capable of generating electricity by reacting the anode gas generated in the reformer with cathode gas taken in from the outside;
an exhaust combustor that is provided in the exhaust flow path of the fuel cell and burns the unreacted anode gas contained in the anode offgas with cathode offgas;
A method for controlling a fuel cell system comprising: a circulation flow path that branches from the exhaust flow path downstream of the exhaust combustor and merges into the fuel supply flow path upstream of the reformer,
In the exhaust combustor, when the exhaust gas is circulated to the reformer using the circulation passage, the amount of the exhaust gas relative to the anode gas is lower than when the exhaust gas is not circulated using the circulation passage. A method for controlling a fuel cell system, comprising controlling an inflow amount of the anode off-gas and the cathode off-gas so that an air-fuel ratio, which is a ratio of the cathode gas contained in the cathode off-gas, is reduced. 請求項１に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記排気燃焼器は、前記アノードオフガスが個々に供給可能であり流れ方向に並設される燃焼箇所が複数設けられ、
上流側の前記燃焼箇所においては、下流側の前記燃焼箇所においてよりも、前記空燃比が小さくなるように、前記アノードオフガスの流入量を制御する、燃料電池システムの制御方法。 A method for controlling a fuel cell system according to claim 1, comprising:
The exhaust combustor is provided with a plurality of combustion locations that can individually supply the anode off-gas and are arranged in parallel in the flow direction,
A method for controlling a fuel cell system, comprising controlling an inflow amount of the anode off gas so that the air-fuel ratio at the upstream combustion location is lower than at the downstream combustion location. 請求項１または２に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記排気燃焼器から排出される前記排出ガスは、前記燃料電池システムが備える熱交換デバイスとの間で熱交換が可能に構成される、燃料電池システムの制御方法。 A method for controlling a fuel cell system according to claim 1 or 2, comprising:
A method for controlling a fuel cell system, wherein the exhaust gas discharged from the exhaust combustor is configured to be able to exchange heat with a heat exchange device included in the fuel cell system. 請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記排気流路と、前記改質器に供給される前記燃料ガスの流路とに跨るように設けられ、前記燃料ガスを前記排気流路に流れる前記排出ガスとの熱交換により加熱する熱交換器を、さらに備え、
前記熱交換器は、前記排気流路の側において、前記燃料ガスとは異なる燃料が供給可能に構成され、該燃料を酸化させる触媒を備える、燃料電池システムの制御方法。 A method for controlling a fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, comprising:
A heat exchanger that is provided so as to straddle the exhaust flow path and the flow path for the fuel gas supplied to the reformer, and heats the fuel gas by heat exchange with the exhaust gas flowing into the exhaust flow path. Prepare more vessels,
The heat exchanger is configured to be able to supply fuel different from the fuel gas on the side of the exhaust flow path, and includes a catalyst that oxidizes the fuel. 請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記排気流路と、前記燃料電池へと供給される前記カソードガスの流路とに跨るように設けられ、前記カソードガスを前記排気流路に流れる前記排出ガスとの熱交換により加熱する熱交換器を、さらに備え、
前記熱交換器は、前記排気流路の側において、前記燃料ガスとは異なる燃料が供給可能に構成され、該燃料を酸化させる触媒を備える、燃料電池システムの制御方法。 A method for controlling a fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, comprising:
A heat exchanger that is provided so as to straddle the exhaust flow path and the flow path for the cathode gas supplied to the fuel cell, and heats the cathode gas by heat exchange with the exhaust gas flowing into the exhaust flow path. Prepare more vessels,
The heat exchanger is configured to be able to supply fuel different from the fuel gas on the side of the exhaust flow path, and includes a catalyst that oxidizes the fuel. 請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
さらに、前記排気燃焼器の温度が前記排気燃焼器の備える触媒の劣化温度を下回るように、前記循環流路を介した前記排出ガスの循環量を制御する、燃料電池システムの制御方法。 A method for controlling a fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, comprising:
Furthermore, the method for controlling a fuel cell system includes controlling the amount of circulation of the exhaust gas through the circulation flow path so that the temperature of the exhaust combustor is lower than the deterioration temperature of a catalyst included in the exhaust combustor. 請求項６に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記排気燃焼器において、さらに、前記改質器において炭素析出が発生しないように、前記循環流路を用いて前記改質器へと循環される前記排出ガスの水分比率を制御する、燃料電池システムの制御方法。 A method for controlling a fuel cell system according to claim 6,
In the exhaust combustor, the fuel cell system further controls the moisture ratio of the exhaust gas that is circulated to the reformer using the circulation flow path so that carbon precipitation does not occur in the reformer. control method. 請求項１から７のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記排気燃焼器における空燃比は、前記燃料供給流路に供給される前記燃料ガスの量と、燃料電池システムに取り込まれる前記カソードガスの量との比率により求められる、燃料電池システムの制御方法。 A method for controlling a fuel cell system according to any one of claims 1 to 7,
The air-fuel ratio in the exhaust combustor is determined by the ratio between the amount of the fuel gas supplied to the fuel supply flow path and the amount of the cathode gas taken into the fuel cell system. 請求項８に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池が発電を行っている場合には、前記燃料供給流路に供給される前記燃料ガスの量、及び、燃料電池システムに取り込まれる前記カソードガスの量から、前記燃料電池の発電量に応じた前記燃料ガス及び前記カソードガスの消費量を控除することで、前記排気燃焼器に流入する前記燃料ガス及び前記カソードガスの量を算出し、該算出された前記燃料ガス及び前記カソードガスの量に基づいて、前記排気燃焼器における空燃比を求める、燃料電池システムの制御方法。 A method for controlling a fuel cell system according to claim 8, comprising:
When the fuel cell is generating power, the amount of power generated by the fuel cell is determined from the amount of the fuel gas supplied to the fuel supply flow path and the amount of the cathode gas taken into the fuel cell system. The amount of the fuel gas and the cathode gas flowing into the exhaust combustor is calculated by subtracting the consumption amount of the fuel gas and the cathode gas according to the amount of consumption of the fuel gas and the cathode gas. A method for controlling a fuel cell system, the method comprising determining an air-fuel ratio in the exhaust combustor based on the amount of exhaust gas. 燃料供給流路に設けられ、燃料ガスを改質してアノードガスを生成する改質器と、
前記改質器において生成された前記アノードガスと、外部から取り込まれるカソードガスとを反応させることで発電可能な燃料電池と、
前記燃料電池の排気流路に設けられ、アノードオフガスに含まれる未反応の前記アノードガスを、カソードオフガスによって燃焼させる排気燃焼器と、
前記排気燃焼器の下流にて前記排気流路から分岐し、前記改質器の上流の前記燃料供給流路へと合流する循環流路と、
前記燃料供給流路に供給される燃料と、燃料電池システムに取り込まれる前記カソードガスとを制御可能なコントローラと、を備える燃料電池システムであって、
前記コントローラは、前記循環流路を用いて排出ガスを前記改質器へと循環させる場合には、前記循環流路を用いて前記排出ガスを循環させない場合よりも、前記アノードガスに対する前記カソードオフガスに含まれる前記カソードガスの比率である空燃比が小さくなるように、前記アノードオフガス及び前記カソードオフガスの流入量を制御する、燃料電池システム。 a reformer that is provided in the fuel supply flow path and that reformes fuel gas to generate anode gas;
a fuel cell capable of generating electricity by reacting the anode gas generated in the reformer with cathode gas taken in from the outside;
an exhaust combustor that is provided in the exhaust flow path of the fuel cell and burns the unreacted anode gas contained in the anode offgas with cathode offgas;
a circulation flow path that branches from the exhaust flow path downstream of the exhaust combustor and merges into the fuel supply flow path upstream of the reformer;
A fuel cell system comprising: a controller capable of controlling the fuel supplied to the fuel supply channel and the cathode gas taken into the fuel cell system,
When the exhaust gas is circulated to the reformer using the circulation flow path, the controller controls the cathode off-gas relative to the anode gas, when the exhaust gas is circulated to the reformer using the circulation flow path, than when the exhaust gas is not circulated using the circulation flow path. A fuel cell system in which an inflow amount of the anode off gas and the cathode off gas is controlled so that an air-fuel ratio, which is a ratio of the cathode gas contained in the cathode gas, is reduced.
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