JP3454795B2 - Fuel cell system and start-up method thereof - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
及びその起動方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell system and a starting method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】燃料電池システムは、水素ガスと酸素ガ
スとを燃料電池本体に供給し、電気化学反応により起電
力と水とを生じさせるものである。この燃料電池システ
ムにおいては、通常原燃料ガスを改質器と、ＣＯ変成器
と、ＣＯ除去器とから構成される改質装置で水素主成分
の改質ガスに改質し、その改質ガスを燃料電池本体に供
給するようにしている。2. Description of the Related Art A fuel cell system supplies hydrogen gas and oxygen gas to a fuel cell body to generate electromotive force and water by an electrochemical reaction. In this fuel cell system, normally, a raw fuel gas is reformed into a reformed gas containing hydrogen as a main component by a reformer including a reformer, a CO shifter, and a CO remover. Are supplied to the fuel cell body.
【０００３】図５は燃料電池システムの一例を示すもの
で、都市ガス等の原燃料ガスを脱硫器１に通して原燃料
ガス中の硫黄分を除去した後、改質器２で水蒸気改質し
て水素主成分の改質ガスに改質し、この改質ガス中には
一酸化炭素が多く含まれているためＣＯ変成器３で二酸
化炭素に転化し、更にＣＯ除去器４で選択酸化すること
で一酸化炭素濃度を所定の濃度（１０ｐｐｍ程度）に減
少させる。一酸化炭素濃度の高い改質ガスを燃料電池本
体５に供給すると、内部の電解質が被毒して発電性能が
低下するからである。FIG. 5 shows an example of a fuel cell system. Raw fuel gas such as city gas is passed through a desulfurizer 1 to remove the sulfur content in the raw fuel gas, and then steam reforming is carried out by a reformer 2. Then, the reformed gas containing hydrogen as a main component is reformed. Since the reformed gas contains a large amount of carbon monoxide, it is converted into carbon dioxide in the CO shift converter 3 and further selectively oxidized in the CO remover 4. By doing so, the carbon monoxide concentration is reduced to a predetermined concentration (about 10 ppm). This is because if a reformed gas having a high carbon monoxide concentration is supplied to the fuel cell main body 5, the internal electrolyte is poisoned and the power generation performance deteriorates.
【０００４】燃料電池システムの起動時においては、改
質装置（改質器２、ＣＯ変成器３及びＣＯ除去器４）の
各触媒を所定温度に昇温するため、原燃料ガスを改質器
バーナ２ａに供給して燃焼させ、この燃焼熱によって改
質器２の触媒を約７００℃まで昇温すると共に、水タン
ク６から供給される水を水蒸気に変えて水蒸気改質（Ｃ
Ｈ４＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ２）を行う。At the time of starting the fuel cell system, in order to raise the temperature of each catalyst of the reformer (reformer 2, CO shifter 3 and CO remover 4) to a predetermined temperature, the raw fuel gas is reformed. The combustion heat is supplied to the burner 2a to raise the temperature of the catalyst of the reformer 2 to about 700 ° C., and the water supplied from the water tank 6 is changed to steam to perform steam reforming (C
H 4 + 2H 2 O → CO 2 + 4H 2 ).
【０００５】改質器２で改質された高温の改質ガスは前
記ＣＯ変成器３に供給され、内部の触媒が２４０℃位に
昇温されていると、改質ガス中の一酸化炭素が二酸化炭
素に転化（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２）される。次い
で、ＣＯ変成器３で転化された改質ガスがＣＯ除去器４
に供給され、内部の触媒が１００℃〜１５０℃に昇温さ
れていると、空気を吹き込むことで選択酸化（２ＣＯ＋
Ｏ２→２ＣＯ２）される。When the high temperature reformed gas reformed in the reformer 2 is supplied to the CO shift converter 3 and the temperature of the internal catalyst is raised to about 240 ° C., carbon monoxide in the reformed gas is discharged. Is converted to carbon dioxide (CO + H 2 O → CO 2 + H 2 ). Next, the reformed gas converted by the CO shift converter 3 is fed to the CO remover 4
And the temperature of the internal catalyst is raised to 100 ° C to 150 ° C, by blowing air, selective oxidation (2CO +
O 2 → 2CO 2 ).
【０００６】ＣＯ除去器４で選択酸化された改質ガス
は、起動時の段階では未だ安定していないため、前記燃
料電池本体５に直ちに供給せずにスタートアップバーナ
７に供給して燃焼させ、その際ファンにより空気が吹き
込まれる。改質装置の各触媒が安定し、良質な改質ガス
が得られるようになった時点で、スタートアップバーナ
７の燃焼は停止され、ＣＯ除去器４から燃料電池本体５
に改質ガスが供給されて発電が開始される。尚、前記改
質器バーナ２ａでの燃焼排ガス、及びスタートアップバ
ーナ７での燃焼排ガスはダクトを介して合流され、且つ
出口付近で温度が下げられてシステム系外に排気され
る。Since the reformed gas selectively oxidized by the CO remover 4 is not stable at the start-up stage, it is not immediately supplied to the fuel cell main body 5 but is supplied to the start-up burner 7 for combustion. At that time, air is blown by the fan. When each catalyst of the reformer becomes stable and high-quality reformed gas is obtained, the combustion of the start-up burner 7 is stopped, and the CO remover 4 to the fuel cell main body 5
The reformed gas is supplied to and the power generation is started. The combustion exhaust gas from the reformer burner 2a and the combustion exhaust gas from the start-up burner 7 are joined together through a duct, and the temperature is lowered near the outlet to be exhausted outside the system.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上記のように起動時に
は、改質ガスが安定するまでスタートアップバーナ７に
て燃焼されるが、その燃焼時にゴーという大きな燃焼音
（燃焼ごう音と呼ぶ）を発する問題があった。スタート
アップバーナ７での燃焼初期の段階で特に燃焼ごう音が
生じ易く、一定時間を経過すると音が小さくなりやがて
静かな燃焼音に落ち着く現象が認められた。燃焼ごう音
は大音響であり短時間であっても耐えがたく、又スター
トアップバーナを損傷する危険性もある。この燃焼ごう
音の原因に関して鋭意研究した結果、主として不安定な
改質ガス中に含まれているメタン濃度に起因しているこ
とが判明した。改質ガス中のメタン濃度が多くなると、
火炎の性質が大きく変化し、これに伴い火炎付近のガス
流が層流から乱流に変化する時に燃焼ごう音が発生する
のである。As described above, at the time of start-up, the reformed gas is combusted in the start-up burner 7 until it becomes stable, but at the time of the combustion, a large combustion noise (called combustion roar) is emitted. was there. In the early stage of combustion with the start-up burner 7, a burning roaring noise was particularly likely to occur, and after a certain period of time, the noise decreased and eventually a quiet burning noise was settled. The roaring noise is loud and unbearable for a short time, and there is a risk of damaging the start-up burner. As a result of diligent research on the cause of this combustion noise, it was found that it was mainly due to the concentration of methane contained in the unstable reformed gas. When the methane concentration in the reformed gas increases,
The nature of the flame changes greatly, and when this causes the gas flow near the flame to change from laminar to turbulent, a roaring noise is generated.
【０００８】本発明は、起動時にスタートアップバーナ
での燃焼ごう音を防止するためになされ、改質ガス中の
メタン濃度を検出してスタートアップバーナのファン風
量を制御できるようにした、燃料電池システム及びその
起動方法を提供することを目的とする。The present invention has been made to prevent combustion noise in the start-up burner at the time of startup, and it is possible to detect the methane concentration in the reformed gas and control the fan air volume of the start-up burner and the fuel cell system thereof. The purpose is to provide a startup method.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、原燃料ガスを水素主成分の改質ガスに改
質する改質器と、この改質器で生成された改質ガス中の
一酸化炭素を二酸化炭素に転化するＣＯ変成器と、更に
一酸化炭素を所定濃度以下に選択酸化するＣＯ除去器
と、このＣＯ除去器からの改質ガスを燃料として発電を
行う燃料電池本体と、起動時に不安定な改質ガスを燃焼
するスタートアップバーナとを備えた燃料電池システム
において、前記スタートアップバーナに、このスタート
アップバーナの燃料供給経路に設けたメタン濃度検出セ
ンサと、スタートアップバーナの下部に取り付けられた
空気供給用のファンと、このファン及び前記メタン濃度
検出センサに接続された制御部とからなるバーナ制御装
置を設け、メタン濃度が規定値より大きい場合に前記セ
ンサからの信号により制御部で演算して前記ファンの風
量を制御することを特徴とする燃料電池システムを要旨
とする。又、この燃料電池システムにおいて、
（１）前記バーナ制御装置は、メタン濃度検出センサの
代わりにスタートアップバーナ内での燃焼音を検出する
音センサを備え、規定値より大きい音の場合に前記音セ
ンサからの信号により制御部で演算して前記ファンの風
量を制御することを特徴とする。
（２）前記スタートアップバーナの上部にはこのスター
トアップバーナの内部を通過する燃焼ガスと、前記燃料
電池システムに設けられた水タンクから供給される水と
の間で熱交換される内部熱交換器が組み込まれ、且つ前
記スタートアップバーナの下部にはドレンタンクが設け
られたことを特徴とする。更に、起動時に前記改質器、
ＣＯ変成器及びＣＯ除去器により改質された改質ガスを
スタートアップバーナに供給して燃焼させると共に、そ
の燃焼の際にメタン濃度検出センサにより改質ガス中の
メタン濃度を検出し、そのメタン濃度が規定値より大き
い場合、又は音センサによりスタートアップバーナ内の
燃焼音を検出し、その燃焼音が規定値より大きい場合
に、制御部からの出力信号によりスタートアップバーナ
へ供給するファン風量を制御することを特徴とする燃料
電池システムの起動方法を要旨とするものである。In order to achieve this object, the present invention provides a reformer for reforming a raw fuel gas into a reformed gas containing hydrogen as a main component, and a reformer produced by the reformer. A CO shifter for converting carbon monoxide in the carbonaceous gas to carbon dioxide, a CO eliminator for selectively oxidizing carbon monoxide to a predetermined concentration or less, and a reformed gas from the CO eliminator as fuel for power generation. In a fuel cell system including a fuel cell body and a startup burner that burns unstable reformed gas at startup, the startup burner includes a methane concentration detection sensor provided in a fuel supply path of the startup burner, and a startup burner. A burner control device including an air supply fan attached to the lower part of the fan and a control unit connected to the fan and the methane concentration detection sensor is provided, There is a gist of the fuel cell system and controls the air volume of the fan calculated by the control unit by a signal from the sensor is greater than a specified value. Further, in this fuel cell system, (1) the burner control device includes a sound sensor for detecting a combustion sound in the startup burner instead of the methane concentration detection sensor, and the sound sensor detects a sound larger than a specified value. The controller controls the air volume of the fan by performing a calculation by the signal from the fan. (2) An internal heat exchanger for exchanging heat between the combustion gas passing through the inside of the startup burner and the water supplied from the water tank provided in the fuel cell system is provided above the startup burner. A drain tank is installed in the lower part of the start-up burner. Further, at the time of startup, the reformer,
The reformed gas reformed by the CO shift converter and the CO remover is supplied to the start-up burner and burned, and at the time of burning, the methane concentration in the reformed gas is detected by the methane concentration detection sensor, and the methane concentration Is larger than the specified value, or the sound sensor detects the combustion sound in the startup burner, and if the combustion sound is larger than the specified value, the fan air volume supplied to the startup burner is controlled by the output signal from the control unit. The gist of the invention is a method of starting a fuel cell system.
【００１０】本発明では、起動時にスタートアップバー
ナで不安定な改質ガスを燃焼する際に、その燃料供給経
路に設けたメタン濃度検出センサでメタン濃度を検出
し、メタン濃度が規定値より大きい場合、又は音センサ
で燃焼音を検出し、燃焼音が規定値より大きい場合はガ
ス流を層流にすべくスタートアップバーナのファン風量
を演算してファンに出力信号を与え、燃焼ごう音が生じ
ない最適なファン風量を出力させる。In the present invention, when the unstable reformed gas is burned by the startup burner at the time of startup, the methane concentration is detected by the methane concentration detection sensor provided in the fuel supply path, and when the methane concentration is higher than the specified value. , Or the sound sensor detects the combustion sound, and when the combustion sound is larger than the specified value, the fan air volume of the start-up burner is calculated and an output signal is given to the fan in order to make the gas flow laminar. Output a large fan air flow.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】次に、本発明に係る燃料電池シス
テム及びその起動方法の実施形態を添付図面により説明
する。但し、従来と同じ部材は前記と同じ符号を用い
る。図１は、燃料電池システムの起動時の状態を示すも
ので、太線で示すように原燃料ガス（都市ガス等）を改
質器バーナ２ａに供給して燃焼する。この燃焼熱によっ
て改質器１の内部に充填されている触媒を昇温し、燃焼
排ガスは改質器２の上部から排出される。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, embodiments of a fuel cell system and a starting method thereof according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the same members as the conventional ones are given the same reference numerals as above. FIG. 1 shows a state at the time of starting the fuel cell system. As shown by a thick line, raw fuel gas (city gas or the like) is supplied to the reformer burner 2a and burned. The combustion heat raises the temperature of the catalyst filled in the reformer 1, and the combustion exhaust gas is discharged from the upper portion of the reformer 2.
【００１２】改質器２の触媒が所定の温度まで上昇した
後、原燃料ガスを脱硫器１に通して脱硫すると共に改質
器２に供給し、同時に水蒸気を加えて水素主成分の改質
ガスに改質する。この改質ガスはＣＯ変成器３に供給さ
れて改質ガス中の一酸化炭素が二酸化炭素に転化され、
次いでＣＯ除去器４に供給されて選択酸化によって改質
ガス中の一酸化炭素の濃度が１０ｐｐｍ以下に減少され
る。After the catalyst in the reformer 2 has risen to a predetermined temperature, the raw fuel gas is passed through the desulfurizer 1 to be desulfurized and supplied to the reformer 2, and at the same time steam is added to reform the hydrogen-based component. Reform to gas. This reformed gas is supplied to the CO shift converter 3 to convert carbon monoxide in the reformed gas into carbon dioxide,
Then, the CO is supplied to the CO remover 4 and the concentration of carbon monoxide in the reformed gas is reduced to 10 ppm or less by selective oxidation.
【００１３】ＣＯ除去器４から吐出された改質ガスは、
起動初期の段階では未だ安定していないため、バルブＶ
１を開いてスタートアップバーナ７に供給し燃焼させ
る。この場合、スタートアップバーナ７は、図２のよう
に円筒状のバーナ本体７ａの下部にノズル７ｂを備え、
このノズル７ｂと前記ＣＯ除去器４とが燃料供給経路８
で連結され、その要所には改質ガス中のメタン濃度を検
出するためのメタン濃度検出センサ９と熱交換器１０と
が設けられている。メタン濃度センサ９は公知の小型の
ものを使用する。The reformed gas discharged from the CO remover 4 is
Since it is not stable in the initial stage of startup, valve V
1 is opened and supplied to the start-up burner 7 for combustion. In this case, the start-up burner 7 is provided with a nozzle 7b at the bottom of a cylindrical burner body 7a as shown in FIG.
The nozzle 7b and the CO remover 4 are connected to the fuel supply path 8
A methane concentration detection sensor 9 for detecting the methane concentration in the reformed gas and a heat exchanger 10 are provided at the essential points. As the methane concentration sensor 9, a known small one is used.
【００１４】スタートアップバーナ７の下部側壁にはフ
ァン１１が取り付けられ、前記ノズル７ｂに空気を供給
できるようにしてあり、このファン１１と前記メタン濃
度検出センサ９とは制御部１２を介して接続されてバー
ナ制御装置１３が構成されている。又、スタートアップ
バーナ７の上部には熱を回収するための内部熱交換器１
４が組み込まれている。更に、スタートアップバーナ７
の底部にはドレンタンク１５が設置され、バルブ１６を
介してドレン管１５ａが接続されている。A fan 11 is attached to the lower side wall of the start-up burner 7 so that air can be supplied to the nozzle 7b. The fan 11 and the methane concentration detection sensor 9 are connected via a controller 12. A burner control device 13 is configured. In addition, an internal heat exchanger 1 for recovering heat is provided above the startup burner 7.
4 is incorporated. Furthermore, the startup burner 7
A drain tank 15 is installed at the bottom of the, and a drain pipe 15a is connected via a valve 16.
【００１５】前記ＣＯ除去器４からスタートアップバー
ナ７に供給される改質ガスは、燃料供給経路８を通過す
る際に、前記熱交換器１０により冷却されて改質ガス中
の水分が除去され、且つ改質ガス中のメタン濃度がメタ
ン濃度検出センサ９により検出される。The reformed gas supplied from the CO remover 4 to the start-up burner 7 is cooled by the heat exchanger 10 when passing through the fuel supply path 8 to remove the water content in the reformed gas, Moreover, the methane concentration in the reformed gas is detected by the methane concentration detection sensor 9.
【００１６】供給された改質ガスはスタートアップバー
ナ７のノズル７ｂで燃焼されるが、メタン濃度が規定値
（１〜２％）より大きい場合は、その検出信号に基づい
て前記制御部１２で演算され、メタン濃度に適した出力
信号によりファン１１の風量が制御される。このファン
風量によってガス流は層流となり、乱流への変化を防ぐ
ことで燃焼ごう音を防止することができる。The supplied reformed gas is burned by the nozzle 7b of the start-up burner 7. When the methane concentration is higher than the specified value (1-2%), the control unit 12 calculates it based on the detection signal. Then, the air volume of the fan 11 is controlled by the output signal suitable for the methane concentration. The gas flow becomes a laminar flow due to this fan air flow, and the combustion noise can be prevented by preventing the change to a turbulent flow.
【００１７】メタン濃度検出センサ９を用いずに、燃焼
音を検出する音センサを用いて実施することも可能であ
る。即ち、音センサ１７をスタートアップバーナ７の近
辺に配設し、規定値より大きい音の場合は前記制御部１
２で演算してファン１１の風量を制御する。この場合、
例えば音センサ１７をスタートアップバーナ７から１０
ｃｍ離して配設した場合には、前記規定値を８０〜８８
ｄＢとし、１００ｃｍ離した場合には７０〜７５ｄＢと
する。Instead of using the methane concentration detection sensor 9, it is possible to use a sound sensor for detecting combustion noise. That is, the sound sensor 17 is arranged in the vicinity of the start-up burner 7, and when the sound is larger than the specified value, the control unit 1
The air volume of the fan 11 is controlled by calculation in 2. in this case,
For example, the sound sensor 17 may be replaced by the startup burners 7 to 10
If they are arranged at a distance of cm, the specified value is 80 to 88.
dB and 70 to 75 dB when separated by 100 cm.
【００１８】前記のようにスタートアップバーナ７の上
部には内部熱交換器１４が組み込まれており、この内部
熱交換器１４にはポンプ１８を介して前記水タンク６か
ら水が供給される。この冷却水は内部熱交換器１４内を
旋回しながら通過するが、その時にスタートアップバー
ナ７の内部を通過する燃焼ガスとの間で熱交換され、バ
ーナ本体７ａを冷却して異常高温になるのを防ぐと共
に、温水となって吐出管１４ａから吐出される。吐出さ
れた温水は前記水タンク６に戻され、この水タンク６か
ら前記燃料電池本体５に供給することで燃料電池本体５
の昇温に利用する。燃料電池本体５の適温は約８０℃で
ある。又、吐出温水は図示を省略した貯湯タンクに供給
すれば、給湯設備の温水として利用することができる。As described above, the internal heat exchanger 14 is incorporated in the upper portion of the start-up burner 7, and water is supplied to the internal heat exchanger 14 from the water tank 6 via the pump 18. This cooling water swirls through the internal heat exchanger 14, but at that time, heat is exchanged with the combustion gas passing through the inside of the start-up burner 7, and the burner body 7a is cooled to an abnormally high temperature. In addition to preventing this, hot water is discharged from the discharge pipe 14a. The discharged hot water is returned to the water tank 6, and is supplied from the water tank 6 to the fuel cell main body 5 so that the fuel cell main body 5
It is used to raise the temperature. The suitable temperature of the fuel cell body 5 is about 80 ° C. If the discharged hot water is supplied to a hot water storage tank (not shown), it can be used as hot water for hot water supply equipment.
【００１９】内部熱交換器１４の熱交換時に、冷却水通
過管の外面に水滴が付着することがあるが、この水滴は
前記ドレンタンク１５内に貯留される。ドレンタンク１
５内の水量が増えた場合には、前記バルブ１６を開いて
ドレン管１５ａから水抜きを行う。ドレン管１５ａから
排出された水は前記水タンク６に流れ込むように、ドレ
ン管１５ａを水タンク６に接続すると好ましい。During the heat exchange of the internal heat exchanger 14, water droplets may adhere to the outer surface of the cooling water passage pipe, and the water droplets are stored in the drain tank 15. Drain tank 1
When the amount of water in 5 increases, the valve 16 is opened to drain water from the drain pipe 15a. It is preferable to connect the drain pipe 15a to the water tank 6 so that the water discharged from the drain pipe 15a flows into the water tank 6.
【００２０】スタートアップバーナ７で不安定な改質ガ
スを一定時間燃焼し続けると、その間に前記改質器２、
ＣＯ変成器３及びＣＯ除去器４の各触媒が所定温度まで
昇温し、これらの改質装置によって安定した改質ガスを
生成するようになる。この時点で、前記バルブＶ１を閉
じてスタートアップバーナ７への改質ガスの供給が停止
され、バルブＶ２を開けて安定した改質ガスを燃料電池
本体５へ供給して発電が開始される。尚、前記改質器バ
ーナ２ａへの原燃料ガスの供給も停止される。When the unstable reformed gas is continuously burned by the start-up burner 7 for a certain period of time, the reformer 2,
The catalysts of the CO shift converter 3 and the CO remover 4 are heated to a predetermined temperature, and a stable reformed gas is generated by these reformers. At this point, the valve V1 is closed to stop the supply of the reformed gas to the start-up burner 7, and the valve V2 is opened to supply the stable reformed gas to the fuel cell body 5 to start the power generation. The supply of raw fuel gas to the reformer burner 2a is also stopped.
【００２１】図３はメタン濃度検出センサを用いた場合
での、スタートから発電開始までに至る起動時のシーケ
ンスフローを示すものである。この場合、改質ガス中の
メタン濃度が規定値以上の場合には、前記メタン濃度検
出センサ９の検出信号により制御部１２でファン風量演
算がなされ、ファン１１に出力変更信号が発せられてフ
ァンの風量が変更される。この出力変更信号のない場合
は、ファン風量は一定量に保持される。FIG. 3 shows a sequence flow at the time of starting from the start to the start of power generation when the methane concentration detection sensor is used. In this case, when the methane concentration in the reformed gas is equal to or higher than the specified value, the control unit 12 calculates the fan air volume based on the detection signal of the methane concentration detection sensor 9, and the fan 11 outputs an output change signal to output the fan. The air volume of is changed. When there is no output change signal, the fan air volume is kept constant.
【００２２】図４は発電時の状態を示すもので、太線で
示すように原燃料ガスは脱硫器１により脱硫された後に
改質器２に供給される。この改質器２で水蒸気改質され
た改質ガスは、前記ＣＯ変成器３及びＣＯ除去器４を経
て一酸化炭素濃度の低い改質ガスに改質され、燃料電池
本体５の燃料極（アノード）に供給される。FIG. 4 shows the state during power generation. As shown by the thick line, the raw fuel gas is desulfurized by the desulfurizer 1 and then supplied to the reformer 2. The reformed gas steam-reformed by the reformer 2 is reformed into a reformed gas having a low carbon monoxide concentration through the CO shift converter 3 and the CO remover 4, and the fuel electrode of the fuel cell body 5 ( Anode).
【００２３】燃料電池本体５は、例えば固体高分子形で
あって空気極（カソード）には加湿空気が供給され、こ
の加湿空気中の酸素ガスと、燃料極に供給された改質ガ
ス中の水素ガスとが電解質膜を介して電気化学反応を起
こし、起電力と水とを生成する。空気極に供給する空気
を加湿したのは、電解質膜を適度に湿潤するためであ
る。これは電解質膜が乾燥していると、十分なイオン交
換がされない理由による。The fuel cell main body 5 is, for example, of a solid polymer type, humidified air is supplied to the air electrode (cathode), and oxygen gas in the humidified air and reformed gas supplied to the fuel electrode are contained. An electrochemical reaction occurs with hydrogen gas through the electrolyte membrane, generating electromotive force and water. The reason why the air supplied to the air electrode is humidified is to appropriately wet the electrolyte membrane. This is because when the electrolyte membrane is dry, sufficient ion exchange is not performed.
【００２４】燃料電池本体５での電気化学反応は発熱反
応であるため、前記水タンク６から水を供給して燃料電
池本体５を冷却し、適正温度約８０℃に維持する。燃料
電池本体５から排出された冷却水は水タンク６に戻され
る。このように水タンク６内の水は循環使用されるが、
徐々に減量するため適宜市水を補充する。この市水は純
水装置１９に通して純水化してから補充する。Since the electrochemical reaction in the fuel cell body 5 is an exothermic reaction, water is supplied from the water tank 6 to cool the fuel cell body 5 and maintain it at an appropriate temperature of about 80.degree. The cooling water discharged from the fuel cell body 5 is returned to the water tank 6. In this way, the water in the water tank 6 is circulated and used,
Replenish city water as needed to reduce the amount gradually. This city water is passed through the pure water device 19 to be purified and then replenished.
【００２５】燃料電池本体５の燃料極に供給される改質
ガスは、全量消費されるとは限らず未反応ガスが燃料極
から排出される。この未反応排出ガスは前記改質器バー
ナ２ａに供給されて燃焼される。この燃焼熱によって、
発電中における改質器２の触媒温度を適正に保持する。The reformed gas supplied to the fuel electrode of the fuel cell body 5 is not always consumed in its entirety, and unreacted gas is discharged from the fuel electrode. This unreacted exhaust gas is supplied to the reformer burner 2a and burned. By this combustion heat,
The catalyst temperature of the reformer 2 during power generation is properly maintained.
【００２６】燃料電池本体５の空気極から排出される未
反応空気は、ダクトを介して改質器バーナ２ａでの燃焼
排ガスと共に合流され、システム系外に排気される。The unreacted air discharged from the air electrode of the fuel cell main body 5 is combined with the combustion exhaust gas in the reformer burner 2a through the duct and is discharged to the outside of the system.
【００２７】[0027]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、燃料電
池システムにおいてその起動時にスタートアップバーナ
で不安定な改質ガスを燃焼するにあたり、バーナ制御装
置を設けて改質ガス中のメタン濃度を検出すると共に、
その濃度が規定値を超えた時にはバーナファンの風量を
制御して層流から乱流に変わらないようにしたので、燃
焼ごう音を防止する効果が得られる。スタートアップバ
ーナでの燃焼音を検出する音センサを用いて、燃焼音が
規定値を超えた時にバーナファンの風量を制御すること
もできる。又、スタートアップバーナの燃焼状態が層流
になることから、スタートアップバーナの損傷を未然に
防止することもできる。更に、スタートアップバーナに
ドレンタンクを設置することで燃焼時に生じる水分を排
出することができ、内部熱交換器を設けることでバーナ
本体の冷却と、起動時での燃料電池本体の昇温及び貯湯
タンクへの温水供給とが可能になる。As described above, according to the present invention, a burner controller is provided to control the methane concentration in the reformed gas when the unstable reformed gas is burned by the start-up burner at the time of startup in the fuel cell system. As well as detect
When the concentration exceeds the specified value, the air volume of the burner fan is controlled so as not to change from laminar flow to turbulent flow, so that an effect of preventing combustion roar can be obtained. It is also possible to control the air volume of the burner fan when the combustion noise exceeds a specified value by using a sound sensor that detects the combustion noise in the startup burner. Further, since the combustion state of the start-up burner becomes a laminar flow, damage to the start-up burner can be prevented in advance. Furthermore, by installing a drain tank in the start-up burner, water generated during combustion can be discharged, and by installing an internal heat exchanger, the burner body is cooled, the temperature of the fuel cell body is raised at startup, and a hot water storage tank. It is possible to supply hot water to.
【図１】燃料電池システムの起動時の状態を示すシステ
ムフロー図FIG. 1 is a system flow chart showing a state at the time of starting a fuel cell system.
【図２】本発明に係るスタートアップバーナの概略構成
図FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a startup burner according to the present invention.
【図３】起動時のスタートから発電開始までに至るシー
ケンスフロー図[Fig. 3] Sequence flow diagram from start at power-up to power generation start
【図４】燃料電池システムの発電時の状態を示すシステ
ムフロー図FIG. 4 is a system flow chart showing a state of the fuel cell system during power generation.
【図５】従来の燃料電池システムの一例を示す説明図FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a conventional fuel cell system.
１…脱硫器 ２…改質器 ３…ＣＯ変成器 ４…ＣＯ除去器 ５…燃料電池本体 ６…水タンク ７…スタートアップバーナ ８…燃料供給経路 ９…メタン濃度検出センサ １０…熱交換器 １１…ファン １２…制御部 １３…バーナ制御装置 １４…内部熱交換器 １５…ドレンタンク １６…バルブ １７…音センサ １８…ポンプ １９…純水装置 1 ... Desulfurizer 2 ... reformer 3 ... CO transformer 4 ... CO remover 5 ... Fuel cell body 6 ... water tank 7 ... Startup burner 8 ... Fuel supply route 9 ... Methane concentration detection sensor 10 ... Heat exchanger 11 ... fan 12 ... Control unit 13 ... Burner control device 14 ... Internal heat exchanger 15 ... Drain tank 16 ... Valve 17 ... Sound sensor 18 ... Pump 19 ... Pure water device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−220744（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−162850（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−304579（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) Reference JP-A-7-220744 (JP, A) JP-A-10-162850 (JP, A) JP-A-63-304579 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) H01M 8/00-8/24
Claims (4)
質する改質器と、この改質器で生成された改質ガス中の
一酸化炭素を二酸化炭素に転化するＣＯ変成器と、更に
一酸化炭素を所定濃度以下に選択酸化するＣＯ除去器
と、このＣＯ除去器からの改質ガスを燃料として発電を
行う燃料電池本体と、起動時に不安定な改質ガスを燃焼
するスタートアップバーナとを備えた燃料電池システム
において、前記スタートアップバーナに、このスタート
アップバーナの燃料供給経路に設けたメタン濃度検出セ
ンサと、スタートアップバーナの下部に取り付けられた
空気供給用のファンと、このファン及び前記メタン濃度
検出センサに接続された制御部とからなるバーナ制御装
置を設け、メタン濃度が規定値より大きい場合に前記セ
ンサからの信号により制御部で演算して前記ファンの風
量を制御することを特徴とする燃料電池システム。1. A reformer for reforming a raw fuel gas into a reformed gas containing hydrogen as a main component, and a CO shift converter for converting carbon monoxide in the reformed gas produced by the reformer into carbon dioxide. Further, a CO remover that selectively oxidizes carbon monoxide to a predetermined concentration or less, a fuel cell body that uses the reformed gas from the CO remover as fuel to generate electricity, and burns an unstable reformed gas at startup. In a fuel cell system equipped with a startup burner, the start
A methane concentration detection cell installed in the fuel supply path of the up burner.
And the bottom of the startup burner
Fan for air supply, and this fan and the methane concentration
A burner control device including a control unit connected to the detection sensor.
If the methane concentration is higher than the specified value,
The air flow of the fan is calculated by the control unit according to the signal from the sensor.
A fuel cell system characterized by controlling the amount .
センサの代わりにスタートアップバーナ内での燃焼音を
検出する音センサを備え、規定値より大きい音の場合に
前記音センサからの信号により制御部で演算して前記フ
ァンの風量を制御することを特徴とする請求項１記載の
燃料電池システム。2. The burner control device detects methane concentration.
Instead of the sensor, the combustion noise in the start-up burner
Equipped with a sound sensor to detect and
The controller calculates by the signal from the sound sensor and
The fuel cell system according to claim 1 , wherein the air volume of the fan is controlled .
のスタートアップバーナの内部を通過する燃焼ガスと、
前記燃料電池システムに設けられた水タンクから供給さ
れる水との間で熱交換される内部熱交換器が組み込ま
れ、且つ前記スタートアップバーナの下部にはドレンタ
ンクが設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載
の燃料電池システム。3. The upper part of the start-up burner has a
Combustion gas passing inside the startup burner of
Supplied from a water tank installed in the fuel cell system
Built-in internal heat exchanger that exchanges heat with water
And a drainer at the bottom of the start-up burner.
The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the link is provided.
質する改質器と、この改質器で生成された改質ガス中の
一酸化炭素を二酸化炭素に転化するＣＯ変成器と、更に
一酸化炭素を所定濃度以下に選択酸化するＣＯ除去器
と、このＣＯ除去器からの改質ガスを燃料として発電を
行う燃料電池本体と、起動時に不安定な改質ガスを燃焼
するスタートアップバーナとを備えた燃料電池システム
において、起動時に前記改質器、ＣＯ変成器及びＣＯ除
去器により改質された改質ガスをスタートアップバーナ
に供給して燃焼させると共に、その燃焼の際にメタン濃
度検出センサにより改質ガス中のメタン濃度を検出し、
そのメタン濃度が規定値よ り大きい場合、又は音センサ
によりスタートアップバーナ内の燃焼音を検出し、その
燃焼音が規定値より大きい場合に、制御部からの出力信
号によりスタートアップバーナへ供給するファン風量を
制御することを特徴とする燃料電池システムの起動方
法。 4. The raw fuel gas is changed to a reformed gas containing hydrogen as a main component.
Quality reformer and the reformed gas produced by this reformer
A CO converter for converting carbon monoxide to carbon dioxide, and
CO remover for selectively oxidizing carbon monoxide to a predetermined concentration or less
And using the reformed gas from this CO remover as fuel to generate electricity
Do the fuel cell body and burn the unstable reformed gas at startup
Fuel cell system with startup burner
At the time of startup, the reformer, the CO shift converter, and the CO
Start-up burner
And burn it with methane concentration.
The methane concentration in the reformed gas is detected by the temperature detection sensor,
If the methane concentration is greater Ri by a specified value, or sound sensor
Detects the combustion noise in the startup burner by
If the combustion noise is higher than the specified value, the output signal from the control unit
The fan air volume supplied to the startup burner
How to start a fuel cell system characterized by controlling
Law.
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|---|---|---|---|
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